Safety Integrity Level (SIL)

Sistem proteksi merupakan sistem yang menjaga proses supaya tetap aman ketika keadaan yang berbahaya dan tidak diinginkan terdeteksi. Sistem kemanan terpisah dengan sistem pengendalian dan tidak bergantung satu sama lainnya, namum komponen sistemnya memilii kesamaan. Sistem proteksi biasanya disebut sebagai safety instrumented system (SIS) yang terdiri dari beberapa instrumen yang bekerja dalam satu sistem yang disebut sebagai safety instrumented function (SIF). SIS bukan merupakan sistem pengendalian umum yang menjamin bagaimana proses dapat berjalan sebagaimana yang diinginkan dan menghasilkan produk menurut desain process engineer (sesuai set point), tetapi menjamin keselamatan sebagaimana didesiain oleh process safety engineer.

Hal yang paling penting dalam mendesain sebuah sistem proteksi adalah analisa dari resiko yang ditimbulkan oleh equipment under control (EUC) dan sistem pengendalian pada plant itu sendiri. Kegiatan ini meliputi identifikasi hazard, analisa hazard, dan risk assessment. Desain sistem proteksi dilakukan berdasarkan hazard and operability study (HAZOP). Pada dasarnya resiko dapat ditinjau melalui dua aspek yaitu probalitas kejadian tersebut terjadi dan konsekwensi yang diterima apabila kejadian tersebut terjadi. Pada berbagai kasus dari kagagalan sistem, probabilitas dapat dihitung dengan menggunakan perhitungan matematis. Jika nilai tersebut tidak dapat diketahui maka hazard harus dianalisa secara kualitatif.

Pada dasarnya setiap industri memiliki standar sistem proteksi yang berbeda – beda. Standar ini merupakan hal yang sangat penting karena menyangkut kehandalan dari suatu system terinstrumentasi. Standar sistem proteksi tidak hanya meliputi teknologi yang digunakan, tingkat redundansi, kalibrasi ataupun logika sistem. Ketika risk level yang dihadapi semakin besar maka diperlukan sistem proteksi yang lebih baik untuk mengendalikannya. Risk yang telah dihitung selanjutnya akan dibandingkan dengan performansi pada suatu sistem proteksi. Salah satu metode yang digunakan untuk menentukan performansi sistem tersebut adalah safety integraty level (SIL).

SIL adalah tingkat kemampuan SIF harus berhasil melakukan risk reduction yang disyaratkan. SIF suatu SIS umumnya terdiri dari sensor, programmable logic solvers dan final control elements (FCE). SIL sendiri berhubungan dengan Probability of Failure on Demand (PFD) dari suatu SIF. Semakin tinggi nilai SIL,  maka PFD dari SIS semakin kecil. Tingkat SIL dari suatu SIS ditentukan oleh nilai PFD dari tiap – tiap SIF penyusun SIS itu sendiri, yaitu transmitter(s), logic solver dan on-off valve(s) serta arsitektur/konfigurasi elemen – elemen tersebut dalam membangun SIS.

Gambar 1. Contoh SIS

 Berdasarkan IEC 61508, Safety Integrated Level (SIL) digolongkan ke dalam empat level yaitu SIL 1, SIL 2, SIL 3, SIL 4.  Standar di atas menyediakan bingkai kerja untuk melakukan penentuan SIL secara umum, dimana secara kualitatif dan kuantitatif formulasi penilaian katergori SIL ditetapkan berdasarkan standar pengujian reliabilitas alat oleh fabrikasi produk tersebut, misalnya burn test, uji kualitas material, mechanical shock test, electronic function test, leakage test dan lain-lain. Pada penentuannya, SIS yang akan dihitung SIL nya terbagi dua, yaitu low demand operation dan high demand operation. Low demand operation adalah alat atau sistem beroperasi kurang atau sama dengan sekali dalam setahun, secara umum untuk sistem proteksi. High demand operation yaitu alat atau sistem beroperasi lebih dari sekali dalam setahun, secara umum biasanya yang termasuk ke dalam kategori high demand operation adalah sistem pengendalian.

Menentukan SIL secara kuantitatif dapat dilakukan dengan melakukan perhitungan terhadap PFD untuk tiap – tiap SIF penyusun SIS kemudian menghitung PFD total SIF. Berikut ini adalah persamaan yang digunakan dalam perhitungan berdasarkan ISA-TR84.00.02-2002 untuk berbagai konfigurasi (arsitektur),

1)   1oo1                                                                  ( 1 )

2)   1oo2                                                                  ( 2 )

3)   1oo3                                                                  ( 3 )

4)   2oo2                                                                  ( 4 )

5)   2oo3                                                                  ( 5 )

6)   2oo4                                                                  ( 6 )

Untuk mengetahui PFD total digunakan persamaan berikut,

( 7 )

Dari PFD total dapat diketahui nilai risk reduction factor, RRF sebagai berikut,

                                           ( 8 )

Dari persamaan 3.1 sampai 3.6 dapat diketahui bahwa PFD dipengaruhi oleh laju kegagalan peralatan dan test interval, artinya semakin besar laju kegagalan suatu peralatan maka kemungkinan terjadinya failure akan semakin besar dan tingkat penurunan resikonya akan semakin kecil. Begitu juga dengan semakin sering suatu peralatan dilakukan test maka kemungkinan terjadinya failure akan semakin kecil dan tingkat penurunan resikonya semakin besar. Adapun untuk mendapatkan data failure rate dapat diperoleh dengan beberapa cara diantaranya adalah historical data, yaitu data diperoleh berdasarkan data hasil maintenance suatu perusahaan atau commercial failure rate data, yaitu data diperoleh dari handbook failure rate data ( database failure rate ) seperti salah satunya adalah OREDA (berdasarkan spesifikasi alat).

Tabel 1 SIL and required safety system performance for low demand mode system

Safety Integrated Level (SIL)	Probability Failure on Demand (PFD)	Safety Availability (1_PFD)	Risk Reduction Factor (RRF)
4	0.0001 - 0.00001	99.99 - 99.999%	10000 - 100000
3	0.001 - 0.0001	99.9 - 99.99%	1000 - 10000
2	0.01 - 0.001	99 - 99.9%	100 - 1000
1	0.1 - 0.01	90 - 99%	10 - 100

Tabel 2 SIL and required safety system performance for continous mode system

         Setiap SIF mempunyai arsitektur yang sama atau pun berbeda antara satu dengan yang lain. Oleh karena itu, perhitungan PFD harus terlebih dahulu mengidentifikasi arsitektur untuk masing – masing SIF sehingga dapat disesuaikan dengan persamaan yang akan digunakan. Berdasarkan ISA-TR84.00.02-2002 terdapat enam macam arsitektur SIF seperti terlihat pada persamaan 3.1 sampai 3.6. berikut ini adalah pengertian penomoran arsitektur SIF untuk mengidentifikasi arsitektur SIF yang dipakai,

1)   1oo1 artinya one out of one, terdapat 1 keluaran dari 1 SIF.

2)   1oo2 artinya one out of two, terdapat 1 keluaran dari 2 SIF.

3)   1oo3 artinya one out of three, terdapat 1 keluaran dari 3 SIF.

4)   2oo2 artinya two out of two, terdapat 2 keluaran dari 2 SIF.

5)   2oo3 artinya two out of three, terdapat 2 keluaran dari 3 SIF.

6)   2oo4 artinya two out of four, terdapat 2 keluaran dari 4 SIF.

Sebagai contoh adalah FCE dengan arsitektur 1oo3 seperti pada gambar 3.30 terlihat bahwa terdapat 3 valve dalam satu aliran. Hal ini berarti bahwa 1 aliran atau pipa yang ditentukan oleh 3 valve (3 valve yang menentukan aliran dalam 1 pipa). Contoh lain pada gambar 3.31 FCE dengan arsitektur 2oo2 yang berarti 2 valve menentukan 2 aliran. Dengan demikian, jumlah valve dapat diidentifikasi pada angka terakhir pada penomoran arsitektur, sedangkan angka pertama menunjukkan jumlah alirannya.

Gambar 2 FCE 1oo3

Gambar 3 FCE 2oo2

Mercury Removal Unit (MRU)

Merkuri sangat diperhatikan dalam proses pengolahan gas. Walaupun kandungan merkuri dapat bervariasi, meskipun hanya sedikit merkuri harus dihilangkan untuk mencegah kerusakan dari heat exchangers aluminum kriogenik dan peralatan yang lainnya.

Terdapat dua tipe material untuk menghilangkan merkuri, yaitu non-regenerative sorbent dan regenerative adsorbent. Untuk non-regenerative sorbent, fluida dialirkan melewati sorbent bed dalam jangka waktu tertentu, setelah itu sorbent harus segera diganti. Hal ini disebabkan oleh merkuri yang tetap berada didalamnya sehingga sorbent harus segera diganti jika sudah dalam jangka penggantiaanya (biasanya dalam 1 tahun sekali). Kelebihan dari tipe ini adalah sangat sederhana, tidak hanya menyerap merkuri tetapi jjuga mnyerap material berbahaya lainnya seperti benzena dan material hidrokarbon yang lainnya. Untuk kekurangannya ada pada biaya pemasangan, adanya penurunan pressure, dan biaya penggantian sorbent setiap tahunnya.

Terdapat beberapa metode dalam penyerapan non-regenerative sorbent, antara lain :

a.  Elemen sulfur tersebar didalam porous carrier seperti butiran karbon aktif. Untuk tipe ini, sulfur digunakan sebagai bahan pereaksi merkuri dan menghasilkan merkuri sulfida. Merkuri sulfida akan tetap berada didalam penyerap yang nantinya akan diganti jika masa umurnya habis. Tipe ini sangat bergantung pada teknik penyebaran sulfur oleh pihak manufaktur. Jika penyebaran sulfur kurang merata, maka hal ini bisa mengurangi kualitas dari penyerap merkuri dan kandungan merkuri hasil penyerapan akan berada diatas toleransi. Jika hal ini terjadi, maka peralatan yang digunakan bukan tidak mungkin untuk segera terkorosi.

b.  Metal sulfida tersebar didalam solid carrier seperti karbon aktif atau alumina. Merkuri bereaksi dengan sulfida dan tertinggal didalam sorbent. Metal sulfida dan polysulfida akan sangat efektif untuk menyerap/ menghilangkan merkuri. Tebaga dan seng adalah metal yang sangat baik untuk metal sulfida. Untuk beberapa kasus dimana penyerap H₂S dibutuhkan, maka akan terjadi reaksi dimana :

Hg + H₂S à HgS + H₂

Semakin banyak dan semakin kecil partikel, maka kualitas penyerap akan semakin baik dan efisiensi penyerapan merkuri akan meningkat. Secara umum, ukuran dari partikel tersebut diantara 0,9 sampai 4 mm.

c. Halide-menghasilkan partikel-partikel karbon aktif. Partikel ini digunakan untuk menghilangkan merkuri pada liquid hydrocarbon^[9]. Merkuri beraksi dengan halida, seperti iodid, menjadi HgI₂ yang kemudian terserap di dalam sorbent.

d.  Ion-exchanged resins. Resin ini menghilangkan kadungan merkuri dari input liquid naphtha pada petrochemical plants.

Regenerative mercury removal pada umumnya digunakan tidak hanya sebagai penyerap merkury, tetapi juga digunakan sebagai fungsi lainnya seperti pengering. Dengan menghilangkan fungsi pengering dengan menggantikannya dengan water and mercury removal adsorbent, air dan merkuri dapat dihilangkan langsung di dehydrator. Kelebihan dari tipe ini yaitu pada harga peralatan yang cukup murah, tidak ada penurunan pressure, dan adanya kemungkinan untuk menghilangkan merkuri lebih banyak.

     Penyerap merkuri tipe regeneratif yang sudah dikembangkan dan banyak dipakai oleh industri-industri adalah HgSIV yang menggunakan prinsip molecular sieve. Untuk saat ini, HgSIV sudah dikembangkan dengan modivikasi tambahan perak/silver. HgSIV memiliki sifat-sifat yang memenuhi untuk menghilangkan air dan material lainnya. Perak yang digunakan ini hanya diletakkan di bagian permukaan dari molecular sieve. Merkuri dari gas ataupun dari liquid, kontak dengan perak yang ada dipermukaan dan bercampur dengannya. Karena adanya perak, atom merkuri tidak dapat terdifusi ke pori-pori yang menuju ke output. Ketika adsorben tersebut dipanaskan dengan suhu regenerasi dehidrator normal, merkuri dilepaskan dari perak dan meninggalkan bersamaan dengan gas.

Separator

Separator adalah tabung berpressure yang digunakan untuk memisahkan fluida dari well menjadi water, liquid dan gas (3 fasa) atau liquid dan gas (2 fasa), dimana pemisahannya dapat dilakukan dengan beberapa cara yaitu :

a.    Prinsip penurunan pressure.

b.    Prinsip gravitasi

c.    Turbulensi aliran atau perubahan arah aliran

d.    Pemecahan atau tumbukan fluida

Untuk mendapatkan effisiensi kerja yang stabil dengan kondisi yang bervariasi, liquid-gas separator harus mempunyai komponen pemisah antara lain :

a.    Bagian pemisah pertama, berfungsi untuk memisahkan cairan dari aliran fluida yang masuk dengan cepat berupa tetes minyak dengan ukuran besar.

b.    Bagian pengumpul cairan, berfungsi untuk memisahkan tetes cairan kecil dengan prinsip gravity setlink.

c.    Bagian pemisah kedua, berfungsi untuk memisahkan tetes cairan kecil dengan prinsip gravity settlink.

d.    Mist extraktor, berfungsi untuk memisahkan tetes cairan berukuran sangat kecil (mist).

e.    Peralatan kontrol, berfungsi untuk mengontrol kerja separator terutama pada kondisi kelebihan pressure.

Dalam industri perminyakan dikenal beberapa jenis separator berdasarkan bentuk, posisinya dan fungsinya. Untuk jenis separator berdasarkan bentuknya :

a.    Separator tegak/vertikal

 Gambar 1. Separator vertikal

Separator jenis ini biasanya digunakan untuk memisahkan fluida yang mempunyai kadar padatan tinggi, separator ini mudah dibersihkan serta mempunyai kapasitas cairan dan gas yang besar. Kelebihan dari separator ini yaitu tidak terlalu rumit dalam pengontrolan level cairan. Selain itu, dapat menanggung pasir dalam jumlah yang besar, mudah dibersihkan, serta sedikit sekali kecenderungan akan penguapan kembali. Sedangkan untuk kekurangannya terdapat pada harga beli yang cukup tinggi, selain itu bagian-bagiannya juga lebih sukar dalam pengirimannya/ shipping serta membutuhkan diameter yang lebih besar untuk kapasitas gas tertentu.

b.    Separator datar/horisontal

Sangat baik untuk memisahkan fluida produksi yang mempunyai kadar padatan tinggi dan cairan berbusa (foam). Separator ini dibedakan menjadi dua jenis, yaitu single tube horizontal separator dan double tube horizontal separator.

Gambar 2. Separator horisontal

Keuntungan dari separator ini adalah lebih murah dari separator vertikal, lebih mudah dalam pengiriman bagian-bagian dan spareparts-nya, baik untuk minyak berbuih, lebih ekonomis dan efisien untuk mengolah dengan volume gas yang lebih besar dan lebih luas untuk setting bila terdapat dua fasa cair. Untuk kekurangannya, separator horizontal lebih rumit dalam pengontrolan level cairan dibanding separator vertikal, sukar dalam membersihkan lumpur, pasir, paraffin serta diameternya yang kecil untuk kapasitas gas tertentu. Karena bentuknya yang panjang, separator ini banyak memakan tempat dan sulit dibersihkan. Namun demikian, kebanyakan fasilitas separasi dilepas pantai menggunakan separator ini.

c.    Separator bulat /spherical.

Separator jenis ini mempunyai kapasitas gas dan surge terbatas sehingga umumnya digunakan untuk memisahkan fluida produksi dengan kadar padatan kecil sampai sedang. Namun, separator ini dapat bekerja pada pressure yang tinggi. Terdapat dua tipe separator bulat yaitu tipe untuk pemisahan dua fasa dan tipe untuk pemisahan tiga fasa.

Gambar 3. Spherical separator

Keuntungan dari separator ini ada pada harga yang termasuk termurah dari kedua jenis separator yang lainnya dan lebih mudah dalam pengeringan dan membersihkannya dari pada separator vertikal. Akan tetapi, untuk pengontrolan cairan cukup rumit dan mempunyai ruang pemisah dan kapasitas surge yang lebih kecil.

       Untuk pemisahan jenis separator menurut pada fasanya, separator dibedakan menjadi dua :

a.      Separator dua fasa, memisahkan fluida dormasi menjadi cairan dan gas, gas keluar dari atas sedangkan cairan keluar dari bawah.

b.      Separator tiga fasa, memisahkan fluida formasi menjadi minyak, air dan gas. Gas keluar dari bagian atas, minyak dari tengah dan air dari bawah.

Berdasarkan fungsinya atau jenis penggunaannya, separator dapat dibedakan atas :

a.      Gas scrubber.

Jenis ini dirancang untuk memisahkan butir-butir cairan yang masih terikut di dalam gas hasil pemisahan tingkat pertama. Oleh karena itu, alat ini ditempatkan setelah separator sebagai separasi tingkat kedua, atau sebelum dehydrator, extraction plant atau kompresor untuk mencegah masuknya cairan kedalam alat tersebut.

b.      Knock-Out

Jenis ini dapat dibedakan menjadi dua, yaitu Free Water Knock-Out yang digunakan untuk memisahkan air bebas dari hidrokarbon cair serta Total Liquid Knock-Out yang digunakan untuk memisahkan cairan dari aliran gas berpressure tinggi (>125 psi).

c.      Flash chamber

Alat ini digunakan pada tahap lanjut dari proses pemisahan secara kilat (flash) dari separator. Flash chamber ini digunakan sebagai separator tingkat kedua dan dirancang untuk bekerja pada pressure rendah (>125 psi).

d.      Expansion vessel

Alat ini digunakan untuk proses pengembangan pada pemisahan bertemperatur rendah yang dirancang untuk menampung gas hydrate yang terbentuk pada proses pendinginan dan mempunyai pressure kerja antara 100 psi-1300 psi.

e.    Chemical electric

Merupakan jenis separator tingkat lanjut untuk memisahkan air dari cairan hasil pemisahan tingkat sebelumnya yang dilakukan secara electrics (menggunakan prisip anoda-katoda) dan umumnya untuk memudahkan pemisahan.

Disamping itu, ditinjau dari pressure kerjanya pun separator dapat dibagi tiga, yaitu separator pressure tinggi (750-1500 psi), pressure sedang (230-700 psi), pressure rendah (10-225).