Control Valve Calibration

Control Valve adalah terminologi yang digunakan untuk suatu valve yang mempunyai kemampuan throatling atau juga gradual changing. Apakah on-off valve termasuk controlled valve? Iya, tetapi jarang sekali disebut sebagai control valve. Control valve terkhusus untuk valve yang bisa menerima perintah analog baik dengan sinyal analogue maupun kumpulan sinyal digital.

Kalibrasi control valve diperlukan untuk memastikan bahwa control valve dapat menghasilkan respon aktuasi sebagaimana dikehendaki oleh sistem kontrol pada suatu proses. Respon aktuasi yang dimaksud meliputi ketepatan pada value, linearity, dan juga respon time tentunya. Control valve sebagai aktuator dalam suatu loop kontrol mempunyai peranan penting dalam meregulating suatu proses. Kegagalannya dalam meregulating suatu proses adalah merupakan indikasi abnormality suatu proses yang apabila berkelanjutan berefek kepada shutdown.

Ada 2 macam kalibrasi yang umum dikenal pada control valve yaitu Manual Calibration dan Auto Calibration.

Manual calibration adalah kalibrasi dengan menggunakan input manual untuk control valve dan sebagai pembanding adalah si pengkalibrasi. Inti dari pada kalibrasi adalah untuk membawa value kepada nilai sebenarnya. Value dari suatu control valva adalah bukaan / opening. Bukaan di value kan berupa percentage. Common sense mengatakan bahwa lima titik standar yang dijadikan patokan sebagai opening control valve. 0%, 25%, 50%, 75%, 100%. Aktivitas kalibrasi adalah untuk mengsinkronkan input kontrol valve yang berupa analogue signal (assumed HART) dengan opening control valve. Nilai 4-20 mA sebagai standar instrumentasi direntangkan untuk mewakili opening menjadi 4mA, 8mA, 12mA, 16mA, 20mA.

Dalam control valve dikenal terminologi Quick Opening, Linear, Equal Percentage. Istilah ini untuk menunjukkan hubungan antara opening dan flow rate. Pertanyaan yang timbul adalah apakah ketika Valve Quick Opening atau Equal Percentage maka opening travelnya tidak linear dengan input signal? Menurut pendapat orang fisher bahwa Quick Opening, Linear, dan Equal Percentage adalah trim characteristik yang sudah di set pada geometri valve yang menghasilkan nilai Cv.  Sehingga input signal terhadap opening harus selalu linear.

Namun ada pertanyaan kembali kenapa dimungkinkan untuk mengganti input characteristik menjadi Quick Opening, Linear, dan Equal Percentage dengan setting dari Handheld HART Communicator 375? Untuk apa?. Sehingga dihasilkan respon signal yang jadi melengkung atau parabolik. Saya belum menemukan jawaban yang spesifik tentang hal itu. Tapi requirement dari proses memungkinkan untuk memberikan respon yang bersifat parabolik dari suatu control valve ketika proses yang hendak dikontrol memang tidak linear. Sehingga dapat disimpulkan bahwa respon kontrol dapat juga menjadi quick opening, linear, atau equal percentage.

Jarak travel juga menjadi hal penting yang perlu diperhatikan dalam kalibrasi. Jarak travel adalah absolutely mechanical adjust pada stem control valve. Jarak travel adalah jarak dari fully open sampai fully closed. Fully closed artinya sudah tidak dapat diadjust tapi untuk fully open beberapa valve memberikan keleluasaan kepada user untuk memendekkan atau memanjangkan travel. Reference utama dalam tahap konstruksi adalah bahwa jarak travel harus sesuai dengan data sheet. Jika jarak travel salah maka control valve akan mendeteksi maksimum open sebagai 100%. Misalkan control valve anda jarak travelnya 3″, namun dalam kenyataannya secara mekanikal berjarak 4″ maka dalam tahap kalibrasi nilai travel 4″ dianggap sebagai 100%, padahal seharusnya kalau merefer kepada datasheet dengan travel 3″ maka nilai opening 4″ adalah sekitar 133%. Oleh karena itu harus benar-benar dipastikan bahwa jarak travel sudah sesuai requirement pada datasheet dengan melakukan adjustment pada stem.

Autocalibration dapat dilakukan dengan menggunakan Handheld Fisher 375. Pilih menu calibration and auto. Valve secara otomatik mencari highest postition dengan menstroke secara penuh control valve, nilai itu akan secara otomatik dianggap sebagai nilai 100%. Kemudian valve akan mencari nilai fully closed, dan nilai itu adalah 0%. And valve calibrated already.

Initial opening menjadi penting ketika tight shut off menjadi hal utama. Artinya ketika fully closed 0% control valve harus benar-benar tight. Bagaimana memastikannya? Case untuk FC, langkah pertama pastikan ketika feedback menunjukan 0%, kemudian release pressure-nya maka control valve tidak ada gerakan turun lagi. Atau dengan mengirim signal dibawah nilai minimum 4 mA, misalnya 3.8 mA maka control valve juga  sudah tidak dapat  turun lagi.  Kalo control valve sudah terkalibrasi tetapi ketika dikirim signal 3.8 mA control valve masih turun lagi maka  nilai 0% belum sepenuhnya tight.

Hal yang perlu diperhatikan ketika melakukan kalibrasi adalah control valve dalam kondisi out of service. Serta proteksi kalibrasi harus dihilangkan. Pastikan input karakteristik dan send ke control valve. Setelah kalibrasi selesai control valve dikembalikan pada kondisi in-service.

Ada pertanyaan dari seorang blogger ttg bagaimana kalibrasi dengan menggunakan PLC dari HMI. Istilah ini dikenal dengan Remote Calibration. Dalam project umumnya remote calibration dilakukan dalam phase Pre-Commissioning. Dalam teknologi HART & Fieldbus remote kalibrasi sudah normal dilakukan. Ada software khusus yang berfungsi sebagaimana HART & FF Communicator yang diinstall di HMI yang dapat menjalankan mode kalibrasi. AMS Device Manager Software yang pernah saya liat digunakan untuk control valve remote calibration. Tanpa tambahan software itu tetapi ingin melakukan kalibrasi? Hmm…saya belom pernah menemukan PLC bisa melakukan remote calibration tanpa bantuan teknisi di field. Artinya saya belum pernah tau PLC dapat mengedjust I/P secara otomatik seandainya ada masalah ketika dikirimkan signal 25% ( 8 mA ) ternyata bukaan valvenya 50%. Lain cerita jika misal kondisi seperti itu kemudian dikirim teknisi ke lapangan untuk ngedjust I/P, karena kalau kasus adjustmentnya by teknisi maka bukan PLC yang melakukan kalibrasi tetapi teknisi yang melakukan kalibrasi. PLC disitu hanya berfungsi mengirim signal AO. 

Apakah AO dr PLC untuk opening berupa percentage juga? Mmm…PLC itu kan bisa didefinisikan melalui program. Mau dibikin percentage atau besaran yang lain itu bisa dilakukan oleh programmer. Tetapi normalnya keluaran iterasi perhitungan PID logic sudah diset dalam bentuk percentage MV dan ini merupakan perintah kontrol, juga opening valve satuannya adalah percentage maka perintah signal output dari PLC (input untuk control valve) juga lebih pas dalam bentuk percentage.

AIr to Close – Air to Open / Fail to Open – Fail to Close

Ada penjelasan yang cukup mudah dimengerti dari seorang senior satu kumpeni di Jakarta tentang konsep FO/FC ini. Prinsip utama yang digunakan untuk penentuan FC/FO suatu Control Valve adalah ketika terjadi fail pada control valve maka sistem berada dalam kondisi aman (low energy). Low energy dari suatu sistem harus didefinisikan oleh team yang melibatkan multi disiplin terutama disiplin proses. Main reasonnya ketika terjadi failure maka sistem harus tidak overpressure, over level, over flow dll, tetapi energinya harus getting decrease and decrease. Ibaratnya anda punya control valve pada pipa yang mengatur inlet fluida masuk ke vessel, maka jika terjadi fail maka anda tentu ingin alirannya berhenti agar tidak luber maka pasanglah control valve Fail to Close (Air to Open). Contoh untuk Fail to Open (Air to Close) paling gampang adalah untuk perlindungan overpressure pada suatu vessel. Jika tekanan terlalu tinggi maka harus ada gas yang dibuang. Jika misalnya pada line pembuangan diberikan control valve maka harus Fail to Open, artinya jika system fail maka control valve jadi membuka dan memproteksi pressure dari overpressure di vessel tersebut. Lebih exactnya harus menggunakan evaluasi proses yang para pakarnya adalah proses engineer. Kuncinya adalah pada kondisi control valve fail, maka sistem harus menuju AMAN jangan menuju OVER.

Nova Kurniawan

Sarjana Teknik Fisika ITB, 2004, sekarang bekerja di J Ray McDermott