Proseding Pertemuan I/miah Rekayasa Perangkat NuklirPRPN- BATAN, 30 November 2010

SISTEM MONITORING MATERIAL CLOGGING PAD A REAKTORLOW LlNIER DENSITY POLYETHYLENE DENGAN RADIASI GAMMA

Rony Djokorayono

PRPN - SATAN, Kawasan Puspiptek, Gedung 71, Lt. 2, Serpong, Tangerang, Santen, 15310,Telp. (021) 7560896, Faks. (021) 7560928.

ABSTRAK.

SISTEM MONITORING MA TERIAL CLOGGING PADA REAKTOR LOW L1N1ERDENSITY POL YETHYLENE DENGAN RADIASI GAMMA. Telah dikonstruksi sistem monitor

clogging reaktor proses pada pembuatan biji plastik jenis LLDPE (low linier densitypolyethi/ene) menggunakan metoda absorpsi radiasi gamma. Dengan menempatkan sumberradiasi gamma tepat ditengah bejana (reaktor) proses, sedangkan pancaran radiasi gammayang keluar dari sumber gamma jenis Cs 137 itu, dideteksi oleh detektor yang beradadisekeliling luar bejana proses, yang berjumlah 12 unit detektor, hasi/ dari pengolahan signaldari ke duabelas detektor oleh komputer memberikan informasi dinamis keadaan materialproses didalam bejana (reaktor) proses, Sedangkan profil tampi/an monitor hasi/ pengukuranberbentuk topografi dua dimensi. Keunggulan sistem ini bila dibandingkan sistem yang lainyaitu dapat digunakan secara on line untuk memonitor f/uktuasi meterial didalam bejanaproses tanpa kontak langsung dengan material proses dan sekaligus dapat digunakan untukmemprediksi kemungkinan terjadinya clogging pada saat proses berlangsung

Kata kunci: Material Clogging

ABSTRACT.

A SISTEM OF MONITORING MA TERIAL CLOGGING IN A LOW L1N1ER DENSITY

POL YETHYLENE REACTOR USING GAMMA RADIA TlON. A clogging monitor system ofLLDPE (Low linier density polyehilene) has been constructed using gamma radiationabsorbtion method. By placing gamma source Cs137 in the centre of the LLDPE processreactor in which detectors system (12 detectors) installed surounding outside of the LLDPEreactor process will give results dynamic information of material process in the reactor. Thedisplay profile of the measurement in the form of two dimensional topography. Theadvantages of the ystem comparing to other systems are that the proposed system can beused to monitor any material f1uctiation in the reactor directly and on-line. The system canalso be used to predict any possibility of clogging at the procesing time.

Keywords: Clogging Material

1. PENDAHULUAN

Pada awalnya Industri Petrokimia yang mengolah bahan baku nafta dari minyakmentah menjadi Polyethylene dan kemudian menjadi biji plastik, menggunakan metodapengukuran temperatur yang dikombinasi dengan tekanan untuk memprediksi adanyamaterial clogging, yang hasilnya kurang akurat.

Akibat dari sering gagalnya proses yang disebabkan oleh material clogging, yangselanjutnya mengganggu kesinambungan proses, serta mengakibatkan kerugian yangbesar karena proses pabrik harus dihentikan (shut down). Teknik serapan radiasi gamma

- 228 -

(1)

Proseding Pertemuan IImiah Rekayasa Perangkat NuklirPRPN-BATAN, 30 November 2010

Itelah diterapkan untuk memonitor clogging pada reaktor proses dan hasilnya akurat sertadalam pemasangannya tidak mengganggu proses.

2. METODA PENGUKURAN

Metoda pengukuran densitas material clogging didalam reaktor proses LLDPEdengan absorpsi radiasi gamma dapat dijelaskan pada Gambar 1.

Posisi Sumber Radiasi Gamma Cs 137

Reaktor Proses Diameter 12 m

Tebal dinding 10 em

Detektor

Tebal dinding Reaktor X1

Material Proses LLDPE Dengan densitas antara 400 Kg/m3 sampai 700 Kg/m3

Gambar 1. Metoda pengukuran densitas material clogging, di dalam Reaktor Proses LLDPEmenggunakan absorpsi radiasi gamma

Visualisasi pengukuran densitas material clogging reaktor LLDPE dapat dijelaskansebagai berikut: sumber radiasi ditempatkan pada posisi tengah reaktor, sedangkan detektoryang berjumlah dua belas buah ditempatkan pada dinding luar reaktor, intensitas radiasiyang diterima detektor berubah-ubah sesuai dengan tebalnya sera pan material LLDPE.

Radiasi gamma yang keluar dari sumber Cs 137 mempunyai intensitas No akandiarbsorpsi oleh material proses setebal X2 antara sumber Cs 137 dan dinding reaktorproses, kemudian diabsorpsi lagi oleh tebal dinding proses X1 yang akhirnya intensitastersisa diterima oleh detektor. Intensitas radiasi yang diterima detektor akan memenuhipersamaan 1)

N =N -/l'Po·e

dimana :

No = Intensitas radiasi Sumber <"'s j~1 sebelum diabsorpsi material LLDPE1-1 = koefisien absorpsi massap = densitas material yang dilalui berkas radiasi gammax = teballapisan yang dilalui berkas radiasi gamma

Untuk kasus pengukuran densitas material proses yang berada didalam reaktorproses LLDPE akan memenuhi persamaan 2) sebagai berikut:

............................................................................. (2)

- 229 -

Proseding Pertemuan IImiah Rekayasa Perangkat NuklirPRPN-BATAN. 30 November 2010

Dimana :

1-1, = koefisien absorpsi massa dinding reaktor proses setebal X,

1-12 = koefisien absorpsi massa material proses setebal X2 dari posisi sumber gamma.X, = tebal dinding reaktor prosesX2 = teballapisan material proses didalam reaktor LLDPEp, = densitas pipa kiriP2 = densitas material proses didalam reaktor

karena tebal dan material dinding reaktor tetap sehingga 1-11,X1, p1, dianggapkonstan, dengan demikian intensitas radiasi yang diterima oleh detektor dapat dinyatakandengan persamaan 3 dan 4 berikut:

N= No e-(k1 + IhPz X2J

N= N, A" -(PO:>, X,} (3)............................................................................................. (4)

Sehingga Intensitas radiasi yang dihasilkan oleh detektor akan memenuhi persamaan (5)

N = N A " -(!.J2Pz X·Io I..•• 2J......................................................................................... (5)

Perubahan intensitas keluaran detektor akibat perubahan densitas material proses akanmemenuhi persamaan (6)

(6)

Bila NoA, 1..Jz, x2 dianggap konstan maka perubahan arus keluaran detektor akibatperubahan densitas material proses menjadi:

d (Ln N) = - d (p2J (7)

dan akan memenuhi grafik pengukuran seperti pada gambar 2. berikut:

Ln

Ln No

Ln N

Po Pn P ( Densitas Material Proses)

Gambar 2. Intensitas keluaran detektor vs densitas material proses

Dari grafik pada gambar 2. dapat dijelaskan bahwa setelah dikonversi logaritmik makaintensitas yang keluar dari detektor akan berkurang secara proporsional dengan naiknyadensitas material proses di dalam reaktor.

Tampak atas posisi dua belas detektor (A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,K,L) yang berada disekeliling dinding Reaktor proses LLDPE.Jenis detektor scintilasi dan sensitif terhadapradiasi gamma.

- 230 -

Proseding Pertemuan IImiah Rekayasa Perangkat NuklirPRPN-BATAN, 30 November 2010

A

•

G

Gambar 3. Tampak atas terhadap posisi dua belas detektor clogging

Tepat ditengah lingkaran adalah posisi sumber radiasi gamma, sedangkan disekelilingsumber radiasi gamma sampai sebelah dalam dinding reaktor berisi material LLDPEberbentuk slurry, bertekanan 32 bar dan bertemperatur antara 70°C sampai 100°C.

Kondisi proses reaktor saat beroperasi selalu begejolah dinamis sehingga hasilpantauan di monitor komputer akan berbentuk bintang yang diameternya berubah ubahsesuai dengan kondisi dinamis material LLDPE di dalam reaktor tersebut.

REAKTOR PROSES RADIUS 6 METER,BERISI MATERIAL POLYETHYLENE

BERBEBTUK (SLURY). 8ERTEKANAN

32 BAR DAN BERTEMPERATUR 70i2C

SAMPAll002C.

12 BUAH DETEKTOR CHUNKATAU DETEKTOR CLOGGING

~

DETEKTORDITEMPATKANPADA POSIS! E3, 12METER DARIGROUND,SEDANGKAN TINGGIREAKTOR SEKITAR50 METER DARIGROUND.

'T •••• nto •••.•••.•••.•• ","' ••.• ", ....-""n •••.•••.•. n ••••.•••• ., ••.••..••••• tTc •••••...•••••••••••..•••••••..•...•..••••••.•.••••••••.•••..•u..••••...•••..-•.••.•••...••.••..••••••.--V' ••.••••

PROSES DCS YOKOGAWA DI KONTROl ROOM. DANPOSISI KONTROL ROOM 1200 METER DARIREAKTOR lLDPE.

Gambar 4. 810k sistem monitor clogging pada reaktor LLDPE

Detektor A,8,C,D,E,F,G,H,I,J,K,L ditempatkan pada posisi E3 Reaktor LLDPE secarahorizontal. Detektor detektor tersebut menggunakan jenis detektor scintilasi high sensitifgamma, dilengkapi processor pengolah signal dan keluaranyya menggunakan standardpengukuran Distributed Control System (DCS) Yokogawa yaitu 4-20 mA. Signal keluaran

- 231 -

Proseding Pertemuan IImiah Rekayasa Perangkat Nuk/irPRPN-BATAN, 30 November 2010

dari detektor detektor tersebut ditransmisikan melalui kabel signal terisolasi sepanjang 1200meter ke Kontrol Room.

Oi kontrol Room signal pengukuran tersebut dimasukan ke modul modul signalconditioning isolasi dan kemudian di akusisi oleh Sistem data akusisi komputer prosesYokogawa. HasH pengukuran detektor clogging ditampilkan secara serempak oleh komputerproses, sehingga tampilannya berbentuk bintang yang diameternya berubah ubah secaradinamis menyesuaikan keadaan material LLOPE yang berada didalam reaktor proses. Padaposisi volume bintang mencapai 70% maka sistem kendali akan bekerja untuk membukakatup cairan kimia yang digunakan untuk menjaga agar volume bintang tidak lebih dari 70%.

Volume bintang menandakan jumlah material LLOPE di reaktor pada posisi E3. Jikabatas volume dilampaui maka material LLOPE akan menggumpal membentuk Clogging,yang mengakibatkan Reaktor tersumbat, sehingga proses kegiatan harus dihentikan, haltersebut tidak dikehendaki oleh pihak manajemen, karena merupakan suatu kegagalanproses dan kerugian pabrik.

3. DATA PENGUKURAN DAN PEMBAHASAN

Pengukuran Latar belakang paparan radiasi saat Sour.ce Cs 137 pada posisi tertutup,terlihat di tabel 1 berikut :

Tabel1. Pengukuran Latar belakang paparan radiasi saat Source Cs 137 pad a posisi tertutup

Posisi BackgroundOetektor

IlSv/hA

0.12B

0,11C

0,110

0,13E

0,14F

0,19G

0,16H

0,16I

0,14J

0,15K

0,12L

0,13

Tabel 2. Keluaran arus dari detektor saat menerima paparan radiasi maksimum dan posisisource terbuka

Posisi Keluaran Signal OetektorOetektor

mAA

4.14B

4,12C

4,130

4,15E

4,16F

4,20G

4,18H

4,17I

4,16J

4,17K

4,15L

4,15

- 232 -

Proseding Pertemuan I/miah Rekayasa Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 30 November 2010

Keluaran arus dari detektor saat Source Cs 137 pada posisi tebuka dan ReaktorLLDPE kondisi beroperasi Normal, terlihat di tabel 3 berikut :

Tabel 3. Keluaran arus dari detektor saat menerima paparan radiasi dan reaktorberoperasi normal.

Posisi Paparan pada DetektorDetektor

uSv/hA

11,2 -12,0B

12,5- 12,8C

12,4 - 13,0D

12,0 - 13,0E

11,5- 11,9F

11,8 - 12,1G

12,7 - 13,0H

12,3 - 13,0I

11,4- 11,8J

11,0- 11,6K

11,1 - 11,6L

11,3- 11,5

Tabel 4. Keluaran arus dari detektor saat menerima paparan radiasi dan reaktor beroperasitanpa material proses.

Posisi Keluaran Signal DetektorDetektor

mAA

20,2B

20,8C

20,90

20,7E

20,2F

20,3G

20,7H

20,6I

20,2J

20,0K

20,0L

20,0

Dari data tabel 1 dan tabel 2 didapat persamaan linier :

Y =1.34.X +4.12 (8)

Y = mA dan X = jJSv/h

Pengukuran paparan radiasi saat Source Cs137 pada posisi tebuka dan ReaktorLLDPE sedang beroprasi (bermaterial LLDPE density 550 Kg/m\ terlihat di Tabel 5 berikut:

- 233 -

Proseding Pertemuan IImiah Rekayasa Perangkat NuklirPRPN- BATAN, 30 November 2010

Tabel 5. Pengukuran paparan radiasi saat Source Cs137 pad a posisi tebuka dan ReaktorLLDPE sedang beroprasi (berm ate rial LLDPE density 550 Kg/m3

Posisi Paparan pad a DetektorDetektor

IlSv/hA

5,1 -5,5B

5,2 -5,5C

5,0 -5,20

5,1 -5,2E

5,1 -5,2F

5,2 -5,3G

5,2 -5,3H

5,1 -5,2I

5,0 -5,1J

5,1 -5,2K

5,1 -5,2L

5,2 -5,4

Tabel 6. Keluaran arus pada detektor saat source Cs 137 pada posisi terbuka dan reaktorLLDPE sedang beroprasi (bermaterial LLDPE density 550 Kg/m3

Posisi Keluaran Signal DetektorDetektor

mAA

11,2B

11,3C

10,90

11,0E

11,0F

11,2G

11,2H

11,0I

10,9J

11,0K

11,0L

11,2

Jika keluaran detektor mendekati 4,0 mA, maka material clogging yang terbentukmaksimum sehingga terjadi Chunk, dan material LLDPE didalam reaktor menggumpal.Bentuk tampilan pad a komputer jika material LLDPE didalam reaktor mendekati Cloggingdapat dilihat pada Gambar 5 berikut:

Gambar 5.Bentuk tampilan Komputer proses Reaktor LLDPE,saat operasi dalam keadaankritis mendekati Clogging ( Output detektor 5.0 mA dengan densitas mendekati 700 kg/m\

- 234 -

Proseding Pertemuan IImiah Rekayasa Perangkat NuklirPRPN-BATAN, 30 November 2010

Bentuk tampilan pada komputer jika material LLDPE didalam reaktor bekerja Normaldapat dilihat pad a Gambar 6 berikut:

Gambar 6. Bentuk tampilan Komputer proses Reaktor LLDPE,saat operasi dalam keadaanNormal ( 11.2 mA densitas LLDPE 550 kg/m3)

Bentuk tampilan pada komputer jika Reaktor LLDPE saat mulai bekerja, dimana saatmulai bekerja material proses masih berbentuk gas bercampur sedikit slurry polyethilene(densitas 400 kg/m\ dan tampilannya dapat dilihat pad a Gambar 7 berikut

Gambar 7. Bentuk tampilan Komputer proses Reaktor LLDPE, saat operasi dimulai(18,5mA)

5. KESIMPULAN

Dari hasil pengukuran didapatkan persamaan linier intensitas radiasi gamma yangditerima detektor dengan keluaran sistem deteksi dalam mA yaitu Y = J .34.X + 4. J 2 dimana

Y = mA dan X = I-ISv/h dengan kooefisien korelasi 99,7%.

6. DAFTAR PUSTAKA

1. IAEA (International Atomic Energy Agency) 1965, Radioisotope Instruments in Industryand Geophysic, Viena.

2. J.Charbucinski, Nuclear Borehole Logging in Coai Expioration, CSiRO Div.ofExploration and mining. Glen Waverley 3150 Australia, UNDP IIAENRCA RegionalWorkshop, 28 November - 19 December 1994.

3. M.Nezamzadeh, Sh.Alwi, M.Lamchi-rachti, N. Rahimian, M. Ghiassi-Nejad,Comparisonbetween (neutron gamma), (gamma gamma) and natural gamma ray activity techniquesof coal samples, Nuclear Research Centre, Atomic Energy Organization of Iran, 22January 1998.

4. B.D.Sowery, On-line Nuclear Techniques in the Coal industry, Division of Mineral andProcess Engineering, Commonwealth Scientific and Industrial research organization,NSW 2234, Australia, 27 February 1991

- 235 -