1
ANALISA KEHANDALAN KONTROL PADA VESEL 240V117 DI LOC III
PT. PERTAMINA RU IV CILACAP
Roron Wicaksono
Abstrak. PT. PERTAMINA RU IV Cilacap merupakan salah satu industri yang menggunakan sistem kendali otomatis dalam proses produksinya. Selama ini kebanyakan industri besar menggunakan metode kontrol PID dan on-off. Metode kontrol tersebut biasanya sudah diaplikasikan pada kontrol berbasis komputer yaitu Distributed Control System (DCS). Namun demikian terkadang dalam penggunaannya dalam lapangan kontrol tersebut masih kurang handal, dikarenakan oleh beberapa faktor antara lain faktor luar seperti hujan, getaran dan Faktor yang lain adalah karena parameter kontrol yang kurang ideal. Vesel adalah salah satu perangkat yang ada pada setiap unit yang ada di PT.PERTAMINA RU IV Cilacap yang berfungsi untuk tempat penampungan sementara hasil proses yang kemudian akan diproses kembali atau disimpan di storage sesuai dari keinginan proses. Sehingga pada vesel tersebut perlu dikontrol untuk menjaga proses tetap lancar. Salah satu contoh kontrol pada vesel adalah kontrol level dan kontrol flow. Namun demikian masih ada vesel yang dikontrol secara manual dengan alasan tertentu, hal tersebut membuktikan bahwa kontrol tersebut tidak ideal. Disini penulis mencoba menganalisa kehandalan kontrol secara off-line untuk mencari parameter P dan I pada vesel 240V117 agar kontrol menjadi lebih stabil dan dapat mengatur plant labih baik
Kata kunci : vessel, parameter control, tuning ziegler nichols
PT. PERTAMINA RU IV Cilacap merupakan salah satu industri yang menggunakan sistem kendali otomatis dalam proses produksinya. Saat ini, setiap unit produksi yang terdapat di Kilang Pertamina RU IV Cilacap dilengkapi dengan instrumentasi dan sistem kendali yang dapat mendukung kualitas dan kuantitas hasil produksi yang diharapkan.
Sistem kendali sangat diperlukan dalam dunia industri dan memegang peranan penting untuk pengendalian proses produksi. Perkembangan system kendali saat ini dipengaruhi oleh beberapa factor sebagai berikut:
Kebutuhan user (industri) akan teknologi yang lebih maju dan bersifat user friendly karena bertambahnya ukuran, kapasitas dan kompleksitas proses produksi.
Perkembangan teknologi elektronika dan komputerisasi yang mengarah pada penggunaan teknologi digital
Pada vesel 240V117 di unit LOC III kendali level dan flow dilakukan secara manual karena pada kondisi set point tertentu respon keluaran system tidak dapat mengikuti set point dan berosilasi. Pada mode control manual operator akan memberikan set-point terus
menerus sesuai dengan perubahan proses, sehingga hal tersebut tidak efisien. Jadi pada kesempatan ini penulis mencoba mencari parameter kontrol level dan flow pada vessel 240V117 secara off-line dengan dengan menggunakan simulasi pada matlab.
PT. PERTAMINA RU IV CILACAP
PERTAMINA didirikan pada tahun 1972 berdasarkan pada Undang-Undang Republik Indonesia No.8 tahun 1972. PERTAMINA merupakan penggabungan dari PN Pertamin dan PN Permina pada tahun 1968. Berdasarkan Peraturan Pemerintah No. 31 Tahun 2003 sebagai amanat dari Pasal 60 Undang-Undang No. 22 Tahun 2001 tentang Minyak dan Gas Bumi serta Akta Pendirian PT (Persero) PERTAMINA yang dilakukan oleh Menteri Keuangan, dilaksanakan pengalihan Badan Hukum serta pengalihan Direksi dan Komisaris. PERTAMINA RU IV Cilacap terletak di desa Lomanis, Kecamatan Cilacap Tengah, Kabupaten Cilacap.
Loc III (Lube Oil Complex III) dibangaun pada Proyek Debottlenecking RU IV Cilacap pada awal oktober 1998 yang dilaksanakan oleh Flour Daniel dan perancang
2 dan sekaligus pemilik lisensi adalah SIPM (Shell International Petroleun Maatschppij). Tujuan didirikannya kilang minyak ini untuk memenuhi kebutuhan BBM di Indonesia yang semakin meningkat. Pada Loc III dibagi menjadi 3 unit yaitu Propane Despalting Unit, Metyhl Etyhl, Ketone Dewaxing Unit, dan Hydrotreating Unit.
L
O
C
II
I
Gambar 1. Lokasi LOC III
SISTEM INSTRUMENTASI DAN KENDALI DI LOC III
Teori Pengukuran
Kata pengukuran berasal dari kata ukur, diartikan sebagai hal-hal yang berhubungan dengan pengindraan suatu parameter dan variable proses. Dengan menggabungkan kedua pengertian tersebut, maka didapat definisi sistem pengukuran, yaitu susunan beberapa komponen fisik yang dihubungkan sedemikian rupa yang dapat menginra parameter-parameter dan variable proses.
Gambar 2. Blok diagram pengukuran
Sistem Instrumentasi
Di PT PERTAMINA (Persero) RU IV Cilacap parameter utama yang selalu diukur antara lain: suhu (temperature), aliran (flow), tekanan(pressure), tinggi permukaan (level). Gabungan serta kerja alat-alat pengendalian otomatis ini dinamakan sistem pengendalian, sedangkan semua peralatan yang membentuk sistem pengendalian disebut instrumentasi sistem kendali. Kedua hal ini saling berhubungan, tetapi keduanya memiliki hakekat yang berbeda.
Instrument Pengukur
Parameter yang diukur pada sistem ini adalah aliran dan level vesel. Instrument
pengukur yang digunakan pada sistem kontrol aliran pada vesel ini adalah jenis diferensial pressure yaitu plate orifice.
Sedangkan pengukuran level ada dua macam, yaitu secara langsung yaitu dengan visual menggunakan gauge stik yang berskala dan pengukuran yang tidak langsung yang menggunakan prinsip gerakan pelampung, hidrostatic head dan konduktivitas listrik.
Transmiter
Transmitter adalah individual instrument yang berfungsi mengukur nilai flow, level, pressure untuk selanjutnya mengubah sinyal pengukuran standard yang sebanding dengan arus listrik searah 4-20 mA, tegangan 1-5 V atau sinyal pneumatic 3-15 psi atau 0,2-1 kg/cm². Transmitter dan sensor bersama-sama melaksanakan proses pengukuran pada suatu sistem kontrol.
Gambar 3. Contoh Flow transmitter
Control Valve
Valve adalah suatu peralatan mekanis yang melaksanakan suatu akasi untuk mengontrol atau memberikan efek terhadap suatu aliran fluida di dalam suatu system perpipaan atau peralatan. Valve umumnya dihubungkan dengan pipa, fiting , vessel, tangki dan lain-lain, dimana ujung-ujung dari bodinya mempunyai sambungan berupa fleas, ulir (screwed), las (but socket welding).
Sebuah control valve terdiri atas dua bagian dasar yaitu actuator dan valve. Bagian actuator adalah bagian yang mengerjaan gerak buka tutup valve. Dan bagian valve adalah komponen mekanis yang menentukan besarnya flow yang masuk ke proses. Dalam kesatuannya sebagai unit control valve maka actuator dan valve harus melakukan tugas koreksi berdasarkan sinyal manipulated variable yang keluar dari controller. Berikut gambar bentuk umum dari sebuah control valve:
3 Gambar 4. Control Valve
Kombinasi actuator dan valve berfungsi untuk menciptakan action dari pada control valve yaitu: Air To Open / ATO dan Air To Close / ATC.
Air To Close / ATC : apabila mendapat signal input, maka control valve akan menutup. Semakin besar sinyal masukan yang diterima maka semakin besar pula gerakan stem kebawah.
Air To Open / ATO: apabila mendapat signal input, maka control valve akan membuka. Semakin besar sinyal masukan yang diterima maka semakin besar pula gerakan stem keatas
Sistem
KontrolSistem kontrol adalah kombinasi dari instrumen dan komponen yang dihubungkan oleh sebuah interaksi untuk melakukan kerjasama dengan tujuan tertentu. Sistem ini dapat berupa sistem fisika, biologi, ekonomi dan sebagainya
Sistem kontrol dapat diaplikasikan pada berbagai bidang, contohnya pada kontrol terperatur, posisi, aliran, tekanan, level dan masih banyak lagi. Pada dasarnya kontrol terbentuk dari beberapa fungsi dasar. Kita sering menyebutnya empat fungsi dasar kontrol. Keempat fungsi dasar kontrol tersebut adalah Pengukuran (measurement), Perbandingan (comparison) Koreksi (correction) dan hasi (judgement).
Gambar 5. Diagram Empat Fungsi Dasar Kontrol
Aksi Kontrol
Aksi kontrol yang digunakan pada
pengontrolan vesel ini adalah Proporsional
Integral.
Bentuk
diagram
blok
dari
pengendali tersebut adalah sebagai berikut:
Gambar 6. Diagram blok kontrol proporsional & integral
Sifat pengendali P yang selalu meninggalkan offset dapat ditutupi oleh kelebihan pengendali I, sedangkan sifat pengendali I yang lambat dapat ditutupi oleh kelebihan pengendali P. Sehingga pengendali PI memiliki respon yang lebih cepat dari pengendali I tetapi mampu menghilangkan offset yang ditinggalkan pengendali P. Pengendali PI memang sangat efektif untuk banyak aplikasi pengendalian, yaitu untuk sistem pengendalian flow, level, pressure yang memiliki timeconstant yang kecil dan memiliki noise yang besar.
ANALISA KEHANDALAN KONTROL PADA VESEL 240V117 DI LOC III
Slack Wax Solvent Recovery
Untuk pembuatan minyak pelumas HVI, digunakan bahan dasar yang mengandung relatif banyak parafin. Bagaimanapun juga beberapa fraksi parafin dengan titik didih tinggi seperti iso / siklo parafin menghasilkan rafinat dengan titik tuang (pour point) yang tinggi. Proses penghilangan minyak yang titik tuangnya tinggi disebut “de-waxing”.
Proses de-waxing diperlukan penambahan pelarut (solvent) yang menurunkan kekentalan umpan (feed) untuk kecepatan larutan dan juga menjaga minyak dalam bentuk larutan, demikian mencegah dua fasa cairan terpisah pada temperatur dewaxing.
Uraian Aliran Slack Wax Solvent Recovery
Slack Wax Mix dari vessel 240V117 dipompa menuju ke sistem penguapan ganda
4 yaitu vessel 240C103A/B menggunakan pompa. Slack Wax Mix dipanasi dan kemudian masuk ke vessel 240C103A pada suhu 103oC. sekitar setengah dari pelarut yang ada teruapkan di vessel 240C103B yang bertekanan 0,2 kg/cm2 G dan kemudian diembunkan di 240E123 sampai 55oC sebelum dialirkan ke penampung pelarut basah 240V116.
Dari dasar 240C103B Slack Wax Mix dipompa, melalui pemanas dengan minyak panas 240E117 ke vessel 240C103A. Suhu keluaran dari 240E117 dikontrol pada 204oC. Di 240C103A hampir semua pelarut diuapkan dan diembunkan di 240E118 dan didinginkan di 240E119, kemudian dialirkan ke 240V115. Disini juga dimungkinkan dialirkan ke 240V116. Tekanan di 240C103A dikontrol pada 2,2 kg/cm2 G, yang mengatur aliran pelarut yang keluar dari 240E119. Reflux pelarut kering ke 240C103A dan 240C103B disuplai dari 240P107A/B.
Produk dari dasar 240C103A mengalir ke SW stripper 240C104. Di SW stripper ini di trip oleh LP steam. Kemudian produk dari 240C104 dipompa dengan 240P112 ke IFO.
Pengoperasian Vesel Slack Wax Mix
.
Pada dasarnya vessel merupakan tempat penampungan sementara hasil proses yang kemudian akan diproses kembali atau disimpan di storage sesuai dari keinginan proses. Pada vesel 240V117 hasil dari pemisahan dialirkan kembali sebagai refluk pada suatu kolom untuk diproses kembali sehingga pemisahan pada kolom tersebut lebih maksimal.
Gambar 7. Flow Diagram Vesel Slack Wax Mix
Pertama slack wax mix masuk ke vesel untuk ditampung sementara dan dipanasi oleh pemanas dari stem, didalam vesel ada 3 tingkatan wadah yang akan menuju ke tempat
yang berbeda. Saluran bagian atas akan menuju ke vesel 240V110, kemudian bagian bawah akan menuju ke vesel 240V111 atau 240V110, kemudian aliran yang lain akan menuju ke vesel 240V103A/B yang dikendalikan oleh satu control valve. Pada intinya variable yang dikontrol pada vesel tersebut adalah level vesel, bila level vesel tinggi maka bukaan valve akan semakin besar untuk mengantisipasi agar vesel tidak luber. Tapi perlu diperhatikan juga bahwa untuk proses selanjutnya yang menuju vesel 240V103 harus ada flow yang mengalir minimal 15% agar proses selanjutnya tidak terganggu.
Analisa Kontrol Vesel 240V117
Untuk menjaga kondisi operasi tetap normal maka pada vesel 240V117 perlu dikontrol. Penulis hanya mengangkat kontrol 240LIC_040 dan 240FIC_027 pada vesel 240V117.
Gambar 8. P&ID Vesel Slack Wax Mix
Sistem kontrol level yang ada pada gambar di atas digunakan untuk mengontrol level yang ada pada vesel 240V117 dengan yang dihubungkan dengan sistem kontrol flow. Sistem kerjanya dengan cara mengatur bukaan valve untuk mengontrol level yang ada pada vesel 240V117.
Di bagian ini sebenarnya ada 3 macam pilihan untuk memanipulasi vesel 240V117, yaitu Manual, Auto dan Cascade. Tapi pada kenyataannya di control room operator menggunakan pilihan manual. Padahal di zaman yang semakin maju ini kontrol otomatis lebih di utamakan karena segi keefisienannya dan untuk menghindari kegagalan proses karena kesalahan manusia karena jika menggunakan control manual maka harus memantau secara terus menerus plan tersebut. Hal ini yang akan kita analisa.
5 PengendalianVesel 240V117 Dengan Menggunakan Kontrol PI Secara Manual
Seperti pada penjelasan diatas bahwa vesel 240V117 dikendalikan oleh kontrol level dan kontrol flow yang menggunakan metode kontrol PI secara manual. Dengan parameter Kp = 0.25 dan Ki = 0.58 untuk 240FIC_027. Sedangkan untuk 240LIC_040 parameter Kp = 0.75 dan Ki = 1.5. Berikut ini adalah tabel yang menyatakan hubungan kedua kontroler itu dalam mengontrol vesel dengan mode manual. Tabel 4.1 data kontrol pada vesel 240V117
240LIC_ 040 240FIC _027 BUKAAN VALVE LEVEL VESEL 34.87 19.98 20.00 35.48 35.02 20.06 20.00 35.54 34.71 20.07 25.00 34.00 34.65 20.07 25.00 33.78 34.72 20.06 25.00 33.80 34.13 19.90 25.00 33.77 34.47 19.85 25.00 33.72 34.56 19.89 25.00 33.76 34.52 19.87 25.00 33.74 34.34 19.83 25.00 33.74
Dari data diatas dapat dilihat bahwa dengan naiknya bukaan valve dari 20% ke 25% yang berarti flow yang mengalir semakin besar maka level pada vesel juga mengalami penurunan dari 35.54 % menjadi sekitar 34% dan turun lagi menjadi sekitar 33%. Hal tersebut membuktikan bahwa semakin besar bukaan control valve berarti level pada vesel juga akan semakin berkurang dengan catatan tidak ada perubahan flow yang masuk pada vesel.
Dengan menggunakan Simulink dari MATLAB maka proses tersebut dapat disimulasikan.
a) 240LIC_040
Gambar 9. Simulink 240LIC_040
Gambar 10. Grafik scope 240LIC_040 Pada gambar diatas adalah gambar simulink yang menggunakan parameter Kp = 0.75 dan Ki = 1.5 sedangkan gambar 4.11 adalah respon keluaran sistem kontrol saat diberi set point 1. Respon mencapai steady state pada detik ke 4. Tapi masih terjadi overshoot yang lumayan banyak pada waktu tanjakan yang pertama.
b) 240FIC_027
Gambar 11. Simulink 240FIC_027
Gambar 12. Grafik scope 240FIC_027 Pada gambar diatas adalah gambar simulink yang menggunakan parameter Kp = 0.25 dan Ki = 0.58 sedangkan pada gambar 4.13 adalah gambar respon kontrol saat diberi set point 1. Pada gambar dapat dilihat bahwa respon mencapai steady state pada saat detik ke 4 sertarespon yang ada sebenarnya sudah dapat mengatasi perubahan set poin yang ada karena respon keluarannya dapat mengikuti set point.
Pengendalian Vesel 240V117 Menggunakan Kontrol PI Secara Otomatis
Simulasi Pengandalian Vesel 240V117 Sebelum di Tuning.
6 Gambar 13. Simulink pengendalian 240LIC_040
sebelum dituning
Gambar 14. Grafik scope pengendalian 240LIC_040 sebelum dituning
Setelah dituning menggunakan matlab dihasilkan respon seperti gambar dibawah ini.
Gambar 15. Grafik scope pengendalian 240LIC_040 setelah dituning
Grafik diatas adalah grafik hasil pentuningan dengan set point 1. Pada grafik dapat dilihat bahwa parameter baru yang diperoleh adalah Kp = 0.1412 dan Ki = 0.100073 dengan respon keluaran kontrol terlihat pada gambar diatas. Dari grafik dapat dilihat bahwa sudah ada parbaikan respon output dari yang sebelumnya.
Pengendalian Vesel 240V117 Menggunakan Kontrol PI Secara cascade
Gambar 16. Simulink pengendalian cascade sebelum dituning
Gambar 17. Grafik scope pengendalian cascade sebelum dituning
Setelah dituning menggunakan matlab dihasilkan respon seperti gambar dibawah ini.
Gambar 18. Grafik scope pengendalian cascade setelah dituning
Grafik diatas adalah grafik hasil pentuningan dengan set point 1. Pada grafik dapat dilihat bahwa parameter baru yang diperoleh adalah Kp = 0.6271 dan Ki = 0.00726 dengan respon keluaran kontrol terlihat pada gambar diatas. Dari grafik dapat dilihat bahwa sudah ada parbaikan respon output dari yang sebelumnya, akan tetapi masih terlihat bahwa respon keluaran masih ada offset, hal ini menunjukkan bahwa menggunakan konfigurasi secara cascade kurang tepat untuk mengontrol plan. Hal ini terjadi dimungkinkan karena penurunan rumus plan yang kurang tepat karena hanya menggunakan orde satu dan menganggap sistem ideal.
Pengandalian secara cascade Setelah di Tuning menggunakan metode Ziegler Nichols I
Dari respon keluaran manual dapat diperoleh parameter untuk kontrol aliran Kp = 2.28, Ki = 6.86 dan untuk kontrol level dengan Kp = 2.96, Ki = 8.88
7 Sehingga didapatkan respon keluaran menggunakan ZN I sebagai berikut.
Gambar 19. Grafik pengendalian cascade sesudah detuning dengan ZN I
Grafik diatas adalah grafik hasil pentuningan dengan set point 1. Pada grafik dapat dilihat bahwa parameter baru 240LIC_040 yang diperoleh adalah Kp = 2.96dan Ki = 8.88 dan parameter baru 240FIC_027 yang diperoleh adalah Kp = 2.28 dan Ki = 6.86dengan respon keluaran kontrol terlihat pada gambar diatas. Dari grafik dapat dilihat bahwa sudah ada parbaikan respon output dari yang sebelumnya.
PENUTUP
1) Kontrol yang ada pada vesel 240V117 adalah kontrol level dan flow yang konfigurasinya secara cascade. Parameter yang dikontrol adalah level dari vesel dan flow yang mengalir keluar ke 240V103 yang dikendalikan secara menual oleh operator dengan cara memasukkan set point secara terus menerus sesuai dengan permintaan proses.
2) Kontrol manual di pilih untuk memanipulasi plan dengan alasan agar proses tetap stabil, karena jika menggunakan kontrol otomatis sistem kadang akan berosilasi dan tidak dapat mengikuti set point pada saat kondisi tertentu.
3) Untuk simulasi menggunakan konfigurasi secara cascade setelah dilakukan pentuningan didapatkan parameter yang baru sebagai berikut: Kp = 0.6271 dan Ki = 0.00726. mengacu pada keluaran output untuk cascade dapat disimpulkan bahwa untuk pilihan kontrol menggunakan konfigurasi cascade tidak tepat karena
masih ada osilasi meskipun sudah dilakukan pentuningan secara optimal.
4) Setelah digunakan metode Ziegler Nichols I ternyata respon keluarannya juga kurang bagus.
5) Agar respon dari keluaran sistem lebih baik, penulis menyarankan menggunakan kontrol yang lebih modern seperti adaptif atau fuzzy DAFTAR PUSTAKA
Gunterus, Frans, Falsafah Dasar Sistem Pengendalian Proses, PT Elex Media Komputibdo, Jakarta, 1994
Suta’at Ir, Safeguard System, BPST XI angkatan tahun 1987/1988, Pertamina UP IV Cilacap, 1987
Ogata, Katsuhiko, Teknik Kontrol Automatik Jilid 1, Erlangga, Bandung, 1994
Operating manual LOC III
BIOGRAFI
Roron Wicaksono H.
Saat ini sedang menempuh pendidikan tinggi di jurusan Teknik Elektro Universitas Diponegoro pada konsentrasi kontrol.
Mengetahui,
Dosen Pembimbing
Budi Setiyono NIP 197005212000121001
