Aplikasi HYSYS Dynamic Untuk Process Control1
Post on 11-Jun-2015
990 Views
Preview:
Transcript
1
Aplikasi HYSYS Dynamic untuk Process Control
Process System DepartmentPT Inti Karya Persada Tehnik
Oleh :Ono Taryono
(INTRODUCTION)
2
5 Aspek Yang Harus Dipenuhi dalamPlant Design
1. SafetyKondisi operasi senantiasa berada di bawah “max. allowable limit”
2. Spesifikasi ProdukPlant menghasilkan produk dengan jumlah dan kualitas yang diinginkan
EPC company dituntut mampu mendesain sebuah plant yang kompetitif tanpa mengabaikan 5 (lima) aspek berikut :
3
5 Aspek Yang Harus Dipenuhi dalamPlant Design
3. Aspek KeekonomianPenggunaan bahan baku dan utilitas yang minimum, serta low CAPEX & OPEX, tapi memberikan keuntungan yang maksimum
4. Regulasi PemerintahPengolahan limbah dan buangannya ke lingkungan harus memenuhi standard yang ditetapkan pemerintah
4
5 Aspek Yang Harus Dipenuhi dalamPlant Design
5. Batasan OperasionalBeberapa equipment memiliki batasan operasional, misalnya :• Pompa harus memiliki net suction head
yang positif• Temperatur reaktor katalitik tidak
boleh terlalu tinggi, melebihi temperatur deaktivasi katalis
• dll.
5
Apa Yang Dibutuhkan…?!
Dibutuhkan suatu alat atau sistem untuk me-monitor operasional plant sekaligus mengontrol perilaku proses apabila terjadiperubahan (è “gangguan”) dari luar.
6
Apa Yang Dibutuhkan…?!
Pada fase produksi : Semua fasilitas telah dibangun dan plant telah beroperasi.
Distributed Control System (DCS)Pada fase EPC : Fasilitas belum dibangun dan plant belum beroperasi.
Simulasi Hysys Dynamic…?!
7
Hysys : Steady State vs Dynamic
Hysys Steady State dalam memodelkan fenomena proses mengasumsikan bahwa variabel-variabel proses tidak berubah terhadap waktu.
Plant is never truly in smooth running process. Process variables are differentiated with respect to time…!!
In facts……,
8
Hysys : Steady State vs Dynamic
Perilaku dinamik akibat adanya akumulasi massa dan energi dimodelkan oleh Hysys Dynamic menggunakan “Hold Up Model”.
Dengan aplikasi Hysys Dynamic :1. Melakukan optimasi proses2. Melakukan optimasi controller
4. dll.
3. Monitoring respon proses thd gangguan dari luar
9
Contoh Aplikasi Hysys Dynamic
Gambar 1
10
Flash Separator Tiga Fase
Sistem terdiri dari 2 buah separator tiga fase :1. HP Flash Separator
Pop = 11.7 barg Pdes = 13.8 barg/FV2. LP Flash Separator
Pop = 3.4 barg Pdes = 6 barg/FV
Dan, 1 buah HP Flash Liquid Heater dgn duty = 2162 kW.
11
Flash Separator Tiga Fase
Feed HP Flash Separator : Condensate dari Slug Catcher dgn komposisi dominan H2O = 39.4% dan n-C11+ = 13.8%.Feed LP Flash Separator : Liquid dari HP Flash Separator ditambah bottom product Debutanizer dgn komposisi dominan i-C5 = 46.4%, n-C5 = 29.9% dan n-C6 = 17.7%.Bagaimanakah perilaku dinamik dari sistem merespon berbagai “gangguan” dari luar…?!
12
Permasalahan dalam Process Control
3 permasalahan mendasar yang ditinjau dalam process control :1. Servo Problem
2. Regulator Problem
3. Kombinasi Servo & Regulator Problem
Permasalahan akibat perubahan set point, disturbance = 0
Permasalahan akibat perubahan disturbance, set point = 0
13
Kasus 1 : Perubahan SP LIC 100 dari 50% menjadi 35%
Perubahan Set Point LIC 100 terjadi pada saat t = 400 menit.
Gambar 2
Respon sistem terhadap perubahanset point ini disajikan pada Gambar 2 s.d Gambar 4.
14
Kasus 1 (lanjutan) :Action dari perubahan Set Point LIC 100 dari 50% menjadi 35% : Opening valve LV-100 bertambah besar.
Gambar 3
Peningkatan liquid flowrate outlet dari HP Flash Separator.
Peningkatan liquid level di LP Flash Separator.
Bagaimana dampak terhadap pressure di kedua separator tsb…?!
15
Kasus 1 (lanjutan) :Dampak perubahan Set Point LIC 100 dari 50% menjadi 35% terhadap pressure di kedua separator tidak significant.
Gambar 4
Penurunan liquid level di HP Flash Separator akan memperbesar vapor space.
Sebaliknya, peningkatan liquid level di LP Flash Separator akan memperkecil vapor space.
16
Kasus 2 : Perubahan Disturbance-Pressure pada Stream 1
Disturbance berupa perubahan pressure distream 1.
Pada t = 400 menit, pressure di stream 1 tiba-tiba turun dari12.4 barg ke 11.7 barg, selama 20 menit.Respon sistem terhadap perubahanpressure ini disajikan pada Gambar 5 s.d Gambar 8.
Gambar 5
17
Kasus 2 (lanjutan) :Penurunan pressure di stream 1 akan memperkecil differential pressure FV-100 (è Final Control Element FIC 100).
Based on Resistance Eq. è Flowrate fluida yang melewati valve tsb akan berkurang.
Dampaknya, penurunanliquid level di HP danLP Flash Separator.
Gambar 6
Bagaimana dampaknyathd pressure di keduaseparator disajikanpada Gambar 5.
Lihat Gambar 7 & 8
18
Kasus 2 (lanjutan) :Penurunan liquid level di kedua separator akibatpenurunan feed flowrate.
Gambar 7 Gambar 8
19
Kasus 3 :100% Stuck Open LV-100
Pada saat t = 400 menit, LV-100mengalami kegagalan è 100% stuck open.
Hambatan melalui sirkuit LV-100 menjadi kecil.
Liquid outlet HP Flash Separator akan mengalir lebih banyak.
Gambar 9
20
Kasus 3 (lanjutan) :
Gambar 10
Liquid fase aqueous ikut terbawa (“carry over”) bersama liquid fase oil.Lihat PV LIC 103 pada Gambar 10 dan phase fraction pada Gambar11.
Bagaimana dgn fase vapor apakah ikut terbawa juga è gas blow by phenomena…?!
Terjadi penurunan liquid level di HP Flash Separator dan peningkatan liquid level di LP Flash Separator.
21
Kasus 3 (lanjutan) :
Fase vapor ikut terbawa dalam aliran liquid outlet HP Flash Separator, meski tidak significant. Dari gambar V = 0.1118.
Gambar 11
22
Kasus 3 (lanjutan) :
Bagaimana dampak 100% stuck open LV-100 ini thd pressure di kedua separator…?!
Gambar 12
Terjadi penurunan pressure di HP Flash Separator menjadi 11.47 barg dan peningkatan pressure di LP Flash Separator menjadi 3.70 barg.
23
The Points :
Hysys Dynamic mampu memberikan gambaran bagaimana respon/perilaku proses thd berbagai perubahan atau gangguan dari luar.
Bagaimanakah langkah-langkah untuk menyiapkan sebuah simulasi Hysys Dynamic secara sistematis…?!
24
Bagaimana Menyiapkan Simulasi Hysys Dynamic
1. Menyelesaikan simulasi Hysys Steady State suatu proses secara utuh
2. Sizing unit-unit operasi yang terlibat dalam proses tersebut
Untuk menyiapkan sebuah simulasi HysysDynamic, beberapa tahapan yang perludilakukan adalah :
3. Menentukan Pressure-Flow specification
25
Bagaimana Menyiapkan Simulasi HysysDynamic
4. Menentukan variabel process yang akan dikontrol sekaligus mendefinisikan konfigurasi control loop-nya
6. Running Dynamic Assistant untuk mengecek spesifikasi dan input datasudah benar
5. Set up controller
7. Switch simulasi Hysys ke Dynamic mode
26
Sizing Unit Operasi
Sizing unit-unit operasi yang terlibat bisa menggunakan Quick Sizing by Hysys atau input data dari equipment data sheet.Dalam contoh simulasi Flash Separator Tiga Fase ini, ada 3 unit operasi (2 separator + 1 HE) dan beberapa CV yang terlibat danharus di-sizing.
27
Sizing Flash Separator
Gambar 13 Gambar 14
Dimensi HP dan LP Flash Separator diambil daridata sheet equipment yang bersangkutan.
28
Carry Over Spec dan Sizing Heater
Gambar 15 Gambar 16
Carry Over spec Heavy Liq in Liqht Liq di HP Separator didefinisikan 500 ppm-vol.
Dimensi heater dan spesifikasi duty juga berdasarkan data sheet equipment ybs.
29
Sizing Valve
Gambar 17 Gambar 18
Pada kasus ini, sizing valve menggunakan Quick Sizing Hysys. Valve type yang dipilih : Linear.
Jika menginginkan tidak terjadi aliran balik, CVdisimulasikan berperilaku seperti check valve.
30
Pressure-Flow Specification
Dalam suatu flowsheet Hysys Dynamic, setiap boundary stream membutuhkan satu P-F Specification, biasanya spesifikasi pressure.Setiap boundary stream sebaiknya dihubungkan “dari” atau “ke” sebuah valve.Untuk stream yang menghubungkan 2 unit operasi tanpa P-F Specification, perluditambahkan satu unit operasi “tambahan”misalnya valve, HE atau pompa.
31
Pressure-Flow SpecificationApa perbedaan spesifikasi antara Gambar 16 vs Gambar19 …?!Juga antara Gambar 18 vs Gambar 20…?!
Gambar 19 Gambar 20
Spesifikasi fixed pressure drop seperti pada Gambar19 dan Gambar 20 “not recommended” by HysysDynamic.
32
PID Controller
PID Controller merupakan salah satu tool di Hysys Dynamic untuk memanipulasi dan mengontrol variabel-variabel proses.PID Controller terdiri atas :1. Proportional (Only) Controller2. Proportional-Integral Controller3. Proportional-Integral-Derivative
Controller
33
Proportional (Only) Controller
Output dari Proportional (Only) Controller dinyatakan dgn persamaan berikut :
P Only Controller cocok digunakan jika :
)(.)( tEKOPtOP CSS +=
1. Dibutuhkan respon thd disturbance ( è meredam osilasi ) yang cepat
2. Steady state offset antara PV dgn set point “tidak penting”
34
Proportional-Integral Controller
Output dari Proportional-Integral Controller dinyatakan dgn persamaan berikut :
dttETK
tEKOPtOPi
CCSS .)()(.)( ∫++=
PI Controller cocok digunakan jika offset antara PV dan SP tidak bisa “ditolerir”.Integral action berfungsi meng-eliminasierror.Tapi, waktu yang dibutuhkan untuk meredam osilasi menjadi lebih lama.
35
Proportional-Integral-Derivative Controller
Output dari Proportional-Integral-Derivative Controller dinyatakan dgn persamaan berikut :
dttdE
TKdttETK
tEKOPtOP dCi
CCSS
)(...)()(.)( +++= ∫
Derivative action mampu memprediksi dan mengantisipasi “error” atau deviasi.Respon yang lama akibat penambahan Integral term, dapat diatasi dgn Derivative action èRespon menjadi lebih cepat.
36
PID Controller dalam Hysys DynamicJika P only Controller, maka Ti dan Td dibiarkan kosong “<empty>”
Gambar 21 Gambar 22
Jika PI Controller èisi Ti saja ; Jika PID Controller è isi Ti & Td
Bagaimana dgn Kc…?!
37
PID Controller dalam Hysys Dynamic
Berdasarkan definisi input controller, action dari controller dibedakan menjadi :1. Reverse Action è
2. Direct Action è
Controller akan memerintahkan CV mengurangi opening valve jika PV > SP
Controller akan memerintahkan CV menambah opening valve jika PV > SP
)()()( tPVtSPtE −=
)()()( tSPtPVtE −=
38
PID Controller dalam Hysys Dynamic
Contoh Reverse Action dalam simulasi ini : FIC 100, FIC 101, FIC 102 dan TIC 100.
Contoh Direct Action dalam simulasi ini : PIC 100, PIC 101, LIC 100 dan LIC 102 dsb.
Gambar 23
è Lihat Gambar 22
39
Dynamic Assistant
Dynamic Assistant membantu user dalam menyiapkan simulasi Hysys Dynamic agar tidak overspecified atau underspecified.
Dynamic Assistant memberikan rekomendasi spesifikasi-spesifikasi yang perlu diinput thd simulasi Hysys Dynamic yang sedang disiapkan.
Rekomendasi Dynamic Assistant tidak mesti semuanya diikuti.
40
Dynamic Assistant
Gambar 24 Gambar 25
Pada bagian General, ditampilkan hasil investigasi thd berbagai potensi over- atau under-specified.
Pada bagian Stream, ditampilkan stream-stream yang “recommended” menggunakan P Specs atau F Specs.
41
Dynamic Assistant
Gambar 26
Pada bagian Unknown Size, ditampilkan hasil investigasiDynamic Assistant equipment yang belum di-sizing.
Pada bagian PF Specs, ditampilkan equipment yang “not recommended” diberi spesifikasi fixed pressure drop.
Gambar 27
42
IntegratorSetelah investigasi Dynamic Assistant OK, simulasi diswitch ke Dynamic Mode. Running Hysys Dynamic èRunning Integrator.
Gambar 28 Gambar 29
43
Integrator
Pada bagian General, user bisa mendefinisikan integration time, integration step bahkan integration control.Semakin kecil integration step, sistem akanrunning lebih akurat dan lebih stabil, tapi kinerjanya semakin lambat. Pada bagian Execution, user mendefinisikan frekuensi perhitungan pers. differensial per satuan integration step.Ex : Energy calc. every 2 time step.
What is the Integrator…?!
44
Menampilkan Grafik Dinamika Proses
Setelah integrator di-running, dinamika proses yang terjadi bisa ditampilkan dalam bentuk tabel atau grafikmenggunakan fasilitas Data Book.
Gambar 30 Gambar 31
45
Penutup
Hysys Dynamic hanyalah sebuah tool simulasi proses. Apa dan bagaimana Hysys Dynamic itu bekerja tergantung user yang menggunakan.
“…A Chemical Engineer is the most suitable person to undertake the design of a control system for a chemical plant.”
(Stepanopoulos, G. Chemical Process Control.)
46
References :
1. HYSYS 3.2 Documentation : Dynamic Modelling.
2. Stepanopoulos, G. Chemical Process Control : An Introduction To Theory and Practice.
Wed Mar 14 07:46:47 2007 Case: D:\OTA\PROCESS ENGINEERING\PRESENTASI\SIMULATION\FLASH SEPARATOR DS.HSC Flowsheet: Case (Main)
2
5
3
4
LV-1006
332-H-01AB7
Q-100
9
10
8
11FV-1001
Feed fromSlugCatcherand RegGasScrubber
LV-10119
PV-10018
14
13
12LV-103
17
LV-102
PV-101
16
15
FV-101
FV-102
20
21
BottomProductDeButanizer
FlashGasfromVRU
PIC-100
LIC-100
LIC-101
PIC-101
LIC-102
LIC-103
MIX-100
332-V-01
MIX-101
332-V-02
FIC-100
FIC-101
FIC-102
TIC-100
1
Temperature
Pressure
Mass Flow
Comp Mole Frac (n-C11+*)
Comp Mole Frac (H2O)
57.00
12.40
1.615e+005
0.1379
0.3938
C
bar_g
kg/h
20
Temperature
Pressure
Mass Flow
Comp Mole Frac (i-Pentane)
Comp Mole Frac (n-Pentane)
Comp Mole Frac (n-Hexane)
103.0
4.900
3991
0.4644
0.2989
0.1766
C
bar_g
kg/h
21
Temperature
Pressure
Mass Flow
101.0
4.100
1.582e+004
C
bar_g
kg/h
332-V-01HP FlashSeparator
332-H-01A/BHP FlashLiquidHeater
332-V-02LP FlashSeparator
FlashGas
FlashGas
ATMFlashSeparator
HydrocyclonePackage
Vessel Pressure
Vessel Temperature
11.70
56.45
bar_g
C
Vessel Pressure
Vessel Temperature
3.400
72.00
bar_g
C
DUTY
Pressure Drop
2162
0.50
kW
bar
top related