Pada subbab ini dijelaskan mengenai prosedur tahapan dalam penelitian tugas akhir yang dilakukan guna mencapai tujuan. Berikut ini akan disebutkan beberapa tahapan dalam analisa sistem pengendalian tekanan dan level Scrubber PV-3700 di JOB-PPEJ. Diagram alir dari tugas akhir ditunjukkan pada gambar 3.1 berikut ini.
Ya Mulai Studi Literatur Pengambilan Data di Lapangan A Pemodelan Scrubber PV-3700 Validasi Model Sesuai Pemrograman simulasi Gas Scrubber PV-3700 Tidak
Uji Respon Dinamik
Disturbance
Analisis Data
Selesai Variasi Parameter Inlet
Scrubber PV-3700 A
Gambar 3.1 Diagram Alir Pengerjaan Tugas Akhir
a. Pengambilan data plant
Pengambilan data plant meliputi pengambilan data spesifikasi
komponen seperti sensor (sensor level dantekanan), aktuator
(level dan pressure control valve), spesifikasi plant Scrubber
PV-3700. Selain itu juga dilakukan pengambilan data penunjang antara lain piping and instrument diagram (P&ID)
dan process flow diagram dari plant serta data operasional
proses hubungan input-output plant dari DCSselama rentang
waktu tertentu.
b. Pemrograman Simulasi Plant
Simulasi proses di Hysys dilakukan dengan memasukkan data
parameter spesifikasi gas-kondensat inlet PV-3700 yaitu komposisi material, laju aliran inlet, temperatur, tekanan
21
operasional, data spesifikasi sensor dan aktuator seperti konstanta flow (Cv dan Cg), range operasi juga dimasukkan dalam simulasi. Pemrograman simulasi ini untuk mendapatkan dinamika proses separasi gas dan kondensat
yang dapat merepresentasikan real plant. Data yang
didapatkan dari simulasi di Hysys seperti laju aliran input
untuk masing-masing fraksi gas dan liquid, laju aliran output
upstream dan downstream digunakan untuk melakukan
pemodelan matematik.
c. Pemodelan plant, sensor, dan aktuator
Pembuatan model proses pada Scrubber PV-3700 dilakukan berdasarkan persamaan hukum kesetmbangan massa. Hal ini disebabkan proses dalam Scrubber PV-3700 adalah proses separasi tanpa melibatkan perpindahan energi. Pemodelan dilakukan untuk menjelaskan perilaku dari kinerja Scrubber
PV-3700 sehingga diperoleh fungsi transfer yang
merepresentasikan real plant. Sedangkan untuk pemodelan
sensor dan aktuator dilakukan menggunakan persamaan dan data spesifikasi yang ada sesuai datasheet.
d. Validasi
Validasi pemodelan dilakukan untuk memastikan model dapat merepresentasikan sistem plant yang sesungguhnya.
Parameter yang divalidasi yatu laju aliran input fasa gas dan liquid yang diperoleh dari hasil simulasi Hysys dimana data
keduanya digunakan untuk pemodelan matematik. Validasi model matematik dilakukan dengan membandingkan parameter spesifikasi gas-kondensat hasil simulasi Hysys
dengan perhitungan menggunakan data spesifikasi proses di
plant saat kondisi normal.
e. Variasi Parameter Gas-Kondensat Inlet Scrubber
Aliran gas-kondensat yang masuk ke Scrubber PV-3700 memiliki parameter yang tidak konstan pada properties gas-
kondensat yang masuk seperti: komposisi, temperatur pendinginan cooler dan laju aliran inlet. Namun dalam penelitian ini laju aliran inlet scrubber dan temperatur
divariasikan sebagai gangguan pada sistem saat open loop.
Variasi dilakukan pada saat sistem berada pada keadaan tunak
f. Pengujian Respon Dinamik dengan Disturbance
Analisis respon dinamik didasarkan pada pemberian uji performansi sistem kendali PID dengan memberikan
disturbance variasi flow rate gas-kondensat dan temperatur
pendinginan yang nilainya ditentukan.
g. Penyusunan laporan Tugas Akhir
Penyusunan laporan tugas akhir berupa pembukuan serta dokumentasi dari semua langkah yang telah ditempuh dalam pengerjaan tugas akhir berupa tulisan ilmiah.
3.2 Pengambilan Data Spesifikasi Plant
Data – data spesifikasi yang dibutuhkan untuk pemodelan
plant unit pemisahan gas-kondensat Scrubber PV-3700 terdapat
pada tabel 3.1 dan 3.2 di bawah ini. Data spesifikasi Scrubber PV-3700 diperoleh dari Production Department sedangkan data
komposisi gas inlet diperoleh dari Laboratory section di Central Processing Area (CPA) JOB Pertamina-Petrochina East Java,
Tuban.
Tabel 3.1 Rincian Data Spesifikasi Scrubber PV-3700
Notasi Keterangan Nilai dan Satuan
Vtotal Volume scrubber 22,78 m3
Vliquid Volume normal kondensat(saat
set-point level) 2,14 m
3 Vgas Volume normal kondensat (saat set-point level) 20,64 m3
d Diameter 8 ft
Htotal Tinggi total 16 ft
Hmax Tinggi maksimum kondensat (LSHH) 0,89 m
23
(LSLL)
T Temperatur gas-kondensat 97,8 0F
Pset Tekanan set point 73,7 psig
Hset Level set point 40 %
γL Spesific Gravity kondensat 0,726
γG Spesific Gravity gas 1,173
Tabel 3.2 Komposisi Gas Inlet Scrubber (Petrokimia
Gresik,2016)
Komponen Komposisi (% mol)
Nitrogen 0.164 CO2 40.402 CH4 41.116 C2H6 4.346 C3H8 3.562 i-C4H10 1.327 n-C4H10 1.749 i-C5H12 1.03 n-C5H12 0.937 C6+ 3.475 H2S 1.892
3.3 Simulasi Input-Output Plant
Input yang masuk ke scrubber adalah campuran gas-
kondensat ouput dari three phase separator PV-9900 setelah gas dikondensasi di cooler AC-3050 sedangkan output dari PV-3700
adalah aliran gas dan liquid outlet. Dry gas yang minim akan
cairan akan alirkan ke PT. Gasuma untuk dijual sedangkan kondensat yang terbentuk akan dibawa ke tangki penampungan TK-8006 untuk disimpan.
Gambar 3.2 Piping and Instrumentation Diagram (P&ID)
Scrubber PV-3700
Sistem pemisahan gas-kondensat pada Scrubber PV-3700 adalah sistem multi input multi output (MIMO). Manipulated variable (MV) dalam sistem ini yaitu laju aliran keluaran upstream gas QGout dan laju aliran keluaran downstream
kondensat QLout. Keduanya diatur dengan mengatur opening percentage dari control valve PCV-3717 dan LCV-3715.
Sedangkan variabel yang dikendalikan atau process variable (PV)
yaitu besarnya pressure dan level liquid dalam scrubber yang
dibaca oleh sensor PT-3709 dan LT-3704. Pada keadaan tunak tanpa ada gangguan laju aliran yang masuk scrubber (QGin+QLin) adalah tetap.
Pada penelitian ini sistem separasi gas-kondensat Scrubber PV-3700 disimulasikan menggunakan bantuan perangkat lunak
Hysys 7.3. Fluid package yang digunakan dalam simulasi
penelitian ini yaitu berdasar model termodinamika Soave Redlich – Kwong (SRK). Pemilihan ini didasari karena model SRK telah
banyak diaplikasikan secara luas pada industri pemrosesan gas [22].
25
3.3.1 Inisiasi StreamInlet
Langkah awal untuk memulai simulasi pada Hysys yaitu mendefinisikan stream inlet dengan memasukkan data spesifikasi
gas-kondensat yang masuk ke kolom scrubber. Dalam perancangan simulasi, pada stream inlet dimasukkan parameter
besarnya flow rate yang masuk, komposisi gas inlet scrubber, tekanan dan temperatur.
Gambar 3.3 Stream inlet PV-3700pada HYSYS
Data flow rate, temperatur dan tekanan yang dimasukkan
pada stream inlet menggunakan data rata-rata operasional harian
pada lampiran C.1. Sedangkan komposisi menggunakan data
sampling bulanan gas keluaran three phase separator PV-9900
yang merupakan inlet dari scrubber PV-3700 pada tabel 3.2. Dari hasil inisiasi stream inlet dengan memasukkan laju aliran gas-kondensat, komposisi, tekanan dan temperatur maka diperoleh data laju aliran fraksi gas QGin dan liquid QLin yang digunakan dalam pemodelan dengan perbandingan QGin dan QLin didapatkan sebesar 0.9988:0.0012. Sedangkan perbandingan mol fraksi gas dan liquid didapatkan sebesar 0.9684:0.0316.
3.3.2 Inisiasi Kolom Scrubber
Komponen scrubber pada software Hysys menggunakan
komponen jenis kolom separator. Pada komponen ini dimasukkan data geometri scrubber pada tabel 3.1. Mengacu pada gambar 3.6 dari flow sheet diagram yang dibuat, stream masukan scrubber
adalah Inlet dan stream output adalah stream out_vap dan out_liq.
kemudian pada streaminlet dimasukkan parameter besarnya flow
rate yang masuk, komposisi gas kondensat masukan scrubber, tekanan dan temperatur.
Gambar 3.4 Process Flow Sheet Diagram Scrubber PV-3700
pada HYSYS
3.4 Pemodelan Plant Scrubber PV-3700
Pemodelan plant pada penelitian ini adalah pemodelan
sistem pengendalian tekanan dan level berdasarkan hukum kesetimbangan massa menggunakan pendekatan model separator
Gas-Liquid Cylindrical Cyclone (GLCC) oleh (Wang,2001). Scrubber memiliki karakteristik yang sama dengan separator,
karena prinsip pemisahan fasa gas dan liquid pada scrubber berdasarkan gravity settling [11]. Tujuan dari pemodelan ini adalah
untuk mendapatkan persamaan hubungan antara perubahan level kondensat dan tekanan gas di scrubber sebagai variabel yang dikendalikan dan laju aliran massa yang keluar dari gas outlet dan liquid outlet scrubber sebagai variabel yang dimanipulasi.
27
Sehingga dari hasil pemodelan tersebut diperoleh persamaan fungsi transfer sistem dalam domain Laplace.
Dalam melakukan pemodelan plant digunakan beberapa
asumsi yaitu:
Temperatur scrubber (T) tetap compressible factor gas inlet tetap
massa jenis gas dan liquid konstan Tidak ada perubahan fasa dalam vessel
Secara umum, penurunan persamaan kesetimbangan massa dapat ditunjukkan sebagai berikut:
(3.1)