ITS Undergraduate 16479 2409105032 Presentationpdf
Content
STUDI PERFORMANSI SISTEM
PENGENDALIAN TEMPERATUR,
RELIABILITY DAN SAFETY PADA HEAT
EXCHANGER PT. PETROWIDADA GRESIK
NOVAN YUDHA ARMANDA
2409 105 032
DOSEN PEMBIMBING:
IR. RONNY DWI NORIYATI M.KES
IMAM ABADI, ST, MT
Seminar Tugas Akhir
Latar Belakang
Sistem pengendalian diperlukan dalam proses produksi agar
berjalan dengan baik dan output proses produksi memenuhi
standar yang diinginkan.
Sistem pengendalian dengan instrumen yang handal akan
menghasilkan produk yang baik pula.
Sistem pengendalian ini harus dilengkapi dengan sistem proteksi,
untuk mengantisipasi kegagalan dari sistem pengendalian.
Permasalahan
Bagaimana menentukan parameter kontroler dan
mengetahui performansi dari respon sistem melalui
suatu simulasi dari model matematis plant heat
exchanger yang telah didapatkan.
Bagaimana menentukan jenis distribusi kegagalan
dari setiap komponen instrumen dari heat
exchanger.
Bagaimana menentukan besarnya Safety Integrity
Level (SIL) dan menunjukkan pengaruh fungsi
reliability terhadap respon sistem pengendalian.
Tujuan
Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk melakukan
studi performansi melalui simulasi yang terintegrasi
antara proses, sistem pengendalian, keandalan dan
sistem proteksi pada Heat Exchanger HT-3120.
Batasan Masalah
Plant yang menjadi objek penelitian adalah Heat
Exchanger HT-3120 di PT. Petrowidada Gresik.
Sistem
kontrol
dinamik
berorientasi
pada
pengendalian temperatur O-Xylene.
Data-data proses, failure dan safety diperoleh dari
perusahaan. Untuk data failure dimulai tanggal 21
Agustus 2001 sampai 9 Maret 2011.
Dalam Tugas Akhir ini tidak dibahas masalah energi
looses perpindahan kalor dari steam ke O-Xylene.
Metodologi
Penelitian
Pembahasan
1.
2.
3.
• Pengendalian
• Reliability
• Safety
Pemodelan Matematis Heat
Exchanger
Berdasarkan 2 hukum kesetimbangan yakni kesetimbangan
massa dan kesetimbangan energi dapat digunakan dalam
memodelkan Heat Exchanger secara matematis.
1. Hukum Kesetimbangan Massa
d ( Ah)
Fi F
dt
2. Hukum Kesetimbangan Energi
d[Ahcp (T Tref )]
dt
Fi c p (Ti Tref ) Fc p (T Tref ) Q
Sehingga fungsi transfernya adalah :
Ti ( s )
1
1
T (s)
Q ( s)
(S 1) (S 1) Fi c p
Gambar Model Simulink Heat Exchanger
Fungsi Alih Temperature Transmitter
Secara umum fungsi alih dari temperatur transmitter dapat
didekati dengan persamaan dibawah ini:
T (s )
K TT
I ( s) TT s 1
Maka diperoleh Gain transmitter
Time constant
Jadi fungsi alih temperature transmitter:
Fungsi Alih Control Valve
Fungsi transfer
control valve dapat didekati dengan
persamaan sebagai berikut :
Dimana:
Kv = Kcv . Kactuator
sehingga menjadi:
Gambar Pemodelan Simulink
Control Valve
Gambar Pemodelan Simulink
Temperatur Transmitter
Diagram Blok Sistem Pengendalian Temperature
Validasi Sistem Pengendalian
Gambar grafik hasil validasi sistem secara close loop.
error terbesar hasil validasi diatas yakni sebesar
0,81% pada saat flow O-Xylene = 0,002869 m3/s
Respon Sistem Pengendalian
Gambar Pemodelan Simulink Parameter PID
Pabrik
Gambar Respon Sistem Parameter Pabrik
• maximum overshoot (Mp) sebesar 31,01 %
• time settling 1165 s
• error steady state sebesar 0,1%
Pengujian Dengan Tracking Set Point
Gambar Respon Uji Sistem Dengan Tracking Set Point
Uji Penambahan Load
Gambar Penambahan Load Pada Simulink
Gambar Respon Uji Sistem Dengan Penambahan
Laju Aliran Steam
Uji Pengurangan Load
Gambar Pengurangan Load Pada Simulink
Gambar Respon Uji Sistem Dengan Pengurangan
Laju Aliran Steam
Back
Reliability
Tabel 1 Data Time To Failure TE-1162
TTF
(day)
TTF
(hours)
22/01/2004
884
21216
14/02/2004
23
552
373
8952
23/10/2007
974
23376
01/01/2010
801
19224
23/09/2010
265
6360
MTTF
MTTF
553,33
13280
Failure Date
21/02/2005
Plan Start
Date
21/08/2001
Distribusi Eksponential dengan 1
parameter yakni λ = 0,000075638
Reliability
Tabel 2 Data Time To Failure TV-1162
TTF
(day)
TTF
(hours)
20/01/2004
882
21168
22/01/2004
2
48
14/02/2004
23
552
1347
32328
04/09/2008
317
7608
01/01/2010
484
11616
23/09/2010
265
6360
MTTF
MTTF
474,28
11382,85
Failure Date
23/10/2007
Plan Start
Date
21/08/2001
Distribusi Weilbull dengan 2
parameter yakni β = 0,48297723
dan η =10718,3595
Reliability
Tabel 3 Data Time To Failure TIC-1162
TTF
(day)
TTF
(hours)
22/01/2004
884
21216
14/02/2004
23
552
1347
32328
01/01/2010
801
19224
23/09/2010
265
6360
MTTF
MTTF
664
15936
Failure Date
23/10/2007
Plan Start
Date
21/08/2001
Distribusi Eksponential dengan 1
parameter yakni λ=0,000057894
Reliability
TE-1162
Gambar simulink matlab dengan fungsi Reliability
distribusi Eksponential
Gambar grafik reliability fungsi waktu
untuk TE-1162
Reliability
TV-1162
Gambar simulink matlab dengan fungsi Reliability
distribusi Weilbull
Gambar grafik reliability fungsi waktu
untuk TV-1162
Reliability
TIC-1162
Gambar simulink matlab dengan fungsi Reliability
distribusi Eksponential
Gambar grafik reliability fungsi waktu
untuk TIC-1162
Back
Safety
Gambar Flowchart Proteksi Temperature
Safety
Gambar Pemodelan Stateflow Proteksi
Temperatur
Safety
Gambar respon sistem proteksi dalam proses
pengendalian
Safety Integrity Level
Nilai SIL saat t = 8760 jam dan t = 83712 jam
Tag Name
t (jam)
λ (t)
PFD
RRF
SIL
8760
0,00007564
0,34108
2,932
SIL1
83712
0,00007564
3,25941
0,3068
SIL1
8760
0,00005
0,21907
4,5647
SIL1
83712
0,0000156
0,65167
1,5345
SIL1
8760
0,00005789
0,25358
3,9435
SIL1
83712
0,00005789
2,42321
0,41267
SIL1
TE-1162
TV-1162
TIC-1162
Nilai SIL Total HT-3120
t (jam)
PFD total
RRF
SIL
8760
0,81373
1,2289
SIL1
83712
6,33429
0,15787
SIL1
INTEGRASI MODEL SIMULINK HT-3120
Hubungan antara pengendalian,
reliability dan safety
Gambar Respon Sistem Dengan
Kondisi SIL 1
Gambar Respon Sistem Dengan
Kondisi SIL 2
Kesimpulan
Berdasarkan simulasi hasil riil plan dengan parameter Kp
= 2.2,Ti =66 s,Td = 30 s diperoleh Mp 31,01 % , time
settling 1165 s, Ess 0,1 %.
Berdasarkan data kegagalan tiap komponen diperoleh
jenis distribusi kegagalannya untuk TE-1162 dan TIC-1162
termasuk dalam distribusi eksponential dengan 1
parameter sedangkan untuk TV-1162 termasuk distribusi
weilbull dengan 2 parameter.
Perhitungan PFD total dari sistem pada saat Ti=8760 jam
atau 1 tahun yakni 0,81373 sedangkan pada saat
Ti=83712 jam yakni 6,33429, sistem yang saat ini
tersedia di heat exchanger HT-3120 dikategorikan
sebagai sistem yang mempunyai SIL 1.
Terima Kasih,,,
PENGENDALIAN TEMPERATUR,
RELIABILITY DAN SAFETY PADA HEAT
EXCHANGER PT. PETROWIDADA GRESIK
NOVAN YUDHA ARMANDA
2409 105 032
DOSEN PEMBIMBING:
IR. RONNY DWI NORIYATI M.KES
IMAM ABADI, ST, MT
Seminar Tugas Akhir
Latar Belakang
Sistem pengendalian diperlukan dalam proses produksi agar
berjalan dengan baik dan output proses produksi memenuhi
standar yang diinginkan.
Sistem pengendalian dengan instrumen yang handal akan
menghasilkan produk yang baik pula.
Sistem pengendalian ini harus dilengkapi dengan sistem proteksi,
untuk mengantisipasi kegagalan dari sistem pengendalian.
Permasalahan
Bagaimana menentukan parameter kontroler dan
mengetahui performansi dari respon sistem melalui
suatu simulasi dari model matematis plant heat
exchanger yang telah didapatkan.
Bagaimana menentukan jenis distribusi kegagalan
dari setiap komponen instrumen dari heat
exchanger.
Bagaimana menentukan besarnya Safety Integrity
Level (SIL) dan menunjukkan pengaruh fungsi
reliability terhadap respon sistem pengendalian.
Tujuan
Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk melakukan
studi performansi melalui simulasi yang terintegrasi
antara proses, sistem pengendalian, keandalan dan
sistem proteksi pada Heat Exchanger HT-3120.
Batasan Masalah
Plant yang menjadi objek penelitian adalah Heat
Exchanger HT-3120 di PT. Petrowidada Gresik.
Sistem
kontrol
dinamik
berorientasi
pada
pengendalian temperatur O-Xylene.
Data-data proses, failure dan safety diperoleh dari
perusahaan. Untuk data failure dimulai tanggal 21
Agustus 2001 sampai 9 Maret 2011.
Dalam Tugas Akhir ini tidak dibahas masalah energi
looses perpindahan kalor dari steam ke O-Xylene.
Metodologi
Penelitian
Pembahasan
1.
2.
3.
• Pengendalian
• Reliability
• Safety
Pemodelan Matematis Heat
Exchanger
Berdasarkan 2 hukum kesetimbangan yakni kesetimbangan
massa dan kesetimbangan energi dapat digunakan dalam
memodelkan Heat Exchanger secara matematis.
1. Hukum Kesetimbangan Massa
d ( Ah)
Fi F
dt
2. Hukum Kesetimbangan Energi
d[Ahcp (T Tref )]
dt
Fi c p (Ti Tref ) Fc p (T Tref ) Q
Sehingga fungsi transfernya adalah :
Ti ( s )
1
1
T (s)
Q ( s)
(S 1) (S 1) Fi c p
Gambar Model Simulink Heat Exchanger
Fungsi Alih Temperature Transmitter
Secara umum fungsi alih dari temperatur transmitter dapat
didekati dengan persamaan dibawah ini:
T (s )
K TT
I ( s) TT s 1
Maka diperoleh Gain transmitter
Time constant
Jadi fungsi alih temperature transmitter:
Fungsi Alih Control Valve
Fungsi transfer
control valve dapat didekati dengan
persamaan sebagai berikut :
Dimana:
Kv = Kcv . Kactuator
sehingga menjadi:
Gambar Pemodelan Simulink
Control Valve
Gambar Pemodelan Simulink
Temperatur Transmitter
Diagram Blok Sistem Pengendalian Temperature
Validasi Sistem Pengendalian
Gambar grafik hasil validasi sistem secara close loop.
error terbesar hasil validasi diatas yakni sebesar
0,81% pada saat flow O-Xylene = 0,002869 m3/s
Respon Sistem Pengendalian
Gambar Pemodelan Simulink Parameter PID
Pabrik
Gambar Respon Sistem Parameter Pabrik
• maximum overshoot (Mp) sebesar 31,01 %
• time settling 1165 s
• error steady state sebesar 0,1%
Pengujian Dengan Tracking Set Point
Gambar Respon Uji Sistem Dengan Tracking Set Point
Uji Penambahan Load
Gambar Penambahan Load Pada Simulink
Gambar Respon Uji Sistem Dengan Penambahan
Laju Aliran Steam
Uji Pengurangan Load
Gambar Pengurangan Load Pada Simulink
Gambar Respon Uji Sistem Dengan Pengurangan
Laju Aliran Steam
Back
Reliability
Tabel 1 Data Time To Failure TE-1162
TTF
(day)
TTF
(hours)
22/01/2004
884
21216
14/02/2004
23
552
373
8952
23/10/2007
974
23376
01/01/2010
801
19224
23/09/2010
265
6360
MTTF
MTTF
553,33
13280
Failure Date
21/02/2005
Plan Start
Date
21/08/2001
Distribusi Eksponential dengan 1
parameter yakni λ = 0,000075638
Reliability
Tabel 2 Data Time To Failure TV-1162
TTF
(day)
TTF
(hours)
20/01/2004
882
21168
22/01/2004
2
48
14/02/2004
23
552
1347
32328
04/09/2008
317
7608
01/01/2010
484
11616
23/09/2010
265
6360
MTTF
MTTF
474,28
11382,85
Failure Date
23/10/2007
Plan Start
Date
21/08/2001
Distribusi Weilbull dengan 2
parameter yakni β = 0,48297723
dan η =10718,3595
Reliability
Tabel 3 Data Time To Failure TIC-1162
TTF
(day)
TTF
(hours)
22/01/2004
884
21216
14/02/2004
23
552
1347
32328
01/01/2010
801
19224
23/09/2010
265
6360
MTTF
MTTF
664
15936
Failure Date
23/10/2007
Plan Start
Date
21/08/2001
Distribusi Eksponential dengan 1
parameter yakni λ=0,000057894
Reliability
TE-1162
Gambar simulink matlab dengan fungsi Reliability
distribusi Eksponential
Gambar grafik reliability fungsi waktu
untuk TE-1162
Reliability
TV-1162
Gambar simulink matlab dengan fungsi Reliability
distribusi Weilbull
Gambar grafik reliability fungsi waktu
untuk TV-1162
Reliability
TIC-1162
Gambar simulink matlab dengan fungsi Reliability
distribusi Eksponential
Gambar grafik reliability fungsi waktu
untuk TIC-1162
Back
Safety
Gambar Flowchart Proteksi Temperature
Safety
Gambar Pemodelan Stateflow Proteksi
Temperatur
Safety
Gambar respon sistem proteksi dalam proses
pengendalian
Safety Integrity Level
Nilai SIL saat t = 8760 jam dan t = 83712 jam
Tag Name
t (jam)
λ (t)
PFD
RRF
SIL
8760
0,00007564
0,34108
2,932
SIL1
83712
0,00007564
3,25941
0,3068
SIL1
8760
0,00005
0,21907
4,5647
SIL1
83712
0,0000156
0,65167
1,5345
SIL1
8760
0,00005789
0,25358
3,9435
SIL1
83712
0,00005789
2,42321
0,41267
SIL1
TE-1162
TV-1162
TIC-1162
Nilai SIL Total HT-3120
t (jam)
PFD total
RRF
SIL
8760
0,81373
1,2289
SIL1
83712
6,33429
0,15787
SIL1
INTEGRASI MODEL SIMULINK HT-3120
Hubungan antara pengendalian,
reliability dan safety
Gambar Respon Sistem Dengan
Kondisi SIL 1
Gambar Respon Sistem Dengan
Kondisi SIL 2
Kesimpulan
Berdasarkan simulasi hasil riil plan dengan parameter Kp
= 2.2,Ti =66 s,Td = 30 s diperoleh Mp 31,01 % , time
settling 1165 s, Ess 0,1 %.
Berdasarkan data kegagalan tiap komponen diperoleh
jenis distribusi kegagalannya untuk TE-1162 dan TIC-1162
termasuk dalam distribusi eksponential dengan 1
parameter sedangkan untuk TV-1162 termasuk distribusi
weilbull dengan 2 parameter.
Perhitungan PFD total dari sistem pada saat Ti=8760 jam
atau 1 tahun yakni 0,81373 sedangkan pada saat
Ti=83712 jam yakni 6,33429, sistem yang saat ini
tersedia di heat exchanger HT-3120 dikategorikan
sebagai sistem yang mempunyai SIL 1.
Terima Kasih,,,
