Instrumentation and Automation in Oil and Gas Industries – Offshore

Oil and Gas Offshore industry lebih dari setengah abad telah menjadi penopang kebutuhan energi dunia. Seratus tahun sebelumnya onshore industri telah berkembang dan mendominasi industri ini. Salah satu bidang disiplin ilmu yang tidak dapat terlepas keberadaannya dalam menunjang kebutuhan energi ini adalah instrumentasi dan kontrol (automation). Disiplin ilmu ini berperan dalam memberikan monitoring dan otomasi atau kontrol pada proses pemisahan dan pengolahan minyak dan gas secara normal dan kontinyu (PCS). Selain itu juga berperan menjamin keselamatan dari adanya bahaya dari dalam proses atau bahaya yang berasal dari luar (SIS).

Basic dari instrumentasi dan kontrol adalah:

Measurement——-> Control ———> Actuator/Final Element

Instrumentasi mencakup definisi untuk semua device yang menunjang berlangsungnya process measurement, signal transmission, dan process acuation. Sedangkan kontrol mencakup methode dan peralatan yang menunjang berlangsungnya pengolahan data dari pengukuran, pengolahan logika pengontrolan, dan memberikan control decision untuk actuator. 

Measurement/Pengukuran

Apa saja yang hendak diukur dari suatu industri pengolahan oil & gas? Besaran fisika standar yang merupakan ciri karakteristik adanya suatu fluida (oil or gas) merupakan besaran wajib untuk diukur. Pressure, Temperature, Flow, Level & Komposisi adalah besaran pokok yang perlu dikuasai pada industri oil & gas. Besaran tambahan untuk melayani equipment atau mesin seperti pengukuran kecepatan dari benda yang berputar & pengukuran getaran/vibrasi juga diperlukan. Bagaimana cara mengukurnya? Kalo anda berbasis pendidikan ke-teknik-an yang tepat maka semua metoda pengukuran dengan sensor untuk pressure, temperature, flow, level, komposisi, vibrasi, kecepatan putar tentu saja sudah didapatkan dibangku kuliah. Sudah saatnya untuk refresh kembali prinsip-prinsip bourdon tube, diaphragm, bimetal, seebeck effect, bernoulli effect, orifice, ventury, continuity mass, DP effect to static fluid in tank and dynamic fluid in pipe, sifat keterapungan benda di fluida, ultrasonic principle, dll. Prinsip-prinsip sensor dan transducer menjadi dasar bagi pemahaman karakteristik pengukuran fluida di industri oil & gas.

Signal Transmission

Product yang secara simple menunjukkan proses ini adalah e.g. transmitter yang mengirim signal 4-20 mA, Switch yang mengirim signal 0 & 1 or Contact & Open, transmitter superimposed HART, Foundation Fieldbus, Digital Input & Digital Output. Bagaimana membentuk signal itu? bagaimana cara meng-coding signal HART & FF? Tentu saja manufacture sudah menyediakannya dan industri oil & gas tinggal menggunakan colok & nyala or plug & play. Tapi secara konsepsi bagaimana men-generate signal transmission dari transmitter ke sistem kontrol dan sebaliknya tentu saja adalah scope pekerjaan instrument & control engineer yang memerlukan knowledge base ttg signal processing & signal transmission. It’s not easy. Tapi kalau pekerjaannya hanya untuk memasang maka knowledge tentang signal tidak akan diperlukan.

Kontrol

Pada tahap ini dunia instrumentasi & kontrol untuk oil & gas memegang peranan penting dalam menjamin berlangsung proses secara auto, online-real time process monitoring & safety. Pendifinisian loop control, control methode, hubungan antara process variable yang hendak dikontrol dengan manipulated variabelnya ( yang di dalam dunia teori dibungai dengan Laplace Transform & Fourier Transform, namun dalam dunia simple control untuk tanki, vessel, perpipaan I think just “common sense” no need to do such kind eveluation or need for better?), PID methode, On-Off method, Split range, Cascade, Ratio, Overide, De-coupling, dll merupakan hal-hal yang dapat disumbangkan dunia kontrol untuk dunia industri oil & gas. PLC, DCS, Foundation Fieldbus adalah perangkat yang umum digunakan sebagai control devices untuk industri ini. Semua logika kontrol diprogram dan didefinisikan di dalam sistem kontrol.

Actuator / Final Element

Actuator yang umum dipake untuk mengontrol fluida adalah valve yang dapat berupa Control Valve, Shutdown Valve, Blowdown Valve, ataupun On-Off Valve. Ada berbagai macam body valve yang dipasangkan untuk valve-valve tersebut misalkan Globe, Ball, Butterfly, dan Gate. Final element yang lain yang dikontrol adalah Motor tetapi harus berinterface dengan Electrical Control melalui relay.  Karakteristik control valve yang disebabkan oleh geometrinya terhadap flow, respon control valve terhadap signal, dan konsep perubahan signal elektrik menjadi pneumatic adalah beberapa diantara yang harus dikuasi di actuator.

Example:

Sampai sejauh mana scope disiplin ilmu ini digunakan dalam dunia Oil & Gas Offshore, berikut ini adalah sebuah cerita pendek tentangnya.

Study Case Arthit Process Platform PTT E&P

Instrumentasi dan Otomasi secara hierarki dibagi menjadi dua system besar yaitu Process Control System dan Safety Instrumented System. Process Control System (PCS) merupakan sistem penunjang proses monitoring, regulatory control, atau pun juga advance regulatory control. Safety Instrumented System (SIS) merupakan sistem yang diaplikasikan untuk menjamin safety yang meliputi Emergency Shutdown System (ESD) dan Fire & Gas System (F&G).

Ketika normal operasi maka fungsi kontrol reguler akan dijalankan oleh PCS secara kontinyu. Monitoring open loop, running simple closed loop antara tranmitter dan control valve yang bekerja mencari kestabilan performance kontrolnya adalah fungsi-fungsi sederhana dari PCS. Demikian juga halnya dengan cascade loop, ratio, split range, yang semuanya beroperasi untuk mencari kestabilan sepenuhnya juga ditangani oleh PCS. Numerik control calculation untuk simple closed loop, cascade, ratio, split range masih dipercayakan kepada iterasi jitu PID.

Sesuai dengan perkembangan teknologi yang mengutamakan efisiensi maka FIELDBUS FOUNDATION dipilih menjadi alternatif bagi distribusi pendelegasian sistem kontrolnya. Banyak fabrikan yang sudah mensenjatai devicenya dengan fieldbus, salah satunya adalah Yokogawa. Transmitter fieldbus yang digunakan pada Arthit CPP Platform Gulf of Thailand adalah Yokogawa EJA, control processingnya atau controllernya dipercayakan kepada Yokogawa Fieldbus CS 3000, dan Control Valve masih dipercayakan kepada Fieldvue Fisher Rosemount CCI. Meskipun sistem PCS pada platform ini merupakan campuran dari berbagai manufacture tetapi karena setiap device sudah dipersenjatai memakai approved protokol yaitu Foundation Fieldbus, maka tidak perlu diragukan lagi compatibilty-nya dalam menunjang sistem kontrol.

Safety system yang lebih dikenal dengan Safety Instrumented System (detail definisi dapat dbaca artikel lain di page ini -pen), terdiri atas ESD system dan F&G system. Keduanya saling berhubungan dan berinteraksi. ESD system menjalankan fungsi process safety hazard. Dalam P&ID dengan mudah SIS dapat diidentifikasi sebagai sebuah kondisi proses yang Hi-Hi atau Lo-Lo. Demikian halnya F&G system akan menjalankan fungsi ketika adanya gas atau fire yang timbul di area platform. Kritikal process menghasilkan effect shutdown demikian juga halnya kehadiran api atau gas berbahaya akan menghasilkan inisiasi shutdown sesuai dengan levelnya menurut cause and effect matrix. Untuk safety process, transmitter yang digunakan masih dari produk Yokogawa EJA dengan HART protocol, control system menggunakan Yokogawa Prosafe, sedangkan final element adalah simple digital output untuk solenoid dan atau relay. F&G system masih mengandalkan produk dari Detronic untuk gas dan flame detector, VESDA untuk High Sensitivity Smoke Detector, Manual Alarm Call Point dan ESD button menggunakan produk MEDC.

Demikian sekilas gambaran scope instrumentasi dan kontrol untuk offshore platform oil & gas facility.

Nova Kurniawan

Alumni Teknik Fisika ITB, sekarang bekerja sebagai commissioning engineer di J Ray McDermott