STUDI PERFORMANSI SISTEM PENGENDALIAN TEMPERATUR, RELIABILITY DAN SAFETY PADA HEAT EXCHANGER PT. PETROWIDADA GRESIK NOVAN YUDHA ARMANDA 2409 105 032 DOSEN PEMBIMBING: IR. RONNY DWI NORIYATI M.KES IMAM ABADI, ST, MT
Seminar Tugas Akhir
Latar Belakang Sistem pengendalian diperlukan dalam proses produksi agar berjalan dengan baik dan output proses produksi memenuhi standar yang diinginkan.
Sistem pengendalian dengan instrumen yang handal akan menghasilkan produk yang baik pula.
Sistem pengendalian ini harus dilengkapi dengan sistem proteksi, untuk mengantisipasi kegagalan dari sistem pengendalian.
Permasalahan
Bagaimana menentukan parameter kontroler dan mengetahui performansi dari respon sistem melalui suatu simulasi dari model matematis plant heat exchanger yang telah didapatkan. Bagaimana menentukan jenis distribusi kegagalan dari setiap komponen instrumen dari heat exchanger. Bagaimana menentukan besarnya Safety Integrity Level (SIL) dan menunjukkan pengaruh fungsi reliability terhadap respon sistem pengendalian.
Tujuan
Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk melakukan studi performansi melalui simulasi yang terintegrasi antara proses, sistem pengendalian, keandalan dan sistem proteksi pada Heat Exchanger HT-3120.
Batasan Masalah
Plant yang menjadi objek penelitian adalah Heat Exchanger HT-3120 di PT. Petrowidada Gresik. Sistem kontrol dinamik berorientasi pada pengendalian temperatur O-Xylene. Data-data proses, failure dan safety diperoleh dari perusahaan. Untuk data failure dimulai tanggal 21 Agustus 2001 sampai 9 Maret 2011. Dalam Tugas Akhir ini tidak dibahas masalah energi looses perpindahan kalor dari steam ke O-Xylene.
Metodologi Penelitian
Pembahasan
1. 2. 3.
• Pengendalian • Reliability • Safety
Pemodelan Matematis Heat Exchanger Berdasarkan 2 hukum kesetimbangan yakni kesetimbangan massa dan kesetimbangan energi dapat digunakan dalam memodelkan Heat Exchanger secara matematis. 1. Hukum Kesetimbangan Massa
d ( Ah) Fi F dt 2. Hukum Kesetimbangan Energi
d[Ahcp (T Tref )] dt
Fi c p (Ti Tref ) Fc p (T Tref ) Q
Sehingga fungsi transfernya adalah : Ti ( s ) 1 1 T (s) Q ( s) (S 1) (S 1) Fi c p
Gambar Model Simulink Heat Exchanger
Fungsi Alih Temperature Transmitter
Secara umum fungsi alih dari temperatur transmitter dapat didekati dengan persamaan dibawah ini: T (s ) K TT I ( s) TT s 1
Maka diperoleh Gain transmitter
Time constant
Jadi fungsi alih temperature transmitter:
Fungsi Alih Control Valve
Fungsi transfer control valve dapat didekati dengan persamaan sebagai berikut :
Dimana: Kv = Kcv . Kactuator
sehingga menjadi:
Gambar Pemodelan Simulink Control Valve Gambar Pemodelan Simulink Temperatur Transmitter
Diagram Blok Sistem Pengendalian Temperature
Validasi Sistem Pengendalian
Gambar grafik hasil validasi sistem secara close loop.
error terbesar hasil validasi diatas yakni sebesar 0,81% pada saat flow O-Xylene = 0,002869 m3/s
Respon Sistem Pengendalian
Gambar Pemodelan Simulink Parameter PID Pabrik
Gambar Respon Sistem Parameter Pabrik
• maximum overshoot (Mp) sebesar 31,01 % • time settling 1165 s • error steady state sebesar 0,1%
Pengujian Dengan Tracking Set Point
Gambar Respon Uji Sistem Dengan Tracking Set Point
Uji Penambahan Load
Gambar Penambahan Load Pada Simulink
Gambar Respon Uji Sistem Dengan Penambahan Laju Aliran Steam
Uji Pengurangan Load
Gambar Pengurangan Load Pada Simulink
Gambar Respon Uji Sistem Dengan Pengurangan Laju Aliran Steam
Back
Reliability Tabel 1 Data Time To Failure TE-1162 TTF (day)
TTF (hours)
22/01/2004
884
21216
14/02/2004
23
552
373
8952
23/10/2007
974
23376
01/01/2010
801
19224
23/09/2010
265
6360
MTTF
MTTF
553,33
13280
Failure Date
21/02/2005
Plan Start Date
21/08/2001
Distribusi Eksponential dengan 1 parameter yakni λ = 0,000075638
Reliability Tabel 2 Data Time To Failure TV-1162 TTF (day)
TTF (hours)
20/01/2004
882
21168
22/01/2004
2
48
14/02/2004
23
552
1347
32328
04/09/2008
317
7608
01/01/2010
484
11616
23/09/2010
265
6360
MTTF
MTTF
474,28
11382,85
Failure Date
23/10/2007
Plan Start Date
21/08/2001
Distribusi Weilbull dengan 2 parameter yakni β = 0,48297723 dan η =10718,3595
Reliability Tabel 3 Data Time To Failure TIC-1162 TTF (day)
TTF (hours)
22/01/2004
884
21216
14/02/2004
23
552
1347
32328
01/01/2010
801
19224
23/09/2010
265
6360
MTTF
MTTF
664
15936
Failure Date
23/10/2007
Plan Start Date
21/08/2001
Distribusi Eksponential dengan 1 parameter yakni λ=0,000057894
Reliability TE-1162
Gambar simulink matlab dengan fungsi Reliability distribusi Eksponential
Gambar grafik reliability fungsi waktu untuk TE-1162
Reliability TV-1162
Gambar simulink matlab dengan fungsi Reliability distribusi Weilbull
Gambar grafik reliability fungsi waktu untuk TV-1162
Reliability TIC-1162
Gambar simulink matlab dengan fungsi Reliability distribusi Eksponential
Gambar grafik reliability fungsi waktu untuk TIC-1162
Back
Safety
Gambar Flowchart Proteksi Temperature
Safety
Gambar Pemodelan Stateflow Proteksi Temperatur
Safety
Gambar respon sistem proteksi dalam proses pengendalian
Safety Integrity Level Nilai SIL saat t = 8760 jam dan t = 83712 jam Tag Name
t (jam)
λ (t)
PFD
RRF
SIL
8760
0,00007564
0,34108
2,932
SIL1
83712
0,00007564
3,25941
0,3068
SIL1
8760
0,00005
0,21907
4,5647
SIL1
83712
0,0000156
0,65167
1,5345
SIL1
8760
0,00005789
0,25358
3,9435
SIL1
83712
0,00005789
2,42321
0,41267
SIL1
TE-1162
TV-1162
TIC-1162
Nilai SIL Total HT-3120 t (jam)
PFD total
RRF
SIL
8760
0,81373
1,2289
SIL1
83712
6,33429
0,15787
SIL1
INTEGRASI MODEL SIMULINK HT-3120
Hubungan antara pengendalian, reliability dan safety
Gambar Respon Sistem Dengan Kondisi SIL 1
Gambar Respon Sistem Dengan Kondisi SIL 2
Kesimpulan
Berdasarkan simulasi hasil riil plan dengan parameter Kp = 2.2,Ti =66 s,Td = 30 s diperoleh Mp 31,01 % , time settling 1165 s, Ess 0,1 %. Berdasarkan data kegagalan tiap komponen diperoleh jenis distribusi kegagalannya untuk TE-1162 dan TIC-1162 termasuk dalam distribusi eksponential dengan 1 parameter sedangkan untuk TV-1162 termasuk distribusi weilbull dengan 2 parameter. Perhitungan PFD total dari sistem pada saat Ti=8760 jam atau 1 tahun yakni 0,81373 sedangkan pada saat Ti=83712 jam yakni 6,33429, sistem yang saat ini tersedia di heat exchanger HT-3120 dikategorikan sebagai sistem yang mempunyai SIL 1.
Terima Kasih,,,
