Asro Pun’ Blog

Process Equipment Control : (5) Heater Control

Posted by asro pada 6 Maret 2009

Heater atau terkadang disebut furnace adalah peralatan proses yang berguna untuk menaikan temperature suatu material.  Energi panas yang dipakai berasal dari hasil pembakaran sehingga disebut juga dengan fire heater.  Secara garis besar, peralatan ini terbuat dari metal (metal housing) yang dilapisi refractory pada bagian dalamnya sebagai isolasi panas sehingga panas tidak terbuang keluar.  Material yang dipanaskan/charge bisa berbentuk padat, cair atau gas.  Berdasarkan fungsinya, heater dikelompokan menjadi:

  • Heater untuk memanaskan dan/atau menguapkan charge (misalnya heater untuk distillation charge atau reboiler).
  • Heater untuk memberikan panas reaksi pada feed reactor.
  • Heater untuk memanaskan material yang akan diubah bentuk fisiknya.

Tulisan ini akan membahas sistem kontrol untuk jenis heater yang banyak digunakan di kilang minyak (refinery), yaitu heater untuk distillation charge, heater untuk feed reactor dan reboiler.  Heater jenis ini, umumnya menggunakan bahan bakar minyak (fuel oil) dan/atau gas (fuel gas).

 heater-control-1

Seperti diperlihatkan pada gambar di atas, process medium yang akan dipanaskan dimasukkan ke heater, dalam heater medium tersebut dipanaskan oleh panas hasil pembakaran fuel, sehingga saat keluar dari heater, suhu medium tersebut menjadi lebih tinggi.

Secara umum, sistem kontrol pada heater bertujuan untuk:

  • Menjaga agar temperature medium selalu sesuai dengan yang diinginkan.
  • Menjaga proses perpindahan panas berlangsung secara efektif, efisien dan aman.
  • Menjaga agar proses pembakaran berlangsung dengan efisien.

Jenis sistem kontrol yang umumnya digunakan dalam heater adalah:

  • COT control.
  • Combustion control.
  • Fuel heating value compensation.
  • Duty feedforward control.
  • Pass temperature balance control.
  • Total flow control.

COT control dan Combustion control.   Tujuan dari COT control adalah menjaga temperature process medium yang keluar dari heater (coil outlet temperature) agar sesuai setting-nya (setpoint), yang dilakukan dengan mengatur besar kecilnya proses pembakaran (combustion control), melalui pengaturan  aliran/flow fuel yang masuk ke heater.  Khusus untuk combustion control, terdapat berbagai jenis, ada yang sederhana, ada juga yang kompleks, bergantung pada jenis draft (natural draft atau force draft) dan jenis fuel yang digunakan (fuel oil atau fuel gas atau keduanya).  Berikut adalah beberapa contoh konfigurasi COT-Combustion control.

 heater-control-2

Ini adalah COT-Combustion control untuk natural draft heater dengan hanya menggunakan fuel oil sebagai bahan bakar.  Pada konfigurasi ini, TOC control (TC) di-cascaded dengan fuel oil pressure control (PC) untuk mengantisipasi perubahan pressure fuel oil.  Jika COT lebih kecil dari setpoint, control akan bereaksi membuka control valve fuel oil untuk memperbesar pembakaran, sebaliknya jika COT lebih besar dari setpoint, control akan bereaksi menutup control valve fuel oil.  Pada heater jenis natural draft seperti ini,  combustion air flow tidak dikontrol. Besar aliran combustion air diset secara manual pada rate yang memungkinkan fuel oil dapat terbakar habis pada seluruh rentang operasi heater, sambil menjaga excess air tidak berlebih.

Berikut adalah COT-Combustion control untuk force draft heater dengan menggunakan fuel oil dan/atau fuel gas.

 heater-control-3

Dalam konfigurasi ini, COT control (TC) di-cascaded ke fuel oil pressure control  (PC) atau ke fuel gas flow control (FC).  Operator dapat memilih apakah COT di-cascaded ke PC atau ke FC melalui hand switch (HS).  Jika TC di-cascaded ke PC, maka FC diset ke mode Auto atau pada flow maksimum, begitu pula sebaliknya.  Pada konfigurasi ini, combustion air flow di-adjusted dengan menggunakan O2 control (AC), dengan cara ini, excess air bisa dijaga.

Contoh COT-Combustion control lainnya adalah untuk force draft heater dengan menggunakan fuel oil dan fuel gas, seperti gambar berikut.

 heater-control-4

Pada konfigurasi ini, COT control (TC) di-cascaded ke total fuel flow control dan ke combustion air flow control, melalui low dan high selector.  Penggunaan low dan high selector ini dimaksud untuk menjamin kecukupan combustion air dalam membakar habis fuel pada berbagai kondisi beban.  Dalam konfigurasi ini, fuel/air ratio dapat diset di combustion air flow control.  Operator dapat memililih besarnya persentase/porsi fuel gas dan fuel oil melalui split range.

Fuel Heating Value Compensation.  Perhatikan gambar terakhir di atas, andaikan fuel gas yang digunakan memiliki kandungan panas (heating value) yang berubah-ubah (misalnya SG yang berubah), maka besarnya api/panas hasil pembakaran juga akan berubah walaupun COT-combustion control tidak bereaksi mengubah aliran fuel yang masuk. Perubahan fuel gas heating value ini akan mengubah COT.  Apabila perubahan tersebut berlangsung secara terus menerus, maka COT tidak akan berada pada setpoint-nya untuk waktu yang lama.  Untuk mengatasi permasalahan ini ditambahkan konfigurasi fuel gas heating value compensation, seperti gambar berikut.

 heater-control-5

Tujuan konfigurasi ini adalah untuk mengkompensasi perubahan kandungan panas (heating value) fuel gas, sehingga tidak berpengaruh pada COT.  Dalam konfigurasi ini,  flow fuel gas hasil pengukuran dikompensasi sebelum digunakan pada fuel gas flow control maupun total fuel flow control. Formula untuk kompensasi adalah sbb:

heater-control-6

Formula ini, dijalankan di FY, sedangkan switch HS digunakan operator untuk memilih apakah menggunakan kompensasi atau tidak.

Duty Feedforward Control.  Perhatikan kembali gambar terakhir di atas, andaikan aliran/flow medium yang masuk berubah-ubah, maka ini akan menyebabkan COT juga berubah-ubah.  Untuk mengatasinya ditambahkan konfigurasi feedforward control seperti pada gambar berikut.

 heater-control-7

Secara umum, tujuan duty feedforward control adalah untuk menghilangkan/mengurangi dampak perubahan heater duty terhadap COT. Heater duty dihitung dengan menggunakan formula berikut.

heater-control-8

Konfigurasi feedforward pada gambar di atas dibuat dengan asumsi perubahan Cp dan T tidak terlalu signifikan dibandingkan dengan perubahan F, sehingga variable feedforward hanya F.

Pass Temperature Balance Control.  Umumnya heater memiliki lebih dari satu pass (pass adalah pipa/tube yang masuk dan keluar heater dimana media yang akan dipanaskan dialirkan), seperti diperlihatkan pada gambar berikut.

 heater-control-9

Tujuan pass temperature balance control adalah untuk menyeimbangkan/menyamakan temperature fluida yang keluar dari semua pass, dengan jalan mengatur flow medium yang masuk ke masing-masing pass sambil menjaga total flow rate selalu bernilai tetap.  Secara umum, dengan pass temperature balance control, pass yang outlet temperature-nya yang tinggi akan ditambah flow-nya dan pass yang outlet temperature-nya rendah akan  dikurangi flow-nya, sehingga tercapai outlet temperature yang sama untuk semua pass.  Hal ini dimaksud agar pengoperasian heater bisa lebih efektif dan efisien, karena:

  • Pada kondisi ini proses terjadinya cracking maupun coke pada pass bisa dikurangi dengan membatasi temperature maksimum pada setiap pass.
  • Mengurangi penggunaan fuel (bahan bakar).

Mekanisme pengaturan flow pada masing-masing valve/pass  dapat dilakukan dengan 2 pendekatan, yaitu:

  • Pengaturan flow ratio, yaitu dengan menghitung weight average outlet temperature.
  • Pengaturan flow secara langsung, yaitu dengan menghitung average temperature.

Pengaturan flow ratio.  Merupakan pendekatan yang paling banyak digunakan. Weight average outlet temperature, dihitung dengan menggunakan formula berikut:

 heater-control-10

Pengaturan flow ratio.  jika pengaturan flow dilakukan secara langsung, maka persamaan berikut digunakan:

heater-control-11

Gambar berikut adalah contoh aplikasi pass temperature  balance control pada heater yang memiliki 2 pass.

 heater-control-12

Total Flow Control.  Konfigurasi kontrol ini digunakan pada heater yang memiliki lebih dari satu pass.  Tujuannya adalah untuk mempermudah operator untuk mengeset total flow melalui satu controller (yaitu melalui total flow controller) ketimbang melalui flow controller masing-masing pass.  Output controller ini, kemudian didistribusikan ke flow controller masing-masing pass melalui pass temperature balance control, seperti terlihat pada gambar di atas.  Fset adalah setpoint untuk total flow control.

2 Tanggapan to “Process Equipment Control : (5) Heater Control”

  1. Arman said

    Terima kasih pak tulisan ini sangat membantu saya dalam memahami kontrol pada furnace. Tapi ada beberapa hal yang belum bisa saya pahami pak, saya ingin tanya tentang Fuel Heating Value Compensation. Pada formula tertulis Hvd = 7.2326 X ((155+1425)/SGd) dan Hv = 7.2326 X ((155+1425)/SGd),nah, angka2 7.2326 , 155 , 1425 itu apa ya pak?
    terima kasih

  2. beny said

    pak saya mw tanya.
    pada saat kita mengendalikan level pada heater (liquid), perhitungan matematis neraca kalor perlu di perhitungkan atau tidak?
    terima kasih atas perhatiannya..blog yang sangat bermanfaat..:)

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

 
%d blogger menyukai ini: