Hydraulic Cleaning Criteria; NAS 1638 & ISO 4406

Both standard codes (NAS 1638 & ISO 4406) are the main reference of hydraulic cleaning and filtering activity. People more familiar using NAS terminology because ISO just recently release similiar code to deal with hydraulic cleaning issue. How to read NAS code and How to read ISO code will be my novel topic on this discussion.

NAS 1638 (January 1964) menggolongkan tingkat kebersihan hydraulic fluid dari level NAS 00, NAS 0, NAS 1 sampai NAS 12. Kriteria penggolongan itu adalah berdasarkan jumlah partikel dalam range besaran mikron tertentu pada 100 mL sample hydraulic fluid. Range yang dimaksud adalah 5-15 mikrons, 15-25 mikrons, 25-50 mikrons, 50-100 mikrons, dan yang lebih besar dari 100 mikrons. NAS 00 didefinisikan sebagai sample 100 mL hydraulic fluid yang memiliki partikel dalam range 5-15 mikrons: 125 ea, 15-25 mikrons: 22 ea, 25-50 mikrons: 4 ea, 50-100 mikrons: 1 ea, dan lebih dari 100 mikrons: 0 ea. Apabila jumlah partikelnya lebih sedikit yang ditemukan pada range-range tersebut maka tentu lebih bagus. Tapi karena NAS 00 adalah level terendah maka fluida dengan kontaminasi yang lebih kecil dari NAS 00 tersebut masih digolongkan sebagai NAS 00. Pertanyaanya adalah bagaimana jika ada satu range yang tidak terpenuhi karena kebanyakan kontaminasinya misalnya range 5-15 mikrons: 130 partikel, apakah level NAS otomatis turun ke NAS 0? Padahal range yang lain masih terpenuhi lho. Mmm.. I don’t know, I need expert opinion. Demikian halnya dengan level NAS yang sangat terkenal di dunia offshore adalah NAS 6 dengan kriteria jumlah maksimum partikel dalam range 5-15 mikrons: 16000 ea, 15-25 mikrons: 2850 ea, 25-50 mikrons: 506 ea, 50-100 mikrons: 90 ea, dan lebih dari 100 mikrons: 16 ea. Bagaimana jika dalam range 5-15 mikrons terdapat 16001 ea partikle? apakah liquid sudah masuk ke NAS 7? Padahal cuma kelebihan satu partikel. Please help me to answer. Di bawah ini adalah jumlah partikel dalam range kode NAS dari NAS 00 sampai NAS 12.

Standard Code berikutnya yang digunakan sebagai acuan hydraulic cleaning level adalah ISO 4406. Standard ini mengalami evolusi dalam tiga tahap. Tahap pertama standard ISO menampilkan dua digit nilai B/C dengan B adalah jumlah partikel dalam 1 mL sample yang lebih besar dari 5 mikrons. C adalah jumlah partikel dalam 1 mL sample yang lebih besar dari 15 mikrons. Jadi Old ISO dengan 2 digit artinya adalah lebih besar dari 5 mikrons / 15 mikrons. Jadi mislanya ISO 18/12 artinya jumlah partikel yang lebih besar dari 5 mikrons adalah (lihat tabel di bawah kode 18) 1300 – 2500 dan jumlah partikel yang lebih besar dari 15 mikrons adalah 20-40. Kemudian ISO berevolusi menggunakan tiga digit nilai A/B/C. Dengan A adalah jumlah partikel dalam 1 mL sample yang lebih besar dari 2 mikrons. B & C sama dengan definisi sebelumnya. Jadi Old ISO dengan 3 digit artinya adalah jumlah partikel per 1 mL sample yang lebih besar dari 2 mikrons / 5 mikrons / 15 mikrons.

Standard ISO 4406 terbaru menggunakan 3 digits penilain dengan per 1 mL sample memiliki  berapa banyak jumlah partikel yang lebih besar dari 4 mikrons / 6 mikrons / 14 mikrons. Jumlah banyaknya partikel tidak langsung dituliskan banyaknya, akan tetapi dikodekan dari kode 0 -28. Dengan hitungan sampel per 1 mL maka code 0 - 9 tidak applicable karena jumlah partikelnya 0.01 – 2.5 (berupa pecahan). Tidak ada jumlah partikel yang berupa pecahan bukan? Kode 0 - 9 digunakan jika sampelnya 100 kali lipat dari sampel 1 mL yaitu dengan sample 100 mL. Sehingga kode 0 -8 akan mewakili jumlah partikel sebanyak 1 – 250 ea partikel per 100 mL sampel.

Karena kita menggunakan sample 1 mL maka kode yang kita pakai adalah 10 – 28. Dengan 10 didefinisikan sebagai jumlah partikel 5 – 10 ea per mL sampai 28 yang didefinisikan sebagai jumlah partikel 1300000 sampai 2500000 per mL sampel. Di bawah ini adalah kode jumlah partikelnya yang dipakai dalam ISO 4406:

Dengan demikian ketika kita memiliki ISO Code 13/12/11 artinya jumlah partikel yang lebih besar dari 4 mikrons sebanyak antara 40-80 ea (13), jumlah partikel yang lebih besar dari 6 mikrons sebanyak antara 20-40 ea (12), dan jumlah partikel yang lebih besar dari 14 mikrons sebanyak 10-20 ea (11), dalam 1 mL sample hydraulic fluid yang sedang dianalisis.

Nova Kurniawan

Instrument Engineer, J Ray McDermott, Alumni Fisika Teknik ITB lulusan 2004

Turbulent Flow for Hydraulic Filtering

Does anybody know why pressure is not one of parameter that would give impact to reynold number calculation? I don’t know exactly the answer and what the explanation is. If you read the reynold number formula you would only find that the turbulent flow is only affected by internal diameter, viscosity, and flowrate. If I imagine myself one occassion we hold pressure in a line, and pressure raise up to high value and suddenly we release the pressure so then we will see the horrible fluid flowrate come out from the line. It is turbulent, isn’t it?  So high pressure will create high reynold number, is it right?

Turbulent flow for hydraulic filtering is a must, it is mandatory in every project. The question then how to make the flow that will be always turbulent in whole length at anywhere and anytime. I will close my eyes on what my curiousity about pressure effect and what I guess. In order to make a turbulent flow as per reynold theory we just need to produce a specific flowrate to get reynold number in the observed line is more than 4000. In my case I have fluid Macdermid Oceannice HW540E which has kinematic viscosity 2 Centistoke at 30-40 degC. I have hydraulic line with inside diameter 10.35 mm. How much minimum of my flowrate? Using Reynold formula I will get value at least 4 Litre/minutes, I will get Re 4000. How about the length? How about the line goes up and goes down? Why don’t we consider that?. Mmmm..it will have effect somewhere. But where? why Mr. Reynold did not capture this during his research on turbulent formula. I don’t know.

Wherever and whenever the effect of line elevation we don’t give care so much as we follow the formula of Mr. Reynold. To get the turbulent flow I just need to ensure that wherever the line as long it is 10.35 mm and the fluid has viscosity 2 Centistoke and my flowrate is more than 4 Litre/minute, I can prove that my flowrate is turbulent more than Re 4000. And the flushing / filtering requirement can be achieved.

Then how to ensure that the flowrate at least 4 Litre/minute in all length of  the line. The discussion come to the pump theory. How much pressure and flowrate shall be delivered by pump to ensure that all length have at least 4 litre/minutes. The discussion about pressure shall be produced by pump shall have interface with bernoulli equation. The pump shall have enough pressure from the pump discharge to bring the fluid raise up to elevation. The minimum pressure shall be produced by pump againts elevation, friction loss, and length was called as Head. If the pump can produce the pressure more than the head so then the pump will deliver designated flowrate at specific rotation RPM. If the flowrate produced in discharge of the pump is more than 4 litre/minute, let say I will use 10 liter/minute, so wherever the point, the flowrate will be the same (if no branch). The flowrate attitude is like current in electricity, they will be the same in a loop without branch-parallel. When the head pressure produced by pump is not enough then the flowrate will not fully occupy cross sectional area of the line, so then the flowrate is coming down and they will only flow in half of pipe so then fluid mechanic calcalution no longer applicable. 

Please advise me friend! Thank You

Nova Kurniawan

Instrument Engineer, I am working at J Ray McDermott, Indonesia

Dry-Wet Reference Leg; Level Instrument

I remember somebody discussed about wet & dry leg for level instrument few years ago. I searched in google and wikipedia and found very difficult explanation to get it. Finally I found very simple explanation about wet & dry reference leg application to measure a liquid level where gas or vapor existing on the top of vessel. Vessel means it is not open to atmospher. The top of vessel where gas or vapor existing is pressurized. It means if differensial pressure method level measurement shall be applied, both side; minimum detectable level and maximum detectable level shall be measured to find resultant of head pressure which equivalent to liquid level. Where is wet & dry reference leg shall be used? Here the novel is.

Terminologi dry & wet leg ditemukan pada pengukuran level dengan metode differensial pressure pada non atmospheric vessel. Differensial Pressure instrument mengukur Hi-side dan Lo-side suatu vessel dan dicari selisih atau perbedaan pressurenya agar didapatkan pressure head atau hydrostatic pressure yang benar-benar hanya disebabkan oleh liquid level. Dry referense leg digunakan untuk pengukuran ketinggian liquid di dalam vessel yang memilki gas atau vapor kering pada bagian atas vessel. Wet reference leg digunakan untuk pengukuran liquid di dalam vessel yang memiliki gas atau vapor basah di bagian atas vessel dan bisa terkondensasi di reference leg.

Dibawah ini adalah skematik dari Dry Reference Leg Liquid Level Instrument:

Gas atau Vapour di bagian atas vessel harus benar-benar kering jika ingin menggunakan dry reference leg. Fungsi reference leg adalah sebagai pengurang untuk menentukan besar static pressure dari liquid. HP pada instrument mengukur pressure pada bottom level vessel. Yang terukur pada HP = Head Liquid Pressure + Vapor/Gas Pressure. Untuk mendapatkan pressure dari liquid maka pressure dari vapor/gas harus dihilangkan dengan dikurangkan. Oleh karennya gas/vapor harus diukur dengan instrument yang sama pada LP. Vapor/gas yang kering akan memberikan tekanan yang sama ke segala arah termasuk ke sensor LP. Jadi tekanan yang dirasakan oleh LP = Vapor/Gas Pressure di permukaan liquid. Sehingga head liquid static pressure DP = HP – LP atau DP = Head Liquid Pressure ditemukan. Vapor/Gas pressure akan saling menghilangkan ketika dikurangkan. Ketika liquid kosong 0% didapatkan DP = 0; ketika liquid penuh 100% di dapatkan DP = HP – LP. Sehingga equivalensi linear dengan DP maka level 0-100% didapatkan.

Nah, apa yang terjadi jika vapor/gas-nya basah atau condensable maka reference leg akan terisi liquid. Akibatnya tekanan yang terukur pada LP tidak sama dengan tekanan di permukaan liquid. LP sudah ketambahan pressure dari condensate yang jatuh jadi liquid di sisi LP sehingga metode di atas tidak applicable. Maka metode pengukuran lain perlu diperkenalkan. Sebagai lawan konsep Dry Reference Leg di atas maka Wet Reference Leg Level Measurement perlu digunakan.

Dibawah ini adalah skematik dari Wet-Reference Leg:

Reference leg kalau dibiarkan akan terus ketambahan condensate. Agar tidak ketambah-tambahan liquid maka reference leg-nya dipenuhi aja dengan liquid yang sama dengan liquid dalam vessel. Metode pengukuran inilah yang disebut Wet Reference Leg Level Instrument. Reference leg dihubungkan dengan HP dari instrument karena nilai pressurenya adalah maksimum. Sedangkan LP dihubungkan ke vessel. Nilai HP selalu tetap sebagai reference sedangkan nilai LP menikuti ketinggian level. Tekanan yang dirasakan oleh HP = Max Head Pressure + Vapor/Gas Pressure, tekanan yang dirasakan oleh LP = Liquid Head Pressure + Vapor/Gas Pressure. Bagaimana cara mendapatkan Liquid Head Pressure saja?. DP = HP – LP atau DP = Max Head Pressure – Liquid Pressure. Vapor/Gas pressure-nya saling menghilangkan. Dengan perbandingan ekuivalensi ketika level liquid kosong 0% maka DP = Max Head Pressure, sedangkan ketika level liquid maksimum 100% maka DP = 0. Dengan ekuivalensi linear dengan DP maka level 0-100% didapatkan.

Nova Kurniawan

I am working at multinational EPCI company, I get BEng degree from Engineering Physics ITB

4-20 mA; A Myth

Honestly it’s very difficult to find books or references which explain clearly why analog signal 4-20 mA is used on electric signal transmission. I remember I saw somebody gave his opinion in a mailing list but I forget already what he told exactly and unfortunately I lose the email by now. Sometimes I think 4-20 mA is a myth like Da Vinci Code in Dan Brown novel. There are not many expert interested to write in detail the reasons why 4-20 mA was chosen. Normally they only said the standard instrumentation signal 4-20 mA was used as common practice in instrumentation data transmission. I don’t write this post to give clear understanding, I just want to catch any idea from my guest to bring up the myth into scientific explanation.

Sekitar 6 tahun lalu di sebuah presentasi Tugas Akhir seorang rekan, dosen penguji menanyakan kenapa signal 4-20 mA digunakan dalam instrumentasi. Sang mahasiswa memberikan satu alasan tentang batas nilai bawah yang tidak mengambil nilai 0 mA tetapi mengambil 4 mA dimaksudkan untuk membedakan nilai yang ditransmit merupakan nilai minimal bukan terjadi permasalahan pada loop kabelnya, misalnya putus. Karena ketika 0 mA digunakan, maka tidak ada beda antara kabel putus atau nilai data yang ditransmit adalah nilai minimum. Mungkin penanya akan menanyakan kenapa tidak dipakai 2 mA atau 3 mA sebagai batas bawah?. Belum sempat ada pertanyaan itu, uniknya dosen pembimbing tiba-tiba ikut menyela dengan mengatakan bahwa 4-20 mA adalah signal standar komunikasi electric analog dunia instrumentasi yang sudah tida perlu untuk dipertanyakan lagi.

Saya jadi teringat dengan kasus kenapa satuan level intensitas suara adalah Desibel? bukan Centibel, Milibel, Hectobel, Decabel, dll?. Jawaban yang paling saya inget adalah bahwa penggunaan Decibel merupakan kesepakatan expert tentang penskalaan logaritmik dengan dikalikan 10 karena range pendengaran yang terlalu lebar menyulitkan penskalaan. Nah, jangan-jangan 4-20 mA adalah kesepakatan para expert juga? Kenapa disepakati?

Buku Continous Process Control; P.G. Friedmann, T.P. Stoltenberg (ISA) sekilas menyinggung, “The 4-20 mA signal became the industry standard because of inherent stability of electric current loops with multitude of resistivity load. Another advantage is that 4 mA offset ensures that minor electrical noise does not reach amplitude that is greater than the measured signal. This make noise suppression less of problem. Also the 4-20 mA loop can be monitored for a zero mA condition to alarm that an open fuse or broken wire has rendered the loop inoperative”. Jadi resumenya dari Oom Friedmann adalah tentang kestabilan signal 4-20 mA ketika terjadi perubahan resistansi atau impedansi, kemudian ketahanan terhadap ‘minor’ noise (berarti kalau major nggak tahan nih?), dan sebagai pembeda apakah signal sedang berada pada nilai minimum atau terdapat permasalahan di dalam loop (tidak ada signal), hal ini dikenal dengan “live zero” pada 4 mA.

Terdapat tambahan dari artikel Building Automation Product, Inc., bahwa signal 4-20 mA dapat tetap mengalir paling effective dan sempurna meskipun koneksi dari kabel kurang sempurna / longgar. Kemudian dinyatakan juga bahwa 4-20 mA tidak terpengaruh oleh adanya voltage drop asalkan power supply voltage masih lebih besar dari total voltage drop pada maksimum arus signal 20 mA. Juga yang paling digaris bawahi adalah pada analog signal receiver (dalam hal ini adalah I/O controller) seperti sudah menjadi ‘kesepakatan’ fabrikan untuk memiliki impedansi analog input totalnya adalah 250 Ohm. Ada ‘anggapan’ bahwa controller mengukur voltage diantara resistant 250 Ohm tersebut untuk mendapatkan data lapangan sebagai analog input. Dengan demikian pada saat nilai arus 4 mA melalui resistant 250 Ohm maka controller menerima 1 VDC, jika arus yang mengalir 8 mA maka controller menerima 2 VDC, arus 12 mA  mengalir maka controller menerima 3 VDC, 16 mA controller menerima 4 VDC, dan pada 20 mA controller akan menerima voltage 5 VDC. Data voltage tersebut yang diolah oleh PLC/DCS. 

Sehingga dengan konsep ini saya juga menduga bahwa controller itu mengolah data dengan data voltage yaitu 0 VDC untuk fault pada loop (kabel putus, short dll) pada arus 0 mA, dan signal antara 1 VDC – 5 VDC untuk mengolah data transmisi dari lapangan. Dengan alasan transmisi signal harus dengan arus karena alasan anti voltage drop, anti noise dll sebagaimana pembahasan di atas, padahal diketahui controller lebih ’suka’ menerima voltage, oleh karenanya dicari nilai arus yang tepat yang dapat dikonvert dengan mudah menjadi 0 VDC, 1VDC – 5 VDC. Nah, ketika disepakati penggunaan resistant 250 Ohm, maka signal 4-20 mA adalah pilihan maknyus sebagaimana konversi 4-20 mA menjadi 1-5 VDC pada paragraf di atas. Kebenarannya harus ditanyakan ke vendor-vendor seperti Honeywell, Siemens, Yokogawa, Foxboro, dll. Temen-temen yang bekerja di vendor automation system please share your idea.

Ada juga pertimbangan bahwa dengan arus 4 mA, transmitter sudah memiliki power yang cukup untuk menyala (ON). Maka pilihan 4-20 mA sepertinya susah diganggu gugat untuk teknologi analog konvensional.

Nova Kurniawan

Instrument Engineer; I am working at multinational EPCI company operating in Indonesia  

Instrumentation & Control; Nuclear Facility

This is not my experience story. This is just my overview after finished reading Instrumentation & Control Fundamentals Handbook Department of Energy United States of America. The Instrumentation & Control Fundamentals Handbook was developed to assist nuclear facility operating contractor, maintenance personnel, technical staff with the necessary to understand Instrumentation & Control System. There shall be no secret inside the book because all I&C technologies applied on nuclear plants are common technology. We found it in oil & gas platform as well. However if there are secrets inside I will have no capability to write it.

Hampir saja nuklir menjadi pilihan negeri ini sebagai energi alternatif di tengah kekhawatiran akan krisis energi. Rencana ini mendapat tentangan yang luar biasa dari para budayawan dan sebagian politisi sehingga ide tentang nuklir untuk sementara menjadi tidak populer. Nuklir bukan lagi menjadi persoalan teknologi tetapi sudah menjadi persoalan politik. Sebagai I&C engineer ketika menemukan artikel dari Department of Energy USA tentang basic instrumentasi dan kontrol untuk fasilitas nuklir maka saya tertarik untuk menuliskannya.

Yang disebut fasilitas nuklir adalah suatu plant facility yang dapat menggenerate terjadinya reaksi nuklir untuk menghasilkan energy yang dapat dimanfaatkan oleh manusia. Efek radioaktif sudah mulai dikenali keberadaannya sejak abad 19. Tetapi formulasi tentang konsep energi dari reaksi partikel atomic baru kemudian dirumuskan olen Einstein sebagai E = m.c^2 pada abad 20. (Tetapi kenapa Einstein lebih terkenal dengan teori relativitasnya ya? Harusnya teori energi-nya untuk partikel atomic ini, menjadi lebih terkenal. Anyway saya bukan fisikawan). Ketika neutron ditembakkan pada suatu partikel radioaktif maka terjadi reaksi fisi dalam reaktor. Reaksi fisi ini menghasilkan energy (joule) kalor. Dengan menggunakan konsep heat transfer energi panas tersebut disirkulasikan ke tempat lain dengan coolant system untuk memanaskan boiler. Boiler menerima energi panas, reaktornya kehilangan panas dan kembali dingin. Boiler menghasilkan steam, dan steam dari boiler memiliki energi untuk menggerakkan steam turbine driven generator untuk menghasilkan energi listrik. Sehingga energi listrik ini dapat diolah menjadi berbagai macam bentuk energi. (Note: Sebenernya apapun yang menghasilkan panas; seperti sampah dibakar, mayat manusia dibakar :p, tenaga dalam dari personel perguruan silat, suhu politik yang memanas :p, dll jika kalornya benar-benar mencukupi, maka akan diolah oleh boiler menjadi steam energi untuk menggerakkan generator listrik).

Inti dari proses nuklir itu terdapat di dalam reaktor nuklir. Ketika energi kalor sudah dihasilkan dari reaksi fisi maka tanggung jawab process engineer, mechanical engineer, instrument & control engineer untuk mengawal kalor tersebut melalui coolant untuk memanaskan boiler. Dari sudut pandang I&C, basic instrumentasi yaitu pengukuran tentang kondisi variable fisis masih merupakan dasar yang harus dikuasi di instrumentasi nuklir. Konsep pengukuran temperature untuk heat transfer yang digunakan adalah konsep-konsep RTD dan Thermocouple dengan rangkaian electric untuk pengolahan sinyalnya. Pengukuran tekanan untuk steam atau cooling systemnya masih menggunakan konsep bellows, bourdon tube, dan diaphragm dengan proses transducing yang mengubah pressure tersebut menjadi resistansi, induktansi, atau kapasitansi sehingga didapatkan equal electric signal untuk mendapatkan nilai tekanan. Level diukur dengan menggunakan level glass, differensial pressure, magnetic displacer, float, ultrasonic dan conductivity, dry reference leg, dan wet reference leg method. Hasil output dari sensor level adalah besaran fisis yang harus diubah ke besaran electric yang equivalent melalui transducer. Meskipun tidak saya temukan di artikel ini tapi saya yakin konsep transducingnya masih menggunakan prinsip perubahan equivalence pada resistansi, induktansi, atau kapasitansi. Pengukuran flowrate menggunakan orifice plate, ventury tube, pitot tube, displacement meter, area flowmeter (rotameter), ultrasonic, hot-wire anemometer dan ada beberapa lagi. Pengukuran posisi suatu aktuator / valve dengan menggunakan LVDT, movement dengan switch open-contact, dan potensiometer bisa juga digunakan.

Instrumentasi pengukuran yang lebih spesifik untuk fasilitas nuklir adalah pengukuran dan kontrol posisi control rod. Control Rod adalah batang yang terbuat dari komponen kimia (silver,indium, cadmium) yang dapat mengabsorb neutron yang terbentuk dari reaksi fisi tanpa menyebabkan komponen kimia tersebut mengalami reaksi pembelahan. Jadi kontrol rod merupakan aktuator dengan feedback berupa posisi untuk mengontrol laju reaksi fisi partikel radioaktif di dalam reaktor. Kontrol rod dimasukkan ke dalam guide tube di dalam fuel element. “A control rod is removed from or inserted into the central core of a nuclear rector in order to control the neutron flux” Wikipedia. Untuk membiarkan reaksi berantai terjadi maka kontrol rod digerakkan dengan skala tertentu dari core-nya reaktor. Sistem transmisi posisi kontrol rod dan sistem aktuasi untuk menggerakkan kontrol rod menggunakan synchro system yang terdiri dari synchro generator (transmiter) dan synchro motor (receiver). Rupanya agak susah memahami sistem synchro ini karena belum saya temukan di oil & gas facility.

Pengukuran berikutnya yang tidak kalah pentingnya dalam instrumentasi nuklir adalah pengukuran radiasi. Tipe radiasi digolongkan menjadi radiasi sinar alpha, betha, gamma, dan netron. Alat pengukuran yang digunakan antara lain Gas-Filled Detector dengan prinsip kerja memisahkan eletron dan positron partikle yang ter-ionisasi sehingga akan diketahui equivalensinya dengan pulsa listrik yang dihasilkan oleh rangkaian listrik yang dihubungkan ke Gas-Filled Detector tersebut. Kemudian ada Electroscope Ionization Chamber dengan prinsip kerja ketika gas dalam chamber mengalami ionisasi akibat adanya sinar radioaktif maka sensor yang disebut quartz fiber yang dicharge dengan voltage akan berubah menjadi zero charge. Karena sulit saya mengerti maka pengukuran radiasi dicukupkan dulu.

Konsep kontrol yang diterapkan di fasilitas nuklir sama dengan konsep kontrol proses di industri proses. Konsep-konsep tentang feedback control, PID, loop, input-output, controlled variable, manipulated variable, set-point, time legs, controller, dll adalah hal yang digunakan di fasilitas nuklir. Final element yg digunakan pada steam processing adalah actuated valve berupa on-off (solenoid) hydraulic-pneumatic, analog-control valve pneumatic, dan electric motor.

Nova Kurniawan

Instrument & Control Engineer, I am staying in Indonesia

Transfer Function; Either Ghost or Joke

I got an email from an apprentice student asking about how to control pressure in separator, the first question to me was whether he need to find transfer function and how to find it. On the other hand I remember an experience engineer told me in a discussion that he had already finished so many project but he did not need to know about transfer function and the project exactly running smoothly. Perhaps if this student come to see this experience engineer and asking about transfer function, the response will likely be a horrified stare followed by, “Are you kidding?, don’t make a joke in the real world boy”. “You are not in campus anymore, just forget it”. “You would never find such kind of transfer function in the real world”.

Ini adalah cerpen untuk kaum pemula saja. Terdapat gap yang nyata antara yang didapat seseorang ketika belajar tentang teori kontrol dengan yang mereka praktekan dalam dunia kerja process control. Ketika belajar pertama kali teori kontrol maka yang ada dibenak kita adalah “fungsi transfer” karena dua kata itu ibarat ‘hantu’-nya teori kontrol. Ketika sudah bekerja di dunia nyata, mungkin banyak yang berpendapat teori kontrol yang wajib pertama kali untuk dilupakan adalah “fungsi transfer” itu juga. Jadi sesuatu yang menghantui selama kuliah harus pertama kali dilupakan dan dijadikan bahan bercandaan saja ketika bekerja. ‘Gak kepake’ katanya.Mungkin seperti itu rumus umum ketidaknyambungan itu. Saya fikir harus ada yang bisa menyambungkan sehingga seorang praktisi harus mendorong seorang pelajar untuk mendalami hal itu, bukan sebaliknya.

Ketika membalas email apprentice student tersebut saya justeru balik bertanya apakah ibu-ibu ketika menyalakan kran air untuk mengisi bak mandi perlu tau fungsi transfer sistem itu dulu sebelum menghidupkan kran dan mengisi sampai ketinggian air yang diinginkan? Tidak perlu bukan?. Tetapi sebaliknya apakah yang lagi belajar teori kontrol tidak mampu untuk merumuskan fungsi transfer antara flowrate kran air dengan ketinggian level air di dalam bak mandi ibu-ibu tersebut? Sehingga bisa memodelkan sistem bak mandi tersebut & mengevaluasinya. Kedua-duanya membahas hal yang sama yaitu ketinggian air dalam bak mandi akibat kocoran air dari kran. Si ibu-ibu dengan menggunakan pendekatan praktisi tidak perlu tau tentang orde dari sistem itu, fungsi alihnya; it’s not a big deal, karena memang sistemnya sudah biasa. Lain halnya jika pelajar yang sudah dihantui terlebih dahulu dengan kata fungsi transfer dengan persamaan differensialnya maka dinamika sistem tersebut mungkin agak terasa berat. Ketika ditanya apakah sistem kran air bak mandi tersebut ada persamaan differensialnya? Mungkin ada orang yang cenderung akan menafikkan itu; mana ada itu. Tetapi kalo ditanya adakah perubahan ketinggian level airnya setiap menit? Kalau ada berapa? Hampir setiap orang akan bisa menjawab, misalnya naik 5 cm ketinggiannya setiap menit. Dengan jawaban itu, orang tersebut tanpa sengaja sudah bermain dengan persamaan differensial. Padahal persamaan differensial itu adalah ibarat ‘hantu’ anak sekolah tapi sistem biasa mainannya ibu-ibu rumah tangga di kamar mandi.

Nah, bagaimana cara menemukan fungsi transfer pada suatu system? (Ingat sekali lagi, ini tidak ditemukan pun gak apa-apa kalau memang nggak mau. Apakah bisa kerja di bagian control system kalau males dengan ‘hantu’ itu? Bisa aja, analogi ibu-ibu rumah tangga itu kan). Fungsi Transfer adalah hubungan input proses terhadap output proses yang dinamis. Kata dinamis disitu menunjukkan adanya perubahan terhadap waktu. Kata perubahan terhadap waktu menunjukkan bahwa kita akan bekerja dengan ‘hantu’ persamaan differensial. Ia menjadi bukan hantu ketika kita bayangkannya bahwa sistem kita cuman bak mandi doang yang sudah biasa. Ketinggiannya level H(t) dalam waktu t adalah fungsi dari flowrate F(t) dalam waktu itu. Ketika sudah memperoleh H(t)/F(t) maka itu adalah fungsi transfernya. Perubahan flowrate F(t) pasti akan mempengaruhi perubahan ketinggian H(t) dalam bak mandi. Oleh karenanya ibu-ibu melakukan perubahan flowrate kran untuk mengedjust kocoran air masuk ke dalam bak mandi. Ketika dipasang pressure transmitter pada H(t) level air, dipasang Control Valve pada kran air F(t) dan diaplikasikan PID, maka kita sudah memiliki satu close loop complete untuk analisis sistem. Kalau mau digunakan di matlab atau simulator lain maka H(t)/F(t)-nya mutlak diperlukan sebagai representasi dinamika alam. Kalau dikontrolnya langsung di field maka H(t)/F(t) tersebut adalah dinamika alam yang sudah begitu adanya, tidak perlu direpresentasikan lagi. Jadi fungsi transfer adalah representasi dinamika alam untuk analisis, pemodelan atau simulasi. Dalam kehidupan nyata fungsi transfer adalah perilaku alam itu sendiri.

Kembali ke sistem separator untuk mendapatkan fungsi transfer untuk pemodelan maka tidak semudah bak mandi. Contoh sebagai case saja; fungsi transfer yang ingin dikontrol adalah pressure di dalam separator dengan flowrate output yang akan disalurkan ke flare sistem. Kontrol pressure pada separator digunakan untuk memastikan bahwa pressure di dalam separator tidak melebihi set-point pressure. Jika pressure berlebih harus ada yang direlease untuk mengendalikan sistem agar tidak terjadi emergency. Sebenernya untuk memodelkan fungsi transfer hanya perlu dicari hubungan antara flowrate gas yang akan disalurkan ke flare system dengan pressure di dalam vessel. Kalau flowrate yang lain seperti Flow in 3 Phase, Flow Out Gas product, Flow Out Oil steady mungkin kita bisa konsentrasi ke hubungan flowrate gas ke flare system dengan pressure. Sehingga didapatkan fungsi transfer P(t)/F(t) artinya perubahan flowrate terhadap pressure dalam waktu t. Tetapi kalau semua variabel tsb saling berienteraksi bagaimana? Yach memang memodelkan perilaku alam itu tidak mudah ha..ha..ha. Itu sebagian ilmu Tuhan yang lumayan sulit. Pressure dan flowrate berdinamika sesuai ketentuan Tuhan. Lebih enak diambil saja fungsi transfer-nya dari handbook tentang separator yang di dapat dari penelitian yang menghubungan semua variable yang ingin dikontrol dengan variable yang bisa dimanipulasi dalam bentuk fungsi transfer.

Nova Kurniawan

I got my BE degree from Engineering Physics, ITB, Bandung. I am working at J Ray McDermott

The Power of Measurement; A Nostalgia

The first of the fundamental laws of process control reads as follows: “All process control starts with measurement, and the quality of control obtained can never be better than the quality of the measurement on which it is based”. Bob Connel; Process Instrumentation and Applications Manual.

Saya ingin menulis tentang pengukuran hanya sebagai nostalgia saja tentang satu mata kuliah yang sangat kesohor di departemen tempat saya belajar dulu. Dengan jujur saya mengakui bahwa dulu sewaktu kuliah sama sekali tidak mengetahui relevansi ilmu di kuliah tersebut dengan dunia industri. Tetapi setelah lulus ketika bertemu dengan buku-buku professional, saya melihat Liptak pun membahas tentang pengukuran pada handbooknya, Bob Connel juga membahas pada buku yang saya quote di atas, dan banyak buka lainnya, maka sampailah pada suatu kesimpulan bahwa “there is no control without measuerement” and “there is no oil & gas platform running without control and mesurement”. Kesimpulannya measurement atau pengukuran adalah aspek mendasar dalam dunia instrumentasi. 

Dalam dunia proses, pengukuran dilakukan pada material padat, cairan, dan gas yang sedang mengalami suatu proses pada suatu equipment. Equipment bisa berupa pipa, vessel, tanki, heat exchanger, ducting, dan lain sebagainya. Secara konseptual pengukuran dalam industri proses dibagi menjadi 3 kategori:

1. Pengukuran kondisi material yang sedang mengalami proses; yang termasuk golongan ini contohnya adalah level cairan di dalam vessel, tekanan di dalam pipa atau vessel, flowrate cairan di dalam pipa, dan temperature material tersebut di dalam suatu equipment.

2. Pengukuran properti fisik material yang sedang mengalami process; yang termasuk golongan ini contohnya adalah pengukuran density, viscosity, pH, dan atau pengukuran prosentase komponen di dalam suatu campuran.

3. Pengukuran equipment (Non-Material) yang menunjang proses; yang termasuk golongan ini contohnya adalah pengukuran vibrasi, pengukuran kecepatan putar, dan yang lain saya tidak inget.

Teknologi pengukuran sudah dikenal sejak lama terutama untuk alat-alat laboratorium. Akan tetapi tantangan untuk menciptakan pengukuran yang riil time, continuous (terus-menerus), remote dan selalu up to date menyebabkan bidang ilmu pengukuran harus beririsan dengan disiplin ilmu lain; diantaranya adalah transmisi signal, pengolahan signal, electronic, dan IT untuk menampilkan dan menyimpan data secara computerized. Bahkan pengukuran harus beririsan dengan dunia telekomunikasi, jika misalnya Direktur Utama Pertamina ingin mendapatkan data online produksi gas dari kilang pertamina di Handphone-nya saat itu juga secara online dan riil time ketika beliau sedang rapat dengan DPR. Maka proses transmisi data pengukuran langsung dapat dilakukan melalui jaringan telekomunikasi. Bahkan di ruang komisi DPR yang menangani masalah energi kalau perlu ditayangkan display produksi minyak dan gas dari seluruh PSC (Production Sharing Company) yang ada di Indonesia secara langsung, online dan riil time dari metering penjualan yang dimiliki PSC-PSC tersebut. Jangan kuatir untuk dimanipulasi, karena salah satu keunggulan flow computer (pengukuran flow untuk penjualan),menurut teman-teman di id-instrumentation@googlegroups.com, adalah tidak bisa di reset dan tidak bisa diintervensi.

Terminologi yang sering muncul dalam dunia pengukuran adalah Range, Span, Accuracy, Sensitivity, Readability, dan Linearity. Diskripsi yang ingin saya tampilkan di bawah ini adalah mengacu kepada Process Instrumentation Applications Manual; Bob Connel dengan kalimat yang saya susun sendiri.

Range adalah rentang batas bawah sampai dengan batas atas yang mampu diukur oleh suatu instrument. Basically yang disebut range adalah batas bawah sampai batas atas yang mampu disense oleh suaru alat ukur. Nah diantara rentang batas bawah dan batas tersebut diambil suatu rentang baru yang dikalibrasi yang disebut sebagai calibrated range. Dan calibrated range inilah yang lebih sering disebut sebagai Range oleh pasar, bukan melihat kepada kemampuan sensor alat ukur tersebut. Contoh Range adalah -100 degC to 100 degC.

Span adalah selisih antara batas atas dengan batas bawah suatu alat ukur. Jika range suatu alat ukur -100 degC to 100 degC maka Span dari alat ukur tersebut adalah 200 degC. Jika batas bawah adalah nol, maka Span akan bernilai sama dengan nilai batas atas dari range.

Accuracy adalah nilai kedekatan suatu pembacaan alat ukur dengan nilai sebenarnya dari proses yang sedang diukur pada kondisi static atau steady state. Lawan dari akurasi adalah error. Jika suatu alat ukur dinyatakan memiliki akurasi 1% of span apa artinya? Akurasinya 1% kah dengan error 99%? Bukan itu maksudnya. Jika alat ukur anda memiliki range 0 – 100 Psi dan accuracy 1% of Span, maksudnya adalah potensial error dari alat tersebut maksimum adalah 1% dari 100 Psi (Span) atau sama dengan 1 Psi. Jadi yang dimaksud sebagai accuracy pada datasheet manufacture sebenarnya adalah potensial error yang mungkin diberikan oleh alat ukur. Potensial error adalah bukan kenyataan error. Karena bisa saja dengan kalibrasi yang bagus errornya sama dengan 0. Statement accuracy lebih kepada jaminan dari manufacture bahwa kalaupun terjadi error maka maksimum akan mencapai 1% of span.

Sensitivity adalah nilai perubahan minimum yang dapat direspon oleh output display suatu alat ukur. Jika alat ukur memiliki sensitivity 1% of span artinya alat ukur hanya memberikan respon terhadap perubahan sebesar 1% of span dan selebihnya. Jika alat ukur anda memiliki range 0-100 Psi dan sensitivity sebesar 1% of Span atau 1% dari 100 Psi atau 1 Psi artinya hanya perubahan sebesar 1 Psi dan kelipatannya yang direspon oleh alat ukur. Perubahan sebesar 0.5 Psi tidak akan direspon oleh output alat ukur. Perubahan 1.5 Psi akan direspon sebesar 1 Psi oleh output alat ukur. Oleh karenanya sensitivity perlu untuk dicari sekecil mungkin. Agar perubahan sekecil mungkin bisa dideteksi oleh alat ukur. 

Readability adalah nilai interval diantara dua skala dari suatu alat ukur analog seperti pressure gauge dan temperature gauge. Suatu alat ukur dengan range 0 – 1000 Psi maka let say setiap skala akan merepresentasikan nilai 10 Psi. Dengan kata lain intervalnya adalah 10 Psi, dengan kata lain pointer atau penunjuk skala akan dengan jelas menunjuk suatu nilai dengan perubahan 10 Psi. Jika proses value berada pada 17 Psi atau 13 Psi maka pointer tidak akan memberikan perbedaan yang yang jelas karena intervalnya adalah 0,10,20,30,dst. Kalau ada yang bisa ‘mengarang’ suatu nilai yang tidak ada skalanya dengan kira-kira maka pernyataannya harus difailkan. Semakin tinggi suatu range maka readabilitynya semakin rendah. Semakin sempit range maka readabilitynya semakin tinggi.

Linearity adalah kemampuan alat ukur untuk menampilkan data pengukuran secara linear dalam percentage pada saat increasing dan decreasing. Alat ukur dengan accuracy yang kecil dibawah 1% of span akan menghasilkan linearity yang baik pula. Linearity juga diperlukan dalam transmisi data. Jika suatu sensor menghasilkan nilai data yang tidak exactly linear maka transmitter yang harus melakukan linearisasi. Nilai pembacaan temperature dengan thermocouple dengan mV yang dihasilkannya tidak exactly linear. Maka transmisi data 4-20 mA harus dilakukan linearisasi. Apakah bimetal pada temperature gauge menghasilkan lengkungan yang linear terhadap perubahan suhu dari 0 – 100 degC? Bagaimana kalo sifat materialnya lambat melengkung pada suhu 0-50 degC dan terlalu cepat perubahan lengkungannya pada suhu 50-100 degC? maka itu tidak linear. Tugas manufacture untuk melakukan linearisasi dengan menambahkan komponen mekanik berupa pegas dan lain sebagainya. Sehingga perubahan suhu yang linear dari 0-100 degC harus ditampilkan secara linear pula dalam penskalaan.

Nova Kurniawan

I got my Bachelor Engineering from Engineering Physics ITB Bandung, I am working at J Ray McDermott, Indonesia

InH2O Liquid Level; Diff Pressure Method

This is just for my own reminder to understand what InH2O is. InH2O is one of pressure unit we always find as an engineering unit on Differensial Pressure type Level Instrument. Why it is not Psi or Bar?. How to understand InH2O in easy way for level reading purpose? I was inspired to write down this posting from the discussion source in id-instrumentation@yahoogroups.com mailing list. This is a very-very basic and fundamental understanding.

Saya memahami arti dari 1 InH2O adalah tekanan yang diberikan oleh H2O (air) pada suatu titik dengan jarak dari titik tersebut ke permukaan air adalah 1 Inchi. Kalau kita memiliki tangki berapapun diameter atau luas alasnya jika diisi oleh air setinggi 1 inchi maka tekanan di dasar tangki adalah 1 InH2O + Tekanan Atmospher (atau Tekanan Permukaan). Konsep tekanan 1 InH2O memang tidak secara langsung menunjukkan berapa gaya yang harus diderita oleh permukaan tangki per satuan luas. Karena yang pernah bersekolah di SMA akan mengatakan bahwa tekanan adalah Gaya per Luas. Keberadaan satuan InH2O seakan-akan tidak sejalan dengan konsep satuan tekanan seperti N/m2 atau Pound Square Inch yang memang gamblang menghubungkan gaya dengan luas. Padahal InH2O pasti bisa dihubungkan dengan konsep gaya per luas N/m2 dan Psi.

Tanki dengan air di dalamnya setinggi 1 Inch tanpa ada tekanan awal Po dari atmospher maka dasarnya menderita tekanan 1 InH2O. Berapa equivalent Psi-nya? Tentu saja adalah gaya yang diderita oleh permukaan dasar seluas 1 square inch akibat air di atas-nya setinggi 1 inchi. Kita timbang  air dengan volume 1 qubic-Inch (luas 1 square-inch x tinggi  1 inch) berapa pound (lbs) beratnya maka itulah beban yang diterima per square-inch. Kalau tidak mau menimbang kita bisa menghitung pound-nya dengan menggunakan konsep density atau berat jenis yang menghubungkan volume 1 qubic-inch ke berat dalam pound. Maka InH2O akan mendapatkan equivalent PSI sebagaimana konsep tekanan adalah gaya per luasan. Jadi ada satu faktor penting untuk menghubungkan keduanya yaitu Density. Ketika berbicara tekanan dalam InH2O siap-siap berfikir sesuatu yang namanya density yang bisa dirubah ke bentuk lain yaitu Specific Gravity.

Specific Gravity dari liquid / cairan adalah didefinisikan sebagai perbandingan density suatu liquid dengan air murni pada suhu 60 degF. Kalau liquidnya adalah air murni, maka Specific Gravity air murni adalah  density air murni dibagi density air murni, artinya SG air = 1. Specific Gravity adalah besaran tidak bersatuan karena density dibagi density maka satuannya akan hilang. Kalau liquidnya berupa minyak (hydrocarbon) maka densitynya lebih ringan, katakanlah 800 kg/m3, sedangakan density air adalah 1000 kg/m3. Maka specific gravity dari liquid hydrocarbon tersebut adalah 800 kg/m3 dibagi 1000 kg/m3, hasilnya adalah SG = 0.8.

Kita kembali ke konsep tekanan dalam InH2O untuk mengetahui ketinggian dari suatu liquid dengan tanpa keraguan adanya pemahaman SMA kita tentang tekanan adalah gaya dan luas karena InH2O dan Psi adalah sami mawon. Untungnya dengan menggunakan InH2O kita akan sangat mudah untuk menentukan ketinggian suatu liquid dengan instrument berupa sensor tekanan. Ketinggian air 1 Inch diatas sensor artinya sensor menerima pressure sebesar 1 InH2O dengan asumsi tidak ada tekanan di atas permukaan air, Po=0. Dengan demikian ketika sensor kita menerima tekanan sebesar 100 InH2O, maka dengan serta merta diketahui ketinggian air di atas sensor adalah 100″. Konsep ini memudahkan untuk mengetahui ketinggian suatu liquid di dalam tangki atau vessel. Akan tetapi Po tidak mungkin sama dengan 0, setidak-tidaknya akan ada tekanan atmospher atau bisa jadi tekanan permukaan dari gas, maka instrument/sensor harus mencari selisih tekanannya untuk menghilangkan Po (tekanan permukaan). Oleh karenanya konsep-nya untuk level bukan menghitung pressure tapi differensial pressure. Sehingga tekanan yang dihitung benar-benar tekanan liquid saja.

Nah, kalau liquidnya berupa air murni maka dengan tau differensial pressure-nya N InH2O maka dengan mudah ketinggian level di atas sensor diketahui sebagai N inch. Kalau liquidnya bukan air sedangkan pressure bekerja dengan InH2O maka diperlukan sedikit konversi. Katakanlah liquid kita memiliki SG= 0.5, artinya liquid tersebut lebih ringan setengahnya dibandingkan air. Karena berat berbanding lurus dan linear dengan tekanan maka ketika suatu liquid lebih ringan 50% dari air maka pada ketinggian yang sama dengan air, sensor akan menerima pressure lebih kecil 50% dibanding air. Ketika level liquid dengan SG=0.5 setinggi N inch maka diff pressure yang diterima oleh sensor adalah 0.5N inH2O. Ketika sensor mendapatkan diff tekanan dari liquid sebesar N InH2O maka levelnya pasti lebih tinggi dua kali dibanding ketinggian air yaitu 2N Inch. Jadi kalau anda memiliki range actual di lapangan sebesar 14″ dengan liquid ber SG=0.5, maka berapa range transmitter anda yang bekerja dalam InH2O? Maka range anda adalah 0.5 x 14 InH2O = 7 InH2O. Maksimum tekanan yang bisa diberikan oleh liquid tersebut pada ketinggian 14″ adalah 7 InH2O. Kalau liquid tersebut adalah air, SG=1, maka pada level 14″ diff tekanannya adalah 14 InH2O.

Akan ada sedikit perbedaan ketika pipa kapilar ikut digunakan untuk meneruskan tekanan. Pada kondisi tanpa tekanan dari process, sensor sudah mendapat tekanan dari liquid di dalam pipa kapilar dan tekanan awal Po (atmospher atau gas). Sehingga tekanan tersebut harus diperhatikan. Dengan tau SG-nya dan ketinggian dari tapping point kapilari sampai dengan ketinggian sensor/instrument maka akan diketahui pressure yang diakibatkan oleh kapilari liquid. Kalau instrumentnya dipasang direct mounted pada level 0% maka itu adalah sisi Hi-nya, sedangkan kapilari yang dipasang diatas tepat pada tapping pointnya adalah level 100% maka dihubungkan ke Lo side. Jika jarak dari level 0% – 100% adalah 14″ dan SG=0.8, maka pada saat level proses masih 0% maka instrument akan menderita pressure dari liquid kapilari sebesar 11.2 InH2O + Po pada sisi Lo sidenya. Maka pada level 0% transmitter akan menunjukkan diff pressure sebesar sama dengan Po (dr Hi side) -(11.2 InH2O + Po) = -11.2 InH2O dan ini memberikan sinyal 4 mA. Ketika process liquid dengan SG=0.5 mencapai level 100% (pada 14″) artinya tekanan yang diakibatkan oleh process adalah 7 InH2O + Po dan dihubungkan sisi Hi side-nya. Maka pada level 100% diff pressurenya adalah (7 InH2O + Po) – (11.2 InH2O + Po) = -4.2 InH2O dan memberikan sinyal 20 mA. Jadi range transmitter-nya adalah -11.2 InH2O sampai -4.2 InH2O. Jadi hindari penggunaan rumus yang dihafal.

Nova Kurniawan

I was graduated from Engineering Physics ITB, now I am working at J Ray McDermott

Piper Alpha; The Worst Offshore Accident

This is only resume of what I watch in National Geographic, mailing list id-instrumentation@yahoogroups.com discussion and what I got from my offshore survival training and helicopter escape in MSTS. The piper alpha was recorded as the worst offshore accident in the oil & gas offshore history. 167 men died when the piper alpha exploded and more than half platform collapsed. Every offshore workers aware about this accident exactly, anything wrong or anything need to be added on my resume please feel free to put in comments.

Piper Alpha merupakan ‘huge’ offshore platform dengan berat 20000 metrix tons di laut utara yang memproduksi natural gas, crude oil, dan liquified petroleum gas (Nat Geo source). Living Quarter terletak pada deck yang sama dengan process platform. Kecelakaan Piper Alpha yang terjadi pada tahun 1988 tercatat merupakan kecelakaan terburuk dalam sejarah industri minyak dan gas lepas pantai.

Sebelum kejadian ada beberapa pekerjaan di Piper Alpha yang perlu digaris bawahi sebagai hal yeng menjadi tersangka kecelakaan tersebut. Aktivitas diving di sekitar platform yang menyebabkan Fire Water Pump inhibit, aktivitas maintenance PSV, dan maintenance transfer pump. Blow up pertama yang dilihat oleh awak kapal yang berada di dekat Piper Alpha adalah semburan berwarna biru dari modul C. Semburan berwarna biru mengarahkan tuduhan bahwa penyebab awal dari kecelakaan tersebut adalah LPG. Dan ketika dievaluasi PSV yang dimaintain tersebut berada di Modul C sama dengan awal dari blow up LPG itu berasal. Dan ketika diurut kembali bahwa ternyata line PSV tersebut pada upstreamnya terhubung dengan Pompa yang sedang dimaintain oleh krew mechanical. Dan ketika blow up terjadi Fire Water pump tidak automatic running dan lebih celakanya lagi PAGA system tidak ‘meraung-raung’ sama sekali.

Krew maintenance PSV mengajukan Permit To Work (PTW) untuk melepas PSV-B dan melakukan uji pop up – test. PSV-B terletak pada line B yang sedang not-in-service. Sesuai prosedure begitu PSV-B di lepas, temporary blind flange dipasang untuk menutup line tersebut. Dengan pertimbangan bahwa line-B tersebut not-in-service maka blind flange hanya di kencangi dengan menggunakan hand tight wrench. Padahal prosedure mengencangi flange pada line in-service adalah dengan tool flange management yang benar. Gasket yang benar, nilai torque yang terukur pada setiap bolt and nut, juga tingkat kerataan antar berbagai sisi di flange sangat mempengaruhi kemampuan flange tersebut untuk menahan leaking fluida di dalamnya. Hand tight tidak dapat menjamin tingkat kekencangan dan kerataan suatu joint flange. Hydraulic tools sering digunakan untuk mengencangi flange secara benar.

Krew maintenance Pump mengajukan Permit To Work (PTW) untuk memaintain Pump-A yang bermasalah. Agar proses produksi tetap berlangsung maka selama proses maintenance Pump-A, maka Pump-B akan di running. Permit To Work di approve tanpa memperhatikan adanya PTW yang lain dari krew PSV yang sedang melakukan maintenance PSV-B. Kedua PTW diletakkan di box yang berbeda karena lokasi PSV dan Pump di block yang berbeda. Seharusnya ketika kedua PTW dicompare dengan mengurut line P&ID-nya yang sudah dihighlight akan diketahui bahwa proposal running Pump-B harus direject karena PSV-B di downstream pump sedang dimaintain atau dilepas. Hanya karena miss paper work ini kemudian 167 orang tewas dalam beberapa jam kemudian.

Begitu Pump-B di running untuk menggantikan Pump-A maka liqufied petroleum gas segera mengalir menuju line PSV-B yang ditahan oleh blind flange dengan hand tight. Percobaan membuktikan dengan fluida yang sama, kondisi pressure yang sama, gasket yang sama, rating flange yang sama, dan hand tight yang sama, maka flange itu bocor memuncratkan fluida yang ada di dalamnya. Begitu bocor kenapa timbul api? Apakah ada ignition atau proses terdinamika dari fluid itu sendiri? Saya tidak tahu jawabannya, that is about process safety. Tiba-tiba timbul api dan control room mendapati signal fire alarm dari area Modul C. Tetapi tidak berusaha mematikan Pump-B, karena masih belum ‘ngeh’ bahwa Pump-B itulah yang mengalirkan hydrocarbon yang bocor di modul C. Aneh, seharusnya C&E dan SAFE chart sudah mengcapture hal ini secara auto. Adanya fire dari suatu area penyebabnya dari mana sehingga DCS or PLC secara otomatis akan menshutdown equipment di upstream yang berhubungan langsung dengan leaking tersebut.

Ketika api makin membesar seharusnya pula deluge system activate fire fighting system di area kebakaran. Mungkin ini sudah activate tetapi fire water ring main pressurenya jatuh karena kehabisan air. Tetapi fire water pumpnya tidak nyala auto karena lagi di inhibit, ada aktivitas diving dibawah platform. Maka fire water pump hanya nongkrong sia-sia selama kebakaran. Meskipun fire water pump tidak memiliki permissive signal dari safety sistem tetapi fire water pump tetap memerlukan initiate yang berupa pulse signal dengan cause dari jatuhya fire water ring main atau confirm fire di suatu area. Inhibit artinya DCS/PLC tidak akan memberikan aksi apapun ke fire water pump terhadap adanya input fire atau pressure ring main low. Inhibit diperlukan karena pada suction fire water pump terdapat aktivitas diving sehingga diver harus memastikan bahwa fire water pump tidak akan menyala. Pasti juga diver mengajukan PTW ke control room untuk meminta inhibit start signal dari control room.

Ketiga PTW yang saling dukung-mendukung untuk terjadinya blow up dan kebakaran yang sempurna. Lesson learnt-nya adalah PTW harus dihandle satu orang yang mengerti proses dan melakukan evaluasi multi-discipline, setiap flange harus dianggap in-service sehingga proper flange management harus dilakukan, dan jangan pernah meng-inhibit fire water pump.

Nova Kurniawan

Alumni Fisika Teknik ITB, bekerja di J Ray McDermott

Basic of Flushing; Engineering Point of View

Have you heard a very famous word in fabrication yard during tube or pipe completion activity? The word is ”Flushing”. This is the word that everybody knows what kind of activity is. “It is just like eating peanuts” perhaps somebody said. Clean it and blow it for few minutes and finish. I just want to discuss about flushing activity on engineering point of view. Don’t you know that proper flushing activity requires turbulent flow? What is turbulent flow and How to get turbulent flow? Let’s discuss it.

Tujuan utama dari flushing adalah untuk membersihkan tubing, terutama hydraulic line, dari kontaminasai partikel padat yang tertinggal di dalamnya. Debu dan serbuk besi sisa pemotongan adalah tersangka utama yang mungkin tertinggal di dalam hydraulic line. Pada artikel terdahulu telah dibahas tentang aktivitas cleaning yang disebut juga flushing dengan mengalirkan oli ke dalam sistem dan oli keluar dari sistem diukur ada berapa banyak solid contaminentnya. Solid contaminent dapat dilihat oleh mata telanjang ketika lebih besar dari 40 mikrometer, padahal partikel sebesar 3 – 25 mikrometer pun apabila tertinggal di dalam sistem akan secara signifikan mempengaruhi performa hydraulic system. Untuk memastikan bahwa partikel padat dari 3 mikrometer sampai lebih besar dari 40 mikrometer keluar dari hydraulic line maka flushing di dalam tubing harus dilakukan dengan turbulent stream.

Turbulent stream dipengaruhi oleh kecepatan fluida, viscosity fluida, dan internal diameter dari line yang dilalui. Bilangan yang dipakai untuk menjadi penanda turbulent flow adalah bilangan Reynold (Nr). Mekanika Fluida tingkat dasar mengatakan bahwa batas aliran fluida menjadi turbulent adalah ketika bilangan Reynoldnya (Nr) nya mencapai 3000 (some says 4000) dan selebihnya. Nr antara 2000 – 3000 disebut sebagai transisi atau zona kritikal. Nr dibawah 2000 disebut sebagai aliran fluida laminar.

Reynold Number, Nr = (Fluid Velocity . Line Internal Diameter) / (Fluid Kinematic Viscosity)

Syarat minimum flushing adalah minimal memiliki bilangan Reynold (Nr) 3000 (more 4000 better). Dengan menggunakan persamaan di atas kecepatan fluida minimum yang dibutuhkan akan diketahui. Dengan kecepatan dan area yang dilalui akan diketahui flowrate, gpm pompa yang dibutuhkan untuk flushing.

Jika tubingnya memiliki bending atau banyak belokan maka bilangan Reynod (Nr) yang direkomendasikan setidaknya adalah 25000. Dengan cara yang sama akan diketahui berapa kebutuhan gpm dari pompa yang dibutuhkan. Kalau lebih seharusnya lebih bagus, karena semua partikel sekecil apapun akan ikut tergilas oleh flow selama flushing.

Fluida hasil flushing kemudian diwadahi di tempat bersih / steril. Kemudian particle counter / analyzer (please check artikel sebelumnya) digunakan untuk menghitung berapa jumlah partikel dalam 100 ml fluida atau oil tersebut. Hasilnya kita cocokkan dengan standard cleaning yang ada seperti NAS, ISO, dan BS.

Ini adalah engineering point of view. Practically and normally kita bekerja menggunakan “biasanya” and “dulu-dulu”. Ada tambahan dan kritik dipersilahkan.

Nova Kurniawan

I was graduated from Engineering Physics ITB Bandung, I am working at J Ray McDermott Indonesia