ANALISIS POTENSI DAN DAMPAK KEBOCORAN GAS HIDROGEN …

Journal of Research and Technology, Vol. 3 No. 2 Desember 2017P-ISSN: 2460 – 5972E-ISSN: 2477 – 6165

11

ANALISIS POTENSI DAN DAMPAK KEBOCORAN GASHIDROGEN PADA HYDROGEN PLANT DI INDUSTRI

PELUMAS

Adhi Setiawan1*, Dian Nur Hanifah2, Agung Nugroho3, dan Denny Dermawan4

1,4Program Studi Teknik Pengolahan Limbah, Jurusan Teknik Permesinan Kapal2,3Program Studi Teknik K3, Jurusan Teknik Permesinan Kapal

Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya (PPNS)*e-mail: [email protected]

Abstract

Increasing the need for pure hydrogen in the industry is growing. One of its roles is inpurification of petroleum industry. High purity hydrogen (99.99%) was obtained frommethane using the steam methane reforming method in the hydrogen plant unit.Hydrogen is a very dangerous chemical element with its flammable properties. Thisresearch is conducted especially on purification system. Quantitative analysis is used todetermine the frequency of hydrogen leakage, consequence modeling, and riskestimation that will be generated. The results of the analysis show that the highestfrequency occurs in unignited release events. The jet fire scenario produces the longestfire length in the HPU about 27 meters. The jet fire scenario impact produces thefarthest secure distance in the case of a leak in the HPU section of 60 meters. The flashfire produces the farthest distance loss in a leakage case in the HPU of 80 meters, andexplosion at a radius of 200 meters will have a blast overpressure 7.62 psig with 22%fatality estimation of the population.

Keywords: Hydrogen Purification Unit, Hydrogen, Consequence Modeling, Risk.

Abstrak

Peningkatan kebutuhan hidrogen murni di industri semakin berkembang. Salah satuperannya adalah dalam pemurnian produk industri perminyakan. Hidrogen dengankemurnian tinggi (99,99%) didapatkan dari gas metana menggunakan Metode SteamMethane Reforming di unit hydrogen plant. Hidrogen merupakan unsur kimia yangberbahaya dengan sifatnya yang sangat mudah terbakar. Penelitian ini dilakukankhususnya pada purification system. Quantitative analysis digunakan untuk mengetahuifrekuensi kebocoran hidrogen, pemodelan konsekuensi, dan estimasi risiko yang akanditimbulkan. Hasil analisis menunjukkan bahwa frekuensi tertinggi terjadi padakejadian unignited release. Skenario jet fire menghasilkan panjang api terjauh dibagian HPU yaitu 27 meter. Dampak skenario jet fire menghasilkan jarak aman terjauhdalam kasus kebocoran di bagian HPU 60 meter. Flash fire menghasilkan jarakkerugian terjauh pada kasus kebocoran di HPU yaitu 80 meter, dan explosion padaradius 200 meter akan mengalami blast overpressure 7,62 psig dengan estimasi fatality22% dari populasi.

Kata kunci: Hydrogen Purification Unit, Hidrogen, Pemodelan Konsekuensi, Risiko.


12

1. PENDAHULUANSecara global kebutuhan hidrogen

semakin meningkat dalam beberapa tahunini karena merupakan salah satu bahanbakar alternatif dari bahan bakarhidrokarbon yang memiliki beberapakeunggulan yaitu ramah lingkungan sertamemiliki efisiensi energi yang besarterutama jika diaplikasikan pada bahanbakar kendaraan (Edwards dkk, 2008).Hidrogen di industri umumnya diproduksidengan menggunakan Metode SteamMethane Reforming (SMR) dari naturalgas (Ozalp, 2008). Terdapat dua bahanberbahaya yang terlibat pada prosesproduksi hidrogen dengan Metode SMRyaitu metana dan hidrogen, dimanasenyawa ini terdapat dalam jumlah yangbesar dan kemurnian tinggi sehinggadapat menimbulkan potensi besarterjadinya kecelakaan yang merugikanmanusia, peralatan dan lingkungan sekitar(Jafari, dkk, 2014).

Hidrogen merupakan zat kimiaberbahaya baik dalam fase liquid maupungas. Hidrogen memiliki sifat mudahterbakar dengan rentang flammabilitylimits di udara 4-75%, dan membutuhkanenergi ledakan sebesar 0,02 mj sehinggahidrogen dapat mudah terbakar denganpercikan api akibat listrik statis. Bahayalain dari gas hidrogen yaitu api darihidrogen tidak memiliki warna dan tidakberbau serta dapat merapuhkan beberapajenis logam (Barilo dkk, 2017). U.SDepartment of Energy (DOE) mencatatdari tahun 1995-2013 terdapat 208 kasuskecelakaan di dunia berkaitan denganhydrogen plant (Jafari dkk, 2012).

Di dalam dunia industri hidrogenmerupakan bahan baku penting dalamindustri minyak, gas, petrokimia, serta

industri lainnya. Hidrogen diperkenalkansebagai bahan bakar modern yang bersihsehingga banyak negara mulai banyakberinvestasi dalam upaya produksi,aplikasi, dan konsumsi. Keamanan dariproses produksi, pencairan, penyimpanan,transportasi, dan aplikasi masih menjadiperhatian utama. Produksi hidrogen didunia sebagian besar dihasilkan daribahan baku berbasis bahan bakar fosil.Sekitar 50% dari hidrogen tersebutdihasilkan melalui proses SMR. Sebanyak99% hidrogen yang dikonsumsi diindustri dihasilkan melalui proses SMRberpotensi meningkatkan risiko kebakarandan ledakan (Jafari dkk, 2012).

Beberapa tindakan pencegahan perludilakukan atau ditingkatkan untukmenghindari terjadinya kecelakaan padaproses produksi hidrogen melalui analisisdengan menggunakan teknik yang handal.Tindakan pencegahan dilakukan melaluipendekatan metode kualitatif, semikuantitatif, dan kuantitatif. Analisiskonsekuensi merupakan metodekuantitatif yang dapat digunakan untukmenilai konsekuensi atau dampak bahayadari kecelakaan yang terjadi di indutriproses (Jafari dkk, 2014).

Analisis konsekuensi merupakanbagian yang tidak terpisahkan daripenilaian risiko karena memberikanperkiraan kerusakan yang mungkin terjadibaik dari segi infrastruktrur maupunmanusia. Metode tersebut tidak hanyamengembangkan desain yang aman padafasilitas infrastruktur hydrogen plant,tetapi juga menerapkan teknologihidrogen secara dini sehingga dapatmenghilangkan biaya tambahan yangtidak perlu diterapkan dalam hydrogenplant. Peningkatan kebutuhan gas


13

hidrogen yang tinggi menyebabkanberkembangnya unit proses gas hidrogenmenjadi lebih besar dan komplekssehingga diperlukan analisis konsekuensiatau dampak yang diakibatkan olehkebocoran gas hidrogen (CCPS, 2000).

Pemodelan merupakan bagian yangterpenting dalam analisis konsekuensi.Analisis konsekuensi dapatdikelompokkan menjadi empat tahap.Tahap pertama berupa source modeluntuk menghitung laju alir massa ataukuantitas dari material yang terlepas.Tahap kedua berupa dispersion modelyang menghitung arah dispersi maupunkonsentrasi dari material yang terlepas.Tahap ketiga merupakan prediksi skenariokecelakaan yang dapat berupa jet fire,flash fire, maupun vapour cloudexplosion. Tahap terakhir merupakanpenerapan model probit untukmengevaluasi efek dari skenario yangdipelajari terhadap lingkungan danmanusia (Jafari dkk, 2014)

PT X merupakan industri pengolahanminyak pelumas yang menggunakanbahan baku gas hidrogen dalam prosespemurnian produk. Gas hidrogen tersebutdihasilkan dalam skala besar sertadihasilkan melalui proses SMR yangberpotensi menimbulkan bahayakebakaran dan ledakan. Bahkan lokasidari hydrogen plant PT X berdekatandengan fasilitas dan unit proses pabrikdiantaranya boiler, hydrofinishing unit,dan incenerator sehingga potensikecelakaan akibat kebakaran dan ledakansemakin besar.

Proses di hydrogen plant terdiri daribeberapa unit yaitu: desulfurasi, steamreforming, shift converting, danhydrogen purification system. Tabel 1merupakan komposisi material hydrogen

plant. Analisis kebocoran gas hidrogenakan dilakukan pada unit hydrogenpurification system karena pada unittersebut gas hidrogen sudah terpisahsecara sempurna dari uap air melalui gasseparator unit (SP-401) dihasilkan gashidrogen dengan komposisi sebesar99,9%.

Tabel 1. Komposisi Gas pada HydrogenPlant PT X

Tahap Komposisi

Desulfurisasi NG : 95%H2 : 5%

Steam Reforming NG : 34%H2 : 35%H2O : 41%

Shift Converting H2O : 50%H2 : 37%CO : 7%

Hydrogen PurificationSystem

H2 : 99,9%

Gas hidrogen digunakan untukmemurnikan kontaminasi metal padahidrokarbon yang akan diproduksi. Padahidrogen plant PT X kebocoran hidrogensulit dideteksi karena tidak adanya alatyang mendeteksi kebocoran hidrogensecara langsung di area tersebut. Selainitu, gas hidrogen yang terlepas kelingkungan sulit terdeteksi olehpengelihatan dan penciuman karena tidakberwarna dan berbau.

Penelitian ini akan dilakukan pada 3study node yaitu unit Hydrogenpurification system yang meliputistreamline 29 (sistem perpipaan inlettangki HPU), hydrogen purificationvessel, dan purge gas vessel yangmemiliki komposisi gas hidrogen cukup


14

tinggi. Kondisi proses pada masing-masing node disajikan pada Tabel 2.Study node 1 dilakukan pada streamline29. Pada streamline tersebut gas hidrogenbaru terpisah oleh separator unit (SP-401)melalui perpipaan dengan ukuran insidediameter 3,18 inch dengan laju alir massayaitu 563 lb/hr. Study node 2 ada padaHPU dimana terjadi proses pemurnianakhir hidrogen hingga mencapai 99,99%.Pada study node 3 dilakukan pada purgegas buffer. Pada unit tersebut gas sisaproses dari hydrogen plant akan dialirkankembali ke furnace. Pada unit tersebutrentan terjadi kebocoran pada sambunganmenuju furnace.

Tabel 2. Kondisi Operasi pada Unit HPU

StudiNode

LokasiH2

(%)P

(Psia)T

(F)

1 Str. 29 74 242,7 1052 HPU 99,99 227,7 1043 Purge Gas

Vessel41 15 104

Hasil investigasi penyebabkecelakaan yang terjadi di industri yangmelibatkan hidrogen yaitu kerusakanmekanis komponen, reaksi antara fluidadengan kontaminan, kegagalan safetydevice, dan kegagalan operasi (Ordin,1997). Kemungkinan kecelakaan padaproduksi hidrogen dengan Metode SMR(Steam Methane Reforming) pada unitpurification system adalah tekanan yangtinggi pada purfication tower, keretakanpada heat exchanger, dan percikan apipada purge gas buffer (Jafari dkk, 2013).

Beberapa penelitian sebelumnyamenjelaskan tentang analisis accident danpemodelan kebocoran gas hidrogen dangas alam dengan menggunakan Metode

Quantitative Risk Analysis (QRA) danskenario dimodelkan dengan simulatorPHAST 6.7. Hasil penelitianmenunjukkan bahwa jarak rawan yangdisebabkan vapour cloud explosion 280 m(0,01 bar) dan jet fire sebesar 275 mdengan energi fluks sebesar 4 Kw/m2

(Muhammadfam dan Zarei, 2015). Houfdkk (2009) melakukan analisis jet flamedan unignited jet akibat pelepasan gashidrogen dengan menggunakanComputational Fluid Dynamic (CFD).Hasil simulasi dengan model RNG k-εmenunjukkan keakuratan sekitar 95%terhadap hasil eksperimen. Jafari dkk(2014) melaporkan bahwa jet fire danflash fire merupakan kasus yang seringterjadi pada unit desulfurisasi danreformer pada hydrogen plant. Insidenoverpressure sebesar 0,73 bar pada jarak45 m dapat membunuh semua orang sertabangunan dan peralatan pada jaraktersebut.

Kebocoran hidrogen yang terusmenerus akan menyebabkan beberapakonsekuensi dampak yaitu unignitedrelease, jet fires (dampak termal), flashfires (deflagrasi oleh akumulasi gasdengan dampak termal), dan explosion(deflagrasi atau detonasi akumulasi gasdengan dampak overpressure) (Grothdkk, 2015). Oleh karena itu, diperlukanpemodelan dampak terjadinya kebocoranagar diketahui konsekuensi yang akanditimbulkan. Penelitian ini bertujuanuntuk mengetahui dampak kebocoranhidrogen, estimasi frekuensi kebocoran,dan pemodelan dampak kebocorandengan menggunakan Software HyRAM(Hydrogen Risk Assesment Model).Identifikasi bahaya dilakukan denganMetode Event Sequence Diagram (ESD)untuk menganalisis penyebab kebocoran


15

gas hidrogen pada Hydrogen PurificationSystem.

2. METODE PENELITIANLokasi Penelitian

Lokasi penelitian berada padaindustri yang bergerak pada bidangpengolahan ulang pelumas bekas yangmembutuhkan hidrogen untuk membantuproses pemurnian dari kontaminasi metaldan senyawa pengotor lainnya. Hidrogenyang digunakan berasal dari natural gasyang di supply dari PT PGN dengantekanan 304,7 psia dan suhu 59 oF dengankapasitas 1128 Nm3/hari dan produksihidrogen 360 kg/hari. Gambar 1merupakan lokasi penelitian pada PT X.

Gambar 1. Lokasi Hydrogent Plant

: Unit Hydrofinishing : : Tangki Storage

: Control Room : Water Storage

: Power Station : Water Treatment

: Hydrogen Plant

Penelitian ini dikhususkan untukkebocoran gas hidrogen dengankonsentrasi tinggi yang terjadi terdapatpada unit purification system. Gambar 2menunjukkan process flow diagram

(PFD) dari purification system.Purification system dimulai dariperpipaan setelah separator unit (SP-401), high purification unit (V-500 A, B,C, D), dan waste gas drum (V-501).

Gambar 2. Process Flow DiagramHydrogen Purification System

Identifikasi BahayaIdentifikasi bahaya dilakukan dengan

Event Sequence Diagram (ESD) untukmenganalisis kombinasi skenariopenyebab dasar kemungkinan terjadikebocoran (Groth dkk, 2015). Skenariokebocoran menggunakan pedomanrealistic case berdasarkan pendekatandata aktual sehingga hasil yang didapakanlebih sesuai. Data study node pada unitHPU disajikan pada Tabel 3.

Tabel 1. Data Study Node

StudyNode

LokasiSize

(inch)

DiameterKebocoran

(inch)1 Str. 29 1,5 1,38

2 HPU 30 2,0

3Purge GasVessel

60 2,0

Kejadian kebocoran di pipa prosesstreamline 29 memiliki diameter


16

kebocoran sama dengan diameter pipa.Tangki HPU dan purge gas drummemiliki diameter kebocoran samadengan diameter pipa terbesar yangterhubung pada unit tersebut. Asumsipemilihan diameter kebocoran sesuaipanduan pemilihan skenario ChemicalProcess Safety edisi 2 (Crowl dan Louvar,2002) dan umumnya kebocorandiasumsikan terjadi secara horisontal(Jafari dkk, 2012).

Pemodelan skenario jet fire dan gasdispersion plume menggunakan modelnozzle yang dikembangkan Yüceil danÖtügen (2002). Model tersebut cukupakurat karena mendekati hasil eksperimenkebocoran gas hidrogen dari beberapapemodelan yang ada (Ekoto dkk, 2014).

Pemodelan KonsekuensiSkenario kebocoran dimodelkan

menggunakan Software HyRAM yangsudah tervalidasi oleh SANDIA NationalLaboratories baik secara pemodelanmaupun eksperimental (Groth dkk, 2015).Estimasi konsekuensi flash fire dapatdiketahui dari jarak yang setara dengan

konsentrasi Lower Flammability Limit(LFL) yang dapat menyebabkan kematiansedangkan pada konsentrasi ½ LFL dapatmenyebabkan gangguan pernapasan(Jafari dkk, 2014). Data yang digunakandalam pemodelan konsekuensi sepertipada Tabel 2. Dengan menggunakanSoftware HyRAM akan membantumenggambarkan konsekuensi dampakdari jet fire dan gas plume dispersion.Pemodelan satu dimensi jet firedigunakan untuk memprediksi lintasan apisehingga dapat digunakan untukmengetahui perpindahan panas darisumber (Ekoto dkk, 2014), sedangkanpada gas plume dispersion dapatdigunakan untuk memodelkan flash firekarena dalam pemodelan gas plumedispersion diketahui distribusi fraksi molhidrogen.

Estimasi Frekuensi Kebocoran

Untuk menghitung frekuensi masing-masing skenario menggunakan rumus (1-4) dengan menentukan nilai masing-masing probabilitas kejadian yangdigunakan seperti pada Gambar 3.

Gambar 3. Event Sequence Diagram (ESD) Kebocoran Hidrogen


17

fUnited (1)

)_():Im()(

)2()()2(

IgniteDelayedPxIgnitemedxPIsolated

xreleasefGHIsolatedxPreleasefGH

fJetfire (2)

):(Im)()2( IgnitemedIsolatedxPreleasefGH

fFlashfire (3)

)()_():Im(

)()2(

TvsPPxIgniteDelayedxPIgnitemedP

xIsolatedxPreleasefGH

fExplosion (4)

)(

)_():Im(

)()2(

TvsPP

xIgniteDelayedxPIgnitemedP

IsolatedxPreleasefGH

3. HASIL DAN DISKUSI

Identifikasi Bahaya

Identifikasi bahaya penyebabkebocoran hidrogen dengan FTA padaunit purification system adalah tekanantinggi pada jaringan perpipaan atau vessel,korosi pada komponen, timbulnyapercikan api akibat faktor eksternalseperti panas atau sambaran petir. PadaGambar 3 ESD menggambarkanprobabilitas yang digunakan sebelumskenario kejadian. Probabilitas terisolasimenggunakan nilai 0,1 karena jumlahkomponen listrik yang sedikit dihydrogent plant (Javari dkk, 2013),probabilitas penyalaan langsung 0,008dan probabilitas penyalaan tunda 0,004karena laju hidrogen dalam pipa <0.125kg/s (Groth dkk, 2015), probabilitasdominasi dampak termal menghasilkanflash fire 0,4 dan probabilitas dominasi

overpressure menghasilkan explosion 0,6(Jafari dkk., 2012).

Laju alir massa kebocoran terjadisecara berkelanjutan dan merupakankejadian tunggal. Laju alir kebocoran darimasing-masing study node yaitu: padastreamline 29 sebesar 0,0074 kg/s, padaHPU 0,033 kg/s, dan purge gas drum0,063 kg/s.

Analisis Frekuensi Terjadi KebocoranHidrogen

Tabel 4 merupakan hasil frekuensiskenario pada masing-masing study nodeyang akan menimbulkan kecelakaanberdasarkan ESD pada Gambar 3 dan lajualir kebocoran pada masing-masing studynode.

Tabel 2. Frekuensi Kejadian (per-tahun)StudyNode

UnignitedFlashFire

JetFire

Explosion

1 7,53x10-4 1,09x10-6 5,48 x10-6 1,45x10-6

2 4,65 x10-4 6,71x10-7 3,38 x10-6 8,95x10-7

3 1,16 x10-4 1,68x10-7 8,45x10-7 2,24x10-7

: Unacceptable Risk

: Acceptable Risk

Pada Tabel 4 diketahui bahwa kejadianunignited release berada pada levelunacceptable risk berdasarkan kriteriateori as Low as Reasonably PracticableRisk (ALARP). Hasil data ESDdisimulasikan untuk mengetahui dampakfisik dari masing-masing kejadian yangmeliputi jet fire, flash fire dan explosionakibat skenario kebocoran gas hidrogen.Konsekuensi dampak jet fire berupapanjang jet fire, temperatur, dan radiativeheat flux. Dispersi dari gas hidrogen


18

hingga mencapai nilai LFLmemungkinkan yang dilanjutkan sumberpenyalaan (delayed ignition) memicuterbentuknya flash fire dan ledakan.

Dampak KonsekuensiGambar 4, 5, dan 6 menunjukkan

trayektori dan suhu jet fire dalam Kelvin.Kebocoran pada streamline 29menghasilkan bentuk jet fire yangcenderung melengkung atau curved flame,sedangkan kebocoran pada HPU danPurge gas dihasilkan jet fire yangcenderung berbentuk lurus atau straightflame.

Perbedaan bentuk jet fire tersebutdisebabkan oleh laju alir massa gashidrogen yang terlepas berbeda padasetiap unitnya. Semakin besar laju alirmassa gas hidrogen yang terlepas, makamenyebabkan trayektory jet firecenderung berbentuk lurus atau straightflame. Hal tersebut disebabkan semakinbesar laju alir massa gas hidrogen yangterlepas ke lingkungan pada saatkebocoran, maka akan dihasilkan jethidrogen dengan kecepatan awal yangtinggi. Peningkatan kecepatan awal jethidrogen menyebabkan jarak titik transisike buoyancy-controlling regime menjadilebih jauh sehingga trayektori jet firecenderung berbentuk lurus (Kim dkk,2009).

Gambar 4. Trayektori dan Suhu Jet Firepada Streamline 29

Gambar 5. Trayektori dan Suhu Jet Firepada HPU

Gambar 6. Trayektori dan Suhu Jet Firepada Purge Gas Vessel

Pada Gambar 4, 5 dan 6menunjukkan bahwa panjang jet fireuntuk streamline 29, HPU, dan purge gasvessel masing-masing sebesar 25 m, 27 m,dan 13 m dari titik kebocoran. Streamline29 memiliki panjang jet fire lebih besardibandingkan dengan jet fire yangdihasilkan dari unit HPU dan purge gasvessel karena streamline 29 memilkitekanan operasi lebih besar dibandingkandengan unit HPU dan purge gas vessel.Pembentukan jet fire dikendalikan olehdua faktor yaitu momentum gas hidrogendan gaya buoyancy. Pembentukan jet firepada awalnya dikendalikan oleh gayamomentum, namun ketika gayamomentum berangsur-angsur menghilangseiring dengan meningkatnya jarak darilubang kebocoran, maka pengaruh gayabuoyancy semakin dominan sehinggamenyebabkan api yang keluar terangkatnaik atau terjadi kecenderungankelengkungan api. Hal ini dikarenakansifat hidrogen yang sangat ringan (Kimdkk, 2009).


19

Dampak yang ditimbulkan olehtemperatur jet fire 700-1003 K adalahperubahan grain structure, sifat danketahanan korosi pada besi dan stainlesssteel. Pada suhu lebih dari 1003 Kmengalami distorsi struktur besi dalamjumlah besar karena thermal stress (API,2007). Dalam Radiative Heat Flux Modepemodelan yang akan digambarkanberupa gradasi warna yang menunjukkanperbedaan heat flux dalam kW/m2.

Berdasarkan International Fire Code(IFC) besarnya nilai ambang batasradiative heat flux untuk saluran distribusisebesar 1,577 kW/m2, pekerja sebesar4,732 kW/m2, dan peralatan non-combustible 25,237 kW/m2 (Ekoto, 2014).Berdasarkan simulasi pada Gambar 7, 8,dan 9 menunjukkan bahwa jarak amanuntuk pekerja akibat jet fire akibatkebocoran gas hidrogen masing-masingsebesar 31 m (streamline 29), 60 m(vessel HPU), dan 28 (purge gas vessel).Jarak aman pada vessel HPU lebih besardibandingkan dua unit yang lainnya. Halini disebabkan konsentrasi gas hidrogenpada HPU mencapai 99,99%.

Pemodelan distribusi konsentrasi gashidrogen Gas Plume Dispersion (GPD)didasarkan pada perbedaan gradasi warnayang mewakili fraksi mol hidrogen.Parameter yang digunakan dalamunignited release yaitu LFL. Hasilsimulasi dispersi gas hidrogen padaGambar 10, 11, dan 12 menunjukkanbahwa konsentrasi gas hidrogen tertinggidi dekat titik kebocoran. Gas hidrogenselanjutnya mengalami penurunan seiringdengan meningkatnya jarak dari titikkebocoran. Penurunan konsentrasitersebut disebabkan difusi hidrogendengan udara di sekitarnya.

Gambar 7. Radiative Heat Flux Jet Firepada Streamline 29

Gambar 8. Radiative Heat Flux Jet Firepada HPU

Gambar 9. Radiative Heat Flux Jet Firepada Purge Gas Vessel

Simulasi GPD dapat digunakan untukmemprediksi panjang flash fire yangterjadi berdasarkan profil konsentrasi gashidrogen. Hasil simulasi tersebutmenunjukkan bahwa panjang area flashfire pada unit HPU lebih besardibandingkan dengan streamline 29 danpurge gas vessel. Hal ini disebabkan olehkonsentrasi tertinggi gas hidrogen padaunit HPU yang mencapai 99,99% sertadiameter kebocoran yang relatif besardibandingkan dengan streamline 29.


20

Kebocoran dengan konsentrasi gashidrogen yang tinggi dan diameterkebocoran yang besar mengarah padaterbentuknya flammability zone yanglebar serta jarak flash fire yang tinggi.

Gambar 10. Gas Plume Dispersion padaStreamline 29

Gambar 11. Gas Plume Dispersion padaHPU

Konsekuensi flash fire dapatdiketahui berdasarkan jarak yang setaradengan konsentrasi LFL sehinggaberpotensi menyebabkan kematian. Padakonsentrasi ½ LFL dapat menyebabkangangguan pernapasan (Jafari dkk, 2014).Gambar 13 merupakan estimasi jarakkerugian dengan risiko ganguanpernafasan (½ LFL) akibat pelepasan

hidrogen pada streamline 29, HPU, danpurge vessel gas masing-masing sebesar26 m, 42 m, dan 17 m. Estimasi jarakkerugian dengan risiko kematian (LFL)streamline 29, HPU, dan waste gasmasing-masing sebesar 50 m, 80 m, dan30 m. Pada unit HPU diperoleh jarakkerugian yang terbesar. Hal inidisebabkan oleh konsentrasi gas hidrogenpada HPU tertinggi dibandingkanstreamline 29 dan purge gas vessel yaknimencapai komposisi 99,9% hidrogen.

Gambar 12. Gas Plume Dispersion padaPurge Gas Vessel

Streamline 29 HPU Waste Gas0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

42

17

30

80

26

50

Jara

k (m

)

Unit

4% 2%

Gambar 13. Grafik Jarak Kerugian padaMol Fraksi 2% (½ LFL) dan 4% (LFL)

Gambar 14 merupakan grafik yangmenunjukkan hubungan nilaioverpressure yang terjadi dalam psig pada


21

beberapa titik dari pusat ledakan. Jikaledakan diperkirakan terjadi padahydrogen purification system, maka efekledakan dapat berdampak pada ruangkantor utama yang berjarak sekitar 200meter dari lokasi Hydrogen Plant. Efekledakan berupa overpressure yang terjadisebesar 7,62 psig.

Gambar 14. Grafik Overpressure SaatTerjadi Ledakan pada HPU

Ledakan yang dihasilkan dapatmengakibatkan dampak yang setaradengan rusaknya panel baja denganketebalan 8-12 inch yang tidak diperkuatsehingga mengalami kerusakan akibatpergeseran. Salah satu probit yang seringdigunakan pada kasus kematian manusiadi luar ruangan dari blast overpressureadalah Probit Model Hurst, Nussey, danPape. Overpressure sebesar 7,62 psig biladikonversikan menggunakan tabeltransformation from percentage toprobits-Probit Analysis akan diperolehnilai persentase probability death padajarak ledakan 200 m sebesar 22% darijumlah populasi (Crowl dan Louvar,2002).

4. KESIMPULANKebocoran gas hidrogen yang terjadi

pada unit purification system hydrogenplant industri pelumas berpotensimenimbulkan kejadian unignited release,jet fire, flash fire dan explosion. Frekuensikejadian pada pelepasan hidrogen beradapada level unacceptable risk berdasarkanALARP yaitu berupa skenario unignitedrelease pada streamline 29, HPU, danpurge gas vessel masing-masing yaitusebesar 7,53x10-4, 1,65x10-4, dan 1,16x10-

4 kejadian per tahun. Hasil simulasiHyRAM menunjukkan bahwa panjang jetfire pada HPU merupakan yang terbesaryaitu mencapai 27 m dari titik kebocoran.Hasil simulasi menunjukkan bahwa jarakaman pada skenario jet fire didasarkanambang batas radiative heat flux pada unitHPU yaitu sebesar 60 m. Pada kejadianflash fire menghasilkan jarak kerugianterjauh yang berpotensi kematian di HPUyaitu 80 meter dan explosion pada radius200 meter akan mengalami blastoverpressure 7,62 psig dengan estimasifatality 22% dari populasi.

DAFTAR PUSTAKAAmerican Petroleum Institute (2007).

API-579 Fitness-for-Service.American Society of MechanicalEngineers.

Barilo, N. F., Hamilton, J. J., dan Weiner,S. C. (2017). Energy and MaterialFlow Models of HydrogenProduction in the U.S. ChemicalIndustry. International Journal ofHydrogen Energy, 42, pp. 7536-7541.

Center for Chemical Process Safety(CCPS).(2000). Guidelines forChemical Process Quantitative RiskAnalysis Second Edition. American


22

Institute of Chemical Engineers(AIChE). New York, USA

Crowl, D. A., dan Louvar, J. F. (2002).Chemical Process SafetyFundamentals with ApplicationsSecond Edition. United States ofAmerica: Prentice Hall, Inc.

Edwards, P. P., Kuznetsov, V. L., David,W.I.F., dan Brandon, N. P. (2008).Hydrogen and Fuel Cells: Towards aSustainable Energy Future, Journal ofEnergy Policy, 36, pp. 4356–4362.

Ekoto, I. W., Ruggles, A. J., Creitz, L.W., dan Li, J. X. (2014). Updated jetflame radiation modeling withbuoyancy corrections, InternationalJournal of Hydrogen Energy, 39, pp.20570-20577.

Groth, K. M., Hecht, E. S., & Reynolds, J.T. (2015). Methodology for assessingthe safety of Hydrogen Systems:HyRAM 1.0 technical referencemanual. SANDIA REPORT,(November).

Houf, W. G., Evans, G. H., dan Schefer,R. W. (2009). Analysis of jet flamesand unignited jets from unintendedreleases of hydrogen. InternationalJournal of Hydrogen Energy, 34, pp.5961–5969.

Jafari, M. J., Lajevardi, S. S., dan Fam, I. M.(2013). Semi Quantitative RiskAssessment of a Hydrogen ProductionUnit, International Journal ofOccupational Hygiene 5(3), 101–108.

Jafari, M. J., Mohammadfam, I., dan Zarei,E. (2014). Analysis and Simulation ofSevere Accidents in a Steam MethaneReforming Plant. International Journalof Occupational Hygiene, 6, pp. 120–130.

Jafari, M. J., Zarei, E., dan Badri, N.(2012). The Quantitative RiskAssessment of a HydrogenGeneration Unit. InternationalJournal of Hydrogen Energy, 37, pp.19241–19249.

Kim, J. S., Yang, W., Kim, Y., dan Won,S. H. (2009). Behavior of Buoyancyand Momentum Controlled HydrogenJets and Flames Emitted into theQuiescent Atmosphere. Journal ofLoss Prevention in the ProcessIndustries, 22, pp. 943-949.

Mohammadfam, I., dan Zarei, E. (2015).Safety Risk Modeling and MajorAccidents Analysis of Hidrogen andNatural Gas Releases : AComprehensive Risk AnalysisFramework. International Journal ofHydrogen Energy, 40, pp. 13653-13663.

Ordin, P. M. (1997). Safety Standard ForHydrogen And Hydrogen Systems:Guidelines for Hydrogen SystemDesign, Materials Selection,Operation, Storage, andTransportation. Office of Safety andMission Assurance, NationalAeronatics and SpaceAdministratition (NASA),Washington DC.

Ozalp, N., (2008). Energy and MaterialFlow Models of HydrogenProduction in the U.S. ChemicalIndustry. International Journal ofHydrogen Energy, 33, pp. 5020-5034.

Yüceil, K.B. and Ötügen M.V. (2002).Scaling Parameters forUnderexpanded Supersonic Jets,Physics of Fluids, 14, pp. 4206-4215.

Documents

ANALISIS POTENSI DAN DAMPAK KEBOCORAN GAS HIDROGEN …