PERANCANGAN SIMULATOR VIRTUAL DCS CENTUM CS3000 YOKOGAWA PADA SISTEM PENGENDALIAN SUHUPENUKAR PANAS DI UNIT PHOSPHORIC ACID (PA)PABRIK III PT. PETROKIMIA GRESIK

Disampaikan dalam Seminar Tugas Akhir Teknik Fisika – FTI ITSOleh : Haris Tunggul Uji PrasetyaPembimbing : Suyanto, S.T., M.T.

Surabaya, 6 Oktober 2010

Latar Belakang

Save Rp. 151.020.000.000,00 !!!

Solusi improve the quality

Otomatisasi sistemmenggunakan DCS Centum

Penerapan strategipengendalian cascade

Penurunan kapasitas produksi asam fosfat;hanya 77,225% dari kapasitas desain

Sistem pengendalian masihmanual Load berubah-ubah

Referensi: Tesis dari Rudy Karjono, ITB

Perumusan Masalah

• Bagaimana mensimulasikan dinamika proses pada heater

dengan menggunakan DCS Centum CS3000 Yokogawa?• Bagaimana mutu sistem pengendalian temperatur pada

heater setelah DCS Centum CS3000 Yokogawa diimplementasikan?

Tujuan Penelitian• Membuat simulator proses pada penukar panas

menggunakan Virtual Test DCS Centum CS3000 Yokogawa

• Mengetahui mutu sistem pengendalian temperatur padaheater setelah DCS Centum CS3000 Yokogawa diimplementasikan

Batasan Masalah

• Plant yang dirancang adalah penukar panas E2501 di Unit PA Pabrik III PT Petrokimia Gresik.

• Variabel yang dikendalikan adalah temperatur asam fosfatkeluaran penukar panas dengan memanipulasi laju aliranlow pressure steam (LPS) yang masuk ke heater.

• Data proses yang digunakan merupakan data sekunderyang diambil pada saat plant beroperasi secara normal.

• Simulasi dilakukan dengan menggunakan Virtual Test yang ada pada software DCS Centum CS3000 Yokogawa.

Tinjauan Pustaka

• Dwi Hananto, Dery, 2009, ―Perancangan SistemPengendalian Level pada HP Feedwater Heater denganMetode Cascade dan Override‖, Surabaya, Indonesia.

• Sodja, A., Zupancic, B., dan Sink, J., 2009. ―Some Aspects of The Modeling of Tube and Shell Heat Exchangers‖. Proceedings 7th Modelica Conference. Como, Italy, 20—22 September.

Proses Produksi Asam Fosfat

Proses Produksi Asam Fosfat

steam

asam fosfat

kondensat

Penukar Panas E2501

• Prinsip kerja penukar panas (heat exchanger)• H3PO4 (high pressure) masuk pada tube inlet• Steam (low pressure) masuk pada shell inlet

Referensi: Mohammed Kabiruddin, University of Petroleum & Energy Studies

Aksi Kontroler PID

Kontroler PI

Kontroler PID

Kontroler P

FIC2501

TIC2501

Referensi: Frans Gunterus

Mutu Pengendalian

Rise time

Delay

time

Peak time

Settling time

Max overshoot

Referensi: Katsuhiko Ogata

Existing Control System

Flow control

Temperature

controlTemperature

indicate

Aksi pengendaliandilakukan olehoperator dengan caramengubah set point

pada flow controller

dan temperature

controller

Redesigned Control System

manipulated value TIC = set point FIC

Cascade control:• Digunakan untuk mengatasi

lambatnya reaksi prosespada sistem dengan time

constant besar.• Digunakan untuk mengatasi

sistem yang seringmengalami perubahan load.

Diagram Blok

Existing

System

Redesigned

System

Distributed Control System (DCS)

Operator Station

Data Communication

Field Control Station

Process

Real Plant vs. Virtual Test

pemodelan

Metodologi Penelitian

Pengambilan Data Proses• Data proses dicatat oleh operator setiap dua jam sekali dalam

satu hari• Data proses yang digunakan pada tanggal 29 April 2010

Click for “hasil pengolahan data”

Pemodelan Heater E2501

• Berdasarkan Hukum Kesetimbangan Energi

• Model heater pada Simulink

genoutinst EEEE

genoutpoutinpinstpst ETcmTcmTcm 3,2,1,

genoutoutpoutininpinstp ETcmTcmdt

dTVc ,,,

87,20185

8,84433)(08,4464)(73,4433)(

sTsTsTs outin

Pemodelan Control Valve

controlsignalinputspan

PIpressurespanK PI

___

/__/

actuatorpressurespan

valvebukaanspanKactuator

__

__

totK

1

s

K

sU

sm

CV

totLPS

145,0

25,1

ssU

smLPS

108,0

25,11

ssU

smLPS

FV2501

TV2501

Fungsi transfer control valve:

Pemodelan Transmitter

FT251 TT2501

1

s

BsPVKsMV

Fungsi transfer transmitter:

TT2502-1/2

148,0

48,02501

s

sPVsMVFT

14

408,02501

s

sPVsMVTT

14

410667,02/12502

s

sPVsMVTT

Rekomendasi

Menerapkan strategi pengendalian cascade

Alasan:1. Pengendalian cascade dapat digunakan untuk mengatasi

lambatnya reaksi proses pada sistem dengan time constant besar.2. Pengendalian cascade dapat digunakan untuk mengatasi sistem

yang sering mengalami perubahan load.

Komponen Pengendalian:1. Controlled variable: Temperatur H3PO4

2. Manipulated variable: Laju aliran low pressure steam (LPS)

Perancangan Simulator

Simulator virtual terdiri dari 2 bagian penting, yaitu:

• Control drawing

Digunakan untuk mendefinisikan algoritma pengendalianyang akan diterapkan pada plant

• HIS (Human Interface Station)

Digunakan untuk membuat dan mengubah graphic

windows untuk keperluan pengoperasian dan monitoring

Control drawing

Existing System

Redesigned System

Human interface station (HIS)

Existing System

Redesigned System

Tuning Kontroler

• Menggunakan metode kurva reaksi• Hasil tuning:

Validasi model

Hasil Pengujian (1/3)

Hasil Pengujian (2/3)

Hasil Pengujian (3/3)

Kesimpulan

• Implementasi DCS Centum CS3000 dengan menerapkanstrategi pengendalian cascade dapat meningkatkanperformansi sistem pengendalian suhu penukar panas danmampu mengatasi fenomena perubahan beban.

• Tuning kontroler menggunakan metode kurva reaksimenghasilkan nilai PB=269 dan Ti=12,8 pada FIC2501, sedangkan untuk TIC2501 pada existing dan redesigned

system adalah PB=90,2 dan 85,7; Ti=20,4 dan 9,3; Td=4,2 dan 3,5.

• Berdasarkan parameter kualitatif, performansi sistemmenjadi lebih baik setelah strategi pengendalian cascade

diterapkan, yaitu dengan nilai tp=146s, ts=214s, Mp=0,02%, dan Ess=2%.

Saran

• Distributed control system (DCS) yang membuat sistemmampu dioperasikan secara terkomputerisasi perluditerapkan pada Unit PA Pabrik III untuk meningkatkanperformansi sistem dan mempermudah kerja operator.

• Strategi pengendalian cascade direkomendasikan untukmembuat existing system mampu beroperasi secaraotomatis sehingga efisiensi sistem dapat ditingkatkan dankestabilan konsentrasi Asam Fosfat dapat terjaga.

Daftar Pustaka

1) K. Rudi, "Peningkatan Produktivitas Pabrik Asam Fosfat PT. Petrokimia Gresik," Master theses, Institut Teknolgi Bandung, 2006.

2) G. L. Bela, "Process Control and Optimization", vol. II, 4th Edition, Taylor & Francis Group, CRC Press, 2006.

3) G. Frans, ―Falsafah Dasar Sistem Pengendalian Proses‖, Jakarta: Elex Media Komputindo, 1994.

4) K. Mohammed, "A Presentation of Heat Exchanger", University of Petroleum & Energy Studies.5) Sodja, A., Zupancic, B., dan Sink, J, ―Some Aspects of The Modeling of Tube and Shell Heat

Exchangers‖. Proceedings 7th Modelica Conference. Como, Italy, 20—22 September, 2009.6) P. Kauhanen, ―Verifying The Dynamic Model of A Heat Exchanger Configuration‖. Sweden:

University of Lund.7) Incropera, Frank P., dan David De Witt. ―Fundamentals Of Heat And Mass Transfer‖. John

Willey and Sons Inc., 1990.8) Tim Pengembang Modul DCS, ―Modul Pelatihan Distributed Control System‖, Institut Teknologi

Sepuluh Nopember Surabaya, 2009.9) ―Piping & Instrumentation Diagram Unit Phosphoric Acid (PA)‖, Pabrik III PT. Petrokimia Gresik,

1984.10) ―CS3000 Engineering Course – Student Workbook‖. Yokogawa Electric Corp, Tokyo, 2003.11) Yokogawa Electric Corporation. ―Instruction manual of DCS Centum CS3000 14th Edition‖,

Tokyo: Yokogawa Electric Corporation, 2003.12) ―Control Valve Handbook Fouth Edition‖. Emerson Process Management.