Production & Technology

Pemanfaatan Big Data Analysis dan Simulasi untuk Menjaga Kinerja Industri Ammonia

Oleh : Fajar M Rahman, ST, M.Eng

(Industrial Technical Consultant Southeast Asia, Jakarta)

 

Tantangan Alat Penukar Panas dalam Industri Ammonia

Industri ammonia dalam perkembangan dunia saat ini dituntut untuk dapat terus meningkatkan efisiensi produksi sehingga mampu menekan biaya produksi agar dapat bertahan dalam kompetisi globalisasi. Khusus untuk Indonesia, yang sebagian besar pabrik ammonia nya sudah dibangun sejak lama, industri ammonia semakin dituntut untuk dapat meningkatkan efisiensi dalam proses produksi.

Salah satu bagian penting dalam produksi ammonia adalah integritas dan kehandalan sistem utilitas yang menunjang proses produksi. Hal ini dapat dilihat dari contoh kasus di bawah ini yang menunjukan bahwa 25% dari total alat penukar panas memberikan kontribusi biaya produksi sebesar hampir 85%. 25% dari alat penukar panas ini disebut dengan alat penukar panas kritikal.

 

Khusus untuk industri ammonia, alat penukar panas kritikal yang adalah:

  1. Kompresor intercooler (baik kompresor udara dan kompresor syngas)
    Alat penukar panas kompresor intercooler biasanya dirancang dengan memiliki beberapa pass (multiple pass exchanger) dan kebanyakan memiliki konfigurasi shell-side, sehingga kompresor intercooler memiliki beban dan potensi masalah yang tinggi. Penurunan kinerja pendingin mengakibatkan ammonia atau gas yang dikompresi mengalami kenaikan temperatur, sehingga lebih sedikit masa gas yang dapat dikompresi oleh kondensor. Hal ini mengakibatkan penurunan kapasitas produksi dan perolahan dari proses reaksi ammonia.
  2. Methanation cooling
    Metanation cooling merupakan alat penukar panas terakhir sebelum kompresor syngas yang mengatur temperatur gas proses. Temperatur gas proses merupakan parameter kritikal untuk menentukan efisiensi kompresor dan efisiensi produksi secara keseluruhan.
  3. CO2cooling
    CO2cooling biasanya menggunakan media air pendingan keluaran dari penukar panas lain nya, sehingga temperatur inlet air pendingin CO2 cooling biasanya lebih tinggi dibandingkan dengan penukar panas lainnya. Kinerja dari CO2cooling akan menentukan efisiensi produksi secara keseluruhan
  4. Amine cooling
    Amine cooling memiliki masalah yang sama dengan CO2cooling. Amine cooling biasanya berlokasi di bagian akhir siklus air pendingin sehingga akumulasi padatan/pengotor merupakan hal yang umum terjadi di amine cooling
  5. Ammonia converter cooler
    Serupa dengan CO2cooling dan amine cooling, ammonia converter cooling biasanya berlokasi di bagian akhir siklus air pendingin sehingga akumulasi padatan/pengotor merupakan hal yang umum terjadi.


Dengan menjaga kinerja dari kelima jenis alat penukar tersebut, industri ammonia dapat mengatasi sebagian besar masalah yang menyebabkan penurunan efisiensi produksi.

Namun, alat-alat penukar panas tersebut rentan terhadap berbagai macam isu yang mungkin terjadi seperti masalah mekanikal, operational, dan kimiawi yang erat keterkaitannya satu dengan yang lainnnya. Dalam survey yang dilakukan oleh Nalco Water selama 40 tahun terakhir, ada 4 masalah utama yang mempengaruhi kinerja alat penukar panas yaitu deposisi suspended solid atau debris, operational stress, maintenance planning yang kurang tepat, dan kualitas air pendingin. Tentunya, ke-empat masalah tersebut memiliki berbagai variabel yang mempengaruhi sehingga kompleksitas masalah yang mungkin muncul dalam alat penukar panas menjadi semakin rumit. Perbandingan frekuensi munculnya ke-empat masalah tersebut dalam alat penukar panas dapat dilihat pada gambar berikut

 

Mengubah data menjadi lebih bernilai

Untuk mengatasi masalah yang sering muncul dalam alat penukar panas kritikal serta menjaga efisiensi produski industri ammonia, terlebih dahulu perlu dilakukan peninjauan masalah yang ada. Peninjauan masalah tersebut penting dilakukan untuk mengetahui masalah apa yang muncul, kondisi saat ini, serta tindakan apa yang perlu dilakukan untuk menanggulangi masalah tersebut.

Peninjauan masalah tersebut tidak dapat dipisahkan dari pengolahan data yang telah dikumpulkan sehingga data tersebut dapat terhubung dengan parameter-parameter penting yang menjelaskan efisiensi proses produksi. Sehingga, pengambilan data dari variable yang tepat juga menjadi hal penting yang perlu diperhatikan. Beberapa contoh data penting yang perlu dimonitor adalah:

  1. Data design alat penukar panas
  2. Variable operasional yang berhubungan dengan kinerja alat penukar panas
  3. Data inspeksi rutin alat penukar panas
  4. Data perawatan (maintenance) dari alat penukar panas
  5. Data kapasitas produksi


Keempat data tersebut penting untuk mengetahui:

  1. Kinerja alat penukar panas yang diukur dengan parameter-parameter kecepatan linier air pendingin, skin temperature, dan lainnya.
  2. Dampak dari masing-masing alat penukar panas terhadap proses produksi sehingga dapat mengetahui alat penukar panas mana yang paling kritikal
  3. Masalah yang biasa muncul dari masing-masing alat penukar panas
  4. Apakah perawatan yang sudah dilakukan tepat sasaran atau tidak


Dengan pemantauan variable-variable di atas dengan tepat dan ketat, penyimpangan dari kondisi normal dapat dengan cepat diindentifikasi sehingga pemulihan kondisi dapat lebih cepat dilakukan dan dampak negatif dapat ditanggulangi sedini mungkin.

Pengumpulan data tersebut juga akan lebih bernilai jika data-data tersebut dapat digunakan untuk untuk proses benchmarking dan proses simulasi kondisi dalam alat penukar panas sehingga evaluasi alat penukar panas dapat dilakukan sebelum melakukan inspeksi. Proses ini membuka peluang untuk mengubah paradigma operasi dan perawatan alat penukar panas dari yang semula bersifat reaktif menjadi preventif. Sehingga kondisi operasional dapat dikondisikan agar mampu mencegah masalah yang mungkin muncul. Perubahan paradigma operasional ini akan memaksimalkan proses produksi, mencegah shutdown yang tidak terprediksi, memperpanjang umur alat, serta meningkatkan efisiensi penukaran panas yang berpengaruh terhadap efisiensi produksi secara keseluruhan.

Namun tentunya ada beberapa kendala yang perlu diselesaikan terlebih dahulu untuk mencapai kondisi ideal tersebut, yaitu:

  1. Akurasi alat monitoring
  2. Ketersediaan alat monitoring online
  3. Kecepatan dalam mengolah data yang dikumpulkan oleh alat monitoring online

 

OMNI Heat Exchanger

Nalco Water sejak tahun 2005 telah menjadi pionir dalam penggunaan teknologi big data analysis serta online monitoring dalam sistem utilitas industri. Pada tahun 2018, Nalco Water meluncurkan teknologi OMNI Heat Exchanger yang mampu menjawab kendala-kendala di atas.
OMNI Heat Exchanger merupakanplatform yang menggabungkan big data analytics dengan kondisi aktual dari sebuah alat penukar panas. OMNI menjembatani berbagai macam data operasional yang telah disebutkan sebelumnya agar dapat memberikan informasi yang berarti bagi pengoperasian sebuah pabrik ammonia. Berdasarkan hal tersebut OMNI dapat menganalisa kondisi dari alat penukar panas, memprediksi peristiwa pada suatu alat penukar panas dan memberikan input mengenai solusi apa yang harus diaplikasikan.

Peran OMNI Heat Exchanger dalam menjaga dan memprediksi reliabilitas dari alat penukar panas

 

Agar dapat memberikan analisa yang akurat dan menyeluruh OMNI terdiri atas 4 komponen, yakni: OMNI Audit, OMNI Sensor, OMNI Simulator dan OMNI System Assurance center.

OMNI Audit merupakan tahapan awal dalam pengaplikasian teknologi OMNI bagi sebuah system. Pada tahap ini dilakukan sebuah survey untuk mengidentifikasi alat penukar panas mana yang paling kritis dan berada pada kondisi stress yang sangat tinggi. Proses ini dilakukan oleh sebuah tim professional dengan pengalaman lebih dari 20 tahun di dunia industri.

Selanjutnya akan dilakukan pemasangan OMNI Sensor pada alat penukar panas yang sudah teridentifikasi. Beberapa sensor seperti sensor alir dan temperature akan dipasangkan guna mengumpulkan data yang dibutuhkan secara realtime dan terus menerus. Nantinya data tersebut akan dikirimkan secara nirkabel kepada cloud-based platform dimana perhitungan parameter kinerjadari sebuah heat exchanger. Tidak berhenti disitu, cloud-based platform memungkinan untuk melakukan big data analysis dimana data dari suatu alat penukar panas dibandingkan dengan database dari Nalco Water untuk memprediksi kemungkinan yang terjadi jika sebuah penurunan kinerja dibiarkan secara terus menerus. Selanjutnya hasil dari perhitungan dan performan heat exchanger tersebut dapat dilihat langsung dan real time secara online.

Tampilan OMNI Dashboard yang dapat dimonitor secara online

 

OMNI juga dilengkapi dengan OMNI Simulator yang mampu mereplikasi stress sistem dengan meniru kecepatan aliran, skin temperature, metalurgi, dan perpindahan panas yang terjadi pada sebuah heat exchanger. Hal ini dapat memberikan gambaran secara langsung mengenai kondisi kebersihan didalam sebuah alat penukar panas. Dengan melakukan pengecekan berkala pada OMNI Simulator, nantinya jika ada scale yang terbentuk dapat dianalisa secara langsung, dan melakukan langkah mitigasi yang diperlukan. Untuk memastikan seluruh informasi penting dari OMNI sampai dengan baik kepada setiap customer Nalco Water, keseluruhan proses ini dipantau oleh Nalco System Assurance Center selama 24/7/365.

 

Contoh Aplikasi

Penggunaan OMNI Heat Exchanger telah dilakukan pada berbagai customer Nalco Water. Salah satu contoh dilakukan pada sebuah pabrik ammonia dimana OMNI mampu menjaga kebersihan system alat penukar panas. Sebelumnya alat penukar panas selalu mengalami penuruhan kinerjapertukaran panas yang signifikan yang disebabkan oleh adanya aktivitas mikroba. OMNI mampu mengidentifikasikan hal tersebut dan melakukan penyesuaian dosis treatment berdasarkan hal tersebut.

Kondisi HE sebelum OMNI

 

Kondisi HE setelah OMNI

 

Pada kasus diatas, OMNI mencegah terjadinya unscheduled downtime sebelum dilakukan annual turn around, dimana sebelumnya hal ini kerap terjadi. Berdasarkan hal tersebut OMNI menyelamatkan potensi produksi senilai 2,4 Juta USD dan menstabilkan laju produksi dengan menjaga alat penukar panas pada kondisi optimum.