ANALISIS SISTEM PENGENDALIAN PROSES PEMBAKARAN MINYAK MENTAH (CRUDE OIL) OIL) PADA FURNACE PADA FURNACE
A. LATAR BELAKANG Dalam industri pengolahan minyak, sistem pengendalian menjadi sesuatu yang sangat penting. Keberadaanya digunakan untuk mendapatkan proses pengolahan yang efektif dan efisien, disamping itu juga untuk menjamin keselamatan ( safety) safety) proses industri dilapangan. Dengan proses tersebut diharapkan mendapatkan hasil pengolahan yang optimal. Yaitu mendapatkan hasil produk yang berkualitas dengan biaya produksi yang relative kecil. Salah satu bagian dari unit pengolahan minyak adalah furnace. furnace. Pada bagian ini terjadi proses pembakaran minyak mentah (crude oil ) dengan radiasi panas yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar seperti gas alam dan solar. Hasil dari pengolahan ini nantinya akan diteruskan ke bagian evaporator sebelum ke bagian fraksinasi fraksinasi untuk proses pemisahan minyak berasarkan fraksinya sehingga akan didapatkan produk sesuai dengan yang diharapkan. Pada setiap bagian unit pengolahan terdapat satu atau lebih sistem pengendalian. Pada bagian furnace furnace sendiri terdapat terdapat kurang lebih tiga macam sistem pengendalian; yaitu pengendalian temperature, pengendalian aliran ( flow), flow), dan sistem pengendalian tekanan ( pressure). pressure). Tiap sistem pengendalian memiliki tugas khusus masing-masing, seperti pengendalian temperature yang fungsinya untuk mengendalikan temperature output hasil pembakaran. Pada unit pengolahan PUSDIKLAT MIGAS Cepu sendiri memiliki empat buah furnace buah furnace yang masing-masing ± 200 ton crude oil per per hari untuk tiap buahnya dan tiap-tiap furnace tiap-tiap furnace dilengkapi dilengkapi dengan ketiga macam pengendalian tersebut. Sehingga proses pembakaran dapat berlangsung dengan lebih efisien.
B. TUJUAN Tugas khusus ini dibuat dengan tujuan : 1. Sebagai tugas akhir praktek kerja lapangan yang bertempat di Laboratorium Instrumentasi dan Telekom PUSDIKLAT MIGAS Cepu. 2. Untuk membentuk kondisi kerja yang terkontrol dan kondusif serta aman pada bagian furnace. furnace. 3. Mengenal lebih jauh tentang system pengendalian yang diterapkan pada unit pengolahan.
C. PERALATAN PADA UNIT KILANG YANG DIBAHAS Furnace Merupakan alat yang berfungi sebagai pemanas lanjut untuk menaikkn temperature crude oil setelah pemanasan awal dalam Heat Exchanger ( HE ) Spesifikasi Furnace:
Jenis dapur
: Box
Jenis burner
: Cyument H Atomizer
Bahan dinding : Batu tahan api
Jumlah pipa
Panjang pipa : 6 meter
Bahan Konstruksi:
: 95 dipasang seri
a. Bagian radiasi
: 0,5% Cr . 0,5% Mo
b. Bagian konveksi
: karbon steel
c. Diameter
: 4 inci
Tabel Data Furnace di CDU Uraian
Satuan
Furnace 1
Furnace 2
Furnace 3
Furnace 4
Crude oil
Crude oil
Crude oil
Crude oil
Box furnace
Box furnace
Box furnace
Box furnace
m /hari
200
200
200
200
Tinggi
mm
7405
7405
7405
7405
Panjang
mm
6000
6000
6000
6000
Lebar
mm
3880
3880
3880
3880
Diameter
Inchi
4
4
4
4
Panjang
mm
6000
6000
6000
6000
Jarak antar tube
mm
250/330
251/330
252/330
253/330
Service Type Kapasitas
TUBE:
Tata letak Bahan/material Bahan bakar
Horisontal
Horisontal
Horisontal
Horisontal
Low Cr.Mo.
Low Cr.Mo.
Low Cr.Mo.
Low Cr.Mo.
Fuel oil &Gas Fuel oil &Gas Fuel oil &Gas
Fuel oil &Gas
D. INSTRUMEN PADA FURNACE Tube (pipa) pada furnace berfungsi sebagai media aliran crude oil setelah melewati Heat Exchanger ( HE ). Pada pipa ini juga terjadi transfer panas secara konveksi, konduksi dan radiasi. Tetapi ditinjau dari proses perpindahan panas di dalam furnace data dibagi menjadi dua ruangan yaitu: 1) Ruangan radiasi Ruangan dimana pipa-pipa minyak mendapatkan pancaran langsung secara pantulan dari dinding furnace. Pada bagian ini terdapat lebih dari tiga baris. 2) Ruangan konveksi Ruangan dimana pipa-pipa minyak mentah mengalami pemanasan dari aliran gas yang merupakan gas buang ( fuel gas) yang menuju cerobong ( stack ), disela pipa-pipa minyak lainnya. Di dalam furnace terdapat pipa-pipa sejajar horizontal dimana pipa-pipa yag satu dengan yang lain saling berhubungan membentuk pipa-pipa panjang yang bertujuan untuk memperluas kontak antara crude oil yang ada di dalam pipa dengan panas yang ada dalam aliran furnace. Pipa ini memiliki jumlah 95 buah dengan diameter tube 4 inchi, dan panjang tube 6000 mm.
CENTRIFUGAL PUMP Berfungsi sebagai pemompa residu ( fuel oil ) sebagai bahan bakar daripada furnace.
TABUNG GAS Berfungsi sebagai media untuk menampung sementara gas yang diambil dari gas alam (natural gas) dan gas tersebut difungsikan sebagai bahan bakar ( fuel oil ) furnace agar tercapai suhu yang sesuai dengan set point yang diinginkan.
CONTROL VALVE Berfungsi sebagai pengatur fluida yang akan diberikan pada suatu plant . Control valve jika dilihat dari segi aksi dapat dibagi menjadi 2 yaitu ATO (Air To Open) dan ATC (Air To Close).s tetapi pada furnace yang digunakan hanya yang jenis ATO. Control valve akan membuka jika furnace kekurangan fuel gas maupun fuel oil untuk pemanasan crude oil . Sehingga temperature pada furnace akan tetap terjaga sesuai dengan set point.
PRESSURE INDICATOR (PI) Berfungsi sebagai pengindikasi tekanan yang terjadi pada suatu plant. Tujuan dari indicator tekanan itu sendiri adalah agar dapat diketahui tekanan yang terjadi, sehingga suatu system dapat 2
berjalan dengan baik. Pada furnace, inlet pressure berkisar kurang lebih 3,2 kg/cm .
TEMPERATURE INDICATOR (TI) Berfungsi sebagai pengindikasi adanya suhu/temperature yang terjadi.bila furnace diaktifkan 0
maka penunjukan TI pada furnace adalah 325 C.
REGULATOR Berfungsi sebagai filter (penyaring) pada instrument yang terdapat di furnace agar tidak terjadi masalah. Biasanya steam yang dihasilkan dari unit boiler sebagai bahan bakar bantu pengkabutan (Atomizing) pada furnace jika terlalu lama didalam pipa sebagian akan berubah lagi menjadi air. Maka regulator ini yang bertugas untuk menyaringnya. Cara membersihkan regulator adalah dengan men- Drain atau membuka katup pada bagian bawah regulator, dengan tujuan agar air yang sudah tersaring dilepaskan ke udara.
PNEUMATIC TRANSMITTER Transmitter merupakan alat instrument yang berfungsi untuk mengukur besaran proses sehingga menghasilkan output berupa sinyal standar yang nilainya sebanding dengan besaran yang diukur. Pada bagian furnace jenis transmitter yang digunakan adalah metode differential pressure atau perbedaan tekanan pada tekanan tinggi dan tekanan rendah. Instrument ini menggunakan sensor diafragma capsule yang tergantung range pengukuran. Besaran-besaran fisis dari proses akan
dikonversikan ke besaran sinyal standar pneumatic 3-15 psi. Transmitter mempunyai karakter pengukuran linier, sehingga kenaikan input akan menyebabkan kenaikan output .
TRANSDUSER Berfungsi untuk mengubah suatu sinyal standar ke bentuk sinyal standar lainnya. Transduser terbagi menjadi beberapa macam yaitu P/E, E/P, P/I, dan I/P. Sinyal-sinyal yang diubah merupakan sinyal standar, yaitu sinyal pneumatic atau sinyal elektrik. Dalam dunia lapangan, transduser lebih dikenal dengan nama converter. Jenis converter yang dipakai di furnace adalah I/P dan inilah satu-satunya converter yang diterapkan dibagian pembakaran. Hal ini dikarenakan controller yang digunakan masih dalam bentuk pneumatic. Sehingga hanya sinyal pneumatic yang dapat dibaca, padahal sinyal keluaran sensor adalah elektrik. Maka digunakan transduser I/P yang mampu mengubah sinyal elektrik menjadi sinyal pneumatic dengan supply tekanan sebesar 20 psi.
E. PENGENDALIAN PROSES Proses pengolahan minyak membutuhkan keadaan yang terkondisi dengan baik. Bila ada perubahan pada salah satu kondisi, maka akan berpengaruh pada kondisi operasi yang akan mengakibatkan perubahan pada produk yng dihasilkan baik dari segi jumlah maupun dari segi mutu. Unutk mendapatkan hasil yang sesuai dengan spesifikasi yang dikehendaki maka diperlukan pengaruh kondisi fisik atau lebih dikenal dengan variabel proses. Variable proses pada pengolahan minyak mentah menjadi produk antara lain: a. Temperature b. Tekanan c. Flowrate
Uraian mengenai variable proses pada Crude Distilling Unit (CDU) sebagai berikut:
TEMPERATUR 0
Temperature pemanasan di furnace dibatasi ± 325 C. hai ini erat kaitannya dengan jenis crude yang digunakan yaitu berkisar ± 0,84 (SG Crude oil ). Bila suhu terlalu tinggi akan mengakibatkan cracking pada rantai hidrokarbon dan membentuk senyawa baru yang tidak dikehendaki seperti olefin yang mempunyai sifat stabil terhadap oksidasi serta dapat mempercepat terbentuknya kerak yang menempel pada dinding dalam tube furnace. Terbentuknya kerak dapat menghambat perpindahan panas sehingga efisiensi furnace akan turun. Sedangkan bila temperature furnace rendah akan memperbesar beban evaporator . Pengendalian temperatur pada furnace dilakukan dengan jalan mengendalikan aliran fuel oil . Jika temperature terlalu tinggi maka aliran fuel oil akan diperkecil, sebaliknya jika kurang tinggi maka aliran fuel oil diperbesar. Pengendalian temperature pada furnace dilakukan dengan jalan memanipulasi aliran bahan bakar sehingga nilai error yang kecil dapat langsung diredam. Pengendalian dilakukan dengan cara cascade dengan mode pengontrolan PID. Kontroler tingkat pertama adalah Temperature Indicator Control (ITC) yang berfungsi mengendalikan perubahan suhu dari furnace. TIC berfungsi sebagai control utama, sedangkan control kedua adalah Flow Indicator Control (FIC) yang berfungsi untuk mengendalikan aliran bahan bakar sehingga suhu furnace dapat dijaga stabilitasnya sesuai set point pad TIC.
TEKANAN Tekanan pada kolom fraksinasi akan mempengaruhi proses penguapan, kenaikan pada suhu yang sama memperlambat penguapan fraksinasi disebabkan oleh kecepatan penguapan yang tinggi, kecepatan aliran masuk yang besar, temperature puncak kolom yang naik, kegagalan kondensasi uap serta banyaknya injeksi steam.
KECEPATAN ALIRAN (FLOWRATE) Kecepatan aliran crude oil dapat mempengaruhi variable proses yang lainnya seperti temperature, level dan sebagainya. Oleh karena itu kecepatan aliran haruslah stabil supaya variable proses lainnya juga stabil. Apabila aliran ke furnace terlalu besar akan mengakibatkan
penguapan pada kolom fraksinasi menjadi lebih lambat sehingga level akan naik. Tingginya permukaan level membuat temperature pun menurun sehingga penguapan berkurang. Hal ini menyebabkan banyak fraksi ringan yang tidak menguap pada kolom fraksinasi akan berlebihan sehingga fraksinasi ikut menguap. Kecepatan flow diatur menggunakan FIC untuk menggerakkan control valve di depan pompa reflux. Kontroler yang dipergunakan bekerja pada mode pengontrolan P. Berikut urutan peristiwa yang terjadi terhadap crude oil yang akan diproses pada furnace:
PEMANASAN AWAL PADA HEAT EXCHANGER Heat exchanger berfungsi sebagai pemanas awal crude oil sebelum dipanaskan pada furnace. Crude oil masuk ke HE melalui bagian tube sedangkan media pemanas (solar atau residu) 0
melalui bagian shell dengan arah counter current. Crude oil masuk ke HE-1 pada suhu 33 C dan 0
keluar pada suhu 92 C. Lalu dialirkan ke HE-2 dan HE-3 untuk mendapatkan pemanasan lebih 0
lanjut sehingga crude oil keluar HE-3 pada suhu 135 C. Media pemanas di HE-1 adalah solar 0
yang merupakan bottom product dari solar stripper C-4 yang masuk pada suhu 250 C dan keluar 0
pada suhu 82 C. sedangkan pada HE-2 dan HE-3 digunakan sejenis media pemanas berupa residu yang merupakan bottom product dari residu stripper C-5 yang masuk HE-3 pada suhu 0
0
290 C dan keluar pada suhu 125 C dari HE-2. Selanjutnya crude oil dari HE dialirkan menuju furnace melalui stab drum yang berfungsi sebagai control flow dan pressure. Bila minyak mentah yang mengalir mempunyai tekanan dan aliran yang melebihi batas, maka valve pada stab drum akan bekerja untuk mengurangi tekanan dan aliran tersebut. Tujuan pemanasan pada HE adalah:
Untuk meringankan beban furnace pada proses
Utnuk menghindari pemanasan yang belebihan
Untuk menghemat bahan bakar dengan memanfaatkan panas dari residu dan solar.
PEMBAKARAN DI FURNACE 0
Pada furnace, crude oil mengalami pemanasan sampai suhunya mencapai 350 C. Hal ini bertujuan untuk mencapai suhu optimal evaporator sehingga fraksi air dan uap akan terpisah dengan baik. Bahan bakar yang dipergunakan dalam furnace adalah solar pada pemanasan awal dan selanjutnya digunakan bahan bakar fuel oil (residu) dan fuel gas yang dibantu oleh steam.
Residu yang berasal dari tangki penyimpanan sebelum dipergunakan sebagai bahan bakar 0
furnace dialirkan terlebih dahulu ke heater untuk dipanaskan sampai mencapai suhu 125 C. pemanasan tersebut berfungsi agar pengkabutan dari residu berjalan lebih mudah. Apabila furnace tidak dalam keadaan bekerja maka api dalam furnace tidak mati seluruhnya dan masih ada api yang berasal dari fuel gas. Hal ini untuk menghindari terjadinya flash back (penyalaan api yang mendadak dari furnace sehingga terjadi perbedaan tekanan antara bagian dalam dan luar furnace yang terlalu besar) bila furnace dijalankan. Steam yang dipakai berfungsi untuk memecahkan atom (atomizing) agar bahan bakar fuel oil menjadi partikel kecil sehingga proses pembakaran berlangsung cepat dan sempurna, sedangkan udara yang membakar bahan bakar tersebut masuk secara natural draft. Hasil pembakaran berupa gas CO2, O2 exceess, N2 inert , CO dan uap air yang dialirkan melalui cerobong yang dilengkapi dengan stack damper yang berfungsi untuk mengatur keluarnya gas buang (fuel gas) dimana panas dari gas buang dapat dimanfaatkan untuk memanasi daerah konveksi. Bila terjadi gangguan di furnace, misalnya karena terhambatnya liran fuel oil yang mengakibatkan padamnya api maka untuk menyalakan kembali dengan dailakukan tindakan pengamanan terlebih dahulu yaitu steam purging dengan menutup valve fuel oil dan fuel gas kemudian memperbesar rate steam.
