KARYA AKHIR
PENGONTROLAN TEMPERATUR PADA TURBIN GAS MS- 5002 MENGGUNAKAN SPEEDTRONIC
APLIKASI PT. ARUN NGL
Karya Akhir ini diajukan untuk Melengkapi Salah Satu Persyaratan untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Terapan
Disusun Oleh :
045203013 M. ZAKI RIYADI
PROGRAM DIPLOMA IV
TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2011
PENGONTROLAN TEMPERATUR PADA TURBIN GAS MS-5002 MENGGUNAKAN SISTEM KONTROL SPEEDTRONIC
APLIKASI PT.ARUN NGL OLEH :
Nim : 04 5203 013 Nama : M.ZAKI RIYADI
Disetujui oleh : Pembimbing Karya Akhir
NIP : 19591130 198701 1 001 Drs, HASDARI HELMI,MT
Diketahui oleh :
Ketua Program Diploma – IV Teknologi Instrumentasi Pabrik
NIP : 19548531 198601 1 002
Ir. SURYA TARMIZI KASIM, M.Si.
PROGRAM DIPLOMA – IV
TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2011
ABSTRAK
Pembangunan dan perkembangan industri-industri modern pada saat ini sudah banyak menggunakan peralatan berteknologi otomatis, salah satu teknologi tersebut adalah dengan menggunakan speedtronic, karena pengontrolan dengan speedtronic menunjukkan kehandalan dan ketelitian yang sangat tinggi dan dimana semua peralatan dapat bekerja secara otomatis tanpa banyak memerlukan tenaga manusia untuk mengoperasikannya.
Salah satu aplikasi dari berbagai macam aplikasi speedtronik adalah dalam pengontrolan temperatur turbin dapat di kontrol dengan keinginan operator. Speedtronic dan data dari hasil pengontrolan dapat disimpan atau di print secara langsung, dimana apabila terjadi suatu masalah dalam proses produksi, maka data tersebut dapat dijadikan sebagai masukan untuk memecahkan masalah.
Adapun sensor yang digunakan untuk mengukur temperatur pada turbin gas adalah termokopel. Sinyal hasil proteksi termokopel dikirim ke sistem kontrol speedtronic melalui perubahan analog ke digital. Untuk mendeteksi temperatur pada turbin gas ada beberapa titik thermocouple yang dipasang yaitu bagian : Exhaust, Whell Space, Lube Oil, Turbin Berring dan Kompresor. Dan data temperatur control merupakan nilai rata- rata (Average Temperatur).
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkatkan kehadirat ALLAH SWT atas rahmat dan karunia yang dilimpahkan sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul “ PENGONTROLAN TEMPERATUR PADA TURBIN GAS MS-5002 DENGAN MENGGUNAKAN SISTREM KON TROL SPEEDTRONIC APLIKASI PT.
ARUN NGL ”
Adapun Tuga Akhir ini dibuat untuk memenuhi syarat dan memperoleh gelar Sarajana Sains Terapan di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada teristimewa orang tua penulis yaitu Ibunda yang telah banyak memberikan nasehat, serta seluruh keluarga besar lainnya yang merupakan bagian hidup penulis yang senantiasa mendukung dan mendoakan penulis dari sejak lahir hingga sekarang.
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, MSME, selaku Dekan Fakultas Teknik Universits
Sumatera Utara.
2. Bapak Ir.Surya Tarmizi Kasim, M.Si. selaku Ketua Jurusan Program Studi Teknologi Instrumentasi Pabrik.
3. Bapak Rachmad Fauzi, ST, MT selaku sekretaris Departemen Teknik Elektro FT – USU dan sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir.
4. Bapak Drs. Hasdari Helmi, MT. selaku Koordinator Program Studi Teknologi Instrumentasi Pabrik.
5. Bapak Drs. Hasdari Helmi, MT, selaku Pembimbing penulis yang telah banyak memberikan arahan dan masukan dalam penulisan karya akhir ini.
6. Bapak Ir. Sumantri Zulkarnaen selaku Dosen Wali
7. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro FT – USU di Jurusan Elektro Bg Martin, Bg Ridho, Kak Ani, dll.
8. Teman-teman kuliah T. Indra Maulana, Suriadi Ginting, Shouqi Erman, Adam Bayu Kara, Asden Richo,Mulindra Pratama, Supianto, Sudi Ridwan, Farik, bg Arsad dan seluruh teman-teman D-IV Instrumentasi Stambuk 2001-2007 yang tidak bisa saya sebutkan namanya satu-persatu, atas kebersamaan dan dukungan yang diberikan. Nama kalian akan selalu terpatri dalam hati sanubari penulis.
Akhir kata, Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, masih banyak kesalahan dan kekurangan, namun penulis tetap berharap semoga tugas akhir ini bisa bermanfaat dan memberikan inspirasi bagi pengembangan selanjutnya.
Medan, 06 Desember 2010
M. Zaki Riyadi
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL ... viii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Tujuan Pembahasan ... 3
1.3 Batasan Masalah ... 3
1.4 Metode Pembahasan ... 3
1.5 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II LANDASAN TEORI ... 5
2.1 Sistem Kontrol... 5
2.2 Pengendalian Proses ... 6
2.3 Sistem Kendali Otomatis ... 6
2.4 Analisa Sistem Kontrol ... 8
2.5 Aksi Pengontrolan ... 9
2.6 Penggunaan Instrument ... 13
2.7 Elemen-elemen Sistem Instrument ... 14
BAB III PENGONTROLAN TEMPERATURE ... 16
3.1 Sistem Kontrol Turbin Gas ... 16
3.2 Teori Turbin ... 16
3.3 Prinsip Kerja Turbin ... 18
3.4 Komponen-komponen Turbin ... 20
3.4.1. Seksi Masukan Udara... 21
3.4.2. Seksi Kompresor... 22
3.4.3. Seksi Ruang Bakar ... 23
3.4.4 Seksi Turbin ... 25
3.4.5. Seksi Ruang Buang ... 27
3.5 Komponen Speedtronic ... 27
3.6 Temperatur ... 30
3.7 Termokopel... 31
3.8 Temperatur Kontrol ... 33
3.9 Exhaust Termokopel ... 34
3.10 Overtemperatur Trip ... 34
3.11 Kalibrasi Alat Ukur Temperatur... 35
3.12 Faktor Yang Merusak Penampilan Alat Ukur Temperatur ... 38
BAB IV ANALISA MASALAH ... 40
4.1 Sistem Kontrol Temperatur ... 40
4.1.1. Pengontrolan Temperatur ... 42
4.1.2. Pengamatan Temperatur ... 45
4.1.3. Termokopel Proses Modul... 45
4.2 Overtemperatur Proteksi ... 47
4.3 Termokopel Sensor ... 48
4.4 Termokopel Averaging Cabinet ... 49
4.5 Overtemperatur Trip Card (STOJ) ... 49
4.6 Overtemperatur Alarm Card ... 50
BAB V PENUTUP ... 51
5.1 Kesimpulan ... 51
5.2 Saran ... 51 DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram Blok Sistem Pengendalian Loop Terbuka ... 7
Gambar 2.2 Diagram Blok Sistem Kontrol Tertutup ... 7
Gambar 2.3 Diagram Blok Sistem Kontrol Cascade ... 8
Gambar 2.4 Aksi Kendali On-Off ... 10
Gambar 2.5 Aksi kendali Proporsional ... 10
Gambar 2.6 Aksi kendali Integral ... 11
Gambar 2.7 Aksi Kendali Derivatif ... 12
Gambar 3.1 Turbin Gas MS-5002 ... 18
Gambar 3.2 Sistem Operasi Turbin gas ... 19
Gambar 3.3 Air Inlet Section ... 21
Gambar 3.4 Compresor Section ... . 23
Gambar 3.5 Combustion Secsion ... 25
Gambar 3.6 Turbin Section ... 26
Gambar 3.7 Exhaust section ... 27
Gambar 3.8 Fungsional Kontrol Diagram ... 29
Gambar 3.9 Card Control Pada Sistem Speedtronic ... 30
Gambar 3.10 Termokopel... 32
Gambar 3.11 Cold Junction Compensation ... 33
Gambar 3.10 Kalibrasi Termokopel ... 38
Gambar 4.1 Temperatur Kontrol ... 40
Gambar 4.2 Temperatur Set Point Vs Compressor Discharge Pressure ... 41
Gambar 4.3 Temperatur Kontrol Blok Diagram ... 41
Gambar 4.4 Temperatur Set Point Vs Pressure ... 44
Gambar 4.5 Overtemperatur Protection Set-Point ... 4
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Primary Fixed Point ... 36 Tabel 3.2 Secondary Fixed Point ... 36
ABSTRAK
Pembangunan dan perkembangan industri-industri modern pada saat ini sudah banyak menggunakan peralatan berteknologi otomatis, salah satu teknologi tersebut adalah dengan menggunakan speedtronic, karena pengontrolan dengan speedtronic menunjukkan kehandalan dan ketelitian yang sangat tinggi dan dimana semua peralatan dapat bekerja secara otomatis tanpa banyak memerlukan tenaga manusia untuk mengoperasikannya.
Salah satu aplikasi dari berbagai macam aplikasi speedtronik adalah dalam pengontrolan temperatur turbin dapat di kontrol dengan keinginan operator. Speedtronic dan data dari hasil pengontrolan dapat disimpan atau di print secara langsung, dimana apabila terjadi suatu masalah dalam proses produksi, maka data tersebut dapat dijadikan sebagai masukan untuk memecahkan masalah.
Adapun sensor yang digunakan untuk mengukur temperatur pada turbin gas adalah termokopel. Sinyal hasil proteksi termokopel dikirim ke sistem kontrol speedtronic melalui perubahan analog ke digital. Untuk mendeteksi temperatur pada turbin gas ada beberapa titik thermocouple yang dipasang yaitu bagian : Exhaust, Whell Space, Lube Oil, Turbin Berring dan Kompresor. Dan data temperatur control merupakan nilai rata- rata (Average Temperatur).
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 perawatan secara rutin pada turbin.
Karena turbin merupakan penggerak mula untuk melakukan proses produksi.
Pengontrolan Temperatur pada Turbin Gas sangatlah penting untuk di jaga, hal ini disebabkan karenakan pada Turbin Gas sudah ada ketentuan berapa temperatur yang diizinkan. Jika pada Temperatur Turbin Gas melebihi yang telah diizinkan maka akan terjadi pemuaian pada Turbin Gas.
Temperatur Nozzle Light artinya akan hidup, menunjukkan bahwa exhaust temperatur Turbin mencapai batas yang ditentukan. Pada kondisi ini, second stage
variabel nozzle control berfungsi untuk mempercepat putaran HP Turbin Speed ke 100%
Speed (5100rpm).
Temperatur - Fuel Light, artinya lampu akan hidup jika exhaust Temperatur Turbin mencapai batas yang ditentukan. Pada kondisi ini flow fuel ke turbin di control untuk mempertahankan Turbin beroperasi dalam batas temperatur exhaust Turbin yang ditentukan. Sewaktu menaikkan load kompresor, lampu ini akan hidup sebentar akibat pengaruh dari pengontrolan HP Turbin Shaft (HP Bias).
Pada turbin gas temperatur yang diizinkan adalah pada suhu 538 °C,pada kondisi ini disebut temperatur kontrol artinya kondisi beban tidak dapat diterima oleh turbin gas karena sudah mencapai tingkat maksimal dan beban tidak boleh bertambah lagi dan bahan bakar dibatasi masuk.
Permasalahan yang sering timbul pada turbin gas diantaranya adalah pengontrolan sistem elektrik, ketahanan temperatur sudu-sudu, ketahanan pada bearing dan exhaust udara. Jadi untuk menjaga hal-hal yang tidak diinginkan perlu dilakukan perawatan terhadap peralatan. Dimana peralatan itu sangat berguna untuk melakukan proses.
Karena pentingnya turbin gas ini adalah untuk meningkatkan mutu produksi. Dari permasalahan diatas, maka penulis tertarik dengan masalah dan menyusun karya akhir dengan judul PENGONTROLAN TEMPERATUR PADA TURBIN GAS MS-5002 MENGGUNAKAN SISTEM KONTROL SPEEDTRONIC APLIKASI PT. ARUN NGL.
1.2. Tujuan Pembahasan
Adapun yang menjadi tujuan penulisan dalam pembahasan karya akhir ini adalah :
1. Untuk memenuhi syarat menyelesaikan masa studi sebagai mahasiswa program Diploma IV Teknologi Instrumentasi Pabrik.
2. Megetahui dan memahami prinsip kerja turbin gas serta perawatan dan permasalahan yang sering terjadi pada turbin gas tersebut.
1.3. Batasan Masalah
Mengingat begitu banyaknya spesifikasi turbin, maka untuk membatasi permasalahan penulis hanya membatasi tentang turbin gas pada MS-5002. 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 diskusi 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 ini berisi latar belakang masalah, tujuan pembahasan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika pembahasan.
Bab II : Landasan Teori
Bab ini menjelaskan mengenai teori turbin, prinsip kerja turbin dan komponen-komponen yang digunakan.
Bab III : Pengontrolan Temperatur
Bab ini menjelaskan temperature dan sensor yang digunakan dalam mengontrol temperatur turbin.
Bab IV : Analisa Masalah
Bab ini mengenai materi, metode kerja dan pembahasan pengontrolan temperatur.
Bab V : Penutup
Bab ini berisikan Kesimpulan dan Saran.
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Kendali suhu
Pembatasan suhu sebenarnya adalah pada turbin inlet yang terdapat pada first stage nozzle atau nozzle tingkat pertama atau suhu pengapian turbin. Apabila suhu
pengapian berlebih, umur hidup komponen pada daerah bagian gas panas turbin akan menurun.
Pengalaman menunjukkan bahwa sulit untuk menghitung suhu pengapian turbin secara akurat dan reliably. Hal ini menjadi kesulitan secara particular karena masa operasional dari instrumentasi pengukuran pada suhu inlet turbin (high) terlalu singkat.
Mendapatkan sebuah pengukuran yang kuat dari suhu rata-rata pengapian juga sulit karena ada beberapa variasi suhu pada pembuangan gas-gas panas dari sistem pembakaran.
Tempat pembuangan turbin gas, beroperasi pada level yang lebih rendah dengan lebih seragam campuran gas panas. Menghasilkan lebih baik sampling dari suhu-suhu gas panas, sama baiknya dengan umur panjang untuk elemen pengukur suhu.
Sistem dasar, karena itu, mengukur suhu buang turbin gas dan menghitung suhu rata-rata pengapian.
Untuk gas ideal, perhitungan dapat ditunjukkan oleh persamaan : TF = Tx (PCD/PX)K
Dengan :
TF = Firing Temperatur TX = Exhaust Temperatur
PCD = Compressor Discharge Pressure (PSIA) PX = Barometric Pressure (PSIA)
K = Expansion Ratio
Persamaan ini menggambarkan bahwa suhu pengapian turbin (firing temperature) TF , adalah hasil dari suhu saluran buang turbin (Tx) dikalikan dengan rasio pengembangan pada turbin, disajikan kembali oleh Tekanan keluaran Kompresor, Compressor Discharge Pressure (PCD), dan dibagi dengan Tekanan Barometric (PX).
Pengembangan rasio, ratio expansion diisi dengan suatu konstanta (K), dimana berfungsi sebagai sebagai karakteristik gas panas dan efisiensi mesin. PCD akan berubah secara signifikan ketika turbin berubah kecepatannya.
Jarak yang relative kecil pada PCD/PX dihasilkan ketika mesin beroperasi pada speed yang ditentukan sebagai suatu perubahan kondisi udara masukan kompresor , tepat
juga untuk perubahan pada suhu sekitarnya atau pada tekanan barometric. Karena rasio pengembangan ini merupakan bagian dari perhitungan yang mana mengubah sebuah suhu buang yang dihitung kembali pada masukan turbin.
Dua sistem kendali suhu yang mendasar yaitu proporsional dan rasio tekanan.
Temperatur control dapat digunakan. Setiap sistem mengubah suhu setpoint (desired set point temperature ) sebagai suatu perubahan rasio pengembangan untuk memepertahankan batas suhu pengapian turbin yang diinginkan.
Gambar berikut mengilustrasikan perubahan suhu set point pada saluran buang turbin gas sebagai suatu perubahan rasio tekanan dan mempertahankan suhu konstanta, TF.
Gambar 2.1 Temperature Set Point vs Pressure Ratio
PT Arun memiliki suatu system kendali temperature yang canggih dan modern, dalam Speedtronic Mark II salah satunya. Sensing elemen yang menjadi standard di PT Arun adalah termokopel jenis K yaitu Chromel-Alume Thermocouple. Kenapa dipilih jenis ini karena range nya cukup besar untuk Turbin MS-5002 milik PT Arun NGL yaitu antara -270 sampai 1370 dalam derajat celcius.
Hal ini sudah memenuhi standard, karena dalam proses yang telah penulis jabarkan pada bab-bab sebelumnya yaitu suhu yang rendah yang sering digunakan adalah suhu -160 0C dan suhu tinggi pada turbin sendiri berkisar antara nilai 500-600 0C.
Pemilihan ini sudah memenuhi standard range temperature termokopel.
Berikut ini merupakan gambar Cold Junction Compensation yang dipakai oleh termokopel PT Arun NGL :
Gambar 2.3 Cold Junction Compensation Concept
Untuk mendeteksi berapa temperatur pada Turbin Gas, Sensor yang digunakan adalah Thermocouple. Sinyal hasil proteksi thermocouple dikirim ke Sistem Kontrol Speedtronic melalui perubahan analog ke digital. Untuk mendeteksi temperatur pada Turbin Gas ada beberapa titik dipasang thermocouple yaitu : Exhaust, whell space, lube oil, Turbin berring dan kompresor. Data Temperatur Control merupakan nilai rata-rata (Average Temperature).
2.1.1 Sistem Kontrol Temperatur
Tujuan dari Sistem Kontrol Temperatur adalah untuk membatasi firing (pengapian) temperatur di area pembakaran tetap dan dalam batasan yang dibolehkan.
Hal ini dilakukan dengan pengukuran dari suhu exhaust rata-rata dan dari sini juga ditentukan firing temperatur.
Turbin gas tidak boleh dioperasikan melebihi batas thermal strees yang sudah ditentukan. Sistem kontrol temperatur dibutuhkan untuk mengontrol flow fuel gas ke Turbin Gas. Di dalam Turbin Gas temperatur yang tinggi dijumpai pada ruang pembakran (Combustion Chamber). Temperatur di area ini harus dibatasi dengan sistem
