Makalah Seminar Kerja Praktek Analisis Pressure Control Pada Absorber (101-C1) di CO 2 Removal Field Subang Reza Dwi Imami (L2F008080) Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang Jln. Prof. Soedharto, Tembalang, Semarang, Jawa Tengah, Indonesia e-mail: azerdwi90@gmail.com Abstrak Absorber (101-C) adalah sebagai ruang untuk proses absorbsi CO 2 dari gas inlet. Jadi gas inlet akan direaksikan dengan larutan amdea dan make up water. Hasil dari proses ini yaitu gas yang berkadar CO 2 5% atau yang disebut sweet gas dan rich amdea (larutan amdea+co 2 ). Pada proses absorbsi, dibutuhkan tekanan yang tinggi dan temperatur yang rendah pada absorber. Temperatur yang terjadi pada absorber selalu rendah karena ada proses pelepasan panas sedangkan untuk tekanan yang masuk berubah-ubah bergantung pada tekanan gas inlet. Oleh karena itu, kontrol valve yang dikendalikan oleh PIC 1101. Tekanan yang dideteksi oleh sensor diterima transmitter kemudian dikirimkan ke PIC-1101 untuk dibandingkan tekanannya dengan set point sehingga didapat pengaturan bukaan valve. Di dalam laporan ini akan membahas tentang analisis sistem kontrol tekanan pada absorber. Kata kunci: control valve, sistem kontrol, tekanan I. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Dewasa ini penggunaan minyak bumi dan gas alam sangat berpengaruh besar dalam kehidupan manusia. Oleh karena itu, pemerintah Indonesia mendirikan perusahaan BUMN yang bernama PT. PERTAMINA (Persero) yang bergerak dalam bidang eksplorasi dan pengolahan minyak dan gas alam. PT. PERTAMINA EP bergerak dalam bidang eksplorasi produksi gas alam dengan memiliki 18 sumur yang terletak di daerah Subang dan sekitarnya. Berdasarkan data yang didapatkan, kandungan CO 2 yang keluar dari masing-masing sumur masih besar yaitu sekitar 23%. Hal ini tentunya sangat merugikan konsumen dan Pertamina. Oleh karena itu PT. PERTAMINA EP membangun CO 2 Removal Plant yang berlokasi di daerah Subang. Plant bertujuan untuk menurunkan kadar CO 2 menjadi 5%. 1.2 Tujuan Tujuan penulis melakukan Kerja Praktek ini adalah : 1. Mengenal alat dengan sistem otomatisasi modern yang dipakai di PT PERTAMINA EP field Subang Region Jawa, 2. Mengetahui sistem CO 2 Removal yang digunakan di PT PERTAMINA EP field Subang Region Jawa, 3. Mempelajari serta memahami pengontrolan tekanan yang terjadi pada absorber yang diterapkan di PT PERTAMINA EP field Subang Region Jawa, 1.3 Pembatasan Masalah Dalam melakukan penyusunan laporan kerja praktek ini, agar pembahasan menjadi terarah dan tidak meluas maka penulis membatasi permasalahan yang dibahas. Adapun pembatasan masalahnya yaitu laporan ini hanya membahas sistem kontrol pressure pada absorber dalam proses CO 2 Removal Plant. Adapun hal yang tidak dibahas seperti pemodelan sistem secara matematis, program logika untuk pengontrolan serta proses kimia yang terjadi. II. DASAR TEORI 2.1 Sistem Instrumentasi Di PT PERTAMINA EP Field Subang Region Jawa parameter utama yang selalu diukur antara lain: suhu (temperature), aliran (flow), tekanan (pressure), tinggi permukaan (level). Gabungan serta kerja alat-alat pengendalian otomatis ini dinamakan sistem pengendalian, sedangkan semua peralatan yang membentuk sistem pengendalian disebut instrumentasi sistem kendali. Fungsi instrumentasi pada suatu proses industri dapat diklasifikasikan ke dalam 4 bagian yaitu : 1
1. Sebagai Alat Ukur Instrument mendeteksi dan memberikan informasi tentang besarnya nilai proses variabel yang diukur dari suatu proses industri sehingga dapat dipahami (mempunyai informasi) oleh pengamat. 2. Sebagai Alat Kontrol/Pengendali Instrument berfungsi untuk mengendalikan jalannya operasi agar variabel proses yang diukur dapat diatur dan dikendalikan, tetap pada nilai yang ditentukan (set point). 3. Sebagai Alat Safety Instrument memberikan tanda bahaya atau tanda gangguan apabila terjadi trouble atau kondisi tidak normal yang diakibatkan tidak berfungsinya suatu peralatan pada proses, serta berfungsi untuk mentripkan suatu proses apabila gangguan tersebut tidak teratasi dalam jangka waktu tertentu. 4. Sebagai Alat Analisa Instrument berfungsi sebagai alat untuk menganalisa produk yang dikelola, apakah sudah memenuhi spesifikasi yang diinginkan sesuai dengan standar mengetahui polusi dari hasil buangan sisa produksi yang diproses agar tidak membahayakan dan merusak lingkungan. 2.2 Instrumentasi Pengukuran Transmitter adalah individual instrument yang berfungsi mengukur nilai flow, level, pressure untuk selanjutnya mengubah sinyal pengukuran standar yang sebanding dengan arus listrik searah 4-20 ma, tegangan 1-5 V atau sinyal pneumatic 3-15 psi atau 0,2-1 kg/cm². 2.3 Kontrol Valve Valve adalah suatu peralatan mekanis yang melaksanakan suatu aksi untuk mengontrol atau memberikan efek terhadap suatu aliran fluida di dalam suatu sistem perpipaan atau peralatan. Fungsi valve dapat dibedakan menjadi : 1. Mengalirkan atau menghentikan aliran (on-off) 2. Mengatur variasi kecepatan aliran (regulating) 3. Mengatur aliran hanya pada suatu aliran saja (checking) 4. Merubah/memindahkan aliran pada line pipa yang berbeda (switching) 5. Melepas aliran dari system ke atmosfer (discharging) Control valve adalah jenis final control element yang paling umum dipakai untuk sistem pengendalian proses, sehingga orang cenderung mengartikan final control element sebagai control valve. Aksi kontrol pada control valve ini dibedakan menjadi 2, yaitu : Air To Close / ATC: apabila mendapat signal input, maka control valve akan menutup. Semakin besar signalinput yang diterima maka semakin besar pula gerakan stem kebawah. Air To Open / ATO: apabila mendapat signal input, maka controlvalve akan membuka. Semakin besar signal input yang diterima maka semakin besar pula gerakan stem keatas. Gambar 2.2 (a) (b) (a) Control Valve aksi ATO (b) Control Valve aksi ATC. Gambar 2.1 Pressure Transmitter Rosemount 1151 Transmiter yang digunakan adalah Pressure Transmitter Rosemount 1151. Prinsip kerjanya yaitu perbedaan nilai antara beberapa nilai tekanan dan beberapa tekanan referensi. Dalam artian tekanan absolut dapat dianggap sebagai tekanan differensial dengan vakum atau zero absolut sebagai referensi. Jadi pengukur tekanan dapat dianggap sama dengan tekanan atmosfir sebagai referensi. Kontrol valve yang digunakan adalah tipe butterfly valve. Gambar 2.3 Butterfly Valve 2
Sesuai dengan namanya, valve tipe ini cara kerjanya adalah dengan memutar piringan (disk) pada sumbu utamanya untuk membuka atau menutup jalan fluida. Gerakan memutar ini mirip dengan gerakan mengepak pada kupu-kupu, sehingga dinamakan butterfly valve, atau katup tipe kupukupu. Butterfly valve banyak dipakai dalam prosesproses yang membutuhkan flow yang besar serta fluida-fluida yang banyak mengandung partikel. Cara kerjanya : Gerakannya berputar membentuk sudut 0 o sampai 90 o Gambar 2.4 Gerakan putaran butterfly valve Kontrol valve yang digunakan bertipe ATO (Air To Open). Ketika kontrol valve ini mendapatkan sinyal kontrol maka valve akan membuka dan jika tidak ada sinyal kontrol maka valve akan menutup III. ANALISA DAN PEMBAHASAN 3.1 Gambaran Umum Proses CO 2 Removal kondensasi ditampung di Sweet Gas KO Drum selanjutnya dialirkan ke konsumen. Larutan amdea yang banyak mengandung CO 2 (Rich Amine), keluar dari Absorber, dipanaskan di amdea Solution Heater sampai 73.6 o C dengan menggunakan steam bertekanan rendah sebagai media pemanas (LP Steam). Pada tekanan rendah di LP Flash Column (0.2 kg/cm 2 ), CO 2 yang terlarut akan terlepas dari Rich amdea pada temperatur 73.6 C. Gas CO 2 yang terlepas pada 73.6 C di LP Flash Column keluar dari bagian atas kemudian didinginkan di CO 2 Fin Fan cooler sampai 50 o C untuk mengkondensasikan partikel-partikel air maupun amdea yang berada dalam off gas sebelum dibuang ke atmosfer. Hasil kondensasi ini akan dikirim kembali ke LP Flash Column menggunakan pompa 104-P1/2. Lean amdea dipompakan ke Absorber menggunakan Circulation Pump. Jumlah Lean amdea yang melewati Mechanical dan Carbon Filter adalah 10 % dari jumlah aliran yang ke Absorber Column.. 3.2 Analisa Sistem Kontrol Pressure pada Absorber 101-C1 Pada kontrol tekanan absorber 101-C1, digunakan konfigurasi control single control. Single control adalah loop instrumen yang terdiri dari satu transmitter, satu controller, dan sebuah final control element. Tujuannya adalah untuk mendapatkan stabilitas dari output proses yang dikontrol. Contohnya pada absorber seperti digambarkan di bawah ini: Gambar 3.1 PFD CO 2 Removal Plant Subang CO 2 Removal ini didesain untuk menurunkan kadar CO 2 dalam feed gas sebesar 200 mmscfd, dari kadar 23 % menjadi 5 % (dry basis). Pemisahan CO 2 dilakukan dengan menggunakan larutan amdea sebagai solvent. Larutan ini bereaksi secara kimiawi dengan CO 2 didalam gas umpan. Penyerapan ini terjadi di Absorber Column, pada temperature 60-70.8 o C dan tekanan 36 kg/cm 2 Setelah kandungan CO 2 terserap oleh amdea di dalam Absorber Column, gas yang mengandung 5% CO 2 (Sweet Gas) kemudian didinginkan di Sweet Gas Fin Fan Cooler sampai temperatur 40.5 C untuk memisahkan kondensat. Cairan hasil Gambar 3.2 Struktur Single Loop Control Pada pengukuran tekanan dilakukan oleh pressure transmitter (PT), selnjutnya output PT dikirim ke pressure indicator controller (PIC) sebagai measured variable. Harga tekanan yang 3
dikehendaki dinyatakan sebagai set point pada kontroler PIC. Dari perbandingan kedua harga tersebut, PIC mengeluarkan sinyal output untuk mengatur bukaan control valve sehingga didapatkan tekanan yang diinginkan. bawah ini merupakan diagram blok sistem kontrol tekanan pada absorber column 101-C1. Gambar 3.4 Diagram Blok Sistem Kontrol Pressure pada Absorber (101-C1) Gambar 3.3 P&ID Loop Control pressure absorber 101-C1 Seperti pada gambar 4.7 pengontrolan pressure pada absorber memiliki masukan dari feed gas yang berasal dari sumur. Pada sisi inlet absorber, feed gas ini akan dibaca nilai tekanannya. Hasil pembacaan tekanan yang dilakukan oleh pressure transmitter (PT 1101) akan memberikan sinyal hasil pembacaan pressure yang kemudian di ubah oleh transducer menjadi sinyal elektrik. Sinyal elektrik ini menjadi inputan dari controller PIC 1101. Kontroler PIC 1101 ini kemudian diteruskan ke transducer untuk diubah menjadi sinyal pneumatic. Sinyal pneumatic inilah yang berfungsi untuk mengatur perubahan bukaan valve. Misalnya tekanan pada absorber kurang dari set point yang telah ditentukan maka PT 1101 akan memberikan sinyal turun yang sebelumnya sinyal akan diubah dari sinyal fisis menjadi sinyal elektrik. Valve yang digunakan bertipe ATO (Air To Open), sehingga proses yang dikontrol memiliki sifat reverse (semakin kecil sinyal kontrol, bukaan valve output semakin kecil sehingga tekanan pada absorber naik mendekati set point). Karena proses yang dikontrol memiliki sifat reverse, maka mode aksi kontroler yang digunakan adalah mode direct ( e = PV- SP ). Dengan aksi kontrol direct pada transmitter, jika transmitter memberi sinyal turun (PV) maka output dari PIC 1101 akan turun. Perubahan output akan merubah bukaan valve, sehingga bukaan akan menjadi lebih kecil dari posisi normal dan tekanan menjadi lebih besar. Di Keterangan : PID : metode kontrol yang digunakan pada kontroler (PIC 1101) Transmitter : transmitter yang digunakan (PT 1101) CO : output dari kontroler PV : output dari proses Pada intinya kontrol pressure ini bertujuan untuk menjaga tekanan dalam absorber yang sesuai dengan set point yang diinginkan. 3.3 Tampilan Distributed Control System (DCS) Di bawah ini adalah tampilan Distribute Control System (DCS) pada absorber Gambar 3.5 Tampilan DCS Pada gambar 4.9 terlihat gambar absorber dan KO Drum. Pada absorber, terdapat 3 input yaitu gas dengan jalur berwarna kuning, make up water dengan jalur berwarna biru dan larutan amdea dengan jalur berwarna coklat. Output absorber ada 2 yaitu swet gas dengan jalur berwarna kuning dan rich amdea dengan berwarna coklat. Pada tampilan DCS terdapat berbagai alat instrumen, namun alat untuk pengontrolan pressure absorber yaitu PIC 1101 pada gas inlet absorber dan kontrol valve XV 1102 pada gas outlet KO Drum. Pada sistem ini, metode kontrol yang digunakan adalah metode kontrol PID. Hal ini dikarenakan tuning parameter pada metode kontrol 4
PID lebih mudah dibandingkan dengan metode kontrol yang lain. Pada kontrol PID, yang harus disetting adalah nilai Kp, Ki, dan Kd. dimana O adalah output, e adalah error (input dari unit kontrol), Ti adalah integral time (waktu integral) dan Gc atau biasanya disebut Kp adalah gain controller (penguatan proporsional). Gambar 3.6 Tampilan DCS kontrol PIC 1101 Dari gambar 4.12, terlihat bahwa unit kontrol PID yang digunakan hanyalah unit Proposional dan Integral. Hal ini ditunjukan pada pengisian Tuning, yaitu unit Proposional yang ditunjukan dengan pengisian nilai Gain dan unit Time Integral yang ditunjukan dengan pengisian nilai Reset. Sedangkan nilai unit Time Derivative yang ditunjukan oleh pengisian Rate di isi nilai nol. Hal ini menunjukan bahwa kontrol yang dipakai dalam PIC-1101 adalah kontrol Proposional dan Integral (PI). Sedangkan untuk unit Derivative tidak digunakan karena jika dipakai dalam proses produksi maka akan menimbulkan derau. Derau yang terjadi ini sangat berbahaya dalam proses produksi Pengendali PI merupakan gabungan dua unit kontrol yaitu P dan I. Sehingga semua kelebihan dan kekurangan yang ada pada pengendali P dan I juga ada padanya. Sifat pengendali P yang selalu meninggalkan offset dapat ditutupi oleh kelebihan pengendali I, sedangkan sifat pengendali I yang lambat dapat ditutupi oleh kelebihan pengendali P. Sehingga pengendali PI memiliki response yang lebih cepat dari pengendali I tetapi mampu menghilangkan offset yang ditinggalkan pengendali P. Berikut adalah rumus nya : 1 O Gc e e. dt Ti Gambar 3.11 Performansi Pengontrol P vs PI Dari gambar di atas terlihat bahwa kontrol PI lebih baik daripada kontrol Proporsional. Pada pengontrolan temperatur diperlukan kontrol proporsional integral atau lebih sering disebut kontrol PI. Pada DCS, range PIC 1101 antara 0-64 kg/cm 2 sedangkan untuk kontrol valve XV 1102 rangenya antara 0% - 100%. Set point untuk PIC 1101 yaitu 35,85 kg/cm 2. Berikut ini adalah tampilan mengenai pengaturan set point pada PIC 1101 yaitu Gambar 4.12 Tampilan DCS pengaturan set point 5
Berdasarkan gambar 4.10, pada suatu keadaan gas inlet adalah 35,86 kg/cm 2 maka persentase sinyal kontrol valvenya adalah 24,44% dan pengaturan untuk kontrol valvenya menggunakan mode auto. Setelah tuning PID dan menentukan set point, grafik respon dari sistem akan terlihat. Berikut ini adalah tampilan grafik mengenai tekanan pada gas inlet dan persentase sinyal valve pada DCS dengan saat hari rabu, 27 Juli 2011 jam 12.00 hingga kamis 28 Juli 2011 jam 9.00 dengan selang waktu 1 jam IV. Kesimpulan 1. Pada CO 2 Removal field Subang, terdapat 2 proses yang berjalan yaitu proses pngontakan gas bumi dengan larutan amdea dan regenerasi larutan amdea. 2. Semua proses yang berjalan dapat dikontrol oleh DCS dan hasil proses juga dapat dilihat pada DCS 3. Control tekanan pada absorber 101-C1 mempunyai satu loop pengontrolan yaitu pengontrolan tekanan gas inlet (feed gas). 4. Tekanan pada absorber 101-C1 dapat dikontrol dengan cara mengatur besar kecilnya buka tutup valve pada outlet dari sweet gas KO Drum 5. Berdasarkan grafik yang diperoleh pada saat pengamatan, maka dapat dilihat ketika tekanan gas inlet rendah maka valve akan menutup begitu juga sebaliknya. Gambar 4.13 Grafik set point, proses value dan persentase sinyal kontrol valve Keterangan: Garis merah Garis hitam Garis biru : Set point gas inlet : Proses value gas inlet : Persentase kontrol valve terbuka Berdasarkan gambar di atas dapat dilihat bahwa set point tekanan gas inlet pada 35,85 kg/cm 2. Tekanan gas inlet yang terukur berubah-ubah besarnya bahkan bisa di atas set point dan juga bisa di bawah set point. Hal ini disebabkan karena adanya aktivitas pada sumur gas. Ketika tekanan gas inlet berada di atas set point maka sinyal kontrol valve akan naik dan valve akan terbuka lebih besar. Begitu juga sebaliknya. Namun, ada suatu keadaan ketika gas inlet turun dan sinyal kontrol valve naik. Hal ini terjadi karena ada lag process sehingga kontrol valve telat mengubah kondisinya. Lag process ini terjadi karena instrumen pengukur dan akuatornya yaitu kontrol valve diletakkan berjauhan sehingga terjadi delay dalam sistem. 6
BIOGRAFI Reza Dwi Imami - L2F008080, dilahirkan di Jakarta, 27 Juni 1990. Jenjang edukasi ditempuh dari SDN Pondok Labu 02, SMP Negeri 37 Jakarta, SMA Negeri 34 Jakarta dan sekarang sedang menempuh studi S1 di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Konsentrasi Kontrol. Semarang, Oktober 2011 Mengetahui dan mengesahkan, Dosen Pembimbing Iwan Setiawan, ST. MT NIP. 19730926 20001210 01 7