BAB IV
PIPING AND INSTRUMENTATION DIAGRAM
4.1 Deskripsi Peralatan
Dalam prarancangan pabrik metanol dari
tandan kosong sawit dengan kapasitas 120.000 ton/tahun ada beberapa tahapan
proses yang harus dilakukan untuk mendapatkan produk metanol sesuai dengan spesifikasi
yang diinginkan yaitu:
1.
Pratreatmen
bahan baku
2.
Proses
produksi syngas
3.
Pembersihan
pengotor dalam metanol
4.
Sintesis
metanol
5.
Pemurnian
metanol
Dalam
proses industri sekurang-kurangnya ada empat proses yang keadaan dan nilainya
dikendalikan untuk digunakan sebagai data pada kegiatan pengendalian jalannya
proses, yaitu :
1. Tekanan (Pressure, P)
2. Suhu (Temperatur, T)
3. Aliran (Flow, F)
4.
Tinggi
permukaan (Level, L)
5.
Konsentrasi
(A)
4.2
Sistem Kontrol dan Instrumentasi
Sistem
kontrol merupakan suatu sistem dimana suatu variable secara otomatis dapat
dimonitor dan dipertahankan pada nilai yang diinginkan. Empat variabel yang
dikontrol pada sistem industri yaitu tekanan, ketinggian (level), temperatur, dan kecepatan arus. Jika semua kondisi ini
tetap pada posisi yang diinginkan proses tersebut berjalan secara otomatis.
Proses
kontrol dicapai dengan menggunakan process
control loop. Setiap control loop
terdiri dri 4 komponen yaitu :
1.
Proses
(Process), yaitu media atau tempat
dimana variabel proses akan dikendalikan. Proses dapat berupa tekanan, tinggi
permukaan (level), laju aliran (flowrate), temperatur, berat jenis (density dan specific grafity),
kelembapan (humidity), kadar asam (acidity, PH), daya bakar (combustibility), kekentalan (viscosity), atau analisa terhadap suatu
kandungan didalam gas (gas analysis).
2. Instrumen ukur (measuring device), berfungsi untuk merasa variabel-variabel proses
sehingga diperoleh nilai – nilai hasil pengukuran untuk keperluan pencatatan (recording), pengiriman (transmitting), penunjukan (pointing) dan peringatan (warning). Untuk keperluan pengukuran
biasanya dipakai berbagai macam transmitter sesuai dengan variabel proses yang
diukurnya. Transmitter akan menghasilkan sinyal standar berupa 3-15 Psi untuk
pneumatic, 4-20 mA dan 1-5 V untuk elektronik analog yang nantinya dapat
dipakai untuk keperluan pengendalian proses.
3. Instrumen pengendalian (controller), berfungsi untuk
menghitung, membandingkan, dan mengendalikan nilai variabel proses hasil
pengukuran transmitter agar selalu berada pada nilai yang diinginkan (desired value, set point, SP).
4. Instrumen penggerak akhir (final actuating element), berfungsi
untuk melakukan langkah koreksi (corrective
action) terhadap nilai variabel proses sesuai dengan hasil perhitungan controller. Final element biasanya
berupa control valve, motor, emergency
shutdown sistem dan sebagainya.
1.
Gambar
4.1 Blok Diagram
Sistem Kontrol
Hal
– hal yang diharapkan dari pemakaian alat – alat instrumentasi adalah :
1.
Kualitas
produk dapat diperoleh sesuai dengan yang diinginkan
2.
Pengoperasian
sistem peralatan lebih muda
3.
Sistem
kerja lebih efisien
4.
Penyimpangan
yang mungkin terjadi dapat diketahui dengan cepat
Faktor – faktor yang perlu diperhatikan
dalam instrumen –instrumen adalah (Timmerhaus, 2004) :
1.
Range
yang diperlukan untuk pengukuran
2.
Level
instrumentasi
3.
Ketelitian
yang dibutuhkan
4.
Bahan
kontruksi instrumen, dan
5.
Pengaruh
pemasangan instrumentasi pada kondisi proses
4.3
Jenis – Jenis Pengendalian
a.
Pengendalian
oleh manusia (manual control)
Pada
pengendalian secara manual memanfaatkan ketelitian dari operator untuk
mengendalikan suatu besaran proses. Jika harga proses tidak sesuai dengan yang
dikehendaki oleh operator, maka operator tersebut akan melakukan adjustemet
sebagai koreksi terhadap besaran proses tersebut sampai proses berjalan stabil
dan hal ini dilakukan berulang – uang selama kondisi proses tidak sesuai dengan
yang dikehendaki oleh operator. Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar 4.2
berikut ini :
Gambar 4.2 Sistem Kontrol Manual
Pada
prinsipnya pengendalian otomatis sama dengan pengendalian manual. Pada
pengendalian otomatis, peranan dari operator digantikan oleh suatu alat yang
disebut pengendali (controller).
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 4.3 berikut :
Pada gambar diatas terlihat bahwa
seorang operator sedang mengamati variabel level pada sebuah tangki, apabila hasil penunjukan pada level indikator
(level gauge) lebih besar dari level yang dikehendaki oleh operator, maka
operator tersebut akan menambah jumlah aliran dengan menambah bukaan valve, begitu juga sebaliknya apabila
hasil bacaan pada level gauge lebih kecil dari level lebih kecil dari level
yang dikehendaki maka operator akan mengurangi jumlah aliran dengan jalan
mengecilkan bukaan valve. Dilihat
dari segi ekonomis, pengendalian secara manual tentu lebih murah dibandingkan
dengan pengendalian secara otomatis karena instrumen yang dibutuhkan lebih
sederhana.
b. Pengendalian otomatis (automatic control)
Gambar
4.3 Sistem
Pengendalian otomatis
Jadi yang
bertugas menambah dan mengurangi bukaan valve
tidak lagi dikerjakan oleh operator tetapi atas perintah controller, operator hanya bertugas
memberikan harga ke controller (set point
= SP ).
Oleh
karena itu pengendalian otomatis pada valve
harus dilengkapi dengan actuator sehingga
unit valve tersebut disebut dengan
control valve. Sehingga apabila
terjadi ketidaksesuaian harga yang diberikan operator terhadap controller (SP), maka atas perintah controller akan membuka atau menutup
sesuai dengan kondisi operasi yang sedang berjalan (proces variabel = PV).
4.4
Model Pengendalian
Secara umum bentuk loop sistem pengendalian dibagi dua
macam, yaitu :
1. Sistem pengendalian loop terbuka (open loop control system)
2. Sistem pengendalian loop tertutup (close loop control system)
a.
Sistem
pengendalian loop terbuka (open loop
control system)
Sistem
pengendalian loop terbuka (open loop
control system), atau sering juga disebut sebagai sistem pengendalian umpan
maju (feed forward control) adalah
sistem pengendalian yang keluarannya tidak akan dapat mempengaruhi aksi dari
pengendaliannya. Jadi pada sistem pengendalian loop terbuka keluarannya tidak diukur atau diumpanbalikkan untuk
dibandingkan dengan masukannya. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar
4.4 berikut ini :
Open loop control
Setpoint controlled variabel (PV)
Manipulated variabel
Gambar
4.4 Sistem
pengendalian loop terbuka
Sebagai
contoh adalah proses pencucian dengan mesin cuci, biasanya perendaman,
pencucian dan pembilasan pada mesin cuci dioperasikan berdasarkan waktu dan
mesin cuci tidak mengukur keluaran, misalnya sinyal berupa kebersihan dari
pakaian stelah dicuci. Jadi pada sistem ini keluaran tidak dibandingkan dengan
masukan acuan, sehingga untuk setiap masukan acuan terdapat kondisi operasi
yang tetap. Apabila pada sistem loop terbuka mendapat gangguan (disturbance), maka sistem ini tidak
dapat bekerja seperti yang diinginkan (mengoreksi gangguan tersebut).
Sistem ini
sangat cocok untuk sistem dengan masukan yang telah diketahui dan tidak ada
gangguan baik eksternal maupun internal, dan untuk mendapatkan hasil yang
diinginkan maka pada setiap sistem pengendalian loop terbuka harus menggunakan
komponen – komponen yang teliti dan terkalibrasi.
b.
Pengendalian
loop tertutup (close loop control sytem)
Sistem
pengendalian loop tertutup atau sering juga disebut sebagai sistem pengendalian
umpan balik (feed back control) adalah
merupakan sistem pengendalian yang sinyal keluarannya mempunyai pengaruh
langsung pada aksi pengendaliannya. Jadi sistem pengendalian loop tertutup ini
merupakan sistem pengendalian umpan balik. Pada sistem pengendalian loop
tertutup ini terdapat signal kesalahan penggerak, yang merupakan selisih antar
signal masukan dan signal umpan balik (yang berupa signal keluaran dari proses
yang dikendalika) yang diumpan balikkan ke arah masukan untuk memperkecil
kesalahan dan membuat harga keluaran akan mendekati dengan harga yang
diinginkan. Atau dengan kata lain, pada aksi umpan balik digunakan untuk
memperkecil kesalahan sistem. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 4.5
berikut ini.
Gambar
4.5 Sistem
pengendalian loop tertutup
Pada sistem
pengendalian loop tertutup kesetabilan adalah merupakan faktor utama
dibandingkan dengan sistem pengendalian loop terbuka, dan sangat cocok untuk
sistem pengendalian yang mempunyai gangguan yang tidak dapat diramalkan
dan/atau perubahan yang tidak dapat diramalkan pada komponen sistem.
Di dalam
pengendalian loop tertutup ( close loop
control ) terdapat tiga macam moteda pengendalian, antara lain :
·
Negative feed back control system
·
Feed forward control system
·
Cascade control system
a. Feed Back Control System
Pada sistem pengaturan kalang tertutup, aksi pengendalian
dipengaruhi oleh sinyal kesalahan penggerak (selisih antara sinyal referensi
dengan sinyal umpan balik). Sistem pengaturan kalang tertutup melibatkan umpan
balik negatif. Secara umum, diagram blok sistem pengaturan ini dapat dilihat
pada Gambar 4.6 berikut.
Gambar
4.6 Blok Diagram
Sistem Pengendalian Feed Back
b. Feed Forward Control System
Konfigurasi kontrol feedforward mengukur
gangguan secara langsung dan mengambil aksi kontrol untuk mengeliminasi dampak
gangguan tersebut terhadap keluaran (output proses). Secara umum,
diagram blok sistem pengaturan ini dapat dilihat pada Gambar 4.7 berikut.
Gambar
4.7 Blok Diagram
Sistem Pengendalian Feed Forward
Pada
metode ini beban proses pengaturan diukur kemudian dibandingkan dengan beban
normal dan bila ada perbedaan, maka perbedaan tersebut digunakan sebagai dasar
untuk melakukan aksi antisipasi agar tidak terjadi penyimpangan pada primari
proses variabel yang diatur.
4.5
Simbol Instrumentasi
Umumnya suatu kawasan industri atau
proses produksi mempunyai unit-unit proses kecil yang satu dengan lainnya
saling berkaitan. Fungsi instrumen adalah untuk memonitor, mengatur dan menjaga
agar proses berjalan nornal. Untuk memudahkan mengenal instrumen yang dipasang
pada satu plan maka setiap instrument perlu diberi tanda pengenal (instrument
identification). Dari tanda pengenal berupa “tag number” dapat diketahui
Parameter yang diukur, fungsi instrumen, lokasi dipasang, dan nomor urut dari
instrumen tersebut. Cara identifikasi instrumen adalah dengan huruf dan angka.
Dengan adanya tag number dari maring-masing instrumen yang terpasang dan
dibantu dengan gambar-gambar instrumen (piping and instrumen diagram, loop
drawing, hookup drawing) seorang ahli instrumen dapat dengan mudah mencari
instrumen-instrumen yang perlu mendapat perawatan.
Hal
ini diperlukan mengingat beragam jenis equipment yang diperlukan dalam suatu
alur proses yang terjadi, penotasian jenis-jenis equipment berdasar jenis dan
fungsinya diperlukan untuk mengenali dan memudahkan pembacaan atau
penulisannya.
Contoh
:
-
Equipment untuk penyimpanan
• T - Tank
• S - Spheres
-
Equipment untuk proses kompresi atau pemompaan
• P - Pump
• K - Compressor
-
Equipment untuk proses pemisahan
• V - Vessel / Separator
• dan lain-lain
-
Equipment untuk proses kontrol
• LCV - Liquid Control Valve (Water/Oil)
• PCV - Pressure Control Valve (gas)
(a) (b)
Gambar 4.8 (a) Simbol equipment Tower (b) Simbol equipment Tangki
Kode-kode yang terdapat pada Piping
Line menunjukan
Diameter Pipa, Fluid Service,
material, dan isolasi. Diameter pipa dalam Inch. Fluid
service memberi
keterangan jenis fluida yang dialirkan. Material memberikan
informasi mengenai bahan pembuat pipa. Sebagai contoh CS untuk Carbon
Steel atau stainless
steel SS.
Pengunaan kode-kode pada Process Line
sebagai contoh di atas, pada aliran pipa no 39 menunjukan pipa
dengan diameter 4 Inch, dengan Fluid Service mengalirkan bahan kimia ‘N’,
berbahan material CS (Carbon Steel) , dan tanpa insulasi (“No Insulation”).
Penomoran
pada pipa mengikuti aturan berikut :
·
Perusahaan harus mengacu kepada salah satu standar
internasional, antara lain:
ü American Petroleum Institute (API)
ü American Standard Mechanical Engineering
(ASME)
ü Hal ini
diperlukan untuk menentukan rating atau grade pipanya
·
Penomoran dilakukan berurutan dimulai dari :
1. Nomor urut
pipa,
2. Grade atau
kelas,
3. Ukuran.
Contoh : 100 – A – 2’’
·
Atau dapat pula diurutkan sebagai berikut :
1. Nomor,
2. Jenis
fluida,
3. Grade atau
kelas,
4. Ukuran.
Contoh : 100 – HC – A – 2’’
Kode-kode Instrumentasi yang tertera di P&ID adalah
sebagai berikut, huruf pertama mengidentifikasikan parameter yang
dikontrol, huruf selanjutnya mengidentifikasikan tipe perangkat control. Misalnya
terdapat kode FT101, huruf pertama F
mempunyai arti kode (berdasarkan kode ISA) yaitu Flow. Huruf kedua T mempunyai arti Transmitter,
kode FT101 dapat diartikan sebagai Flow Transmitter, Lingkaran
menunjukan FT101 terpasang (mounted)di Field
Area, yang
dihubungkan oleh electric signal (Garis putus-putus). Pada FIC101,
berarti (Flow Indicator Controller),
simbol berupa kotak dan lingkaran menunjukan FIC101, terletak diShared Control / Shared Displays dan dapat diakses oleh operator.
Penggambaran
instrumen kedalam diagram biasanya berupa lingkaran dan diberi identifikasi.
Berikut merupakan beberapa simbol standar yang digunakan dan artinya dapat
dilihat pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Simbol standar dalam
instrumen kontrol
Piping
and Instrumentation Diagram atau biasa disingkat P&ID adalah
ilustrasi skematik secara mendetail (Overview) mengenai hubungan
fungsional perpipaan, instrumentasi dan komponen sistem peralatan didalam suatu
pabrik. P&ID adalah salah satu informasi penting
mengenai semua komponen pabrik, baik ketika pabrik didalam fase desain, fase
konstruksi maupun fase operasional. Intinya, P&ID adalah jantung komunikasi
antara para insinyur fasilitas produksi dari berbagai disiplin ilmu
mengenai pabrik sehingga harus ditulis dengan simbol yang standar digunakan.
Adapaun Insrumen-instrumen yang terdapat dalam sistem pengendalian pada
pabrik Metanol dari tandan kosong sawit (TKS) adalah:
1. Proses kimia
Proses kimia meliputi peralatan proses dan operasi baik secara kimia
maupun fisika yang terjadi di dalam peralatan tersebut.
2. Sensor atau alat ukur
Sensor merupakan sumber informasi yang mengidentifikasi hal-hal yang
terjadi dalam suatu proses.
3. Transducer
Transducer merupakan alat penterjemah yang digunakan untuk mengubah
hasil pengukuran menjadi besaran yang ditransmisikan.
4. Jalur transmisi
Jalur transmisi merupakan media yang digunakan untuk membawa informasi
hasil pengukuran dari alat ukur ke controller. Pada sistem pengendalian
pabrik ini terdiri dari 2 jenis jalur transmisi yaitu jalur listrik dan jalur
pneumtik yang ditampilkan pada Gambar 4.9.
Gambar 4.9 Jalur
Transmisi: (a) Pneumatik; (b) Listrik
5. Elemen pengendali
Elemen pengendali menerima informasi dan memutuskan tindakan yang harus
dilakukan
6. Elemen pengendali
akhir
Elemen pengendali akhir merupakan perangkat keras yang melaksanakan
tindakan yang diputuskan oleh elemen pengendali biasanya berupa valve.
7.
Elemen pencatat
Elemen pencatat mencatat kelakuan proses agar dapat didemonstrasikan
secara visual.
Komentar
Posting Komentar