STUDI RELIABILITY, SAFETY, DAN QUALITY PADA WASTE HEAT BOILER (WHB) DI PT.PETROKIMIA GRESIK

Oleh :

Andhika Bagus P

(NRP. 2406 100 043)

Pembimbing:1. Ir. Ronny Dwi Noriyati, M.Kes2. Dr. Ir. Totok Soehartanto, DEA

JURUSAN TEKNIK FISIKAFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

Latar Belakang

Waste Heat Boiler (WHB) merupakankomponen penting bagi proses di pabrik 1(urea)

WHB trip Pabrik 1 shutdown

Latar Belakang

Umur Waste Heat Boiler yang sudah tua

harus dianalisa keandalan Instrumentasinya

Permasalahan

• Bagaimana menentukan tiap-tiap loop pengendalian dalam sistemWaste Heat Boiler PT. Petrokimia Gresik

• Bagaimana menentukan nilai reliability untuk tiap loop pengendalian

• Bagaimana menentukan PFD pada tiap loop pengendalian

• Bagaimana menentukan tingkat SIL pada Waste Heat Boiler PT. Petrokimia Gresik

• Bagaimana menentukan kualitas dari process variable pada Waste Heat Boiler PT. Petrokimia Gresik.

Tujuan penelitian

• Tujuan dari penelitian ini adalah dilakukan analisa kinerja instrumen padaWaste Heat Boiler melalui perhitungan reliability, safety, dan quality danakan dilakukan penentuan nilai Safety Integrity Level-nya.

Batasan Masalah

• Boiler yang dianalisa adalah Waste Heat Boiler PT. PetrokimiaGresik

• Data yang digunakan diperoleh dari data maintenance dan/ataudatabase (OREDA)

• Standard yang digunakan adalah ISA S84.01, IEC 61508, dan IEC 61511

• Hasil penelitian berupa program berbasis Excel yang dapatmenganalisa SIS pada setiap komponen penyusun Waste Heat Boiler

Metodologi Penelitian

STUDI LAPANGAN & PENGAMBILAN DATA LAPANGAN

IDENTIFIKASI INSTRUMEN & KOMPONEN LOOP

PERHITUNGAN FAILURE RATE & DISTRIBUSI DATA

EVALUASI RELIABILITY DENGAN PM

PERHITUNGAN PFD & PENENTUAN SIL

PENYUSUNAN QUALITY CONTROL CHART

KESIMPULAN

PERHITUNGAN MAINTAINABILITY DAN AVAILABILITY

STUDI LITERATUR

Data maintenance

• Didapatkan data maintenance untuk beberapa instrumenWHB.

Tabel tanggal kerusakan

• Untuk instrumen yang tidak diketahui data kerusakannya, maka sebagai gantinya, digunakan data failure rate dari OREDA (Offshore Reliability Data-2002)

Data Proccess Variable

• Data PV merupakan data selama 1 bulan yang didapatkan dariDCS WHB

Data PV

• Data PV ini digunakan untuk membuat grafik quality control.

Studi Literatur

• Reliability :

Probabilitas untuk tidak mengalami kegagalan atau dapatmelaksanakan fungsinya selama periode waktu tertentu.

Keterangan :

– F(t) = Cumulative Distribution Function (CDF)

– R(t) = Reliability Function

– f(t) = Probability Density Function (PDF)

Studi Literatur (lanj.)

• Fase burn-in (DFR)– Diakibatkan kerusakan dalam

manufaktur, retak saatpengelasan, patah, pengendalianterhadap kualitas yang rendah, sertakontaminasi.

• Fase Useful life (CFR)– Diakibatkan oleh lingkungan, beban

yang tidak tetap, kesalahanmanusia, serta kuasa Tuhan

• Fase Wear –out (IFR)– Diakibatkan oleh

kelelahan, korosi, penuaan, gesekan,dan beban yang berulang.

The Bathtub Curve

Studi Literatur (lanj.)

• PFD =– Probabilitas suatu sistem akan

mengalami kegagalan.

• SIL =– Safety Integrity Level

PFDFCE

PFDPLC

PFDSensorLoop SIL equals:PFDFCE + PFDSensor + PFDPLC

SIL = konversi nilai PFD ke tabel

Studi Literatur (lanj.)

• Quality Control Chart– membantu menentukan apakah

proses dalam keadaan terkontrolatau tidak.

LP drum

Loop 1

WHB process

Ammonia

Hydrazine

Condensate

Deaerator

HP drum

Flash VesselBlowdown

Vessel

HP Steam

Burner

Loop 2

Loop 3

Loop 4

Loop 5

Loop 6

Loop 1 - LP Drum Level Control

No Loop

Instrumen Tag Number Location Service Fluide Suplier Type

Body Size

Trim Size

1 LT 22210 LP DrumLP Drum Level

ControlWater/Stea

m Honeywell STD 624 - -

LIC 22210 Control RoomLP Drum Level

Control - Honeywell TDC 3000 - -

LCV 22210 Condensate LineLP Drum Level

Control Condensate Fisher ET (Globe) 4" 4 3/8"

LP DRUM

FROM CONDENSATE PUMP

LT22210

LCV 22210

TO HP DRUM

DEAERATOR

LIC22210

Loop 2 - Deaerator Pressure Control

No Loop

Instrumen Tag Number Location Service Fluide Suplier Type

Body Size

Trim Size

2 PT 22211 DeaeratorDeaerator Pressure

ControlSteam/Wate

r Honeywell STG 644 - -

PIC 22211 Control RoomDeaerator Pressure

Control - Honeywell TDC 3000 - -

PCV 22211Steam to

DeaeratorDeaerator Pressure

Control Steam Fisher EHS (Globe) 1" 3/8"

LP DRUM

DEAERATORPIC22211

PT22211

PCV 22211

FROM HP DRUM

TO HP DRUM

Loop 3 - Steam Temperature Control

No Loop

Instrumen Tag Number Location Service Fluide Suplier Type

Body Size

Trim Size

3 TT 22227 Main Steam LineSteam Temperature

Control Steam Sensycon/Degussa TM110F - -

TIC 22227 Control RoomSteam Temperature

Control - Honeywell TDC 3000 - -

TCV 22227Steam Coolwater

LineSteam Temperature

ControlBoiler

Feedwater Fisher EZ (Globe) 1 1/2" 1/2"

FROM BOILER FEEDWATER PUMP

TCV 22227 HP SUPERHEATER 2

TO HP STEAM HEADER

TT22227

TIC22227

Loop 4 - BFW Flow Control

No Loop

Instrumen Tag Number Location Service Fluide Suplier Type

Body Size

Trim Size

4 LT 22220 HP DrumHP Drum Level

Control Steam Honeywell STD 624 - -

FE 22220 BFW Line BFW Flow WaterSimon Lust

Engineering/SEIKO6"/600# RF Sched 80 - -

FT 22220 BFW Line BFW Flow Water Honeywell STD 120 - -

LIC 22210 Control RoomHP Drum Level

Control - Honeywell TDC 3000 - -FIRC 22220 Control Room BFW Flow - Honeywell TDC 3000 - -

FCV 22220Boiler Feedwater

LineHP Drum Level

ControlBoiler

Feedwater Fisher ET (Globe) 3"2

5/16"

HP DRUM

LT22220

LIC22220

FROM BOILER FEEDWATER PUMP

FT22220

FIRC22220

FY22220

FCV 22220

Loop 5 - Flash Vessel Level Control

No Loop

Instrumen Tag Number Location Service Fluide Suplier Type

Body Size

Trim Size

5 LT 22241 Flash VesselFlash Vessel Level

ControlWater/Stea

m Honeywell STD 624 - -

LIC 22241 Control RoomFlash Vessel Level

Control - Honeywell TDC 3000 - -

LCV 22241 Flash VesselFlash Vessel Level

Control Water Fisher GL (Globe) 1" 0,8"

FLASH VESSEL

FROM HP DRUM

TO LP DRUM

LT22241

BLOW DOWN VESSEL

LCV 22241LIC

22241

Loop 6 – Gas Flow Control

No Loop

Instrumen Tag Number Location Service Fluide Suplier Type

Body Size

Trim Size

6 PT 22226 Main Steam LineMain Steam Line

Pressure Steam Honeywell STG 674 - -

TT 22205Downstream Duct

BurnerExhaust Gas Temperature Exhaust Gas Sensycon/Degussa TM110F - -

PIC 22226 Control RoomMain Steam Line

Pressure - Honeywell TDC 3000 - -

TIC 22205 Control RoomExhaust Gas Temperature - Honeywell TDC 3000 - -

FCV 22253 Fuel Train Flow Control Natural Gas Fisher ED 667 (Globe) 3" 3 7/16

TO HP STEAM HEADER

PT22226

PIC22226

DUCT BURNERTT

22205TIC

22205

FX22223

FUEL GAS SUPPLY

FCV 22253

HP DRUM

Perhitungan Failure Rate & Penentuan distribusidata

• Nilai failure rate dan model distribusi didapatkan denganbantuan software Reliasoftweibull ++7 dan EasyFit 5.2

TTF = TBF - TTR

MTTF = 849,24 hari

LT 22220

Occurrence CompletionTTF TTR

hari hari

01/08/1993 01/08/1993 0 0

06/05/2005 06/05/2005 4293 0,021

19/07/2005 19/07/2005 73,979 0,0625

20/03/2006 20/03/2006 248,9375 0,042

22/11/2006 22/11/2006 249,958 0,0833

12/12/2006 12/12/2006 24,9167 0,0833

01/11/2009 01/11/2009 1053,9167 0,021

Perhitungan Failure Rate & Penentuan distribusidata

• Nilai TTF tadi dimasukkan kedalam software

• Dicari distribusinya

• Didapatkan :

Reliasoft Weibull++7:Lognormal 2 parameter

EasyFit5.2:Gen. Extreme Value 3 parameter

BEDA ???

Perhitungan Failure Rate & Penentuan distribusidata

• Nilai MTTF perhitungan dibandingkandengan MTTF software

• Karena nilai MTTF GEV lebihmendekati MTTF hasilperhitungan, maka model yangdigunakan adalah distribusi Gen.Extreme Value

VALIDASI MODEL DISTRIBUSI

MTTF = 849,24 hari

perhitungan

MTTF Lognormal= 2324,47 hari

MTTF Gen. Extreme Value= 849,23 hari

software

= ?

MTTF

Evaluasi Reliability dengan preventive maintenance

• distribusi exponential λ konstan karakter useful life

• 2 buah instrumen dengan distribusi Gen. Extreme Value dikelompokkan kedalam masa burn-in.

???

• PM masa wear-out

• Masa useful life redundancy

• Masa burn in burn-in testing, QC, screening

Rm(t) < R(t)

T=9

Grafik reliability WHB

tanpa PM

Nilai R:

t =365 hari18%

dengan PMNilai R:t =365 hari 0%

Perhitungan Maintainability dan Availability

• Dihitung juga nilai maintainability danketersediaan masing-masing instrumen

Occurrence CompletionTTF TTR

hari hari

01/08/1993 01/08/1993 0 0

06/05/2005 06/05/2005 4293 0,01

21/03/2006 21/03/2006 318,979 0,042

01/11/2009 01/11/2009 1331,958 0,021

PCV 22211

MTTR = 0,028 hari MTTR

Perhitungan PFD & penentuan SIL

• Didapatkan nilai PFD total = 0,052247 /tahun

• Nilai ini berarti dalam 1 tahun operasiWHB, kemungkinan WHB gagal adalah sebesar 0,052247 kali

• Konversi nilai PFD ke SILdidapatkan nilai SIL 1

PFD WHB

Penyusunan Quality Control Chart

• Penyusunan dilakukan dengan 2cara, dengan menghitung manual, danmenggunakan bantuan sotware Minitab14

74.88

74.9

74.92

74.94

74.96

74.98

75

75.02

75.04

75.06

75.08

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

Axis

Tit

le

Grafik Quality LC 22210

sample

UCL

LCL

x dbl bar

UCL = 75,0635

Mean = 75,0029

LCL = 74,94231

QC chart

Hasil akhir

• Reliability baik kondisi instrumenpada masa useful life & burn-in

• Process Variable pada WHB dalamkondisi terkendali

• SIL 1 kurang baik, standard boiler adalahSIL 2

Hasil akhir

• Semakin besar nilai Reliability maka nilai PFD akan semakin kecil

• Semakin kecil PFD maka nilai SIL semakin besar

SILPFD

tR 1

)(

Quality PV Good)( tR

Loop 1 Loop 6

Kesimpulan

1. 21 instrumen WHB memiliki karakter CFR sedangkan2 buah lainnya DFR

2. PM tidak cocok untuk WHB, karena PM IFR

3. Untuk1. CFR redundancy

2. DFR burn-in testing, screening, QC, acceptance testing

4. PFD = 0,052247/tahun SIL 1

5. Dari grafik kualitas didapatkan bahwa secarakeseluruhan proses WHB dalam keadaan terkendali

6. WHB cukup baik, target SIL 2

SEKIAN & TERIMA KASIH