SKRIPSI PLTU PERTAMINA
-
Upload
muhammad-irsyad -
Category
Documents
-
view
172 -
download
52
description
Transcript of SKRIPSI PLTU PERTAMINA
KEANDALAN INSTRUMENTASI PADA BOILER DI PLTU UNIT LIMA
DAN ENAM PT. PERTAMINA (PERSERO) REFINERY UNIT II DUMAI
DENGAN MENGGUNAKAN PENDEKATAN FTA (FAULT TREE
ANALYSIS)
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Pada Jurusan Teknik Elektro
Oleh
TRIO PUTRA
10755000353
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SULTAN SYARIF KASIM RIAU
PEKANBARU
2012
viii
KEANDALAN INSTRUMENTASI PADA BOILER DI PLTU UNIT LIMA DAN
ENAM PT. PERTAMINA (PERSERO) REFINERY UNIT II DUMAI DENGAN
MENGGUNAKAN PENDEKATAN FTA (FAULT TREE ANALYSIS)
TRIO PUTRA
NIM : 10755000353
Tanggal Sidang : 13 Agustus 2012
Tanggal Wisuda : 28 November 2012
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Sains dan Teknolgi
Universitas Islam Negeri Sultan Syarif Kasim Riau
Jl. Soebrantas No. I55 Pekanbaru
ABSTRAK
PT. Pertamina (Persero) Refinery Unit II merupakan salah satu perusahaan yang
bergerak dibidang perminyakan, yang dalam operasinya menggunakan peralatan yang telah
terintegrasi antara satu dengan yang lain dan memiliki sistem instrumentasi untuk setiap
pengontrolannya. Kemampuan yang besar dari instrumentasi ini juga diikuti dengan resiko
hilangnya daya pada saat terjadi kegagalan pada proses pengoperasian. Hal ini tentunya
tidak dikehendaki oleh PT. Pertamina, karena terjadinya kegagalan pada pengoperasian
khususnya pada instrumentasi boiler di PLTU unit lima dan enam mengakibatkan produksi
berkurang. Oleh sebab itu PT. Pertamina (Persero) Refinery Unit II Dumai menerapkan
sistem instrumentasi pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) yang dapat memberikan
pengontrolan sehingga dapat meningkatkan keandalan. Keandalan merupakan salah satu
parameter performansi yang penting karena hasil prediksi keandalan dapat digunakan
untuk menentukan pilihan terhadap pemakaian suatu instrumentasi dan implementasinya
pada suatu pembangkit. Dalam menyelesaikan suatu permasalahan instrumentasi pada
boiler unit lima dan enam dengan menggunakan metode FTA dengan parameter keandalan
suatu pembangkit mencakup top event, cut set dan top down approach atau prediksi usia
pakai suatu pengoperasian pada alat instrumentasi tersebut. Dengan menganalisis
parameter-parameter di atas didapatkan nilai cut set adalah 99,90 %, dengan nilai top event
P (I), dan P (T), sebesar 0,01 dan nilai top down approach P (T) sebesar 0,01 dan nilai
keandalan 97,560976 % untuk pressure switch sedangkan untuk nilai keandalan pressure
gauge sebesar 0,6 % sistem instrumentasi boiler di PLTU Unit lima dan enam PT.
Pertamina (Persero) Refinery Unit II Dumai. Dengan hasil perhitungan di atas dapat
disimpulkan bahwa tingkat keandalan sistem instrumentasi boiler di PLTU Unit lima dan
enam PT. Pertamina (Persero) Refinery Unit II Dumai adalah baik karena sesuai kriteria
yang ditetapkan oleh PLTU tersebut.
Kata Kunci : cut set, top event, Instrumentasi PLTU, keandalan dan top down approach
viii
THE RELIABILITY OF THE INSTRUMENTION ON THE BOILER IN THE
PLANT UNITS FIVE AND SIX PT. PERTAMINA (PERSERO) REFINERY
UNIT II DUMAI USING APPROACH FTA (FAULT TREE ANALYSIS)
TRIO PUTRA
NIM : 10755000353
Date of Final Exam : August, 13 2012
Date Of Graduation Ceremony : November, 28 2012
Department of Electrical Engineering Faculty of Science and technology
State Islamic University of Sultan Syarif Kasim Riau
Soebrantas Street No. 155 Pekanbaru
ABSTRACT
PT. Pertamina (Persero) Refinery Unit II is one off one of oil industries, which in its
operations uses equipment that have been integrated one each other and have instrumentation
systems for every controlling. The high ability of the instrumentation system come with the risk
of losses power during failures in the operation process. This is certainly not expected by PT.
Pertamina, because failure resulting in operation especially in boiler instrumention at PLTU of
fifth unit and sixth unit losses in production and income. Therefore, PT. Pertamina (Persero)
Refinery Unit II Dumai implemented instrumentation system on it’s Steam Power (Plant) that
provides control so improve reliability. Reliability is one of the most important performance
parameters because reliability prediction results can be used to determinethe choice toward
instrumentation system usage in power plant. In finishing instrumention problem in fifth boiler
and sixth boiler by using FTA method with reliability parameter parameters of a generator
includes the top event, the cut set and top-down approach or lifetime estimation of the
instrumentation apparatus. By analyzing the above parameters this study obtained the value of
the cut is 99,90%, the top event P (I), and P (T), 0,01, with the top down approach is
97,560976% for the pressure switch, while the pressure gauge reliability is 0,6% for boilers
instrumention at power plant fifth unit and sixth unit of PT. Pertaminna refinery unit II Dumai.
It can be concluded that the of reliability boiler instrumentation system in the steam power plant
five and six at PT. Pertamina (Persero) Refinery Unit II Dumai is good because according to
criteria set by the power plant.
Keywords: cut set, top event, instrumention power plant, reliability and top down approach
ix
KATA PENGHANTAR
Assalamualaikum, Wr, Wb
Allhamdulillahhirobill’alamin, segala puji hanya bagi Allah SWT Tuhan
semesta alam yang telah menciptakan manusia dengan seisi alam yang tujuannya
tak lain dan tak bukan adalah semata-mata untuk mengabdi kepada Allah SWT.
Salawat dan salam kepada junjungan alam Nabi Muhammad SAW. Dengan
limpahan rahmat dan kasih sayang yang diberikan Allah SWT kepada penulis,
sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian Tugas Akhir yang berjudul: “
Keandalan Instrumentasi Pada Boiler Di PLTU Unit Lima dan Enam PT.
Pertamina (Persero) Refinery Unit II Dumai Dengan Menggunakan Pendekatan
FTA (Fault Tree Analysis)”.
Pada kesempatan ini penulis, mengucapkan terima kasih kepada semua
pihak yang membantu penulis baik itu berupa moral, materil, ataupun berupa
pikiran sehingga terlaksananya penelitian dan penulisan laporan ini terutama
sekali kepada:
1. Kedua orang tua tercinta, yang sangat penulis sayangi dan cintai dan
seluruh anggota keluarga atas segala do’a nasihat dan kasih sayangnya
yang tidak terhingga besarnya.
2. Ibu Dra. Hj. Yenita Morena, M.Si Selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi.
3. Bapak Kunaifi, ST, PgDipEnSt, M.Sc selaku Ketua Jurusan Teknik
Elektro Fakultas Sains dan Teknologi UIN Suska Riau sekaligus
Pembimbing II yang telah banyak memberikan motivasi kepada
penulis.
4. Ibu Poppy Dewi Lestari S,Si MT selaku Dosen Pembimbing Tugas
Akhir I yang telah memberikan dorongan motivasi, inspirasi, dan
semangat kepada penulis.
5. Ibu Novi Gusnita ST, MT, selaku penguji I dan Ibu Dian Mursyitah,
ST selaku penguji II
x
6. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Islam Negeri Sultan Syarif Kasim Riau yang telah banyak
membimbing.
7. My brother (Nedel Nover), my sister (Novia Rika) dan adikku yang
aku sayang (Syaiful Haris).
8. Teman seperjuangan angkatan 2007:
“ Alfi Syahri, “Abdul Hadi”, Ade Hery Sumantri”, Adlan Syukri
Daulay”, Sunari”, Hasan”, Husin”, Putra Abidin”, Irwansyah Saputra”,
Edi Irham”, Rino Eldika”, Halimansyah Hutagalung”,”Arie Andi
Musri”, Dan group elka 07”.
9. Senior Angkatan 2006, dan Junior Teknik Elektro UIN SUSKA RIAU.
10. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam mengerjakan laporan
ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
11. Bpk Ahmad Faisal ST, yang telah membantu penulis dalam
pengiriman bahan FTA.
12. Kakak Laila yang selalu memberikan nasehat dan semangat kepada
penulis dalam menyelesaiakan Tugas Akhir
13. My Gissme “AmeLLyia”
Laporan penelitian ini merupakan salah satu syarat kelulusan untuk
menyelesaikan studi S1 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Sain dan Teknologi,
Universitas Islam Negeri Sultan Syarif Kasim Riau.
Penulis sangat menyadari bahwa penelitian ini belum sempurna adanya,
sehingga kritik dan saran dari seluruh pembaca sangat penulis harapkan demi
kesempurnaannya laporan penelitian ini. Semoga Allah SWT, Yang Maha
Pengasih dan Lagi Maha Penyayang, melimpahkan rahmat-Nya kepada Bapak/Ibu
serta rekan-rekan, sebagai imbalan atas segala jasa yang telah di berikan kepada
penulis.
xi
Demikian pula semoga penelitian ini dapat memberikan manfaat kepada kita
semuanya.
Pekanbaru, Oktober 2012
TRIO PUTRA
xi
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN COVER .................................................................................... i
LEMBAR PERSETUJUAN ........................................................................ ii
LEMBAR PENGESAHAN ......................................................................... iii
LEMBAR HAK KEKAYAAN INTELEKTUAL ..................................... iv
LEMBAR PERNYATAAN ......................................................................... v
PERSEMBAHAN ......................................................................................... vi
ABSTRAK .................................................................................................... vii
ABSTRACT ................................................................................................... viii
KATA PENGANTAR .................................................................................. ix
DAFTAR ISI ................................................................................................. xi
DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xvi
DAFTAR TABEL ........................................................................................ xvii
DAFTAR LAMBANG ................................................................................. xix
DAFTAR SINGKATAN .............................................................................. xx
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ................................................................... I-1
1.2 Rumusan Masalah ............................................................. I-2
1.3 Batasan Masalah ................................................................ I-2
1.4 Tujuan ................................................................................ I-3
1.5 Manfaat Penelitian ............................................................. I-3
1.5.1 Manfaat Ilmiah ...................................................... I-3
1.5.2 Manfaat Terapan .................................................... I-3
1.6 Metode Penelitian .............................................................. I-3
1.7 Sistematika Penulisan ........................................................ I-4
BAB II TEORI KEANDALAN DAN METODE FAULT TREE
ANALYSIS (FTA)
2.1 Terminologi Keandalan ..................................................... II-1
xii
2.2 Langkah-langkah FTA ....................................................... II-2
2.3 Simbol-Simbol Penyusunan Fault Tree ............................ II-3
2.4 Conditional Probability Approach .................................... II-4
2.5 Evaluasi Kualitatif Fault Tree Orde Cut set ...................... II-4
2.6 Evaluasi Kualitatif Fault Tree Model Kegagalan .............. II-5
2.7 Boolean Algebra Approach ............................................... II-5
2.8 Direct Numerical Approach .............................................. II-6
2.9 Perhitungan Pengkontruksian Fault Tree .......................... II-7
A. Deskripsikan Fault Event .............................................. II-7
B. Evaluasi Fault Event ..................................................... II-7
2.10 Perhitungan Ukuran Sering Tidaknya Unit Pembangkit
Mengalami Gangguan ........................................................ II-8
2.11 Pendekatan FTA Instrumentasi Pada Boiler di PLTU
Unit Lima dan Enam PT. Pertamina (Persero) RU II
Dumai ................................................................................ II-8
2.11.1 Pengidentifikasi Cut set .......................................... II-8
2.11.2 Penyerderhanaan Top Down Approach .................. II-9
2.11.3 Penggabungan Antara Top Down Approach dan
Top Event ............................................................... II-9
BAB III INSTRUMENTASI PADA BOILER DI PLTU
3.1 Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) .......................... III-1
3.1.1 Turbine dan Generator ........................................... III-3
3.1.2 Steam Generator ..................................................... III-3
3.2 Landasan Teori .................................................................. III-3
3.2.1 Boiler III-3 ................................................................
3.3 Prinsip Kerja Boiler ........................................................... III-4
3.4 Sistem Instrumentasi Pada Boiler ...................................... III-6
3.5 Siklus Pada Boiler Di PLTU ............................................. III-8
3.5.1 Siklus Dengan Rankine ........................................... III-8
3.6 Turbin Uap ........................................................................ III-9
xiii
3.7 Bagian-Bagian Boiler ........................................................ III-9
3.7.1 Steam Drum .............................................................. III-9
3.7.2 Water Drum .............................................................. III-10
3.7.3 Shoot Blower ........................................................... III-10
3.8 Prinsip Kerja PLTU ............................................................ III-10
3.9 Sistem Instrumentasi Boiler Pada TurbinUap .................... III-13
3.10 Pendekatan FTA Pada Penerapan Sistem Instrumentasi
Pada Boiler Di PLTU Unit Lima dan Enam PT.
Pertamina (Persero) RU Dumi ........................................ III-14
3.10.1 FTA ........................................................................ III-14
3.11 Penyusunan FTA ................................................................ III-15
3.12 Redundansi Sistem Instrumentasi Seri Paralel Pada
Boiler .................................................................................. III-16
3.12.1 Susunan Seri Redundansi Boiler ............................. III-16
3.12.2 Standby Redundansi System .................................... III-17
3.13 Instrumentasi Pada Pressure Gauge ................................... III-18
3.14 Instrumentasi Pada Pressure Switch ................................... III-18
xiv
BAB IV KEANDALAN INSTRUMENTASI PADA BOILER DI PLTU
UNIT LIMA DAN ENAM PT. PERTAMINA (PERSERO)
REFINERY UNIT II DUMAI DENGAN MENGGUNAKAN
PENDEKATAN FTA (FAULT TREE ANALYSIS)
4.1 Data Perangkat ................................................................. IV-1
4.2 Analisis Keandalan Instrumentasi Pada Boiler Di PLTU
Unit Lima dan Enam PT. Pertamina (Persero) RU II
Dumai ............................................................................... IV-2
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan ..................................................................... V-1
5.2 Saran ............................................................................... V-1
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
2.1 Basic Event dan Incomplete Event ............................................................ II-5
3.1 Penyusunan Fault Tree Analysis.............................................................. III-14
4.1 Data Perangkat Instrumentasi Pada Boiler Di PLTU Unit Lima dan
Enam ......................................................................................................... IV-2
4.2 Nilai Keandalan Instrumentasi Pada Komponen Boiler Di PLTU ........... IV-8
xviii
I-1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan teknologi meningkatkan kebutuhan akan tenaga listrik
karena energi listrik dapat dengan mudah dibangkitkan, ditransmisikan, lalu
didistribusikan melalui konversi energi dari bentuk energi yang satu menjadi
bentuk energi yang lainnya.
Suatu pembangkit tenaga listrik tidak hanya didukung oleh sistem operasi
yang optimal maupun pelayanan yang efisien, tapi juga tergantung pada sistem
pengontrolan dan sistem proteksi. Sistem pengontrolan dalam suatu pembangkit
listrik bertujuan menjaga setiap komponen instrumentasi agar beroperasi sesuai
yang diharapkan.
Salah satu contoh pengontrolan dalam pembangkit listrik adalah
pengontrolan pada boiler. Tujuan pengontrolan boiler adalah mempertahankan
kondisi kerja dari pembangkit dengan mengatur parameter di dalamnya antara lain
steam drum dan water drum. Water drum merupakan tempat penampungan air yang
akan dipanaskan oleh burner dan steam drum merupakan tempat penampungan air panas
dan pembangkitan steam jenuh (saturate steam). Steam drum dan water drum memiliki
instrumentasi yang mengatur beberapa parameter antara lain fuel oil flow, boiler feed
water, dan level pressure. Selain itu, instrumentasi boiler merupakan sumber
penggerak turbin yang terintegrasi dengan genarator listrik 20 kv. Berdasarkan hal
tersebut, kinerja instrumentasi boiler perlu diketahui secara kontinyu dan
komprehensif.
Pengetahuan akan tingkat keandalan instrumentasi boiler sangat
diperlukan. Hal ini dapat membantu perusahaan untuk menentukan penjadwalan
perawatan dan efisiensi biaya. Pembangkit tenaga listrik yang terdapat di PT.
Pertamina (Persero) Refinery Unit II Dumai menjadi tempat peneliti untuk melihat
secara langsung proses boiler terutama pada PLTU Pembangkit Listrik Tenaga
Uap.
I-2
Untuk tetap dapat beroperasi sesuai kebutuhan perusahaan maka sistem
instrumentasi pada boiler haruslah dikembangkan agar dapat memonitor produksi
steam dengan baik sehingga dari permasalahan tersebut, penulis mengambil judul
penelitian yaitu"Keandalan Instrumentasi Pada Boiler Di PLTU Unit Lima
dan Enam PT. Pertamina (Persero) REFINERY UNIT II Dumai Dengan
Menggunakan Pendekatan FTA (Fault Tree Analysis).”
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang masalah yang telah diuraikan, permasalahan dapat
dirumuskan yaitu bagaimana menentukan keandalan instrumentasi pada boiler
unit lima dan enam di PT. Pertamina (Persero) Refinery Unit II Dumai dengan
menggunakan pendekatan FTA.
1.3 Batasan Masalah
Dalam penelitian ini pembahasan dibatasi pada hal-hal sebagai berikut:
1. Metode yang digunakan dalam menganalisis data adalah menggunakan
metode FTA (Fault Tree Analysis).
2. Penelitian dilakukan Di PT. Pertamina (Persero) Refinery Unit II Dumai.
3. Pada penelitian ini tidak dibahas jenis gangguan yang menyebabkan
kerusakan.
4. Parameter keandalan yang dibahas adalah top event, top down approach,
dan cut set (minimal kegagalan).
1.4 Tujuan
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah dapat menentukan keandalan
pada instrumentasi pada boiler unit lima dan enam Di PT. Pertamina (Persero)
Refinery Unit II Dumai dengan menggunakan pendekatan FTA.
I-3
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat menentukan keandalan instrumentasi pada
boiler terhadap gangguan pada boiler tersebut.
1.5.1 Manfaat Ilmiah
Agar dapat menambah literatur perkembangan ilmu pengetahuan di bidang
instrumentasi.
1.5.2 Manfaat Terapan
Diharapkan dapat berguna untuk membantu meningkatkan performansi
sistem pembangkit dunia industri pada proses pengontrolannya.
1.6 Metode Penelitian
Metode yang dipakai yaitu:
1. Studi Literatur
Referensi yang dipakai dikumpulkan dari buku-buku dan paper dari internet yang
berkaitan dengan judul.
2. Observasi Lapangan
Peninjauan secara langsung ke lapangan, mengumpulkan data operasi dan
interview dengan pihak terkait.
3. Analisa Data
Menganalisa perhitungan yang terkait dengan data yang telah diperoleh.
1.7 Sistematika Penulisan
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini menguraikan secara umum dan singkat mengenai latar
belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan, manfaat
penelitian, metode penelitian dan sistematika penulisan.
BAB II LANDASAN TEORI
Bab ini berisi tentang konsep dasar dari keandalan dan penggunaan
teori FTA (Fault Tree Analysis) untuk menganalisa keandalan
suatu sistem instrumentasi pada boiler.
I-4
BAB III BOILER
Bab ini berisi tentang konfigurasi boiler dan implementasi sistem
instrumentasi pada boiler serta pendekatan FTA untuk masing-
masing kombinasi perangkat boiler tersebut.
BAB IV KEANDALAN INSTRUMENTASI PADA BOILER DI PLTU
Bab ini berisi tentang analisa keandalan sistem instrumentasi pada
boiler yang dengan menggunakan pendekatan metode FTA (Fault
Tree Analysis).
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi tentang kesimpulan yang diperoleh dari penelitian
pada bab-bab sebelumnya dan saran-saran dari pengamatan.
II-1
BAB II
TEORI KEANDALAN DAN METODE FTA (FAULT TREE
ANALYSIS)
Keandalan Sistem adalah probabilitas atau peluang sistem dapat berfungsi
seperti yang diharapkan untuk rentang waktu tertentu di bawah kondisi yang
ditetapkan (Gunawan, Arief Hamdani dan Franky Ferdinand, 2002).
2.1 Terminologi Keandalan
Beberapa istilah yang berhubungan dengan keandalan sistem:
a. Komponen merupakan bagian dari suatu sistem
b. Keandalan dari suatu sistem merupakan peluang (probability)
dimana sistem tidak akan gagal selama waktu dan kondisi
pengoperasian tertentu, sementara resiko kegagalan adalah peluang
dimana sistem akan gagal selama waktu dan kondisi pengoperasian
tertentu pula.
c. Analisa kualitatif dan kuantitatif dari Fault Tree Analysis adalah
sebuah metode untuk mengidentifikasi kegagalan (failure) dari suatu
sistem, baik yang disebabkan oleh kegagalan komponen atau kejadian
kegagalan lainnya secara bersama-sama atau secara individu.
d. Kegagalan (failure) suatu kejadian yang tidak pasti (probabilistic
event) adalah dan dapat terjadi akibat kerusakan-kerusakan dalam
sistem, wear and tear atau faktor gangguan dari dalam maupun dari
luar yang tidak disangka-sangka. Hal ini dapat juga kerjadi akibat
kesalahan perencanaan (faulty design), pemeliharaan yang tidak
cukup, kesalahan pengoperasian, bencana alam atau faktor-faktor lain.
e. Reliability dapat didefinisikan secara lengkap yaitu keandalan
suatu komponen atau sistem merupakan peluang komponen atau
sistem tersebut memenuhi tugas atau fungsinya yang telah ditetapkan
atau diperlukan tanpa mengalami kegagalan selama kurun waktu
tertentu bila dioperasikan secara benar dalam lingkungan tertentu.
II-2
2.2 Langkah-langkah analisis keandalan sistem dengan menggunakan
pendekatan FTA (Fault Tree Analysis)
Gambar 2.1 Langkah-langkah sistem pendekatan FTA
(sumber: Ebeling, 1997)
Gambar 2.1 merupakan langkah-langkah sistem pendekatan FTA untuk
mengevaluasi keandalan instrumentasi pada boiler di PLTU. Langkah pertama
yaitu pengumpulan data yang bertujuan untuk pengolahan data. Berikutnya adalah
mendefinisikan suatu sistem boiler dalam bentuk sederhana dan dilanjutkan
dengan pengkonstruksian FTA dalam bentuk signifikan atau memperkecil
kegagalan dengan mengetahui evaluasi kualitatif dengan melakukan perhitungan
langsung. Dan dilanjutkan dengan evaluasi kuantitatif yang bertujuan untuk
mengetahui penyebab kegagalan pada boiler di PLTU dengan menggambarkan
pohon kegagalan pada sistem boiler di PLTU unit lima dan enam di PT. Pertamina
(Persero) Refinery Unit II Dumai.
1. Pengumpulan Data
2. Mendefinisikan Suatu Sistem
3. Pengkonstruksian FTA
4. Evaluasi Kualitatif
5.Evaluasi Kuantitatif
II-3
2.3 Simbol-simbol penyusunan fault tree
Simbol Deksripsi
Or-Gat
Or-Gate,menunjukkan Out Put dari event
A terjadi Jika sembarang Inputevent E
terjadi
And-Gate
And-Gate, menunjukkan out put dari event
A akan terjadi jika semua Input Event E
terjadi secara serentak
Basic-Event
Basic-Event, menyatakan sebuah
kegagalan sebuah Basic Equipment yang
tidak memerlukan penelitian lebih lanjut
dari penyebab kegagalan
Undevelop Event
Undevelop Event, menyatakan sebuah
event yang tidak diteliti lebih lanjut karena
ketersediaannya/cukupnya informasi atau
karena konsekuensi dari Event ini tidak
terlalu penting
Coment rectangle
Coment rectangle, informasi tambahan
Tranfer-In
Transfer
Symbol Transfer Out, menunjukkan bahwa
fault tree dikembangkan lebih jauh dan
A
E1 E2
A
E1 E2
II-4
Transfer Out
berkaitan dengan simbol Tranfer-In
Gambar 2.2 Simbol-simbol FTA
(Sumber: Ebeling, 1997)
2.4 Conditional Probability Approach
Teknik pengevaluasian untuk sistem yang kompleks dengan
memanfaatkan pendekatan probabilitas bersyarat (conditional probability
approach) sebagian telah akan dipakai untuk mengevaluasi keandalan sistem.
Kedua persamaan itu adalah :
1. P(sistem sukses jika B dalam kondisi jelek) P(sistem sukses)
P(sistem sukses jika B dalam kondisi baik)
Sedangkan probabilitas dari kejadian komplemennya adalah:
2. P (sistem gagal jika B dalam kondisi jelek)
(sistem gagal) (sistem gagal jika B dalam kondisi baik)
2.5 Evaluasi Kualitatif Fault Tree
Evaluasi kualitatif dari sebuah fault tree dapat dilakukan berdasarkan minimal
cut set. Kekritisan dari sebuah cut set jelas tergantung pada jumlah basic event di
dalam cut set (orde dari cut set). Sebuah cut set dengan orde satu umumnya lebih
kritis dari pada sebuah cut set dengan orde dua atau lebih. Jika sebuah fault tree
memiliki cut set dengan orde satu, maka top event akan terjadi sesaat setelah
basic event yang bersangkutan terjadi. Jika sebuah cut set memiliki dua basic
event, kedua event ini harus terjadi secara serentak agar top event dapat
terjadi.Faktor lain yang penting adalah jenis basic event dari sebuah minimal cut
set. Kekritisan dari berbagai cut set dapat dirangking berdasarkan dari basic event
berikut ini:
II-5
1.Human error
2.Kegagalan komponen/peralatan yang aktif (active equipment failure)
3.Kegagalan komponen/peralatan yang pasif (passive equipment failure)
Peringkat ini disusun berdasarkan asumsi bahwa human error lebih sering
terjadi dari pada komponen/peralatan yang aktif dan komponen/peralatan yang
aktif lebih rentan terhadap kegagalan bila dibandingkan komponen/peralatan yang
pasif.
2.6 Evaluasi Kualitatif Fault Tree
Kegagalan komponen/peralatan yang pasif (passive equipment failure)
peringkat ini disusun berdasarkan asumsi bahwa human error lebih sering terjadi
dari pada komponen/peralatan yang aktif dan komponen/peralatan yang aktif lebih
rentang terhadap kegagalan bila dibandingkan komponen/peralatan yang pasif
sedangkan kualitatif dengan menggunakan pendekatan aljabar boolean dengan
perhitungan langsung (direct numerical approach) sedangkan analisa kuantitatif
hanya mengkontruksian pohon kegagalan/failure suatu sistem.
2. 7 Boolean Algebra Approach
Menunjukkan hukum-hukum aljabar boolean yang dipakai untuk
melakukan evaluasi fault tree secara kuantitatif. Pendekatan aljabar boolean
berawal dari top event dan mendiskripsikannya secara logis dalam basic event,
incomplete event dan intermediate event. Semua intermediate event akan
digantikan oleh event-event pada tinggi yang lebih rendah. Hal ini terus dilakukan
sampai pernyataan logika yang menyatakan top event semuanya dalam bentuk
basic event dan incomplete event.
Tabel 2.1 basic event dan incomplete event
Jenis Formula Jenis Formula
Hukum Datar AA=A
A+A=A
A(A+B)=A
AT=0
A+A=1
Hukum Distributif A(B+C) AB+AC
danA+BC=(A+B)
(A+C)
Hukum Yang
Melibatkan 1dan 0
0A=0
IA = A
0 +A = A x dan 1
+A = 1
II-6
Hukum
Komulatif
AB = BA
A+ B = + B+A
Hukum Demorgan BA AB
Hukum
Wosiatif
A (BC) = (AB) C
A + (B+C) = (A+
B) AC
ABBA
2.8 Direct Numerical Approach
Kerugian dari boolean algebra approach adalah ekspresi yang kompleks
jika sistem yang besar dan fault tree yang berhubungan dengan sistem tersebut
akan dikaji. Pendekatan alternatif untuk menghitung nilai numerik probabilitas
dapat dilakukan dengan menggunakan direct numerical approach. Berbeda
dengan boolean algebra approach yang memiliki sifat top down approach maka
pendekatan numerik ini bersifat bottom up approach. Pendekatan numerik ini
berawal dari level tinggi yang paling rendah dan mengkombinasikan semua
probabilitas dari event yang ada pada level ini dengan menggunakan logic gate
yang tepat dimana event-event ini dikaitkan. Kombinasi probabilitas ini akan
memberikan nilai probabilitas dari intermediate event pada level tinggi diatasnya.
Proses ini berlangsung terus ke atas sampai top event dicapai.
Blok diagram Reliability Fault Tree
Gambar 2.3 Direct numerical approach
(Davidson, 1988)
1 2 3 TOP
1 2 3 1
2
3
TOP
1 2 3
II-7
2.9 Pengkonstruksian Fault Tree
Pengkonstruksian fault tree selalu bermula dari top event. Oleh karena itu,
berbagai fault event yang secara langsung penting, dan berbagai penyebab
terjadinya top event harus secara teliti diidentifikasi. Berbagai penyebab ini
dikoneksikan ke top event oleh sebuah gerbang logika. Penting kiranya bahwa
penyebab level pertama dibawah top event harus disusun secara terstruktur. Level
pertama ini sering disebut dengan top structure dari sebuah fault tree. top
structure ini sering diambil dari kegagalan modul-modul utama sistem, atau
fungsi utama dari sistem. Analisa dilanjutkan level demi level sampai semua fault
event telah dikembangkan sampai pada resolusi yang ditentukan. Analisa ini
merupakan analisa deduktif dan menunjukkan struktur fundamental dari sebuah
fault tree, dan menunjukkan berbagai simbol yang dipakai untuk mengkonstruksi
sebuah fault tree.
Ada beberapa aturan yang harus dipenuhi dalam mengkonstruksi sebuah
fault tree. Berikut ini beberapa aturan yang dipakai untuk mengkonstruksi sebuah
fault tree.
A. Deskripsikan fault event
Masing–masing basic event harus didefiniskan secara teliti (apa, dimana,
kapan) dalam sebuah kotak.
B. Evaluasi fault event
kegagalan komponen dikelompokkan dalam tiga kelompok yaitu, primary
failures, secondary failures, dan command faults.
II-8
2.10 Perhitungan Ukuran Sering Tidaknya Unit Pembangkit Mengalami
Gangguan
( ) ∑
∑ ∑
∑
∑ ∑ (2.1)
Keterangan:
Ut : jam unit terganggu
Ub : jam unit beroperasi
2.11 Pendekatan FTA Instrumentasi Pada Boiler Di PLTU Unit Lima dan
Enam PT. Pertamina (Persero) Refinery Unit II Dumai
2.11.1 Pengidentifikasian Minimal Cut Set
Sebuah fault tree memberikan informasi yang berharga tentang berbagai
kombinasi dari fault event yang mengarah pada critical failure sistem. Kombinasi
dari berbagai fault event disebut dengan cut set. Pada terminologi fault tree,
sebuah cut set didefiniskan sebagai basic event yang bila terjadi (secara simultan)
akan mengakibatkan terjadinya top event. Sebuah cut set dikatakan sebagai
minimal cut set jika cut set tersebut tidak dapat direduksi tanpa menghilangkan
statusnya sebagai cut set.
Dengan Persamaan rumus yaitu:
n
i
i
f
f
k
n
n
kfi CCCPCCP3
2
2
1
1
21
1 )...()1(...)( (2.2)
2.11.2 Penyederhanaan Top Down Approach
Kerugian dari boolean algebra approach adalah ekspresi yang kompleks
jika sistem yang besar dan fault tree yang berhubungan dengan sistem tersebut
akan dikaji. Pendekatan alternatif untuk menghitung nilai numerik probabilitas
dapat dilakukan dengan menggunakan direct numerical approach. Berbeda
II-9
dengan boolean algebra approach yang memiliki sifat top down approach maka
pendekatan numerik ini bersifat bottom up approach. Pendekatan numerik ini
berawal dari level tinggi yang paling rendah dan mengkombinasikan semua
probabilitas dari event yang ada pada level ini dengan menggunakan logic gate
yang tepat dimana event–event ini dikaitkan. Kombinasi probabilitas ini akan
memberikan nilai probabilitas dari intermediate event pada level tinggi diatasnya.
Proses ini berlangsung terus ke atas sampai top event dicapai.
Dengan menyatakan persamaan rumus adalah:
Ekspresi alajabar boolean untuk level pertama adalah:
T = I + E3
Intermediate event dapat diganti dengan:
I = E1. E2 (2.3)
Oleh karena itu:
T = E1. E2
Persamaan di atas merupakan ekspresi akhir aljabar boolean dari fault tree
yang sedang dianalisa. Probabilitas terjadinya top event T dapat dievaluasi dengan
menggunakan aljabar boolean.
P (T) = P (E1. E2 + E3)
= [P(E1)P(E2)] + P (E3) –[P(E1)P(E2)P(E3)] (2.4)
2.11.3 Penggabungan Antara Top Down Approach dan Top Event
Evaluasi kualitatif dari sebuah fault tree dapat dilakukan berdasarkan
minimal cut set. Kekritisan dari sebuah cut set jelas tergantung pada jumlah basic
event di dalam cut set. Sebuah cut set dengan orde satu umumnya lebih kritis
daripada sebuah cut set dengan orde dua atau lebih. Jika sebuah fault tree
memiliki cut set dengan orde satu, maka top event akan terjadi sesaat setelah basic
event yang bersangkutan terjadi. Jika sebuah cut set memiliki dua basic event,
kedua event ini harus terjadi secara serentak agar top event dapat terjadi. Faktor
lain yang penting adalah jenis basic event dari sebuah minimal cut set. Kekritisan
dari berbagai cut set dapat dirangking berdasarkan dari basic event berikut ini:
II-10
2.11.3.1Peringkat ini disusun berdasarkan asumsi bahwa human error lebih sering
terjadi dari pada komponen/peralatan yang aktif dan komponen/peralatan
yang aktif lebih rentan terhadap kegagalan bila dibandingkan
komponen/peralatan yang pasif.
Dengan persamaan rumus 2.21 adalah:
P (T) = P (E1. E2 + E3)
= [P(E1)P(E2)] + P (E3) – [P E1) P (E2) P (E3)]
Sehingga dapat disederhanakan dengan menyatakan rumus top event yaitu:
P (I) = P (E1) P (E2)
P(T) = P(I U E3) = P(I) + P(E3) – P(I)P(E3) (2.5)
III-1
BAB III
SISTEM INSTRUMENTASI PADA BOILER
DI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP (PLTU)
3.1 Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)
Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) adalah pembangkit listrik yang
memanfaatkan energi panas dari steam untuk memutar turbin sehingga dapat
digunakan untuk membangkitkan energi listrik melalui generator. Steam yang
dibangkitkan ini berasal dari perubahan fase air yang berada pada boiler akibat
mendapatkan energi panas dari hasil pembakaran bahan bakar. Secara garis besar
sistem pembangkit listrik tenaga uap terdiri dari beberapa peralatan utama
diantaranya: boiler, turbin, generator, dan kondensor.
Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air
sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu
kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Sistem boiler
terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam, dan sistem bahan bakar. Air adalah
media yang dipakai pada proses temperatur tinggi ataupun untuk perubahan
parsial menjadi energi mekanis didalam sebuah turbin. Seperti halnya boiler unit
lima dan enam PLTU Pertamina juga menggunakan fluida kerja berupa air umpan
yang berasal dari pengolahan air laut.
Dalam beroperasinya boiler unit lima dan enam menggunakan bahan bakar
jenis residu (main fuel oil). Residu termasuk salah satu jenis produk dari minyak
bumi. Seperti kita ketahui pada kondisi sekarang menunjukkan harga minyak
bumi dunia sudah pada level tinggi, juga semakin menipisnya ketersediaan
minyak bumi karena bahan bakar jenis ini bersifat tidak dapat diperbaharui.
Dengan kondisi seperti ini, sehingga memaksa penggunanya termasuk perusahaan
pembangkit listrik dalam menggunakan minyak bumi harus seefisien mungkin
agar energi yang dihasilkan bisa maksimal.
III-2
Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa sistem
utama, yaitu:
1. Turbine&Generator
2. Boiler (Steam Generator)
3. Coal Handling System
4. Ash Handling System
5. Flue Gas System
6. Balance of Plant
Siklus merupakan rantaian dari beberapa proses yang dimulai dari suatu
tingkat keadaan kemudian kembali ke tingkat keadaan semula dan terjadi secara
berulang. Pada pembangkit tenaga uap, fluida yang mengalami proses-proses
tersebut adalah air. Air berfungsi sebagai fluida kerja. Air dalam siklus kerjanya
mengalami proses-proses pemanasan, penguapan, ekspansi, pendinginan, dan
kompresi. Siklus pembangkit tenaga uap yang telah diterima sebagai siklus
standarnya adalah siklus rankine. Siklus rankine sederhana terdiri dari empat
komponen utama yaitu pompa, boiler, turbin, dan condenser. Skematik siklus
rankine gambar 3.1
Gambar 3.1 Siklus PLTU
Wahid (Henley, E.J 1992)
Turbin
Boiler
kondenser
pompa
Q in
2
Q out 4
W turb, out 3
w pompa in
1
III-3
3.1.1 Turbine Dan Generator
Turbine & generator bisa dikatakan sebagai the heart of the plant, karena
dari bagian inilah energi listrik dihasilkan. Generator yang berputar dengan
kecepatan tetap, menghasilkan energi listrik yang disalurkan ke jaringan
interkoneksi dan selanjutnya didistribusikan ke konsumen.
3.1.2 Steam Generator
Steam turbine (turbin uap) yang berfungsi untuk memutar generator,
terdiri dari HP (high-pressure) turbine, IP (intermediate-pressure) turbine dan LP
(low-pressure) turbine. Turbine& generator memiliki beberapa peralatan
pendukung, yaitu lubricating oil system dan generator cooling system. Boiler
(steam generator) berfungsi untuk mengubah air menjadi uap. Uap bertekanan
sangat tinggi yang dihasilkan boiler dipergunakan untuk memutar turbine.
3.2 Landasan Teori
3.2.1 Boiler
Boiler merupakan peralatan berupa bejana tertutup terbuat dari baja yang
digunakan untuk memanaskan air sampai menjadi uap dengan tekanan dan
temperatur sesuai yang dikehendaki, melalui proses perpindahan panas yang
terjadi di dapur. Dalam hal ini panas yang diserap berasal dari proses pembakaran
bahan bakar.
Uap air adalah suatu gas yang timbul akibat adanya perubahan fase air atau
cair menjadi uap dengan cara pendidihan (boiling). Untuk melakukan proses
pendidihan diperlukan energi panas yang berasaldari proses pembakaran bahan
bakar baik yang berbentuk padat dari cair, dan gas.
Proses pembentukan uap dengan pembakaran bahan bakar padat pada suatu
bejana tertutup akan menimbulkan peningkatan tekanan akibat peningkatan
volume, yang berubah dari fase cair menjadi gas, juga diikuti dengan kenaikan
temperatur air dan uap.
Apabila puncak bejana tertutup tersebut dibuat lubang, maka uap akan keluar
ke udara karena tekanan didalam boiler lebih tinggi dari tekanan udara luar.
Apabila uap yang dilepas sama jumlahnya dengan jumlah uap yang terbentuk
maka tekanan uap dalam boiler akan tetap. Keadaan seperti ini terdapat pada
III-4
boiler yang sedang beroperasi, dan biasanya uap yang dihasilkan mempunyai
kandungan energi yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi seperti untuk
penggerak turbin uap dan proses lainya. (Antoni, 2008)
3.3 Prinsip Kerja Boiler
Energi kimia dari bahan bakar diubah menjadi energy panas yang terjadi
didalam dapur (furnace). Energi panas tersebut digunakan untuk memanasi air
hingga air tersebut berubah fase dari cair menjadi uap.
Selama beroperasi api yang menyala pada alat pembakaran (burner flame)
tidak diperbolehkan mengenai dinding pipa (tube) ketel uap atau dinding batu
tahan api (fire brick) karena dapat menyebabkan terjadinya pemanasan setempat
(hot spot) pada bagian yang terkena api secara langsung, apabila hal ini terjadi
dapat mengakibatkan kerusakan pada tube boiler (tube failure) tersebut. Jadi
pemanasan yang terjadi adalah pemanasan secara tidak langsung (radiasi), hal ini
dapat dicapai dengan mengatur aliran udara pembakaran yang masuk dan aliran
gas hasil pembakaran .Uap yang dihasilkan dipanaskan lagi melalui alat pemanas
uap lanjut (Superheated) untuk mendapatkan uap kering. (Antoni, 2008)
III-5
Gambar 3.2. Prinsip Kerja Boiler
(Antoni, 2008)
III-6
3.4 Sistem Instrumentasi Pada Boiler
PH Switch LT
PM detector
udara
CF
temperatur temperatur
Penyuplai
TFO, HP/LP SV Level/Control Valve
Gambar 3.3. Blok Diagram Sistem Instrumentasi Pada Boiler
Keterangan:
PH Switch: Pressure High Switch
LT: Level Temperature
PM detector: Pressure Mean detector
CF: Combusein Fuel
TFO, HP/LP: Fuel Oil Flow, High Pressure/Level Pressure
SV: Steam Valve
L/CV: Level/Control Valve
Steam Drum Water Drum
FDF
Burner
Superheater economizer
FO, FG Shoot Blower
Silencer
III-7
Proses dimulai dari bahan bakar fuel oil dan fuel gas yang merupakan
penyuplai untuk terjadi pengoperasian boiler tersebut, dan diruang HP steam
header merupakan tempat pemisah steam dan air dan akan dialirkan ke water
drum yang merupakan tempat penampungan air yang akan dipanaskan didalam
boiler melalui pembakaran (burner) dengan bantuan FDF yang berfungsi
menghasilkan udara untuk pembakaran pada boiler tersebut. Pada intinya alat
pemanas cairan (biasanya air) agar berada di atas titik didihnya sehingga ia
menguap. Untuk memanaskannya ada beberapa tipe boiler fire tube di mana api
berada dalam tubing-tubing dengan cairan berada di luar water tube di mana
sebaliknya, air berada dalam tubing dengan api berada di luar untuk menaikkan
temperatur dari uap basah menjadi uap kering dengan media pemanas gas panas
dan hasilnya akan diteruskan ke silencer yang bersifat tempat pembuangan steam
sebagai sementara. Fuel oil dan fuel gas atau solar di pompa dengan tekanan
tinggi dan keluar dalam bentuk api pada ujung spuyer, di atas spuyer ada dioda
tegangan tinggi untuk memberikan api supaya minyak yg keluar, biasanya
dibelakang boiler ada photo sel untuk memonitor api sudah terbakar apa belum
kalau tidak terbakar photo sel ini akan mematikan semua mesin boiler agar tidak
terjadi semburan minyak yg tidak terbakar, dan shoot blower akan membersihkan
jelaga-jelaga yang melekat pada fire tube dan water tube.
Boiler umumnya terdiri dari :
a. Economizer berfungsi sebagai pemanas awal boiler feed water dengan
memanfaatkan gas panas buangan hasil pembakaran bahan bakar dalam
dapur.
b. (FDF) Force Draft Fan berfungsi menghasilkan udara untuk pembakaran pada
boiler.
c. Burner berfungsi sebagai alat pembakaran bahan bakar (gas, fuel oil).
d. Superheated berfungsi untuk menaikkan temperatur dari uap basah (saturated
steam 41,0kg/cm2
250ºC) menjadi uap kering (Superheated steam 41,0 kg/cm
2
380ºC) dengan media pemanas gas panas.
III-8
e. Shoot Blower berfungsi untuk membersihkan jelaga-jalaga yang melekat pada
tube
f. Silencer berfungsi sebagai tempat buangan steam yang bersifat sementara.
g. Steam Drum adalah komponen ini merupakan tempat penampungan air panas
dan pembangkitkan steam, karena steam masih bersifat jenuh. (saturate steam).
h. Water Drum adalah komponen ini merupakan tempat penampungan air yang
akan di panaskan didalam boiler melalui tempat pembakaran (burner).
3.5 Siklus Pada Boiler Di PLTU
Siklus dasar yang digunakan pada Steam Power Plant adalah siklus Rankine,
dengan komponen utama boiler, turbin uap dan kondenser.
3.5.1 Siklus Dengan Rankine Proses Pemanasan Ulang
Gambar 3.4 Siklus Rankine Pada PLTU Khusus Boiler
(Samuel, 2008)
1. Energi Primer
Batu Bara, Gas, dan minyak bumi.
2. Boiler
Sebuah bejana tertutup yang membangkitkan uap air dengan tekanan dan
temperatur tinggi.
3. Steam Turbine
Komponen utama konversi energi kalor menjadi energi mekanik.
4. Generator
Komponen utama konversi energi mekanik menjadi energi kalor.
III-9
3.6 Turbin Uap
Turbin uap pada umumnya lebih banyak digunakan untuk memutar
generator pembangkit listrik. Cara kerja adalah sebagai penggerak pemula (prime
mover) yang mengubah energi panas dalam bentuk uap dan menjadi energi
mekanis berupa putaran poros turbin. Selanjutnya poros turbin dikopel dengan
poros generator untuk menghasilkan energi listrik.
Ditinjau dari kerja transfer energi uap ke poros, turbin uap dapat
dibedakan atas dua type yaitu:
1. Turbin Reaksi
2. Turbin Impuls
Apabila ditinjau dari aliran uap, turbin uap dapat diklasifikasikan atas tiga
type yaitu:
1. Turbin Aliran Ideal
2. Turbin Aliran Tangensial
3. Turbin Aliran Aksial
3.7 Bagian-Bagian Boiler
3.7.1 Steam Drum
a) Menampung air yang akan dipanaskan pada pipa-pipa penguap (wall tube)
dan menampung uap air dari pipa-pipa penguap sebelum di alirkan ke
superheater.
b) Memisahkan uap dan air yang telah di pisahkan di ruang bakar (furnace).
c) Mengatur kualitas air boiler, dengan membuang kotoran-kotoran terlarut di
dalam boiler melalui continous blowdown.
d) Mengatur permukaan air sehingga tidak terjadi kekurangan saat boiler
beroperasi yang dapat menyebabkan overheating pada pipa boiler.
III-10
3.7.2 Water Drum
Water drum adalah komponen ini merupakan tempat penampungan air
yang akan di panaskan didalam boiler melalui tempat pembakaran (burner).
3.7.3. Shoot Blower
Untuk membersihkan bagian-bagian boiler dari fly ash sisa pembakaran batu bara
yaitu:
1. Furnace wall blower di gunakan untuk membersihkan pipa-pipa
penguap (wall tube) pada daerah furnace.
2. Half retractable sootblower digunakan untuk membersihkan pipa-pipa
Economizer.
3. Long retractable sootblower digunakan untuk membersihkan pipa-pipa
superheater dan reheater.
4 Air heater sootblower digunakan untuk membersihkan elemen-elemen
air heater.
3.8 Prinsip Kerja PLTU
Gambar 3.5. Prinsip Kerja PLTU
Sumber: (Kadir, 1989)
III-11
Berdasarkan Gambar 3.5 menjelaskan didalam suatu pabrik yang
mempunyai sistem pembangkit tenaga listrik (Power Plant) terutama pada
pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) sangat banyak menggunakan peralatan
instrumentasi sebagai komponen vital dalam pengoperasiannya. Untuk itu
peralatan tersebut harus dapat menghasilkan hasil pengukuran dengan baik dan
akurat. Pada prosesnya, PLTU menggunakan air sebagai bahan baku yang dibakar
didalam boiler dan menghasilkan steam (Uap) untuk memutar turbin dan
generator sehingga dapat menghasilkan listrik.
Pada proses pemanasan air, air yang berasal dari raw water (air tanah)
tidak langsung dibakar didalam boiler. Dalam hal ini digunakan peralatan
instrumen Deaerator dan Economizer yang berfungsi untuk pemanasan awal
sebelum dibakar didalam boiler. Pemanasan dalam Deaerator yaitu menggunakan
steam sisa yang berasal dari steam yang telah memutar turbin dan pemanasan
dalam economizer menggunakan gas buang sisa pembakaran dari dalam boiler
tersebut.
III-12
3.9. Sistem Instrumentasi Boiler Pada Turbin Uap
Instrumentasi adalah alat-alat dan piranti (device) yang dipakai untuk
pengukuran dan pengendalian dalam suatu sistem yang lebih besar dan lebih
kompleks atau alat yang digunakan sebagai perpanjang indra manusia.
Secara umum instrumentasi mempunyai 3 fungsi utama:
a) Sebagai alat pengukuran
Instrumentasi sebagai alat pengukuran meliputi instrumentasi survey/
statistik, instrumentasi pengukuran suhu, tekanan, level, vibration dan lain-
lain.
b) Sebagai alat analisa
Instrumentasi sebagai alat analisa banyak dijumpai di bidang kimia dan
kedokteran.
c) Sebagai alat kendali
Instrumentasi sebagai alat kendali banyak ditemukan dalam bidang
elektronika, industri dan pabrik-pabrik.
Sistem pengukuran, analisa dan kendali dalam instrumentasi ini bisa
dilakukan secara manual (hasilnya dibaca dan ditulis tangan), tetapi bisa juga
dilakukan secara otomatis dengan mengunakan komputer (sirkuit elektronik).
Untuk jenis yang kedua ini, instrumentasi tidak bisa dipisahkan dengan bidang
elektronika dan instrumentasi itu sendiri.
Instrumentasi sebagai alat pengukur sering kali merupakan bagian awal
dari bagian-bagian selanjutnya (bagian kendalinya), dan bisa berupa pengukur
dari semua jenis besaran fisis, kimia, mekanis, maupun besaran listrik. Beberapa
contoh di antaranya adalah pengukur: massa, waktu, panjang, luas, sudut, suhu,
kelembaban, tekanan, aliran, PH (kesamaan), level, radiasi, suara, cahaya,
kecepatan, torque, sifat listrik (arus listrik, tegangan listrik, tahanan listrik),
viskositas, densiti, dan lain-lain.
III-13
3.10. Pendekatan FTA Pada Penerapan Sistem Instrumentasi Pada Boiler Di
PT. Pertamina (Persero) RU II Dumai
Pengaplikasian yang diterapkan pada PT. Pertamina (Persero) RU II
Dumai adalah mekanisme yang memiliki konfigurasi alternatif sebagai cadangan
jika terjadi kerusakan pada jalur utama. Sistem redundansi merupakan sistem
proteksi untuk meningkatkan keandalan sistem tersebut.
3.10.1 FTA (Fault Tree Analysis)
Faul Tree adalah diagram logika yang menggambarkan peristiwa
kegagalan komponen dan peristiwa kegagalan yang mungkin terjadi dalam sistem,
termasuk kesalahan manusia, yang menyebabkan kegagalan sistem fault tree
menggunakan gerbang logika AND dan OR untuk menghubungkan dengan
peristiwa top event penyebabnya, dan antara peristiwa kegagalan. Penyusunan
fault tree dilakukan dengan metode deduktif, yaitu menetapkan top event lebih
dahulu selanjutnya mengidentifikasi peristiwa yang langsung menyebabkan top
event, berikutnya mengidentifikasi peristiwa penyebab lainnya hingga peristiwa
dasar.
Gerbang logika yang paling banyak dipakai adalah gerbang AND dan OR.
Untuk gerbang AND, peristiwa keluaran terjadi jika dan hanya jika semua
peritiwa masukan tejadi. Untuk gerbang OR, peristiwa keluaran terjadi jika satu
atau lebih peristiwa masukan terjadi.
Mode kegagalan sistem dapat dinyatakan dengan konsep cut set. Cut set
adalah himpunan peristiwa dasar yang apabila terjadi akan mengakibatkan
kegagalan sistem. Minimal cut set (MCS) adalah himpunan peristiwa dasar
minimum yang menghasilkan top event jika dan hanya jika semua peristiwa dalam
himpunan terjadi. Bila salah satu salah peristiwa dasar anggota MCS tidak terjadi,
maka kegagalan sistem juga tidak terjadi. Gerbang AND memiliki sifat
memperbesar ukuran MCS, sedangkan gerbang OR memperbesar jumlah MCS.
III-14
Fault Tree dapat dinyatakan dalam persamaan aljabar. Peristiwa dasar
dinyatakan dengan variabel aljabar Boolean, gerbang AND dinyatakan dengan
operasi perkalian, dan gerbang OR dinyatakan dengan operasi penjumlahan.
a) Distribusi Longnormal
Distribusi longnormal digunakan karena sebagian besar peristiwa yang
diamati mempunyai probabilitas gagal yang kecil dengan interval data
yang besar. Distribusi nilai peubah acak lebih besar dari nol.
b). Dapat dinyatakan dengan dua pasang parameter:
1) Mean dan variansi
2) Median dan error factor,
3) Nilai mean distribusi lognormal lebih besar dari nilai mediannya
3.11.Penyusunan Pohon Kegagalan
1. Menganalisis penyebab terjadinya fault tree secara mundur dengan
gerbang logika dan menentukan top event.
Tabel 3.1 Penyusunan Fault Tree
Symbol Arti Symbol Keterangan Symbol FTA
FTA
kejadian dasar Kesalahankomponendasaryang tidak memerlukan pengembangan lebih lanjut.
Gerbang OR Gerbang logika yang menunjukan gabungan beberapa
masukan kejadian. Keluaran akan terjadi bila
sedikitnya 1 masukan terjadi.
Gerbang AND Masukan terjadi gerbang AND gerbang logika
yangmenunjukkan interseksi (perkalian) beberapa
masukan kejadian. Keluaran akan terjadi bila
masukan terjadi.
III-15
3.12 Redundansi Antara Sistem Instrumentasi Seri Dan Paralel Pada Boiler
Di PLTU
3.12.1 Susunan Seri Redundansi
Ada sebuah sistem yang terdiri dari n buah komponen dalam susunan seri.
Untuk meningkatkan keandalan dari sistem ini ada dua cara dasar yang umum
dipakai yaitu dengan membuat masing-masing komponen yang ada di sistem
berlebihan (component-level redundancy) atau membuat sistemnya yang
berlebihan (system-level redundancy).
Gambar 3.6.Gambar Redundansi Antara Level Seri Dan Level Paralel
(Dillon, 1985)
1
2
m
1
2
1
2
m m
1 2 n
1
1
1
2
2
n
n
2 n
1
2
m
III-16
3.12.2 Standby Redundansi sistem
Pada sistem paralel redundancy, seluruh komponen dioperasikan secara
simultan, sedangkan pada sistem standby redundant, unit standby akan
dioperasikan hanya ketika dalam keadaan normal unit operasi dalam keadaan
gagal perbedaan antara dua hal itu digambarkan dalam gambar 3.7 dibawah ini.
Secara umum ada dua buah kasus dasar yang berhubungan dengan switching.
Pertama, kita bisa menganggap switch yang dipakai adalah switch yang sempurna
sehingga bisa dikategorikan sebagai kasus pengalihan yang sempurna (perfect
switching) serta yang kedua, kita bisa menganggap switch yang dipakai adalah
switch yang tidak sempurna sehingga bisa dikategorikan sebagai kasus pengalihan
yang tidak sempurna (Imperfect switching).
(a) (b)
Gambar 3.7 Sistem Dengan Susunan Paralel Dan Sistem Susunan Standby
(Balbir, 1985)
1
2
1
2
III-17
3.13 Pressure Gauge
Pressure gauge adalah alat yang digunakan untuk mengukur nilai tekanan.
Gambar 3.8 Pressure Gauge
Sumber:http://www.google.com/imgres?imgurl=http://images01.olx.co.id/ui/11/72/34
/1340638777_404826834_1-Gambar--stainless-pressure-gauge.jpg&imgrefu.
3.14 Pressure Switch
Pressure switch adalah saklar yang bekerja berdasarkan tekanan yang
diterimanya.
Jika tekanan terukur melebihi harga yang telah diset maka switch akan
berubah dari posisi ON ke OFF (normaly closed) atau dari posisi OFF ke
ON (normaly open).
Menggunakan sinyal listrik (tegangan) sebagai sinyal indikasi dari posisi
switch.
III-18
Gambar 3.9 Pressure Switch
Adapun jenis pressure switch berdasarkan kebutuhan proses ada dua macam
yaitu:
1. Pressure Switch High
Pressure high digunakan pada line proses yang tidak boleh mendapatkan
tekanan tinggi melebihi set point pada proses.
2. Pressure Switch low
Pressure low digunakan pada line proses yang tidak boleh mendapatkan
tekanan rendah dibawah tekanan minimum pompa.
IV-1
BAB IV
KEANDALAN INSTRUMENTASI PADA BOILER DI PLTU UNIT LIMA
DAN ENAM PT. PERTAMINA (PERSERO) REFINERY UNIT II DUMAI
DENGAN MENGGUNAKAN PENDEKATAN FTA (FAULT TREE
ANALYSIS)
Kecanggihan dari teknologi instrumentasi di industri PLTU diikuti dengan
resiko hilangnya daya yang cukup besar pada saat terjadi kegagalan instrumentasi
(failure). Hal ini tentunya tidak diinginkan oleh PT. Pertamina karena terjadinya
failure juga mengakibatkan hilangnya penghasilan steam pada pembangkit dan
pendapatan bagi perusahaan. Untuk meningkatkan keandalan sistem, dapat
diterapkan sistem redundansi yang akan berperan secara aktif pada saat terjadinya
failure dengan mengalihkan unit aktif ke unit cadangan yang telah ditetapkan.
Mekanisme unit cadangan dapat mengatasi kegagalan yang diakibatkan oleh
gangguan pada spesifikasi alat instrumentasi/range dari instrumentasi itu sendiri.
Keandalan sistem PLTU pada pendistribusian daya listrik untuk menerangi
lingkungan perusahaan dipengaruhi oleh keandalan elemen perangkat penyusun
yang terintegrasi satu dengan yang lain. Keandalan sistem PLTU yang akan
dianalisis adalah keandalan sistem instrumentasi pada boiler di PLTU Pertamina
(Persero) Refinery Unit II Dumai.
4.1 Data Perangkat
Untuk mendukung kelengkapan analisis ini dibutuhkan data laju kerusakan
dan laju perbaikan untuk masing-masing komponen pendukung pembangkit
tersebut. Data perangkat yang digunakan adalah data komponen instrumentasi
pada boiler di PLTU Unit Lima dan Enam PT. Pertamina (Persero) Refinery Unit
II Dumai pada tahun 2009. Penggunaan data tahun 2009 di karenakan pada tahun
tersebut paling sering ditemukan kerusakan. Selain itu data tahun 2009 merupakan
data yang paling lengkap yang didapat oleh penulis dari PT. Pertamina (Persero)
Refinery Unit II Dumai.
IV-2
Tabel 4.1 Data Perangkat Instrumentasi Pada Boiler di PLTU Unit Lima dan
Enam PT. Pertamina (Persero) Refinery Unit II Dumai
Elemen Perangkat Kerusakan Perbaikan
Boiler di
PLTU
Kategori Per-tahun per-tahun
/jam
Pressure Switch Boiler
Unit 5
Dan 6
Urgent 1 Tahun 363 per-
tahun /jam
Pressure Gauge Boiler
Unit 5
Dan 6
Urgent 1 Tahun 219 per-
tahun /jam
Untuk memudahkan langkah dalam menganalisis keandalan instrumentasi
pembangkit ditetapkan juga beberapa asumsi yang digunakan dalam perhitungan,
yaitu:
1. Kondisi yang mungkin terjadi pada instrumentasi pembangkit hanya ada
dua keadaan, yaitu beroperasi dan atau rusak.
2. Semua unit beroperasi pada keadaan steady state atau mempunyai
probabilitas keadaan yang terbatas.
3. Unit redundansi bersifat ideal, sangat kecil kemungkinan akan mengalami
kegagalan pada keadaan tidak beroperasi atau unit redundansi akan gagal
jika unit utama telah gagal.
4.2 Analisis Keandalan Instrumentasi Pada Boiler Di PLTU di PT.
Pertamina (Persero) Refinery Unit II Dumai
Untuk memudahkan dalam melakukan perhitungan dengan menggunakan
metode FTA, maka konfigurasi instrumentasi pembangkit yang akan ditampilkan
pada bab IV ini adalah perumusan tiga parameter-parameter tersebut.
IV-3
Dengan konsep dasar seperti telah dijelaskan dalam bab 3 mengenai
pendekatan FTA untuk sistem yang terdiri dari komponen-komponen yang
terhubung secara seri dan paralel, besarnya nilai indeks ketakandalan dan nilai
indeks keandalan pada parameter-parameter FTA dapat diperoleh dengan cara
sebagai berikut:
Nilai indeks ketakandalan dan nilai indeks keandalan parameter cut set
(minimalkan kegagalan).
Gambar 4.1 Blok Diagram Dan Fault Tree Untuk Cut Set
● Cut Set
Qs = C1 dan C2
= 1,2 dan 2
Nilai indeks ketakandalan sistemnya:
Qs = P (C1 C2) = P (C1) + P (C2) +P (C1 ∩ C2) + P (C1 ∩ C2) – P (C1 ∩
C2) – P (C1∩C2)
= P (C1 ∩ C2) – P (C1 ∩ C2)
= P (C1 ∩ C2)
1
2
TOP
1 2
IV-4
Probabilitasnya adalah:
P = C1= Q1 Q2
C2 = Q2
P = (C1 ∩ C2) = P (C1) P (C2) = Q1 Q2
P = (C1 ∩ C2) = P (C1) P (C2) = P (C1 ∩ C2)
= P (C1 ∩ C2)
= Q1 Q2
Qs = Q1Q2 + Q2 – Q1Q2 – Q1Q2 – Q2Q3Q4 + 2 Q1Q2
Qs = Q2
+ 2Q3
Untuk nilai Q1= Q1 Q2
(untuk nilai pressure gauge Q1 = 0,03)
(untuk nilai pressure switch Q2 = 0,02)
Q1 = Q1 = 0,03
Q2 = Q1Q2
Q2 = Q2 = 0,02
Maka dapatlah perumusan pada Qs yaitu:
Qs = Q1Q2 + Q2 – Q1Q2 – Q1Q2 – Q2Q3Q4 + 2 Q1Q2
Qs = Q2 + 2Q
3
= 1 x 0,03
2 + 2 x 0,02
3
= 0,0009 + 0,000016
= 0,000916 /jam (nilai pada perumusan pada Qs)
IV-5
Sehingga nilai indeks keandalan untuk parameter cut set:
Rs = 1 - Qs
= 1 - 0,000916
= 0,999084 tahun (nilai akhir pada parameter cut set)
Nilai indeks keandalan untuk parameter top event
● Top Event
Gambar 4.2 Blok Diagram Dan Fault Tree Untuk Top Event
Nilai indeks keandalan top event yaitu:
● Top Event
Pressure gauge = 363 jam
Unavailibity = 4,09123
363
3638760
363
U
Jam
UTcub
cut
Availibility = 1- For
= 1- 0,4
A = 0,6
1 2 TOP
G1
E1 E2
IV-6
Nilai ketidaktersediaan pada top event pressure gauge (0,6)
Nilai keterserdiaan pada top event pressure gauge (0,96021046)
Pressure switch = 219 jam
Unavailibity = 02439024,08979
219
2198760
219
U
Jam
UTcub
cut
Availibility = 1- For
= 1- 0,02439024
A = 0,97560976
Nilai ketidaktersediaan pada top event pressure switch (0,02439024)
Nilai ketersediaan pada top event pressure switch (0,97560976)
Maka nilai E1 dan E2 adalah:
E1 = 0,6
E2 = 0,975
Sehingga nilai parameter top event yaitu:
P(I) = P (E1) x P (E2)
= (1 – 0,6) x (1 – 0,975)
= 0,01 (nilai akhir pada top event P (I)
P (T) = P (I E2)
= P (I) + P (E2) – P (1) + P (E2)
= (0,01) + (1 – 0,975) – (0,01) + (1 – 0,975)
= (0,035) - (0,035)
= 0,01 (nilai akhir pada top event P (T)
IV-7
Nilai indeks keandalan pada paremeter top down approach
● Top Down Approach
Gambar 4.3 Blok Diagram dan Fault Tree Dan Top Down Approach
Eksperesi aljabar boolean:
T = I + E2
Intermediate event yaitu:
I= E1 x E2
Oleh karena itu:
T = E1 x E2
Evaluasi dengan menggunakan aljabar boolean:
P (T) = P (E1 x E2 + E2)
= [P (E1) x P (E2)] + P (E2) – [P (E1) P (E2)
Pressure gauge = 363 jam setahun
Unavailibity = 4,09123
363
3638760
363
U
Jam
UTcub
cut
Availibility = 1- For
= 1- 0,4
A = 0,6
1
2
TOP
E1 E2
@
2
IV-8
Nilai ketidaktersediaan pada top event pressure gauge (0,6)
Nilai ketersediaan pada top event pressure gauge (0,96021046)
Pressure switch = 219 jam setahun
Unavailibity = 02439024,08979
219
2198760
219
U
Jam
UTcub
cut
Availibility = 1- For
= 1- 0,02439024
A = 0,97560976
Nilai ketidaktersediaan pada top event pressure switch (0,02439024)
Nilai ketersediaan pada top event pressure switch (0,97560976)
Maka untuk nilai E1 dan E2 yaitu:
E1 = 0,6 (nilai pada pressure gauge)
E2 = 0,975 (nilai pada pressure switch)
Dimana:
P (E1) = 1- 0,6
= 0,4 (nilai pada E1)
P (E2) = 1- 0,975
= 0,025 (nilai pada E2)
Sehingga nilai top down approach yaitu:
P (T) = (0,4) x (0,025)
= 0,01 (nilai akhir pada top down approach)
IV-9
Nilai indeks ketakandalan dan nilai keandalan pada parameter Cut Set,
Top Event dan Top Down Approach diatas dapat dilihat pada Tabel 4.2
Tabel 4.2 Nilai Akhir Keandalan Instrumentasi Pada Boiler Di PLTU Unit 5 Dan
6 masing-masing komponen dengan menggunakan pendekatan FTA (Fault Tree
Analysis).
Instrumentasi
Boiler di PLTU
Nilai Keandalan Instrumentasi Pada Boiler
di PLTU Unit Lima Dan Enam
Boiler Unit
Lima dan Enam Cut Set Top Event
Top Down
Approach
Pressure
Gauge
Pressure
Switch
Rs = (0,999084)
Rs = (0,9990)
P (I) = (0,01)
P (T) = (0)
P (I) = (0)
P (T) =
0,01
P (T) =
0,01
Jadi nilai keandalan pada pressure gauge dan pressure switch dengan tiga
parameter cut set, top down approach, dan top event nilai akhirnya sama. Maka
nilai keandalan instrumentasi pada boiler di PLTU Unit Lima dan Enam
dinyatakan handal dengan menggunakan pendekatan FTA (Fault Tree Analysis).
IV-10
Adapun pernyataan dibawah ini menjelaskan perhitungan dengan
menggunakan metode Fault Tree Analysis (FTA) dengan target nilai keandalan
PT. Pertamina (Persero) Refinery Unit II Dumai yaitu:
Berdasarkan perhitungan parameter keandalan diperoleh ketersediaan
sebesar 97.560976 %, top event sebesar 0,01 dan top down approach 0,01 atau
usia pakai sistem instrumentasi disetiap komponen adalah 99,9972 %
.Adapun target PT. Pertamina (Persero) Refinery Unit II Dumai untuk
ketersediaan suatu pembangkit minimal 94,66 %. Dapat disimpulkan bahwa
keandalan sistem instrumentasi PLTU dengan menggunakan pendekatan metode
FTA (Fault Tree Analysis) lebih baik dari kriteria yang ditentukan PT. Pertamina
(Persero) Refinery Unit II Dumai.
V-1
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan pembahasan dan analisa pada bab-bab sebelumnya, dapat
ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Keandalan untuk komponen pembangkit pada sistem instrumentasi pada
boiler di PLTU telah memenuhi persyaratan untuk proses industri.
2. Dengan menggunakan metode FTA, didapatkan nilai keandalan pada cut
set sebesar 0,999084 %, dan nilai top event sebesar 0,01 dan top down
approach sebesar 0,01.
5.2 Saran
Untuk penelitian selanjutnya, pengembangan bisa dilakukan, tidak hanya
menggunakan metode FTA yang dapat menentukan keandalan instrumentasi,
metode lain yang dapat menganalisis keandalan instrumentasi seperti metode
FMEA yang menganalisis keandalan dengan bentuk grafik nilai keandalannya.
Adapun pernyataan dibawah ini menjelaskan peritungan dengan
menggunakan metode Fault Tree Analysis (FTA) dengan target nilai keandalan
PT. Pertamina (Persero) Refinery Unit II Dumai yaitu:
Berdasarkan perhitungan parameter keandalan diperoleh ketersediaan
sebesar 97,560976 %, top event sebesar 0,01 dan top down approach 0,01 atau
usia pakai sistem instrumentasi disetiap komponen adalah 99,9972 %
.Adapun target PT. Pertamina (Persero) RU II Dumai untuk ketersediaan suatu
pembangkit minimal 94,66 %. Dapat disimpulkan bahwa keandalan sistem
instrumentasi PLTU dengan menggunakan pendekatan metode FTA (Fault Tree
Analysis) lebih baik dari kriteria yang ditentukan PT. Pertamina (Persero)
Refinery Unit II Dumai.
DAFTAR PUSTAKA
Antoni, Ronal, Kertas kerja wajib, jurnal mengenai sistem boiler, Di PT.
Pertamina (Persero) Refinery Unit II Dumai [2008].
Basley, Michael, Reliability for Engineers, Mac Millan Education LTD, London [1991].
Billinton. R. dan Ronald N. Allan, Reliability Evaluation of Engineering System Concepts and Technique. 2nd edition. Plenum Press, New York and London [1992].
Billinton, R., dan R. N. Allan, Reliability Evaluation of Engineering System: Concepts and Techniques. London: Plenum Press [1983].
Clifton A, Ericson II, FTA (Fault Tree Analysis), Amerika [2004].
Davidson, John, The Reliability of Mechanical System, Poston Press, London [1988].
Denson, M., Greg Chandler dan William Crowelland Rick Wanner, Nonelectronic Parts Reliability Data 1991, Reliability Analysis Center Rome, New York [1991].
Dillon. S. Balbir, Quality Control, Reliability and Engineering Design, Marcel Dekker, Inc, New York [1985].
Ebeling. E, Charles, An Introduction to Reliability and Maintainability Engineering, The Mc Graw-Hill Componies, Inc [1997].
Frankel, G, Ernst, System Reliability and Risk Analisis, 2nd revised edition, Massachussetts Institute of Technology Cambridge, MA, USA, Klwer Academic Publishers [1988].
Gunawan, Arief Hamdani dan Franky Ferdinand, “Kajian Kehandalan SDH pada JARLOKAF”, Elektronika Indonesia, no.44, Thn IX [2002].
Henley, E.J. dan Hiromitsu Kumamoto, Probabilistic Risk Assessment: reliability
Engineering, Design, and Analysis, IEEE Press, New York [1992]. Haryanto, Ahmad, ”Cara Kerja Boiler” jurnal, Surabaya [2008]. Kadir, Abdul, Transformator. Jakarta: PT. Gramedia [1989]. Samuel, roni, Studi Pembangkit Listrik Tenagan Uap Dan Pembangkit Listrik
Tenagan Diesel Aplikasi, USU [2008]. http://www.google.com/imgres?imgurl=http://images01.olx.co.id/ui/11/72/34/134063
8777_404826834_1-Gambar--stainless-pressure-gauge.jpg&imgrefu.