LAPORAN TUGAS AKHIR ANALISIS KINERJA SIS

ANALISIS KINERJA SISTEM PENGENDALIAN TEKANAN DAN LEVEL PADA GAS SCRUBBER

PV- 3 7 0 0 DI JOINT OPERATING BODY PERTAMINA – PETROCHINA JAWA TIMUR

Prayogo Kukuh Rindiart o NRP. 2412100119

Dosen Pembimbing: Dr. Ir. Tot ok Soehart ant o, DEA.

JURUSAN TEKNIK FISIKA Fakul t as Teknol ogi Indust ri Inst it ut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2016

FINAL PROJECT – TF 1 4 1 5 8 1

PRESSURE AND LEVEL CONTROL SYSTEM PERFORMANCE ANALYSYS OF GAS SCRUBBER PV- 3 7 0 0 AT JOINT OPERATING BODY PERTAMINA – PETROCHINA EAST JAVA

Prayogo Kukuh Rindiart o NRP. 2412100119

Supervisor: Dr. Ir. Tot ok Soehart ant o, DEA.

DEPARTMENT OF ENGINEERING PHYSICS Facul t y of Indust rial Technol ogy Inst it ut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2016

ANALISIS KINERJA SISTEM PENGENDALIAN TEKANAN DAN LEVEL PADA GAS SCRUBBER PV-3700 DI JOINT OPERATING BODY PERTAMINA – PETROCHINA, JAWA TIMUR

Oleh: Prayogo Kukuh Rindiarto NRP. 2412100119

Surabaya, Juni 2016 Mengetahui/Menyetujui

Pembimbing

Dr. Ir. Totok Soehartanto, DEA. NIP. 19600901 198701 1 001

Ketua Jurusan Teknik Fisika FTI – ITS

Agus Muhammad Hatta, S.T., M.Si., Ph.D NIP. 19780902 200312 1 002

ANALISIS KINERJA SISTEM PENGENDALIAN TEKANAN DAN LEVEL PADA GAS SCRUBBER PV-3700

DI JOINT OPERATING BODY PERTAMINA – PETROCHINA, JAWA TIMUR TUGAS AKHIR

Diajukan untuk Mememnuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Bidang Studi Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol Program Studi S-1 Jurusan Teknik Fisika Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Oleh: PRAYOGO KUKUH RINDIARTO NRP. 2412100119

Disetujui oleh Tim Penguji Tugas Akhir :

1. Dr. Ir. Totok Soehartanto, DEA. ........ (Pembimbing I)

2. Dr. Ir. Ali Musyafa’, M.Sc. ........ (Penguji I)

3. Hendra Cordova, ST., MT. ........ (Penguji II)

SURABAYA JULI 2016

ANALISIS KINERJA SISTEM PENGENDALIAN TEKANAN DAN LEVEL PADA GAS SCRUBBER PV-3700 DI JOINT OPERATING BODY PERTAMINA – PETROCHINA JAWA TIMUR

Nama Mahasiswa : Prayogo Kukuh Rindiarto NRP

: 2412100119

Jurusan : Teknik Fisika FTI – ITS Dosen Pembimbing : Dr. Ir. Totok Soehartanto, DEA.

Abstrak

Abstrak —Scrubber PV-3700 adalah separator dua fasa yang memisahkan fraksi liquid yang terkandung dalam gas alam. Pengendali pada PV-3700 memiliki dua manipulated

variable (MV) laju aliran output gas Q Gout dan liquid Q Lout

dengan dua variabel proses (PV) tekanan gas dan level kondensat. Deviasi laju aliran input Q in dan temperatur dianggap sebagai disturbance bagi sistem. Perubahan temperatur berbanding lurus dengan jumlah fraksi mol gas dan berbanding terbalik dengan fraksi mol liquid. Hasil respon dinamik didapat pengaruh disturbance laju aliran masukan dan temperatur terhadap perubahan tekanan lebih besar dibandingkan terhadap perubahan level yang diakibatkan oleh fraksi gas yang lebih dominan dibandingkan liquid. Uji performansi pengendalian tekanan dengan disturbance laju aliran input 6.5 mmscfd diperoleh nilai maximum undershoot sebesar 1.4995 % dan pada uji pengendalian level dengan disturbance 6.5 mmscfd diperoleh maximum undershoot sebesar 0.0183 %.

Kata Kunci: disturbance, fraksi gas dan liquid, gas-kondensat, level, tekanan.

PRESSURE AND LEVEL CONTROL SYSTEM PERFORMANCE ANALYSYS OF GAS SCRUBBER PV-3700 AT JOINT OPERATING BODY PERTAMINA – PETROCHINA EAST JAVA

Name of Student : Prayogo Kukuh Rindiarto NRP

: 2412100119

Department : Teknik Fisika FTI – ITS Supervisor

: Dr. Ir. Totok Soehartanto, DEA.

Abstract

Abstract —Scrubber PV-3700 is a 2 phase separator vessel

that is operated to separate gas and liquid fraction in natural gas. Control system in this separator have two manipulated variable (MV) which is gas flow rate in upstream scrubber and liquid flow rate in downstream. These two variables are changed to control the process variables (PV) which is gas pressure and condensate level. Meanwhile the input flow rate and gas-condensate’ temperature considered as a disturbances for control system. From the simulation result indicates that change of temperature’s increase will follow by increase of gas flow rate and decrease of liquid flow rate. The deviation of pressure from its set-point significanly than level’s deviation when disturbance are given. This is because the fraction ratio of gas and liquid that gas more domminated than liquid in inlet gas condensate. Disturbance’s test result with 6.5 mmscfd get 1.4995 % of maximum overshoot in pressure control and 0.0183 % of maximum undershoot in level control.

Keywords: disturbance, gas and liquid fraction, gas-condensate, level, pressure

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan karunianya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dan laporan ini dengan judul

“ ANALISIS KINERJA SISTEM PENGENDALIAN TEKANAN DAN LEVEL PADA GAS SCRUBBER PV- 3700 DI JOINT OPERATING BODY PERTAMINA – PETROCHINA JAWA TIMUR”.

Dalam menyelesaikan tugas akhir terdapat beberapa pihak yang telah memberi bantuan dan dukungan sehingga penulis dapat menyelesaikannya dengan baik dan lancar. Untuk itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah terlibat dalam penyelesaian tugas akhir, terutama kepada :

1. Orang tua (Bapak Daryoto dan Ibu Rini) tercinta yang telah memberikan motivasi, semangat dan segala bantuan yang sangat penulis sayangi.

2. Bapak Dr. Ir. Totok Soehartanto, DEA. selaku pembimbing tugas akhir. Terima kasih atas bimbingan dan arahan yang telah diberikan selama penulis melaksanakan penelitian Tugas Akhir.

3. Bapak Dr. Ir. Ali Musyafa’, M.Sc dan Hendra Cordova, ST., MT selaku dosen penguji saat seminar dan sidang Tugas Akhir.

4. Bapak Agus Muhamad Hatta, ST., MT., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Fisika FTI – ITS.

5. Bapak Amma Muzayyin selaku pembimbing lapangan Tugas Akhir dan supervisor di departemen Production JOB – PPEJ. Terima kasih atas ilmu dan ketersedian Bapak dalam membimbing.

6. Seluruh Dosen Teknik Fisika FTI – ITS yang telah memberikan ilmu selama penulis menjalani masa perkuliahan.

vii

7. Teman seperjuangan dan sepembimbingan Dionisius dan Asrori yang telah memberikan banyak bantuan dan motivasi kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir.

8. Asisten Laboratorium Rekayasa Bahan Teknik Fisika FTI – ITS. Terima kasih telah mengizinkan penilis mengerjakan tugas akhir di ruang asisten.

9. Teman-teman Teknik Fisika ITS Angkatan 2012. Terima kasih atas waktu-waktu yang telah kita habiskan bersama

Mengingat masih banyaknya kekurangan dan kesalahan dalam penulisan laporan tugas akhir ini, penulis memohon maaf yang sebesar-besarnya serta mengharap kritik dan saran dari semua pihak yang membaca laporan ini. Akhirnya, semoga laporan ini dapat bermandaat dan dapat menambah wawasan pengetahuan bagi pembaca maupun penulis sendiri.

Surabaya, 20 Juli 2016

Penulis

viii

3.7. Variasi Parameter Input Gas Kondensat.......... 33

34

3.8. Validasi Model................................................

37

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN....................

37

4.1. Uji Open Loop Sistem.....................................

41

4.2. Uji Closed Loop Sistem...................................

55

BAB V PENUTUP......................................................

DAFTAR PUSTAKA.................................................

LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Gas-Liquid Separator

6 Gambar 2.2 Skema Sistem Kontrol Separasi Gas-Liquid

7 GLCC

Gambar 2.3 Diagram Blok Sistem Kontrol GLCC

8 Gambar 2.4 Diagram Fungsi Faktor Z pada P dan T

9 konstan Gambar 2.5 Diagram Blok PID

12 Gambar 2.6 Aksi Control Valve

14 Gambar 2.7 Bentuk Umum Control Valve

14 Gambar 2.8 Tampilan Aspen HYSYS

17 Gambar 3.1 Diagram Alir Pengerjaan Tugas Akhir

19 Gambar 3.2 Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) 24 Scrubber PV-3700 Gambar 3.3 Stream inlet PV-3700 pada HYSYS

25 Gambar 3.4 Process Flow Sheet Diagram Scrubber PV- 26 3700 pada HYSYS Gambar 3.5 Diagram Blok Model Plant Scrubber PV- 30 3700 Gambar 3.6 Diagram Sistem Pengendalian Tekanan dan 33 Level Scrubber PV-3700 Gambar 4.1 Pengaruh temperatur terhadap fraksi mol inlet 38 fasa gas dan liquid Gambar 4.2 Uji perubahan temperatur inlet tanpa 39 pengendali terhadap tekanan dan level Gambar 4.3 Grafik Open loop dengan pembebanan 41 disturbance flowrate inlet terhadap tekanan dan level

Gambar 4.4 Grafik respon tekanan terhadap disturbance 43 laju aliran inlet Gambar 4.5 Grafik respon level terhadap disturbance laju 43 aliran inlet Gambar 4.6 Grafik respon tekanan terhadap disturbance 46 temperatur

xi

Gambar 4.7 Grafik respon level terhadap disturbance 46 temperatur Gambar 4.8 Respon disturbance laju aliran input 7.3 dan 49

7.5 MMSCFD dengan jeda 10 detik Gambar 4.9 Respon disturbance laju aliran input 7.3 dan 50

6.9 MMSCFD dengan jeda 10 detik Gambar 4.10 Respon disturbance temperatur 105 dan 52 110 0

F dengan jeda 10 detik

Gambar 4.11 Respon disturbance temperatur 105 dan 95 0 F 53 dengan jeda 10 detik

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Rincian Data Spesifikasi Scrubber PV-3700

22 Tabel 3.2 Komposisi Gas Inlet Scrubber

23 Tabel 3.3 Spesifikasi Aktuator LCV-3715

31 Tabel 3.4 Spesifikasi Aktuator PCV-3717

31 Tabel 3.5 Validasi Hasil Perhitungan dengan Simulasi

34 Tabel 4.1 Parameter Performansi Pengendali Tekanan saat 44 diberi disturbance laju aliran input Tabel 4.2 Parameter Performansi Pengendali Level saat

44 diberi disturbance laju aliran input Tabel 4.3 Parameter Performansi Pengendali Tekanan saat 47 diberi disturbance temperatur Tabel 4.4 Parameter Performansi Pengendali Level saat

47 diberi disturbance temperatur Tabel 4.5 Parameter Performansi Pengendali Tekanan saat 51 diberi disturbance laju aliran input berulang Tabel 4.6 Parameter Performansi Pengendali Level saat

51 diberi disturbance laju aliran input berulang Tabel 4.7 Parameter Performansi Pengendali Tekanan saat 53 diberi disturbance temperatur berulang Tabel 4.8 Parameter Performansi Pengendali Level saat

54 diberi disturbance temperatur berulang

xiii

Halaman ini sengaja dikosongkan

xiv

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam proses pengolahan gas terdapat beberapa stage yang harus dilalui. Umumnya gas yang akan diproses diperoleh dari gas outlet pada separator. Gas keluaran separator didinginkan di heat exchanger. Kemudian gas tersebut dilewatkan melalui scrubber agar menghilangkan fasa liquid untuk selanjutnya dibawa menuju kompresor [1] .

JOB Pertamina – Petrochina East Java merupakan salah satu lapangan produksi minyak dan gas yang beroperasi di Indonesia. Dalam sebuah industri minyak dan gas bumi, produksi gas bumi yang berkualitas sangat diperlukan untuk proses pengolahan selanjutnya di kilang. Pada proses pengolahan gas di JOB-PPEJ, gas outlet separator dimasukkan ke dalam gas cooler untuk diturunkan temperaturnya menyebabkan fluida yang terkandung dalam gas mengalami kondensasi. Setelah didinginkan kemudian Gas dimasukkan ke dalam sour gas scrubber untuk dipisahkan kondensatnya [2] .

Scrubber merupakan bagian dari unit Gas Sweetening yang berfungsi untuk memisahkan fraksi berat yang terikut ke dalam gas [2] . Di dalam scrubber fasa liquid yang terbawa dalam aliran gas akan dipisahkan sehingga diperoleh dry gas yang bebas liquid [3] . Cairan (liquid) yang tertinggal di dalam scrubber sebagai kondensat dapat dijadikan nilai tambah produk dimana semakin banyak jumlah gas yang dikeringkan maka semakin banyak kondensat yang didapat [2] .

Salah satu gas scrubber di JOB-PPEJ yang sangat vital adalah PV-3700 yang bekerja memisahkan fasa gas dan liquid dari campuran gas-kondensat hasil pendinginan gas alam keluaran cooler AC-3050. Prinsip pemisahannya yaitu berdasarkan gravity settling . Pada unit ini dihasilkan produk upstream yaitu gas yang dijual ke PT. Gasuma dan produk downstream yang berfasa liquid berupa kondensat disimpan dalam tangki TK-8006 [2] . Gas Salah satu gas scrubber di JOB-PPEJ yang sangat vital adalah PV-3700 yang bekerja memisahkan fasa gas dan liquid dari campuran gas-kondensat hasil pendinginan gas alam keluaran cooler AC-3050. Prinsip pemisahannya yaitu berdasarkan gravity settling . Pada unit ini dihasilkan produk upstream yaitu gas yang dijual ke PT. Gasuma dan produk downstream yang berfasa liquid berupa kondensat disimpan dalam tangki TK-8006 [2] . Gas

Namun cooler yang terdapat pada JOB-PPEJ bekerja berdasarkan mode pengendali ON-OFF sehingga temperatur pendinginan output yang masuk ke scrubber dapat bervariasi. Variasi ini dimungkinkan dapat mempengaruhi proses separasi gas dan kondensat sehingga diperlukan analisis terhadap kinerja scrubber PV-3700 [2] .

Analisis kinerja adalah penyelidikan dan penilaian terhadap kemampuan kerja atau unjuk kerja suatu peralatan atau komponen untuk mengetahui keadaan aktual yang sebenarnya. Dalam hal ini keadaan yang diamati yaitu variabel proses tekanan gas dan level kondensat di dalam scrubber. Sedangkan kinerja yang diteliti yaitu unjuk kerja sistem pengendalian variabel proses yang dilakukan melalui uji pemberian disturbance.

Dalam tugas akhir ini akan dilakukan penelitian mengenai analisis kinerja pengendalian tekanan gas dan level kondensat pada Gas Scrubber PV-3700 dalam memisahkan gas dan kondensat terhadap variasi perubahan variabel proses antara lain temperatur pendinginan dan flow rate gas-kondensat yang masuk.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas maka permasalahan yang diangkat dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Bagaimana kinerja operasional scrubber PV-3700 dalam memisahkan gas dan kondensat jika terjadi perubahan variabel laju aliran input dan temperatur gas kondensat?

2. Bagaimana kinerja sistem pengendalian tekanan dan level pada scrubber PV-3700 jika terjadi perubahan laju aliran gas-kondensat yang masuk dan temperatur?

1.3 Tujuan

Tujuan dilakukannya tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Mendapatkan kinerja operasional/karaktersitik scrubber PV- 3700 melalui perubahan variabel laju aliran input dan temperatur gas kondensat.

2. Mengetahui kinerja sistem pengendalian tekanan dan level pada scrubber PV-3700 saat terdapat disturbance.

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam tugas akhir ini antara lain:

1. Scrubber yang digunakan sebagai objek studi adalah PV- 3700 di CPA JOB-PPEJ.

2. Parameter spesifikasi inlet gas PV-3700 menggunakan data operasional harian dari CPA Joint Operating Body Pertamina–Petrochina di Tuban.

3. Simulasi proses pemisahan gas-kondensat menggunakan HYSYS dengan model termodinamika Soave Redlich Kwong (SRK).

4. Disturbance yang ditetapkan yaitu laju aliran masukan gas kondensat dan temperatur.

Halaman ini sengaja dikosongkan

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini berisi teori dasar yang melandasi alur berpikir dalam menyelesaikan permasalahan dan mencapai tujuan dari penelitian tugas akhir ini. Teori – teori tersebut mencakup hal – hal yang mendukung dan menjadi dasar rujukan dalam tugas akhir. Pengambilan dasar teori berasal dari text book, jurnal ilmiah, Manual Book yang di akses dari perpustakaan perusahaan tempat penulis mengambil data. Pembuatan model proses dengan mengambil beberapa asumsi/pendekatan yang didasarkan pada berbagai referensi juga disajikan dalam bab ini.

2.1 Prinsip Kerja Scrubber

Scrubber atau yang biasa dikenal sebagai Two-phase Separator atau Gas-Liquid Separator merupakan peralatan yang bekerja untuk menjernihkan gas dari kondensat yang masih tercampur di dalam gas agar dihasilkan produk sesuai permintaan pembeli. Scrubber dapat memiliki bentuk vertikal maupun horizontal

yang terpasang di unit-unit pengolahan gas [5] . Khusus untuk vertical scrubber digunakan untuk memisahkan liquid dari

aliran dengan gas-to-liquid ratio yang tinggi [6] . Proses pemisahan/separasi dua fasa gas-liquid sering

dilakukan dalam berbagai macam industri seperti industri nuklir, kimia dan perminyakan dimana proses pemisahannya dapat berdasarkan gaya gravitasi dan sentrifugal [7] . Syarat-syarat separasi dapat dilakukan yaitu [8] :

1. sebelum memasuki separator harus sudah terbentuk fasa liquid dan fasa vapor

2. komponen-komponen yang akan dipisahkan harus memiliki volatilitas yang berbeda.

Gambar 2.1 Gas-Liquid Separator

2.2 Sistem Gas Liquid Cylindrical Cyclone (GLCC)

Separator dua fasa yang umumnya sering digunakan yaitu jenis separator cyclone [7] . Fasa liquid yang memiliki fraksi berat

akan terdorong secara radial menuju dinding cylinder jatuh ke bagian dasar sedangkan fasa gas yang lebih ringan akan bergerak menuju pusat cyclone dan terbawa keluar menuju bagian atas kolom GLCC.

Penerapan separator GLCC dapat digunakan dalam aplikasi metering fasa gas dan liquid dalam aliran atau dalam proses separasi gas dan liquid. Pada GLCC yang diterapkan dalam separasi memiliki pengendali level liquid dan/atau tekanan gas untuk mencegah adanya liquid yang terbawa aliran gas atau gas yang terbawa aliran liquid. GLCC memiliki dua control valve sebagai aktuator yang terdapat pada outlet gas (GCV) dan liquid (LCV) [10] . Model dinamik proses separasi gas dan liquid dalam kolom GLCC dapat diturunkan dari persamaan kesetimbangan massa [11] .

Gambar 2.2 Skema Sistem Kontrol Separasi Gas-Liquid GLCC

Berdasarkan gambar 2.2 pada separator GLCC terdapat input aliran multi-fasa gas-liquid dan output single phase yaitu masing- masing pada gas outlet dan liquid outlet. Sensor level dan sensor tekanan digunakan masing-masing untuk mengetahui dinamika ketinggian cairan dan tekanan gas dalam separator. Untuk mengendalikan level liquid dan tekanan gas pada separator, sinyal dari tiap sensor dikirim ke kontroller yang kemudian diolah menjadi sinyal manipulasi yang dikirim ke aktuator untuk mengatur bukaan valve dari liquid outlet dan gas outlet [11] .

Gambar 2.3 Diagram Blok Sistem Kontrol GLCC

2.3 Gas Kondensat

Gas kondensat adalah campuran hidrokarbon yang memiliki rasio perbandingan antara fasa gas dengan oil yang tinggi [12] . Berat

molekul yang tinggi disebabkan oleh adanya fraksi hidrokarbon berat yang terkandung di dalamnya. Karakteristik fasa liquid sangat bergantung pada keadaan termodinamik campuran hidrokarbon [12] . Perlakuan gas kondesat dengan melakukan penurunan tekanan akan menyebabkan penurunan densitas dan sebaliknya. Namun sebaliknya jika temperatur gas kondensat diturunkan maka densitasnya yang akan meningkat dan sebaliknya. Jika gas kondensat ini diproduksi akan berubah menjadi dua fasa yaitu gas dan liquid apabila tekanannya diturunkan hingga dibawah titik embun (dew point) [13] .

Kandungan hidrokarbon pada campuran gas kondensat didominasi oleh metana, etana, serta sejumlah kecil fraksi propana, butana, pentana, heksana dan heksana plus (C6+). Dalam analisis komponen hidrokarbon, C6+ didefinisikan sebagai komponen terakhir yang terdiri dari fraksi berat hidrokarbon setelah heptana.

2.4 Compressibility Factor (Z)

Compressibility factor adalah ukuran deviasi perilaku dari real gas

terhadap properties gas ideal [14] . Gas ideal adalah gas yang memiliki densitas relatif rendah serta memenuhi persamaan

keadaan gas yang menghubungkan properti tekanan (P), temperatur (T) dan volum (V) pada keadaan tertentu.

(2.1) Khusus untuk udara persamaan gas ideal berlaku dan akurat pada jangkauan tekanan hingga 3000 kPa pada temperatur ruang dan temperatur hingga -130 0

C pada tekanan atmosfer. Gas pada tekanan relatif tinggi (umumnya >4Mpa) dan temperatur dekat dengan temperatur jenuh memiliki penyimpangan terhadap persamaan gas ideal [15] . Penyimpangan tersebut sangat bergantung oleh komposisi, tekanan dan temperatur gas sehingga untuk mengoreksi asumsi-asumsi pada gas ideal disertakan variabel compressibility factor (Z) sebagai faktor koreksi pada persamaan keadaan gas ideal [14] .

Gambar 2.4 Diagram Fungsi Faktor Z pada P dan T konstan

Dalam keadaan ideal nilai Z adalah satu sedangkan gas riil bervariasi antara 0.7 hingga 1.2. Nilai compressibility factor tidak Dalam keadaan ideal nilai Z adalah satu sedangkan gas riil bervariasi antara 0.7 hingga 1.2. Nilai compressibility factor tidak

dengan:

Pada industri minyak dan gas, perhitungan faktor Z sangat penting dan diperlukan dalam proses pengiriman dan penjualan natural gas untuk melakukan pengukuran laju aliran volume gas. Ketidakakuratan pengukuran compressibility factor dapat menghasilkan error pada volume flow metering sehingga dapat menyebabkan kerugian dari sisi pembeli maupun penjual [14] . Perhitungan compressibility facor dapat dilakukan dengan metode empiris, korelasi dan persamaan keadaan gas. Hubungan Z dengan persamaan keadaan gas ideal yaitu sebagai berikut [16] :

(2.3) Keterangan: P = tekanan (Pascal)

V = volume gas (m 3 ) n G = mol gas (mol)

R = konstanta gas universal (8,314 J/mol-K) T = temperatur (K) Z = compressibility factor

Perhitungan empiris compressiblility factor menurut American Gas Association (AGA) dapat dinyatakan dalam hubungan densitas massa (ρ) dan molar (d) [17] .

(2.5) Massa molar pada persamaan (2.5) adalah massa molar dari campuran gas yang dihitung berdasarkan komposisi dari masing- masing fraksi.

(2.6) Subtitusi persamaan (2.5) dan (2.6) ke persamaan (2.1) sehingga didapat persamaan hubungan densitas massa dan molar terhadap compressibility factor .

2.5 Pengendali Proportional Integral Derivative (PID)

Pengendali PID adalah suatu algoritma pengendalian yang bekerja untuk menghitung besarnya koreksi yang diperlukan dalam suatu kontroler atau alat pengendali untuk mengendalikan sebuah proses. Pengendali PID terdiri dari pengendali proportional (P), integral (I) dan derivative (D). Setiap kekurangan dan kelebihan dari P, I dan D dapat saling menutupi dengan menggabungkan ketiganya secara paralel menjadi pengendali PID [18] .

 Pengendali Proportional

Pengendali proportional memiliki keluaran yang sebanding dengan besarnya sinyal error. Dengan kata lain dapat dikatakan bahwa keluaran pengendali proportional merupakan perkalian antara konstanta proportional (K p ) dengan masukan sinyal error (e). K p menunjukkan nilai faktor penguatan terhadap sinyal kesalahan. Perubahan pada sinyal masukan menyebabkan sistem secara langsung mengubah keluarannya sebesar konstanta pengalinya [18] .

 Pengendali Integral

Pengendali integral berfungsi agar respon dinamik sistem memiliki error steady state (e ss ) sama dengan nol. Pengendali integral memiliki karakteristik seperti operasi integral karena keluaran pengendali ini merupakan penjumlahan terus menerus dari perubahan masukannya. Jika sinyal kesalahan tidak mengalami perubahan, keluaran akan menjaga keadaan seperti sebelum terjadinya perubahan masukan [18] .

 Pengendali Derivative

Pengendali derivative memiliki karakteristik seperti operasi diferensial. Ketika terjadi perubahan yang mendadak pada Pengendali derivative memiliki karakteristik seperti operasi diferensial. Ketika terjadi perubahan yang mendadak pada

mempercepat respon sebuah sistem, menghilangkan offset dan

menghasilkan perubahan awal yang besar. Gambar 2.5 merupakan

diagram blok pengendali PID yang dipasang secara paralel. Respon pengendali PID sangat dipengaruhi oleh kontribusi penyetelan atau tuning konstanta K [18]

p ,T i , dan T d .

Gambar 2.5 Diagram Blok PID

Respon dinamik sistem terhadap waktu terdiri dari dua yaitu respon transien dan respon steady state. Respon sistem saat diberikan perubahan sinyal input atau disturbace/load dari keadaan awal menuju ke keadaan akhir yang baru disebut dengan respon transien. Sedangkan respon steady state terjadi ketika output sistem mendekati nilai tertentu pada. Untuk mengukur kualitas respon transien dalam mencapai keadaan steady state digunakan

parameter penilaian antara lain: rise time (t r ), delay time (t d ), peak time

(t [19]

p ), settling time (t s ), dan maximum overshoot (M p ) .

2.6 Sensor Tekanan dan Level

Model fungsi alih pressure transmitter dan level transmitter didapatkan dengan pendekatan fungsi alih orde satu. Berikut Model fungsi alih pressure transmitter dan level transmitter didapatkan dengan pendekatan fungsi alih orde satu. Berikut

G PT dan G LT merupakan gain dari pressure transmitter dan level transmitter serta τ adalah time constant.

2.7 Control Valve

Control valve bertugas melakukan langkah koreksi terhadap variabel termanipulasi sebagai hasil akhir dari sistem pengendalian. Control valve merupakan salah satu elemen pengendali akhir (final element control) yang paling umum digunakan [18] .

2.9.1 Jenis-Jenis Control Valve

Berdasarkan aksinya control valve dibedakan menjadi dua macam, yaitu :  Air to Open (ATO)

ATO adalah kondisi posisi valve yang pada saat normal terbuka (open) dan ketika mendapatkan sinyal kendali masukan (4 – 20 mA atau 3 – 15 psig) posisi valve menutup secara proporsional dengan sinyal kendali tersebut.

 Air to Close (ATC) ATC adalah kondisi posisi valve yang pada saat normal tertutup (close) dan ketika mendapatkan sinyal kendali masukan (4 – 20 mA atau 3 – 15 psig) posisi valve membuka

secara proporsional dengan sinyal kendali tersebut.

Gambar 2.6 Aksi Control Valve

Ada beberapa jenis tipe control valve, seperti globe valve, ball valve , butterfly valve, dan gate valve. Gambar 2.10 di bawah ini menggambarkan bentuk umum control valve [18] .

[18] Gambar 2.7 Bentuk Umum Control Valve

2.9.2 Laju Aliran pada Control Valve

Laju aliran discharge dari control valve ditentukan oleh koefisien kapasitas flow liquid (Cv) yang besarnya dapat bervariasi tergantung dari ukuran dan jenis valve. Nilai Cv dari suatu valve yang mengalirkan air atau fluida sejenis dapat dihitung dengan menggunakan persamaan dasar sizing berikut

Keterangan: Q = kapasitas flow (gallon per minute) Cv = koefisien kapasitas flow liquid ɣ L = spesific gravity liquid

ɣ G = spesific gravity gas ΔP = P-P out = pressure drop (psia)

Cv menyatakan banyaknya volum air dalam satuan U.S gallon pada suhu standar 60 0

F yang mengalir melewati valve ketika terjadi pressure drop antara masukan dengan discharge sebesar 1 psia. Sedangkan untuk fluida berupa gas, nilai koefisien kapasitas alirannya dinyatakan dengan nilai Cg [20] . Persamaan sizing valve untuk fluida gas dapat dinyatakan dengan persamaan di bawah ini.

2.9.3 Fungsi Alih Control Valve

Model fungsi alih control valve didapatkan dengan pendekatan fungsi alih orde satu. Dibawah ini merupakan persamaan fungsi alih orde satu control valve [18] .

Perhitungan time constant dilakukan pada persamaan 2.17 dibawah ini

2.8 Software HYSYS

Hysys adalah perangkat lunak process engineering yang digunakan dalam simulasi unit proses atau multi unit proses yang terintegrasi, intuitive, iterative, open, dan extensible. Kegunaan perangkat lunak ini yaitu untuk aplikasi di industri seperti perancangan suatu industri, memonitor kemampuan dari industri yang telah ada dan berjalan, melacak permasalahan proses yang terjadi di industri, dan optimalisasi proses seperti meningkatkan kemungkinan kapasitas produksi dari plant. Cakupan penggunaan dari software Hysys adalah sebagai berikut :  Conceptual analysis,  Process design,  Project design,

 Operability and safety,  Automation,  Asset utilization.

Dalam Hysys terdapat dua jenis mode simulasi yang dapat dilakukan yaitu steady state dan dynamic. Tahapan yang perlu dilalui dalam perancangan suatu sistem di Hysys yaitu:

1) desain simulasi steady state

2) mendefinisikan karakteristik dinamik equipment

3) mengubah mode simulasi dari steady state menjadi mode dynamic

4) menambah pengendali feedback ke simulasi

5) membuat stripchart sebagai record data

6) dynamic tests

7) tuning pengendali Gambar berikut ini merupakan tampilan antar muka dari Aspen HYSYS.

Gambar 2.8 Tampilan Aspen Hysys

Halaman ini sengaja dikosongkan

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Alur Penelitian

Pada subbab ini dijelaskan mengenai prosedur tahapan dalam penelitian tugas akhir yang dilakukan guna mencapai tujuan. Berikut ini akan disebutkan beberapa tahapan dalam analisa sistem pengendalian tekanan dan level Scrubber PV-3700 di JOB-PPEJ. Diagram alir dari tugas akhir ditunjukkan pada gambar 3.1 berikut ini.

Mulai

Studi Literatur

Pengambilan Data di Lapangan

Pemrograman simulasi Gas Scrubber PV-3700

Pemodelan Scrubber PV-3700

Validasi Model

Tidak

Sesuai

Ya A

Variasi Parameter Inlet

Scrubber PV-3700

Uji Respon Dinamik

Disturbance

Analisis Data

Selesai

Gambar 3.1 Diagram Alir Pengerjaan Tugas Akhir

a. Pengambilan data plant

Pengambilan data plant meliputi pengambilan data spesifikasi komponen seperti sensor (sensor level dan tekanan), aktuator (level dan pressure control valve), spesifikasi plant Scrubber PV-3700. Selain itu juga dilakukan pengambilan data penunjang antara lain piping and instrument diagram (P&ID) dan process flow diagram dari plant serta data operasional proses hubungan input-output plant dari DCS selama rentang waktu tertentu.

b. Pemrograman Simulasi Plant

Simulasi proses di Hysys dilakukan dengan memasukkan data parameter spesifikasi gas-kondensat inlet PV-3700 yaitu komposisi material, laju aliran inlet, temperatur, tekanan Simulasi proses di Hysys dilakukan dengan memasukkan data parameter spesifikasi gas-kondensat inlet PV-3700 yaitu komposisi material, laju aliran inlet, temperatur, tekanan

c. Pemodelan plant, sensor, dan aktuator

Pembuatan model proses pada Scrubber PV-3700 dilakukan berdasarkan persamaan hukum kesetmbangan massa. Hal ini disebabkan proses dalam Scrubber PV-3700 adalah proses separasi tanpa melibatkan perpindahan energi. Pemodelan dilakukan untuk menjelaskan perilaku dari kinerja Scrubber PV-3700 sehingga diperoleh fungsi transfer yang merepresentasikan real plant. Sedangkan untuk pemodelan sensor dan aktuator dilakukan menggunakan persamaan dan data spesifikasi yang ada sesuai datasheet.

d. Validasi

Validasi pemodelan dilakukan untuk memastikan model dapat merepresentasikan sistem plant yang sesungguhnya. Parameter yang divalidasi yatu laju aliran input fasa gas dan liquid yang diperoleh dari hasil simulasi Hysys dimana data keduanya digunakan untuk pemodelan matematik. Validasi model matematik dilakukan dengan membandingkan parameter spesifikasi gas-kondensat hasil simulasi Hysys dengan perhitungan menggunakan data spesifikasi proses di plant saat kondisi normal.

e. Variasi Parameter Gas-Kondensat Inlet Scrubber

Aliran gas-kondensat yang masuk ke Scrubber PV-3700 memiliki parameter yang tidak konstan pada properties gas- kondensat yang masuk seperti: komposisi, temperatur pendinginan cooler dan laju aliran inlet. Namun dalam penelitian ini laju aliran inlet scrubber dan temperatur Aliran gas-kondensat yang masuk ke Scrubber PV-3700 memiliki parameter yang tidak konstan pada properties gas- kondensat yang masuk seperti: komposisi, temperatur pendinginan cooler dan laju aliran inlet. Namun dalam penelitian ini laju aliran inlet scrubber dan temperatur

f. Pengujian Respon Dinamik dengan Disturbance

Analisis respon dinamik didasarkan pada pemberian uji performansi sistem kendali PID dengan memberikan disturbance variasi flow rate gas-kondensat dan temperatur pendinginan yang nilainya ditentukan.

g. Penyusunan laporan Tugas Akhir

Penyusunan laporan tugas akhir berupa pembukuan serta dokumentasi dari semua langkah yang telah ditempuh dalam pengerjaan tugas akhir berupa tulisan ilmiah.

3.2 Pengambilan Data Spesifikasi Plant

Data – data spesifikasi yang dibutuhkan untuk pemodelan plant unit pemisahan gas-kondensat Scrubber PV-3700 terdapat pada tabel 3.1 dan 3.2 di bawah ini. Data spesifikasi Scrubber PV-3700 diperoleh dari Production Department sedangkan data komposisi gas inlet diperoleh dari Laboratory section di Central Processing Area (CPA) JOB Pertamina-Petrochina East Java, Tuban.

Tabel 3.1 Rincian Data Spesifikasi Scrubber PV-3700

Notasi

Keterangan

Nilai dan Satuan

total Volume scrubber 22,78 m Volume normal kondensat

liquid 2,14 m (saat set-point level)

Volume normal kondensat

3 V gas 20,64 m (saat set-point level)

d Diameter

8 ft

H total Tinggi total 16 ft Tinggi maksimum kondensat

H max 0,89 m

(LSHH)

min Tinggi minimum kondensat 0,13 m

(LSLL) T 0 Temperatur gas-kondensat 97,8 F

P set Tekanan set point 73,7 psig

40 % γ L Spesific Gravity kondensat

H set Level set point

0,726 γ G Spesific Gravity gas

1,173

Tabel 3.2 Komposisi Gas Inlet Scrubber (Petrokimia Gresik,2016)

Komponen Komposisi (% mol) Nitrogen

0.164 CO 2 40.402 CH 4 41.116

C 2 H 6 4.346

C 3 H 8 3.562 i-C 4 H 10 1.327 n-C 4 H 10 1.749

i-C 5 H 12 1.03 n-C 5 H 12 0.937

C 6 + 3.475

H 2 S 1.892

3.3 Simulasi Input-Output Plant

Input yang masuk ke scrubber adalah campuran gas- kondensat ouput dari three phase separator PV-9900 setelah gas dikondensasi di cooler AC-3050 sedangkan output dari PV-3700 adalah aliran gas dan liquid outlet. Dry gas yang minim akan cairan akan alirkan ke PT. Gasuma untuk dijual sedangkan kondensat yang terbentuk akan dibawa ke tangki penampungan TK-8006 untuk disimpan.

Gambar 3.2 Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) Scrubber PV-3700 Sistem pemisahan gas-kondensat pada Scrubber PV-3700 adalah sistem multi input multi output (MIMO). Manipulated variable (MV) dalam sistem ini yaitu laju aliran keluaran upstream gas Q Gout dan laju aliran keluaran downstream kondensat Q Lout . Keduanya diatur dengan mengatur opening percentage dari control valve PCV-3717 dan LCV-3715. Sedangkan variabel yang dikendalikan atau process variable (PV) yaitu besarnya pressure dan level liquid dalam scrubber yang dibaca oleh sensor PT-3709 dan LT-3704. Pada keadaan tunak tanpa ada gangguan laju aliran yang masuk scrubber (Q Gin +Q Lin ) adalah tetap.

Pada penelitian ini sistem separasi gas-kondensat Scrubber PV-3700 disimulasikan menggunakan bantuan perangkat lunak

Hysys

7.3. Fluid package yang digunakan dalam simulasi penelitian ini yaitu berdasar model termodinamika Soave Redlich – Kwong (SRK). Pemilihan ini didasari karena model SRK telah banyak diaplikasikan secara luas pada industri pemrosesan gas [22] .

3.3.1 Inisiasi Stream Inlet

Langkah awal untuk memulai simulasi pada Hysys yaitu mendefinisikan stream inlet dengan memasukkan data spesifikasi gas-kondensat yang masuk ke kolom scrubber. Dalam perancangan simulasi, pada stream inlet dimasukkan parameter besarnya flow rate yang masuk, komposisi gas inlet scrubber, tekanan dan temperatur.

Gambar 3.3 Stream inlet PV-3700 pada HYSYS

Data flow rate, temperatur dan tekanan yang dimasukkan pada stream inlet menggunakan data rata-rata operasional harian pada lampiran C.1. Sedangkan komposisi menggunakan data sampling bulanan gas keluaran three phase separator PV-9900 yang merupakan inlet dari scrubber PV-3700 pada tabel 3.2.

Dari hasil inisiasi stream inlet dengan memasukkan laju aliran gas-kondensat, komposisi, tekanan dan temperatur maka diperoleh data laju aliran fraksi gas Q Gin dan liquid Q Lin yang digunakan dalam pemodelan dengan perbandingan Q Gin dan Q Lin didapatkan sebesar 0.9988:0.0012. Sedangkan perbandingan mol fraksi gas dan liquid didapatkan sebesar 0.9684:0.0316.

3.3.2 Inisiasi Kolom Scrubber

Komponen scrubber pada software Hysys menggunakan komponen jenis kolom separator. Pada komponen ini dimasukkan data geometri scrubber pada tabel 3.1. Mengacu pada gambar 3.6 dari flow sheet diagram yang dibuat, stream masukan scrubber adalah Inlet dan stream output adalah stream out_vap dan out_liq. kemudian pada stream inlet dimasukkan parameter besarnya flow rate yang masuk, komposisi gas kondensat masukan scrubber, tekanan dan temperatur.

Gambar 3.4 Process Flow Sheet Diagram Scrubber PV-3700 pada HYSYS

3.4 Pemodelan Plant Scrubber PV-3700

Pemodelan plant pada penelitian ini adalah pemodelan sistem pengendalian tekanan dan level berdasarkan hukum kesetimbangan massa menggunakan pendekatan model separator Gas-Liquid Cylindrical Cyclone (GLCC) oleh (Wang,2001). Scrubber memiliki karakteristik yang sama dengan separator, karena prinsip pemisahan fasa gas dan liquid pada scrubber berdasarkan gravity settling [11] . Tujuan dari pemodelan ini adalah untuk mendapatkan persamaan hubungan antara perubahan level kondensat dan tekanan gas di scrubber sebagai variabel yang dikendalikan dan laju aliran massa yang keluar dari gas outlet dan liquid outlet scrubber sebagai variabel yang dimanipulasi.

Sehingga dari hasil pemodelan tersebut diperoleh persamaan fungsi transfer sistem dalam domain Laplace.

Dalam melakukan pemodelan plant digunakan beberapa asumsi yaitu:  Temperatur scrubber (T) tetap  compressible factor gas inlet tetap  massa jenis gas dan liquid konstan  Tidak ada perubahan fasa dalam vessel

Secara umum, penurunan persamaan kesetimbangan massa dapat ditunjukkan sebagai berikut:

=laju aliran massa gas masuk (m 3 /s)

= laju aliran massa gas keluar (m 3 /s)

= laju aliran massa kondensat masuk (m 3 /s)

=laju aliran massa kondensat keluar (m 3 /s)

a. Kesetimbangan Massa Fasa Liquid Total perubahan massa liquid dalam scrubber yaitu selisih antara perubahan massa liquid yang masuk dengan yang keluar

Dengan asumsi rapat jenis liquid adalah tetap maka persamaan (3.4) dapat menjadi

Persamaan (3.5) dapat diturunkan berdasarkan geometri scrubber hubungan antara laju perubahan level liquid dengan laju perubahan volume liquid

Selanjutnya dihitung dengan memasukkan nilai besaran yang diperlukan sehingga diperoleh fungsi alih untuk proses dinamika level adalah sebagai berikut.

b. Kesetimbangan Massa Fasa Gas Hubungan kesetimbangan fasa gas dalam scrubber didasarkan oleh persamaan keadaan gas non ideal pada persamaan (2.1). Penurunan terhadap waktu maka akan diperoleh persamaan berikut.

Sedangkan volume gas dalam scrubber merupakan selisih antara volume total scrubber dengan volume liquid di dalamnya.

c. Persamaan Level Liquid dan Tekanan Gas Volume total scrubber adalah konstan sehingga perubahan volume liquid akan sama dengan perubahan volume gas.

(3.12) Dari penurunan persamaan keadaan gas di persamaan 3.12,

perubahan tekanan diakibatkan oleh dua keadaan yaitu perubahan jumlah massa gas dan volume ruang yang ditempati gas di dalam scrubber.

Volume gas V G akan tetap ketika jumlah massa liquid di dalam scrubber konstan atau tidak ada perubahan level liquid. Dengan asumsi tidak ada perubahan fasa maka perubahan Volume gas V G akan tetap ketika jumlah massa liquid di dalam scrubber konstan atau tidak ada perubahan level liquid. Dengan asumsi tidak ada perubahan fasa maka perubahan

Jumlah mol gas n G di dalam scrubber akan tetap ketika laju aliran gas yang masuk sama dengan yang keluar atau tidak ada perubahan massa gas. Perubahan tekanan dipengaruhi oleh kompresi atau ekspansi akibat perubahan level liquid sehingga perubahan tekanan merupakan fungsi dari perubahan laju aliran liquid yang masuk dengan yang keluar.

Subtitus persamaan hubungan tekanan gas pada persamaan (3.13) dan (3.14) akan didapat

Untuk mempermudah perhitungan maka dilakukan pendefinisian berikut

(3.15) Nilai Mr dan faktor-Z dihitung menggunakan persamaan 2.7.

Untuk menghitung massa molekul relatif M r digunakan data faktor Z dan densitas gas ρ 0 G pada keadaan standar (60

F, 14.7 psia). Sedangkan untuk menghitung Z pada keadaan aktual menggunakan data densitas gas aktual dan M r . Selanjutnya dengan memasukkan nilai besaran yang diperlukan dan merubah persamaan ke dalam domain laplace sehingga diperoleh fungsi alih untuk proses dinamika tekanan.

Keterangan:

: laju aliran kondensat masuk (m /s) q 3 Lout : laju aliran kondensat keluar (m /s)

Lin

q Gin

: laju aliran gas masuk (m 3 /s) q 3

Gout : laju alian gas keluar (m /s)

h: level kondensat dalam scrubber (m)

h set : level kondensat set-point dalam scrubber (m)

V Gset : volume gas pada kolom saat h set Z: compressible factor (dimensionless) R: konstanta gas (8,314 Joule/mol-K) T: temperatur gas-kondensat (K)

ρ G : massa jenis gas (kg/m 3 ) M G : berat molekul gas-kondensat (kg/mol)

Pada kondisi steady state berlaku Q in =Q out dan untuk masing- masing fasa berlaku kesetimbangan Q Lin =Q Lout , Q Gin =Q Gout sehingga tidak ada perubahan tekanan dan level dalam scrubber. Nilai Q Lin dan Q Gout diambil dari perhitungan fraksi gas dan liquid di Hysys dengan memasukkan data Q in , komposisi, tekanan dan temperatur pada stream inlet. Tekanan dan level pada kondisi steady ini dijadikan nilai referensi awal dalam simulasi di Matlab- Simulink. Penentuan nilai P ref dan H ref diperoleh dari rata-rata data operasional harian pada lampiran C.1. Tekanan dan level yang dijadikan referensi yaitu 72,2 psig dan 40%.

Q L,in

+ Q L,out

Q G,in

+ + + Q G,out

Gambar 3.5 Diagram Blok Model Plant Scrubber PV-3700

3.5 Pemodelan Matematis Aktuator

Aktuator yang terdapat pada PV-3700 ini adalah control valve PCV-3717 dengan karakteristik normally close atau air to open yang berfungsi untuk mengatur besar laju aliran dari sales gas yang keluar dari plant dan LCV-3715 dengan karakteristik normally open atau air to close yang berfungsi untuk mengatur besar aliran dari kondensat yang keluar plant. Masukan dari aktuator ini berupa sinyal arus yang memiliki rentang 4 – 20 mA dan dikonversikan ke dalam sinyal pneumatik (I/P) 3-15 psig agar diperoleh output dalam rupa bukaan control valve 0 – 100% dan menghasilkan ouput berupa besar laju aliran (m 3 /s). Dibawah ini merupakan spesifikasi singkat aktuator dari datasheet vendor.

Tabel 3.3 Spesifikasi Aktuator LCV-3715

Merk Aktuator Fisher 667 Ukuran

40 Air to Open

3-15 psig Jenis

Pneumatik Travel

3/4 Rating

150 RF

Tabel 3.4 Spesifikasi Aktuator PCV-3717

Merk Aktuator Fisher 657 Ukuran

70 Air to Close

3-15 psig Jenis

Pneumatik Travel

3/4 Rating

150 RF

C g 9,79

Perhitungan gain control valve dapat dinyatakan dengan persamaan 2.10 dimana aliran maksimum ketika valve membuka 100% adalah 0,01749 m 3 /s yang melewati valve kondensat dan 0,6977 m 3 /s untuk valve sales gas. Dengan menggunakan persamaan 2.11 diatas bahwa Tv adalah time stroke yang bernilai

1,5 detik dan Rv bernilai 0,03 detik untuk jenis diapraghm akan didapatkan time constant sebesar 2.575 detik. Sehingga dengan pehitungan berdasarkan persamaan 2.13 akan didapat fungsi alih control valve sebagai berikut.

3.6 Pemodelan Matematis Sensor

Sensor dari sistem pengendalian level dan tekanan pada scrubber PV-3700 memiliki tag number PI-3709 dan LT-3715. Pressure transmiter untuk monitoring tekanan berkerja pada rentang 4 psig sampai 100 psig. Output yang dihasilkan berupa sinyal elektrik dengan range 4–20 mA. Fungsi alih pressure transmitter didapatkan dari persamaan 2.7, dengan memasukkan time constant dari pressure transmitter pada data proses sebesar

0.2 detik sehingga didapatkan

Sedangkan Level Transmitter untuk memonitoring level diset pada range 130 hingga 890 mm dengan output berupa sinyal elektrik dengan range 4–20 mA. Fungsi alih level transmitter didpatkan dari persamaan 2.9.

3.7 Variasi Parameter Input Gas-Kondensat

Dalam tugas akhir ini dilakukan variasi disturbance berupa perubahan laju aliran input Q in dan temperatur pendinginan gas- kondensat T. Lalu diamati efeknya terhadap respon perubahan process variable (PV) level dan tekanan. Pemberian uji ini diberikan saat kondisi open loop dalam mode manual dan closed loop untuk mengetahui performansi pengendali PID terhadap gangguan yang diberikan.

3.7.1 Simulasi Open loop

Pengambilan data open loop di HYSYS dilakukan dengan mengubah mode kontroler pada pengendali tekanan dan level dari mode auto menjadi mode manual untuk mengetahui karakteristik dinamik dari plant ketika terjadi perubahan sinyal disturbance. Variasi tersbeut dilakukan agar diperoleh respon transien dari process variable (PV) perubahan tekanan dan level. Pemberian disturbance dilakukan pada saat plant berada pada kondisi steady agar diketahui dampak yang ditimbulkannya terhadap variabel proses.

3.7.2 Penerapan Sistem Pengendalian

Pengendali yang digunakan pada PIC-3709 dan LIC-3715 menggunakan mode Proportional, Integral, Derivative atau PID. Parameter gain PID didapat dari trial and error dengan nilai Kp=10, Ki=0.5 pada loop pengendalian tekanan dan untuk loop pengendalian level yaitu Kp=20, Ki=2 dan Kd=5.

Q L,in +

Q L,out

+ Proses 1

Hset LIC-3715

LCV-3715

LT-3704 Q G,in

Pset + PIC-3709

Q G,out –

+ Proses 2 P

PCV-3717

PT-3709

Gambar 3.6 Diagram Blok Sistem Pengendalian Tekanan dan Level Scrubber PV-3700

Pada diagram blok pengendalian diatas, proses 1 merupakan fungsi alih variabel level sedangkan proses 2 merupakan fungsi alih variabel tekanan. Dalam tugas akhir ini dilakukan uji Pada diagram blok pengendalian diatas, proses 1 merupakan fungsi alih variabel level sedangkan proses 2 merupakan fungsi alih variabel tekanan. Dalam tugas akhir ini dilakukan uji

3.8 Validasi

Validasi dilakukan guna memberikan kepastian terhadap pemodelan matematik sistem yang telah didapatkan. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, nilai laju aliran fraksi gas Q Gin dan liquid Q Lin yang digunakan untuk pemodelan diperoleh dari simulasi di Hysys. Untuk mengetahui bahwa kedua data simulasi Hysys tersebut dapat merepresentasikan laju sebenarnya maka dilakukan validasi dengan menggunakan hasil perhitungan manual. Namun karena keterbatasan data maka validasi data menggunakan parameter lain yang dapat mewakili. Data parameter yang dibandingkan yaitu massa jenis fraksi gas-liquid, faktor-Z dan massa molekul relatif M r gas.

Tabel 3.5 Validasi Hasil Perhitungan dengan Simulasi

Hasil

Parameter Error (%) Perhitungan

Hysys

G 7.913 kg/m 7.795 kg/m 1.491

L 721.274 kg/m 691.076 kg/m

2.166 Z (97.8 F,

M r(G) 33.466 gr/mol 32.742 gr/mol

86.9 psia)

Densitas gas diperoleh dari perkalian sepsific gravity gas ɣ G pada tabel 3.1 dengan densitas udara pada tekanan dan temperatur aktual. Sedangkan densitas liquid diperoleh dari perkalian spesific gravity liquid ɣ L pada tabel 3.1 dengan densitas air pada tekanan dan temperatur aktual. Nilai faktor Z dan M r gas dapat dihitung Densitas gas diperoleh dari perkalian sepsific gravity gas ɣ G pada tabel 3.1 dengan densitas udara pada tekanan dan temperatur aktual. Sedangkan densitas liquid diperoleh dari perkalian spesific gravity liquid ɣ L pada tabel 3.1 dengan densitas air pada tekanan dan temperatur aktual. Nilai faktor Z dan M r gas dapat dihitung

digunakan dalam pemodelan.

Halaman ini sengaja dikosongkan

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

Uji performansi bertujuan untuk mengetahui kinerja sistem pendalian tekanan dan level yang ada terhadap pengaruh gangguan dari laju aliran dan temperatur inlet gas sehingga dapat diketahui rancangan sistem pengendali dapat bekerja dengan baik atau tidak jika diberikan gangguan.. Bentuk uji pemberian gangguan terhadap sistem dalam tugas akhir ini terdiri dari perubahan temperatur dan laju aliran inlet gas-kondensat serta dengan perubahan keduanya. Parameter yang digunakan untuk menilai performansi sistem pengendalian diantaranya adalah maximum overshoot , rise time, settling time. Penilaian terhadap uji yang diberikan dilakukan pada satu kondisi saja, yaitu kondisi saat sistem pengendalian mulai diberikan gangguan. Uji gangguan tersebut diberikan pada satu keadaan saja yakni pada detik ke – 61

4.1 Uji Open Loop Sistem

Pengujian open loop dilakukan untuk mengetahui karakteristik dinamik sistem dalam menanggapi perubahan sinyal input gangguan pada sisten berupa perubahan temperatur dan laju aliran umpan gas-kondensat tanpa pengendali. Uji open loop dilakukan pada proses perubahan level kondensat dan proses perubahan tekanan gas di scrubber. Sinyal step diberikan saat sistem dalam keadaan tunak. Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan software Simulink.

4.1.1 Pengaruh Disturbance Temperatur

Dilakukan variasi temperatur gas-kondensat yang masuk pada rentang 90 hingga 110 0

F untuk mengetahui pengaruhnya terhadap fraksi gas (X G ) dan liquid (X L ) serta tekanan dan level di scrubber tanpa ada perubahan pada bukaan valve dan laju aliran inlet. Hubungan perubahan temperatur terhadap perubahan komposisi

) 0.971 0.970 X (G 0.969 0.968 0.967 0.966