View
417
Download
74
Category
Preview:
DESCRIPTION
Memberikan gambaran komprehensif mengenai Pengendalian (kontrol) dan Proteksi (interlock) pada kompresor industri. Bahasan mencakup seluruh aspek kontrol dan proteksi kompresor meliputi : kontrol anti surge, performance control, speed control, proteksi vibrasi, overspeed, overhead tank, separator, dll.
Citation preview
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
1/41
KOMPRESOR
Prinsip Pengendalian an Proteksi
Oleh
Adang Prianto
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
2/41
PENGANTAR
Alhamdulillah, puji syukur kepada Allah atas segala pengetahuan dan kesempatan
untuk berbagi dengan engineer dan praktisi instrument yang lain, mengenai sub bahasan
pengendalian dan proteksi kompresor. Bahasan ini menjadi penting karena sistem
pengendalian dan proteksi kompresor di industri industri besar yang berbasis proses fisika
maupun kimia merupakan bagian vital yang perlu mendapat perhatian khusus, karena nilai
aset sebuah kompresor skala industri memiliki value yang tidak kecil, sekitar 30% nilai
investasi total.
Pengetahuan komprehensif instrumentcontrol engineer mengenai potret besar
pengendalian kompresor skala besar (large scale compressor) masih sangat kurang. Tidaksemua praktisi kontrol mendapatkan gambaran utuh bagaimana sebuah kompresor skala
industri dikendalikan dan sekaligus diproteksi oleh peralatan instrumentasi. Sebagian besar
praktisi melihat sistem pengendalian secara terpisah, sehingga pemahamannya tidak
membentuk satu kesatuan sistem. Artikel ini merupakan seri pertama pada bahasan ini, akan
menghadirkan gambaran besar yang komprehensif mengenai sistem pengendalian dan
proteksi kompresor yang dapat digunakan sebagai pondasi untuk masuk dalam detil
pengendali individunya, dimana detil pengendalian individu yang kompleks akan dibahas
pada artikel lanjutan.
Artikel ini ditulis berdasarkan pengelaman praktis berbasis industri pupuk. Bahasan ini
semoga bermanfaat untuk para praktisi instrument, akademisi yang akan terjun ke dunia
praktis maupun penelitian.
Adang Prianto
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
3/41
KOMPRESOR
Prinsip Pengendalian dan Proteksi
Adang Prianto 2012
Instrument Engineer
PT. Pupuk Kalimantan Timur
Bontang - Indonesia
2008 - Sekarang
adangprianto@yahoo.com
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
4/41
DAFTAR ISI
Pendahuluan ................................................................................................................. 1
1. Dynamic Compressor ..................................................................................... 1
2. Driver .............................................................................................................. 2
3. Surge ............................................................................................................... 3
Sistem Kontrol .............................................................................................................. 4
1. Kontrol Governor ............................................................................................ 7
2. Speed Control ................................................................................................. 10
3. Capacity Control / Performance Control ........................................................ 12
4. Kontrol Anti Surge ......................................................................................... 15
5. Intercooler ....................................................................................................... 216. Vacuum Condenser ......................................................................................... 24
Sistem Proteksi .............................................................................................................. 26
1. Vibrasi ............................................................................................................. 29
2. Separator Level ............................................................................................... 30
3. Vacuum System .............................................................................................. 31
4. Lube Oil & Control Oil ................................................................................... 32
5. Overhead Tank Oil ......................................................................................... 34
6. Overspeed Trip System ................................................................................... 35
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
5/41
Kompresor | 1
Pendahuluan
Kompresor adalah equipment mekanis yang berfungsi untuk meningkatkan tekanan
fluida kompresible yaitu gas atau udara dengan besaran tekanan inlet dapat bervariasi mulai
dari tekanan vacuum hingga tekanan tinggi, sedangkan tekanan outlet dapat bervariasi dari
tekanan sub atmospheric hingga tekanan sangat tinggi. Tujuan meningkatkan tekanan dapatuntuk mengalirkan atau kebutuhan proses dalam suatu proses yang lebih besar (contohnya
pada pabrik-pabrik kimia untuk kebutuhan reaksi). Kompresor dapat dibagi dalam dua jenis
utama berdasarkan metode kompresinya yaitu kompresor positif dan kompresor dinamik.
Metode kompresi yang digunakan pada kompresor
Gambar 1. Jenis Kompresor berdasarkan metode kompresi
Dynamic Compressor
Dynamic compressor adalah kompresor yang menaikkan tekanan dengan cara
melakukan akselerasi pada fluida. Ada tiga jenis dynamic compressor yaitu kompresor axial,
Compressor
Intermittent Flow Continuous Flow
Positive Displacement Dynamic Ejector
Reciprocating Rotary
Mech. Piston Sliding VaneLiquid PistonHelical Lobe
Straight Lobe
Radial Flow Axial Flow
Centrifugal Axial
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
6/41
Kompresor | 2
centrifugal dan mix flow. Kompresor axial digunakan untuk daya menengah hingga besar
dengan arah aliran sejajar dengan poros putaran, sedangkan kompresor centrifugal digunakan
untuk daya rendah dengan arah aliran radial. Kedua jenis kompresor ini dibatasi oleh range
operasional sehingga menghindarkan kompresor dari kondisi stall dan surge.
Gambar 2. Horizontal Split Multistage Centrifugal Compressor
(Courtesy : Nouvo Pignone)
Energi yang digunakan untuk menaikkan tekanan fluida ditransfer melalui blade
kompresor menuju fluida. Energi tersebut didapatkan dari kecepatan dan tekanan pada
rotating elemen. Dengan metode kompresi seperti ini, maka massa jenis (density) dan berat
molekul fluida sangat mempengaruhi seberapa besar tekanan output yang mampu dihasilkan
oleh kompresor. Sehingga pada kompressor multistage diperlukan interstage cooler untuk
menjaga densitydan berat molekul fluida berada pada kisaran yang diinginkan.
Driver
Kompresor Centrifugal membutuhkan kecepatan putaran untuk dapat melakukan
kompresi (menaikkan tekanan fluida), sehingga kompresor membutuhkan tenaga dariequipment lain (driver) sebagai penggerak utamanya. Ada beberapa driver yang dapat
digunakan sebagai penggerak compressor, antara lain:
1. Steam Turbine2. Gas Turbine3. Motor Listrik
Setiap jenis driver memiliki karakteristik masing-masing dimana nantinya akan
mempengaruhi metode yang akan digunakan untuk melakukan pengendalian terhadap
kapasitas kompresor, apakah dengan throttling suction-discharge atau dengan variable speed.
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
7/41
Kompresor | 3
Surge
Chocking atau stone wall region adalah kondisi dimana kompresor kehilangan tekanan
karena flow suction yang tinggi pada speed kompresor yang tetap. Surging adalah instabilitas
operasional yang terjadi pada kompresor dinamis (axial & centrifugal), kondisi dimana
kompresor mengalami kekurangan flow suction yang diikuti dengan fluktuasi serta penurunan
tekanan dan suara gemuruh serta vibrasi. Bila peristiwa ini dibiarkan, maka kompresor akan
mengalami kenaikan temperatur dan kerusakan bearing. Surge dan stall seringkali dianggap
sama, tetapi faktanya, stall terjadi lebih dahulu sebelum surge.
Deskripsi Surge
1. Reverse Flow dalam rentang 20 s/d 50 mili detik2. Reverse Flow pada rate s/d 2 Hertz3.
Vibrasi Kompresor (biasanya Axial, tetapi vibrasi Radial juga dapatterpengaruh
4. Temperatur gas naik5. Surge biasanya diikuti dengan gemuruh
Sedangkan faktor-faktor yang dapat mengakibatkan surge dapat digambarkan sebagai
berikut:Faktor yang dapat mengakibatkan Surge
Pada Operasional Penuh Trip (kehilangan flow suction secara tiba-tiba)
Power Loss
Valve Jamed
Process upset
Perubahan Berat Molekul fluida
Kegagalan Intercooler
Perubahan Load yang besar dan mendadak
Fouling pada Kompresor
Kompresor kotor
Pada Operasional Rendah Siklus Start-up / Shutdown
Perubahan load yang besar dan mendadak
Beberapa konsekuensi surge seperti berikut :
Ketidakstabilan Flow dan Pressure Kerusakan Seal, Bearing, Impeller, Stator, dan Shaft
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
8/41
Kompresor | 4
Perubahan Clearance Penurunan kapasitas kerja kompresor Penurunan efisiensi Menurunkan lifetime kompresor
Surging dapat terjadi bila terjadi penurunan flow suction pada speed tetap. Pada batas
tertentu (flow suction, pressure ratio dan speed) surging mulai terjadi. Batas-batas tersebut
dimana surging mulai terjadi disebutsurge line.
Gambar 3. Kurva Operasional Kompresor
Secara umum ada 2 jenis surge yang terjadi pada kompresor yaitu mild surge dan
violent surge.
a. Mild SurgeMerupakan surge yang terjadi karena adanya osilasi aliran dengan frekuensi tinggi
dalam batas aliran sempit yang terjadi pada tekanan yang relatif konstan.
b. Violent Surge
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
9/41
Kompresor | 5
Surge terjadi di seluruh unit, ditandai dengan jatuhnya laju aliran secara tiba-tiba
sehingga menimbulkan vibrasi yang tinggi, bunyi bising dan temperatur yang tinggi
yang kemudian memungkinkan terjadinya kondisi trip pada kompresor.
Seperti terlihat pada kedua kurva diatas, terdapat garis yang berbentuk parabolik
disebelah kiri kurva, yang disebut surge line. Apabila compressor beroperasi pada aliran
rendah sehingga melewati surge line kekiri, maka operasi compressor akan menjadi tidak
stabil dan terjadi aliran bolak-balik yang akan menyebabkan vibrasi dan kerusakan. Kondisi
ini disebut surging. Untuk menghindari surging, compressor harus dioperasikan pada flow
yang lebih besar dari surge line, jadi titik operasi compressor harus berada disebelah kanan
surge line.
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
10/41
Kompresor | 6
Sistem Kontrol
Kompressor adalah bagian dari keseluruhan rangkaian proses yang lebih besar. Ketika
sebuah kompresor dipilih untuk bekerja pada sebuah rangkaian proses, maka penting untuk
diperhatikan adalah kebutuhan range operasional. Untuk menjamin kompresor tetap beradapada range operasionalnya, maka diperlukan sistem pengendalian yang sesuai. Sistem
pengendalian dimaksudkan untuk dapat memaksimalkan kinerja kompresor sehingga
kompresor dapat memenuhi kebutuhan proses selanjutnya, disisi lain sistem pengendalian
harus dapat menjaga kompresor agar tetap berada pada kondisi operasional yang aman.
Pada sistem kompresor drive turbine, terdapat beberapa macam sistem kontrol yang
berdiri sendiri-sendiri dimana setiap kontrol memiliki tujuan akhir yang berbeda-beda. Pada
gambar dapat dilihat beberapa sistem kontrol yang dimaksud :
a. Governor control system yang didalamnya dapat berupa pengendalian main steam,extraction control, admission control maupun througput/capacity control yang
sebetulnya semua kontrol ini akan memanipulasi speed turbin. Equipment yang
digunakan untuk kontrol governor ini biasanya berupa dedicated controller semisal
Woodward Micronet dan type lain yang sejenis.
b. System pengendalian Anti-Surge yang memanipulasi kickback/recycle valve atauvent valve dengan tujuan utama yang ingin dicapai adalah menghindari terjadinya
backpress pada kompresor. Anti Surge jenis Recycle valve digunakan untuk gas-
gas yang memiliki nilai ekonomis yang tinggi (H2, CH4, dsb), sedangkan anti
surge dengan memanfaatkan vent valve digunakan untuk gas-gas dengan nilai
ekonomis yang rendah (udara dan semisalnya).
c. Kontrol level pada interstage separator untuk menghindari carry over kondensatdengan kontrol level single loop.
d. Kontrol level pada vacuum condenser untuk menjaga laju kondensasi steam outputturbin berjalan dengan baik.
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
11/41
Kompresor | 7
Gambar 4. Overview Kontrol pada Steam Turbine Driven - Compressor
1. Kontrol GovernorGovernor system pada steam turbin dapat mengontrol kecepatan putaran turbin,
tekanan uap ekstraksi atau tekanan uap admission. Keseluruhan proses kontrol ini dilakukan
dengan mengatur jumlah input steam dan steam ekstraksi. Pengaturan uap masuk dilakukan
dengan mengatur bukaan Governor Valve dan uap ekstraksi diatur oleh bukaan Extraction
Control Valve dan pada turbin admission aliran masuk steam LP diatur oleh AdmissionControl Valve. Pada suatu rangkaian lengkap sebuah proses (pabrik petrokimia dsb), tujuan
pengendalian utama pada kompresor adalah untuk memenuhi kebutuhan proses selanjutnya,
dan sistem pengendalian prosesnya sering disebut sebagai capacity control/throughput
control, yang ujung pengendaliannya adalah manipulasi speed turbin.
Pengaturan kecepatan pada kompresor tidak terlepas dari peran governing system,
dimana governing system inilah yang mengatur jumlah steam yang menuju turbin, inilah yang
akan menentukan kecepatan putaran turbin.
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
12/41
Kompresor | 8
Governing sistem adalah sistem yang mengatur putaran trubin sesuai dengan setting
yang diinginkan. Sedangkan pada sistem governor sendiri terdapat beberapa kontrol antara
lain :
a. Starting Device : fungsi dari starting device ini adalah mengatur aliran steam ke turbinpada saat start up hingga turbin mencapai posisi MGS (Minimun Governor Speed).
Cara kerja dari komponen ini adalah dengan menyamakan tekanan pada upstream
main valve sehingga main valve akan terbuka dengan mudah karena tidak adanya
perbedaan tekanan.
b. Speed Control System : adalah suatu hasil kerja dari rangkaian alat yang telah tersusunsedemikian rupa, dimana hasil kerja tersebut merupakan sistem kontrol yang akan
mengendalikan pengoperasian turbin, khususnya pengontrolan pada speed atau
putaran turbin. Governor controller Pilot valve / actuator Servo motor / power silinder Governor control valve Feed back lever
Gambar 5. Hydraulic Droop Governor
c. Extraction Control System : dipergunakan pada turbin jenis ekstraksi,dimana padasistem tersebut terdapat beberapa rangkaian alat sebagai berikut :
Governor extraction controller Pilot valve / actuator Servo motor / power silinder Extraction control valve Feed back lever
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
13/41
Kompresor | 9
Extraction controller dapat dioperaikan setelah turbin mencapai Minimum Governor
speed, dengan demikian konsumsi uap yang akan diekstraksikan keluar dapat
dikendalikan menurut kebutuhan proses pengoperasian. Adanya ekstraksi uap yang
dikeluarkan oleh turbin akan mengakibatkan kebutuhan konsumsi uap bertambah
sehingga power input governor harus dinaikkan agar pembukaan governor bertambah.
Pada perubahan ini melalui feedback lever akan menggerakkan pilot valve untuk
menglirkan oli menuju servomotor dan piston ekstraksi silinder akan bergerak keatas
yang berarti kontrol valve ekstraksi menutup, dengan demikian penambahan kapasitas
uap ekstraksi akan terpenuhi.
Sistem ini digunakan untuk memenuhi kebutuhan steam LP, dimana setelah
diekspansikan melalui sudu-sudu turbine, steam akan keluar pada tekanan diatas
tekanan atmosfir pada tekanan sekitar 3.5-4 kg/cm2. Sistem tersebut dapatdigambarkan seperti dibawah ini:
Gambar 6. Extraction Steam Control
d. Admission Control : Sistem ini digunakan dengan tujuan untuk meningkatkan efisiensienergi dari penggunaan steam tekanan tinggi. Admission steam diinjeksikan ke stage
LP turbine dengan harapan mampu menurunkan jumlah konsumsi HP steam. Dengan
penurunan konsumsi ini, maka efisiensi penggunaan steam HP akan meningkat.
Gambar 7. Admission Steam Control
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
14/41
Kompresor | 10
Speed Control
Speed control adalah metode yang paling banyak digunakan untuk mengatur output
kompresor (capacity) karena pada aplikasi di industri petrokimia driver untuk kompresor
yang paling banyak dijumpai adalah steam turbine. Menaikkan speed compressor akan
menggeser kurva karakteristik kekanan yang mengakibatkan naiknya flow pada tekanan
tetap atau naiknya tekanan pada flow tetap. Output kompresor akan dijaga pada nilai yang
diinginkan oleh sistem dengan cara mengatur speed kompresor.
Prinsip dasar speed control pada Governor Elektronik
Alat dasar yang digunakan pada speed control yang dipakai untuk mengukur
putaran penggerak utama adalah dengan menggunakan magnetic pickup. MPU
menghasilkan sinyal AC dengan frekuensi yang nilainya proporsional dengan kecepatanputaran turbin.
Didalam device elektronik (speed controller), sinyal frekuensi ini dirubah menjadi
tegangan DC yang sebanding. Tegangan hasil konversi inilah yang akan ditunjukkan
sebagai actual speed, dalam sistem hydraulic/mekanikal governor proses ini dapat
dipersamakan dengan flyweight force. Speed reference atau speed setpoint
potensiometer dihubungkan ke sebuah tegangan regulator DC yang terangkai didalam
kontrol, pada hydraulic governor sistem ini dapat diumpamakan sebagai speeder spring.
Tegangan speed yang diinginkan (speed reference) dan tegangan speed actual akan
ditambahkan secara aljabar pada summing point. Tegangan speed reference adalah sebuah
tegangan positif dan tegangan actual speed adalah sebuah tegangan negatif. Ketika jumlah
tegangan reference dan actual speed sama dengan nol 0 volt, maka pada saat itu prime
mover berada pada speed yang konstant atau steadi.
Bila hasil summing point adalah tegangan positif, berarti prime mover bergerak
lebih lambat dari speed yang diinginkan (speed reference), maka sinyal dikirim dari
amplifier untuk menambah power pada prime mover agar speed naik. Sebaliknya bila
summing point bernilai negatif, berarti prime mover bergerak lebih cepat dari speed yang
diinginkan, maka sinyal akan dikirim dari amplifier ke aktuator untuk mengurangi power
input prime mover sehingga speed berkurang.
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
15/41
Kompresor | 11
Gambar 8. Speed Control
Gambar 8 memperlihatkan sebuah skema speed control dengan memakai dua sinyal
ke summing point, tegangan speed set point yang diinginkan dan tegangan aktual speed.
Jika terjadi perubahan speed, maka akan terjadi perubahan frekuensi pada Magnetic Pickup
yang selanjutnya akan mengakibatkan perubahan voltage pada output F/V converter.
Dengan demikian output voltage pada summing point dan amplifier akan berintegrasi naik
atau turun memberikan sinyak koreksi kepada aktuator untuk menambah atau mengurangi
tenaga hingga tegangan speed actual sama dengan tegangan speed reference.
Gambar 9. Skema Speed Control pada Woodward Governor Control
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
16/41
Kompresor | 12
Pada konfigurasi kontrol governor woodward terdapat Ratio Limiter. Ratio limiter
ini mendapatkan dua input sinyal, satu dari speed dan auxiliary yang mempunyai PID LSS
Bus, sinyal input yang kedua adalah dari Extraction/Admission PID. Logic ratio ini akan
menghasilkan dua sinyal output, satu untuk mengontrol HP Actuator dan satu lagi untuk
mengontrol LP Actuator. Logic limiter ini akan menjaga output control valve turbin
didalam steam map yang telah ditetapkan. Dengan mengontrol interaksi valve, logic ratio
akan memperkecil pengaruh suatu proses kontrol satu dengan yang lain.
Capacity control/Performance Control
Seperti yang telah dijelaskan bahwa kinerja kompresor pada dasarnya digunakan untuk
menyuplai kebutuhan proses selanjutnya, oleh karena itu speed control tidak akan berdiri
sendiri, speed control akan menggunakan kebutuhan proses tersebut sebagai remote setpoint (cascade). Proses yang dimaksud tersebut biasanya berupa flow atau pressure
discharge kompresor, tergantung apa yang diperlukan oleh proses dibelakang kompresor.
Capacity control memegang peranan dalam mengatur kinerja kompresor untuk
memenuhi kebutuhan proses selanjutnya. Governor control atau process control didapatkan
dengan mengendalikan input power yang masuk ke kompresor untuk mencapai set poin
yang diinginkan. Beberapa cara yang dapat dilakukan untuk melakukan process control
adalah dengan :
- Speed control- Suction throttling- Discharge throttling- Recycle control
Jenis kontrol diatas digunakan sebagai :
- Pressure control dengan variable speed- Flow Control dengan variable speed- Weight Control dengan variable speed- Pressure control pada konstan speed- Flow Control pada konstan speed- Weight Control pada konstan speed
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
17/41
Kompresor | 13
Gambar 10. Control Arranggement untuk Kompresor
Capacity control ini merupakan sistem cascade untuk speed control, dimana acuan
kerja diambil dari output kompresor yang dapat berupa output pressure, output volume,
maupun output massa. Parameter acuan dari Output kompresor ini diumpan balikkan ke
sistem kontrol governor dan memberikan sinyal remote set point untuk speed controller.
Gambar 11. Diagram Blok Speed/Capacity Kontrol Compressor
Speed control pada compressor melibatkan 2 loop sistem independen, yaitu
governor control yang biasanya menggunakan Dedicated device (woodward/micronet, dsb)
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
18/41
Kompresor | 14
dan process control yang melibatkan instrumentasi diluar governing system (pneumatic
system, DCS, dsb). Operasional speed control sendiri dapat menggunakan Speed Hand
Control atau dengan menggunakan feedback process.
a. Flow Control b. Pressure ControlGambar 12. Throughput Compressor Control (a. Flow Control ; b. Pressure Control)
Berikut merupakan skema kontrol natural Gas Kompresor yang tampil di DCS
Kaltim 4. Proses pada Output kompresor yang dipakai sebagai acuan kontrol adalah
Pressure Discharge.
Gambar 13. Skema Kontrol Natural Gas Compressor
Menggunakan Pressure Control
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
19/41
Kompresor | 15
Gambar 14. Speed Control pada Process Air Compressor
2. Kontrol Anti SurgeSebagai pengaman terhadap surging, setiap kompresor selalu dilengkapi dengan
sistem pengaman yang dikenal dengan nama antisurge valve/kick back valve yang dapat
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
20/41
Kompresor | 16
mencegah kompresor mencapai surge line. Umumnya, sistem antisurge ini sudah mulai
bekerja ketika kompresor mencapai surge limit/margine yang besarnya 10% di atas surge line.
Antisurge adalah sebuah line balik dari discharge/keluaran kompresor yang
dihubungkan dengan suction/masukan kompresor dan dilengkapi dengan antisurge valve.
Pada setting flow tertentu yang merupakan hasil perhitungan pressure ratio (perbandingan
tekanan discharge dengan tekanan suction) dan flow, antisurge valve akan membuka untuk
menambah flow suction.
Gambar 15. Diagram dasar Sistem Pengendalian Anti Surge
Pengendalian antisurge hampir selalu didasarkan pada pemanipulasian recycle valve.
Bukaan valve menggeser operasi kompresor dari kondisi surge ke kondisi aman. Pada gambar
terlihat bahwa dalam kondisi normal secara ideal control valve V1 harus selalu dalam keadaan
tertutup penuh untuk mendapatkan efisiensi yang maksimal. Valve V1 akan membuka apabila
gejala surging mulai terjadi. Dengan terbukanya valve V1, maka aliran suction yang kurang
dapat dibackup oleh adanya sirkulasi discharge. Untuk mengendalikan bukaan valve ini
diperlukan suatu sistem kontrol automatik.
Perancangan anti surge control berpedoman pada kurva operasi karakteristik
kompresor dengan mendapatkan garis batas surge (surge limit line) terlebih dahulu. Dari batas
surge limit line tersebut maka dapat dibuat aturan kontrol untuk menentukan garis kontrol
surge (surge control line) pada pengendalian antisurge.
Surge Limit Linedibuat berdasarkan performansi kompresor. Garis ini menunjukkan
batas kondisi minimum yang akan menyebabkan kompresor mengalami surging. Pada gambar
menunjukkan suatu keadaansurge limit line. Kondisi operasi yang diperkenankan adalah pada
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
21/41
Kompresor | 17
daerah sebelah kanan garis batas surge. Kondisi surging akan terjadi jika operasi berada pada
kondisi di sebelah kiri garis batas surge.
Gambar 16. Garis Kontrol dan Limit Surge pada Compressor Operating Map
Prinsip operasional kontrol anti surge sendiri adalah menjaga operasional kompresor
tetap berada di sebelah kanan garis Surge Control Line. Apabila flow suction turun hingga
melewati garis control, maka Kick Back Valve akan membuka untuk menaikkan flow suction.
Naiknya flow suction diatas minimum flow akan membawa kompresor pada kondisi
operasional yang aman.
Kebutuhan Valve Anti-Surge
1. Valve harus cukup besar untuk mencegah terjadinya surging pada setiap kondisioperasi yang mungkin. Tetapi valve juga tidak boleh terlalu oversize, karena akan
mengakibatkan kontrol yang buruk.
2. Kecepatan Stroke sangat penting untuk mendapatkan travel time yang cepat.Waktu Total Stroke yang Direkomendasikan
Size Close to Open Time Open to Close Time
1" to 4" 1 second < 3 seconds
6" to 12" 2 seconds < 5 seconds
16" and up 3 seconds < 10 seconds
3. Tubing tidak terlalu panjang untuk menurunkan Lag Time (waktu tunda)4. Fail Position harus open
SCL
SLL
Q (Flow)
Pd/Ps
Operating AreaMargin
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
22/41
Kompresor | 18
Anti surge control dapat diproses oleh sistem independen (CCC, ITCC, dsb) atau
dapat diproses langsung dengan integrated system yang telah ada di plant (DCS). Berikut
contoh loop pengendalian control antri surge di DCS.
Gambar 17. Anti Surge Control pada Syngas Compressor
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
23/41
Kompresor | 19
Strategi kontrol anti-surge yang digunakan dapat disesuaikan dengan kebutuhan proses,
tetapi dalam satu sistem digunakan bebrapa strategi kontrol yang saling bekerja sama.
Beberapa strategi kontrol tersebut antara lain :
a. PI ControlStrategi kontrol ini merupakan strategi kontrol standar untuk anti-surge. Kontroller
mengkalkulasi respon proporsional dan integral dengan deviasi operational point dari
garis Surge Control Line.
Gambar 18. Strategi Kontrol Anti-Surge dengan PI Controller
Strategi kontrol ini akan memberikan respon yang stabil pada operasional steady state.
Dengan respon yang stabil, strategi kontrol ini membutuhkan Surge Control Margin
yang cukup besar agar kompresor tetap dalam kondisi yang aman.
b. Moving Control LineStrategi kontrol ini dapat digunakan untuk membantu respon yang lebih cepat bila
terjadi perubahan titik operasional yang cepat menuju Surge Control Line. Strategi ini
memanfaatkan laju perubahan (rate of change dS/dT) untuk menaikkan control
Margin secara dinamik. Dengan naiknya margin, maka PID controller dapat bereaksi
lebih cepat untuk membuka Control Valve Anti Surge. Dengan strategi moving
control line, sistem kontrol anti surge dapat mengaplikasikan steady state control
margin yang lebih kecil tanpa mengorbankan reliability.
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
24/41
Kompresor | 20
Gambar 19. Strategi Kontrol Anti-Surge dengan Moving Control Line
c. Recycle TripStrategi Recycle Trip Response digunakan untuk melindungi kompresor dari
gangguan yang sangat besar sehingga tidak mampu dikendalikan oleh PI control
maupun Moving Control Line. Pada saat set point tercapai, ini akan langsung
mentrigger valve anti surge untuk membuka dengan cepat kemudian menunggu respon
PI control menyusul kondisi aktual.
Gambar 20. Strategi Kontrol Anti-Surge dengan Recycle Trip Line
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
25/41
Kompresor | 21
d. Safety OnPada saat operating point menjadi tidak terkendali hingga menyentuh garis safety on,
maka respon safety on akan menggeser surge control margin kekanana sehingga
output kontrol akan membuka valve anti surge secara instant. Kemudian PID control
dan recycle trip akan menstabilkan compresor pada garis Control yang baru.
Gambar 21. Strategi Kontrol Anti-Surge dengan Safety On - Line
3. IntercoolerIntercooler digunakan untuk menurunkan temperature discharge compressor pada
stage tertentu sebelum masuk ke stage berikutnya. Berdasarkan persamaan kebutuhan energy
untuk kompresi :
Didapatkan bahwa Temperatur berbanding lurus dengan kebutuhan energy, sehingga
semakin rendah temperatur suction, maka kebutuhan energi semakin rendah, hal ini dapat
menaikkan efisiensi kompresor.
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
26/41
Kompresor | 22
Gambar 22. Persentase Uncooled Horsepower yang dibutuhkan dengan Intercooler
(Courtesy : Elliot Company)
Dengan adanya pendinginan pada gas proses, maka akan terjadi kondensasi pada
sebagian kecil komponen yang terkandung dalam gas proses dan berubah fasa menjadi liquid.
Liquid sama sekali tidak diijinkan kontak dengan sudu-sudu kompresor, sehingga diperlukanseparator untuk memisahkan kondensat tersebut dengan gas proses agar kondensat tidak
terikut masuk ke sudu-sudu kompresor. Agar level di separator dapat terkontrol dengan baik,
maka diperlukan sebuah sistem pengendalian level.
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
27/41
Kompresor | 23
Gambar 23. Interstage Separator Level Control
Gambar 24. Interstage Separator Level Control
Pengendalian pada level separator merupakan kontrol sederhana 1 loop dengan level
transmitter sebagai umpan balik, sebuah kontroller dengan aksi direct dan kontrol valve.
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
28/41
Kompresor | 24
4. Vacuum Condenser Level ControlPrinsip operasional kontrol vauum condenser adalah menjaga level condenser tetap
berada pada posisi tertentu, ini dimaksudkan agar tekanan tetap terjaga dan sekaligus menjaga
agar tidak terjadi kavitasi pada pompa kondenser karena bagaimanapun juga pompa
seharusnya tidak diijinkan dialiri vapor atau gas, sehingga disediakan recycle valve dari
discharge pompa menuju ke vacuum condenser.
Gambar 25. Vacuum Condenser Level Control
Level condenser harus dijaga agar tidak terlalu tinggi dan tidak terlalu rendah, level
yang terlalu tinggi akan mengakibatkan pressure vacuum drop dan dapat menghambat
Pengendalian level vacuum condenser menggunakan 2 buah kontrol valve dimana satu valve
digunakan untuk membuang kondensat steam, dan valve satu lagi digunakan sebagai recycle
valve. Kedua kontrol valve ini dikendalikan oleh satu kontroller yang sama dengan
konfigurasi kontrol split dengan aksi kedua kontrol valve dapat digambarkan pada diagram
berikut :
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
29/41
Kompresor | 25
Gambar 26. Split Control Pada Vacuum Condenser Level Control
Kedua kontrol valve memiliki aksi yang berlawanan,
valve recycle memastikan level condenser harus tetap ada
agar pompa vacuum tetap dapat memompa liquid,
sedangkan valve pembuangan bertugas memastikan level
tidak terlalu tinggi. Pada saat level berada diatas setting,
valve pembuangan akan membuka untuk membawa level
berada pada posisi semula, sementara itu valve recycle akan
mengarah tutup untuk mengurangi flow recycle.
Pada pengendalian dengan sistem vacuum, salah satu hal penting yang harus
diperhatikan adalah type sensor. Karakteristik dasar sensor yang sesuai untuk sistem vacuum
condenser adalah:
a. Tidak terpengaruh tekanan sistem.b. Tidak terpengaruh massa jenis fluida, karena didalam vacuum condenser masih
memungkinkan adanya dual fasa (vapor dan liquid).
Dengan karakteristik ini, sensor yang cocok untuk pengukuran level condenser ini adalah type
floater dan guided wave radar.
0 50 62.5 100
Controller Output
100
50
0
ValveO
pening
Recycle Valve
Condensate
Outlet
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
30/41
Kompresor | 26
Sistem Proteksi
Sistem proteksi pada kompresor dimaksudkan untuk menghindarkan kompresor dari
kondisi tidak aman terlebih lagi menghindarkan kompresor dari kerusakan mekanikal yang
fatal. Filosofi dari sistem proteksi ini adalah untuk menghentikan aliran tenaga (steam) yang
masuk ke turbin.Dalam sistem proteksi ini terdapat beberapa komponen sistem untuk permissive start,
auxilliary interlock dan emergency shutdown. Beberapa komponen yang berasal dari system
kompresor berikut adalah komponen yang diperlukan dalam sistem proteksi di kompresor
secara general :
1. Permissive StartBeberapa komponen berikut harus dipenuhi dahulu untuk mengaktifkan permissive
logic sebelum kompresor ready start.
a. Compressor Process Normal Intercooler Separator Level Normal Compressor Discharge Temperature Normal
b. Governor System Normal Electric Governor Normal Over speed module Normal Control Oil Pressure Normal
c. Compressor Internal Normal Vibrasi Axial dan Radial Normal Lube oil pressur Normal Turbine Exhaust Steam Press Normal
d. Lube Oil Rundown Tank Level Highe. Compressor Seal Normal
Over head tank oil level (untuk compressor dengan wet seal) Seal gas pressure return (untuk compressor dengan dry seal)
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
31/41
Kompresor | 27
Permissive logic ini akan mengaktifkan equipment-equipment yang dibutuhkan untuk
Start Up Compressor. Device yang dimaksud adalah :
a. Compressor Control Oil Exhaust Valve Closeb. Memberikan sinyal permissive untuk Control Anti-Surgec. Memberikan sinyal permissive untuk kontrol diluar system kompresord. Memberikan akses pada Electric Governor untuk melakukan kontrol
2. Emergency ShutdownLogic logic yang akan mengaktifkan shutdown system adalah sebagai berikut.
a. Governor System Trip Electric Governor Trip Over speed Trip Control Oil Pressure Very Low (LL)
b. Compressor Process Upnormal Intercooler Separator Level Very High (HH) Compressor Discharge Temperature Very High (HH)
c. Compressor Internal Upnormal Vibrasi Axial dan Radial Very High (HH) Lube oil pressur Very Low (LL) Turbine Exhaust Steam Press Very High (HH)
Shutdown logic ini akan mengaktifkan equipment-equipment yang dibutuhkan untuk
pengamanan Compressor. Device yang dimaksud adalah :
a. Compressor Control Oil Exhaust Valve Open / Control Oil Drainb. Override Control Anti-Surge Valve Openc. Memberikan informasi trip pada sistem diluar kompresord. Override kontrol turbin bypass valve pada Pada turbin-turbin type Extraction
selama beberapa saat.e. Menghentikan akses kontrol pada Electric Governor Electric Governor Trip.
3. Auxilliary InterlockInterlock ini diperlukan untuk auto start/stop auxilliary equipment pada saat
diperlukan.
a. Vacuum Condenser Level Very High (HH) dan Very Low (LL) untuk Auto Start /Auto Stop pompa kondenser.
b. Control Oil Pressure (Discharge Filter) Low (L) untuk Auto Start Lube Oil Pump.c. Lube Oil Header Pressure untuk permissive start Turning Device.
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
32/41
Kompresor | 28
Secara umum dapat digambarkan sebagai berikut :
Gambar 27. Overview Sistem Proteksi Compressor Drive Turbine Overall
LSHHFT
PT
LSHH/LSLL
TSHH
PSHH
Turbine Comp LP
Comp HP
HP SteamLP Steam
Steam Condensate
Exhaust Steam
GVECV
ACV
MPU
Condensate
Air/GasAir/Gas
Air/Gas
Vacuum
Condenser
Separator
Trip Throttle
Valve
Admission Stop
Valve
Lube Oil Head
Tank
Lube Oil Supply
LSH
Oil
Reservoir
Standby Pump
PCV
Hydraulic
Reset
Control Oil
Exhaust Valve
Control Oil Supply
Drain
Axial Vib
Axial Vib
PSL
Comp. Process
Normal
Comp. Internal
Normal
Comp. SealNormal (Level
Overhead Tank
atau Seal Gas
Press Return)
Comp. Start Permissive Comp. Shut Down Logic
Comp. Elect.
Gov. Normal
PSL
Comp. Aux Interlock
Start/Sto
Start/Sto
Open / Close
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
33/41
Kompresor | 29
1. VibrasiSistem proteksi vibrasi pada kompresor dan drivernya merupakan sistem yang lazim
diaplikasikan. Vibrasi radial dan axial yang terdapat pada rotating equipment sendiri akan
menunjukkan gejala-gejala kerusakan atau ketidakstabilan pada equipment. Untuk itu perlu
dilakukan pengamanan equipment pada saat terjadi kenaikan vibrasi. Lokasi monitoring
vibrasi adalah sebagai berikut:
Gambar 28. Proteksi Vibrasi Radial dan Axial
Poin poin pengukuran vibrasi radial & axial pada kompresor sebagai proteksi secara
umum sebagai berikut :
- Turbine axial position- HP Compressor axial position- LP Compressor axial position- Vibrasi Turbine Thrust Side- Vibrasi Turbine Anti-Thrust Side
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
34/41
Kompresor | 30
- Vibrasi HP Compressor Thrust Side- Vibrasi HP Compressor Anti-Thrust Side- Vibrasi LP Compressor Thrust Side- Vibrasi LP Compressor Anti-Thrust SideKonfigurasi trip system untuk vibrasi sendiri dapat berupa konfigurasi 1oo2 (1 out of
2) atau 2oo2 (2 out of 2). Sedangkan setting nilai trip system dapat disesuaikan dengan
maksimum allowable value untuk vibrasi radial maupun axial. Kenaikan vibrasi pada
kompresor dapat berarti banyak hal, unbalance, misallignment, backpressure, dan lain
sebagainya. Kenaikan vibrasi yang cukup tinggi dan dalam waktu yang singkat akan sangat
membahayakan kompresor, dapat menyebabkan kerusakan yang sangat fatal. Untuk itu perlu
digunakan sistem emergency shutdown untuk vibrasi.
Sistem monitoring dan sinyal trip ini tidak langsung diberikan oleh probe-probe kesistem interlock, tetapi sinyal trip berasal dari dedicated device. Konfigurasi system dapat
dilihat pada gambar.
Gambar 29. Konfigurasi Trip System - Vibrasi
2. Separator LevelLevel Interstage Separator pada compressor tidak boleh terlalu tinggi, hal ini akan
mengakibatkan liquid akan terikut (carry over) masuk kedalam sudu-sudu kompressor. Carryover liquid ini secara mekanikal dapat menyebabkan kegagalan katastropik pada kompresor.
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
35/41
Kompresor | 31
Untuk menghindari terjadinya carry over liquid, dipasang level controller pada separator.
Dalam kondisi emergency, dimana kontrol tidak dapat bekerja dengan baik, maka pada
separator dilengkapi proteksi level HH.
Gambar 30. Proteksi Liquid Carry Over pada Interstage Separator
3. Vacuum SystemSeperti yang telah dibahas pada sistem kontrol, bahwa level pada vacuum condenser
harus dijaga. Jika level terlalu rendah, maka kemungkinan besar fluida dalam fasa gas akan
terikut ke dalam pompa vacuum. Hal ini akan mengakibatkan kavitasi pada pompa. System
interlock pada bagian ini tidak untuk mematikan turbin-kompresor, tetapi untuk melakukan
start-stop pompa kondenser. Jika kontrol system tidak mampu mengendalikan level, pada saat
level terlalu rendah, pompa kondenser akan auto stop, demikian pula sebaliknya jika level
teralu tinggi pompa kondenser akan auto start.
Akan tetapi bagaimanapun juga jika sistem auto start/stop pompa ini tidak berjalan,
maka level pada condenser menjadi tidak terkontrol. Pada saat level high, akan
mengakibatkan vacuum drop yang akan menghambat proses kondensasi steam. Jika kondisi
ini berlanjut, maka akan terjadi kenaikan pressure pada exhaust turbin. Sehingga untuk tetap
menjaga kinerja turbin kenaikan pressure exhaust ini harus dibatasi, untuk itu dipasang
pressure switch pada turbin exhaust steam. Pressure switch ini akan mengaktifkan shutdown
logic pada sistem proteksi.
Berikut penggambaran sistem auto start/stop pompa pada auxilliary interlock logic
vacuum condenser compressor.
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
36/41
Kompresor | 32
Gambar 31. Interlock Level Vacuum Condenser
4. Lube Oil & Control OilLube oil pada kompresor berperan penting dalam pelumasan sistem mekanikal
kompresor. Kurangnya tekanan lube oil akan menyebabkan pelumasan yang buruk dan pada
akhirnya akan mengakibatkan kerusakan fatal pada kompresor. Normal desain kompresor
biasanya dilengkapi dengan 2 buah pompa oli (satu pompa utama dan lainnya adalah pompa
auxillairy) dimana keduanya digerakkan oleh jenis driver yang berbeda. Pada saat tekanan oli
turun hingga terdeteksi low pressure oleh pressure switch, interlock system akan menjalankan
pompa auxilliary untuk melakukan back-up. Tetapi jika pressure terus turun hingga batas
yang diijinkan, maka pressure switch LL akan mengaktifkan Shutdown System Kompresor.
Control oil juga merupakan sistem vital untuk kontrol kompressor, tanpa adanya
tekanan control oil yang cukup, maka sistem-sistem hydraulic tidak akan dapat bekerja.
Control oil dan lube oil memiliki sumber yang sama yaitu dari Lube Oil pump. Oil filter
dipasang pada discharge pompa, output filter ini langsung digunakan sebagai control oil
supply. Lube oil memerlukan tekanan yang lebih rendah sehingga perlu pengaturan lagi
setelah filter, untuk itu dipasang sebuah PCV pada percabangan outlet filter dengan output
PCV akan digunakan sebagai Lube Oil Supply.
Gambar 32. Lube Oil & Control Oil System
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
37/41
Kompresor | 33
Gambar 33. Sistem Lube Oil Kompresor
(Courtesy : Nouvo Pignone)
Gambar 34. Interlock Control Oil
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
38/41
Kompresor | 34
Pressure Control oil termasuk sumber yang akan mengaktifkan kontrol electric
governor dan melakukan trip pada electric governor. Pada saat tekanan control oil tercapai,
maka sistem kontrol governor dapat diaktifkan, sedangkan pada saat tekanan control oil drop
pada nilai batas bawahnya, maka kontrol governor akan trip.
Gambar 35. Permissive & Stop Logic Turning Devive
Sedangkan lube oil pressure selain digunakan sebagai trigger untuk shutdown,
digunakan juga sebagai permissive dan stop logic untuk turning device. Pada saat LO pressure
LL aktif, sinyal akan dikirim untuk shutdown logic compressor dan permissive turning
device. Sedangkan pada saat LO pressure tercapai, sinyal ini akan memberikan permissive
start turbin-kompresor dan menghentikan kerja turning device.
Dalam sistem lube oil ini juga terdapat Head Tank yang berfungsi untuk melakukan
bakup lube oil pada saat terjadi trip. Level head tank ini akan digunakan sebagai sinyal
permissive untuk start kompresor. Hal ini menjadi penting karena jika terjadi trip dan tidak
ada lube oil sebagai media pelumasan pada rotating equipment, maka akan membuka
kemungkinan terjadi kerusakan mekanikal.
5. Overhead Tank OilSeal oil berfungsi untuk menghindari kebocoran gas proses. Seal oil disupply dari
booster pump sehingga tekanan oli seal lebih tinggi dari lube oil. Overhead tank diperlukan
untuk menjaga fluktuasi tekanan, tekanan statik overhead tank digunakan sebagai rundown
supply pada saat sistem kehilangan tekanan. Sehingga penting untuk tetap menjaga level
overhead tank berada pada kondisi aman. Jika terjadi penurunan level pada overhead tank
secara signifikan, maka level switch LL akan bekerja untuk shutdown kompresor.
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
39/41
Kompresor | 35
Gambar 36. Sistem Seal Oil Kompresor
(Courtesy : Nouvo Pignone)
6. Overspeed Trip SystemUntuk mencegah kerusakan rotating equipment terhadap kelebihan putaran, maka tiap
equipment dilengkapi dengan overspeed trip device. Electronic overspeed trip device
memiliki 3 input probe speed diproses dengan logika 2oo3. Sinyal voting akan memberikan
input ESD untuk mengaktifkan trip device. Sebagai penggambaran sistem overspeed trip
device berikut konfigurasi OST di syngas compressor Kaltim 4.
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
40/41
Kompresor | 36
Gambar 37. Safety Device System
5/28/2018 Pengendalian dan Proteksi Kompresor
41/41
Kompresor | 37
Daftar Pustaka
1. Brown, Royce N. (1997). Compressor Selection and Sizing Second Edition. Houston,USA. Butterworth Heinemann.
2. Helvoirt, Jan Van (2007). Centrifugal Compressor Surge Modelling and Identificationfor Control. Enschede, Netherland. Print Partner.
3. Giampaolo, Tony (2010). Compressor Handbook Principle and Practice. Lilburn, USA.The Fairmont Press, Inc.
4. MHI (2002). Engineering Data Book Ammonia-Urea project Kaltim-4. Bontang,Indonesia. PT. Pupuk Kaltim
Recommended