Pengendalian High Vacuum Unit (HVU) dengan Conventional Controller

Ana Yuni W. (2307100016) dan Rahmadianti Fitri A. (237100134) Pembimbing: Prof. Ir. Renanto, MS., Ph.D

Laboratorium Perancangan dan Pengendalian Proses

Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS

Kata kunci: HVU, Hysys, IAE, Distilasi

Abstrak

Pada kilang minyak, Crude Distillation Unit (CDU) beroperasi dengan prinsip dasar pemisahan berdasarkan perbedaan titik didih komponen penyusunnya. Dengan hanya memiliki CDU, LPG, naptha, kerosene, dan diesel diproduksi sebesar 50-60% dari volume feed, sedangan 40-50% dialirkan menuju High Vacuum Unit (HVU) .

High Vacuum Unit (HVU) berfungsi untuk memisahkan komponen dalam CDU (Long residu) sehingga dihasilkan produk LVGO (Light Vacuum Gas Oil), MVGO(Medium Vacuum Gas Oil), HVGO(Heavy Vacuum Gas Oil) dan Vacuum Residu. HVU merupakan kolom distilasi yang beroperasi pada tekanan vacuum dengan menggunakan tipe kolom packing. Pada unit akan dilakukan pengendalian yang dirancang untuk memfasilitasi dan memantau adanya perubahan-perubahan pada variabel-variabel indikator kondisi proses tertentu. Selain itu juga mempermudah prediksi kinerja kolom apabila terjadi perubahan kualitas feed, spesifikasi dan rate produk.

Dari pengendalian ini, dilihat respon pengendalian yang dihasilkan pada pemberian gangguan pada laju alir umpan untuk mengetahui kinerja pengendai yang terbaik. Kinerja pengendali terbaik ditetapkan berdasarkan metode IAE (Integral of Absolute Value of the Error). Simulasi steady state dan dynamic dilakukan dengan menggunakan simulator Hysys. Dari penelitian yang dilakukan diperoleh hasil bahwa penerapan pengendalian dengan Conventional Controller dapat mengendalikan High Vacuum Unit Unit dengan kinerja pengendali yang cukup baik.

1. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang

Crude Distillation Unit (CDU) dan High Vacuum Unit (HVU) adalah dua unit terdepan dalam sebuah Unit Pengolahan minyak mentah (Crude Oil Refinery Unit). Unit-unit ini mempunyai kapasitas besar karena harus mengolah semua crude oil yang akan diproses dalam sebuah Unit Pengolahan (UP).

Komposisi crude oil yang akan diolah dalam kilang minyak tidak selalu sama, biasanya perubahan komposisi ini tidak terlalu besar sehingga tidak mempengaruhi sistem HVU. Namun, ada kalanya komposisi crude oil akan berubah secara signifikan yang selanjutnya akan memberikan dampak yang besar pada sistem HVU. Oleh karena itu diperlukan suatu sistem pengendali yang dirancang untuk memfasilitasi dan memantau adanya perubahan-perubahan pada variabel-variabel indikator kondisi proses tertentu. Dalam penelitian ini diambil tipe pengendalian Conventional Controller yang bisa mewakili permasalahan di atas. Pendekatan permasalahan di lapangan bisa dilakukan dengan cara simulasi HVU. Kemudian digunakan metode Integral of The Absolute Value of The Error (IAE) yang bisa memberikan nilai unjuk kerja dari suatu pengendali Loop tertutup terhadap perubahan yang diberikan.

2. Metodologi Penelitian ini dibagi dalam beberapa tahap :

1) Pemilihan model termodinamika (fluid package).

2) Pengambilan data-data operasi dari literatur untuk simulasi.

3) Tahap permodelan steady state dengan menggunakan program HYSYS.

4) Validasi hasil simulasi steady state. 5) Tahap sizing dan permodelan dynamic mode. 6) Penggunaan program simulasi dengan

penambahan konfigurasi pengendali Proportional Integral Derivative (PID).

7) Tuning alat pengendali. 8) Pengujian program simulasi dynamic mode

dengan memberikan disturbance. 9) Penentuan Parameter Proportional Integral

Derivative (PID) optimum ditinjau berdasarkan metode Integral of The Absolute Value of The Error (IAE).

Tabel 2.1 Variabel control dan manipulasi

No. Variabel Kontol Variabel Manipulasi

1 Pressure pada condensor Laju alir overead

2 Temperatur draw off LVGO to storage

Q kondensor

3 Temperatur draw off MVGO to FCCU

Laju alir Stripping Steam

4 Temperatur keluar furnace

Q furnace

5 Level bottom coloumn Laju alir keluar vacuum residu

3. Hasil dan Pembahasan 3.1 Hasil Validasi Simulasi Steady State Tabel 3.1 Hasil Validasi Produk

Produk kg/s

error (%) Plant Test Simulasi

LVGO to storage 13,19 13,19 0 M/H VGO to

FCCU 24,00 24,50 2,07

MVGO to storage 4,68 4,98 6,51

Vacuum Residue 30,90 31,25 1,12 3.2 Sizing dan Perubahan ke Dynamic Mode Tabel 3.2 Konfigurasi Controller Convensional

Controller K τc τi D

Pressure pada condensor 0,310 0,195 4,34 x 10-2

Temperatur draw off LVGO to storage 4 1 0,5

Temperatur draw off MVGO to FCCU 4 1 0,5

Temperatur keluar furnace 0,512 0,197 4,39 x 10-2

Level bottom coloumn 1 - -

3.3 Hasil Respon Setiap Variabel Kontrol Setelah

Pemberian Disturbance ± 20 % Laju Alir Umpan

Gambar 3.1 Respon perubahan controlled variable temperature keluaran furnace

Pada gambar 3.1 ditunjukkan bahwa kontroler konvensional mampu mengendalikan temperature keluaran furnace kembali ke set point-nya pada pemberian disturbance +20% laju alir feed tanpa adanya offset. Variable yang dimanipulasi adalah Q furnace yang dijaga tetap.pada gambar 3.1 dapat dilihat bahwa temperatur keluaran furnace mengalami penurunan, yaitu sebesar 15°C. Penurunan temperatur ini disebabkan karena jumlah feed yang masuk tidak sebanding dengan panas yang disediakan oleh furnace sehingga temperature pada feed mengalami penuruan terlebih dahulu sebelum ke set point nya. Begitu juga sebaliknya, pada pemberian disturbance laju alir feed -20%, respon menunjukkan kenaikan temperature terlebih dahulu sebelum ke set point nya. Gambar 3.2 Respon perubahan controlled variable temperature draw off LVGO

Pada gambar 3.2 ditunjukkan bahwa conventional controller mampu mengendalikan temperature draw off LVGO kembali ke set point-nya pada pemberian disturbance +20% laju alir feed from storage tanpa adanya offset. Variabel yang dimanipulasi adalah laju alir Q Condensor. Pada gambar 3.2 dapat dilihat bahwa temperature draw off LVGO mengalami kenaikan. Kenaikan ini disebabkan karena feed from storage yang masuk mengalami kenaikan yang menyebabkan kenaikan temperature pada stage ke 32 yaitu stage untuk keluaran draw off LVGO mengalami peningkatan sebelum akhirnya kembali ke set point. Begitu juga sebaliknya pada pemberian disturbance laju alir feed from storage -20%, , temperature draw off LVGO mengalami penurunan terlebih dahulu sebelum ke set point nya.

660

670

680

690

700

0 500 1000

Tem

pera

tur (

K)

waktu (second)

PV +20 %SPPV-20%

499

500

501

502

503

0 500 1000

Tem

pera

tur (

K)

waktu (detik)

SPPV+20%PV-20%

Gambar 2.1 Sistem Pengendali HVU pada Hysys

Berikut merupakan skema kontroller yang digunakan pada penelitian ini:

STRIPPING STEAM VACUUM

RESIDU

MVGO TO STORAGE

TC

LC

TC

Topped crude oil

(feed)

Fuel gas

LVGO to storage

LVGO to POD

MVGO/HVGO TO FCCU

PC

Overhead

Q CONDENSOR

TC

Gambar 3.3 Respon perubahan controlled variable temperature draw off MVGO

Pada gambar 3.3 ditunjukkan bahwa conventional controller mampu mengendalikan temperature draw off MVGO kembali ke set point-nya pada pemberian disturbance +20% laju alir feed from storage tanpa adanya offset. Variabel yang dimanipulasi adalah laju alir Laju alir stripping steam. Pada gambar 3.3 dapat dilihat bahwa temperature draw off MVGO mengalami kenaikan. Kenaikan ini disebabkan karena feed from storage yang masuk mengalami kenaikan yang menyebabkan kenaikan temperature pada stage ke 27 yaitu stage untuk keluaran draw off MVGO mengalami peningkatan sebelum akhirnya kembali ke set point. Begitu juga sebaliknya pada pemberian disturbance laju alir feed from storage -20%, , temperature draw off LVGO mengalami penurunan terlebih dahulu sebelum ke set point nya. Gambar 3.4 Respon perubahan controlled variable level bottom column

Pada gambar 3.4 ditunjukkan bahwa conventional controller tidak mampu mengendalikan level bottom column kembali menuju set point. Hal ini karena pengendali yang digunakan adalah proportional controller yang mana akan terjadi offset. Variabel yang dimanipulasi adalah laju alir keluar laju alir to E-14-011 . Pada gambar 3.4 dapat dilihat bahwa saat pemberian disturbance +20 % laju alir feed from storage, level bottom column mengalami kenaikan sampai 13,4% dari set point 12,28 %. Kenaikan ini disebabkan karena jumlah feed yang masuk lebih banyak, sehingga volume pada bottom column juga meningkat. Begitu juga sebaliknya, pada pemberian disturbance laju alir feed from storage-20%, level bottomcolumn mengalami penurunan sampai12 % .

Gambar 3.5 Respon perubahan controlled variable tekanan condenser

Pada gambar 3.5 ditunjukkan bahwa conventional controller mampu mengendalikan tekanaan pada condenser kembali ke set point-nya pada pemberian disturbance +20% laju alir feed from storage tanpa adanya offset. Variabel yang dimanipulasi adalah laju alir keluar overhead . Pada gambar 3.5 dapat dilihat bahwa saat pemberian disturbance +20 % laju alir feed from storage tekanan condenser mengalami kenaikan sampai 5,7 kPa sebelum akhirnya kembali ke set point. Kenaikan ini disebabkan karena jumlah feed yang masuk lebih banyak, sehingga jumlah zat yang diuapkan juga semakin besar, menyebabkan naiknya tekanan pada condenser. Begitu juga sebaliknya, pada pemberian disturbance laju alir feed -20%, respon menunjukkan penurunan tekanan terlebih dahulu sebelum ke set point nya. Tabel 3.3 Perhitungan IAE dengan metode Trapezoidal

Variabel Kontrol IAE

-20% +20%

Pressure pada condensor 1,645 1,962

Temperatur draw off

LVGO to storage 25,168 25,935

Temperatur draw off

MVGO to FCCU 20,542 20,194

Temperatur keluar furnace 17,208 23,277

Variabel Kontrol Offset

-20% +20%

Level bottom coloumn 1,704 8,738

4. Kesimpulan 1. Validasi steady state dan dynamic pada distilasi

kolom High vacuum unit (HVU) menghasilkan simulasi yang cukup baik yaitu persen error yang kurang dari 10 %.

2. Sistem High Vacuum Unit (HVU) dapat dikendalikan dengan cukup baik melalui pengendalian dengan Conventional Controller dimana diperoleh respon yang baik serta nilai IAE Total yang minimum.

515,5516

516,5517

517,5518

0 500 1000

Tem

pera

ture

(K)

waktu (detik)

SPPV+20%PV-20%

12

12,5

13

13,5

0 500 1000

%

waktu (detik)

SPPV-20%PV+20%

0123456

0 500 1000

Teka

nan

(kPa

)

waktu (detik)

sp-20%20%

3. Kinerja controller pada Sistem High Vacuum Unit (HVU) adalah sebagai berikut:

- Untuk respon perubahan controlled variabel temperatur keluaran furnace, Temperatur Draw Off LVGO to Storage, Temperatur Draw Off MVGO to FCCU, dan Pressure pada Condensor memberikan hasil yang bagus karena saat diberikan gangguan mampu kembali ke set pointnya. Hal ini juga ditunjukkan oleh kecilnya nilai IAE dari tiap controller-controller tersebut.

- Untuk respon perubahan controlled variabel pada level bottom column juga memberikan hasil yang cukup bagus meskipun tidak bisa kembali ke set pointnya karena menggunakan proportional controller. Hal ini ditunjukkan dengan kecilnya nilai IAE pada controller tersebut.

Daftar Pustaka Ancheyta-Jua ´ rez ,J., S. Rodrı ´guez-Salomo ´n,a nd

M. A. Valenzuela-Zapata. 2001. Experimental Evaluation of Vacuum Gas Oil Light Cycle Oil Blends as FCC Feedstock . Energy & Fuels, Vol. 15, No. 3,

Astrid dan Dina. 2010. Permodelan High Vacuum unit Kilang Minyak dengan hysys 7.1, Skripsi S-1, ITS, Surabaya.

Budiman, Arief dan Biworondoko, Rimbo. 2006 Pemasangan Pump-around yang Efektif Pada Menara Distilasi. Jurnal Forum Teknik, Mei 2006 Vol. 30, No. 2

Budhiarto, A.. 2009. Buku Pintar Migas Indonesia. Balai Pustaka: Jakarta.

C. A. Smith, A. B. Corrpio. 1997. Principle and Practice of Automatic Procss Control 2nd

Carlos A. Smith and Armando Corripio. 2006. Principle and Automotic Process Controll. 3

Ed. Hoboken: John Wiley and Son, Inc.

rd

Chen, C. C. dan P. M. Mathias.2002.Applied Thermodynamic for Process Modelling, AICHe Journal vol. 48 no. 2 hal 194-200.

Ed. John Wiley and Son:New York.

Coulson, J.M., Richardson, J.F. 1989. “Chemical Engineering: An Introduction to Chemical Engineering Design”, Vol-6. New York: Pergamon Press.

Ji, Shuncheng dan Miguel Bagajewicz. 2002. Design of Crude Distillaition Plants with Vacuum Unts. I. Targetting. Ind. Eng. Chem. Res. Vol 41, No.24

Jones., 1996. Element of Petrolium Processing. John Wiley and Son:New York.

Kaes, G.L. 2000. Refinery Process Modelling. Georgia.: The Athens Printing Company.

Midilli, Adnan and Teoman Ayhan. 2004. Natural vacuum distillation technique Part I: Theory and Basics. USA: John Wiley & Sons, Ltd.

Seborg, D.E., T.F. Edgar, dan D.A. Mellichamp. 2004. Process Dynamics and Control. USA: John Wiley and Sons, Inc.

Tim Pemodelan CDU2 & HVU2 UP III Plaju – Sei Gerong. 2008. Pemodelan HVU dan CDU dengan HYSYS untuk Pertamina UP-III Plaju dan Sungai Gerong. Surabaya : FTI-ITS.

W. L. Luyben. 1990. Process Modeling, Simulation, and control for Chemical Engineering. 2nd

W. L. Luyben. 2006. Distillation Design and Control Using Aspen Simulation. USA: John Wiley and Sons, Inc.

Ed. Mc Graw Hill: New York