61-Dede

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2007 ISSN 0854 – 5561

428

MODIFIKASI TUNGKU OKSIDASI-REDUKSI ME-11 UNTUK PROSES REDUKSI

Dede Sutarya

ABSTRAK

MODIFIKASI TUNGKU KALSINASI-REDUKSI ME-11 UNTUK PROSES REDUKSI. Tungku Kalsinasi-Reduksi (Muffle furnace) ME-11 didisain sebagai tungku oksidasi maupun reduksi. Namun baru bisa melaksanakan proses kalsinasi, untuk proses reduksi saat ini belum dapat dilaksanakan karena ada bagian-bagian dari sistem tungku yang harus ditambahkan untuk meningkatkan faktor keamanan pengoperasian. Diantaranya lemahnya system pengaman gas buang, yang meliputi pembakaran gas H2 yang keluar dari tungku, pemantau laju aliran gas buang dan saluran gas buang itu sendiri yang selalu terbuka. Selain itu konstruksi bagian dalam tungku yang berongga memungkinkan adanya udara terjebak harus menjadi perhatian khusus mengingat operasi reduksi menggunakan gas hidrogen. Oleh karena itu perlu dilakukan modifikasi untuk mengatasi hal-hal tersebut. Telah dilakukan modifikasi pada sistim pemipaan gas buang, pemvakuman ruang dalam tungku serta integrasinya dengan kendali logic tambahan. Hasil yang diperoleh setelah dilakukan ujifungsi dengan simulasi udara tekan, hasil modifikasi bekerja sesuai dengan rancangan.

Kata kunci : Rancangan, modifikasi, tungku, reduksi

PENDAHULUAN

Muffle Furnace ME-11 merupakan tungku pemanas type RM indirect heating dengan satu heating chamber yang dilengkapi oleh dua buah treatment muffle untuk proses kalsinasi dan reduksi. Untuk proses reduksi saat ini belum dapat dilaksanakan karena adanya kelemahan bagian-bagian tertentu dari sistem tungku yang harus ditambahkan untuk meningkatkan faktor keamanan pengoperasian tungku. Diantaranya lemahnya sistem pengaman gas buang, yang meliputi pembakaran gas H2 yang keluar dari tungku, pemantau laju aliran gas buang dan saluran gas buang itu sendiri yang selalu terbuka. Selain itu konstruksi bagian dalam tungku yang berongga memungkinkan adanya udara terjebak harus menjadi perhatian khusus mengingat operasi reduksi menggunakan gas hidrogen. Dari hasil kajian dan diskusi mengenai permasalahan kontruksi ruang dalam tungku tersebut disimpulkan bahwa perlu dikosongkan (vacuum) terlebih dahulu udara yang ada didalam tungku sebelum menjalankan proses reduksi.

Konstruksi ruang bakar tungku yang berongga memungkinkan terjebaknya udara, pada saat proses reduksi, hal ini harus menjadi perhatian khusus mengingat proses reduksi akan menggunakan gas hydrogen sehingga penambahan sistim vakum untuk mengusir udara terperangkap sebelum proses dimulai menjadi penting. Konstruksi ruang bakar tungku diperlihatkan pada Gambar 1.

ISSN 0854 - 5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2007

429

Gambar 1. Konstruksi ruang bakar tungku

Modifikasi dan perbaikan untuk prnyrmpurnaan atas kelemahan-kelemahan yang ada pada sistim tungku yang lama akan dilakuan dengan tahapan sebagai berikut:

1. Memfungsikan kembali operasi kalsinasi (perbaikan), hal ini dilakukan karena pada dasarnya sistim kendali tertentu dipakai bersama pada saat proses kalsinasi atau reduksi.

2. Memodifikasi sistim pemipaan gas buang, pemvakuman ruang furnace serta integrasinya dengan kendali logik.

3. Memodifikasi kendali logik (switching) untuk proses reduksi sehingga instrumentasi proses reduksi dapat berfungsi normal.

TATA KERJA dan METODE

1. Rancangan dan metoda

Rancangan :

Disain dimulai dengan menganalisa sistem pemipaan yang ada, bagaimana dan dibagian mana dapat dilakukan penambahan/modifikasi serta pengaruhnya terhadap sistem pemipaan gas keseluruhan. Selain itu juga diperhitungkan penambahan instrumen serta pengaruhnya terhadap instrument utama yang sudah ada.

Metode :

Perluasan disain atau penambahan pada sistem yang ada dengan mengacu pada rancangan modifikasi tungku (ME-11) untuk proses reduksi yang bertujuan meningkatkan safety factor dan reliabilitas alat.

2. Peralatan yang digunakan (berdasarkan urutan proses)

- Multimeter

- Micrometer digital

Daerah kemungkinan terjebakannya udara. (profil dudukan berongga)

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2007 ISSN 0854 - 5561

430

- Toolset

- Gergaji potong

- Bending pipa

- Las TIG

3. Tahapan Modifikasi :

- Current disain detection / melihat dan menganalisa disain yang ada saat ini

- Penentuan lokasi, menentukan lokasi yang tepat untuk disain penambahan sistem yang akan dilakukan agar optimal dari sisi fungsi dan estetika

- Penentuan BQ kebutuhan seluruh komponen untuk perbaikan dan modfikasi tungku.

- Pembuatan / Fabrikasi bagian – bagian dari keseluruhan sistim yang ditambahan pada modifikasi tungku.

- Integrasi bagian-bagian sistim ke tungku kalsinasi reduksi dan melakukan koreksi apabila ada ketidaksesuaian dilapangan.

- Melakukan ujifungsi bagian dari sistim.

- Uji fungsi (simulasi) keseluruhan sistim hasil modifikasi.

HASIL MODIFIKASI

Diperlukan identifikasi dan pemahaman yang memadai terhadap sistem yang ada pada muffle furnace(ME-11) dan sistem yang dibutuhkan agar dapat melaksanakan proses reduksi dengan faktor keamanan operasi yang memadai mengingat dokumen teknis yang dimiliki (bawaan pabrik pembuat) sangat minim, hanya blok diagram secara umum serta petunjuk pengoprasian saja yang tersedia.

Untuk perbaikan dalam rangka memfungsikan kembali operasi kalsinasi, pengkabelan yang ada diperiksa dan diperbaiki, saklar tekanan (pressure switch) di uji dengan udara tekan untuk meyakinkan semua instrumen dan kendali yang ada dan pernah digunakan pada proses kalsinasi masih dapat berfungsi dengan baik. Pemipaan gas buang dari ruang bakar setelah proses diganti dengan selang ss (stainless steel flexible hose) untuk mengantisipasi gas yang mengalir pada saat proses masih memiliki suhu yang cukup tinggi. Sedangkan untuk sambungan antara treatment muffle dan tungku digunakan koneksi flange DN 16 ISOKF berikut klemnya.

Bagan umum sistem instrumentasi dan kendali logik modifikasi tungku kalsinasi dan reduksi ME-11 adalah sebagai berikut Gambar 1. Sistem instrumentasi dan kendali untuk proses kalsinasi tidak mengalami perubahan. Untuk mengetahui penambahan atau perubahan yang dilakukan dapat dibandingkan dengan sistem lama yang tergambar pada dokumen bawaan dari sistem tungku. Sistem modifikasi tungku Gambar 1 ini dikerjakan secara bertahap.

Sistem modifikasi kendali yang digunakan mengacu pada konsep disain yang diperlihatkan pada Gambar 2. Konsep ini diturunkan dari hasil diskusi, pengalaman, perbandingan dengan tungku-tungku sejenis yang ada di IEBE dan keinginan pengguna tungku, sehingga sistem tungku dapat dioperasikan untuk proses kalsinasi dan reduksi.


431

Tahapan Modifikasi :

1. Memfungsikan operasi tungku untuk proses kalsinasi, sehingga sistem tungku menjadi siap untuk proses kalsinasi.

2. Menambahkan sistim kendali (switching) sesuai dengan kebutuhan modifikasi untuk proses reduksi.

3. Menambah dan modifikasi sistem pemipaan serta instrumen kendalinya untuk operasi reduksi meliputi:

a. Menambah katup (selenoide valve) gas buang serta instrument kendalinya

b. Menambahkan sistim vakum ruang tungku dan instalasinya dengan modul kendali logic tambahan yang sudah tersedia.

c. Mengganti katup masuk gas hidrogen yang semula redundancy electric-electric menjadi electric-pneumatic.

d. Menambah/memasang flow-switch untuk mengendalikan aliran gas buang

e. Menambahkan sistem pemantik otomatis sehingga pembakaran gas LPG untuk membakar gas buang berlangsung secara otomatis.

f. Menambahkan UPS untuk mengantisipasi jika aliran listrik PLN padam, dan sistem pembakaran gas buang tetap berlangsung selama periode waktu yang ditentukan operator.

4. Melakukan uji kebocoran terhadap saluran pemipaan hasil modifikasi dengan memberikan udara tekan dan meneteskan busa sabun. Atau dengan cara menghidupkan pompa vakum pada saat sampai ke kevakuman tertentu di catat dan ditahan beberapa jam.

5. Memfungsikan sistim kendali aliran gas buang (gas flow meter).


432

Gambar 2. Blok diagram konsep modifikasi sistim Tungku ME-11


433

Pemantik otomatis dipasang untuk menggantikan cara manual. Secara otomatis pemantik akan aktif membakar gas LPG jika katup LPG dibuka dan api pembakar belum nyala. Jika api pembakar padam, juga otomatis menutup katup gas hidrogen dan katup gas buang. Jika dalam waktu yang ditentukan (bisa diatur lamanya) tidak ada nyala api dari pembakaran LPG, maka sistem tungku akan dihentikan secara emergency shutdown oleh pengendali.

Gambar 3. Pemantik Otomatis

Untuk melaksanakan proses reduksi, perlu kendali tambahan (modifikasi) dengan saklar kendali seperti diperlihatkan pada Gambar 4:

Gambar 4. Saklar tambahan untuk proses reduksi

Tabel 1. Saklar kendali tambahan untuk reduksi dan penggunaanya

Switch Penggunaan V

1 Switch untuk proses vacuum. Jika ditekan proses vacuum akan berjalan, dan proses

akan berhenti dengan sendirinya jika kondisi tekanan 0.5 mbar tercapai. Jika proses ingin dilakukan lebih dari sekali, maka V

1 kembali ditekan setelah proses vacuum sebelumnya

berakhir.

V2 Solenoid Valve F2 dan F3 akan terbuka jika V

2 ditekan, dan selanjutnya kendali kedua

valve tersebut diserahkan pada sistem kendali. Kondisi ini juga akan mematikan fungsi V1

(untuk keamanan) karena proses vacuum hanya diperlukan sekali saja (setelah V2


434

ditekan V1 tidak akan berfungsi).

V3 Jika V

3 ditekan akan mengaktifkan sistim monitoring dan kendali untuk operasi reduksi.

RST Saklar ini berfungsi untuk me-reset sistem monitoring dan kendali ke kondisi awal seperti ketika sebelum proses vacuum dimulai.

Mode Switch untuk menentukan mode ketika gas H2

masuk ke tungku, secara manual atau

otomatis.

Panel kendali berisi saklar dan lampu indikator yang berfungsi sebagai sarana komunikasi dan interaksi operator tungku dengan modul kendali tambahan. Kegunaan tiap saklar dan lampu indikator pada panel dijelaskan pada di Tabel 1. Gambar panel sebelum dan sesudak modifikasi diperlihatkan pada Gambar 5.

a. Panel sebelum modifikasi

a. Panel sebelum modifikasi

b. Panel sesudah modifikasi

Gambar 5. Panel untuk proses reduksi


435

Untuk saklar Mode pada Automatic akan membuat masuknya gas hidrogen ke tungku secara otomatis ketika suhu-masuk H

2 yang ditentukan telah dicapai. Meskipun posisi saklar Mode pada

Automatic, push-button manual untuk memasukkan gas hidrogen (PM) dan menghentikannya (PA) masih berlaku. Jika PA ditekan sedang mode pada Automatic, maka gas hidrogen akan ditutp untuk masuk ke tungku. Pada kondisi ini, untuk memasukkan kembali gas hidrogen harus ditekan saklar PM. Namun jika berhentinya masuk gas hidrogen akibat suhu dalam tungku yang turun dibawah suhu yang diizinkan masuk, maka jika suhu telah tercapai lagi gas hidrogen akan masuk secara otomatis jika mode pada Automatic, dan harus secara manual jika posisi manual.

Gambar 5. Saklar PA dan PM

Setelah instalasi seluruh sistem modifikasi tungku untuk proses reduksi selesai dilakukan, tahap selanjutnya adalah melakukan pemeriksaan ulang terhadap pengkabelan dan sistim mekanik untuk meyakinkan bahwa semua bagian sudah terpasang sesuai dengan rancangan yang dibuat. Selanjutnya dilakukan pengujian terhadap kinerja sistem hasil modifikasi dengan disimulasikan dengan udara tekan.

Setelah dilakukan uji fungsi dengan simulasi udara tekan terhadap sistem hasil modikasi diperoleh bahwa sistem berjalan normal sesuai dengan rancangan, sedangkan untuk sistim vakum telah dilakukan pemvakuman tungku hingga 200 mbar dengan waktu proses ± 25 menit dan semua sistem pendukungnya ( pressure switch) berjalan dengan baik.

KESIMPULAN

Telah dilakukan modifikasi terhadap tungku kalsinasi-reduksi (muffle furnace) untuk penyempurnaan kelemahan-kelemahan yang dimiliki oleh tungku sebelumnya untuk mendukung proses reduksi. Uji fungsi yang dilakukan dengan simulasi udara tekan (tanpa menggunakan gas hidrogen) diperoleh sistem berjalan normal sesuai dengan rancangan. Semua bagian-bagian modifikasi tungku untuk proses reduksi telah diintegrasikan dan semua sistem mekanik serta instrumentasinya berjalan sesuai disain.


436

DAFTAR PUSTAKA

[1] ANONIM, Industrial Furnace Department of Calamari, Operation Manual Muffle Furnace, Calamari, 1986

[2] ANONIM, Industrial Furnace Department of Calamari, Mechanical Diagram Muffle Furnace, Calamari, 1986

[3] ANONIM, Industrial Furnace Department of DEGUSSATM WOLFGANG, Electrical Wiring Diagram Sintering Furnace, DEGUSSA WOLFGANG, 1986

[4] Katsuhito Ogata dan Edi Leksono, Teknik Kontrol Automatik, Penerbit Erlangga, Jakarta 1995

[5] Achmad Suntoro, Dokumen teknis kendali logic proses reduksi, 2007.

61-Dede

Documents

Transcript of 61-Dede