SISTEM PENGAMAN (SAFEGUARD SYSTEM) DAN MULTIVIBRATION MONITORING PADA KOMPRESOR 14 K 1 DI PT. PERTAMINA (Persero) RU IV CILACAP Oleh : Aulia Latifah Insan Firdausi (L2F 606 012) Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro -Abstrak- Kompresor merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengubah Tekanan gas menjadi lebih tinggi. Terutama pada industri pengolahan minyak seperti PERTAMINA ini kompresor merupakan sebuah alat yang sangat vital karena kerusakan yang terjadi akan mempengaruhi proses produksi kilang (loss production). Kompresor 14 K 1 terletak pada unit platforming di FOC I dengan sirkulasi seal oil dan lub oil. Dengan demikian untuk menjaga dari kerusakan yang membahayakan proses,peralatan maupun pekerja maka dipasang pengaman pada kompresor tersebut. Pengaman disini berupa sistem alarm dan sistem shut down. Keduanya saling berkaitan untuk menyatakan kondisi abnormal pada suatu proses. Sistem alarm merupakan langkah awal ketika terjadi ketidaknormalan suatu proses yang berlangsung, dan sistem Shut down akan terjadi apabila indikasi alarm tersebut tidak segera diambil alih oleh operator untuk proses pengembalian ke kondisi normal. Variabel variabel yang dapat mempengaruhi terjadinya alarm dan shutdown pada kompresor 14 k 1 adalah : Temperature, pressure, Level, axial vibration, emergency Shut down. Kompresor merupakan rotating equipment sehingga akan terus terjadi pergeseran baik axial maupun radial. Kedua bentuk pergeseran tersebut sangat perlu untuk diamati. Sehingga Multiviibration monitoring akan membantu untuk menyatakan keamanan pergerakan Kompresor di tiap waktu. Dengan harapan akan memperkecil kerusakan pada kompresor / meningkatkan keamanan plant, mengurangi biaya operasi pada plant, meningkatkan kualitas produk, memaksimalkan kemampuan plant. Kata Kunci : Kompresor, Multivibration Monitoring I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang PT. Pertamina (Persero) merupakan industri yang bergerak di bidang perminyakan Terbesar di Indonesia. Peralatan yang mutlak terjaga keamanannya demi keselamatan proses, peralatan maupun manusia itu sendiri. Kompresor 14K1 yang terletak pada area FOC I unit Platforming salah satunya. Beberapa variabel yang harus diperhatikan dalam operasinya. 1.2 Tujuan Penulisan Tujuan Penulisan Laporan Kerja Praktek ini adalah: a) Mengenal dan mengetahui cara kerja peralatan pada unit proses operasi b) Mengetahui dan mempelajari jenis instrument pengukuran. c) Untuk mempelajari prinsip kerja, aplikasi dan manfaat dari sistem Pengaman dari unit operasi industri proses. d) Sebagai bentuk aplikasi dari teori yang telah didapat selama perkuliahan. 1.3 Pembatasan Masalah Pada penulisan Laporan ini penulis hanya membahas tentang sistem pengaman (SafeGuard System) dan Multivibration Monitoring pada Kompresor 14K1. Laporan ini membahas mengenai proses terjadinya Shutdown dan prinsip mengenai Multi Vibration Monitoring pada Kompresor 14 K1. II. Dasar Teori 2.1 Fungsi Instrumentasi Fungsi instrumentasi pada suatu proses industri dapat diklasifikasikan kedalam 4 golongan sebagai berikut : Sebagai Alat Ukur Sebagai Alat Kontrol / pengendali Sebagai Alat Safety Sebagai Alat Analisa 2.2 Sebagai Alat Safety Filosofi dasar system safeguard adalah: a) Mementingkan keselamatan peralatan dengan mengorbankan proses. 1
b) Menjaga kelangsungan proses dengan tidak mengesampingkan keselamatan peralatan itu sendiri. c) Menjaga keselamatan lingkungan. 2.2.1 Sistem Alarm Dini Sistem ini disebut dengan alarm tanda bahaya peringatan, dimana besar sinyal keluaran transmitter merupakan variable pengukuran melalui setting switch yang menyebabkan alarm berbunyi. Pada keadaan tersebut operator harus segera mengembalikan kondisi proses ke kondisi normal. Tipe Tipe switch yang digunakan dalam system alarm: Switch Low: Bila besar sinyal variable pengukuran dari transmitter lebih rendah dari setting switch maka, alarm low (PAL, FAL, LAL, TAL) akan berbunyi. Switch Low-Low: Bila besar sinyal variable pengukuran dari transmitter lebih rendah dari setting switch low maka, alarm low-low (PALL, FALL, LALL, TALL) akan berbunyi. Bersamaan dengan bunyi alarm low-low tersebut proses equipment langsung trip. Switch High: Bila besar sinyal variable pengukuran dari transmitter lebih tinggi dari switch, maka alarm high (PAH, FAH, LAH, TAH) akan berbunyi. Switch High-High: Bila besar sinyal variable pengukuran dari transmitter lebih tinggi dari switch low, maka alarm High-High (PAH, FAH, LAH, TAH) akan berbunyi. Bersamaan dengan bunyi alarm High-High tersebut proses equipment langsung trip. 2.2.2 Sistem Shut Down Sistem Shut Down (trip system) merupakan alternative terakhir dalam system safeguard bila tndakan untuk pengembalian kondisi proses pada kondisi normal tidak berhasil. Sistem tersebut dapat dilakukan secara manual atau otomatis oleh rangkaian interlock instrument yang terpasang. 2.2.3 Peralatan Umum sistem Pengaman Peralatan peralatan yang umumnya digunakan sebagai pengaman adalah: Switch ( saklar ): Alat yang mempunyai dua keadaan open atau closed sebagai suatu kontak ( saklar ) yang berfungsi untuk menghubungkan atau memutuskan suatu rangkaian. Ada dua jenis yaitu: Normally open dan Normally closed. Gambar 1 Switch NO dan NC Pressure switch: Peralatan yang mendeteksi tekanan untuk mengaktifkan switch pada batas harga tertentu. Pressure switch terdiri dari tiga bagian utama: bellows, spring, dan mikro switch.. Gambar 2 Pressure Switch Temperature switch: Peralatan yang digunakan untuk mendeteksi temperatur (suhu) dan mengaktifakan switch pada batas harga tertentu. Pada temperatur switch biasanya terdapat sensor yang kemudian dirubah menjadi bentuk sinyal lain seperti timbulnya emf (electric motion force), gerakan mekanis, dll untuk dihubungkan dengan suatu sistem, misalnya link dan lever untuk dapat mengaktifkan switch tersebut. Gambar 3 Temperature Switch Level switch: Peralatan yang digunakan untuk mendeteksi ketinggian permukaan cairan ( level ) dan akan mengaktifkan mengaktifakan switch pada batas harga tertentu. Gambar 4 Level Switch 2
Relay: Alat dari sistem pengaman yang bekerja berdasar elektromagnet dan relay mempunyai beberapa fasilitas kontak Normally Open (N.O) dan Normally Closed (N.C). Kontak kontak dari relay ini dipergunakan sesuai dengan yang dibutuhkan dalam sistem proteksi. Pada kondisi operasi normal relay relay tersebut dalam keadaan energize dan bila terjadi kegagalan, shut down atau trip, relay relay tersebut dalam keadaan de-energized. Gambar 5 Relay 2.3 Gerbang Logika Suatu rangkaian safe guard ataupun shutdown, baik yang berupa hardware maupun software dapat disederhanakan menjadi rangkaian logika untuk memudahkan dalam menganalisa. Rangkaian terdiri dari input (dilambangkan dengan 1 dan 0 ) yang diproses di gerbang gerbang logika menghasilkan output 1 atau 0 pula. Secara umum rangkaian logika terbentuk dari gerbang logika dasar sebagai berikut: Gerbang AND Gerbang OR Gerbang NOT 2.2 Multivibration Monitoring Sistem monitoring yang sangat berguna untuk meningkatkan keamanan plant, mengurangi biaya operasi plant, menngkatkan kualitas produk, dan memaksimalkan kemampuan plant. Multivibration monitoring dipergunakan dalam banyak konfigurasi di lokasi petroleum refinery, petrochemical plant, power plant atau disetiap tempat dimana dipergunakan rotating machinery untuk mewujudkan keadaan tersebut. Dalam pemonitoringan suatu peralatan terdapat dua gerakan yang selalu diamati yaitu gerakan axial dan radial dari satu peralatan. Untuk itu terdapat vibration monitoring dan thrust position monitoring. Vibration Monitoring Fungsi utama dari sistem monitoring untuk mengukur secara kontinue dan accurate dari vibrasi radial pada shaft. Gerakan yang dimonitor adalah getaran radial. Thrust Position Monitoring Tujuan dari monitoring posisi thrust untuk mengukur adanya perubahan clearance pada rotor dan stator. Typical measurement diperoleh dari perubahan posisi rotor relative terhadap clearance baring pada thrust bearing assembly. Sistem dasar pengukuran posisi thrust untuk melindungi axial antara rotor dan stator, yang terdiri dari probe proximity, proximator, cables dan monitor. Sistem monitoring redundant mencegah adanya false shutdown akibat kerusakan komponen. III. Safeguard System dan Multivibration Monitoring pada kompresor 14K1. Fungsi kompresor adalah mengkonversikan energi mekanik ke dalam energi gas dan sebagian lagi dibuang. Kompresor sangat penting bagi industri perminyakan dan gas bumi serta industri petrokimia. Gas bertekanan yang dihasilkan oleh kompresor dapat digunakan ke dalam bentuk lain untuk keperluan proses, contohnya: Penggerak instrumentasi ( pneumatic ) Penggerak peralatan mekanik ( tools ) Untuk keperluan Proses Gas Bertekanan dipakai untuk Injeksi pada sumur minyak Untuk tekanan Sistem Operasi Untuk Keperluan proses operasi 3.1 Kompresor 14 K 1 Kompresor 14 K 1 yang terletak pada kilang FOC I unit platforming ini berfungsi sebagai recycle gas compressor yang digerakkan oleh turbin untuk menghandle gas H 2 dan merupakan jenis Centrifugal compressor dimana kecepatan serta tekanan diberikan kepada udara ( gas ) dengan arah radial terhadap shaft vane atau impeller oleh satu atau banyak kombinasi antara impeller dan diffuser. 3
3.2 Safe Guard System 3.2.1 Safe Guard pada Kompresor 14 K 1 Switch setting yang menyebabkan kompresor trip adalah: Tabel 1 Switch Setting Kompresor 14K1 No Tag. No Service Setting Range 1 14XIT 003 2 14XSHH 003 3 14XIT 006A 4 14XSHA 006A 5 14XIT 006B 6 14XSHH 006B Axial Turbin 14K1 Axial Turbin 14K1 High-high Axial Compressor 14K1 Axial Comp 14 K 1 High-High Dual Axial Compressor 14K1 Dual Axial Comp 14 K 1 High-High Proses Instr 15 Mills 15 mills 15 Mills 15 mills 15 Mills 15 mills 0-25 Mills 0-25 Mills 0-25 Mills 7 14LT 032 Seal Oil Tank 14K1 0-14 inchi 8 14LSLL 032 10 14LSH 015 Seal Oil Tank 14 K 1 Low-Low Level Reactor Prod separator 14 High Level 11 14PT 049 Lub Oil System 14K1 12 14PSL 049 Lub Oil System 14 K 1 Low Pressure 54% 54% 80% 80% 0,84 Kg/cm2 28% 0-3kg/cm3 13 14TT082 Disc 14K1 0-200 C 14 14TSH 082 Disch 14 K 1 High Temperature 135 C 135 C Dari tabel diatas dapat diketahui bahwa beberapa variable telah disetting batas-batasnya sebagai pengaman kompresor, Axial Turbin Vibration 14XSHH003 Axial turbin vibration, apabila berada di atas 15 Mills maka dapat menyebabkan kompresor 14 K 1 trip karena vibrasi axial turbin mengakibatkan bergesernya displacement yang akan membahayakan kompresor karena getaran yang berlebihan, begitu pula untuk axial compressor vibration dan dual axial compressor vibration. Pada prinsipnya getaran yang terjadi dikompresor harus dikontrol karena akan memprngaruhi peralatan tersebut. Level seal oil Tank 14LSLL032 Apabila levelnya berada dibawah 14 inchi maka dapat menyebabkan kompresor 14 K 1 shut down atau trip karena apabila levelnya dibawah setting kemungkinan cairan dapat ikut masuk sedangkan dalam kompresor tidak boleh ada cairan yang masuk, karena apabila cairan masuk dan di kompresi maka tekanannya akan naik sehingga akan timbul tekanan yang sangat besar sehingga dapat membahayakan kompresor itu sendiri maupun penggerak. Level Reactor Product Separator 14LSH015 Apabila melebihi 14 inchi juga dapat menyebabkan kompresor trip karena apabila levelnya melebihi setting kemungkinan cairan dapat ikut masuk sedangkan dalam kompresor tidak boleh ada cairan yang masuk, karena apabila cairan masuk dan di kompresi maka tekanannya akan naik sehingga akan timbul tekanan yang sangat besar sehingga dapat membahayakan kompresor itu sendiri maupun penggerak. Pressure lube oil 14PSL049 Apabila tekanannya dibawah 0,84 kg/cm² maka dapat juga menyebabkan trip karena sistem pelumasan sangat mempengaruhi kinerja dari suatu kompresor, Apabila tekanan pelumas kurang dapat menyebabkan kerusakan komponen dari kompresor. Temperature discharge kompresor 14TSH082 Apabila temperaturnya melebihi 135 C maka kompresor 14 K 1 shut down atau trip, karena apabila temperature discharge melebihi setting maka apabila di kompresi temperaturenya akan naik lagi dan membahayakan kompresor, karena yang di kompresikan adalah hidrogen sehingga apabila temperaturnya terlalu tinggi kemungkinan gas tersebut dapat membahayakan proses maupun kompresor itu sendiri. Pada temperature 2nd stage discharge kompresor apabila melebihi 135 C maka kompresor akan trip karena penyebab tingginya temperature discharge kemungkinan adalah tersumbatnya aliran gas misalya tertutupnya kerangan sehingga apabila aliran gas tersumbat namun tetap di kompresi maka tempereatur akan semakin naik dan akan membahayakan kompresor. 4
3.2.2 Rangkaian Logika Ekuivalen Sistem Shut Down Kompresor Dari wiring diagram sistem shut down dapat dibuat rangkaian logika ekuivalen dengan menggunakan gerbang logika, dimana rangkaian seri dari kontak-kontak switch dan relay sebagai masukan gerbang AND. Gambar 6 Rangkaian Logika Sistem Shut DownKompresor 14 K 1 Kondisi Kompresor Running Pada kondisi kompresor bekerja normal, kondisi HS-024 A dan HS-024 B dirangkai seri atau di AND-kan sehingga apabila kedua inputnya berlogika 1 atau close maka outputnya pasti berlogika 1 atau close. Kemudian outputnya di AND-kan lagi dengan output dari rangkaian LSLL- 032, XSHH-006, XSHH-003, LSH-015, TSH-082, PSL-049 yang juga di ANDkan atau dirangkai seri, sehingga apabila semua inputnya berlogika 1 maka outputnya pasti berlogika 1.Jadi outputnya akan menjadi berkogika 1 karena ketiga inputan berlogika 1. Kemudian output tersebut di OR-kan dengan HS-017. jadi apabila salah satu input berlogika 1 maka outputnya juga akan berlogika 1 sehingga kompresor juga akan berlogika 1 (Running). Kondisi Kompresor Shut Down Kompresor akan shut down apabila salah satu dari switch-switch diatas berlogika 0 atau open. Apabila salah satu switch HS-024 atau HS-024 B berlogika 0 atau open maka outputnya juga berlogika 0. Kemudian pada salah satu switch LSLL-032, XSHH- 006, XSHH-003, LSH-015, TSH-082, PSL-049 ada yang berlogika 0 maka outputnya juga akan berlogika 0. Sehingga apabila salah satu dari tiga inputan gerbang AND ada yang berlogika 0 maka outputnya juga akan berlogika 0. Kemudain output tersebut di OR kan dengan HS-017, apabila kedua input berlogika 0 maka outputnya juga berlogika 0 atau open, Jadi kompresor berlogika 0 (shut down atau tidak bekerja). 3.3 Multivibration Monitoring pada Kompresor 14 K 1 Sistem Multivibration monitoring dipasang dengan tujuan untuk memonitor segala bentuk pergeseran yang terjadi pada rotating equipment. Seperti halnya kompresor yang sangat penting sekali untuk dimonitor untuk segala bentuk pergeserannya yang apabila melewati batas tertentu akan menyebabkan kondisi trip. Secara umum system monitoring ini dipasang demi keselamatan kompresor. Unit 14 yang terletak di area FOC I ini memiliki kompresor recycle gas yang memiliki fungsi yang sangat penting. Dalam kompresor 14 K 1 ini terdapat dua vibrasi yang selalu dimonitor, yaitu axial dan radial vibrasi. Pada dasarnya untuk kompresor 14 K 1 ini, vibrasi yang dapat menyebabkan trip adalah untuk axial vibrasinya. 3.3.1 Thrust Position pada Kompresor 14K1 Sebuah alat rotating machinery sangat membutuhkan adanya system monitoring vibrasi yang akan mengindikasikan keadaan apabila terjad kerusakan. Termasuk pada kompresor 14 K 1 ini, dari dua variable yaitu axial dan radial vibration. Hanya axial vibration saja yang dapat mnyebabkan komresor tersebut trip. Mengapa demikian, kerena axial vibration sangat berkaitan dengan proses opersi dimana apabila terjadi axial vibrasi yang berlebihan akan membahayakan proses itu sendiri. Gambar 7 Dual Thrust Monitor System 5
Dan setting yang terpasang di thrust position monitoring pada Kompresor 14 K 1 yang digunakan ada dua buah yaitu 14 XI_006A dan 14XI_006 B. Keadaan yang terpantau sekarang ini sebesar 1,99 untuk 14 XI_006A dan 5,24 untuk 14XI_006B. Kedua kondisi tersebut dalam posisi yang normal, dimana SP untuk 14XI_006A sebesar 10,00 dan SP untuk 14XI_006B sebesar 20,00. Apabila terjadi suatu kondisi diluar Set Point maka getaran yang dibaca oleh probe kan dikonversi menjadi tegangan DC dan mengaktifkan relay yang sesuai dengan probe serta mengindikasikan alarm alert maupun danger. Apabila hal tersebut tidak mendapat tindak lanjut maka, secara otomatis kompresor akan trip. 3.3.2 Thrust Position pada Turbin Kompresor 14K1 Selain pada kompresor, axial vibration (axial position monitoring) juga terpasang pada turbin penggerak kompresor pada kompresor 14 K 1. Pemasangannya sama dengan yang berada pada kompresor 14 K 1, karena axial position monitoring pada dasarnya digunakan untuk mengukur perubahan posisi dari thrust collar relative terhadap thrust bearing. Gambar 8 Thrust position Dan setting yang terpasang di thrust position monitoring pada Turbin Kompresor 14 K 1_T yang digunakan ada satu bauh yaitu 14 XI_003. Keadaan yang terpantau sekarang ini sebesar -4,28 kondisi tersebut dalam posisi yang normal, dimana SP untuk 14XI_003 sebesar 15,00. Apabila terjadi suatu kondisi diluar Set Point maka getaran yang dibaca oleh probe kan dikonversi menjadi tegangan DC dan mengaktifkan relay yang sesuai dengan probe serta mengindikasikan alarm alert maupun danger. Apabila hal tersebut tidak mendapat tindak lanjut maka, secara otomatis kompresor akan trip. 3.3.3 Vibration Monitoring pada Kompresor 14K1 Pada Kompresor 14 K 1 virbration monitor ini hanya digunakan untuk mengamankan alat saja. Dan tidak menyebabkan proses operasi pada kompresor terhenti (trip). Fungsinya untuk mengamati displacement dari shaft terhadap clearance bearing. Untuk pemasangan tranducer displacement diletakkan dalam dua bidang, yang terpisah dalam sudut 90 ± 5. Seperti berikut: Gambar 9 Radial Vibration measurement Gambar 10 Dual vibration Monitoring V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan 1. Safeguard system pada Kompresor 14 K 1 diterapkan untuk mencegah peralatan dari kerusakan dan keselamatan manusia serta proses yang berlangsung. Dimana akan menghentikan pengoperasian mesin pada batas kondisi tidak aman untuk dioperasikan. 2. Sebelum terjadinya Trip atau Shut down akan terjadi alarm yang berfungsi untuk memberikan informasi dini pada kondisi tidak aman, serta memberi kesempatan kepada operator untuk melakukan tindakan pencegahan atau penyelamatanmesin sebelum terjadi Shut down ( trip ). 3. Variabel-variabel yang dapat menyebabkan kompresor 14 K 1 alarm dan shut down sehingga perlu dijaga pada batas-batas yang aman adalah : Discharge Kompresor High Temperature, Lub Oil System Low Pressure, Seal Oil Tank Low Level, Axial vibration Turbin High High, Dual 6
Axial Compressor High High, Emergency Shut down. 4. Emergency shut down push button berfungsi untuk menshutdownkan kompresor apabila terjadi kerusakan pada peralatan pengaman yamg menyebabkan peralatan tersebut tidak berfungsi sebagaimana mestinya atau keadaan bahaya yang tidak terdeteksi. 5. Multivibration monitoring berfungsi untuk mengamankan rotating machinery. Komponen yang dimonitor pada Kompresor 14 K 1 adalah gerakan axial dan radial, yang masing-masing dimonitor dengan vibration monitoring dan thrust position. 5.2 Saran 1. Sistem pengaman pada kompresor 14 K 1 masih dilakukan secara analog yaitu menggunakan sistem logic relay, dimana sistem logic relay ini memiliki respon yang kurang cepat dan disamping itu, sistem logic relay juga membutuhkan sistem pengkabelan yang cukup banyak. Serta seiring dengan perkembangan teknologi microprocessor saat ini maka sistem logic dibuat secara software, dimana hal itu terdapat didalam Programmable Logic Controller (PLC). Selain dari pada itu dengan menggunakan PLC sebagai pengganti logic relay akan memberikan respon yang lebih cepat dan memudahkan dalam segi pemeliharaan atau maintenance. [5] Subagyo, Langgeng.Ir, Training Manual Vibration monitor & Analysis, Pertamina RU IV, Cilacap: 1989. [6] Hidayat, Benny, Sistem Shut Down pada Gas Kompresor 220K101 di Pertamina RU IV Cilacap, Laporan KKW, Cilacap: 2008. Biografi Aulia Latifah Insan Firdausi (L2F606 012), lahir di Pemalang pada 3 Agustus 1988. Saat ini sedang menyelesaikan studinya di Teknik Elektro Universitas Diponegoro konsentrasi Kontrol. Mengetahui dan Mengesahkan: Pembimbing Sumardi, S.T. M.T NIP. 132 125 670 Daftar Pustaka [1] Pertamina, Operating Manual Unit Platforming, Pertamina RU IV Cilacap. [2] Pertamina, Plant Manual Unit Platforming 1400, JGC Corporation, Cilacap. [3] Anonim, Manual For Centrifugal Compressor, 14K 1, JGC Corporation, Cilacap: Indonesia. [4] Budiarto, Sany, Sistem Proteksi pada Turbin-Kompresor 84-K-201-T, laporan KP, Cilacap 2005. 7