Makalah Kerja Praktek PRESSURE CONTROL INTERFACE SYSTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA PANAS BUMI CHEVRON GEOTHERMAL INDONESIA Lutfi Nur R (21060110120054) [1] Sumardi ST,MT (196811111994121001) Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Abstrak Control and automation system sangat berperan memberi kemudahan dalam proses industry, tidak terkecuali industry yang bergerak di bidang pembangkitan energy listrik/power plant. Dengan sistem kontrol / otomasi dapat memudahkan kita sebagai user/pengelola untuk dapat menjalankan system pembangkitan tersebut. Dimana pengontrolan dilakukan untuk memonitoring keadaan instrument dan objek yang dikontrol sehingga dapat memperoleh keadaan yang diinginkan oleh user. Pengontrolan dan pemonitoringan ini dilakukan dalam system control yang terpusat yang bisa disebut sebagai DCS. Pressure control interface system merupakan pengontrolan tekanan pada bagian awal, metode yang digunakan yaitu metode zero venting. Komponen yang digunakan untuk metode ini yaitu Inline valve, vent valve, pressure relief valve dan muffler (silencer). Ketiga komponen ini saling terintegrasi proses berjalannya. Integrasi semua system komponen tersebut digunakan untuk mengendalikan besarnya tekanan steam yang digunakan untuk memutar turbin pada power plant, selain itu juga untuk melindungi instrument dalam power plant. Kata kunci :Control and automation, power plant, DCS, Pressure Control Interface, Muffler, Zero Venting I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan Industri yang bergerak maju dengan pesat, akan menuntut penyediaan energi yang cukup besar pula, terlebih lagi pada negara-negara berkembang. Pembangkit tenaga listrik merupakan salah satu penyedia yang memiliki kontribusi yang sangat penting di antara penunjang-penunjang energi lain. Berbagai macam sumber energi yang dapat digunakan pada suatu pusat pembangkit listrik dapat di kategorikan sebagai berikut : 1. Sumber energi dari alam seperti air, panas bumi, angin, matahari. 2. Sumber energi dalam bentuk bahan bakar seperti minyak bumi, batu bara, dan gas alam. Sumber energi tersebut bisa di gunakan dalam PLTA, PLTU, PLTG, PLTP. Salah satu pusat pembangkit tenaga yang menghasilkan energi listrik adalah PLTP (Pembangkit Listrik Tenaga Panas). Perubahan energi yang terjadi di awali dengan perubahan energi yang terkandung dalam uap panas di dalam bumi yang tersalurkan keluar dari celah di kerak bumi. Kemudian panas tersebut di gunakan untuk menggerakkan turbin yang di teruskan untuk menggerakkan generator. Generator ini yang mengubah dari energi mekanis menjadi energi listrik. 1.2 Pembatasan Masalah Dalam Laporan Kerja Praktek ini, penulis membatasi masalah pada system pengontrolan pembukaan valve system interface PCV 406, 421, dan 505 Unit III. II. Dasar Teori 2.1 Jenis Valve Katup (valve) merupakan peralatan mekanis yang digunakan untuk mengatur aliran suatu fluida. Valve mengontrol fluida dengan cara dengan cara : Menghentikan dan meneruskan laju fluida (0/1) Memvariasikan laju fluida yang mengalir (modulated) Mengontrol arah aliran fluida 2.1.2 Karakteristik Aliran Valve Karakteristik aliran (flow characteristic) sebuah control valve adalah hubungan antara bukaan valve (travel) dengan flow rate pada tekanan drop konstan seperti yang diperlihatkan pada dibawah. Ada 3 karakteristik aliran sebuah valve seperti berikut:
Gambar 2. 1 Karakteristik Aliran 1. Quick Opening Bukaan (travel) yang kecil memberikan kenaikan yang besar pada flow rate. Digunakan pada proses yang membutuhkan flow rate seketika dalam jumlah besar seperti safety system dan metering. 2. Linear Bukaan valve berbanding lurus dengan flow rate. Digunakan pada aplikasi dimana pressure drop pada valve cenderung konstan seperti pada level control dan flow control loop. 3. Equal Percentage Equal Percentage merupakan kebalikan dari quick opening, yaitu ketika diberikan bukaan valve yang besar, maka dampaknya hanya akan memberikan flow rate yang kecil. Pada model ini digunakan pada proses yang membutuhkan pressure drop yang besar pada valve, seperti pressure control dan temperature control. 2.2 HPU (Hydraulic Power Unit) Hydraulic Power Unit adalah komponen pendorong utama dari sistem hidrolik. Sebuah sistem hidrolik menggunakan fluida tertutup untuk mentransfer energi dari satu sumber ke sumber lain, dan kemudian membuat gerakan berputar, gerakan linier, atau gaya. Hydraulic Power Unit didasarkan pada hukum Pascal yang menyatakan tekanan yang diberikan zat cair dalam ruang tertutup diteruskan ke segala arah dengan sama besar. Prinsip ini memungkinkan untuk menghasilkan usaha yang besar yang akan dihasilkan dari usaha yang relatif kecil. Gaya yang diberikan oleh silinder tergantung pada lubang silinder ukuran dan tekanan pompa. (Tidak ada gaya yang dihasilkan kecuali ada perlawanan terhadap gerakan piston). Rangkaian Hydraulic Power Unit sederhana terdiri dari motor, reservoir, hydraulic pump, valve, 3-way directional control valve, dan single acting cylinder. a. Pompa hidrolik Pompa hidrolik berfungsi untuk memompa fluida hidrolik pada tekanan tertentu kepada sistem hidrolik.pompa ini digerakkan oleh motor listrik. Gambar 2.2 Pompa Hidrolik Pompa pada Hydraulic Power Unit akan menggerakan displacement gear pump pada kisaran 10.2 gpm pada tekanan 270 barg. Pompa dirancang untuk mengoperasikan ketiga valve pada saat kondisi nominal buka ke tutup atau sebaliknya selama 20 detik. b. Reservoir Sebagai tempat penyimpanan fluida hidrolik untuk mengakumulasi perubahan volume fluida pada saat sistem bekerja. Pada tangki hidrolik juga didesain adanta suatu sistem untuk memisahkan udara dari fluida hidrolik, karena adanya udara di dalam fluida dapat mengganggu kerja sistem. c. Akumulator Gambar 2.3 Akumulator Akumulator berfungsi sebagai penyimpan energi tekanan pada fluida hidrolik dengan menggunakan gas. Fungsi penyimpanan energi tekanan tersebut adalah untuk menstabilkan tekanan fluida apabila terjadi penurunan
tekanan tiba-tiba yang sesaat, agar tidak mengganggu aktuator yang sedang bekerja. III. Pressure Control System Interface 3.1 Overview Pressure Control Steam pressure control Darajat baik unit 2 dan unit 3 mempunyai desain konfigurasi tipe pengontrolan nihil pengeluaran ke udara atau zero venting (ketika steam tidak diperlukan pressure control valve tertutup menghentikan aliran steam tanpa pengeluaran ke udara /venting). Komponen sistem ini terdiri dari pressure relief, katup pengontrol / pressure control valve (inline PCV & vent PCV) dan muffler atau silencer. Pressure relief berfungsi sebagai proteksi terhadap tekanan lebih. Katup pengontrol (inline PCV dan vent PCV) berfungsi mengatur tekanan steam ke powerplant dengan stabil dan membuang tekanan lebih dari steam ke atmosfir secara terkontrol dengan jangkah aliran yang besar serta setenang mungkin. Pada in-line PCV terdapat 2 PCV yang diparalelkan, yaitu PCV 406 dan PCV 421. PCV tersebut di paralelkan karena berfungsi untuk mengurangi pressure drop yang terjadi pada pressure interface. Untuk jenis PCV 406 dan PCV 421 sendiri menggunakan jenis ball valve dengan aktuator hidrolik. Gambar 3.1 Overview Pressure Control Interface Unit II dan III Vent valve pada gambar diatas di beri tag dengan nama PCV 505. Pada vent valve ini berfungsi untuk memberikan keamanan jika terjadi trip pada turbin serta memberikan pengendalian pressure ketika pressure pada sistem interface berlebih maka akan dibuang kelebihan pressure tersebut melalui vent valve ini yang terintegrasi dengan rockmuffler. 3.2 Sistem Kontrol Valve 3.2.1 Kontrol Valve DCS PIT 427 PIT 223 Selection Adaptive tune parameter SV E MV PID PV Selection PIT 407A PIT 407B PCV 406 PCV 421 Gambar 3.2 Diagram Block Kontrol Sistem Dari gambar diatas dapat kita lihat bahwa terdapat 4 PIT yang di umpan balikkan ke dalam kontroller, yaitu PIT-407A, PIT-407B, PIT-427, dan PIT 223. Dimana PIT-407A dan PIT-407B merupakan PIT upstream, sedangkan PIT-427 dan PIT-223 merupakan PIT downstream. Pada operasi PIT-407A dan PIT- 407B di dalam DCS ada 2 macam operasi sistem untuk pemilihan mana yang akan diumpan balikkan ke dalam sistem pengontrolan, operasi sistem ini yaitu auto dan manual. Auto disini berguna untuk penyeleksian PI (Pressure Indicator) manakah yang akan digunakan untuk metode tuning adaptive PID. Pemilihan PIT selektor ini dilakukan secara otomatis ketika salah satu kondisi terpenuhi, kondisi tersebut adalah dipilih perolehan nilai tertinggi saat pengukuran dan juga tidak ada sinyal bad quality dari pressure transmitter terkait. Sebagai contoh ketika PIT-407A memiliki nilai pengukuran yang lebih besar dari PIT-407B, maka secara otomatis yang digunakan untuk metode pentunningan kontroller PID adalah PIT-407A pengukuran karena seleksi ini diambil yang memiliki hasil lebih besar atau bisa juga ketika ada salah satu pressure indicator yang mengirimkan sinyal bad quality, maka secara otomatis dipilih pressure indicator yang berjalan normal (tidak mengirimkan sinyal bad quality ). Sedangkan untuk mode manual operator dari DCS dapat langsung memilih hasil pengukuran pressure indicator manakah yang akan digunakan untuk difeedbackkan ke sistem. Gambar 3.3 Tampilan DCS Unit III
Kemudian hasil dari seleksi tersebut diumpan balikkan ke kontroller yang digunakan untuk memodified parameter PID sehingga kontroller dapat menangani kinerja respon pada saat kondisi tertentu. Jadi pada PID function block ini digunakan untuk memperbaiki bukaan valve agar tekanan yang keluar hasil dari pengontrolan tersebut bisa mendekati set point yang ditentukan. Dapat diperoleh rumus sebagai berikut : E = SV-PV (1) Dimana : SV = Set point (Barg) PV = Nilai aktual (Barg) diperoleh dari seleksi PIT-407A dan PIT-407B E = Deviasi SV dan PV MV= Hasil error yang sudah di perbaiki oleh kontroller Hasil PID ini digunakan untuk mengeluarkan nilai yang berupa MV (bukaan valve). Untuk metode pembukaan valve disini digunakan metode auto, dimana ada yang menjadi lead dan follow. Gambar 3.5 Kompensasi Hasil dari nilai atau kalkulasi tersebut, digunakan untuk pembukaan valve secara parallel, sehingga terbentuk multikontrol dengan ranges bukaan tiap valve sama yaitu 0%-100%. Operasi seleksi valve Pada function blok ini user diperbolehkan untuk memilih 2 mode seleksi pengoperasian valve. Mode seleksi yang pertama adalah mode lead/follow dan yang kedua adalah mode on/off. Pada metode lead/follow disini PCV 406 bisa menjadi lead dan PCV 421 menjadi follow valvenya atau sebaliknya PCV 421yang menjadi leadnya dan PCV 406 menjadi follow valvenya. Jadi untuk metode lead/follow respon kedua valve adalah sebagai berikut : Gambar 3.3 Pengontrolan dalam sistem DCS Dalam sistem DCS pada gambar diatas terdapat 4 function block, diantaranya adalah function block 1 adalah PID Controller, function block 2 adalah pressure compensation, function block 3 adalah operasi seleksi PCV 406 dan PCV 421 dan function block 4 adalah pelinearisasian valve. Pressure Compensation Pada function block berikut adalah function block yang digunakan untuk memeperoleh nilai kompensasi k untuk mengkompensasi choked flow, hasil dari seleksi diatas PIT-407 di definisikan sebagai downstream pressure dan dibandingkan dengan PIT-427 yang didefinisikan sebagai upstream pressure untuk memperoleh deviasi. Dari kalkulasi ini, terjadi perhitungan seperti dalam block dibawah, untuk memperoleh performa scale pressure controller output : Gambar 3.4 Respon Sistem Lead/Follow Dari kurva diatas dapat diperoleh penjelasan bahwa karakteristik diatas pembukaan valve secara progresif dilakukan oleh leading valve dan kemudian following valve membuka secara linear setelah leading valve membuka secara penuh. Untuk mode on/off disini user dapat memilih mode manual, dimana dapat hanya menjalankan salah satu valve dan memberhentikan valve lainnya. Valve Characterization Pada function block characterization dilakukan operasinya di dalam DCS dengan function block FUNC-VAR.
pressure controller output dan flow rate nya. Berikut implementasinya Gambar 3.6 Func Var Characterization Pada FUNC-VAR di dalam DCS tersebut bertujuan untuk melinierisasikan hasil pengontrolan valve, agar kinerja valve bisa linear dengan pembanding flow rate. Valve yang di kontrol ini memiliki karakteristik equal percentage, sehingga dibutuhkan pelinierisasian agar valve tersebut mampu membuka secara linear dengan pembanding flow rate. Jadi yang di linerisasikan ini adalah MV hasil dari controller PID. Gambar 3.7 Sebelum Characterization Dari gambar diatas kita peroleh ketika system tidak dilinersasikan dengan fungsi diatas, maka akan terlihat bahwa ketidak linear-an antara output pressure controller dengan flow rate yang dihasilkan, hal ini karena karakteristik valve yang tidak linear dengan flow rate. Oleh karena itu dibutuhkan fungsi tersebut untuk mengkompensasi kinerja valve seperti gambar diatas, dengan metode pembukaan seperti di bawah ini. Gambar 3. 9Hasil Linearisasi Dari hasil pelinearsasian diatas, dapat di ketahui bahwa untuk mengkompensasi karakteristik valve yang memiliki karakteristik equal percentage, dapat dikompensasi dengan karakteristik quick opening. Harapannya dari linerisasi tersebut agar pressure controller vs flow rate dapat linear. 3.2.2 ECU 1000 Dari hasil linearisasi ini dikirimkan ke dalam valve positioner. Valve positioner ini berupa mikrokontroller dengan merk ECU 1000. Fungsi utama dari ECU 1000 ini adalah untuk mengontrol posisi dari actuator hydraulic yang dimodulasi. Jadi perangkat ini digunakan untuk mengubah besaran listrik yang dikirimkan DCS dan diubahnya ke besaran degree. Gambar 3. 10 Spesifikasi ECU 1000 [10] Gambar 3. 8Pengontrolan valve setelah Characterization Dengan cara kompensasi diatas, diharapkan kinerja valve mampu linear antara ECU 1000 menyediakan analaog input output serta digital input output yang salah satunya dapat digunakan untuk memodulasi pergerakkan valve sehingga valve dapat bergerak secara termodulasi dengan resolusi hingga 0.1%. Jadi dari gambar tersebut dapat diartikan bahwa position demand diperoleh dari DCS dengan inputan sinyal analog dengan besar 4 20 ma, yang kemudian di artikan oleh ECU dan ECU yang memerintahkan
proportional valve untuk bergerak dengan set point yang telah diberikan dari DCS, sehingga bisa bergeraklah proportional valve tersebut sesuai dengan set point DCS. Setiap pergerakkan proportional valve, ECU selalu memperoleh feedback dari proportional valve tersebut yang kemudian feedback tersebut di berikan ke DCS sehingga user mengetahui tiap pergerakkan dari valve. ECU 1000 juga memberikan port khusus untuk ESD (Emergency Stop), port ini digunakan khusus untuk input yang berasal dari output sensor trip turbin. Jadi ketika terjadi trip pada turbin, eksekusi dari ECU 1000 sendiri adalah segera melakukan pengiriman sinyal ke PCV 406 dan PCV 421 untuk segera menutup selama 2 sekon serta membuka vent valve PCV 505 sehingga pressure yang ada di dalam pipa tidak melebihi spesifikasi dari maximum pressure pipa. Pada ECU 1000 terdapat beberapa fungsi dasarnya, yaitu : Positioning Gambar 3. 11 Diagram Block Positioning Function Gambar diatas, merupakan gambar diagram block dari fungsi posisi system di ECU 1000. Sinyal input dan status selalu termonitor dengan menggunakan elektronik dan terdapat beberapa mode posisi operasi. Gambar 3. 12 ECU 1000 3.2.3 HPU (Hydraulic Power Unit) Sistem didesain untuk mengoperasikan 3 buah valve yaitu 2 buah in-line valve (PCV 406, PCV 421) dan 1 buah vent valve (PCV 505) dengan tipe ball valve. Tekanan nominal sistem hidrolik untuk beroperasi sekitar 270 barg dengan menggunakan premium grade petroleum base hydraulic fluid. Pompa pada Hydraulic Power Unit akan menggerakan displacement gear pump pada kisaran 10.2 gpm pada tekanan 270 barg. Pompa dirancang untuk mengoperasikan ketiga valve pada saat kondisi nominal buka ke tutup atau sebaliknya selama 20 detik. 2 buah akumulator dengan tipe piston 5 gallon dirancang untuk dapat mengoperasikan seluruh valve. 3.3 Cara kerja sistem 4-20 ma 4-20 ma S-3 DCS ECU 1000 HPU ECU 1000 ECU 1000 270 Barg PCV 406 PCV 421 PCV 505 Gambar 3.13 Keseluruhan system Jadi seluruh kontrol pembukaan di atur melalui DCS system, dimana yang menerjemahkan besarnya sudut bukaan valve adalah ECU 1000 atau bisa disebut positioner. Dari positioner tersebut memerintahkan pilot valve untuk membuka agar fluida pneumatic bisa masuk dan akhirnya valve tersebut mampu membuka sesuai dengan keinginan kita. III. KESIMPULAN DAN SARAN 3.1 Kesimpulan Pada penulisan makalah ini, didapatkan kesimpulan sebagai berikut : 1. Pengontrolan tekanan pada system interface dipengaruhi oleh 3 actuator. Actuator tersebut adalah PCV 406, PCV 421 (inline valve) PCV 505 (vent valve) 2. Pada inline valve sistem perpipaan di paralelkan dengan tujuan untuk mengurangi pressure drop yang ada pada system kontrol tekanan di interface. 3. Sistem pengaturan tekanan dilakukan di dalam DCS sedangkan positioner untuk pembukaan valve digunakan controller ECU 1000 untuk pembukaan valve digunakan aliran fluida (hidrolik) yang di supply dari HPU (Hydraulic Power Unit).
3.2 Saran Untuk metode pengontrolan tekanan alangkah baiknya menggunakan PCV dengan tipe butterfly valve, dikarenakan untuk metode pengontrolan butterfly valve lebih mudah dalam hal kelinearan pembukaan valve dengan flow rate, dibandingkan menggunakan valve dengan tipe ball valve. Daftar Pustaka [1] Black & Veatch. Power Plant Engineering. New York: Chapman & Hall. 1996. [2] Chevron. Geothermal Production Engineering Training. Jakarta. 2011. [3] Fisher. Control Valve Handbook. Singapore: Emerson Process Management. 2005. [4] Institut Teknologi Bandung. Pelatihan Sistem Uap Panasbumi Untuk Steamfield Operator. Bandung. 2005. [5] Marsudi, Djiteng. Operasi Sistem Tenaga Listrik. Yogyakarta: Graha Ilmu. 2006. [6] Metso. Flow Control and Functional Safety School. 2012. [7] Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Indonesia Darajat Geothermal Power Plant Unit III Turbine & Auxiliary Equipment Control System & Instruments. Japan. 1997. [8] SKM. Darajat Unit II & III PCV Debottlenecking Project. Jakarta. 2012. [9] Wardana, Komar, Ir. Pembangkit Listrik Panas Bumi. Bandung. 2012. [10] Yokogawa Indonesia. Control-Functional Design Specification Darajat-Unit III DCS Replacement Project. Jakarta. 2004. BIODATA Lutfi Nur Rachmad, lahir di Semarang tanggal 16 Juli 1992. Sekolah di SD Islam Hidayatullah, SMP Negeri 5 Semarang, SMA Negeri 9 Semarang. Sekarang sedang menempuh studi di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang, Desember 2013 Mengetahui dan Menyetujui, Dosen Pembimbing Sumardi, ST, MT NIP 196811111994121001