Weta Hary Wahyunugraha 2209100037
Teknik Sistem Pengaturan Jurusan Teknik Elektro
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2013
Analisis Keandalan Pada Boiler PLTU
dengan Menggunakan Metode Failure
Bab I
Latar Belakang
• Boiler merupakan salah satu peralatan penting dalam pembangkitan tenaga listrik
• Keluaran boiler harus selalu konsisten dalam masa operasi peralatan
• Penurunan kinerja dari boiler yang disebabkan oleh kegagalan yang terjadi pada masa operasi
• Belum adanya sistem informasi yang mencakup kejadian
kegagalan pada masa operasi boiler dan peralatan
pendukungnya.
Permasalahan
• Adanya kegagalan yang terjadi pada boiler mempengaruhi kinerja dari boiler tersebut.
• Kegagalan sebuah peralatan yang berdampak pada peralatan lain atau kegagalan tersebut disebabkan oleh kegagalan sebuah peralatan.
• Tidak tersedianya informasi yang cukup untuk mendukung kegiatan perawatan dan perbaikan komponen.
• Dalam kegiatan perawatan belum terdapat prioritas perawatan terhadap peralatan yang memiliki dampak besar terhadap keberlangsungan sistem.
Batasan Masalah
• Data yang digunakan berupa data bentuk kegagalan dan time
to failure dari tiap-tiap peralatan boiler dan sistem
pendukungnya yang didapat dari PT. Indonesia Power.
• Analisis yang dilakukan yaitu secara kuantitatif dengan matematis perhitungan keandalan dan secara kualitatif dengan metode FMEA
• Perawatan peralatan yang dilakukan harus diprioritaskan menurut keandalan dari peralatan.
• Sistem pendukung yang digunakan yaitu menggunakan bahasa program PHP dan MySQL berdasarkan masukan data
kerusakan serta hasil analisis sesuai dengan FMEA worksheet.
Tujuan Penelitian
• Mengidentifikasikan failure mode, failure cause, dan failure
effect dari kegagalan fungsi, menentukan
komponen-komponen kritis ,meningkatkan keandalan peralatan.
• Memberikan informasi kepada penggguna tentang adanya kegagalan sehingga mencegah kegagalan untuk berikutnya.
• Mengidentifikasi sejauh mana tingkat kefatalan, keseringan kejadian dan sistem deteksi untuk mendukung nilai keandalan peralatan.
Bab II
• Boiler
• Boiler
Walltube, Boiler Insulation, Furnace, Main burner, Soot blower system, Mechanical Safety Valve, Boiler Drum, FD Fan
•
Boiler Feed Pump
(BFP)
• Pompa, Discharge Motor Valve, Inlet Strainer ,Motor, Bearing motor, Stator motor, Mechanical Seal, Rotor Motor, Control System
•
Marine Fuel Oil Pump
Pompa, Motor ,Line piping & auxiliries, Heater Set, MFO Header
• Superheater
• Air Heater
Elemen Air Heater, Bearing, Radial Seal, Air Heater Motor
• Keandalan
Probabilitas bahwa suatu sistem tersebut berfungsi dengan baik untuk melakukan tugas tertentu.
Keandalan suatu sistem merupakan ukuran probabilitas yang merupakan fungsi dari waktu sehingga untuk mengetahui keandalan sistem tersebut diperlukan suatu fungsi yang disebut fungsi keandalan atau R(t).
•
Mean Time To Failure
Keandalan dari suatu sistem seringkali diberikan dalam bentuk angka yang menyatakan ekspektasi masa pakai sistem tersebut, yang dinotasikan E [T] dan sering disebut dengan rata-rata waktu kerusakan atau Mean Time To Failure (MTTF)
• Laju Kerusakan
• Laju kerusakan (h(t)) menyatakan banyaknya kerusakan yang terjadi tiap satuan waktu atau laju proporsi kerusakan sesaat untuk komponen yang bertahan sampai dengan saat itu.
• Karakteristik kerusakan
DFR ( Decreasing Failure Rate)
CFR ( Constant Failure Rate )
IFR ( Increasing Failure Rate)
• Model Probabilitas Komponen
Distribusi Weibull 2 parameter
Distribusi ini dikembangkan oleh Weibull. Fungsi keandalannya diberikan sebagai berikut:
Di mana :
= disebut dengan slope/kemiringan dari fungsi Weibul. > 0.
= disebut scala parameter (menentukan karakteristik dari life time). > 0. Laju kerusakan :
t t R( ) exp
1 1 1 exp ) ( 0 1 MTTF dt t MTTF t t h tDasar Teori
•
Failure Mode Effect Analysis
(FMEA)
FMEA merupakan sebuah metodologi yang digunakan untuk menganalisa dan menemukan :
o Semua kegagalan-kegagalan yang potensial terjadi pada suatu
sistem
o Efek-efek dari kegagalan ini yang terjadi pada sistem dan
bagaimana cara untuk memperbaiki atau meminimalkan kegagalan-kegagalan atau efek-efeknya pada sistem
(Perbaikan dan minimalis yang dilakukan berdasarkan pada sebuah ranking dari severity dan probability dari kegagalan)
• Failure Mode Effect Analysis (FMEA)
Kriteria FMEA
1. Severity (Tingkat Kefatalan) 2. Occurrence (Tingkat Kejadian) 3. Detection (Tingkat Deteksi)
Setelah pemberian rating dilakukan, nilai RPN dari setiap penyebab kegagalan dihitung dengan rumus :
RPN = Severity x Occurrence x Detection
• Failure Mode Effect Analysis (FMEA)
Prosedur Penyusunan FMEA
• Mengidentifikasi proses atau produk
• Membuat daftar masalah-masalah potensial yang akan muncul
• Memberikan tingkatan pada masalah untuk severity,
occurrence dan detection.
• Menghitung risk priority number (RPN) dan menentukan
prioritas tindakan perbaikan
• Mengembangkan tindakan untuk mengurangi resiko
•
Failure Mode Effect Analysis
(FMEA)
FMEA Worksheet
FMEA worksheet untuk mengetahui laporan dari semua kegagalan adalah sebagai berikut : • Item/process • Failure • Failure effect • Failure cause • Recommended action • Severity • Occurrence • Detection • RPN
Dasar Teori
Bab III
Perancangan
Sistem
• Diagram Alir Perancangan Sistem
Perancangan Sistem
Analisa Kualitatif
Start
Stop
Data waktu operasi peralatan (t),Informasi MTTF peralatan
Boiler dan peralatan pendukungnya
Tentukan peralatan, subsistem dan bentuk kegagalan
Informasi efek kegagalan dan penyebab
Penilaian S,O,D dan mengkalkulasi nilai RPN peralatan
Mendapatkan nilai keandalan R(t) dan laju kerusakan peralatan h(t)
Laporan dan Rekomendasi kegiatan yang harus dilakukan untuk kegiatan perawatan
• Analisis Kualitatif FMEA
Perancangan Sistem
Penilaian severity, occurrence dan detection
Penghitungan nilai RPN Tentukan peralatan, sub
peralatan dan bentuk kegagalan
Start
Penyebab kegagalan dan dampak kegagalan yang mungkin terjadi
• Analisis Kualitatif FMEA
Pada tahap analisis kualitatif boiler dan sistem pendukungnya dianalisis dampak dan penyebab kegagalan serta penilaian menurut kriteria FMEA.
Tabel Severity (tingkat kefatalan)
Rangking Severity Deskripsi
10 Berbahaya tanpa
peringatan Kegagalan sistem yang menghasilkan efek sangat berbahaya
9 Berbahaya dengan
peringatan
Kegagalan sistem yang menghasilkan efek berbahaya
8 Sangat tinggi Sistem tidak beroperasi
7 Tinggi Sistem beroperasi tetapi tidak dapat dijalankan secara penuh
6 Sedang
Sistem beroperasi dan aman tetapi
mengalami penurunan performa sehingga mempengaruhi output
5 Rendah Mengalami penurunan kinerja secara bertahap
4 Sangat rendah Efek yang kecil pada performa sistem
3 Kecil Sedikit berpengaruh pada kinerja sistem
2 Sangat kecil Efek yang diabaikan pada kinerja sistem
1 Tidak ada efek Tidak ada efek
• Analisa Kualitatif FMEA
Tabel Occurence
Rangking Occurrence Deskripsi
10
Sangat tinggi Sering gagal
9 8
Tinggi Kegagalan yang berulang
7 6
Sedang Jarang terjadi kegagalan
5 4 3
Rendah
Sangat kecil terjadi kegagalan
2
1 Tidak ada efek Hampir tidak ada kegagalan
• Analisa Kualitatif FMEA
Tabel Detection
Rangking Detection Deskripsi
10 Tidak pasti Perawatan preventif akan selalu tidak mampu untuk mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan. 9 Sangat kecil Perawatan preventif memiliki kemungkinan “very remote” untuk
mampu mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan.
8 Kecil Perawatan preventif memiliki kemungkinan “remote” untuk mampu mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan.
7 Sangat rendah Perawatan preventif memiliki kemungkinan sangat rendah untuk mampu mendateksi penyebab potensial kegagalan dan mode kegagalan. 6 Rendah Perawatan preventif memiliki kemungkinan rendah untuk mampu
mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan.
5 Sedang Perawatan preventif memiliki kemungkinan “moderate” untuk mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan.
4 Menengah keatas Perawatan preventif memiliki kemungkinan “moderately High” untuk mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan.
3 Tinggi Perawatan preventif memiliki kemungkinan tinggi untuk mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan. 2 Sangat tinggi Perawatan preventif memiliki kemungkinan sangat tinggi untuk
mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan.
1 Hampir pasti Perawatan preventif akan selalu mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan.
• Analisa Kualitatif FMEA
Tabel FMEA Worksheet
• Analisa Kuantitatif
Perancangan Sistem
Mendapatkan nilai keandalan (R(t)) berdasarkan waktu operasi (t) dan mencari laju kerusakan (h(t))
Tentukan peralatan, sub peralatan dan bentuk kegagalan
Start
Nilai MTTF peralatan
Masukan waktu operasi (t)
• Laporan
Hasil analisa kualitatif FMEA
Hasil analisa kuantitatif (R(t) dan h(t))
Penyimpanan data pada database
Menampilkan laporan semua peralatan dan diperingkat berdasarkan R(t), RPN,severity dan occurence
START
STOP
Bab IV
Pengujian
Sistem
Pengujian Analisis Kualitatif
Pengujian Sistem
Peralatan Sub Peralatan
Bentuk
Kegagalan Penyebab Dampak S O D RPN
Boiler Genbank / Walltube Kebocoran genbank tube / walltube Kualitas air yang disebabkan kebocoran condensor Unit derating beban mencapai 50% dan dapat menyebabkan trip unit 9 4 4 144 Tube, Bend Tube bocor (indikasi pemakaian air banyak, pengamatan flow Feed Water) Unit derating beban mencapai 50% dan dapat menyebabkan trip unit 8 4 5 160 Boiler insulation Kebocoran boiler insulation 1. Fin tube bocor 2. Korosif Kerugian kalor yang terbuang 4 4 3 48 Boiler Furnace Furnace Pressure High Plugging elemen-elemen air heater Unit trip 7 1 3 21 Main Burner Burner Trip Loss Of flame 1.Modul flame rusak 2.Flame scanner kotor 3.Nozzle Spray Buntu Derating 4 7 5 140 Kebocoran flexible hose atomizing steam Flexible terlalu pendek,Kualit as flexible kurang baik,O ring rusak Burner tidak standby, derating 3 4 4 48 Gagal Start / gagal penyalaan Pilot torch penyalaan kecil,Burner travelling yang bisa disebabkan oleh udara instrument maupun gland burner house Burner trip, derating 8 4 4 128
Pengujian Analisis Kuantitatif
Pengujian Sistem
Sub Peralatan R(t) h(t) Walltube 0.802209 0.0000539357 Boiler Insulation 0.455344 0.000192537 Furnace 0.999536 0.000000113586 Main Burner 0.455344 0.000192537 Sub peralatan R(t) h(t) Walltube e− 0.00005638t 2.143866 0.0001208(0.00005638t)1.148866 Boiler Insulation e − 0.00010207t 2.143906 0.0002188(0.00010207t)1.143906 Furnace e− 0.000003182t 2.144 0.000006822(0.000003182t)1.144 Main Burner e − 0.00010207t 2.143906 0.0002188(0.00010207t)1.143906 Perbandingan Keluaran Analisis FMEA dengan Analisis Kuantitatif
Pengujian Sistem
Peralatan Sub
Peralatan Bentuk Kegagalan RPN R(t)
Boiler
Genbank / Walltube
Kebocoran genbank tube /
walltube 144 0.802209 Tube, Bend Tube bocor
(indikasi pemakaian air banyak, pengamatan flow Feed Water)
160 0.802209
Boiler
insulation Kebocoran boiler insulation 48 0.455344 Furnace Furnace Pressure High 21 0.999536
Main Burner
Burner Trip 140 0.455344
Kebocoran flexible hose
atomizing steam 48 0.455344 Gagal Start / gagal penyalaan 128 0.455344
Pengujian Perangkat Lunak
Pengujian ini berguna untuk mengetahui keluaran dari perangkat lunak yang digunakan dalam menganalisa keandalan. Tampilan halaman muka dibawah ini mencakup informasi halaman awal web, profil perusahaan, informasi boiler, FMEA, Laporan FMEA .
Pengujian lainnya yaitu melihat keluaran dari analisis FMEA dimana masukan yang diberikan berupa jenis peralatan, sub peralatan dan bentuk kegagalan. Masukan yang diberikan memberikan keluaran berupa informasi dampak, penyebab, rangking severity, occurrence, detection, RPN dan MTTF.
• Keluaran pada perangkat lunak untuk analisa kuantitatif
• Laporan
Bab V
Kesimpulan
dan
Kesimpulan
Pada penelitian tentang analisis FMEA pada Boiler PLTU dapat disimpulkan beberapa hal, yaitu :
• Analisis kuantitatif yang dilakukan pada sebuah peralatan menunjukkan bahwa keandalan pada boiler dan peralatan pendukungnya mengalami penurunan keandalan selama masa operasi peralatan.
• Analisis FMEA mampu untuk memberikan informasi dampak kegagalan dan penyebab kegagalan dari suatu bentuk kegagalan serta memberikan peringkat untuk tingkat kefatalan (Severity), tingkat kejadian (Occurence) dan tingkat deteksi (Detection) pada masing-masing bentuk kegagalan.
• Perangkat lunak yang dibuat penelitian ini sudah mampu untuk melakukan analisis keandalan secara kualitatif dan kuantitatif. Tetapi perangkat ini masih belum bisa menunjukkan hubungan secara spesifik tentang keandalan dengan metode FMEA dikarenakan keterbatasan dalam hal data kerusakan peralatan dari perusahaan yang masih kurang informatif.
Kesimpulan dan
Saran
Saran
• Pengembangan perangkat lunak dengan membuatnya lebih dinamis sehingga pada tiap overhaul tidak dibutuhkan FMEA yang baru lagi
• Membuat interface FMEA berupa simulasi plant sehingga dapat membantu memonitoring kerja peralatan berdasarkan keandalannya secara virtual.
• Penggabungan FMEA dengan RCM sehingga dapat memprediksi kegagalan yang terjadi di masa yang akan datang serta interval perawatan berdasarkan keandalannya.
