KARYA AKHIR
PENGONTROLAN LEVEL STEAM DRUM PADA BOILER HRSG
MENGGUNAKAN DCS CENTUM CS-3000
APLIKASI PT. ARUN NGL
Karya Akhir ini diajukan untuk Melengkapi Salah Satu Persyaratan untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Terapan
Disusun Oleh :
ASDEN KABEAKAN 045203012
PROGRAM DIPLOMA IV
TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
PENGONTROLAN LEVEL STEAM DRUM PADA BOILER HRSG MENGGUNAKAN DCS CENTUM CS-3000
APLIKASI PT. ARUN NGL
Oleh :
ADSEN KABEAKAN 045203012
Disetujui oleh: Pembimbing Karya Akhir
DRS. HASDARI HELMI, MT NIP. 19591 130 198701 1 001
Diketahui oleh :
Plh. Ketua Program Diploma IV Teknologi Instrumentasi Pabrik
Fakultas Teknik USU,
PROF. DR. IR. USMAN S BA’AFAI NIP: 19461 022 197302 1 001
PROGRAM DIPLOMA IV
TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK FAKULTAS TEKNIK
ABSTRAK
DCS adalah suatu alat instrumen yang memerlukan pengontrolan terhadap level
steam drum secara rutin agar peralatan ini dapat beroperasi dengan baik dan dapat
meningkatkan umur dari peralatan tersebut dalam operasi kerjanya. Kegiatan pengontrolan dalam industri yang berskala besar maupun kecil merupakan suatu
kegiatan yang sangat penting dalam kelangsungan produksi. Mengingat bahwa DCS merupakan alat kontrol yang fungsinya sangat penting.
Pengontrolan terhadap level steam drum pada boiler dengan DCS Centum CS- 3000 menjaga agar mass balance antara feedwater dan steam yang dihasilkan boiler harus terjaga dalam kondisi load yang fluktuatif, sehingga feedwater system
yang handal sangat diperlukan untuk menjaga dan mengontrol supply air ke boiler pada berbagai variasi load.
Level Steam Drum pada Boiler HRSG Fired Unit milik PT. Arun NGL yaitu sebesar 115.0 t/hr dari desain boiler feedwater pada batas maksimum dan 114.4 t/hr dari desain boiler feedwater pada batas minimum. DCS Centum CS-3000 ini
memiliki kelebihan antara lain sistem komunikasi yang sangat jauh yaitu + 20 km dan pengendalian yang terdistribusi serta harga beli jauh lebih murah dan
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkatkan kehadirat ALLAH SWT atas rahmat dan
karunia yang dilimpahkan sehingga dapat menyelesaikan Karya Akhir ini dengan judul “PENGONTROLAN LEVEL STEAM DRUM PADA BOILER HRSG
MENGGUNAKAN DCS CENTUM CS-3000 APLIKASI PT. ARUN NGL ” Adapun Karya Akhir ini dibuat untuk memenuhi syarat dan memperoleh gelar Sarajana Sains Terapan di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
Selama masa perkuliahan sampai masa penyelesaian tugas akhir ini, penulis banyak memperoleh bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu,
dengan setulus hati penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSc. selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman S Ba’afai selaku Pelaksana Harian Ketua Program
Studi Teknologi Instrumentasi Pabrik.
3. Bapak Rachmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Program Studi Teknologi
Instrumentasi Pabrik.
4. Bapak Ir. A. Rachman Hasibuan, selaku Koordinator Program Studi
6. Bapak Drs. Hasdari Helmi MT, selaku dosen pembimbing penulis yang telah
banyak memberikan masukan dan arahan dalam penulisan Karya Akhir ini.
7. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro FT – USU.
8. Alm. Mamaku tercinta dan Alm Ayahku, keluargaku Kak masni - Silih
Pardosi, Kak Herta - Silih Hairuman, Bang Eman - Kaka Mama Tia, Bang
Iyot - Kaka Mama Monica, Kak Imah - Silih B. Manalu, Kak Janah - Silih Saraan, Bang Sukman, Kak Tenang - Silih Tumangger, Kak Diah - Silih Berutu, Bang P’Bryan – Kaka, Sariono, Kak Kesti – Silih Bancin, Kak Jarisah
- Silih Berutu, Bapak Ir. P Sihombing – Oma, Bang Monang - Kak Chesya, Bang Uben - Kak Rahel, Kak Aqil – Lae, Jallam Lingga serta ponaan-ponaan
yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung baik secara moril maupun materil.
9. Teman-teman kuliah T. Indra Maulana, M. Zaki, Mulindra Pratama, Shouqi
Erman, Suriadi Ginting, Adam Bayu Kara, Bg Arsyad, Supianto, Sudi Ridwan, Farik, Hendrik dan teman-teman lain yang tidak bisa saya sebutkan namanya satu-persatu, atas kebersamaan dan dukungan yang diberikan. Nama
kalian akan selalu terpatri dalam hati sanubari penulis.
10. Seluruh mahasiswa Teknologi Instrumentasi Pabrik USU Stambuk 2001 -
2007.
11. Specially buat abangku Jusin Sihombing ST, yang selalu menemani aku baik
dan b’ Ricky yang telah mendukung aku di pertengahan kuliahku, terimakasih
bang untuk perhatian yang telah diberikan selama ini.
Penulis menyadari bahwa Karya Akhir ini masih terdapat banyak
kekurangan dan ketidaksempurnaan, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun.
Semoga laporan Karya Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua dan bagi
yang membacanya dan memberikan inspirasi bagi pengembangan selanjutnya.
Medan, Desember 2010 Penulis
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ... ..i
KATA PENGANTAR ... .ii
DAFTAR ISI ... .v
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... .ix
BAB I PENDAHULUAN ... .1
1.1 Latar Belakang ... .1
1.2 Tujuan Pembahasan ... .2
1.3 Batasan Masalah ... .2
1.4 Metode Pembahasan ... .3
1.5 Sistematika Penulisan ... .3
BAB II DASAR TEORI ... .5
2.1 Umum ... .5
2.2 Prinsip Pengendali Proses ... .6
2.3 Sistem Kontrol Otomatis ... .7
2.4 Analisa Sistem Kontrol ... .9
2.8 Sistem Pengendalian Aliran (flow) ... 14
BAB III DCS CENTUM CS-3000 dan Fired Boiler HRSG (Head Recovery Steam Generating) Unit 92 ... 17
3.1 DCS Centum CS-3000 ... 17
3.1.1 Arsitektur Sistem DCS Centum CS-3000 ... 19
3.1.2 Human Interface Station (HIS) ... 22
3.1.3 Field Control Station (FCS) ... 23
3.1.4 Deskripsi Hardware FCS ... 25
3.1.5 Networking ... 31
3.1.6 Kapasitas Maksimum Sistem ... 33
3.1.7 Ruang Lingkup Engineering ... 33
3.2 Fired Boiler HRSG (Head Recovery Steam Generating) Unit 92 ... 36
3.2.1 Proses Kerja HRSG ... 38
3.2.2 Alat Kontrol Ketel ... 41
3.2.3 Pengolahan Air Pada Boiler ... 42
3.2.4 Penambahan Bahan Kimia ... 42
3.2.5 Boiler Feedwater Pump ... 43
3.2.6 Kalkulasi Efisiensi Boiler B-9201G ... 43
4.2 Three Elemen Feedwater Control ... 46
4.3 Proses Pengontrolan Boiler Feed Water ... 49
4.4 Proses Pengontrolan Level Steam Drum ... 50
4.5 Level Steam Drum pada Boiler HRSG Fired ... 51
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 53
5.1 Kesimpulan ... 53
5.2 Saran ... 54
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Blok Diagram Sistem Kontrol Boiler ... ...7
Gambar 3.1 Konfigurasi Sistem DCS CENTUM CS-3000 ... ..21
Gambar 3.2 Tampilan pada HIS ... ..22
Gambar 3.3 Desktop ... ..23
Gambar 3.4 Konsol ... ..23
Gambar 3.5 FCS Tipe Standart... ..24
Gambar 3.6 FCS Tipe Compact ... ..24
Gambar 3.7 Sistem Hardware pada FCS ... ..25
Gambar 3.8 Coupler bus control unit ... ..26
Gambar 3.9 Power Supply Unit... ..27
Gambar 3.10 Battery Unit ... ..28
Gambar 3.11 Processor Card ... ..30
Gambar 3.12 Sistem Networking pada DCS CENTUM -3000 ... ..32
Gambar 3.13 Basic Diagram of a Boiler ... ..36
Gambar 3.14 Prinsip Kerja ... ..36
Gambar 3.15 Jendela interface DCS HRSG Unfired Unit Control ... ..37
Gambar 3.16 Jendela tampilan interface DCS HRSG fired Unit Control ... ..38
Gambar 3.17 Konstruksi Boiler HRSG... ..41
Gambar 4.1 Proses Boiler Feed Water ... ..46
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1 Perbandingan Kapasitas Maksimum pada Sistem DCS ... .33 Tabel 2 Analisis dan Perhitungan Fuel Gas ... .44 Tabel 3 Level Steam Drum pada Boiler HRSG Fired Unit PT. Arun
ABSTRAK
DCS adalah suatu alat instrumen yang memerlukan pengontrolan terhadap level
steam drum secara rutin agar peralatan ini dapat beroperasi dengan baik dan dapat
meningkatkan umur dari peralatan tersebut dalam operasi kerjanya. Kegiatan pengontrolan dalam industri yang berskala besar maupun kecil merupakan suatu
kegiatan yang sangat penting dalam kelangsungan produksi. Mengingat bahwa DCS merupakan alat kontrol yang fungsinya sangat penting.
Pengontrolan terhadap level steam drum pada boiler dengan DCS Centum CS- 3000 menjaga agar mass balance antara feedwater dan steam yang dihasilkan boiler harus terjaga dalam kondisi load yang fluktuatif, sehingga feedwater system
yang handal sangat diperlukan untuk menjaga dan mengontrol supply air ke boiler pada berbagai variasi load.
Level Steam Drum pada Boiler HRSG Fired Unit milik PT. Arun NGL yaitu sebesar 115.0 t/hr dari desain boiler feedwater pada batas maksimum dan 114.4 t/hr dari desain boiler feedwater pada batas minimum. DCS Centum CS-3000 ini
memiliki kelebihan antara lain sistem komunikasi yang sangat jauh yaitu + 20 km dan pengendalian yang terdistribusi serta harga beli jauh lebih murah dan
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Suatu perusahaan industri berskala besar dalam hal untuk mencapai hasil produksi yang berkualitas harus dapat memelihara dan menerapkan fasilitas secara
efisien. Sehubungan dengan itu pabrik gas sebagai salah satu perusahaan industri yang mengolah gas alam cair menjadi LNG, LPG yang sudah dapat dipergunakan
oleh masyarakat dan untuk industri aromatik lainnya. Dengan cara melakukan beberapa tahap pengolahan yang bersifat otomatis maupun manual untuk memperlancar jalannya pengolahan tersebut.
Adapun tahap dari proses pengolahan LNG awalnya menerima gas dari Exxon Mobil di Point A Lhoksukon dan gas alam dari ladang gas NSO kemudian
dialirkan melalui pipa-pipa ke masing-masing unit produksi PT. Arun NGL dimana terjadi proses pemurnian gas, penyulingan dan akhirnya pencairan gas menjadi LNG. Pencairan gas alam menjadi LNG bertujuan untuk memudahkan
penyimpanan. Agar proses produksi berjalan dengan lancar maka di perlukan pengendalian secara rutin pada level steam drum pada boiler.
Permasalahan yang sering timbul pada boiler diantaranya adalah pengontrolan sistem elektrik, menurun dan meningkatnya level water, dan ketahanan pada boiler. Jika level air pada boiler di bawah kapasitas minimum
perangkat yang ada di sekitar boiler seperti transducer yang menjadi sensor
penerima data fisik untuk dikirim ke DCS. Jadi untuk menjaga hal-hal yang tidak diinginkan perlu dilakukan pengendalian terhadap level steam drum pada boiler.
Dimana pengendalian itu sangat berguna untuk melakukan proses kerja produksi pembuatan LNG di PT Arun. Karena pentingnya level steam drum ini adalah untuk meningkatkan mutu produksi, maka penulis tertarik untuk membahas dan
menyusun suatu Karya Akhir dengan judul PENGONTROLAN LEVEL
STEAM DRUM PADA BOILER HRSG MENGGUNAKAN DCS CENTUM CS-3000 APLIKASI PT. ARUN NGL.
1.2 Tujuan Pembahasan
Adapun yang menjadi tujuan penulisan dalam pembahasan karya akhir ini adalah : 1. Sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
Terapan pada Program Diploma IV Teknologi Instrumentasi Pabrik Universitas Sumatera Utara.
2. Megetahui dan memahami prinsip pengontrolan serta permasalahan yang
sering terjadi pada level steam drum Boiler HRSG menggunakan DCS Centum CS-3000.
1.3 Batasan Masalah
Mengingat begitu banyaknya spesifikasi level steam drum, maka untuk
membatasi permasalahan penulis hanya membatasi tentang :
CS-2. Pembahasan difokuskan pada pengontrolan volume air di dalam steam drum
dengan mengatur pemasukan feedwater.
3. Dalam hal ini perhitungan dan analisa secara matematis tidak terlalu
dibahas.
1.4 Metode Pembahasan
Metode Pembahasan yang dipergunakan dalam penulisan Karya Akhir ini antara lain sebagai berikut :
Dengan mempelajari teoritis dan pengamatan langsung selama Kerja Praktek (KP) serta melakukan diskusi dengan pembimbing lapangan dan juga operator lapangan.
1. Mengambil bahan-bahan dan data-data dari berbagai sumber referensi
seperti : buku-buku referensi, artikel, brosur dan sebagainya. 2. Melakukan konsultasi dengan Dosen Pembimbing.
3. Dengan cara studi kepustakaan.
4. Pengamatan langsung ke lapangan.
1.5 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan dalam Karya Akhir ini, maka penulis membuat suatu sistematika pembahasan. Sistematika pembahasan ini merupakan urutan bab demi bab. Adapun sistematika pembahasan tersebut adalah :
Bab I : Pendahuluan
Bab II : Landasan Teori
Bab ini menjelaskan mengenai prinsip pengendalian proses dan system pengendalian aliran (flow).
Bab III : DCS Centum CS – 3000 dan Fired Boiler HRSG (Heat Recovery System Genarating)
Bab ini menjelaskan Arsitektur Sistem DCS Centum CS – 3000 dan
proses kerja HRSG.
Bab IV : Pengontrolan Level Steam Drum Pada Boiler HRSG Menggunakan DCS Centum CS-3000
Bab ini mengenai proses, aliran kerja system pengendalian dan pembahasan pelaksanaan pengendalian.
Bab V : Kesimpulan dan Saran
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Umum
Didalam dunia industri, dituntut suatu proses kerja yang aman dan
berefisiensi tinggi agar menghasilkan produk dengan kualitas baik dalam jumlah banyak serta dengan waktu yang telah ditentukan. Otomatisasi sangat membantu
dalam kelancaran operasional, keamanan (investasi, lingkungan), ekonomi (biaya produksi) maupun mutu produk, dll.
Ada banyak proses yang harus dikerjakan untuk mengahasilkan suatu
produk sesuai standar, sehingga ada banyak parameter yang harus dikendalikan antara lain tekanan (pressure), aliran (flow). Suhu (temperature), ketinggian
(level), kerapatan (intensity), dll. Gabungan kerja dari berbagai alat-alat pengendali dalam proses produksi dinamakan sistem pengendali proses (process kontrol sistem). Sedangkan semua peralatan yang membentuk sistem pengendali
disebut instrumentasi pengendali proses (process kontrol instrumentation). Kedua istilah ilmu kontrol tersebut sangat berhubungan erat, namun keduanya sangat
berbeda hakikatnya. Pembahasan disiplin ilmu Proses Kontrol Instrumentation lebih kepada pemahaman tentang kerja alat instrumentasi, sedangkan disiplin ilmu Process Kontrol Sistem mengenai sistem kerja suatu proses produksi. Contohnya
prosesnya seperti pengendali proses pada MHE, pada gas liquefaction, dll. Pada
kesempatan ini, saya akan membahas sistem pengendalian aliran feedwater boiler dengan Three Element Kontrol pada unit 92 HRSG (Heat Recovery Steam
Generation).
2.2 Prinsip Pengendali Proses
Ada 3 parameter yang harus diperhatikan sebagai tinjauan pada suatu sistem pengendali proses yaitu :
1. cara kerja pengendali
2. keterbatasan manusia dalam mengendali proses
3. peran instrumentasi dalam membantu manusia mengendalikan proses
Empat langkah yang harus dikerjakan operator yaitu mangukur,
membandingkan, menghitung, mengkoreksi. Pada waktu operator mengamati ketinggian level, yang dikerjakan sebenarnya adalah mengukur process variable (besaran parameter proses yang dikendalikan ).
Contohnya proses pengendalian level didalam tangki secara manual, proses variabelnya adalah level. Lalu operator membandingkan apakah hasil
Proses variabel bisa lebih besar atau bisa juga lebih kecil dari pada set
point. Oleh karena itu error bisa diartikan negative dan juga bisa positif. Blok diagram dari sistem kontrol boiler dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Blok Diagram Sistem Kontrol Boiler
2.3 Sistem Kontrol Otomatis
Suatu sistem kontrol otomatis dalam suatu proses kerja berfungsi
mengendalikan proses tanpa adanya campur tangan manusia. Ada beberapa sistem kontrol otomatis yaitu :
A. Open Loop
Suatu sistem kontrol yang keluaranya tidak berpengaruh terhadap aksi pengontrolan. Dengan demikian pada sistem kontrol ini, nilai keluaranya tidak di
B. Close Loop
Suatu sistem kontrol yang sinyal keluarannya memiliki pengaruh langsung terhadap aksi pengendali yang dilakukan. Sinyal kesalahan yang merupakan
selisih dari sinyal masukan dan sinyal umpan balik, Lalu diumpankan pada komponen pengendali untuk memperkecil kesalahan sehingga nilai keluaran sistem semakin mendekati harga yang diinginkan.
Keuntungannya adalah adanya pemanfaatan nilai umpan balik yang dapat membuat respon sistem kurang peka terhadap gangguan eksternal dan perubahan
internal pada parameter sistem. Kerugiannya adalah tidak dapat mengambil aksi perbaikan terhadap suatu gangguan sebelum gangguan tersebut mempengaruhi nilai prosesnya.
C. Cascade Loop
Sistem kendali dengan beberapa loop yaitu loop primer dan loop sekunder. Loop yang terdapat pada bagian luar disebut Loop primer, sedangkan loop sekunder adalah loop yang terdapat pada bagian dalam rangkaian
pengendali.
Misalnya, sebuah pengendali level suatu proses dengan kondisi level yang terjadi
tidak sesuai dengan set point yang ditentukan maka output dari pengendali akan dideteksi oleh elemen kontrol (Level Transmitter) lalu dirim ke kontroller level sebagai umpan balik dari kondisi yang terjadi. Keluaran dari kontroler level ini
Keuntungannya, sistem ini dapat mempercepat respon dari kerja sistem
secara keseluruhan bila terjadi suatu kesalahan yang bisa mengakibatkan sistem pengendalian proses semakin stabil. Hal ini dapat terjadi karena adanya
pengiriman informasi tentang kondisi yang terjadi lebih awal melalui variabel aliran proses sehingga jika terjadi gangguan pada aliran proses akan segera diperbaiki sebelum mengganggu pada bagian kontrol ketinggian.
2.4 Analisa Sistem Kontrol
Persoalan-persoalan pada kontrol sistem adalah kriteria-kriteria sistem yang harus harus dipenuhi untuk mendapatkan suatu sistem yang baik yaitu :
1. transient respon 2. steady state response
3. sensitivity 4. stability
Pencapaian komposisi terbaik dari gabungan keempat kriteria diatas,
dilakukan dengan analisa terhadap masing-masing kriteria berdasarkan metode-metode root locus, bode diagram, nyquist, dsb. Berdasarkan analisis kriteria yang
diperoleh dapat ditentukan kriteria yang dapat diperoleh dapat ditentukan kriteria terbaik yang dikehendaki, maka perbaikan performance dapat dilakukan dengan dua cara yaitu kompensasi pararel dan kompensasi seri.
flow harus dikurangi dengan mengurangi bukaan valve. Sebaiknya bila error
positif maka flow harus ditambahkan dengan membuka valve.
2.5 Aksi Pengontrolan
Aksi pengontrolan yang umumnya dikenal pada sistem alat kontrol terdapat enam jenis yaitu :
a. Pengendali on-off (two position kontroller)
Karakteristik pengendali on – off ini hanya bekerja pada dua posisi, yaitu on
dan off. Kerja pengendali on – off banyak digunakan pada aksi pengontrolan yang sederhana karena harganya murah. Karena sistem kerja yang digunakan adalah on – off saja, hasil output dari sistem pengendali ini akan menyebabkan proses
variabel tidak akan konstan. Besar kecilnya fluktuasi process variabel ditentukan oleh titik dimana kontroller dalam keadaan on dan off. Pengendali dengan aksi
kontrol ini juga menggunakan feedback.
b. Pengendali Proporsional
Aksi kontrol proporsional memiliki karakteristik dimana besar output unit
kontrol P selalu sebanding dengan besarnya input. Bentuk transfer function dari aksi pengendali proporsional sbb :
Gain kontrol proporsional dapat berupa bilangan bulat, bilangan pecahan, positif atau juga negatif. Dengan syrat besarnya tetap, linier di semua daerah kerja
bahkan negatif. Oleh karena itu, istilah gain jarang dipakai dan yang lazim dipakai
adalah proporsional band.
c. Pengendali integral
Berfungsi untuk menghilangkan offset sebagai hasil dari reset yang dapat menghasilkan output walaupun tidak terdapat input, sehingga dibutuhkan suatu
pengendali yang dapat menghasilkan output lebih besar atau lebih kecil pada saat error = 0.
d. Pengendali derivatif
Memiliki karakteristik cenderung untuk mendahuluiatau bisa disebut anti pasif
kontrolling. Oleh karena itu aksi kontrol ini sering diterapkan pada sistem yang memiliki inersia tinggi yang bersifat lagging. Berikut adalah grafik dari
pengontrolan derivatif :
e. Pengendalian proporsional + integral
Pada pengontrolan proporsional dapat menimbulkan offset pada keluaran
pengendali. Untuk proses-proses dimana offset tidak dapat ditolerir maka perlu ditambahklan aksi pengontrolan integral. Aksi kontrol integral dapat menghilangkan perbedaan pengukuran dan titik acuan yang dapat mengakibatkan
keluaran pengendali berubah sampai dengan perubahan tersebut berharga nol. Apabila sinyal pengukuran meningkat dan tekanan pada ttik acuan dalam
yang kecil, sedangkan pada integral bellow akan mengalami perubahan yang
lambat ( dengan adanya perubahan pada katup ).
f. Pengendali proporsional + integral + derivatif
Sistem pengendali derivatif merupakan pengendali dengan proses umpan balik yang berlawanan dengan cara pengendali cara pengendali integral.
Penambahan aksi derivatif pada pengendali proporsioanal + integral bertujuan untuk meningkatkan kestabilan pengendalian diperoleh dari penurunan overshoot.
Jika terjadi perubahan sinyal pengukuran maka keluaran pengendali dengan proporsional bellow tidak terhubung langsung tetapi katup yang akan memperkecil aliran ke arah proporsional bellow.
2.6 Pemakaian Instrument
Penggunaan alat instrument di PT. Arun banyak digunakan untuk mengontrol liquid diantaranya :
1. Level ( permukaan zat cair ), volume zat cair dalam sebuah tangki.
Pengukuran dilakukan untuk dapat mengetahui volume permukaan zat cair dalam zat cair. Bahan yang dapat di ukur oleh sensor level yaitu cairan
(liquid), lumpur, curah hujan, serta polusi. 2. Flow (aliran), aliran dalam sebuah pipa.
Elemen proses flow merupakan salah satu jenis pengendali akhir yang
paling umum dipakai untuk sistem pengendali proses.
Prinsip kerjanya sama dengan proses flow karena sama-sama
mengendalikan flow.
4. Temperature (suhu), suhu pada unit – unit proses.
Pengukuran suhu biasanya terjadi pada suatu unit proses yang memerlukan perubahan suhu, baik jenis liquid jenis maupun yang lainnya. Misalnya perpindahan panas yang terjadi pada sistem pengukuran suhu yaitu pada
proses endotermis (suatu perolehan energi panas dari dari suatu media panas), Seperti yang terjadi pada heat exchanger.
2.7 Elemen – Elemen Sistem Instrumentasi
Untuk Mengendalikan besaran – besaran fisis ( temperature, level, tekanan dan flow ), dibutuhkan beberapa komponen untuk mengukur besaran – besaran
tersebut yaitu :
1. Sensing Elemen
Bagian yang paling utama dari suatu sistem pengukuran, contohnya termokopel. 2. Transmitter
Alat yang berespon terhadap variabel yang diukur dengan perantara
sesnsing elemen, lalu diubaha menjadi sinyal tranmisi yang standar. 3. Kontroller
a. membandingkan set point dengan measurement variabel. b. menghitung koreksi yang perlu dilakukan.
c. mengeluarkan sinyal koreksi sesuai dengan hasil perhitungan. 4. Kontrol Valve
kontrol valve diharapkan secara kontinyu mengendalikan nilai input dari
suatu proses agar tetap sama dengan set point. 5. Actuator
Berfungsi sebagai penggerak kontrol valve agar dapat membuka dan menutup.
2.8 Sistem Pengendalian Aliran (flow)
Pengendalian flow memilki sifat khusus karena cepatnya proses. Elemen
proses flow, baik flow gas maupun flow zat cair bereaksi cepat terhadap perubahan bukaan kontrol valve. Dinamika prosesnya adalah proses orde 1 dan time constant-nya berkisar antara 0,4 detik hingga 1 detik. Padahal time constant
elemen-elemen lain (seperti transmitter, transmisi sinyal pengukuran pneumatik, transmisi kontroller ke kontrol valve dan kontrol valve ke time constant) jauh
lebih besar dari time constant elemen proses. Jadi dalam bentuk loop, periode respon sistem pengendali flow lebih ditentukan oleh elemen-elemen instrumentasi daripada elemen prosesnya.Periode respon berkisar antara 1 sampai 10 detik
sehingga setting time-nya berkisar sekitar 1 menit.
Berdasarkan sifat sinyalnya, metode pengukuran flow dapat dibagi menjadi
dua yaitu linier dan non-linier. Pada dasarnya semua metode yang berdasarkan pada prinsip differential head akan menghasikan sinyal yang tidak linier. Pada metode ini di tengah-tengah pipa dipasang sebuah constriction element, dimana
Ciri lain pengedali flow adalah sifat sinyal pengukuran flow yang selalu
mengandung noise, karena alasan inilah banyak flow transmitter yang dilengkapi dengan damping. Tetapi penggunaan damping juga dapat menyebabkan resiko
kelambatan pada sistem pengukuran dan damping yang terlalu besar justru akan menipu hasil pengukuran. Konsekuensinya, pengendali memerlukan unsur integral untuk mengurangi offset yang mungkin timbul karena terbatasnya
proportional band.
Itulah sebabnya, hampir semua pengendali flow tidak dapat menngunakan
unsur derivatif. Karena kecilnya time constant elemen proses flow, derivatif memang tidak diperlukan disini. Hal lainnya yang diperlukan adalah pengaruh hysterisis dari kontrol valve dan perlu tidaknya valve positioner dipakai pada
pengendali flow. Hysterisis mempunyai pengaruh yang cukup besar dalam respon pengendalian, elain itu efek hysterisis pada respon tidak mudah tidak mudah
disimulasikan di lapangan.
Valve positioner tidak dapat digunakan pada flow loop karena valve positioner sendiri adalah sebuah kontroller proporsional dengan gain yang sangat
tinngi. Pemakaian valve positioner pada sebuah loop, secara tidak langsung akan membentuk sistem pengendali cascade loop. Cascade loop dalam hal ini akan
BAB III
DCS CENTUM CS-3000 DAN FIRED BOILER HRSG (HEAD
RECOVERY STEAM GENERATING) UNIT 92
3.1 DCS Centum CS-3000
Distributed control system (DCS) adalah sistem kontrol yang
menggabungkan keunggulan teknologi analog yang digunakan dalam sistem kontrol proses konvensional dan instrumen berbasis komputer. DCS sendiri mempunyai pengertian suatu sistem pengendali yang memdukan instalasi
perangkat instrumen di beberapa tempat di pabrik dengan fungsi monitoring dan pengendali berbasis komputer. Pada kilang LNG PT. Arun NGL mempergunakan
DCS buatan Yokogawa Hokushin Electric Japan. Bagian sistem pengontrol yang didistribusikan dibeberapa tempat diseluruh area proses memiliki fungsi :
1. Untuk memonitor kondisi proses yang tengah berlangsung di pabrik.
2. Untuk mengendalikan proses kondisi dari pabrik secara real time dan
otomatis.
3. Untuk memperingatikan operator tentang adanya penyimpangan proses. 4. Sebagai instrumen pengaman terhadap peralatan pabrik.
5. Untuk membantu menyiapkan shift, Daily Report (logging printer) secara
yang ditransmisi dari area proses ke FCU dan ditampilkan pada layar HIS yang
terletak di ruang kontrol. Selain itu operator dapat juga mengubah parameter kontrol atau kondisi proses dari satu keyboard atau lewat screentouch komunikasi
antara ruang kontrol utama dan bagian sistem pengontrolan yang terdistribusi jauh dari lapangan. Penggunaan DCS dapat mengurangi kebutuhan ruangan untuk panel operator, karena pada DCS terdapat panel – panel instrumen pada sistem
kontrol konvensional yang dapat divisualisasikan melalui layer monitor.
Secara garis besar operasi pengendali proses dengan menggunakan DCS adalah variabel – variabel proses di lapangan diukur secara analog, lalu dikirim ke stasiun kontrol lapangan. Disini variabel terukur yang berbentuk analog,
dikondisikan dan diubah menjadi sinyal digital yang kemudian diolah bersama-sama set point yang diberikan oleh suatu algoritma program pengendali tertentu.
Algoritma bertindak sebagai kontroller dari sistem. Hasil perhitungan merupakan sinyal digital termanipulasi yang kemudian dikirim kelapangan untuk menggerakkan aktuator guna melaksanakan perubahan yang diperlukan pada
variabel proses, variabel termanipulasi yang dihasilkan kontroller sebelum dikirim kelapangan diuabah menjadi sinyal analog dan dikondisikan sehingga sesuai
dengan peralatan aktuator yang digunakan.
Beberapa jenis DCS yang diperoduksi oleh Yokogawa Hokusshin Electric Japan adalah :
1. CENTUM – V Technology 1982 (Already Obsolete (EOS) 2002)
Untuk DCS yang terdapat di PT. Arun NGL terdiri dari beberapa seri dan pemasangannya sendiri diletakkan pada tempat – tempat sesuai dengan modus
yang diopersikan, di antaranya adalah :
1. CENTUM – CS Technology 1994 (Unit Pemisahan H2S di Proyek NSO)
2. CENTUM – CS3000 Technology 2000(4 HIS di train 4.5 CCR ,
Compressor Control Room)
3. 6 HIS di Main Control Room + 1 EWS
4. 3 HIS di Storage/Loading Control Room + 1 EWS
5. 4 HIS dan 1 EWS pada Unit Power Plant Plant HRSG (FCS EA di TR-4/5,
FCS 1 EA Pg)
3.1.1 Arsitektur Sistem DCS Centum CS-3000
Pada bab ini akan dijelaskan mengenai komponen pada sistem DCS Centum Cs-3000.
1. Human Interface Station (HIS)
Unit ini berfungsi sebagai penyimpanan data-data proses short term dan
long term yang digunakan operator/manusia menjadi alat bantu untuk melakukan komunikasi dengan FCS. Unit ini dapat mengetahui kondisi operasi dan status dalam plant untuk menampilkan proses variabel,
parameter kontrol dan alarm. 2. Enginering Workstation (ENG)
Unit ini digunakan untuk menghasilkan fungsi kontrol (fungsi feedback
control, fungsi perhitungan aritmatika dan fungsi komunikasi) pada variabel proses. Pada unit ini variabel proses akan dibaca dan dihitung untuk
menentukan output kontrol yang akan dikirim ke lapangan. 4. Advance Control Station (ACS)
Untuk mengontrol perkalian dari FCS yang digunakan untuk menyusun
suatu skala penuh sistem kontrol. 5. Electric Control Station (ECS)
Berfungsi mengontrol motor listrik atau tenaga distrbusi plant. 6. Ethernet
Unit ini berfungsi sebagai penghubung dalam komunitas data antara Human
Interface Station (HIS), Engineering Workstation (EWS) dan Supervisory System (LAN).
7. V/VL Net (REAL TIME COMMUNICATION)
Unit ini berfungsi sebagi alat penghubung antra sistem kontrol bus dan FCS, HIS, BCV (Bus Converter).
8. Bus Converter (BCV atau ABC)
Unit ini menghubungkan sistem Vnet kepada sistem CS-3000 yang lain atau
dengan DCS yang telah terpasang sebelumnya. 9. Communication Gatewey Unit (CGW atau ACG)
Unit ini mengghubungkan Vnet kontrol ststem bus kepada komputer
Untuk lebih memperjelas, berikut akan disertakan arsitektur sistem DCS
CENTUM CS-3000 pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Konfigurasi Sistem DCS CENTUM CS-3000
3.1.2 Human Interface Station (HIS)
Komponen Human Interface Station (HIS) merupakan perangkat yang digunakan pada sistem pengontrolan. HIS yang digunakan pada pengontrolan ini adalah Dekstop dan Konsol. Tampilan pada HIS berupa layar monitor seperti ditunjukkan
pada Gambar 3.2.
1. Dekstop Umum + Software khusus
Sebuah komputer PC/AT adalah yang umum dipergunakan untuk keperluan ini. Selain komputer PC/AT, komputer Yokogawa PC juga dapat juga digunakan
sebagai HIS. Spesifikasi minimum dari PC HIS Dekstop adalah:
CPU : Pentium 166 MHz atau lebih Serial Port : RS232C (1Buah, atau lebih) Paralel Port : 1 port atau lebih (Dsub9 Pin)
Extension Slot : PCI, ISA, (1 PCI Slot for VIVL control Bus card. 1 slot untuk ethernet card) Power Supply : 200-240 V AC
Basic Softwere : Windows NT ver 4 dengan Service Pack 3
Dekstop yang memenuhi spesifikasi diatas adalah HIS yang digunakan pada pengontrolan ini, bentuk Dekstop dapat dilihat pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Desktop 2. Konsol
hanya terdapat pada sistem DCS Centum CS-3000. Bentuk Konsol yang terdapat
pada pengontrolan ini seperti ditunjukkan pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4 Konsol
3.1.3 Field Control Station (FCS)
Pada unit ini terbagi atas 2 jenis, yaitu FCS Standart dan FCS Compact pada
tipe FCS Standart hanya dimiliki oleh sistem DCS Centum CS-3000, jenis FCS standart ditandai degan nama LFCS dan untuk jenis
FCS Compact ditandai dengan nama SFCS. Hal ini dimaksud agar kedua tipe ini dapat digunakan pada sistem DCS.
Nama model untuk LFCS (tipe CS-3000)
1. AFS 10S (recked type, single processor card)
2. AFS10D (racked type, duplexed processor card) 3. AFS20S (cabinet type, single processor card) 4. AFS20D (cabinet type, duplexed processor card)
5. PFCS (compact FCS, single processor type) 6. PFCD (compact FCS, duplex)
Jenis Field Control Station (FCS) yaitu Unit FCS tipe standart dan tipe
Gambar 3.5 FCS Tipe Standart Gambar 3.6 FCS Tipe Compact
3.1.4 Deskripsi hardware FCS
Berikut adalah deskripsi dari hardware yang ditemui dalam seri LFCS. Pada
unit FCS ini sistem penyampaian informasi atau data dihubungkan kepada beberapa bagian unit lain menjadi sebuah hardware yang menjadi satu kesatuan sistem seperti ditunjukkan pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7 Sistem Hardware pada FCS
1. Coupler bus control unit
Coupler adalah tempat pada FCS station dimana kabel V tau Vlnet tepasang.
dengan isolasi sinyal dan konversi level sinyal. Bentuk Coupler bus control
unit dapat dilihat pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8 Coupler bus control unit
2. Power Supply Unit (PSU)
Pada PFCS, unit ini mensuplay tenaga listrik yang diperlukan oleh bagian-bagian penting FCS. Pada LFCS. Unit ini menerima tenaga listrk dari papan
Gambar 3.9 Power Supply Unit
3. Back Up Battiries
Baterai rechargeable yang terpasang pada PSU, berfungsi membackup
Gambar 3.10 Battery Unit
4. RIO Interface Card & RIO Bus
Unit ini digunamakan oleh LFCS (CS-3000). Interface card melakukan komunikasi dengan menggunakan RIO Bus Coupler unit diantara sejumlah node yang terkoneksi pada RIO bus distribusi unit. RIO bus distribusi unit
terletak pada bagian depan dan belakang darai kabinet LSCS. Masing-masig RIO bus distribusi unit menghubugnkan 3 atau lebih node dengan RIO bus
yang sama. RIO bus distribusi unit dapat digunakan untuk RIO bus singlre atau dual.
5. Process Input Output Unit (IOU)
6. Node Interface Unit
Adalah alat yang dapat memberikan fungsi interface untuk mengirim sinyal analog dan sinyal kotak I/O yang berasal dari lapangan kepada Field
Control Unit melalui RIO bus, unit ini juga mepunyai fitur penyaluran daya
kepada IOU.
7. Node
Adalah suatu konfigurasi dari unit proses I/O, yang dihubungkan secara elektrik oleh Node Iterface Unit.
8. Processor Card
Adalah unit yang melakukan kalkulasi dan komputasi kontrol. Beberapa model FCS memiliki dua processor card sebagai fitur dual redundant. Salah
satu card berada dalam bus kontrol (online) sedangkan card yang lain berada pada status standbly. Hasil komputasi kemudian dibandingkan dengan
collator setiap siklus komputasi. Jika hasil komputasi dari dua CPU tersebut cocok, mak collator akan mengatakan bahwa proses komputasi adalah normal berikut mengirim data kelokasi seperti main memory dan ikut bus
interface. Karena memori utama memiliki ECC, maka error pada perubahan bit transien yang terjadi pada memori utama dapat diperbaiki. Bagian-bagian
Gambar 3.11 Processor Card
Jika hasil komposisi CPU 1 dan CPU 2 tidak cocok, maka collator
akan menyatakan bahwa telah terjadi error komputasi kemudian fungsi
pengontrolan akan dialihkan kepada CPU standby. Processor standby melakukan
komputasi yang sama dengan bagian kontrol meskipun terletak pada sisi standby sehingga apabila terjadi error pada komputasi kontrol, sisi standby dapat langsung meneruskan output dari komputasi control ke bus interface saat sisi standby
mengambil alih fungsi pengontrolan. Self diagnostic akan dilakukan pada prosesor yang mengalami error. Jika error dideteksi, maka error tersebut akan
Fungsi Self Diagnostic akan dijalankan apabila dalam unit prosesor
terjadi indikasi error. Jika pada CPU tidak dideteksi error maka indikasi ini akan dianggap sebagai error komputasi transient dan error state secara otomatis akan
kembali ke posisi standby. Unit processor pada kondisi standby akan melakukan pengolahan data bersamaan dengan dengan sisi control. Oleh karena itu CPU yang berada di unit yang sama akan saling mencocokkan setiap data yang telah diolah
agar setiap error yang terjadi dapat diketahui sejak awal.
Bagaimana juga, CPU dengan unit yang sama akan saling
mencocokkan masing – masing data yang telah diolah. Hal ini dapat mendeteksi
error saat CPU melakukan pengolahan data. Unit yang standby dapat melanjutkan bahkan dapat mengambil alih untuk melakukan pengolahan data pada tiap point
tanpa mengganggu proses komputasi.
3.1.5 Networking
DCS CENTUM CS-3000 menggunakan VL / Vnet Ethernet untuk
komunikasi control data. Berikut akan dijelaskan networking pada DCS CENTUM CS-3000 :
1. Ethernet
Sistem komunikasi pada HIS ke ENG ataupun HIS ke system supervisor dapat dimungkinkan dengan menggunakan LAN Ethernet. Sistem
menyamakan data pada 2 desktop HIS. Sebagai alternatif dapat juga dipakai
system komunikasi VL / Vnet. Sistem dengan desktop HIS tunggal yang memiliki fungsi engineering tidak membutuhkan Ethernet. Hal ini
dikarenakan HIS ini hanya difungsikan untuk mensimulasi data dalam proses.
2. Vnet Versus Ethernet
Pada system CS-3000, Ethernet adalah alat komunikasi standar antara HIS
untuk mencegah overload pada Vnet. Oleh sebab itu system CS-3000 dkhususkan untuk skala besar (lebih dari 24 stasiun). Vnet dan Ethernet dihubungkan kedalam sebuah jaringan seperti ditunjukkan pada Gambar
3.1.6 Kapasitas Maksimum Sistem
Setelah mengetahui komponen dasar pada sistem CS-3000, kapasitas
maksimum untuk perbandingan sistem CS-3000 dan CS-1000. Perbandingan kapasitas maksimum antara sistem CS-1000 dan CS-3000 dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Perbandingan Kapasitas Maksimum pada Sistem DCS System
Max no of HIS monitored tags
3.1.7 Ruang Lingkup Engineering
Proses engneering dilakukan pada statiun ENG atau pada statiun HIS diman
pada kedua sistem tersebut mempunyai suatu fungsi pembangun standart atau biasa disebut sebagai fungsi pembangkit sistem (system generation Function).
Pada proses ini terdapat 2 jenis ruang lingkup, yakni : 1. Target System
2. Non – Target System
Pada Non Target sistem sangat dimungkinkan untuk memulai proses
engineering meskipun tidak semua hardware pada CS-3000 mendukung jenis ruang lingkup ini. Pada ENG atau HIS dapat menjadi stasiun yang berdiri sendiri
dan proses engneering dapat dimulai selama HIS dengan fungsi pembangkit sistem terdapat didalamnya. Data pada ENG atau HIS dengan langsung dikirim ke FCS atau bisa disimulasikan terlebih dahulu di ENG.
a. Human Interface Station (HIS)
1. CPU : Intel Pentium IV 1,7 GHz
2. Memory Utama : 256 MB
3. Hard Disk : Fujitsu 160 GB
4. Video Display : 1024 x 768 atau lebih. 256 warna.
5. Video Memory : 128 MB atau lebih 6. CRT Monitor : 21 Inchi.
7. Serial Port : RS232C (1 Buah, atau lebih)
8. Parallel Port : 1 port atau lebih (Dsub9 Pin)
9. Extension Slot : PCI, ISA, (1 PCI Slot for VIVL control bus card,
1 slot untuk ethernet card) 10. Power Supplay : 200-240 V AC
11. Basic Softwere : Windows 2000 Professional Service Pack 2
b. Engineering Workstation (EWS)
1. CPU : Intel Pentium IV 1,7 GHz
2. Memory Utama : 256 MB 3. Hard Disk : Fijitsu 160 GB
4. Video Display : 1024 x 768 atau lebih. 256 warna.
5. Video Memory : 128 MB atau lebih 6. CRT Monitor : 21 Inchi.
7. Serial Port : RS232C (1 Buah, atau lebih) 8. Parallel Port : 1 port atau lebih (Dsub9 Pin)
9. Extension Slot : PCI, ISA, (1 PCI Slot for VIVL control bus card,
1 slot untuk ethernet card) 10. Power Supplay : 200-240 V AC
11. Basic Softwere : Windows 2000 Professional Service Pack 2
: Yokogawa CS3000 Softwere Pack
3.2 Fired Boiler HRSG (Head Recovery Steam Generating) Unit 92
Pembangkit uap adalah kesatuan alat yang digunakan untuk mengubah air
menjadi uap pada tekanan dan temperatur tertentu. Untuk mengubah air menjadi steam dibutuhkan sejumlah kalor. Kalor yang dibutuhkan bisa berasal dari hasil pembakaran fuel gas ke air. Bila fuel gas dicampur dengan oksigen pada
Gambar 3.13 Basic Diagram of a Boiler
Prinsip kerja pembangkit uap dapat dilihat pada Gambar 3.14.
Gambar 3.14 Prinsip Kerja Boiler
Proses perpindahan kalor hasil pembakaran fuel gas dari air menjadi steam disebut juga sebagai salah satu bentuk dari head transfer. Pada awalnya stack yang bersuhu sekitar 5300C ini bermanfaat untuk memanaskan air sehingga
menghasilkan steam yang selanjutnya digunakan dalam proses pembuatan LNG. Sebelum 2003 PT. Arun NGL memiliki 8 boiler yang mampu memproduksi
total steam sebayak 700 ton/h dengan tekanan 10,5 kg /cm2n dan temperatur 185
0
C. Delapan boiler tadi membutuhkan fuel gas sebayak 70 MMscf/d. Namun dengan adanya sistem HRSG, fuel gas yang digukan sebelumnya untuk
memanaskan boiler dapat menghemat sebesar 30 MMscf/d. Saat ini PT. Arun memiliki 10 boiler yaitu:
Water
Fuel &
Steam
Fuel Steam / Water system
1. 6 Unit Fired HRSG di Power generator dengan menggunakan burner, setiap
boiler mampu menghasilkan steam sebanyak ±100 ton/h dengan tekanan 10,3 kg/cm2 dan temperature 185 0C. Tampilan pengontrolan untuk DCS
HRSG Unfired Unit Control ditunjukkan pada Gambar 3.15.
Gambar 3.15 Jendela interface DCS HRSG Unfired Unit Control
2. 4 Unit Unfired HRSG di Train tanpa menggunakan burner, setiap boiler
mampu mengghasilkan steam sebanyak ±70 ton/h dnegan tekanan 10,7
Gambar 3.16 Jendela tampilan interface DCS HRSG fired Unit Control
3.2.1 Proses Kerja HRSG
Unit HRSG di PT. Arun NGL dirancang untuk menghasilkan steam
dengan memanfaatkan panas stack gas hasil dari proses turbin gas, lalu panas stack gas ini digunakan untuk memanaskan boiler. Proses yang terjadi pada sistem HRSG dapat diuraikan sebagai berikut:
1. Feed water yang telah melalui berbagai proses penyaringan dialirkan
melalui control valve ke pipa-pipa economizer yang bertindak sebagai
pemanas awal.
2. Aliran kemudian menuju steam drum, dimana sebagai feed water yang telah
menjadi uap panas akan naik keatas dan sebagian lainnyan (cair) akan turun
ke boiler.
3. Pemanas utama dihasilkan dari panas exhaust gas turbin gas, sedangkan
Komponen-komponen utama boiler: 1. Drum boiler
Berfungsi sebagai penampungan air dan uap pada jenis Watertube Boiler.
Terdapat 2 jenis drum yaitu steam drum dan water drum yang dihubungkan dengan pipa penghubung uap (water wall) dan pipa Down Comer.
2. Pipa water wall
Berada disebelah ruang bakar, agar dapat menerima panas dari hasil pembakaran.
3. Pipa down comer
Rangkaian pipa yang berdiri tegak lurus diantara steam drum dengan water drum, berfungsi sebagai saluran uap basah dari steam drum untuk prosess
sirkulasi. 4. Neraca Panas
Panas dihasilkan dari pembakaran didalam dapur sehingga diharapkan dapat memproduksi uap sesuai dengan kebutuhan.
5. Burner
Alat pembakaran gas atau minyak yang umumnya ditempatkan pada
ruangbakar antara pipa air bagian depan dengan permukaan dinding isolasi. Udara fuel gas dicampur lalu dibakar didalam ruang yang telah dikelilingi oleh tabung-tabung Boiler. Radiasi dari gas –gas yang yang terbakar itu
tertutup untuk menyalurkan bahan bakar udara keruang pembakaran,
sehingga menjadi pembakaran yang sempurna antara fuel gas dengan udara. 6. Stack
Sebagai saluran gas sisa pembakaran bahan bakar yang dibuang ke atmosfer.
7. Insulation
Untukl mengurangi jumlah panas yang terbuang ke atmosfer dan juga melindungi pekerjaan yang berada disekitarnya.
3.2.2 Alat kontrol Ketel
1. Alat ukur tekanan (monometer), untuk mengukur besarnya tekanan uap
yang terjadi dialam steam drum.
2. Pengukuran tinggi permukaan air Water Level Indikator, alat ini berupa
tabung gelas yang berfungsi untuk mengetahui tinggi air didalam drum. 3. Katup pengaman (safety valve), untuk menjaga tekanan didalam drum tidak
melebihi tekanan yang diinginkan. Katup yang digunakan adalah Spring
Louded Safety Valve yang berkerja bedasarkan tekanan.
4. Boiler Feedwater Control, mengatur kebutuhan air untuk ketel secara
otomatis sehingga tinggi permukaan air didalam drum dapat dipertahankan. 5. Kutup – kutup uap, untuk menutap & mengatur aliran uap mencegah aliran
balik.
7. Hazard alarm, untuk memberi isyarat suara bahwa level air dalam ketel
sudah mencapai batas minimum.
Konstruksi Konstruksi Boiler HRSG yang terdapat di PT. Arun adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 3.17.
Gambar 3.17 Konstruksi Boiler HRSG
3.2.3 Pengolahan Air Pada Boiler
Pengolahan air pada boiler terdiri dari beberapa tahapan yaitu : 1. External treatment
dalam boiler. Pre-treatment ini meliput i sedimentasi, koagulasi, filtrasi serta
menghilangkan kesadahan dalam softener. 2. Internal treatment
Merupakan proses pengolahan air ketel dalam unit, untuk menjaga agar senyawa – senyawa kimia yang terkandung dalam air tidak memadat atau menempel di pipa boiler. Selain pengolahan diatas, terdapat juga pengilahan
menngunakan amine terhadap pipa steam boiler untuk mencegah korosi.
3.2.4 Penambahan Bahan Kimia
Untuk memperoleh hasil yang optimal dalam proses steam generation,
maka beberapa jenis bahan kimia diinjeksikan ke dalam system steam generation, Bahan – bahan ini dienjiksikan dengan laju yang berbeda – beda bergantung
kepada kebutuhan proses. Bahan – bahan kimia tersebut adalah : 1. Sodium Sulfit, diinjeksikan ke daerator
2. Sodium Fosfat, diinjeksikan kedalam boiler. Bahan ini bereaksi dengan
terhadap Klaium Fosfat dalam air. (Kalium Fosfat dapat menyebabkan timbulnya kerak dalam tabung – tabung boiler).
3. Amine, diinjeksikan kedalam pipa steam dari boiler. Amine memiliki fungsi
yaitu menaikkan pH kondensat steam akibat asam karbonat (H2CO3) dan
juga untuk melapisi dinding pipa dengan membentuk lapisan pada dinding
3.2.5 Boiler Feedwater Pump
Pompa Feedwater merupakan pompa jenis sentrifugal satu tingkat
horizontal. Masing – masing pompa dijalankan oleh sebuah motor 260 KW. Air yang berasal dari daerator mengalir kedalam sebuah heather yang mendistribusikan airnya ke sumber isap boiler feedwater pump.
Semakin kecil nilai excess udara maka nilai efisiensi yang diperoleh semakin tinggi, hal ini disebabkan karena panas yang timbul dari hasil
pembakaran tidak diserap oleh kelebihan udra yang diberikan sehingga opersional boiler secara optimum dapat tercapai.
3.2.6 Kalkulasi efisensi Boiler B-9201G
CO2 = 9,9 % vol O2 = 7,5 % vol CO = 0,0006 % vol
N2 = 100 – CO2 – O2 – CO = 82,599 % vol Excess Air = 7
Temp Air for Combustion Tc = 84,38 oF
Temp flue Gas Leaving Boiler Tf1 = 464 oF Temp flue Gas Leaving Boiler = 120,4 btu/Ib
Enthalpy of Liqu
Dari kalkulasi efisiensi diatas maka dapat dianalisa dan dihitung jumlah Fuel Gas
yang dihasilkan oleh Boiler B-9201G seperti ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2. Analisis dan Perhitungan Fuel Gas
I. Fuel Gas Analysis & Calculation
Density ideal Density Gas Hydrogen Component % Vol Lb/scf Lb/scf Lb/scf
N2 3.881 0.07382 0.002865 0
C1 88.245 0.04228 0.0331 0.009302
CO2 1.777 0.11597 0.002061 0
C2 4.237 0.07924 0.003357 0.00067
C3 0.881 0.1162 0.001024 0.000186
N-C4 0.35 0.15316 0.000536 0.000092 i-C4 0.26 0.15316 0.000398 0.000069 n-C5 0.089 0.19011 0.000169 0.000028 i-C5 0.149 0.19011 0.000283 0.000047 C6+ 0.131 0.22707 0.000297 0.000048
BAB IV
PENGONTROLAN LEVEL STEAM DRUM PADA BOILER HRSG MENGGUNAKAN DCS CENTUM CS-3000
4.1 Umum
Sistem pengontrolan level feedwater pada steam drum dirancang untuk
menjamin agar batas ketinggian feedwater selalu pada posisi center drum. Sistem pengontrolan ini dinamakan Three Element Feedwater Control. Feedwater masuk
ke steam drum diatur melalui pembukaan flow control valve dan pemasukan feedwater kedalam steam drum harus sesuai dengan pengeluaran produk steam.
Feedwater yang mengalir ke steam drum merupakan direct fired yang
mendidihkan air dengan gas – gas panas yang terlingkup karena membakar fuel gas. Gas – gas panas itu mengalir didalam furnace dan bersentuhan dengan tabung
– tabung yang berisikan air. Perbedaan density antara steam dengan air ini merupakan tenaga pendorong yang menyebabkan peredaran ke bawah kedalam drum air dan kembali ke atas ke steam drum, uap dipisahkan dan dikeluarkan
4.2 Three Elemen Feedwater
Pengontrolan boiler feed water three element control yaitu pengaturan bukaan flow valve LT-9216A dilakukan fully otomatis melalui flow indicator
controller CS-3000. Dalam system ini, bukaan flow valve LT-9216A ditentukan oleh setiap perubahan dari :
1. Level air steam drum 2. Besarnya produksi steam
Level air pada steam drum ditentukan oleh besarnya produksi uap dan BFW yang masuk ke steam drum tersebut. Besarnya produksi steam ditentukan oleh pembakaran sedangkan besarnya aliran BFW yang masuk ke steam drum
ditentukan oleh bukaan flow valve LT-9216A. Bukaan flow valve LT-9216A ditentukan oleh tekanan udara instrument penggerak flow valve LT-9216A yang
merupakan set point nya. Output CS-3000 ditentukan oleh output LT-9238A, sedangkan output LT-9238A ditentukan oleh output LT-9238A. Besarnya output LT-9238A ditentukan oleh perubahan level air pada steam drum.
Pengontrolan pergerakan dari control valve LT-9216A pada HRSG unit dilaksanakan oleh system computer CS-3000 Yokogawa dengan dasar informasi
dari beberapa instrument control. Didalam CS-3000 ini adalah dilakukan berbagai kalkulasi perhitungan besaran input untuk perbandingan dengan set point
sehingga diperoleh besaran output pada control valve. Aplikasi pada steam drum
sedangkan untuk feedforward control loop – nya adalah feedwater flow controller.
Kedua controller tersebut bersifat reverse acting. Steam drum level controller mendapatkan input dari dua transmiter, sinyal besaran dari pressure transmiter
diolah oleh CS-3000 dengan beberapa model operasi kalkulasi yang kemudian dikoreksi dengan Level Transmitter. Three element control menggunakan :
1. Steam drum level dengan koreksi level (drum level) 2. Steam drum flow dengan koreksi debit aliran (water flow)
3. Steam drum pressure denga koreksi tekanan (steam flow)
Steam drum level dikendalikan oleh sebuah feedwater / cascade control loop yang terdiri dari steam drum level controller dan feedwater flow controller,
kedua controller ini bersifat reverse acting.
Sinyal steam drum level controller dapat berasal dari salah satu dari dua
transmitter (LT-9220A dan LT-9221A) atau dapat pula berupa rata – rata dari dua transmitter tersebut. Sinyal steam drum level control dikoreksi dengan besaran tekanan oleh tekanan steam drum. Kontrol berupa three element pada
apabila beban steam diatas 30% dan berupa single element bila beban steam dibawah 25% dari ketentuan desain. Three element control mengunakan steam
drum level dengan koreksi tekanan, steam flow dengan koreksi tekanan dan feedwater flow. Single element control menggunakan steam drum level dengan koreksi tekanan.
feedwater flow controller. Sinyal ini kemudian dibandingkan dengan sinyal
feedwater flow dan outputnya dimodulasi untuk mempertahankan feedwater flow sesuai dengan set point.
Untuk single element control, steam drum level dibandingkan dengan set point dan output dari feedwater control valve dimodilasi untuk
mempertahankan steam drum level sesuai set point.
4.3 Proses Pengontrolan Boiler Feed Water
Sistem pengontrolan boiler feed water ini berfungsi untuk mengendalikan aliran boiler feed water sehingga diperoleh input sesuai dengan kebutuhan proses. Alur proses pengendalian feedwater adalah sebagai berikut :
1. Aliran feedwater diukur oleh flowmeter FE-9237A yang kemudian
ditransmisikan oleh transmitter FT-9237A ke FY-9237A flow elemen
yang berfungsi sebagai square root signal processor. Keluaran dari FY ini akan dikrimkan ke FIC sebagai process variable.
2. Selain dari rangkaian pertama, perhitungan set point juga bersal dari
rangkaian yang terdiri dari FT-9238A, flow transmitter untuk flow elemen FE-9238, FY-9238A yaitu fole elemen yang berfungsi membandingkan
sinyal input dari flow transmitter FT-9238A dan pressure transmitter PT-9270. Sebelum memasuki LY-9216A level elemen summing, sinyal harus
melalui FY-9238A flow elemen square root untuk kmudian dijumlahkan
3. Dengan set point yang berasal dari dua sumber diatas, maka FIC-9237A
akan menyesuaikan bukaan valve FV-9237A untuk mengatur aliran boiler feewater sesuai kebutuhan proses.
Sistem control feedwater pada dasarnya berfungsi untuk mengatur aliran air untuk boiler, yang kemudian akan digunakan untuk menghasilkan uap air
(steam). Secara sederhana, system ini bekerja dengan menutup valve FV-9237A apabila air yang dibutuhkan boiler sudah mencukupi dan membuka valve apabila
boiler membutuhkan air. Ringkasan proses sistem control feedwater ditunjukkan pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Sistem Kontrol Boiler Feedwater Level
4.4 Proses Pengontrolan Level Steam Drum
Fungsi utama dari pengontrolan level water pada steam drum adalah untuk mengendalikan debit aliran sehingga diperoleh input aliran sesuai dengan
Setiap perubahan dari level air pada steam drum akan mengakibatkan
perubahan pada sinyal keluar dari kedua level transmiter 9216A dan 9238A. Perubahan sinyal yang keluar dari 9216A akan diproses oleh
LT-9238A yang akan meghasilkan suatu perubahan tekanan udara dari instrument penggerak flow valve LT-9216A. Perubahan tekanan udara instrument ini akan diteruskan melalui LT-9216A sehingga bukaan flow valve LT-9216A berubah.
Dalam penggunaannya, pengontrolan level air pada steam drum melalui LT-9238A hanya digunakan saat boiler bekerja dengan beban rendah, dimana faktor
4.5 Level Steam Drum pada Boiler HRSG Fired
Sistem pengontrolan level feedwater pada steam drum dirancang untuk menjamin agar batas ketinggian feedwater selalu pada posisi center drum yaitu
sebesar 115.0 t/hr atau 80% dari desain boiler feedwater pada batas maksimum dan 114.4 t/hr atau 50% dari desain boiler feedwater pada batas minimum dengan satuan t/hr atau lb/hr. Besarnya load yang diijinkan pada Boiler HRSG
ditunjukkan oleh Tabel 3.
Tabel 3 Level Steam Drum pada Boiler HRSG Fired Unit PT. Arun NGL
Parameter Isi Air / Steam
Desain Beban
Tekanan Steam dalam Drum
(barg) 10.96 10.94 10.82 10.82
Tekanan Steam dalam valve
Output (barg) 10.34 10.34 10.34 10.34 Steam dalam valve Output (t/hr) 128 120.0 104.6 104.0
Suhu Steam dalam valve Output
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil analisis yang dilakukan dan melalui pembahasan pengontrolan level steam drum pada Boiler HRSG menggunakan DCS Centum CS-3000
diperoleh kesimpulan sebagai berikut :
1. DCS Centum CS-3000 adalah salah satu perangkat pengendalian yang terdiri
atas software dan hardware buatan Yokogawa Jepang, yang berfungsi untuk
process visualization.
2. Salah satu aplikasi DCS Centum CS-3000 adalah pengndalian pada boiler
HRSG unit PT. Arun NGL.
3. Kelebihan yang dimiliki oleh DCS Centum CS-3000 ini antara lain sistem
komunikasi yang jauh (+ 20 km), pengendalian yang terdistribusi, harga beli
dan perawatannya jauh lebih murah dibandingkan system konvensional.
4. Dengan adanya HIS windows memudahkan dalam penggambaran plant serta
dinamisasi prosesnya.
5. Level Steam Drum pada Boiler HRSG Fired Unit PT. Arun NGL yaitu sebesar
115.0 t/hr dari desain boiler feedwater pada batas maksimum dan 114.4 t/hr
5.2 Saran
Untuk mengoptimalkan proses kerja dan pencapaian produksi yang lebih maksimum penulis menyarankan sebagai berikut :
1. Sebaiknya perlu dilakukan optimasi pengaturan ratio antara fuel gas dengan
udara pembakaran ke boiler sehingga diperoleh exxess udara yang optimum. Untuk dapat menghemat gas secara optimum, sebaliknya setiap train
menngunakan boiler HRSG.
2. Bagi semua pihak yang ingin memajukan teknologi kontrol, teruslah berusaha
DAFTAR PUSTAKA
1. Considine, Douglas M., “Procee Instruments and Control Handbook”, Third
Edition, MCGraw – Hill Book Company, USA.
2. Corporation, Electric Yokogawa., 2001. “Technical Information Centum CS-3000”,
Tokyo.
3. Corporation, JGC., 1987. “Equipment Reference File (Boiler and Flares)”, Volume
I, PT. Arun NGL.
4. Dukelow, Sam G., 1986. “The Control of Boiler”. Instrument Society of America
Press, USA.
5. NGL, Arun PT., 1986. “Operating Manual Utilities”. Volume II, PT. Arun NGL,
Lhokseumawe.
6. Ogata, Katsuhiko, Laksono, Adi Ir., 1996. “Teknik Kontrol Automatik (Sistem
