Makalah Seminar Kerja Praktek ANALISA SISTEM FLOW CONTROL amdea DI CO 2 REMOVAL PLANT SUBANG Bambang Nur Cahyono (L2F008013) Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang Jln. Prof. Soedharto, Tembalang, Semarang, Jawa Tengah, Indonesia e-mail: cahyoee@yahoo.com Abstrak PT. PERTAMINA EP Field Subang Region Jawa merupakan industri yang menggunakan sistem kendali otomatis dalam proses produksinya. Sistem kendali otomatis sangat diperlukan dalam operasi-operasi industri misalnya untuk pengontrolan tekanan, temperature, level, kelembaban, viskositas dan laju alir 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. amdea adalah larutan kimia yang berguna untuk proses absorbsi yaitu penyerapan CO 2 pada absorber column(101-c). Laju aliran dari larutan amdea yang masuk ke dalam absorber column(101-c) dikontrol oleh suatu control valve yang dikendalikan oleh FIC-1103. Laju aliran yang dideteksi oleh sensor diterima transmitter kemudian dikirimkan ke FIC-1103 untuk dibandingkan nilainya dengan set point sehingga didapat pengaturan bukaan valve. Di dalam laporan ini akan membahas tentang analisis system control pada flow control amdea. Kata kunci: control valve, sistem kontrol, control flow I. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Dewasa ini sistem kendali otomatis sangat dibutuhkan dalam dunia industri. Khususnya dalam industri proses, membutuhkan sistem kendali yang sangat handal. CO 2 removal plant Subang yang berfungsi menurunkan kadar CO 2 dalam feed gas sebesar 200 mmscfd dari kadar 23 % menjadi 5 % merupakan salah satu indutstri yang menggunakan sistem kendali otomatis dalam proses produksinya. Sistem kendali otomatis sangat diperlukan dalam operasioperasi industri misalnya untuk pengontrolan tekanan, temperature, level dan laju alir 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. amdea adalah larutan kimia yang digunakan untuk proses absorbsi yaitu penyerapan CO 2 pada absorber column(101-c). Laju aliran dari larutan amdea yang masuk ke dalam absorber column(101-c) dikontrol oleh suatu control valve yang dikendalikan oleh FIC-1103. Laju aliran yang dideteksi oleh sensor diterima transmitter kemudian dikirimkan ke FIC-1103 untuk dibandingkan nilainya dengan set point sehingga didapat pengaturan bukaan valve. Di dalam laporan ini akan membahas tentang analisis system control pada flow control amdea. 1.2 Tujuan Tujuan khusus dari pelaksanaan kerja praktek ini adalah mempelajari sistem kontrol laju aliran amdea di CO 2 removal plant Subang. 1.3 Pembatasan Masalah Makalah ini hanya secara khusus mempelajari sistem kontrol laju aliran amdea di CO 2 removal plant Subang, tidak mempresentasikan tentang : 1. Estimasi sistem. 2. Respon sistem secara meatematika dari output sistem. 3. Progam logika yang digunakan dalam pengontrolan sistem. 4. Proses fisis dan kimia pada kontrol proses. II. DASAR TEORI 2.1 Sistem Instrumentasi Di CO 2 removal plant Subang parameter utama yang selalu diukur antara lain: suhu (temperature), aliran (flow), tekanan (pressure), tinggi permukaan (level). Gabungan serta kerja alatalat 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 : Halaman 1 dari 5
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 dan Transmitter 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. Gambar 2.1 Flow Transmitter 2.3 Kontrol Proportional Integral 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. Pengendali PI memang sangat efektif untuk banyak aplikasi pengendalian, yaitu untuk sistem pengendalian flow, level, dan pressure. Berikut adalah rumus nya : 1 O Kp e e. dt Ti dimana O adalah output, e adalah error (input dari unit kontrol), Ti adalah integral time (waktu integral) dan Kp adalah gain kontroller (penguatan proporsional). 2.4 Kontrol Valve Valve adalah suatu peralatan mekanis yang melaksanakan suatu akasi 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 Halaman 2 dari 5
III. SISTEM KONTROL FLOW amdea DI CO 2 REMOVAL SUBANG 3.1 Pengenalan Umum CO 2 REMOVAL Field SUBANG Gambar 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. Level di Absorber dikontrol oleh LIC-1101/1201. Absorber Column dilengkapi dengan LS untuk menutup valve XV-1103/1203 mencegah gas bertekanan tinggi mengalir ke LP Flash Column. 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 kondensasi ditampung di Sweet Gas KO Drum. Cairan yang tertampung, dikontrol permukaannya oleh LIC-1104/1204, kemudian dikirim ke Sump Tank. Sweet Gas selanjutnya akan dihilangkan kandungan airnya pada Dehydration Plant (DHP). 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). Jumlah LP Steam dikontrol oleh TIC-1106/1206 yang mendapat signal input dari temperatur larutan amdea keluar dari bottom LP Flash Column. Rich amdea yang keluar dari amdea Solution Heater, tekanannya turun ketika melewati LP Flash Column. 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. LP Flash Column dilengkapi dengan LS dan diatur pada level 10% untuk menghentikan pompa sirkulasi amdea bila level mencapai 10%. Level LP Flash Column dikontrol dengan cara mengatur jumlah air (Process Water) yang dimasukkan ke Absorber Column, menggunakan FIC-1102/1202. 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. Jumlah aliran kondensat ke LP Flash Column dikontrol oleh permukaan cairan kondensat di CO 2 KO Drum menggunakan LV-1109/1209. CO 2 KO Drum diatur pada level 50%. 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 dan dikontrol oleh FV- 1103/1203 untuk dipisahkan partikel padat dan heavy hydrocarbon yang terlarut dalam amdea. 3.2 Sistem Kontrol Flow amdea Gambar P&ID diagram FIC amdea Seperti terlihat pada gambar di atas, flow kontrol pada plant CO 2 removal berfungsi untuk mengatur jumlah aliran amdea yang sudah di hilangkan kadar CO 2 nya di lp flash (102C1) masuk ke dalam absorber (101C1). Untuk mengatur aliran amdea ini digunakan FIC-1103 yang di umpan balikkan ke kontrol valve. Jumlah aliran amdea yang harus masuk ke dalam absorber adalah dihitung dengan perbandingan rate gas dan amdea Halaman 3 dari 5
1:11. Di dalam DCS terlihat bahwa rate gas 60.74 mmscfd dan rate amdea 700 m 3 /hr. Gambar Struktur Single Loop Control Kontrol flow yang digunakan adalah konfigurasi kontrol single kontrol. Single kontrol adalah loop instrumen yang terdiri dari satu transmitter, satu kontroller, dan sebuah final kontrol element. Pada pengukuran flow dilakukan oleh flow transmitter (FT), selanjutnya output FT dikirim ke flow indicator control (FIC) sebagai measured variable. Harga flow yang dikehendaki dinyatakan sebagai set point pada kontroler FIC. Dari perbandingan kedua harga tersebut, FIC mengeluarkan sinyal output untuk mengatur bukaan kontrol valve sehingga didapatkan flow yang diinginkan. bertipe ATO (air to open) atau FC (fail to close), sehingga proses yang dikontrol memiliki sifat direct (semakin besar sinyal CO, maka bukaan valve output semakin besar sehingga flow amdea yang menuju absorber menjadi semakin besar). Karena proses yang dikontrol memiliki sifat direct, maka mode aksi kontroler yang digunakan adalah mode reverse. Dengan aksi kontrol reverse pada kontroller FIC-1103, jika flow transmitter (FT-1103) memberi sinyal turun (PV) maka output dari kontroller FIC-1103 akan naik. Perubahan output akan merubah bukaan valve, sehingga bukaan akan menjadi lebih besar dari posisi normal dan aliran amdea menjadi lebih banyak. Di bawah ini merupakan diagram blok sistem kontrol flow amdea. Gambar Diagram Blok Sistem Kontrol Flow Gambar Tampilan FIC pada monitor DCS Seperti pada gambar di atas pengontrolan flow amdea memiliki masukan dari 101-P1A-C (amdea dari lp flash). Pada saat terjadi perubahan flow maka flow transmitter (FT-1103) akan memberikan sinyal perbedaan pressure yang kemudian di ubah oleh transducer menjadi sinyal elektrik. Sinyal elektrik ini menjadi inputan kontroller FIC-1103. Kontroler FIC- 1103 ini kemudian diteruskan ke transducer untuk diubah menjadi sinyal pneumatic. Sinyal pneumatic inilah yang berfungsi untuk mengatur perubahan bukaan valve. Apabila flow amdea terukur oleh flow transmitter (FT-1103) kurang dari set point yang telah ditentukan maka kontroller FIC-1103 akan memberikan sinyal turun yang sebelumnya sinyal akan diubah dari sinyal fisis menjadi sinyal elektrik. Valve yang digunakan Gambar 4.8 Tampilan FIC-1103 pada DCS Seperti terlihat pada gambar di atas adalah tampilan kontroller FIC-1103 yang di dalamnya menggunakan metode kontrol Proportional Integral, dimana nilai Kp yang dipakai adalah 0.37 dan Ki adalah 10.6. Dengan nilai Kp dan Ki tersebut di dapat respon system sebagai berikut. Halaman 4 dari 5
BIOGRAFI Bambang Nur Cahyono - L2F008013, lahir di Boyolali, 19 April 1990. Jenjang edukasi ditempuh dari SDN Bendo 2, SLTP Negeri 1 Simo, SMA Negeri 1 Kartasura dan sekarang sedang menempuh studi S1 di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Konsentrasi Kontrol. Gambar 4.9 Tampilan respon system pada DCS Gambar di atas adalah respon system antara Proses Value (warna hitam) dengan aksi valve (warna biru) dengan set point 730 m 3 /hr. Seperti terlihat pada grafik di atas system akan mempertahankan nilai Proses Value (PV) pada nilai 730 m 3 /hr. Apabila nilai dari proses value (PV) berada di bawah set point maka system akan memberikan sinyal kepada kontrol valve untuk membuka valve sebesar hasil perhitungan dari kontroller, dan sebaliknya. Apabila nilai proses value (PV) berada di atas set point maka system akan memberikan sinyal kepada kontrol valve untuk menutup valve sebesar hasil dari perhitungan kontroler. Semarang, Oktober 2011 Mengetahui dan mengesahkan, Dosen Pembimbing Iwan Setiawan, ST. MT NIP. 19730926 20001210 01 III. Kesimpulan 1. Control Fow amdea pada CO 2 Removal Plant Subang mempunyai satu loop pengontrolan yaitu pengontrolan laju aliran fluida (amdea). 2. PI Control pada control flow amdea mempunyai tujuan untuk mendapatkan stabilitas dari laju aliran amdea pada set point 700 m 3 /hr. 3. Respon dari kontroller PI dengan nilai Kp 0.37 dan Ki 10.6 menunjukkan hasil yang memuaskan. Halaman 5 dari 5