06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

43
OTOMASI PROSES Oleh Heriyanto Sistem Instrumentasi Keamanan (Safety Instrumented System)

Transcript of 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

Page 1: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

OTOMASI PROSES

OlehHeriyanto

Sistem Instrumentasi Keamanan

(Safety Instrumented System)

Page 2: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

PENDAHULUAN

Latar BelakangTeknologi lebih baru, integrasi proses,

ekspansi besar, kebutuhan meningkatkan kualitas produk, optimisasi kapasitas dan yield, tuntutan aspek lingkungan, membuat operasi proses sangat kompleks dan meningkatkan kemungkinan risiko

Safety Instrumented System (SIS) membuat operasi dan proses lebih aman jika terjadi gangguan operasional, ketidaknormalan proses dan kondisi darurat.

Page 3: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

PENDAHULUAN

Latar Belakang (lanjutan)Safety Instrumented System (SIS)

dibutuhkan untuk operasi dan proses karena integritas mekanik dari peralatan proses, sistem kontrol, dan piranti protektif lain tidak cukup untuk mengatasi potensi bahaya.

Standar internasional IEC 61508, ANSI/ISA S 84.01 atau yang setara.

Page 4: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

SIS untuk Peralatan Proses

Filosofi UmumDalam menaksir kecukupan proteksi

untuk fungsi proses, pertama kali harus melakukan HAZOPS (Hazard and Operability Study).

Tabel HAZOPS berisi:1) Deviations, 2) Causes,3) Consequences, 4) Safeguards 5) Recommendations

Page 5: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)
Page 6: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)
Page 7: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)
Page 8: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

CRITICAL PROCESS EQUIPMENT & PROCESS FUNCTIONS

OlehHeriyanto

Sistem Instrumentasi Keamanan

(Safety Instrumented System)

Page 9: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

SASARAN

Standar KompetensiMemahami sistem instrumentasi

keselamatan yang perlu diadakan pada peralatan proses di bidang minyak dan gas bumi serta petrokimia

Kompetensi DasarMemahami sistem instrumentasi

keselamatan pada separator gas-cair Memahami sistem instrumentasi

keselamatan pada dehidrator gas

Page 10: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

SASARAN

IndikatorMenjelaskan diagram instrumentasi untuk

keselamatan dalam peralatan proses.Menganalisa kebutuhan instrumen

keselamatan pada peralatan prosesMengevaluasi kebutuhan instrumen

keselamatan pada peralatan prosesMerancang sistem istrumentasi keselamatan

pada peralatan proses

Page 11: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

PENDAHULUAN

Kebutuhan SIS untuk peralatan kritik dan fungsi proses yang dibahas termasuk:Separators, Main line pumps, Gas Dehydrators, Distillation Columns, Process Heaters, Reactors, Process Gas Compressor, Storage Tanks, Fluidised Catalytic Cracking,

hydrocracking, delayed coking , dll

Page 12: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)
Page 13: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

SEPARATORDeskripsi

Peralatan untuk memisahkan gas, minyak dan air dalam industri pengilangan, pemrosesan gas dan petrokimia.

Separator Hulu (upstream)High pressure transmitter harus

dipasang untuk menghentikan aliran masuk ke bejana (vessel).

High-pressure alarm

Page 14: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

SEPARATORLow-Low pressure switch untuk menghentikan aliran ke

dalam bejanaHigh-High level trip untuk menghentikan aliran ke

dalam bejana dalam kasus proses hilir tidak dapat menangani cairan.

Low-Low level trip untuk menghentikan aliran keluar dari separator jika proses hilir tidak dirancang untuk menangani gas.

High-High Temperature trip pada separator seperti heater-treater untuk menghentikan sumber panas.

Automatic power supply cut-off ke high voltage transformer yang dipakai untuk separasi elektrostatik dalam kondisi tak normal bersama penghentian aliran umpan dan level rendah dalam separator.

Page 15: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)
Page 16: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

SEPARATORSeparator Hilir (downstream)High level alarm dan High-High level interlock pada

separator, misalnya bagian hisap (suction) Knock Out Drum kompresor, untuk menghentikan kompresor yang mencegah cairan masuk

Low level alarm diadakan untuk level hidrokarbon & antarmuka air. Dalam kasus peralatan hilir tidak dapat menangani kebocoran gas akibat level cairan terlalu rendah, harus dipasang Shut off valve pada keluaran cairan hidrokarbon dan air dan dikonfigurasikan sebagai Low-Low level.

Dalam kasus fluida beku atau kotor, dua level tapings & transmitters perlu diadakan

Page 17: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

GAS DEHYDRATORDeskripsiDehidrator adalah peralatan proses untuk

menghilangkan (memperkecil) kandungan air dalam gas.

Gas basah bebas partikel cair dikontakkan dengan aliran penyerap (misalnya TEG) dalam menara dengan aliran berlawanan arah.

Setelah menyerap air, bahan penyerap (desiccant) keluar dari bagian bawah kontaktor. Bahan penyerap dikirim ke bagian recovery untuk digunakan kembali

Gas kering keluar dari atas kontaktor dan dikirim ke perpipaan.

Page 18: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

GAS DEHYDRATORInstrumentasiHigh pressure sensor pada kontaktor glikol untuk

menghentikan aliran gas masuk.Low pressure sensor pada kontaktor glikol untuk

menghentikan aliran gas masuk.High level sensor untuk menghentikan pompa glikol

dan aliran gas masuk ke kontaktor.Low level sensor untuk menghentikan aliran keluar

glikol.Sistem instrumentasi harus dipasang untuk vessel

depressurising dan pelepasan tekanan lebih ke flare dalam kasus darurat.

Shutdown valves pada masukan dan keluaran gas.

Page 19: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

Sistem Instrumentasi Keselamatan untuk Gas Dehydrator

Page 20: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

Soal Evaluasi1) Jelaskan cara kerja sistem instrumentasi

keselamatan pada separator gas-cair berikut

Page 21: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

Soal Evaluasi2) Rancang sistem instrumentasi

keselamatan pada separator gas-cair dengan kriteria berikut:Aliran gas keluar harus dihentikan, jika level

melebihi batas terlalu tinggi (high-high level)Aliran minyak harus dihentikan jika level

minyak terlalu rendah (low-low level)Aliran air harus dihentikan jika level

antarmuka air terlalu rendah (low-low level)

Page 22: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

KOLOM DISTILASI DAN REAKTOR

© 2012 Heriyanto

Sistem Instrumentasi Keamanan

(Safety Instrumented System)

Page 23: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

DESKRIPSI

Kolom distilasi dipakai untuk memisahkan campuran umpan cair menjadi fraksi-fraksi cairan.

Umpan panas dari tanur (furnace) masuk ke zona flash. Uap akan naik dan cairan turun. Berbagai produk diambil dari aliran samping.

Uap bagian atas dikondensasikan dan sebagian dialirkan kembali (direfluks) ke kolom untuk mencapai komposisi yang diinginkan

Tekanan kolom dikendalikan oleh split range controller berdasar pada titik setel tekanan.

Level kolom bagian bawah dikendalikan oleh level controller (LIC).

Page 24: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

Skema-1

Page 25: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

Skema-1Secara langsung mengatur neraca massa

dengan memanipulasi aliran distilat.Jika Aliran distilat bertambah, maka reflux

accumulator level controller memperkecil aliran refluks. Aliran yang turun ke dalam kolom bagian bawah mengecil, sehingga sump level controller memperkecil aliran produk bawah.

Pemisahan dipertahankan konstan oleh penyetelan manual aliran steam ke reboiler untuk menjaga energi konstan tiap satuan aliran umpan.

Page 26: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

Skema-1Skema ini direkomendasikanJika aliran distilat adalah yang paling kecil pada

kolom, khususnya jika rasio refluks besar (L/D > 3)Jika liquid holdup tidak terlalu besar (< 5 menit)

dan reflux accumulator level control dapat ditala ketat.

KeteranganSkema ini kurang memiliki interaksi dengan

neraca energi, sehingga memberikan rentang pengendalian yang baik dengan hanya perubahan kecil dalam aliran distilat.

Page 27: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

Siap dengan aplikasi feedforward control dalam menjaga rasio D/F untuk perubahan aliran umpan. Sinyal umpan maju (feedforward) harus diatur dengan menambahkan sinyal umpan balik (feedback) dari column temperature controller.

Page 28: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

Skema-2

Page 29: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

Skema 2Mengatur neraca massa secara tidak langsung melalui 2 (dua) level control. Jika aliran refluks bertambah, maka reflux accumulator

level berkurang sehingga memperkecil aliran distilat. Karena aliran cairan yang turun dalam kolom bertambah, maka level cairan pada kolom bagian bawah bertambah, sehingga laju alir produk bawah juga bertambah.

Pemisahan dijaga konstan dengan penyetelan manual pada aliran steam untuk menjaga laju energi tiap satuan umpan.

KeteranganSkema ini dianjurkan untuk kolom dengan rasio

refluks kecil (L/D kurang dari satu).

Page 30: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

Skema 2Skema ini juga menawarkan perbaikan

dinamika, yang mungkin dibutuhkan, khususnya jika kolom memiliki reflux accumulator horisontal yang besar.

Page 31: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

Skema-3

Page 32: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

Skema 3 Mengatur neraca massa secara tidak langsung melalui 2 (dua) level control. Jika aliran steam bertambah, maka sump level

controller memperkecil aliran produk bawah. Aliran uap ke atas juga bertambah dan menambah level dalam reflux accumulator sehingga aliran distilat juga bertambah.

Pemisahan dijaga konstan dengan penyetelan manual pada aliran refluks untuk menjaga energi per satuan umpan pada nilai konstan.

KeteranganSkema ini dianjurkan untuk kolom dengan energi per

satuan umpan yang kecil (V/F < 2)Skema ini juga menawarkan perbaikan dinamika.

Page 33: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

Skema-4

Page 34: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

Skema 4Mengatur neraca massa secara langsung dengan memanipulasi aliran bawah. Jika aliran bawah berkurang, maka sump level controller

menaikkan aliran steam. Ini menambah uap yang naik dan diembunkan dalam kondensor sehingga reflux accumulator level control menamnbah aliran distilat.

Pemisahan dijaga konstan dengan penyetelan secara manual alirna refluks untuk menjaga energi per satuan umpan pad anilai konstan.

KeteranganSkema ini dianjurkan jika aliran bawah adalah aliran

paling kecil dalam kolom, khususnya jika aliran bawah kurang dari 20% aliran uap yang dididihkan (vapor boilup).

Page 35: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

INSTRUMENTASI KESELAMATANKolom Atas

Suhu : TAHH dan TALLLevel: LAHH dan LALLreflux drumFlow : FALL aliran refluks (opsional)Tekanan: PAHH

Zona FlashTekanan: PAHH

Kolom BawahLevel: LAHH dan LALL (sump tank)

Suhu : TAHHBuat gambar instrumentasinya…

Page 36: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

INSTRUMENTASI KESELAMATAN

8) Dalam kasus berikut, katup penghentian otomatik (automatic shut down valve) harus diadakan pada keluaran kolom bagian bawah untuk isolasi pada saat level sangat rendah (low-low level) agar uap tidak mengalir ke bagian hilir.Jika suhu operasi kolom bagian bawah di atas

suhu penyalaan (ignition temperature)Jika kolom perlu diisolasi dalam kasus

kebakaran di bawah kolomJika fasilitas hilir, misalnya tangki penyimpan

tidak dirancang untuk menangani uap dari kolom bagian bawah.

Page 37: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

SIS untuk ReaktorSIS dan BPCS

(basic process control system) digabung (kurang bagus dan tidak dianjurkan)

Bagaimana prinsip kerjanya?

Page 38: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

SIS untuk ReaktorSIS menghentikan aliran umpan ke reaktor jika tekanan

reaktor terlalu tinggi. Dalam keadaan normal, PIC-1 memanipulasi posisi control valve, PV-1 yang menjaga tekanan reaktor pada titik setel (setpoint). Ketika tekanan reaktor naik di atas titik setel high-pressure alarm (PAH – bagian dari BPCS) diaktifkan. Jika tekanan reaktor terus naik hingga terlalu tinggi, high-high pressure alarm, PAHH-1, diaktifkan. Bersamaan dengan itu daya ke solenoid valve PY-1B terputus dan PY-1B berpindah ke posisi gagal (fail position). PY-1B menutup sinyal ke V-1 dan membuka buangan udara instrumen pada PV-1 ke atmosfer. Karena PV-1 jenis fail close (FC), valvae akan menutup dan menghentikan aliran umpan ke reaktor. PY-1B tetap dalam posisi gagal sampai tekanan dalam reaktor turun di bawah titik alarm PSHH-1 dan sampai solenoid direset lokal dan manualis (ditunjukkan oleh “R” dalam diamon).

Page 39: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

SIS untuk ReaktorSIS dan BPCS

(basic process control system) dipisah (bagus dan dianjurkan)

Bagaimana prinsip kerjanya?

Page 40: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

SIS untuk ReaktorPressure switch, PSHH-2, ditambahkan. Switch ini

dihubungkan langsung ke reaktor. Solenoid PY-2 sekarang mengendalikan tekanan pneumatik (pneumatic pressure) ke control valve, PV-2. Control valve dilengkapi dengan position switch ZSL-3 untuk menegaskan bahwa valve tertutup. Dalam operasi normal, PIC-1 mengendalikan tekanan dalam reaktor. Alarm akan aktif jika tekanan reaktor naik di atas titik setel PAH-1. Pressure Alarm High PAH-1 adalah bagian integral dari BPCS. Jika tekanan reaktor terus naik sampai titik alarm PSH-2, valve PV-2 menutup, aliran umpan dihentikan dan tekanan reaktor tidak naik lebih tinggi. Ketika BPCS beroperasi, solenoid PY-2 dapat direset secara manual dan BPCS serta SIS kembali bekerja.

Page 41: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

Ingat kembali…The Automation, Systems & Instrumentation

Dictionary defines SIS as:“Safety Instrumented Systems (SIS). A system that is composed of sensors, logic solvers, and final control elements whose purpose is to take the process to a safe state when predetermined conditions are violated…other terms commonly used include emergency shutdown system (ESS), safety shutdown system (SSD), and safety interlock system.”

Page 42: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

Ingat kembali…ANSI/ISA-84.01-1996, Application of Safety Instrumented Systems for the Process Industries, in annex B.1.1 states“Separation between BPCS (Basic Process Control System) and SIS functions reduces the probability that both control and safety functions become unavailable at the same time, or that inadvertent changes affect the safety functionality of the SIS. Therefore it is generally necessary to provide separation between the BPCS and SIS functions.”

Page 43: 06-Sistem Instrumentasi Keamanan (Semuanya)

Referensi______(2008). Safety Instrumentation for Process

System in Hydrocarbon Industry. Ediri 2, New Delhi: Committee On Process Instrumentation, Maintenance & Inspection Oil Industry Safety Directorate.

Couper, J.R; Penney, WR; Fair, W.R; Walas, S.M. (2010). Chemical Process Equipment, Edisi 2 (revisi), Burlington: Butterworth-Heinemann.

Meier, A.F dan Meier A.C. (2004). Instrumentation and Control Systems Documentation. The Instrumentation, Systems, and Automation Society (ISA).