Makalah Seminar Kerja Praktek SISTEM KONTROL ANALYZER (PH

Makalah Seminar Kerja Praktek
SISTEM KONTROL ANALYZER (PH) PADA INTERMEDIATE TANK (213 KK)
Al Vandy Reactor Muhammad (L2F008004)
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang
Jln. Prof. Soedharto, Tembalang, Semarang, Jawa Tengah, Indonesia
Email: [email protected] , [email protected]
Abstrak
PT. Multi Nitrotama Kimia (MNK) merupakan indutstri bahan baku bahan peledak (ammonium nitrat) yang
menggunakan sistem kendali otomatis dalam proses produksinya. Sistem kendali otomatis sangat diperlukan dalam
operasi-operasi industri misalnya untuk pengontrolan tekanan, temperature, level, kadar pH, viskositas dan laju alir
dalam proses produksi. Otomatisasi saat ini tidak hanya diperlukan sebagai pendukung keamanan operasi, faktor
ekonomi maupun mutu produksi, namun telah menjadi suatu kebutuhan pokok bagi proses industri.
Ammonium nitrat merupakan bahan baku bahan peledak. Dalam proses produksi ammonium nitrat terdapat 2
plant utama yaitu NA plant dan AN plant. NA plant merupakan plant untuk produksi nitrit acid (asam nitrat).
Sedangkan AN plant merupakan plant untuk produksi ammonium nitrat yang merupakan lanjutan dari NA plant. Sistem
Kontrol Analyzer pada Intermediate Tank (213 KK) merupakan proses sangat penting dalam menjaga mutu amonium
nitrat secara tidak langsung. Dalam laporan ini akan dibahas cara pengkondisian nilai derajat keasaman pada
Intermediate Tank (213 KK).
Kata kunci: cascade control, Analyzer, derajat keasaman
I. Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
Sistem kendali sangat diperlukan dalam
dunia industri terutama industri pengolahan bahan
baku yang mengandalkan kontrol proses.
Perkembangan system kendali saat
ini
dipengaruhi oleh beberapa faktor sebagai berikut:
 Kebutuhan industri akan teknologi yang lebih
maju dan mudah dioperasikan, karena
bertambahnya
ukuran,
kapasitas
dan
kompleksitas proses produksi.
 Perkembangan teknologi DCS pada sistem
skala besar dan sistem instrumentasi yang
mengarah pada pengendalian kontrol proses.
PT. Multi Nitrotama Kimia (MNK)
Cikampek sebagai suatu industri pengolahan
bahan baku (ammonium nitrat) merupakan salah
satu indutstri yang menggunakan sistem kendali
otomatis dalam proses produksinya. Sistem
kendali otomatis sangat diperlukan dalam operasioperasi industri misalnya untuk pengontrolan
tekanan, temperature, level, kelembapan, derajat
keasaman (pH), viskositas dan laju alir dalam
proses produksi. Otomatisasi saat ini tidak hanya
diperlukan sebagai pendukung keamanan operasi,
faktor ekonomi maupun mutu produksi namun
telah menjadi suatu kebutuhan pokok bagi proses
industri.
Dalam proses produksi ammonium nitrat
terdapat 2 plant utama yaitu NA (Nitric Acid)
plant dan AN (Ammonium Nitrat) plant. NA plant
merupakan plant untuk produksi nitrit acid (asam
nitrat). Sedangkan AN plant merupakan plant
untuk produksi ammonium nitrat yang merupakan
lanjutan dari NA plant. Sistem Kontrol Analyzer
pada Intermediate Tank (213 KK) merupakan
proses sangat penting dalam menjaga mutu
amonium nitrat secara tidak langsung. Dalam
laporan ini akan dibahas cara pengkondisian nilai
derajat keasaman pada Intermediate Tank (213
KK).
1.2
Tujuan
Tujuan dari kerja praktek ini adalah untuk
mempelajari secara khusus mengenai proses
pengendalian derajat keasaman (pH) pada
Intermediate Tank (213 KK) di PT. MNK
Cikampek dan sistem instrumentasi di dalamnya.
1.3
Pembatasan Masalah
Makalah ini hanya untuk mempelajari secara
khusus mempelajari proses pengendalian derajat
keasaman (pH) pada Intermediate Tank (213 KK)
di PT. MNK Cikampek dan sistem instrumentasi
di dalamnya tidak mempresentasikan tentang :
1. Estimasi pemodelan dan respon sistem
pada kendali level
2. Metode tuning yang digunakan
3. Pemorgraman DCS pada loop kendali
level
4. Installasi pada alat-alat instrumentasinya
5. Kegagalan dan penanganan dalam proses
kendali
6. Sistem interlock dan safety
7. Teknologi DCS secara detail.
8. Sistem ketenagaan (power supply)
II. Dasar Teori
2.1
Sistem Instumentasi
Secara definisi ada yang memberikan
pernyatan mengenai pengertian dari instrumentasi
yang berbunyi “Instrumentation is technology of
using instrument device to measure and to control
phsical and chemical properties material”, yang
artinya instrumentasi adalah suatu teknologi
dalam menggunakan alat/instrumen untuk
mengukur dan mengendalikan sifat-sifat fisis dan
kimia dari suatu bahan. Dari definisi tersebut jelas
bahwa dalam instrumentasi terdapat dua kegiatan
yang merupakan prinsip dasar instrumentasi yaitu
mengukur dan mengendalikan. Di mana kualitas
hasil pengukuran akan sangat menentukan hasil
dari pengendalian.
Di PT MULTI NITROTAMA KIMIA
Cikampek, 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.
2.2
Istilah Dalam Instrumentasi
Beberapa istilah yang sering digunakan di
dalam bidang pengendalian proses antara lain,
yaitu:
1. Pengendalian
Adalah pekerjaan dengan tujuan utama
membuat agar sesuatu yang dapat keluaran
disini adalah besaran output dari suatu proses
yang bisa terukur dan bisa disebut dengan
variabel proses.
2. Proses
Adalah rangkaian peralatan yang mempunyai
suatu fungsi tertentu. Dan masing-masing
mempunyai perilaku dan dinamika yang
berlainan. Tergantung karakteristik elemenelemen yang dimiliki.
3. Set point
Adalah nilai acuan yang diberikan oleh
operator, dengan tujuan agar variable proses
selalu berusaha menyamakan ke nilai
tersebut.
4. Controller variable
Adalah besaran proses yang dikendalikan.
Besaran ini diukur dari kondisi atau hasil
proses, sehingga disebut juga process
variable.
5. Manipulated Variable
Adalah variable masukan suat proses atau
keluaran dari pengendali yang besarnya dapat
berubah-ubah (dimanipulasi) agar keluaran
proses sama besarnya dengan acuannya (set
point).
6. Disturbance (gangguan proses)
Merupakan besaran yang tidak kita
kehendaki, yang dapat menyebabkan
berubahnya keluaran prosespada kondisi set
point tetap. Istilah gangguan ini biasa disebut
dengan load atau beban.
7. Sensing Element
Bagian ini biasa disebut dengan sensor atau
primary element. Elemen ini merupakan
bagian ujung paling depan pada suatu sistem
pengukuran yang fungsinya mengubah
besaran-besaran fisik menjadi besaran
lainnya.
Contoh : thermocouple, orifice, dll.
8. Transmitter
Adalah alat yang berfungsi untuk membaca
sinyal sensing elemen, dan mengubahnya
menjadi sinyal yang dapat dimengerti oleh
controller.
9. Tranducer
Adalah alat pengubah sinyal, biasanya rancu
dengan istilah transmitter. Transducer disini
digunakan untuk mengartikan sebagai alat
pengubah dari besaran satu ke besaran
lainnya.
Contoh : I/P transducer adalah alat pengubah
dari besaran arus listrik ke tekanan udara,
yang merupakan kelengkapan sebuah control
valve.
10. Control Valve
Adalah alat untuk mengatur besaran proses
dengan cara membuka atau menutup dengan
menggunakan penggerak angin instrument
atau elektrik yang diatur controller. Untuk
control valve dengan penggerak angin
instrument ada dua jenis control valve yaitu
ATO/FC (Air To Open/Failure Close) dan
ATC/FO(Air To Close/Failure Open).
11. Positioner
Alat ini berfungsi sebagai buffer atau penguat
agar kerja dari control valve lebih cepat.
2.3
Sinyal Instrumentasi
Di dalam ilmu instrumentasi industri dikenal
istilah sinyal. Sinyal yaitu besaran yang saling
menghubungkan
suatu
instrumen
dengan
instrumen lainnya. Sinyal tersebut bisa berupa
sinyal keluaran maupun masukan dari instrumeninstrumen pengukuran, instrumen pengendali,
maupun instrumen pengendali akhir. Sistem
transmisi dapat berupa sinyal pneumatik dan
sinyal elektrik. Adapun sinyal –sinyal tersebut
memiliki standar yang digunakan di dunia
internasional.
Sinyal pneumatik standar instrumentasi
yaitu sebesar 3-15 psi atau 0.2-1 kg/cm2.
Sementara sinyal elektrik standar instrumentasi
yaitu sebesar 1-5 VDC atau 4-20 mA. Sinyal
inilah yang biasanya dipergunakan dalam suatu
instrumen, baik sebagai masukan dari instrumen
maupun sebaiga keluaran dari instrumen tersebut.
Di dalam instrumentasi juga dikenal
konversi sinyal. Konversi sinyal yaitu mengubah
suatu sinyal ke dalam sinyal yang lain yang dapat
dimengerti oleh alat instrumen itu sendiri, alat itu
disebut converter, namun dalam instrumen
dikenal dengan sebutan transducer. Alat ini bisa
berupa pengubah sinyal pneumatik ke sinyal
elektrik atau biasa disebut P to I (P/I) Transducer.
Sebaliknya alat yang mengubah sinyal elektrik ke
sinyal pneumatik disebut I to P (I/P) Transducer.
III. Sistem Kontrol Analyzer (PH) pada
Intermediate Tank (213 KK)
3.1 Intermediate Tank
Intermediate tank adalah tangki yang
berfungsi untuk mengikat kandungan ammonium
nitrat pada proses kondensat, clean kondensat dan
delution dengan cara menjaga keasaman larutan
tersebut seharga 2 - 3 pH, dengan menambahkan
nitric acid, sehingga larutan tersebut dapat
digunakan sebagai bahan dalam proses pembuatan
ammonium nitrat.
dan C (konsentrasi). Variabel-variabel tersebut
dapat dikategorikan menjadi 2 kelompok, yaitu
variabel input dan variabel output. Variabel input
adalah variabel yang menandai efek lingkungan
pada proses kimia yang dituju. Variabel ini juga
diklasifikasikan dalam 2 kategori, yaitu:
1. manipulated (adjustable) variable, jika harga
variabel tersebut dapat diatur dengan bebas
oleh operator atau mekanisme pengendalian.
2. disturbance variable, jika harga tidak dapat
diatur oleh operator atau sistem pengendali,
tetapi merupakan gangguan.
Sedangkan variabel output adalah variabel
yang menandakan efek proses kimia terhadap
lingkungan yang diklasifikasikan dalam 2
kelompok:
1. measured output variables, jika variabel dapat
diketahui dengan pengukuran langsung.
2. unmeasured output variables, jika variabel
tidak dapat diketahui dengan pengukuran
langsung.
Desain elemen pengendalian harus sesuai
dengan kebutuhan pengendalian yang diinginkan
dan bekerja dalam pengendalian proses pabrik.
Untuk
mencapai
tujuan
tersebut
perlu
diperhatikan langkah-langkah dalam mendesain
sistem pengendalian Dalam usaha merancang
suatu sistem pengendali yang dapat memenuhi
kebutuhan suatu proses.
3.2 Komponen Sistem Pengendalian
Di dalam suatu sistem pengendalian
terdapat blok-blok bagian penting yang berfungsi
antara lain control unit atau controller lalu
measuring drive unit atau final control element
serta measuring element dan transmitter yang
masing-masing mempunyai fungsi yang berbedabeda dan bekeijasama untuk bisa mendapatkan
hasil pengukuran yang sama dan meminimalisir
error.
Gambar Loop pH pada Intermediate Tank
Sistem pengendali diterapkan untuk
memenuhi 3 kelompok kebutuhan, yaitu:
1. menekan pengaruh gangguan eksternal
2. memastikan kestabilan suatu proses kimiawi
3. optimasi kinerja suatu proses kimiawi
Variabel-variabel yang terlibat dalam
proses operasi pabrik adalah F (laju alir), T
(temperatur), P (tekanan), A (derajat keasaman)
Gambar Diagram detail loop pH
serta sarana komunikasi dengan operator, DCS ini
menjadi pilihan baik dalam cara pengunaan
pengoperasiannya. Karena dapat dikendalikan
dengan jarak yang jauh melalui comp.bus
kemudian ke field melalui kabel-kabel tray yang
sudah standar.
Sinyal-sinyal yang datang dari transmitter,
dapat berupa sinyal analog (4-20 mA) dan digital
(on-off) di proses dalam control room. Di control
room terdapat beberapa station yaitu:
1. Analog Station
Kabinet analog ini berfungsi sebagai
penerima sinyal analog dari field (lapangan)
sebagai input dan juga pengirim sinyal analog ke
field (lapangan) sebagai output. Sinyal analog di
sini adalah sinyal standar 4-20 mA.
Gambar KC1 filling pH sensor model PH8FG
Pada loop AIC 203 menggunakan pH
transmitter Yokogawa mode PH202G. Untuk
sensornya (AE 203) mengunakan kcl filling pH
sensor model PH8FG seperti gambar diatas.
Sedangkan untuk tempat menyimpan pH sensor
(holder) kita menggunakan flow-trough type
holder (with cleaner). Berikut gambar flow-trough
type holder (with cleaner). Seperti gambar
dibawah ini.
Gambar Flow-trough type holder (with cleaner) model
PH8HF
DCS yang digunakan pabrik MNK ini
buatan yokogawa dengan seri CENTUM μXL
1000 bekerja secara efektif pada semua sistem
yang dikontrolnya termasuk AIC 203. mulai dari
sistem jaringan pengendali yang terdiri dari
Engineering station, Operation consule, data
storage, komputer server, dan perangkatperangkat lainnya tergantung kebutuhan plant
dengan dua buah processor sebagai back up
apabila satu dari CPU ini mengalami fail maka
CPU yang satu akan mengambil alih sistem
pengendaliannya. Dengan aktifitas pengendalian
Gambar Kabinet Analog
Di dalam kabinet analog ini terdapat
input/output card dari setiap loop control yang
ada. Jadi terdapat 1 card untuk loop level AIC
203.
2. Digital Station
Kabinet digital ini berfungsi sebagai
penerima sinyal digital dari lapangan (field)
sebagai input dan juga pengirim sinyal digital ke
lapangan (field) sebagai output. Sinyal digital
adalah sinyal on-off yang bisa berupa relay. Sinyal
digital di sini di bagi menjadi 2 yaitu: Wet Contact
dan Dry Contact. Wet contact adalah metode
memutus dan menyambung sinyal tanpa
contactor. Dalam kasus ini menyambung adalah
mengirimkan sinyal 24 V DC dan memutus
adalah mengirimkan sinyal 0 V DC. Dry contact
adalah metode memutus dan menyambung sinyal
dengan menggunakan contactor. Kelebihan dari
metode ini adalah bisa memutus dan
menyambungkan sinyal dengan bermacammacam variasi tegangan.
merupakan gas dan steam yang diinject dari ketel
uap dengan suhu untuk medium pressure 150°C,
dan design untuk control valve ini sampai 200°C.
Gambar 4.9 Kabinet Digital
3. Field Control Station (FCS)
FCS yang digunakan adalah model
CENTUM
CS
1000
diproduksi
oleh
YOKOGAWA. FCS terhubung ke FCS lain dan
ke human interface station (HIS) dan station
lainyan dan juga gateways melalui Vlnet.
Komunikasi melalui Vlnet memungkinkan
database FCS didownload dan bermacam-macam
penyetelan FCS dapat dilakukan dan dibaca pada
sebuah HIS. FCS juga memungkinkan sebuah HIS
memberitahukan alarm. FCS dilengkapi dengan
jumlah modul input/output (I/O) yang berbeda
yang menghubungkan ke berbagai sinyal
input/output analog dan digital. Sinyal tersebut
diperoleh modul I/O sebagai input processing,
perhitungan kontrol, operasi logic, dan output
processing sebelum dikeluarkan dari I/O modul
FCS.
Gambar FCS 101
Untuk final control element menggunakan
control valve dengan jenis globe valve yang
mempunyai bentuk aliran seperti globe dan
kelebihannya yaitu mempunyai rangeability yang
luas. dengan plug single-p atau single seated
dengan aksi failure close. Untuk karakteristiknya
sendiri berupa equal precentage Control valve ini
di design untuk berbagai macam proses baik itu
untuk liquid, gas+steam.
Untuk input control valve ini di design
menggunakan input range sebesar 80- 200 Kpa
atau sekitar 12-30 Psi. Untuk proses di dalamnya
3.3 Cara Kerja Proses Pengendalian pH.
Aliran yang mengalir ke tangki
intermediate tank berupa clean kondensat, proses
kondensat, delution, asam nitrat untuk mengatur
pH kondensat 2- 3 pH dan plant air sebagai
bubling kondensat dan asam nitrat supaya merata.
Untuk cara kerja pengendalian pH, kita hanya
mengatur masukan asam nitrat. Sensor pH
berfungsi sebagai element pengukur keasaman,
pH sensor (AE 203) ini ditempatkan mengunakan
holder yang mengunakan ultrasonic cleaning
element.
Aliran out dari intermediate tank di ukur
keasamannya dengan pH sensor, sinyal dari pH
sensor ditransmisikan ke pH transmitter (AT 203),
lalu di transmisikan ke DCS untuk di kontrol.
Hasil dari DCS di transmisikan ke Current to
Pneumatic Valve Positioner dengan sinyal elektrik
yaitu 4-20 mA. Lalu dari sinyal pneumatic 3 - 15
psi di transmisikan ke control valve yang
berfungsi untuk mengatur masukan asam nitrat.
Karena proses kondensat yang masuk ke tangki
intermediate bersifat basa untuk membuatnya
menjadi asam yaitu pH 2 - 3 dengan cara
menambahkan asam nitrat yang telah diatur.
IV. Kesimpulan
1. Intermediate tank (213KK) adalah tangki
yang
berfungsi
untuk
mengikat
kandungan ammonium nitrat pada proses
kondensat, clean kondensat dan delution
dengan cara menjaga keasaman larutan
tersebut seharga 2-3 pH yang merupakan
proses condensate treatment pada wet
section.
2. Tujuan kontrol pH pada intermediate tank
(213KK) adalah untuk menekan pengaruh
gangguan
eksternal,
memastikan
kestabilan suatu proses kimiawi serta
mengoptimasi proses kimiawi pada tanki
tersebut.
3. Pada loop AIC 203 menggunakan pH
transmitter Yokogawa mode PH202G.
Untuk sensornya (AE 203) mengunakan
kcl filling pH sensor model PH8FG serta
terdapat beberapa cleaning element antara
lain ultrasonic tranduser, brush cleaning
element, jet cleaning element dan juga
terdapat ultrasonic oscillator.
4. Pada loop level pH dipasang AIC 203
bertujuan untuk mengatur masukan aliran
asan nitrat agar pH didalam tanki tersebut
bernilai 2-3 pH.
5. Perhitungan dan aksi kontrol dilakukan
oleh control station dan ditampilkan pada
human interface station (HIS).
6. Pada pH sensor harus selalu dilakukan
kalibrasi atau buffer check karena glass
electrode dapat mengalami kerusakan
akibat dipenuhi kotoran atau sludge dari
liquid
yang
diukur,
sehingga
mengakibatkan nilai yang diukur tidak
sesuai. Nilai pH yg dikalibrasi yaitu pH 4,
pH 7 dan pH 9 jika terdapat error yang
sangat besar electrode glass harus segera
diganti yang baru.
7. Control valve yang digunakan adalah
jenis globe valve yang mempunyai bentuk
aliran seperti globe dan kelebihannya
yaitu mempunyai rangeability yang luas.
dengan plug single-p atau single seated
dengan aksi failure close. Dengan input
range sebesar 80- 200 Kpa atau sekitar
12-30 Psi serta ketahanan hingga 200°C.
8. Valve positioner juga berfungsi untuk
menambah kepresisian posisi valve dan
mengurangi waktu keterlambatan.
Biografi
Al Vandy Reactor Muhammad dilahirkan
di Dumai, Riau 4
Juni 1990. Jenjang
edukasi
ditempuh
dari SD 3 YKPP
Dumai, SMP YKPP
Dumai, SMA Negeri
Plus Provinsi Riau
dan sekarang sedang
menempuh studi S1
di Jurusan Teknik
Elektro
Fakultas
Teknik Universitas
Diponegoro Konsentrasi Kontrol. “You Can
if You Think Can” adalah motoku. “Always
doubt in make a choice” adalah masalahku.
Semarang, Oktober 2011
Mengetahui dan mengesahkan,
Dosen Pembimbing
Iwan Setiawan, ST. MT
NIP. 197309262000121001