study hazop berbasis anfis lopa pada rotary kiln
DESCRIPTION
instrumentasi industriTRANSCRIPT
1
Abstrak— Dalam industri semen sering mengalami ganguan
proses dalam berproduksi, salah satu area yang berpotensi
mengalami gangguan adalah rotary kiln. Kiln merupakan proses
inti dalam area produksi di industri semen, karena proses
tersebut erat kaitannya dengan pembakaran raw material
menjadi clinker. Pada proses tersebut diperlukan temperatur
yang terlalu tinggi,. Oleh sebab itu kalau tidak ada pengendalian
tempearatur yang sesiai, maka rotary kiln akan mengalami
gangguan bisa berupa korosi atau proses kegagalan akibat
overtemperatur.
Adaptif Neuro Infereance System (ANFIS) merupakan salah
satu metode yang tepat untuk digunakan dalam melakukan
sebuah penelitian, estimasi maupun prediksi secara ualitatif dan
kuantitatif. Penerapan metode HAZOPS dan LOPA berbasis
ANFIS diperlukan agar memberikanhasil kombinasi metode
yang lebih baik secara kualtiatif dan kuantitatif. Hasil penelitian
ini dapat digunakan oleh pihak manajemen perusahaan dalam
pengambilan keputusan yang berpengaruh terhadap ekonomi
perusahaan. Penelitian ini diperoleh nilai safety integrated level
(SIL) dengan nilai tertinggi terdapat di zona burning sebesar 4
skenario SIL 2, sedangkan dampak ekonomi berupa potensial
kerugian yang dialami perusahaan sebesar US $ 1.00000 – US $
10.000.00.
Kata Kunci — rotary kiln, HAZOP, ANFIS, Layer of Protection
Analysis
I. PENDAHULUAN
emen memiliki peranan penting dalam aktivitas ekonomi
khususnya sebagai material penguat konsturksi bangunan.
Konsumsi semen nasional menunjukkan trend kenaikan
dalam jangka panjang dengan rata-rata pertumbuhan sebesar
6,79 pertahun. Pada proses produksi semen melalui tiga
tahapan yaitu penyediaan bahan mentah, penggilingan dan
pencampuran bahan mentah, serta tahap produksi clinker dan
pengempakan semen. Tahap yang paling penting adalah tahap
produksi clinker, karena pada tahapan tersebut material akan
mengalami pembakaran yang sangat tinggi, sehingga
menentukan kualitas produk semen yang dihasilkan. Pada
proses tersebut berada di area Rotary Kiln, dimana bahan
mentah akan mengalami pembakaran dengan temperatur 1450 0C.untuk membentuk clinker. Kondisi tersebut memilki
potensial bahaya di area rotary kiln seperti ledakan komponen,
kebocoran pada komponen, dan pencemaaran lingkungan
(septiana,dewi,2009).
Untuk mencegah dan mengurangi dampak resiko yang
ditimbulkan dari potensial bahaya diperlukan adanya proscess
safety management yang baik dari perusahaan. Dalam
proscess safety management tidak terlepas dari proses
identifikasi bahaya dan pengendalian resiko. Hazard and
Operabilty Study (HAZOPS) merupakan teknik analisa bahaya
digunakan untuk meninjau suatu proses atau operasi secara
sistematis (Lessen,2008). Penilaian resiko merupakan bagian
kritis dari suatu proses dalam suatu proses pada kondisi
bahaya.
Layer of Ptrotection Analysis (LOPA) merupakan
metode sederhana dalam suatu penilaian resiko yang
menunjukkan lapisan perlindungan secara kualitatif dan
kuantitatif dalam membuat sebuah skenario bahaya yang
terjadi (Knnneth, First,2010). Delapan lapisan perlindungan
meliputi desain proses, kontrol (BPCS, alaarm proses, dan
prosedur operasi), pencegahan (SIS), tindakan mitigasi,
rintangan fisis, sistem pemadam kebakaran, respon darurat
plant dan masyarakat digunakan untuk melakukan estimasi
resiko(Khalil, Abdul dkk.2012) Suatu pengambilan keputusan
modern berbasis software masih sanget kurang digunakan
pada dunia industri. Model yang efektif, efisien, dan handal
diperlukan dalam sebuah penilaian resiko sehingga memberi
hasil penilaian yang lebih baik, mudah diterapkan, dan akurat
dibangingkan metode konvensional. Adaptive Neuro Fuzzy
Inerferance System (ANFIS) merupakan salah satu metode
yang tepat untuk digunakan dalam melakukan sebuah
penilaian estimasi maupun prediksiscara kualitatif dan
kuantitatif (Akkoc.2012). Dengan menggunakan pengalaman
dari sistem pakar, sisem fuzzy diadopsi untuk menangani
ketidakpastian data yang ada sehingga efektif dalam sebuah
evaluasi serta keluaran dapat menjadi masukan yang kuat bagi
para pejabat, manager dan evaluator (Guazhong, Nengzhu
dkk, 2011). Sebuah sistem keselamatan harus memiliki tingkat
integritas keselamatan dari perlindungan yang disebut Safety
Integrity Level (SIL). SIL merupakan tingkatan keamanan dari
suatu equipment yang berbasis instrument (Dowell,1999).
Hasil dari penilaian resiko akan digunakan manager dan
engineer mengimplementasikan dlaam kegiatan proses dalam
pengambilan keputusan (Johson,2010).
Material dalam Rotary Kiln akan mengalami empat
tahapan proses dibagi dalam empat zona tahapan proses yaitu:
1. Calsinasi Zone ( pada temperatur 900-1000 oC),
meterial ini akan mengalami proses penguraian
unsur-unsur reaktif yang terkandung dalam material,
material mengalami proses kalsisnasi.
2. Transision Zone ( pada temperatur 1000 -1200 oC),
material mengalami reaksi antara CaO dengan
senyawa SiO2AL2O3 dan Fe2O3.
3. Sintering (burning) Zone ( pada temperatur 1200 –
1350 oC), material ini akan meleleh (sintering)
membentuk mineral cliker sebagai produk kiln Proses
Study HAZOP Berbasis ANFIS Layer Of Protection Analysis
Pada Rotary Kiln PT. Semen Indonesia Pabrik Tuban
Henry Prasetyo, Dr.Ir.Ali Musyafa’, M.Sc
Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail: [email protected]
S
2
yang terjadi adalah antara CaO dengan senyawa
SiO2AL2O3 dan Fe2O3pelelehan dari meterial
membentuk seyawa clinker yaitu C2S(Alite), C2S
(Balite),C3A (Celite) dan C4AF(Felite)
4. Cooling Zone ( pada temperatur 1350-1200 oC),
material mengalami pendinginan dan terjadi proses
peubahan fase .
Rotary Kiln berbentuk silinder diletakkan pada posisi
horizontal dan sedikit miring , yang diputar perlahan pada
porosonya (Bambang Hermanto,2014). Berdasarkan uraian
latar belakang maka yang menjadi permasalahan penelitian
adalah :
1. Bagaimana menerapkan dan menganalisa studI HAZOP
kualitatif pada rotary kiln PT. Semen Indonesia Pabrik
Tuban III
2. Bagaimana menentukan dan menganalisa nilai Safety
Integrited Level berdasarkan ANFIS-LOPA dan nilai
Economic Impact serta Risk Decision
Tujuan dan manfaat penelitian adalah :
1. Untuk menerapkan dan menganalisa studi HAZOP
kualitatif pada rotary kiln PT. Semen Indonesia Pabrik
Tuban III
2. Untuk menerapkan dan menganalisa nilai Safety
Integrited Level berdasarkan ANFIS LOPA dan nilai
Economic Impact serta Risk Decision
II. METODOLOGI PENELITIAN
2.1 Pengambilan Data
Data yang digunakan berupa data kegagalan komponen
diperoleh dari tahun 2010-2014, data risk matrix, data P&ID,
data proses di rotary kiln pabrk tuban III, data safeguard dan
fungsinya serta data preventif maintenance instrument.
2.2 Pengerjaan HAZOP kualitatif
Untuk mendapatkan HAZOP worksheet diperlukan control
chart. Berikut ini formula untuk mencari control line (CL),
upper control limit (UCL) dan lower control limit (LCL).
Mean / Center Line (CL) =
Standart Deviation =
Upper Control Limit (UCL) = CL - k.
Lower Control Limit (LCL) = CL + k.
(Kimberly F. Sellers.2011)
2.3 ANFIS LOPA
2.3.1 ANFIS LOPA untuk severity risk impact
Gambar 2.1Perancangan FIS untuk severity risk impact
Untuk proses masukan dan keluaran dari severity risk
impact, terlihat pada gambar 2.2 dan gambar 2.3. Dimana
masukan IEL LOPA dibagi 5 kategori dan masukan
consequence severity juga dibagi 5 kategori berupa low,
medium, high, verIy high dan castatrophic.
Gambar 2.2 Fungsi keanggotaan masukan sistem (IEL-LOPA)
Gambar2.2.Fungsi keanggotaan masukan sistem (consequence
severity)
Gambar 2.3 Fungsi keanggotaan keluaran sistem (severity risk
impact)
3
2.3.2 ANFIS LOPA untuk SIL rating
Gambar 2.4 Perancangan FIS untuk SIL rating
Untuk proses masukan dan keluaran dari SIL rating, terlihat
pada gambar 2.5 dan gambar 2.3. Dimana masukan IEL
LOPA dibagi 4 kategori berupa low, medium, high dan
catastrophic dan masukan frekuensi dibagi 5 kategori berupa
low, medium, high, very high dan castatrophic
Gambar2.5.Fungsi keanggotaan masukan sistem (Severity)
Gambar2.6.Fungsi keanggotaan masukan sistem (frekuensi)
Gambar2.7 Fungis keanggotaan keluaran sistem (SIL rating)
2.3.3 ANFIS LOPA untuk Economic Impact
Gambar2.8 Perancangan FIS untuk Economic Impact
Gambar2.9.Fungsi keanggotaan masukan sistem (Injury)
Gambar 2.10 Fungsi keanggotaan masukan sistem
(Environment)
Gambar 2.11 Fungsi keanggotaan masukan sistem (Asset)
4
Gambar 2.12 Fungsi keanggotaan masukan sistem
(Reputation)
Gambar 2.13 Fungsi keanggotaan keluaran sistem (Economic
Impact)
2.3.4 ANFIS LOPA unutk Risk Decision
Gambar 2.14 Perancangan FIS untuk Risk Decision
Gambar 2.15 Fungsi keanggotaan masukan sistem ( safety)
Gambar 2.16 Fungsi keanggotaan masukan sistem (Economic
Impact)
Gambar 2.17 Fungsi keanggotaan keluaran sistem (Risk
Decision)
BAB III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian ini, rotary kiln dibagi menjadi 4 node yaitu
node 1 berada pada zona calsinasi, node 2 di zona transisi,
node 3 berada pada zona burning serta node 4 di zona cooling.
3.1 Pemodelan HAZOP
Gambar 3.1 Control chart untuk temperatur kiln 10-20m
5
Gambar 3.2 Conrol Chart untuk temperatur kiln 20-30m
Gambar 3.3 Control chart untuk temperatur kiln 30-40m
Gambar 3.4 Control chart untuk temperatur kiln 40-50m
Gambar 3.5 Control chart untuk temperatur kiln 40-50m
Gambar 3.6 Control chart untuk kiln speed
Gambar3.7 Control chart untuk kiln Torque
6
Gambar 3.8 Control chart untuk inlet O2 Rotary Kiln
Gambar 3.9 Control chart untuk inlet CO Rotary Kiln
Dari control chart tersebut diperoleh HAZOP worksheet
ditampilkan pada lampiran:
3.2 Pemodelan ANFIS LOPA
3.2.1 Pemodelan ANFIS LOPA untuk Severity Risk Impact
Gambar 3.10 Penilaian Risk Impact dari node 1-4
Gambar 3.11 Penilaian SIL rating dari node 1-4
Gambar 3.12 Penilaian Economic Impact dari node 1-4
Hasil keputusan penilaian resiko dari skenario node
1 hingga 4 dapat dikonversikan dengan reduksi keuntungan
perusahaan terkait. Adapun tingkat keparahan berdasarkan
CCPS 2008 dan AS/NZS 4360-2004 terhadap dampak
ekonomi sebagai berikut:
a. Low : < US $ 10.000 –US $ 100.000
b. Medium : US $ 100.000 –US $ 1.000.000
c. High : US $ 1.000.000 –US $ 10.000.000
d. Catastrophic : US $ 10.000.000 –US $ 100.000.000
7
Gambar 3.13 Penilaian Risk Decision dari node 1-4
Pada grafik diatas diperoleh nilai masing-masing node, untuk
risk impact didapat nilai maksimum berupa pengendalian di
node 3. Nilai SIL yang didapat berupa nilai maksimal di node
3 dengan 4 skenario. Pada economic impact, potensi kerugian
yang dialami perusahaan berada di node 3 dengan kategori
high, dengan nilai kerugian US $ 1.000.000 – US $
10.000.000, sedangkan untuk risk impact terlihat dari grafik
diperoleh nilai maksimal di node 3.
IV. KESIMPULAN
Berdasarkan eksperimen yang telah telah dilakukan, maka
Adapun kesimpulan yang diperoleh dari analisa dan
pembahasan sebagai berikut :
1. Studi HAZOP yang diterapkan pada Rotary Kiln PT.
Semen Indonesia Pabrik Tuban untuk analisa kualitatif
diperoleh 5 potensial bahaya dengan level emergency
(potensial terjadinya ledakan) berada di rotary feeder
speed di node 2, sensor temperatur, air slide fan, big filter
fan di node 3 serta sensor pressure di node 4
2. ANFIS Laeyer of Protection menghasilkan keluaran SIL
rating berupa node 3 memiliki tingkat keamanan yang
paling rendah terlihat dari nilai SIL node 3 bernilai 4
skenario SIL 2. Decision impact yang terdapat pada
skenario node 1-4 memberikan keluaran yang berpengaruh
terhadap aspek safety dan ekonomi perusahaan dengan
beberapa faktor seperti manusia, lingkungan, aset dan
reputasi. Analisa yang diperoleh dari dampak ekonomi
yaitu adanya potensial kerugian yang dialami perusahaan
sebesar US $ 1.000.000 – US $ 10.000.000, dengan
prioritas maintenance komponen berada di node 3 (zona
burning)
DAFTAR PUSTAKA
Akkoc, S. (2012). “An Empirical Comparison of Conventional
Techniques, Neural Networks and the Three Stage
Hybrid Adaptive Neuro Fuzzy Inference System
(ANFIS) Model for Credit Scoring Analysis: The Case
of Turkish Credit Card Data. European Journal of
Operational Research. Vol. (222). 168–178.
Dowell, Arthur M.(1998). Layer of Protection Analysis for
Determining Safety Integrity Level. ISA Transactions,
37, 155-165. United State of America: Elsevier Science
Ltd.
First, Kenneth, (2010), “Scenario identification and evaluation
for layers of protection analysis”. Journal of Loss
Prevention in The Process Industries 23, hal. 705-718.
Guazhong, W.M and Cheddie, H. (2005). Safety Instrumented
Systems Verification; Practical Probabilistic
Calculation. USA.
Johnson, Robert W. (2010). “Beyond-Compliance Uses
HAZOP/LOPA Studies”. Journal of Loss Prevention in
The Process Industries 23:30-34
Hermanto,Bambang, dkk.(2014). Sistem Monitoring Suhu
Pada Rotary Kiln Menggunakan Wireless Xbee.
Proseding Pertemuan Ilmiah XXVIII HFI Jateng
&DIY.
Khalil, M., Abdou M.A., Mansour, M.S., Farag, H.A., dan
Ossman, M.E. (2011), “A cascaded fuzzy-LOPA risk
assessment model applied in cement industry”. Journal
of Loss Prevention in The Process Industries 25, hal.
877-882.
Lassen, C. A. (2008). Layer of Protection Analysis (LOPA) for
Determination of Safety Inlegrity Level (SIL). Master
Project. Departement of Production and Quality
Engineering. The Norwegian University of science of
Technology. Snarøya.
Septiana, Dewi.(2009). “Identifikasi risiko potensial dengan
metode Hazop Departemen Kiln di PT Semen
Gresik(Persero), Tbk”.. Surabaya: K3 PPNS-ITS.
8
LAMPIRAN
Tabel HAZOP Worksheet