1
Makalah Seminar Kerja Praktek
PENGONTROLAN TEKANAN PADA SISTEM
FBHE OF COAL
BOILER
DENGAN
DCS YOKOGAWA CENTUM CS 3000
Vega Pradana Rachim.¹, Iwan Setiyawan ST, MT.2
1
Mahasiswa dan 2Dosen Jurusan Teknik elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl.Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia
Email: veggapradana@yahoo.com
Abstrak
PT. Asahimas Chemical merupakan pabrik petrokimia yang terpadu. PT. Asahimas Chemical (ASC) Cilegon mengoperasikan fasilitas produksi yang terintegrasi dari Klor Alkali hingga PVC, yang merupakan salah satu yang terbesar di Asia Tenggara. Dengan fokus untuk melayani kebutuhan industri kimia dan kebutuhan industri pada umumnya, ASC memiliki kemampuan dan kapasitas untuk memproduksi Caustic Soda (NaOH), Chlorine (Cl2), Sodium Hypochlorite (NaClO), Asam Klorida (HCl), Ethylene Dichloride, (EDC), Vinyl Chloride Monomer (VCM) dan Polyvinyl Chloride (PVC).
Peran Coal Boiler sangat penting pada PT. Asahimas Chemical karena boiler menghasilkan steam yang digunakan untuk produksi produk Asahimas. Furnace Bottom Heat Exchanger (FBHE) of coal boiler adalah system tambahan dari coal boiler yang ditujukan agar menghasilkan steam yang lebih banyak lagi. Pengontrolan tekanan dengan menggunakan DCS Yokogawa Centum CS 3000 menjadi sangat penting dikarenakan, saat tekanan pipa yang menuju furnace boiler melebihi ambang batas, maka ledakan akan terjadi dan itu menjadi kerugian yang besar bagi perusahaan
Kata Kunci : FBHE of coal boiler, Pengontrolan tekanan , DCS, Centum CS 3000. I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam dunia industri, semakin cepatnya perkembangan teknik digital akan mempengaruhi perkembangan pada kontroler yang dipakai dalam proses produksi. Pertama kali industri menggunakan relay-relay sebagai pengontrolan dalam proses produksinya. Hal ini membuat proses troubleshooting dan proses maintenancenya menjadi sulit dan produk yang dikontrolpun terbatas. Untuk mengontrol plant yang relatif banyak maka dibutuhkan suatu DCS (Distributed Control System). Dengan berkembangnya DCS ini mengakibatkan dunia industri dapat berkembang pesat.
Pada PT. Asahimas chemical tiap-tiap plantnya dikontrol menggunakan DCS, begitu juga coal boiler pada plant utility. Coal boiler digunakan untuk menghasilkan steam yang digunakan untuk banyak hal, seperti memanaskan air dan memanaskan material-material lain yang digunakan untuk proses produksi.
Permasalahan yang dihadapi dalam PT. Asahimas adalah jumlah steam yang didapat tidak sesuai dengan rencana awal steam yang diharapkan, sehingga dibutuhkan sistem FBHE,
yaitu furnace tambahan yang digunakan untuk proses pertukanan panas sehingga suhu dalam furnace bisa dapat dijaga, dan akhirnya menghasilkan steam yang lebih banyak.
Dalam proses penghasilan steam dibutuhkan blower untuk fluidaisasi, sehingga panas menjadi merata, Tekanan yang akan dikontrol disini adalah tekanan dari pipa kluaran blower yang masuk ke dalam FBHE, dimana akan dijaga supaya tekanan itu dalam kondisi yang aman.
1.2 Maksud dan Tujuan
Hal-hal yang menjadi tujuan Kerja Praktek ini adalah:
1. Mengetahui sistem dan lingkungan kerja di PT. Asahimas Chemical (ASC)
2. Mempelajari gambaran mengenai DCS secara umum dan penggunaannya dalam industri
3. Mengetahui Prinsip kerja dari Coal Boiler dan sistem kontrolnya
1.3 Pembatasan Masalah
1. Cara kerja dan pengontrolan tekanan dari system coal boiler dan FBHE
2
2. Tidak membahas secara detail mengenaiinstrument dari transmitter
3. Menitik beratkan pada pemrograman dan algoritma pada system coal boiler dengan DCS
II. DASAR TEORI
2.1 Pengenalan DCS
Dalam dunia industri hampir semua proses membutuhkan peralatan – peralatan yang bekerja otomatis untuk mengontrol atau mengendalikan besaran - besaran proses. Besaran yang harus dikendalikan atau dikontrol dalam suatu proses banyak sekali. Diantaranya yang paling umum digunakan adalah level (tinggi permukaan) zat cair, flow (aliran), preasure (tekanan) dan temperature (suhu). Adapun alat yang digunakan untuk mengontrol besaran-besaran diantaranya adalah Distributed Control System.
Distributed Control System merupakan system control yang menggabungkan keunggulan teknologi analog yang digunakan dalam system control proses konvensional dan instrument layar CRT dengan system touch screen adalah bentuk system instrumentasi berbasis computer yang digunakan untuk pengontrolan proses pabrik. Adapun bagian-bagian dari DCS adalah di Field (lapangan), di back (belakang) dan di MCR (Main Control Room). Pada unit HRSG system DCS yang digunakan adalah Centum CS 3000 buatan Yokogawa Hokushin Elektrik Japan.
2.2 Prinsip Kerja DCS
Secara garis besar operasi pengendalian proses dengan menggunakan DCS adalah variable – variable proses di lapangan yang diukur secara analog dan dikirim kesuatu stasiun control lapangan. Disini variabel terukur yang terbukti analog yang dikondisikan 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 dikrim ke lapangan untuk menggerakkan actuator guna melaksanakan perubahan yang diperlukan pada variabel proses. Variabel termanipulasi yang dihasilkan controller sebelum dikirim ke lapangan diubah menjadi
sinyal analog dan dikondisikan sehingga sesuai dengan peralatan actuator yang digunakan. Bagian sistem pengontrol yang didistribusikan dibeberapa tempat diseluruh area proses memiliki fungsi :
1. Untuk memonitor kondisi proses yang telah berlangsung di pabrik.
2. Untuk mengendalikan proses kondisi di pabrik.
3. Untuk memperingatkan operator tentang adanya penyimpangan proses.
4. Sebagai instrument pengaman terhadap peralatan pabrik.
2.3 Arsitektur sistem DCS Centum CS
3000
Gambar 2.1 Konfigurasi Sistem 1. Human Interface Station (HIS)
Unit ini dipergunakan untuk melakukan monitoring dan operasi juga menampilkan proses variabel, parameter kontrol dan alarm yang diperlukan oleh pengguna untuk mengetahui kondisi operasi serta status dalam plant.
Ada 3 tipe Human Interface Machine yang dikeluarkan Yokogawa:
1. Enclosed Display Style Console HIS 2. Open Display Style Console HIS 3. Desktop Style HIS
2. Field Control Station (FCS)
Unit ini dipergunakan untuk menghasilkan fungsi kontrol pada variable proses. Pada unit ini variabel proses akan dibaca dan dihitung untuk menentukan output kontrol yang akan dikirim kelapangan.
a. Engineering Workstation (ENG)
Unit ini dipergunakan untuk mendesain, merevisi dan memanipulasi parameter control. b. Ethernet
3
MAIN FURNACE E S P C H I M N E Y A S RECYCLE CYCLONE FURNACE BOTTOM HEATUnit ini berfungsi sebagai penghubung dalam komunikasi data antara Human Interface Station (HIS), Engineering, Workstation (EWS) dan Supervisory System
c. V-Net
Unit ini berfungsi sebagai alat penghubung antara system Kontrol bus dan FCS, HIS, BCV (Bus Converter).
d. Bus Converter (BCV atau ABC)
Unit ini menghubungkan sistem Vnet kepada sistem CS3000/1000 yang lain atau dengan DCS yang telah terpasang sebelumnya.
e. Communication Gateway Unit (CGW atau ACG)
Unit ini menghubungkan Vnet control system bus kepada computer supervisory atau personal komputer lain.
2.4
Prinsip Kerja Coal Boiler
Boiler merupakan bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam berupa energi kerja. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air panas atau steam pada tekanan dan suhu tertentu mempunyai nilai energi yang kemudian digunakan untuk mengalirkan panas dalam bentuk energi kalor ke suatu proses. Jika air didihkan sampai menjadi steam, maka volumenya akan meningkat sekitar 1600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga sistem boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik.
Gambar 2.2 Skema Coal Boiler dan FBHE
Fungsi masing-masing bagian Coal Boiler: • Main Furnace
Main Furnace adalah tempat terjadi fluidaisasi dan proses pembakaran dari coal boiler. • Furnace Bottom
Penambahan tungku yang ditujukan untuk menghasilkan steam yang lebih banyak. Menambah luas penampang dari tungku sehingga terjadi penurunan suhu tungku dengan supply batu bara yang sama. Ketika suhu tungku turun maka supply batu bara bisa ditambah sehingga menghasilkan tambahan steam
• Recycle Cyclone
Sisa-sisa pembakaran batu bara dan pasir silica yang terbawa angin akan terbang dan menuju recycle cyclone. Di dalam Cyclone ini akan terjadi proses pemilahan antara fly ash dan bottom ash,
• Electro Static Precipitator (ESP)
Electro Static Precipitator berisi hammer dan fish bone yang bersifat magnet. Dengan memanfaatkan batu bara yang bersifat carbon maka dilakukan proses magnetisasi
• Ash vessel
Ash Vessel berisi fly ash yaitu abu-abu yang ringan
• Chimney
Tempat Keluaran dari asap yang telah bersih, Setelah proses yang bertahap maka asap akan dikeluarkan melalui chimney.
2.5 Control valve
Control Valve yang digunakan adalah jenis rotary. Yaitu Butterfly body valve, pertimbangannya adalah dibutuhkan untuk menghandle tekanan yang tinggi
Gambar 2.3 Typical Butterfly Control Valve
Seperti bisa diihat kelebihan dan kekurangannya sebagai berikut :
4
Kelebihan· Kapasitas : besar
· Hemat, terutama pada ukuran yang besar · Mempunyai karakteristik High Pressure
Recovery.
· Low pressure drop melalui valve · Baik untuk service “slurry”
· Membutuhkan space yang minimum untuk instalasi.
· Tersedia dalam ukuran besar (hingga 200 inches)
Kekurangan
· Torque tinggi, dibutuhkan actuator besar jika ukuran valve besar atau pressure drop tinggi.
· Tight shut off tergantung pada penggunaan resilient seat dimana temperaturnya terbatas.
· Throttling travel terbatas hingga 60º
III. PENGONTROLAN TEKANAN
PADA SISTEM FBHE OF COAL BOILER DENGAN DCS YOKOGAWA CENTUM CS 3000
3.1 Pressure Control
Gambar 3.1 P&ID Kontrol Tekanan Tekanan dalam suatu pipa merupakan salah satu hal vital yang harus dikendalikan dalam proses produksi suatu pabrik. Dikarenakan hal tersebut diperlukan sistem kontrol otomatis yang dapat mengkondisikan tekanan dari pipa tersebut tetap normal dan pada keadaan yang aman. Dalam kasus pada gambar 3.1 dapat dilihat PT adalah Pressure Transmitter, alat ini akan mendeteksi berapa tekanan yang ada di pipa itu saat ini, Informasi ini akan dikirimkan menuju DCS dan diproses untuk melakukan pengontrolan PIC(Pressure
Indicator Control).
DCS akan melakukan 2 proses pengontrolan yang berbeda namun saling berhubungan yaitu kontrol ON-OFF untuk motor blower dan kontrol PID untuk control valve. Terdapat dua sistem kontrol ini karena tiap-tiap tipe kontrol memiliki tujuan yang berbeda-beda dan output instrument kontrol yang berbeda.
3.1.1 Kontrol ON-OFF
Kontrol ON-OFF dilakukan untuk mengatur aktif tidaknya suatu motor dari blower, Blower dalam proses boiler batu bara digunakan untuk mengalirkan udara menuju furnace atau tungku pembakaran, udara itu digunakan untuk fluidaisasi dalam furnace
Aliran angin berasal dari 2 blower yang bersifat aktif dan backup yaitu blower1 (BL7506A) dan blower2 (BL7506B) , batasan tekanan harus lebih dari 4500 mmH2O, saat tekanan kurang dari batasan tersebut maka blower spare (BL7506B) akan diaktifkan. Jadi dalam sistem kontrol ini lebih ditujukan untuk menjaga pressure berada pada point 4500 ke atas untuk menjaga proses tetap berjalan. 4.3 Proses Take Up Pada HS20-II Spun
Sizing Mahcine
Proses Take Up adalah proses penggulungan benang ke beam setelah benang mengalami proses Sizing. Berikut gambar tempat proses Take Up
Gambar 6 Tempat Proses Take Up
Gambar 3.2 Logic diagram Kontrol Blower BL7506A
Untuk logic diagram BL7506B memiliki logic yang sama dengan hanya mengubah M Main Cell Lift Cell M PIC PT BLO WER 1 BLO WER 2 CONTROL VALVE
5
Electrical Failure
OR BLOWER STOP
IDF stop outputnya menjadi BL7506B
Berdasarkan gambar 3.2 dapat dilihat logic diagram dari cara pengontrolan blower pada sistem FBHE ini. Seperti yang telah dipaparkan di gambar bahwa terdapat tiga push button, yaitu push button dengan tag number XA751 yang berfungsi sebagai tombol start BL7506A (blower), XA752 yang berfungsi sebagai tombol stop BL7506A (blower), dan XA753 yang berfungsi sebagai tombol reset interlock.
XA754 adalah switch BL7506A DCS/Local yaitu sebagai panel yang berisi pilihan DCS atau local:
• Local adalah pilihan apabila ingin melakukan proses maintenance langsung di field.
• DCS, saat pilihan DCS maka sistem pengontrolan adalah dengan memakai data yang dikirim menuju kontrol room dan di proses FCS. Pengontrolan dengan DCS : Awal pengontrolan dengan DCS dilakukan dengan manual, Blower BL7506A akan diaktifkan dengan XA751A. Setelah blower dinyalakan maka pressure akan dipantau terus saat pressure masih kurang dari titik 3500 dan 5000 mmH2O maka akan tetap dilakukan proses manual. Titik tekanan 5000 mmH2O akan mengaktifkan pilihan menjadi kontrol automatisasi.
Apabila telah menjadi kontrol otomatis maka program akan berjalan sendiri. Ada 2 kondisi yang mungkin terjadi saat terjadi otomatisasi ini.
1. Tekanan blower BL7506A <= 4500 mmh2O
Apabila sistem telah menjadi otomatis dan didapati ternyata tekanan blower kurang dari 4500 mmH2O maka blower 2 akan dinyalakan untuk menambah aliran angin agar proses tetap berjalan. Kurangnya tekanan menyebabkan proses fluidaisasi menjadi terhambat dan proses alir material menjadi terganggu, yang pada akhirnya dapat menyebabkan meledaknya tungku
2. Blower BL7506A mengalami trip
Penyebab trip banyak, di antaranya adalah mesin mengalami overheat sehingga sangat berbahaya untuk proses. Saat Blower mengalami kondisi trip ini, maka aksi yang dilakukan adalah mematikan blower BL7506A
Adapun yang dinamakan interlock dalam
sistem. Interlock adalah suatu skema yang dibuat pabrik apabila kondisi tertentu yang dianggap berbahaya untuk proses produksi aktif, hal ini dilakukan untuk melindungi assetnya dari kerusakan yang fatal dan menyeluruh, pemberian interlock pada sistem FBHE ditujukan untuk mematikan blower apabila kondisi yang mengaktifkan interlock tersebut aktif.
Gambar 3.3 Diagram Logika Interlock FBHE Ada 2 kondisi yang menyebabkan Skema Interlock aktif:
1. Electrical Failure 2. IDF Stop
IDF atau Induced Draft Fan digunakan untuk mengisap gas-gas hasil pembakaran dari Furnace dan mendorong gas-gas pembakaran tersebut menuju ke stack yang dibuang ke atmosfir. Bila IDF ini stop akan terjadi endapan dan hal itu bisa membuat furnace meledak
Saat salah satu dari 2 kondisi di atas aktif, maka skema interlock XA758 akan on. XA758 ini menjadi reset sebagai sistem yang telah berjalan sebelumnya, seperti dapat dilihat dalam gambar 3.2 line 13 dan 18. Pada line 13, BL7506A yang sedang run saat logika resetnya bernilai 1 atau aktif maka blower BL7506 akan stop. Pada line 18, bila skema interlock XA758 aktif sistem ini menjadi sangat berbahaya maka dari itu harus diubah menjadi mode manual kembali agar sistem bisa dikendalikan lagi oleh operator, terlalu riskan apabila membiarkannya dalam kondisi automatis
Seperti yang telah dijelaskan di atas bahwa keadaan error yang mengaktifkan interlock harus dideteksi, Apabila telah diperbaiki maka digunakannya tombol XA753A sebagai tombol interlock reset yang mengembalikan logika XA758 (interlock HPB) menjadi off
3.1.2 Kontrol PID
Telah dijelaskan pada sub bab sebelumnya kontrol on-off digunakan untuk menjaga tekanan agar tidak berada di bawah
6
batasan minimal tekanan yaitu 4500 mmH2O. Namun apa yang dilakukan sistem apabila tekanan mencapai batas maksimal tekanan, maka dibutuhkan Kontrol PID ini untuk menjaga agar tekanan dalam pipa menuju FBHE tetap pada proporsi aman. Dengan PID, Valve akan dikontrol buka tutupnya berdasarkan set point yang telah ditentukan di awal.Gambar 3.4 Sistem Pengendalian tekanan Penjelasan gambar:
- Pressure Indicator berupa Differential Pressure Cell mengukur tekanan P di dalam pipa
- Nilai P akan dibandingkan dengan set point Psp, yaitu tekanan yang diinginkan
- Controler akan memutuskan/mengoreksi error dengan mengirimkan sinyal ke elemen pengendali akhir
- Berdasarkan sinyal ini control valve akan membuka atau menutup sampai keadaan mantap tercapai
- Mekanisme kontrolnya adalah apabila P naik (turun), maka control valve akan membuka (menutup)
- Control valve ini sistemnya adalah fail open untuk produksi jika terjadi supply air instrument mati atau signal terputus
4. PENUTUP 4.1 Kesimpulan
1. Pemilihan DCS sebagai controller didasarkan beberapa hal diantaranya, jumlah loop yang dikontrol, pemrograman yang mudah dipahami dan maintenance yang tidak sulit
2. Kelebihan pengontrolan dengan DCS adalah dapat melakukan pengontrolan PID (Proporsional,Integrated,Derivative) dengan mudah
3. Pemilihan jenis pengukur tekanan pada system FBHE didasarkan oleh pengukur yang compatible untuk mengukur tekanan tinggi (high pressure)
4. Pengontrolan tekanan dalam system FBHE di PT Asahimas Chemical menggunakan 2 metode, yaitu kontrol On-Off dan control PID
5. Blower yang digunakan bersifat redundant, karena dibutuhkan tekanan minimal yaitu 4500 mmH20 agar system berjalan dengan aman
4.2 Saran
1. Sistem control yang sudah baik akan menjadi percuma apabila maintenance sensor tidak diperhatikan, jadi sangat penting mengganti transmitter yang ada sesuai dengan jadwal
2. Loop drawing dan panel drawing menjadi vital sebagai dokumentasi dari pergantian alat-alat instrument serta kebutuhan untuk troubleshooting
3. Kontrol untuk coal boiler sekarang ini masih menggunakan PLC, maka dengan mempertimbangkan kemudahan seta efektifitas dari DCS diharapkan kedepannya untuk digantikan dari PLC ke DCS
PT
From blower Mekanisme kontrol
-
Pm pi pe kontr oler Psp+
To the process To FDF ductpipe
PT7
VI. DAFTAR PUSTAKA[1] Klasifikasi Boiler,
http://primardp.blogspot.com/2010/
11/klasifikasiboiler.html,November.
2011
[2] Dasar Instrument dan Proses Kontrol,
Bimbingan profesi sarjana teknik –
Balongan. 2007
[3] Setiawan, Iwan. Kontrol PID untuk Proses Industri, Elex Media Komputindo, 2008 [4] Centum CS 3000 R3,
http://www.yokogawa.com/dcs/prod
ucts/cs3000/overview/dcs-3k-0101en.htm. Desember 2011
BIODATAVega Pradana Rachim, dilahirkan di Samarinda, 25 Agustus 1990. Saat ini masih menempuh studi S1 di Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro angkatan 2008 mengambil konsentrasi Kontrol. Semarang, 13 Desember 2011 Mengetahui, Dosen Pembimbing
