TUGAS PENGENDALIAN PROSES
PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN LEVEL FLASH TANK PADA UNIT BLOWDOWN SYSTEM BERBASIS METODE DIRECT SYNTHESIS DI PT. PETROKIMIA GRESIK
DISUSUN OLEH :
GILANG EKA SAPUTRA
2411100020
RIA MARSELLINA
2411100070
JURUSAN TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2014
TUGAS 1 SISTEM PENGENDALIAN PROSES
Setiap kelompok terdiri dari 2 orang
Setiap kelompok mengambil contoh sebuah Sistem Pengendalian Proses dalam bentuk P&I Diagram (1 loop BPCS)
Dari P&I Diagram tsb representasikan ulang dalam bentuk diagram blok Feddback Closed Loop Control System
Turunkan model dinamik dari setiap komponen penyusun system pengendalian ts b
Berikan ulasan mode control yang dipergunakan di Controller dikaitkan denggan karakteristik plant yang dikendalikan
Buat simulasi dinamik contoh saudara dengan mempergunakaan SIMULINK, lakukan :
-
Open Loop simulasi pada plant dengan cara memberikan sinyal uji STEP dan amati respon dinamiknya
-
Closed Loop simulasi pada contoh system pengendalian saudara dengan sinyal uji STEP setelah Closed Loop Control system disederhanakan menjadi Open Loop Control System.
Boleh menggunakan hasil karya TA atau penelitian, asal saudara memahami filosophi process dan phylosophi controlnya Dikumpulkan hari rabu depan tgl 14 Mei 2014, saat kuliah
I.
PENGENALAN FL ASH TANK
Air Umpan Boiler bisa mengandung mineral
–
mineral yang bisa menyebabkan
pengendapan, korosi, dan lain – lain. Pengendapan material dapat mengakibatkan menurunnya efektifitas perpindahan panas sehingga menyebabkan penggunaan bahan bakar menjadi boros. Pengendapan juga merupakan masalah yang paling serius pada boiler, bisa juga menyebabkan masalah – masalah pada sistem sebelum dan sesudah boiler. Air Umpan Boiler memiliki tujuan sebagai berikut :
menghindari terbentuknya kerak,
mencegah korosi pada peralatan, dan
menghindari terbawanya senyawa yang tidak diinginkan kedalam steam (carry over).
Salah satu cara untuk pengolahan Air Umpan pada Boiler adalah dengan sistem blowdown, dimana blowdown berguna untuk mengontrol kandungan solid dalam feedwater agar tidak berlebih. Kandungan solid dalam feedwater akan terikut ke steam yang diproduksi, sehingga apabila kandungan solid dalam feedwater tinggi, maka kandungan solid di steam juga akan tinggi, sehingga bisa menurunkan kualitas steam yang dihasilkan. Ada dua jenis blowdown, yaitu intermittent blowdown dan continuous blowdown. Intermittent blowdown dioperasikan secara manual oleh operator, berdasarkan hasil pengukuran kualitas feedwater atau hasil pengukuran steam purity dengan menggunakan sodium analyzer , sedangkan continuous blowdown akan membuang air yang mengandung solid dalam drum secara terus menerus dengan besarnya aliran buangan dikontrol berdasarkan hasil pengukuran/perkiraan jumlah kandungan solid dalam feedwater di boiler drum. Pada Unit Blowdown System terdapat dua tangki yaitu flash tank dan blowdown tank . Kedua tangki ini saling berhubungan diamana keluaran dari flash tank akan ditampung di blowdown tank . Masukan pada flash tank merupakan continuous blowdown dari steam drum boiler . Residu blowdown yang meninggalkan flash vessel masih mengandung energi panas yang cukup dan dapat dimanfaatkan kembali dengan memasang sebuah penukarpanas untuk memanaskan air make – up dingin. Sistem pemanfaatan kembali panas blowdown yang lengkap seperti yang digambarkan dibawah dapat memanfaatkan hingga 80% energi yang terkandung dalam blowdown, yang dapat diterapkan pada berbagai ukuran boiler steam.
II.
SISTEM PENGENDALIAN LEVEL FL ASH TANK
Variabel dinamik yang harus dikontrol pada Flash Tank agar proses dapat berlangsung secara optimal adalah level fluida cair di dalam Flash Tank . Level fluida yang terlalu tinggi akan menyebabkan fluida gas (steam) yang dihasilkan akan mengandung uap air sehingga akan membahayakan proses berikutnya disamping itu juga akan men yebabkan kerusakan pada pipa – pipa
yang ada di dalam blowdown. Berikut ini P&ID dari flash tank .
Dalam flash tank , air yang bersifat residu ini dijaga tingkat levelnya dengan menggunakan LT 620 dan LG 620. Perbedaan antara LT 620 dan LG 620 ialah pada LT 620 merupakan level transmitter yang mengubah besaran sensor menjadi sinyal yang bisa dibaca oleh controller yaitu LIC 620. Keluaran pada flash ditampung oleh blowdown system berupa flash steam dan berupa steam untuk masukan ke deaerator. Berikut ini blok diagram sistem pengendalian level flash tank .
PID CONTROLLER
CONTROL VALVE
PLANT FLASH TANK
LEVEL TRANSMITTER
III.
PENURUNAN MODEL DINAMIK TIAP DIAGRAM BLOK
Model matematis plant pada tangki flash tank dibuat dengan asumsi bahwa :
pendekatan bangun ruang flash tank didekati dengan pendekatan bentuk kotak atau balok,
tekanan dan suhu dianggap konstan,
laju aliran masuk (inlet) pada flash tank dianggap konstan,
dinamika ketinggian atau level air dalam tangki flash tank dianggap konstan,
laju aliran keluar untuk air konstan.
Dengan menggunakan hukum kesetimbangan massa, maka diperoleh persamaan di bawah ini.
ℎ = − = ℎ Dimana :
ℎ
: luas tangki : aliran fluida yang masuk ke tangki : aliran fluida yang keluar ke tangki : dinamika volume yg terakumulasi di dalam tangki : tinggi level di dalam tangki : didapat dari
Dari persamaan diatas, maka dapat membentuk persama an baru dengan substitusi seperti berikut ini.
ℎ ℎ = − ℎ = ℎ + semua ruas dikalikan dengan R,
ℎ + ℎ = kemudian diubah ke domain LAPLACE ,
+ = + 1 = = + 1 dari plant didapat : Laju aliran pada flash tank ialah sebesar 2% dari load boiler dimana load boiler itu sendiri sebesar 90.000 kg/jam. Maka nilai Q ialah Q = 2% x 90.000 kg/jam = 1800 kg/jam = 0,5 kg/s D = 50,8 cm, maka r = 25,4 cm = 0.254 m H = 121.92 cm = 1,22 m Perhitungan : 2
A = πr =
3,14 (0,254) 2 = 0,2026 m 2
R = H/Q = 1,22 / 0,5 = 2,44 RA = 2,44 x 0,2026 = 0,49
Jadi apabila dimasukkan ke dalam model dinamik, maka akan tampak seperti berikut ini fungsi transfer dari plant nya.
= + 1 = 2,44 2,440,2026+1 = , ,+
Control Valve yang digunakan pada unit ini adalah LV 620. Dimana persamaan dasarnya adalah sebagai berikut.
= (1+ 1) = dari datasheet control valve didapat : Outlet pressure max flow = 15 Kg / cm 2 (g) Outlet pressure min flow = 3 Kg / cm 2 (g) Inlet pressure max flow = 20 Kg / cm 2 (g) Inlet pressure min flow = 4 Kg / cm 2 (g) Span Out = Aliran maksimum tekanan keluaran – Aliran minimum tekanan keluaran Span In = Aliran maksimum tekanan masukan – Aliran minimum tekanan masukan
∆
− 3 = 0,75 = 15 20−4 = ∆ + : 1,6 sekon :
= = 2,1
= 1,62,1 + 0,3 = 3,84 /
Jadi apabila dimasukkan ke dalam model dinamik, maka akan tampak seperti berikut ini fungsi transfer dari control valvenya.
= (1+ 1) = 0,75(3,841 + 1) , = ,+
Dalam flash tank , air yang bersifat residu ini diukur tingkat levelnya dengan menggunakan transmitter LT 620.
= dari datasheet transmitter didapat : Outlet pressure max flow = 90,2 Kg / cm 2 (g) Outlet pressure min flow = 26,3 Kg / cm 2 (g) Inlet pressure max flow = 20 Kg / cm 2 (g) Inlet pressure min flow = 4 Kg / cm 2 (g) Span Out = Aliran maksimum tekanan keluaran – Aliran minimum tekanan keluaran Span In = Aliran maksimum tekanan masukan – Aliran minimum tekanan masukan
Jadi apabila dimasukkan ke dalam model dinamik, maka akan tampak seperti berikut ini fungsi transfer dari transmitternya.
− = , = ,−,
UJI OPEN LOOP
Untuk mengetahui karakteristik plant supaya bisa ditentukan mode kontrol apa yang cocok untuk pengendalian sistem pada plant tersebut.
UJI CLOSED LOOP
Sebelum perancangan mode kontrol, peneliti melakukan uji kinerja mode kontrol P di lapangan, dan hasilnya tampak pada gambar di bawah ini.
Didapatkan kesimpulan bahwa mode kontrol P di lapangan belum mencapai set point .
Setelah mendapatkan kesimpulan dari mode kontrol P di lapangan yang belum mencapai set point , maka peneliti merancang mode kontrol P yang hasilnya tampak pada gambar di bawah ini. Nilai parameter P, oleh peneliti ditentukan sebesar 31,61.
Didapatkan kesimpulan bahwa mode kontrol P rancangan lebih baik hasilnya daripada mode kontrol P di lapangan. Kondisi sistem telah berhasil mencapai set point .
Setelah mendapatkan kesimpulan dari mode kontrol P rancangan, dari data peneliti didapatkan bahwa overshoot masih sebesar 10%. Sehingga untuk melihat respon yang lebih baik lagi diberikan mode kontrol PI untuk memperbaiki mode kontrol P yang telah dirancang sebelumnya. Nilai parameter P dan I oleh peneliti ditentukan sebesar 31,61 dan 15,51.
Didapatkan kesimpulan bahwa mode kontrol PI menghasilkan settling time yang lebih cepat yaitu sebesar 1,52 detik dari mode kontrol P meskipun overshoot mengalami kenaikan
sebesar 12%. Menurut peneliti, mode kontrol PI baik untuk sistem pengendalian level flash tank meskipun masih terjadi Overshoot namun tetap mendekati nilai set point .
Setelah mendapatkan kesimpulan dari perancangan mode kontrol PI, maka peneliti merancang kembali mode kontrol PID untuk melihat respon sistem yang dihasilkan dan menyimpulkan mode kontrol yang cocok digunakan pada pengendalian level flash tank tersebut. Nilai parameter P, I, dan D diberikan sebesar 31,61, 15,51, dan 8,50.
Didapatkan kesimpulan bahwa mode kontrol PID menghasilkan overshoot yang relatif kecil yaitu sebesar 11%.
