Makalah Seminar Kerja Praktek CONTROL SYSTEM PADA FURNACE 12F1(FOC I) PT. PERTAMINA RU IV CILACAP Indra Permadi (L2F006080) Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro ABSTRAK Sistem kendali otomatis sangat diperlukan dalam operasi-operasi industri misalnya untuk pengontrolan tekanan, temperatur, level, dan laju aliran dalam proses produksi. Otomatisasi saat ini tidak hanya diperlukan sebagai pendukung keamanan operasi, faktor ekonomi maupun mutu produksi namun telah menjadi suatu kebutuhan pokok bagi proses industri. Furnace 12F1 merupakan salah satu peralatan pemanas yang ada di area FOC 1, furnace 12F1 mempunyai fungsi yaitu untuk memanaskan naphtha feed yang akan masuk ke platformer. Pemanasan di dapur 12F1 ini bertujuan untuk menaikan temperature naphtha feed,sehingga memudahkan reaktor 12R1 untuk memisahkan naphtha dengan kandungan sulfur, N 2, O 2, dan lain-lain yang dapat merusak katalis pada platformer. Pengendalian pada 12F1 meliputi pengendalian single loop pada laju aliran naphtha feed, pengendalian cascade antara temperature outlet dapur dengan tekanan fuel oil dan fuel gas, pengendalian atomizing steam, dan sistem safeguard. Kata kunci : Furnace, naphtha feed,single loop,cascade,atomizing steam,safeguard 1. Pendahuluan 1.1 Latar blakang PT. PERTAMINA (PERSERO) RU IV CILACAP merupakan suatu perusahaan di Indonesia yang mengolah minyak mentah menjadi Bahan Bakar Minyak (BBM) dan Non Bahan Bakar Minyak (NBM). Untuk mendukung proses pengolahan tersebut, maka diperlukan peralatan produksi yang beraneka ragam dan menggunakan teknologi tinggi, agar target-target produksi yang ditetapkan perusahaan dapat terpenuhi. Saat ini, setiap unit produksi yang terdapat di Kilang Pertamina RU IV Cilacap dilengkapi dengan instrumentasi dan sistem kendali yang dapat mendukung kualitas dan kuantitas hasil produksi yang diharapkan. Sistem kendali sangat diperlukan dalam dunia industri dan memegang peranan penting untuk pengendalian proses produksi. Fungsi utama dari furnace adalah sebagai alat perpindahan panas, dimana didalamnya terdapat proses menaikkan temperatur sampai kepada temperatur yang dikehendaki dengan menggunakan panas yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar. Jika dilihat dari aspek ekonominya, penekanan biaya operasi harus dibuat sekecil mungkin, maka furnace harus bisa bekerja dengan efisiensi tinggi, artinya dengan bahan bakar seminimal mungkin diharapkan bisa menghasilkan kalor (panas) yang maksimal serta dapat digunakan dalam waktu yang lama dibutuhkan sistem pengendalian yang meliputi pengendalian single loop pada laju aliran naphtha feed, pengendalian cascade antara temperature outlet dapur dengan tekanan fuel oil dan fuel gas, pengendalian atomizing steam, dan sistem safeguard. 1.2 Tujuan Pembuatan laporan kerja praktek ini bertujuan untuk mempelajari pengendalian dan safeguard di dapur 12F1 yang berada pada area FOC I PT. PERTAMINA RU IV CILACAP. 1.3 Batasan masalah Pada laporan kerja praktek ini, membahas tentang sistem pengontrolan dan safeguard pada furnace 12F1. 2. Dasar Teori 2.1 Element sensor ( primary element ) Primary element sering disebut juga dengan sensor yaitu alat yang sensitif terhadap perubahan besaran fisis yang terjadi pada suatu proses. Perubahan proses tersebut akan di deteksi secara continue. Perubahannya pada proses tersebut oleh sensor diubah dalam suatu perubahan yang sejenis maupun dalam jenis perubahan lain yang merupakan fungsi dari 1
perubahan proses. Tujuan perubahan oleh sensor adalah untuk memungkinkan secondary element ( transmitter ) membaca data dari sensor tersebut dengan mudah. A. Sensor Suhu Thermocouple Thermocouple adalah sensor yang keluaannya sudah dalam bentuk tegangan listrik. Thermocouple merupakan sambungan dua kawat penghantar yang mempunyai beda tegangan. Perbedaan pasangan material penghantar maka akan memberikan sensitivitas yang berbeda pula. apabila dua buah kawat sejenis yang berbeda digabungkan dalam rangkaian, maka arus yang mengalir besarnya sebanding dengan perbedaan antara T1 dan T2. Daerah dari pengukuran dari thermocouple ditentukan oleh jenis logam yang digunakan. Di kilang PT Pertamina RU IV Cilacap, thermocouple yang digunakan adalah paduan Chormel-Alumel, yang memiliki daerah pengukuran linear pada suhu - 300 o F 2300 o F. Untuk melindungi terhadap kerusakan akibat sentuhan langsung dengan benda yang di ukur, maka thermocouple dilindungi oleh thermowel. B. Sensor Flow Orifice Pada prinsipnya, sensor laju aliran ( flow ) bekerja berdasarkan asas fluida, jika fluida melewati celah atau restreksi, maka akan terjadi penurunan tekanan. Sensor yang digunakan di Kilang PT. Pertamina(Persero) RU IV Cilacap antara lain adalah orifice C. Sensor Preassure Elemen bellow Tekanan terjadi karena adanya gaya yang bekerja pada suatu luasan sehingga tekanan dinyatakan sebagai gaya yang bekerja pada satuan luas. Bellows ini sangat peka terhadap perubahan tekanan, apabila diberi tekanan maka bellows akan mengembang yang menimbulkan perubahan panjang sebanding dengan perubahan tekanan yang diukur. Sebagai perlawanan dari pengembangan akibat dari tekanan yang masuk adalah gaya pegas dari bellows itu sendiri. Perubahan panjang akibat perubahan tekanan tersebut diteruskan oleh link ke jarum penunjuk yang berskala sehingga mendapatkan simpangan pada skala yang sebanding dengan tekanan yang diukur. 2.2 Secondary Element Element ini berfungsi mengolah perubahan fisik yang dihasilkan oleh sensor menjadi suatu penunjukan (indikator) atau menjadi suatu signal standart untuk ditransmisikan ke receiver. Dalam bidang instrument dikenal beberapa signal standart yang di akui secara internasional antara lain : a. Signal pneumatik : 3 15 psi ; 0.2 1.0 kg/cm 2 b. Signal listrik : 4-20 ma dc ; 10 50 ma dc ; 1 5 V dc A. Flow transmitter Flow transmitter adalah perangkat instrumen yang digunakan untuk mengirimkan arus sinyal ke DCS (Distributed Control System) atau ke controller, keluaran yang dikirimkan biasanya berupa arus sebesar 4-20 ma. Pada prinsip dasarnya, proses pengukuran aliran adalah dengan menciptakan sebuah restriction (halangan) di dalam pipa untuk menimbulkan perbedaan tekanan. Perbedaan tekanan ini akan diukur dan dikonversikan sehingga aliran dari suatu fluida dapat diketahui. B. Temperature transmitter Prinsip dari transmitter ini yaitu untuk mendeteksi suhu,keluaran dari sensor berupa tahanan yang sebanding dengan suhu, keluaran ini kemudian diolah dengan rangkaian pengkondisi sinyal sehingga diperoleh keluaran berupa arus 4-20 ma. C. Pressure Transmitter Pressure Transmitter yang terpasang di kilang RU-IV Cilacap terbagi atas 2 jenis yaitu Pneumatic Pressure Transmitter dan Electronic Pressure Transmitter. Prinsipnya Pressure Transmitter tersebut akan mengubah variabel proses yaitu variabel tekanan menjadi sinyal standar yang besarnya 3 -- 15 psi untuk transmitter pneumatic atau 4-20 ma untuk transmitter electronic, kemudian mengirim sinyal standar tersebut ke controller. 2.3 Receiver atau Control element Control element atau sering disebut kontroler adalah alat yang berfungsi melakukan pengaturan dengan jalan membandingkan 2
besaran proses terhadap nilai yang dikehendaki ( set point ). Apabila antara besaran proses dan set point terjadi ketidaksamaan maka kontroler akan melakukan koreksi dengan jalan memerintahkan final kontrol element untuk mengatur besaran proses,sampai controler menyatakan set point. 2.4 Final Control Element Final kontrol element adalah element atau alat terakhir dari suatu sistem pengaturan secara langsung mengontrol proses variabel agar berada pada nilai yang dikehendaki sesuai dengan perintah dari kontrol element. Contoh dari final control element antara lain : a. Control valve : alat yang berfungsi mengatur proses variabel sesuai dengan perintah dari controler. Dengan pengaturan proses variabel ini diharapkan kembali pada nilai yang dikehendaki ( set point ) b. Solenoid valve : alat yang berfungsi mengatur proses variabel hanya pada dua kedudukan yaitu tutupan penuh atau bukaan penuh sesuai dengan perintah dari kontrol element ( switch) Control valve ditunjukkan pada Gambar 1 Reverse acting : Signal angin yang diterima tekanannya diberikan dari sisi bawah diaphragm yang kemudian disitu menggerakan steam kearah atas spring. 2. Aksi control valve ada 2 macam, yaitu: 1. Air to Open (ATO) : Failure Close () Adalah kondisi valve, dimana besarnya sinyal kendali sebanding dengan besarnya bukaan valve, dan berbanding terbalik dengan tutupan valve, sehingga saat sinyal kecil bukaan juga kecil, saat sinyal besar bukaan juga besar. Ditandai dengan cat warna merah. Prinsip ATO ditunjukkan pada Gambar 2. Gambar 2 Air to Open. 2. Air to Close (ATC): Failure Open (FO) adalah kondisi valve, dimana besarnya sinyal kendali berbanding terbalik dengan besarnya bukaan valve, dan sebanding dengan tutupan valve. Sehingga saat sinyal kecil bukaan besar, saat sinyal besar, bukaan justru kecil. Ditandai dengan cat warna hijau. Prinsip kerja ATC ditunjukkan pada Gambar 3. Gambar 1. Control valve. A. Bagian kontrol valve 1. Aktuator ( buka tutup valve) Bagian Aktuator ini juga mempunyai 2 pilihan kerja, yaitu : Direct acting : Signal angin yang diterima tekanannya diberikan dari sisi bagian atas diaphragm yang kemudian menggerakan stem ke arah bawah menekan spring. B. Body valve Gambar 3. Air to Close. Kata kontrol valve sering disebut juga dengan katup, body valve adalah bagian kontrol yang berhubungan langsung dengan fluida. Body valve ada dua macam bagian yang terpenting, yaitu : - Plug - Seat ringe 3
3. Sistem Pengontrolan Furnace 12F1 3.1 Pengendalian laju aliran feed Pengendalian laju aliran feed dapur 12F1 bertujuan untuk menjaga agar aliran tetap stabil. Menaikan temperatur melalui Heat Exchanger sebelumnya bertujuan agar tidak banyak bahan bakar yang digunakan dalam pemanasan di furnace (efisiensi dapur). Proses feed ditunjukkan pada Gambar 4. pengontrolan 3.3 Atomizing Steam Steam diperlukan untuk proses atomisasi fuel oil yaitu proses pengkabutan fuel oil. Proses ini dimaksudkan untuk mengubah fuel oil menjadi partikel-partikel fuel oil sehingga memperbesar luas permukaan yang terjadi agar proses pembakaran dapat lebih sempurna. Pengkabutan dengan atomizing steam dilakukan dengan memanfaatkan tekanan kinetik steam. Skema pengendalian tekanan steam pada dapur 12F1 ditunjukkan pada Gambar 6. B NAPHTHA FEED FURNACE 12F1 703 HGO SUPPLY /004 B 12PDIC 12PDT 12PDY 12PDI 002 MP ATMOZING STEAM FO Gambar 6. pengendalian tekanan steam. 12PI/A Gambar 4. Pengontrolan Feed. 3.2 Pengendalian Cascade antara Temperatur Outlet dengan Tekanan Fuel Oil dan Fuel Gas Pengendalian cascade bertujuan untuk menjaga stabilitas temperatur dan meminimalkan pengeluaran bahan bakar. Untuk mencapai tujuan tersebut maka dibuat sistem pengendalian cascade antara temperatur outlet dengan tekanan fuel oil dan fuel gas. Sistem pengendalian cascade dapat ditunjukkan pada Gambar 5. Gambar 5. Pengendalian cascade. 4. Safeguard (Pengaman) Furnace 12F1 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. Pengamanan pada fuel oil dan fuel gas bertujuan untuk mencegah agar tekanan fuel oil dan fuel gas tidak boleh low karena apabila tekanan bahan bakar low maka tidak akan terjadi pembakaran karena pilot burner hanya bisa membakar bahan bakar pada tekanan tertentu. Hal ini tentu saja merugikan karena feed tidak dipanaskan secara sempurna sesuai specification Disain control valve pada feed, fuel oil, dan fuel gas adalah ATO ( air to open ) atau (failure close) karena feed naphtha mengandung bahan yang dapat merusak katalis platformer bila tidak dipanaskan sehingga apabila terjadi kegagalan atau trip pada bahan bakar fuel oil dan fuel gas dikarenakan tekanannya low maka control valve untuk laju aliran feed naphtha akan menutup (close), demikian juga apabila laju aliran feed naphtha terjadi trip karena low flow maka control valve 4
untuk tekanan fuel gas dan fuel oil akan menutup (close). Desain control valve untuk atomizing steam adalah FO atau ATC ( air to close ) karena tidak berpengaruh apabila terjadi kegagalan atau trip. Tujuan dari safe guarding secara umum adalah untuk pengaman terhadap keselamatan peralatan dari kerusakan jika terjadi penyimpangan variable proses ataupun kegagalan energi baik listrik maupun energi angin. Pengaman/safe guarding pada tekanan bahan bakar fuel oil dan fuel gas ditunjukkan pada Gambar 7. Apabila suatu saat terjadi low flow pada feed maka safeguard akan mentripkan feed yang akan menuju ke dapur dan mengaktifkan safeguard pada fuel dan mentripkannya. Pengaman fuel ditunjukkan pada Gambar 9. HGO SUPPLY 011 012 012B 12PIC 012 12PT 012 011B 12PIC 011 FUEL GAS 12PT 011 010 009 RELAY SEQUENCE 4 010 RESET 009 RESET Gambar 9. Pengaman untuk fuel. Gambar 7. Pengaman untuk tekanan bahan bakar. Mengacu pada Gambar 4 apabila tekanan bahan bakar tidak sesuai maka akan terjadi trip sehingga mempengaruhi laju aliran pada feed dan safeguard pada feed akan aktif agar kerusakan pada katalis platformer dapat dicegah. Safeguard pada feed ditunjukkan pada Gambar 8. 12PI/A 12FSL 707 B 703 002 12FAL 707 UA B RESET RELAY SEQUENCE 4 001 12FSL 705 001 RELAY SEQUENCE 5 Gambar 8. Pengaman untuk feed. 12FAL 705 UA 5. Penutup 5.1 Kesimpulan 1. Pengendalian pada 12F1 meliputi pengendalian single loop pada laju aliran naphtha feed, pengendalian cascade antara temperature outlet dapur dengan tekanan fuel oil dan fuel gas, dan pengendalian atomizing steam. 2. Safeguard dimaksudkan untuk pengaman terhadap keselamatan peralatan dari kerusakan jika terjadi penyimpangan variable proses ataupun kegagalan energi baik listrik maupun energi angin. 3. Disain control valve pada feed, fuel oil, dan fuel gas adalah ATO ( air to open ) atau (failure close) karena naphtha feed mengandung bahan yang dapat merusak katalis platformer bila tidak dipanaskan sehingga apabila terjadi kegagalan atau trip pada bahan bakar fuel oil dan fuel gas dikarenakan tekanannya low maka control valve untuk laju aliran naphtha feed akan menutup (close), demikian juga apabila laju aliran naphtha feed terjadi trip 5
karena low flow maka control valve untuk tekanan fuel gas dan fuel oil akan menutup (close). Sedangkan desain control valve untuk atomizing steam adalah FO atau ATC ( air to close ) karena tidak berpengaruh apabila terjadi kegagalan atau trip dan tidak mengganggu proses serta merusak peralatan. 4. Pengendalian cascade antara temperatur outlet dapur dengan tekanan fuel oil dan fuel gas bertujuan untuk mengoreksi dan mengeleminir kesalahan pada tekanan fuel oil dan fuel gas sehingga temperatur outlet dapur dapat dipertahankan dan dijaga sesuai dengan set pointnya. 5. Fungsi utama dari furnace 12F1 adalah untuk memanaskan atau menaikan temperatur naphtha feed dengan menggunakan pembakaran bahan bakar fuel oil dan fuel gas. 5.2 Saran 1. Sebaiknya dipasang alarm suara untuk mendeteksi temperatur pada tube skin di furnace 12F1, apabila sensor mendeteksi temperatur tube melebihi range maksimal maka dapat dilakukan antisipasi jika temperatur tube skin terlalu panas yang dapat menyebabkan kondisi operasi dapur / furnace tidak aman. [5], Instrument Dasar, Diklat Pertamina. BIODATA Indra Permadi. Dilahirkan di Cilacap 30 Mei 1988, menempuh pendidikan dasar di SDN Kebonmanis 01 Cilacap,kemudian dilanjutkan di SMPN 05 Cilacap., lalu dilanjutkan di SMAN 03 Cilacap. Saat ini sedang menempuh pendidikan Strata-1 di Universitas Diponegoro Konsentrasi Kontrol. Semarang, September 2009 Mengetahui Dosen Pembimbing Wahyudi, ST, MT NIP. 132 086 662 DAFTAR PUSTAKA [1] Haryani,Oktaviana E, Crude Distillating Unit II(unit 011) Kilang Fuel Oil Complex II, Laporan Kerja Praktek,Cilacap 2009. [2] Heriyanto, Agus, Controller, PPT MIGAS. [3] Suhardi, Pengukuran Flow Crude Oil ke dapur F2 Kilang PPT Migas Cepu, Laporan KKW,Cepu : 1992. [4] Susilowati,Trisakti, Combustion Control System Furnace 11F1 di Fuel Oil Complex I, Laporan kerja praktek,cilacap 2. 6