Studi Sistem Kontrol Dan Instrumentasi Level Pada Bak Menara Pendingin Di Pt. Pertamina (Persero) Refinery Unit (Ru) Vi Balongan, Indramayu [PDF]

Citation preview

STUDI SISTEM KONTROL DAN INSTRUMENTASI LEVEL PADA BAK MENARA PENDINGIN di PT. PERTAMINA (PERSERO) REFINERY UNIT (RU) VI BALONGAN, INDRAMAYU Lazyo Rahmando1) dan Sumardi, ST.MT2) Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Jln. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia E-mail :[email protected]



Abstrak PT. Pertamina (Persero) merupakan perusahaan minyak dan gas milik negara yang mengolah minyak mentah menjadi Bahan Bakar Minyak (BBM) dan Non Bahan Bakar Minyak (NBBM). Perusahaan ini telah berdiri sejak tahun 1957, dan mengalami banyak perubahan nama perusahaan, hingga pada tahun 2003 menjadi PT. Pertamina (Persero). Untuk memasok kebutuhan energi di dalam negeri, PT. Pertamina (Persero) membangun tujuh unit pengolahan minyak yang tersebar di Indonesia, salah satunya adalah RU VI Balongan yang terletak di Indramayu, Jawa. Barat Dalam menjalankan suatu proses, PT. Pertamina RU VI Balongan telah dilengkapi dengan banyak sistem kontrol loop tertutup, salah satu contohnya adalah sistem pengontrolan level air pada Cooling Water System. Sistem pengontrolan level air ini bertujuan untuk menjaga level air agar tetap sesuai dengan set point yang ditetapkan agar tidak merusak pompa dan sesuai kebutuhan pada proses, kontrol valve 56-LV-001 digunakan untuk mengatur level air sedangkan sensor element yang digunakan adalah tipe displacement. Kata kunci : Cooling water system, Instrument, Displacement.



Abstract PT. Pertamina (Persero) is a state oil and gas company that process crude oil into fuel oil (BBM) and Non Fuel Oil (NBBM). This company has been established since 1957, and have many change company name, until 2003 became to PT Pertamina (Persero). To supply energy needs, PT. Pertamina (Persero) built seven units of refinery unit oil and gas spreads in Indonesia, one of them is Refinery Unit VI Balongan that is located in Indramayu, West Java. In carrying out a process, PT. Pertamina RU VI Balongan has been equipped with many closed loop control system, for example is control system for water level in Cooling Water System. Water level control system is intended to keep level of water to the specified set point so it is not dangerous for pump and process need. Control Valve 56-LV-001 is an actuator that is used to control the level of water, while the sensor element that used is type displacement. Keyword : Cooling water system, Instrument, Displacement.



1.Pendahuluan 1.1 Latar Belakang PT. PERTAMINA (persero) RU VI Balongan dibangun pada tanggal 1 September 1990. Kapasitas total yang dihasilkan dari kilang ini adalah 125000 BBL per stream day. Start up kilang minyak PT. PERTAMINA (persero) RU VI Balongan dilaksanakan pada bulan Agustus 1994, tetapi baru diresmikan oleh Bapak Presiden Soeharto pada tanggal 24 Mei 1995. Pengembangan yang sedang di laksanakan pada semua bidang sangat membutuhkan tenaga ahli terutama tenaga ahli yang mempunyai kemampuan di bidang rekayasa teknologi dan kopetensi keterampilan profesional. Fakultas Teknik Universitas Diponegoro menjadi salah satu Fakultas yang dikenal dan diakui di Nasional



1)



Mahasiswa Teknik Elektro UNDIP



2)



Dosen Teknik Elektro UNDIP



maupun Internasional, dalam menghasilkan lulusan yang profesional dan kompetitif. Di dalam dunia industri, dituntut suatu proses kerja yang aman dan berefisiensi tinggi untuk menghasilkan produk dengan kualitas dan kuantitas yang baik serta dengan waktu yang telah ditentukan.



1.2



Tujuan



Adapun tujuan penulisan laporan praktek industri ini adalah sebagai berikut: 1. Mempelajari sistem kontrol dan instrumentasi pada 56 - LC - 001 A/B di PT. PERTAMINA (Persero) RU – VI Balongan. 2. Untuk mengetahui secara umum alat-alat yang dipakai dalam sistem air pendingin CWS 56 - ZT 101 di PT. PERTAMINA (Persero) RU - VI Balongan.



3.



1.3



Untuk mengetahui pengaplikasian teori - teori yang di dapatkan dalam perkuliahan lapangan di PT. PERTAMINA (Persero) RU - VI Balongan.



Pembatasan Masalah



Untuk memudahkan penyusunan laporan agar lebih terarah, maka penulis membuat batasan masalah untuk penulisan laporan ini. Batasan masalahnya adalah sebagai berikut: 1. Teori dan prinsip dari Level Control dan Sensor tipe Displacement 2. Sistem kontrol dan instrumentasi pada 56 - LC - 001 A/B 3. Alat yang dipakai dalam Sistem Air Pendingin



2.Dasar Teori 2.1 Air Pendingin Sistem pendinginan adalah suatu rangkaian untuk mengatasi terjadinya over heating (panas yang berlebihan) pada mesin agar mesin bisa bekerja secara stabil. Air pendingin adalah air yang berasal dari aliran air yang digunakan untuk penghilang panas dan tidak berkontak langsung dengan bahan baku, produk antara atau produk akhir. Sistem air pendingin merupakan bagian yang terintegrasi dari proses operasi pada industri untuk produktifitas pabrik yang kontinu. Sistem tersebut memerlukan pengolahan kimia yang tepat, tindakan pencegahan dan perawatan yang baik. Kebanyakan proses produksi pada industri memerlukan air pendingin untuk efisiensi dan operasi yang baik. Air pendingin sistem mengontrol suhu dan tekanan dengan cara memindahkan panas dari fluida proses ke air pending yang kemudian akan membawa panasnya. Total nilai dari proses produksi akan menjadi berarti jika sistem pendingin ini dapat menjaga suhu dan tekanan proses dengan baik. Memonitor & mengatur korosi, deposisi, pertumbuhan mikroba, dan sistem operasi sangat penting untuk mencapai Total Cost of Operation (TCO) yang optimal (Kumara dkk, 2013).



2.2



Sensor, Transmitter dan Transduser



Sensor adalah jenis tranduser yang digunakan untuk mengubah besaran fisis menjadi tegangan atau arus listrik. Jenis sensor bermacam-macam antara lain sensor suhu atau sensor temperature, sensor cahaya, tekanan, posisi, gerak dan besaran fisis lainnya. Transmitter adalah pengubah besaran fisis dari sensing element menjadi sinyal pengukuran yang kemudian ditransmisikan ke control element, berdasarkan sinyal keluarannya transmitter dibedakan menjadi dua macam : a. Pneumatic transmitter, yaitu transmitter yang mampu mengubah besaran mekanik menjadi sinyal pneumatic (tekanan) b. Electric transmitter, di dalamnya terdapat detector armature yang berfungsi sebagai transducer yang mengubah besaran mekanik menjadi sinyal elektrik. Transducer dapat didefinisikan sebagai suatu piranti yang dapat mengubah suatu energy ke bentuk energy lain.



Dari sisi pola aktivitasnya, transducer dapat di bagu menjadi dua, yaitu : a. Transducer pasif, yaitu transducer yang dapat bekerja bila mendapat energy tambahan dari luar. b. Transducer aktif, yaitu transducer yang bekerja tanpa tambahan energy dari luar. Tetapi menggunakan energy yang akan diubah oleh transducer itu sendiri.



2.3



Kontroler



Kontroler merupakan piranti utama yang digunakan dalam menetukan aksi control pada sebuah plant. Terdapt bermacam-macam tipe dan aksi pengontrolan, antara lain : 1. On – Off Controller Jenis ini memiliki sinyal output maksimum dan minimum, on off saja. Controller ini dapat dikatakn sebagai digital controller, dimana dalam pengoprasiannya hanya bekerja dalam konsisi bernilai high atau low 2. Proportional Controller Jenis controller ini menghasilkan output yang sebanding dengan inputnya trgantung dari sensitivitasnya. Yang juga tergantung pada proportional Band (PB). Maksud dari PB yaitu perubahan input yang menghasilkan 100% perubahan output controller. Secara matematis dapat dirumuskan dalam persamaan (1). MV = Kc E + b (1) Dimana Kc : gain controller E : error B : harga awal manipulated variable Gain controller (K) ditentukan oleh besarnya nilai PB (Proportional Band) dimana hubungan keduanya ditunjukan oleh persamaan (2) K=100/PB Proportional controller ini mempunyai kelemahan pada model system P, mempercepat time respon akan tetapi mengalami offset yang tinggi. Untuk mengatasinya digunakan Proportional Integral (PI) controller. 3. Proportional – Integral Controller Proportional integral controller digunakan dalam aksi pengendalian untuk menghilangkan offset yang terjadi pada proportional controller. Perubahan konfigurasi yang ada di PI ini adalah adanya proportional spring yang melawan proportional bellows. 4. Proportional - Integral – Derivative Controller Untuk menutup semua kekurangan dari pendalian PI maka dibuat suatu pengendali yang menggabungkan unsur kendali secara proportional, integral, dan derivative dimana masing-masing bertujuan untuk mempercepat reaksi system, menghilangkan offset dan mendapatkan energy tambahan pada saat ke load. Modeini disebut PID controller.



2.4



Control Valve



loop.



Control valve adalah elemen akhir control system Fungsinya untukmengatur aliran fluida yang



melewatinya. Valve juga dapat dikatak sebagai actuator akhir dari control system loop yang dilakukan. Ditinjau dari tipe penggeraknya, control valve di bagi menjadi tiga macam: a. Automatic Valve tipe Pneumatic b. Automatic Valve tipe Hydraulic c. Automatic Valve tipe Electric



Sedangkan kelemahannya adalah mahal dan hanya produksi berskala besar saja.



2.6



Yokogawa Centum CS 3000



Centum CS (Vigilant Plant) adalah produk unggulan dari yokogawa dan merupakan smart system yang memiliki beberapa konsep serta keunggulan dalam hal kemudahan maintenance dan monitoring suatu plant. Centum CS 3000 merupakan produk lanjutan dari Yokogawa Centum CS 2000 dengan beberapa penyempurnaan, seperti sistem konfigurasinya, kemudahan dalam pemakaian, serta sistem grafis dan interface yang lebih baik. Gambar 3 menunjukan logo Yokogawa Centum VP.



Gambar 3. Logo DCS Yokogawa Centum CS Gambar 1. Control Valve



2.5



Distributed Control System



Distributed Control System (DCS) adalah suatu sistem control yang terintegrasi terdiri dari beberapa controller yang diatur oleh computer station (Man Manchine Interfere) untuk mengendalikan, memonitor dan mengatur nilai-nilai proses dilapangan. Sebuah controller pada DCS disebut juga sebagai Field Control Station (FCS), Field Control Unit (FCU), Process Manager, atau sebagainya DCS tersusun dari beberapa bagian, yaitu : Engineering work station (EWS), Field Control Unit (FCU) dan Operation Work Station (OWS), Operator console, Historian data, Human Interface Station (HIS). Arsitektur DCS dapat dilihat gambar 2.



3.Pembahasan 3.1 Plant Sistem Menara Pendingin Sistem air pendingin terdiri dari menara pendingin (56-K-101 A-F,56-K-102 A-F), jaringan distribusi, side filter (56-S-101 A-C), 8 buah pompa sirkulasi CW (56-P-101 AF), side filter/start up pumps (56-P-102) dan kebutuhan fasilitas- fasilitas pembantu yang lain. 56-P-101 C,F,G dan 56-P-102 digerakkan oleh motor, dan 56-P-101 A,B,D,E dan H digerakkan oleh steam turbine.



Gambar 4. HMI Cooling Water System



Gambar 2. Arsitektur DCS



Keunggulan DCS sebagai teknologi modern saat ini ialah ; 1. Maintenance mudah 2. Waktu eksekusi lebih cepat 3. Bila terjadi fail maka DCS mempunyai fitur redundant atau memiliki 1 memori yang stand by mengcover memori yang sedang bekerja. 4. Ketika akan ditambahkan plant baru akan lebih mudah instalsi dan programmingnya



Menara dirancang untuk kapasitas 33.400 t/m. Mendinginkan air dari temperature 45,5°C dengan tipe counter flow, induced draft. Menara terdiri dari 12 cell dan 12 induced draft fan dilengkapi dengan motor – motor. Selama normal operasi, air pendingin dipompa oleh 7 pompa dan 1 pompa standby, masing-masing pompa mempunyai kapasitas 700 m3/h dengan tekanan 4.4 kg/cm2. Masing-masing pompa sirkulasi air pendingin dilengkapi dengan auto srat sequence bila tekanan turun (56-PI-002) pada header discharge. Air pendingin didistribusikan melalui dua header supply utama, satu untuk on-site area dan yang lain untuk utility area, dan kembalinya melalui dua header kembali ke menara.



Make up level dikontrol oleh kontrol level (56-LC001 A dan B) yang di pasang pada bak menara pendingin (Cooling Tower Basin).



3.2



Proses Pengontrolan Level Air Menara Pendingin



Gambar 5. Diagram Pengontrolan Level Air Menara Pendingin



Level Transmitter yang digunakan untuk mengukur level yang mengalir pada sistem air pendingin ini adalah 56-LT-001 yang merupakan level transmitter yang bertipe displacement. Transmitter tersebut memiliki pelampung yang berfungsi untuk mengukur level air yang diperoleh dari perbedaan gaya apung bedasarkan hukum archiemedes dan kemudian mengkonversi perbedaan gaya apung itu dalam besaran digital yang dapat menampilkan level air pada bak menara pendingin.



3.2



Proses Instrumentasi Level Air Menara Pendingin



Gambar 6. Diagram Instrument Loop Level Air Menara Pendingin



Pada Gambar 6 diatas merupakan diagram Instrument loop yang merupakan diagram yang menjelaskan proses instrumentasi pada 56-LC-001 dari wiring kabel dilapangan hingga proses alamat di terminal hingga bisa di akses di control room. Pada bagian ini merupakan bagian pembacaan level air bak menara pendingin dari 56-LT-001 yang akan di transmisikan melalui address 50.JS.002. Selanjutnya wiring dari 56-LT-001 akan masuk M/S Rack no. 720 dengan bagian Z1 alamat no. 21,22 dan no. 81,82. M/S Rack berfungsi sebatas terminal masuk dan keluarnya wiring instrumentasi di lapangan sehingga wiring dapat tertata dengan baik. Selanjutnya wiring dari M/S Rack akan masuk ke EB sebagai media penghubung dengan EFCD Rack no 720 dengan media kabel elco. Kabel



elco merupakan sekumpulan kabel serabut halus untuk instrumentasi. EFCD Rack berisi kontroler, ADC dan DAC. Dari kabel elco yang terhubung ke 56-LT-001 selanjutnya sinyal akan di konversi menjadi digital dengan ADC dengan alamat EA1 wiring no R7.2 dan R7.3. Dan selanjutnya akan di olah kontroler dengan alamat F4.1. Selanjutnya setelah data diolah, data akan di tampilkan di HMI di Refinery Central Control Room (RCCR) yang merupakan pusat proses kontrol di PERTAMINA RU – VI ini. DCS yang digunakan adalah Manufaktur Yokogawa CS – 3000. Setelah diolah di controller dan ditampilkan di HMI RCCR maka selanjutnya sinyal control dirubah menjadi analog dengan DAC dengan alamat EC0 R7.2 lalu ditransmisikan melalu media kabel elco hingga masuk ke M/S Rack no.742 bagian Z1 alamat no 23,24 lalu terhubung ke kontrol valve 56-LV-001 dengan alamat 50.JS.002.



4.Kesimpulan dan Saran 4.1 Kesimpulan Adapun yang dapat kami simpulkan dari hasil kerja praktek yang telah dilaksanakan adalah sebagai berikut. 1. pengontrolan level Air bak menara pendingin ini adalah agar menjaga level air pada bak pendingin di ketinggian 3.211 meter dari dasar Bak Air. 2. Bila level air di bak menara pendingin kurang dari set point menyebabkan cavitasi / angin masuk sehingga lifetime dari pump untuk mengalirkan air ke proses dan utility berkurang. 3. Sistem pengontrolan level air pada bak menara pendingin menggunakan dua instrument utama, yaitu : a) Level Transmitter sekaligus control dengan tag number 56-LT-001 b) Level Control Valve dengan tag number 56-LV001 4. Berikut data yang diperoleh saat melakukan pengamatan sistem pengontrolan level air di bak menara pendingin. a) SV atau set variable yang ditetapkan sebesar 75.0% b) PV atau process variable yang mengalir sebesar 75.9% c) %MV atau movement valve sebesar 20.0% 5. Sistem pengontrolan level air di bak menara pendingin ini merupakan sistem dengan single loop control yang berupa feedback control. 6. Metode tuning PID pada pengontrolan level air di bak menara pendingin ini menggunakan metode trial & error. 7. Terdapat dua mode pengoperasian control valve 56LV-001, yaitu mode AUTO dan mode MANUAL. Ketika flow yang mengalir di bawah set point, maka control valve akan membuka katupnya lebih besar hingga flow yang mengalir sesuai dengan set point yang telah ditentukan, begitu juga sebaliknya 8. Dari ketiga metode untuk analisa respon kontroler PID tidak bisa dilakukan karena kekurangan data pendukung.



4.2 Saran



Biografi



Adapun saran yang diusulkan setelah melakukan kerja praktek di PT PERTAMINA (Persero) RU – VI Balongan yaitu : 1. Sebisa mungkin perusahaan tetap bisa menumbuhkan sikap profesionalitas terhadap para pekerja untuk meningkatkan sistem keselamatan dan kesehatan kerja di lingkungan kerja perusahaan. 2. Melakukan Maintenance dan Over Haul secara rutin dan sesuai dengan anjuran pihak Vendor untuk menjaga performa agar dapat memproduksi produk olahan minyak mentah yang optimal. 3. Membantu dan mendukung mahasiswa dalam memberikan data yang dibutuhkan sehingga dapat dianalisa sistem yang ada di lapangan sehingga dapat diketahui apakah sistem tersebut sudah bekerja optimal apa belum. 4. Human Machine Interface (HMI) pada Refinery Central Control Room (RCCR) sebisa mungkin di lakukan upgrading sehingga semua fungsi dapat di monitor secara lebih detail.



DAFTAR PUSTAKA [1] Sholihah, Rifatus. 2015. Analisa Cooling Water PT. Pertamina RU VI – Balongan. Yogya: Universitas Islam Indonesia [2] ekoharsono.wordpress.com/2012/08/29/mengenalinstrumentasi-04-control-valve-accessories/, diakses tanggal 7 Agustus 2015. [3] http://www.geyosoft.com/2013/dasar-sistem-kontrol, diakses tanggal 10 Agustus 2015 [4] Afrino, Rendi. 2015. Laporan Pelaksanaan Kerja Praktek PT. Pertamina (Persero) Refinery Unit III Plaju – Sungai Gerong. Semarang: Universitas Diponegoro. [5] Handbook Pertamina, Dasar-dasar Pengukuran Instrumentasi, 2008. [6] Hariburhayati, Lina. 2015. Mehitung Material Balance dan Efisiensi Cooling Water 056-CT101. Yogya: Universitas Pembangunan Nasional. [7] Pertamina. 1994. Pedoman Operasi Utilities. Balongan [8] Gumilar, Arie. 2011. Sistem Air Pendingin. Jakarta: STE. [9] Keister, Timothy. 2008. Cooling Water Management Basic Principles and Technology. New York : ProChemTech International. [10] Ningsih, S.N., 2015. Laporan Praktik Kerja Lapangan PT. Pertamina (Persero) RU – VI Balongan. Bandung : ITN. [11] Roepandi, Opan. 2008. Pengoperasian Sistem Air Pendingin. Surabaya : Pt. Indonesia Power. [12] Ogata, Katsuhiko.2010. Modern Control Engineering. New Jersey. Pearson Education.



Lazyo Rahmando. Lahir di Jakarta, 6 Mei



1994.



Saya



telah



menempuh



pendidikan dari SD Muhammadiya 12 Pamulang, SMPN 19 Jakarta, SMAN 47 Jakarta



dan



sekarang



menempuh



pendidikan di S1- Teknik Elektro di Universitas Diponegoro.



Semarang, 30 September 2015 Mengetahui dan Mengesahkan Dosen Pembimbing



Sumardi, S.T.,M.T. NIP 196811111994121001