PENGANTAR PERANCANGAN PADA ON LINE PROCESS ANALYZER. Ahmad Maryadi

PENGANTAR PERANCANGAN PADA ON LINE PROCESS ANALYZER

PENGANTAR PERANCANGAN PADA ON-LINE PROCESS ANALYZER Ahmad Maryadi 1. PENDAHULUAN Istilah on-line analyzer mengacu kepada aplikasi analyzer yang ditempatkan di lapangan (field). Dimana Analyzer tersebut mengukur suatu besaran fisis ataupun komposisi suatu sample secara langsung dan continue dari line process. Yang kemudian data pengukuran dikirim ke control room secara on-line. Sedangkan istilah Off-line Analyzer mengacu kepada analyzer yang digunakan di laboratorium ataupun portable analyzer, dimana sample diambil secara manual dari line process secara berkala ataupun diambil tergantung pada kebutuhan prose s. Hasil analisis dari o ff-line analyzer dapat dipergunakan sebagai pembanding ataupun referensi untuk on -line analyzer. 1.1 Tujuan Penulisan Tulisa n ini bertujuan untuk memberikan gambaran dasar dalam perancangan on -line analyzer yang umum digunakan pada industri petrokimia, minyak dan gas. Tulisan ini tidak bermaksud merinci satu persatu secara detail dan meyeluruh jenis-jenis analyzer yang ada. Analysis kuantitatif seperti perhitungan sample transportation lag time, pressure drop , cooling-heating kalkulasi tidak dibahas. Sebagai bahan referensi lain pembaca dapat merujuk kepada Standa rd / code yang ada seperti : API 555, ataupun EEMUA 138. Untuk selanjutnya istilah analyzer pada tulisan ini mengacu kepada on -line process analyzer.

1.2 Jenis-Jenis Analyzer Ada berbagai macam type dan jenis analyzer yang dibedakan berdasarkan besaran fisis atau komposisi kimia yang akan diukur, beberapa diantara yang popular dan penerapannya dilapangan adalah: 1. PH analyzer, umumnya dipasang pada instalasi pembuangan ataupun pengolahan limbah. 2. Conductivity analyzer, dapat ditemukan pada unit pembuangan oily water treatment, steam header ataupun feed water ke boiler. 3. Oksigen/O2 analyzer, informasi kandungan oksigen dari sisa gas buang pada combustion system dapat digunakan untuk mengetahui efektifitas pembakarannya . 4. Moisture analyzer, pada tahapan awal pemrosesan LNG analyzer ini dipasang untuk mengetahui kandungan H2O pada proses stream. 5. H2S analyzer, umum digunakan untuk me ngukur emisi gas buang di stack ataupun di line produk untuk mengetahui kualitas produk. 6. Opacity analyzer/particle counter, umum digunakan untuk mengukur emisi gas buang di stack pada LNG , refinery plant maupun industry semen . 7. Gas Chromatograph y (GC), sering dijumpai pada unit-unit pemrosesan LNG, refinery dan juga unit metering produk gas. 8. Reid Vapor Analyzer, digunakan untuk mengetahui tekanan uap kondensat. 9. dan lain -lain.

2. PERANCANGAN PADA ANALYZER Ada beberapa issue berkenaan dengan perancangan analyzer, secara garis besarnya meliputi: • Pene ntuan jenis sensor atau detector.

Ahmad Maryadi – Aug 2007

1 of 6


Seperti kita ketahui dengan semakin berkembangnya technology pada bidang material - terutama banyaknya penemuan -penemuan jenis sensor baru - yang mungkin diaplikasikan kedalam de sign analyzer. Membuat banyak pilihan bagi pengguna analyzer. Bebe rapa technology lama mungkin sudah tidak digunakan karena kurang optimal dalam sisi pemeliharaan ataupun pertimbangan masala h lingkungan seperti type lead acetate tape pada H2S analyzer yang jarang dipakai. Pada Gas Chromatography setidaknya terdapat tiga jenis : Thermal Conductivity Detector (TCD), Flame Ionization Detector (FID) & Flame Photometric Detector (FPD).Penentuan jenis detector pada GC ini tergantung pada sample process yang akan diukur komposisinya. Pemilihan jenis analyzer detector tersebut jela s akan berpengaruh kepada cost juga kepada rancang bangunnya. •

Komunikasi data dan data managemen system. Yang termasuk disini adalah penentuan signal data atau jenis alarm apa yang dibutuhkan untuk keperluan monitoring dan proses control, moda pengiriman signal /komunikasi apakah menggunakan analog 4-20 mA atau serial digital komunikasi MODBUS, Ethernet, TCP/IP. Termasuk juga disini adalah system database maintenance analyzer, metoda validasi dan kalibrasi baik itu secara manual ataupun automatic.

• •

Sampling System Analyzer Housing

Pada tulisan ini penulis membatasi perancangan analyzer pada dua hal : Sampling System dan Analyzer Housing. 2.1 Sampling System Suatu analyzer yang element sensornya tidak diinstall secara langsung pada line process membutuhkan sampling system. Beberapa jenis Conductivity meter ataupun jenis Oksigen analyzer, element sensornya secara langsung ditempatkan di line proses sehingga tidak membutuhkan instalasi sampling system. Banyak jenis analyzer yang element sensornya tidak memungkinkan ditempatkan pada line proses. Hal tersebut dikarenakan element sensornya mempunyai keterbatasan operasi pada temperature ataupun tekanannya . Contohnya adalah Gas C hromatography. Secara umum rancangan sampling system ini bertujuan untuk memastikan analyzer menerima sample yang representatif dari proses line dengan minimum deviasi dari kondisi actual proses seperti perubahan komposisi dan lag time . Beberapa fungsi yang dilakukan pada sampling system adalah: - Pen gambilan sample dari line process secara continue . - Transportasi sample dari titik sampling menuju ke analyzer dan meng rimkannya kembali ke line proses. - Membuang sisa sample ke tempat yang ditentukan seperti flare, drain, container dll. - Mengkondisikan sample seperti temperature, pressure , kebersihannya sesuai dengan spesifikasi dari analyzer.


2 of 6


2.1.a Titik Sampling Penentuan titik sampling sangat mempengaruhi seberapa jauh sample yang diambil merupakan representasi dari kondisi proses yang ada. Penentuan titik sampling umumnya melibatkan beberapa disiplin seperti proses, piping dan instrument group. Sebaiknya letak sampling point berdekatan dengan analyzer untuk meminimalisir lag time . Dari sudut maintenance titik sampling point harus mudah dijangkau dengan permanen platform/grade. Untuk optimalisasi cost sebisa mungkin dipilih kondisi operasi seperti temperature, pressure ataupun minimum impuritie s dekat dengan spesifikasi analyzernya agar sa mple tidak terlalu banyak ‘dikondisikan’ yang berefek pada penambahan peralatan seperti filter, relief valve, cooler , heater dan lainnya dapat diminimalisir. Beberapa catatan penting yang harus diperhatika n dalam perancangan : • Design Sampling Probe Titik sampling menggunakan probe yang dimasukan kedalam pipa. Bentuknya seperti thermowell yang dipotong pada ujungnya sehingga fluida dapat mengalir melaluinya. Perhitungan efek resonansi pada probe harus diperhatikan terutama menyangkut panjang atau seberapa dalam penetrasi probe didalam pipa. Cara perhitungannya sama dengan thermowell. • Pada pipa horizontal sebaiknya sample diambil dari posisi atas (top) untuk gas dan posisi samping (side) untuk liquid. Pada pipa vertical sample hanya bisa diambil untuk arah flow ke atas. Hindari penempatan sampling pada bagian bawah (bottom) karena kotoran dapat terakumulasi didalamnya. • Isolation Valve Sampling system sebaiknya dilengkapi dengan isolation valve, yang berguna pada saat maintenance. • Transportasi line Kebanyakan digunakan tubing yang berbahan Stainless Steel 316, Ukurannya dapat berkisar 1/2 – 3/8 inch O D. Beberapa rancangan analyzer melengkapinya dengan heat trace dan insulator untuk mempertahankan temperature sa mple. Untuk sample yang korosif ataupun mengadung H2S harus dipertimbangkan penggunaan material lain. • Fast circulating loop. Adalah design dimana sample yang diambil dari titik sampling dikirim kembali ke proses line-nya. Letak titik sampling pada fast loop ini harus menghindari jarak dengan control valve dan orifice. 2.1.b Sample Conditioning System Kondisi temperatur, tekanan ataupun tingkat kemurnian/kebersihan sample yang dikirim dari titik sampling seringkali berada diluar spesifikasi analyzer-nya. Untuk itu diperlukan treatment atau pengkondisian sample sehingga analyzer dapat bekerja secara optimal dan memperpanjang umur pemakaiannya. Untuk mengkondisikan sample tersebut umumnya dipasang peralatan tambahan seperti: - Heater, dapat digunakan jenis elektrik atau steam trace . Tergantung ketersediaan di lokasi lapangan. Untuk jenis electric trace, setting temperature dapat diatur dengan menggunakan thermostat. Namun harus diperhatikan penggunaannya pada hazardous area. - Cooler, dapat digunaka n chilled water atau electric cooler. - Pressure Regulator, untuk mengontrol tekanan sample sebelum masuk ke analyzer sesuai setting yang dibutuhkan. - Pressure Relief, untuk merelease kelebihan tekanan sehingga tidak merusak element sensor.


3 of 6


-

Pressure & Tempera ture Indication, untuk memonitor tekanan dan temperature dari sample. Flow meter . Filter, digunakan apabila sample yang digunakan mengandung kotoran(impurities) atau benda asing yang tidak diperkenankan. Restriction flow, digunakan untuk membatasi aliran. Check valve, untuk mencegah aliran balik. Pump, dapat digunakan apabila tekanan fluida sample tidak cukup tinggi untuk mencapai analyzer ataupun sample recovery. Dan accessories lainnya.

Apabila secara design tidak begitu penting digunakan , sebaiknya pemakaian peralatan diatas diminimalisir. Hal ini untuk mengurangi sambungan/joint baik itu barupa penambahan tubing atau peralatanya sendiri . Sehingga kemungkinan bocor/leakage pada sambungan dapat dikurangi. Beberapa issue dalam perancangan : • Lag Time Adanya jarak dari sampling point ke analyzer membutuhkan waktu untuk transportasi sampling. Penggunaan filter, pressure regulator juga dapat menambah waktu tempuh sample dari mulai penya mplinga n sampai analyzer mengeluarkan output signal. Adanya lag time tersebut harus dikompromikan dengan keperluan monitoring ataupun proses kontrolnya. • Pressure drop Trasnportasi line yang panjang dan jalurnya yang berliku -liku dapat membuat tekanan sample menjadi berkurang. Dikhawatirkan sample tidak sampai ke analyzer. Untuk itu perhitungan pressure drop pada line, bending, filter, regulator harus dihitung secara akurat. • Perubahan temperature sample. Perubahan temperature dan juga tekanan pada sample dapat mengakibatkan terjadinya perubahan fasa. Perubahan fasa dapat terjadi karena adanya pressure drop pada liquid sehingga mencapai flashing pointnya ataupun kondensasi vapor karena penurunan temperatur. Pada design H2S analyzer di stack exhaust gas contohnya. Kondensasi uap air pada sample transportation harus dihindari me ngingat reaksi H2S dengan H2O menghasilkan asam yang korosif. Untuk itu diperlukan heater dan insulator pada jalur transportasi sampelnya. Pada beberapa kasus justru perubahan fasa diperlukan seperti pengunaan Gas Chromatograph y analyzer dimana sample yang berfasa liquid sengaja diuapkan ke fasa gas. Disini harus diperhitungkan ekspansi volumenya, untuk LNG perbandingan volume liquid dengan gasnya mencapai 1:600. Sehingga diperlukan chamber pada sample conditioning systemnya. Pada Conductivity analyzer, perubahan temperatur pada sample berpengaruh terhadap nilai pengukuran. 2.2

Analyzer Housing Analyzer merupakan salah satu jenis instrument yang mahal harganya dan design internalnya cukup complicated karena disana terdapat sensor-sensor maupun rangkaian ele ktronik yang rumit. Karena itu membutuhkan proteksi. Ada beberapa type proteksi pada analyzer dan sample conditioning system: - Analyzer Case - Analyzer Cabinet - Analyzer Shelter - Analyzer Housing


4 of 6


• • •

•

Kemudian beberapa pertimbangan dalam pemilihan Analyzer Housing: Kondisi lingkungan di lapangan seperti cuaca, temperatur, pressure, humidity, angin, curah hujan, sinar matahari, debu/pasir, udara yang korosif yang dapat mempengaruhi performance pengukuran ataupun ketahanan umur analyzer. Aspek maintenance , yang mungkin membutuhkan akses ruang ataupun kemudahan personel dalam pemeliharaanya. Aspek Safety, untuk analyzer yang melibatkan bahan -bahan berbahaya bagi kesehatan ataupun bahan yang mudah terbakar membutuhkan proteksi khusus. Termasuk pula pertimbangan penempatan analyzer di hazardous area harus mendapatkan certificate sesuai area class dari badan yang berwenang. Cost issue, dimana rancangan konstruksinya berpengaruh pada pemakaian bahan/material.

2.2.a. Analyzer Case. Adalah bentuk proteksi yang paling se derhana. Umumnya digunakan pada PH analyzer dan Conductivity meter. Kelebihannya adalah harga yang relatif murah namun memiliki kelemahan dari segi proteksi terhadap cuaca dan lingkungan . Namun demikian untuk jenis analyzer yang sederhana dimana tidak membutuhkan sample conditioning system yang rumit. Analyzer case cukup layak digunakan.

2.2.b Analyzer Cabinet Analyzer cabinet dapat digunakan untuk menempatkan beberapa analyzer secara bersamaan . Untuk analyzer yang non -certified dan ditempatkan pada hazardous area, penggunaan purging /pressurized pada cabinet mutlak d iperlukan . (untuk lebih detail dapat merujuk NFPA 496) Apabila analyzer dan sample conditioning system-nya membutuhkan utilitas tambahan seperti carrier gas, calibration gas dan membutuhkan space maintenance yang cukup maka analyzer cabinet bukan menjadi pilihan yang tepat. 2.2.c Analyzer Shelter Analyzer Shelter umum digunakan untuk menempatkan beberapa analyzer dan sekaligus pula sample conditioning system-nya. Beberapa analyzer jenis Gas Chromatograph y menggunakan type ini. Analyzer Shelter dapat menggunakan konstruksi 3 sided ataupun 4 sided. Untuk ventilasinya, menggunakan ventilasi alam dengan memanfaatkan hembusan angin. Namun demikian konstruksi ini kurang dapat memberikan proteksi terhadap cuaca seperti fluktuasi temperatur. Apabila Analyzer Shelter ini ditempatkan pada daerah hazardous area harus dijamin jenis analyzer yang ditempatkan sesuai klasifikasi areanya dan memiliki sertifikat dari badan yang berwenang . 2.2.d Analyzer Ho use Analyzer House memiliki tingkat proteksi yang tinggi terhadap cuaca dan lingkungan sekitar. Penggunaannya akan optimal pada daerah dengan tingkat cuaca dan lingkungan yang exstrem atau fluktuatif . Jenis analyzer yang uncertified dapat ditempatkan didalamnya. Namun demikian ditinjau dari sisi cost akan sangat mahal dikarenakan penggunaan HVAC system dan konstruksinya yang “full closed” body. Satu hal lagi yang harus diperhatikan adalah penentuan lokasi penempatan Analyzer Housing dilapangan. Sebisa mungkin jarak Analyzer Housing dan titik sampling dibuat dekat sehingga lag time dan kemungkinan drop pressure dapat diminimalisir. Beberapa jenis analyzer dan sample conditioning system yang membutuhkan fasilitas


5 of 6


utility seperti Instrument Air, Nitrogen, Electric p ower, Steam ataupun Flare dan Drain line untuk pembuangan sisa samplenya. Harus dipastikan jalur pipa ataupun header nya tersedia disekitar lokasi penempatannya. Hal tersebut untuk meminimalisir pemasangan pipa dari utility header ke housing. 3. PENUTUP Pada tulisan diatas telah dibahas dasar perancangan pada analyser. Rumitnya design pada analyzer menuntut para engineer berhati-hati dalam merancangnya. Apalagi dengan harganya yang mahal dan tingkat kegagalan operasi yang tinggi. Maka pengetahuan yang komprehensif mengenai proses dan system instrumentasi mutlak diperlukan. Kemudian bahasan secara kuantitatif mengenai Lag Time dan Pressure Drop calculation pada sample transportation, ataupun Cooling – Heating requirement pada sample conditioning systemnya perlu dibicarakan secara detail. Begitupun juga bahasan mengenai jenis -jenis detector analyzer ataupun teknologi sensor akan menjadi menarik apabila dibahas dalam tulisan lain. 4. PUSTAKA [1 ] API Recommended Practice 555, Process Analyzer, American Petroleum Institute 2nd Edition, November 2001 [2 ] EEMUA Publication No1 38 : 1988, Design and Installation Online Analyzer, The Engineering Equipment and Materials Users Association. [3] Specification for Process Analyzer, Tangguh LNG Project

PENULIS Ahmad Maryadi lulus dari jurusan Teknik Fisika-ITB. Saat ini bekerja pada bidang design Instrumentasi & System Control, PT.AMEC-Berca Indonesia. Mail: [email protected] or [email protected]


6 of 6

PENGANTAR PERANCANGAN PADA ON LINE PROCESS ANALYZER. Ahmad Maryadi

Recommend Documents