CARA MENGKAJI PIPING & INSTRUMENTATION DIAGRAM Oleh: Cahyo Hardo Priyoasmoro Moderator Milis Migas Indonesia Bidang Keahlian Process Engineering

PENDAHULUAN Menurut hemat saya, selama bekerja di operasi produksi pabrik minyak dan gas bumi industri hulu, terlihat bahwa kekurangsempurnaan seseorang dalam mengartikan gambar P&ID terletak pada pengetahuan yang kurang terhadap unit operasi, keterkaitan antar unit operasi, plant safety, serta perhatian detil pada catatan-catatan kaki di P&ID itu sendiri. Tidak dimengertinya atau tidak dibacanya Process Flow Diagram atau PFD juga merupakan faktor penyumbang yang cukup significant. Tulisan ini diperuntukkan bagi mereka yang bekerja di front line operation, para operator, para process engineer, operation engineer, dan mereka yang berminat terhadap surface facility operation. Diusahakan dalam tulisan ini, seminimal mungkin menghilangkan hal-hal yang terlalu teknik karena konsumen utamanya adalah para operator dan pekerja lapangan. Di dalam tulisan ini, ada beberapa tebakan yang memancing para pembaca untuk berpikir. Diusahakan tebakannya adalah hal-hal praktis yang akan ditemui di lapangan. Jawaban tebakan ini ada di halaman akhir tulisan. Beberapa bagian dari tulisan ini pernah dipublikasikan di Milis Migas Indonesia, ataupun milis Teknik Kimia ITB, hanya saja sedikit diubah guna mendukung tema dari tulisan ini. Semoga berguna dan tiada maksud untuk menggurui. Salam, Cahyo Hardo

DAFTAR ISI Prinsip Kerja Beberapa Alat Proses

Separator Prinsip Control Sederhana Elemen Pengendali Akhir Steap A head: Pengenalan kurva Karakteristik Sumur

Pompa Sentrifugal

Prinsip kerja pompa sentrifugal Karakteristik kurva pompa sentrifugal

Operasi seri-paralel Minimum re-circulation Prinsip Pengendalian di pompa sentrifugal Lead and lag principle Kompresor Sentrifugal Karakteristik kurva Surge Stonewall Prinsip control kompresor sentrifugal capacity vs surge control Safety yang tergambarkan di P&ID Kekuatan material yang tertampilkan di P&ID MAWP vessel, pipa, serta flange Kelas-kelas kekuatan pipa (ANSI rating, API rating)

Specification Break Pengenalan Pressure Safety Valve: konsep perancangannya Shutdown System instrumented-based Overpressure protection : separator, pompa, kompresor

Overpressure protection : by-pass control valve, reducing flow (menggunakan RO, limited pipe diameter), fail-safe condition (control valve fail open, fail closed, fail at last position), lock open dan lock closed Sistem pembuangan fluida (Flare system, burn pit)

Membaca P&ID Pengenalan Legenda Pengenalan valve Tanda-tanda khusus Tipe pengendalian (selector, cascade, on-off) Memperhatikan catatan kaki

Cara Mengkaji P&ID dengan benar Apa P&ID itu? Adalah Piping and Instrumentation Diagram. Syarat untuk dapat mengkajinya :

1. Adanya PFD (Process Flow Diagram) 2. Mengerti dasar-dasar/prinsip kerja unit operasi serta kelakuan masukan dan keluarannya

serta keterkaitan antar unit operasi 3. Mengerti dasar-dasar process control atau pengendalian proses 4. Mengerti tentang process safety

Sesungguhnya, P&ID hanyalah rangkuman operating manual suatu pabrik, sehingga, bagaimana pabrik itu dioperasikan, dapat terlihat dengan jelas. Terkadang, jika lebih jeli, maka konsep safety dari suatu pabrik dapat pula dilacak. Semuanya sangat tergantung, sampai sejauh mana kita gali. Adalah hal yang penting bagi para pembaca P&ID untuk mengerti unit operasi yang menjadi subyek di dalam P&ID.

Bab 4 Safety yang tergambarkan di P&ID Pendahuluan Safety dapat digambarkan atau diakomodasikan ke dalam suatu P&ID. Hanya saja, kemampuan untuk dapat melihatnya atau mengkajinya adalah masalah lain. Terkadang, biar lebih yakin, kita dapat membandingkan P&ID suatu sistem operasi yang dimaksud dengan manual dari sistem terkait. Hal ini valid jika kedua-duanya terus menerus di-update mengikuti perubahan desain yang dilakukan. Masalahnya adalah, kemampuan untuk dapat melihat bahwa safety telah diberi porsi yang cukup atau bahkan tertinggi dalam suatu rancangan desain yang diterjemahkan ke dalam bahasa P&ID terkadang luput dari perhatian. Bagi kita-kita yang bekerja di front line operation, hal ini adalah fenomena yang umum. Entah karena tidak dapat mengenalinya, malas menganalisanya, atau malah tidak mau tahu sama sekali. Ada anggapan, urusan P&ID adalah urusan process engineer dan bukan kita yang ada di lapangan. Paradigma atau kerangka pikir seperti ini harus dibuang jauh-jauh, karena pada akhirnya, kita, yang bekerja di lapangan, yang menjadi last defence sebelum kejadian kecelakaan terjadi. Jika dianalogikan, mungkin serupa dengan konsep Negara Sekuler, yang memisahkan kehidupan beragama dengan kenegaraan. Biarlah ulama atau pendeta yang mengurus agama…. Serupa meski tidak sama…. Sebagai contoh awal bagaimana safety diwujudkan dalam gambar P&ID, marilah perhatikan gambar 4.1 sederhana berikut ini. Gambar 4.1 di bawah menjelaskan diagram sederhana multi flash separator sebagai condensate stabilization unit dengan off-gas yang keluar dari badan kondensat plus gas yang sudah ada dari umpan dialirkan masing-masing ke unit kompresor dan di flare. Penstabilan kondensat diperlukan guna menjaga spesifikasi yang diinginkan oleh pembeli. Pertanyaan: Jadi, kondensat disebut stabil jika (pilihlah):

a. Komponen hidrokarbon ringan masih banyak terdapat di dalam kondensat, atau b. Komponen hidrokarbon tinggal sedikit di dalam kondensat tersebut

Gambar 4.1

TO FLARE

LP SEPARATOR

TO HP COMP.

HP SEP.

SET @670 PSIG

LC

SET @750 PSIG

SET @700 PSIG

TO FLARE

TO FLARE

TO MP COMPRESSOR

MP SEP.

SET @ 350 PSIG

SET @450 PSIG

SET @400 PSIG

TO FLARE

TO FLARE

SET @500 PSIG

SET @ 80 PSIG

SET @ 100 PSIG

TO FLARE SET @ 20 PSIG

LC

CRUDE OIL TANK

TO PROD.WATER

TREATMENT

TO PROD.WATER

TREATMENT

TO PROD.WATER

TREATMENT

LSHH LSHH

LSHH

PCPCPSHH

SET @800 PSIG

PSHH

PSHH PC

LC

Filosofi Desain dan Safety Rancangan desain menghendaki agar separator HP dan MP bisa di-isolasi untuk aktivitas pemeliharaan tanpa menghentikan produksi. Artinya, perlu disediakan by-pass line untuk mengakomodasi hal tersebut. Ketika separator akan diisolasi, maka diperlukan perangkat isolasi yang tepat. Jika fluidanya adalah gas alam yang bercampur air dan kondensat dengan tekanan shut-in sumur kira-kira 1200 psig, maka dipilihlah isolasi double block and bleed serta spectacle blind. Maximum allowable working pressure (MAWP) untuk separator HP, MP, dan LP berturut-turut adalah 800, 500 dan 100 psig. Gas dan off-gas dari separator HP dialirkan menuju kompresor HP. Off-gas dari separator MP dialirkan ke kompresor MP sedangkan off-gas di separator LP dialirkan ke sistem Flare. Pressure Safety Valve (PSV) terpasang di masing-masing separator. Karena plant ini dirancang untuk mengakomodasi kemungkinan aliran langsung dari separator HP ke LP atau dari separator MP ke LP, maka desain PSV-nya adalah block discharge dan gas blowby. Karena alasan keekonomian, maka dipasang alat pengurang aliran yang berupa restrictive orifice (RO). Pressure Control Valve (PCV) berfungsi sebagai penjaga tekanan di separator. Jika tekanan dalam separator meningkat, maka PCV akan membuka lebih lebar untuk membuang atau mengalirkan kelebihan gas ke downstream system. Jika tekanan menurun, maka PCV akan menutup guna mempertahankan tekanan di separator. Jika tekanan meningkat tajam karena suatu sebab dan PCV sudah membuka penuh, maka PCV yang lain, yang mempunyai setting pressure lebih tinggi, akan membuka dan membuang gas ke sistem flare. Sistem ini hanya berlaku untuk separator HP dan MP. PCV yang terpasang di masing-masing separator dirancang untuk mengakomodasi aliran gas atau off-gas yang terjadi di separator serta kemungkinan adanya tambahan gas ketika operasi by-pass dilakukan terhadap separator HP atau MP. Artinya PCV di separator MP harus dapat mengakomodasi tambahan off-gas jika operasi langsung dialirkan ke separator MP. Begitu pula dengan PCV di separator LP. Ketika separator MP diisolasi untuk keperluan pemeliharaan, maka off-gas dari aliran yang berasal dari separator HP juga harus dapat diantisipasi oleh PCV di separator LP tersebut. Karena alasan keekonomian juga, maka dipasang alat pengurang aliran yang berupa restrictive orifice. Level Control Valve (LCV) dipasang pada setiap separator untuk menjaga level cairannya. Untuk aliran keluaran separator menuju produced water treatment, gambarnya disederhanakan karena diasumsikan sudah tergambar di sistem produced water yang lebih terpadu. Operasi LCV dikendalikan oleh level controller atau LC. Jika level cairan menjadi terlalu tinggi meskipun pada saat itu saat itu LCV sudah membuka penuh, maka level swith high-high (LSHH) akan bekerja dan memerintahkan Shutdown Valve (SDV) di pipa keluaran cairan separator tersebut untuk menutup. Jika level cairan di separator turun terus meskipun LCV sudah menutup, maka level switch low-low (LSLL) akan memerintahkan SDV untuk menutup. Selain dilengkapi PSV dan level switch, setiap separator juga dipasang pressure switch high-high (PSHH), yang akan bekerja jika setting pressurenya tercapai atau terlampaui dengan cara

memerintahkan SDV di masukan separator untuk menutup. PSHH akan bekerja, lazimnya, sebelum PSV bekerja. Alat-alat instrumentasi termasuk PSV, dalam hal pemasangan sambungannya ke pipa atau vessel (atau tapping point-nya), dilengkapi dengan valve yang di lock open (LO). Untuk tekanan HP dan MP, aplikasi pemasangan valve-nya adalah double block and bleed. Karena alasan keekonomian lagi, maka dilakukan aplikasi specification break kelas ANSI 600, 300, dan 150 untuk ketiga sistem separator tersebut. Desain plantnya menganut filosofi fail safe, dengan mengaplikasikan fail close (FC) untuk hampir semua valve yang dilengkapi actuator guna meminimasi buangan ke flare jika instrumentasinya out of control. Dalam hal ini, plant akan menuju proses shutdown jika hal tersebut terjadi. Terkecualian diberikan untuk Blowdown Valve (BDV), di mana jika valve tersebut fail, maka akan fail open (FO). Untuk keperluan pemeliharaan separator, di mana diperlukan vessel entry, maka tiap separator dipasang spectacle blind sebagai alat utama untuk isolasi mekanik. Semua tulisan yang berhuruf miring dan berwarna biru digambarkan lebih detil di gambar 4.2. Sekarang, bandingkan gambar 4.1 tersebut dengan gambar 4.2 di halaman berikut.

TO FLARE

LP SEPARATORMAWP 100 PSIG

TO HP COMP.

HP SEP.MAWP 800 PSIG

SET @670 PSIG

LC

SET @750 PSIG

SET @700 PSIG

TO FLARE

TO FLARE

TO MP COMPRESSOR

MP SEP.MAWP 500 PSIG

SET @ 350 PSIG

SET @450 PSIG

SET @400 PSIG

TO FLARE

TO FLARE

SET @500 PSIG

SET @ 80 PSIG

SET @ 100 PSIG

TO FLARE SET @ 20 PSIG

LC

CRUDE OIL TANK

NC

NC

NC

TO PROD. WATERTREATMENT

TO PROD.WATER

TREATMENT

TO PROD.WATER

TREATMENT

ANSI 600

300

ANSI 150

ANSI 600ANSI 150ANSI 300

FC

FC

LOLO

FC

FC

FC

FC

LO

LO

FCFCFC FC

FC

LSHH

LSHH

PCPCPSHH

LO

LO

SET @800 PSIG

LOLOPSHH

LO

LO

FC FC

FC

NC

LOLO

LO

PSHH

LO

PC

LC

RO

RO

RO

TOFLARE

LO

LO

BDV

FO

LO

LO

BDVFO

LSLLLOLO

LSHHLO LO

LSLLLO LO

LSLLLO

Gambar 4.2

Dapatkah anda membedakan gambar P&ID di gambar 4.1 dan 4.2. Jika anda dapat membedakannya, disarankan untuk membuat suatu daftar daftar perbedaaan. Setiap ada tambahan di gambar 4.2 relatif terhadap gambar 4.1, itu adalah area anda untuk bertanya lebih lanjut. Gambar 4.2 meskipun terlihat cukup lengkap, tetapi ternyata masih menyisakan banyak pertanyaan. Beberapa yang patut ditanyakan dan yang mungkin harus dilengkapi adalah, misalnya:

1. Kenapa tidak dipasang alarm sehingga operator masih bisa melakukan intervensi sebelum proses menuju ke kondisi yang tidak aman secara proses ?.

2. Bagaimana menentukan kondisi suatu control valve atau shutdown valve jika alat tersebut fail, FC atau FO-kah ?. Lalu, di manakah penerapan FL (Fail at last position) ?.

3. Bagaimanakah menentukan spec break ?. Apakah maksudnya ANSI 150, ANSI 300, dan ANSI 600 tersebut ?.

4. Apakah syarat by-pass line suatu control valve ?. 5. Kenapa tidak tergambar keterangan lebih lanjut dari desain separator berikut

kapasitasnya?. Ketika separator MP beroperasi tanpa separator HP, apakah LCV di separator MP tersebut masih sanggup untuk mengantisipasi tambahan beban cairan ?. Bagaimana pula dengan separator LP ?.

6. Bagaimanakah criteria desain suatu PSV ?. 7. Apakah BDV itu, dan kenapa separator LP tidak mempunyai BDV ?. 8. Kenapa manual valve di upstream dan downstream PSV, PSHH, LSHH, BDV harus di

lock open ?. Bagaimanakah untuk spare PSV, apakah sama perlakuannya ?. 9. Bagaimanakah cara menentukan nilai setting pressure untuk PSV, PSHH, dan PCV ?. 10. Di mana letak flanges-nya ?. 11. Dan lain-lain…

Berbagai pertanyaan di atas saya harapkan akan membawa kita ke suatu bahasan bab dari cerita bersambung ini, yang mana akan menuntun bagaimana safety digambarkan pada sebuah P&ID. Bersambung…. Referensi:

Cahyo Hardo, ubahan dari bahan technical interview untuk posisi Sr. Facility Engineer – Premier Oil Natuna Sea B.V.

Salam, Cahyo Hardo