study hazop berbasis anfis lopa pada rotary kiln

1

Abstrak— Dalam industri semen sering mengalami ganguan

proses dalam berproduksi, salah satu area yang berpotensi

mengalami gangguan adalah rotary kiln. Kiln merupakan proses

inti dalam area produksi di industri semen, karena proses

tersebut erat kaitannya dengan pembakaran raw material

menjadi clinker. Pada proses tersebut diperlukan temperatur

yang terlalu tinggi,. Oleh sebab itu kalau tidak ada pengendalian

tempearatur yang sesiai, maka rotary kiln akan mengalami

gangguan bisa berupa korosi atau proses kegagalan akibat

overtemperatur.

Adaptif Neuro Infereance System (ANFIS) merupakan salah

satu metode yang tepat untuk digunakan dalam melakukan

sebuah penelitian, estimasi maupun prediksi secara ualitatif dan

kuantitatif. Penerapan metode HAZOPS dan LOPA berbasis

ANFIS diperlukan agar memberikanhasil kombinasi metode

yang lebih baik secara kualtiatif dan kuantitatif. Hasil penelitian

ini dapat digunakan oleh pihak manajemen perusahaan dalam

pengambilan keputusan yang berpengaruh terhadap ekonomi

perusahaan. Penelitian ini diperoleh nilai safety integrated level

(SIL) dengan nilai tertinggi terdapat di zona burning sebesar 4

skenario SIL 2, sedangkan dampak ekonomi berupa potensial

kerugian yang dialami perusahaan sebesar US $ 1.00000 – US $

10.000.00.

Kata Kunci — rotary kiln, HAZOP, ANFIS, Layer of Protection

Analysis

I. PENDAHULUAN

emen memiliki peranan penting dalam aktivitas ekonomi

khususnya sebagai material penguat konsturksi bangunan.

Konsumsi semen nasional menunjukkan trend kenaikan

dalam jangka panjang dengan rata-rata pertumbuhan sebesar

6,79 pertahun. Pada proses produksi semen melalui tiga

tahapan yaitu penyediaan bahan mentah, penggilingan dan

pencampuran bahan mentah, serta tahap produksi clinker dan

pengempakan semen. Tahap yang paling penting adalah tahap

produksi clinker, karena pada tahapan tersebut material akan

mengalami pembakaran yang sangat tinggi, sehingga

menentukan kualitas produk semen yang dihasilkan. Pada

proses tersebut berada di area Rotary Kiln, dimana bahan

mentah akan mengalami pembakaran dengan temperatur 1450 0C.untuk membentuk clinker. Kondisi tersebut memilki

potensial bahaya di area rotary kiln seperti ledakan komponen,

kebocoran pada komponen, dan pencemaaran lingkungan

(septiana,dewi,2009).

Untuk mencegah dan mengurangi dampak resiko yang

ditimbulkan dari potensial bahaya diperlukan adanya proscess

safety management yang baik dari perusahaan. Dalam

proscess safety management tidak terlepas dari proses

identifikasi bahaya dan pengendalian resiko. Hazard and

Operabilty Study (HAZOPS) merupakan teknik analisa bahaya

digunakan untuk meninjau suatu proses atau operasi secara

sistematis (Lessen,2008). Penilaian resiko merupakan bagian

kritis dari suatu proses dalam suatu proses pada kondisi

bahaya.

Layer of Ptrotection Analysis (LOPA) merupakan

metode sederhana dalam suatu penilaian resiko yang

menunjukkan lapisan perlindungan secara kualitatif dan

kuantitatif dalam membuat sebuah skenario bahaya yang

terjadi (Knnneth, First,2010). Delapan lapisan perlindungan

meliputi desain proses, kontrol (BPCS, alaarm proses, dan

prosedur operasi), pencegahan (SIS), tindakan mitigasi,

rintangan fisis, sistem pemadam kebakaran, respon darurat

plant dan masyarakat digunakan untuk melakukan estimasi

resiko(Khalil, Abdul dkk.2012) Suatu pengambilan keputusan

modern berbasis software masih sanget kurang digunakan

pada dunia industri. Model yang efektif, efisien, dan handal

diperlukan dalam sebuah penilaian resiko sehingga memberi

hasil penilaian yang lebih baik, mudah diterapkan, dan akurat

dibangingkan metode konvensional. Adaptive Neuro Fuzzy

Inerferance System (ANFIS) merupakan salah satu metode

yang tepat untuk digunakan dalam melakukan sebuah

penilaian estimasi maupun prediksiscara kualitatif dan

kuantitatif (Akkoc.2012). Dengan menggunakan pengalaman

dari sistem pakar, sisem fuzzy diadopsi untuk menangani

ketidakpastian data yang ada sehingga efektif dalam sebuah

evaluasi serta keluaran dapat menjadi masukan yang kuat bagi

para pejabat, manager dan evaluator (Guazhong, Nengzhu

dkk, 2011). Sebuah sistem keselamatan harus memiliki tingkat

integritas keselamatan dari perlindungan yang disebut Safety

Integrity Level (SIL). SIL merupakan tingkatan keamanan dari

suatu equipment yang berbasis instrument (Dowell,1999).

Hasil dari penilaian resiko akan digunakan manager dan

engineer mengimplementasikan dlaam kegiatan proses dalam

pengambilan keputusan (Johson,2010).

Material dalam Rotary Kiln akan mengalami empat

tahapan proses dibagi dalam empat zona tahapan proses yaitu:

1. Calsinasi Zone ( pada temperatur 900-1000 oC),

meterial ini akan mengalami proses penguraian

unsur-unsur reaktif yang terkandung dalam material,

material mengalami proses kalsisnasi.

2. Transision Zone ( pada temperatur 1000 -1200 oC),

material mengalami reaksi antara CaO dengan

senyawa SiO2AL2O3 dan Fe2O3.

3. Sintering (burning) Zone ( pada temperatur 1200 –

1350 oC), material ini akan meleleh (sintering)

membentuk mineral cliker sebagai produk kiln Proses

Study HAZOP Berbasis ANFIS Layer Of Protection Analysis

Pada Rotary Kiln PT. Semen Indonesia Pabrik Tuban

Henry Prasetyo, Dr.Ir.Ali Musyafa’, M.Sc

Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)

Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia

e-mail: [email protected]

S

2

yang terjadi adalah antara CaO dengan senyawa

SiO2AL2O3 dan Fe2O3pelelehan dari meterial

membentuk seyawa clinker yaitu C2S(Alite), C2S

(Balite),C3A (Celite) dan C4AF(Felite)

4. Cooling Zone ( pada temperatur 1350-1200 oC),

material mengalami pendinginan dan terjadi proses

peubahan fase .

Rotary Kiln berbentuk silinder diletakkan pada posisi

horizontal dan sedikit miring , yang diputar perlahan pada

porosonya (Bambang Hermanto,2014). Berdasarkan uraian

latar belakang maka yang menjadi permasalahan penelitian

adalah :

1. Bagaimana menerapkan dan menganalisa studI HAZOP

kualitatif pada rotary kiln PT. Semen Indonesia Pabrik

Tuban III

2. Bagaimana menentukan dan menganalisa nilai Safety

Integrited Level berdasarkan ANFIS-LOPA dan nilai

Economic Impact serta Risk Decision

Tujuan dan manfaat penelitian adalah :

1. Untuk menerapkan dan menganalisa studi HAZOP

kualitatif pada rotary kiln PT. Semen Indonesia Pabrik

Tuban III

2. Untuk menerapkan dan menganalisa nilai Safety

Integrited Level berdasarkan ANFIS LOPA dan nilai

Economic Impact serta Risk Decision

II. METODOLOGI PENELITIAN

2.1 Pengambilan Data

Data yang digunakan berupa data kegagalan komponen

diperoleh dari tahun 2010-2014, data risk matrix, data P&ID,

data proses di rotary kiln pabrk tuban III, data safeguard dan

fungsinya serta data preventif maintenance instrument.

2.2 Pengerjaan HAZOP kualitatif

Untuk mendapatkan HAZOP worksheet diperlukan control

chart. Berikut ini formula untuk mencari control line (CL),

upper control limit (UCL) dan lower control limit (LCL).

Mean / Center Line (CL) =

Standart Deviation =

Upper Control Limit (UCL) = CL - k.

Lower Control Limit (LCL) = CL + k.

(Kimberly F. Sellers.2011)

2.3 ANFIS LOPA

2.3.1 ANFIS LOPA untuk severity risk impact

Gambar 2.1Perancangan FIS untuk severity risk impact

Untuk proses masukan dan keluaran dari severity risk

impact, terlihat pada gambar 2.2 dan gambar 2.3. Dimana

masukan IEL LOPA dibagi 5 kategori dan masukan

consequence severity juga dibagi 5 kategori berupa low,

medium, high, verIy high dan castatrophic.

Gambar 2.2 Fungsi keanggotaan masukan sistem (IEL-LOPA)

Gambar2.2.Fungsi keanggotaan masukan sistem (consequence

severity)

Gambar 2.3 Fungsi keanggotaan keluaran sistem (severity risk

impact)

3

2.3.2 ANFIS LOPA untuk SIL rating

Gambar 2.4 Perancangan FIS untuk SIL rating

Untuk proses masukan dan keluaran dari SIL rating, terlihat

pada gambar 2.5 dan gambar 2.3. Dimana masukan IEL

LOPA dibagi 4 kategori berupa low, medium, high dan

catastrophic dan masukan frekuensi dibagi 5 kategori berupa

low, medium, high, very high dan castatrophic

Gambar2.5.Fungsi keanggotaan masukan sistem (Severity)

Gambar2.6.Fungsi keanggotaan masukan sistem (frekuensi)

Gambar2.7 Fungis keanggotaan keluaran sistem (SIL rating)

2.3.3 ANFIS LOPA untuk Economic Impact

Gambar2.8 Perancangan FIS untuk Economic Impact

Gambar2.9.Fungsi keanggotaan masukan sistem (Injury)

Gambar 2.10 Fungsi keanggotaan masukan sistem

(Environment)

Gambar 2.11 Fungsi keanggotaan masukan sistem (Asset)

4

Gambar 2.12 Fungsi keanggotaan masukan sistem

(Reputation)

Gambar 2.13 Fungsi keanggotaan keluaran sistem (Economic

Impact)

2.3.4 ANFIS LOPA unutk Risk Decision

Gambar 2.14 Perancangan FIS untuk Risk Decision

Gambar 2.15 Fungsi keanggotaan masukan sistem ( safety)

Gambar 2.16 Fungsi keanggotaan masukan sistem (Economic

Impact)

Gambar 2.17 Fungsi keanggotaan keluaran sistem (Risk

Decision)

BAB III. HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada penelitian ini, rotary kiln dibagi menjadi 4 node yaitu

node 1 berada pada zona calsinasi, node 2 di zona transisi,

node 3 berada pada zona burning serta node 4 di zona cooling.

3.1 Pemodelan HAZOP

Gambar 3.1 Control chart untuk temperatur kiln 10-20m

5

Gambar 3.2 Conrol Chart untuk temperatur kiln 20-30m

Gambar 3.3 Control chart untuk temperatur kiln 30-40m

Gambar 3.4 Control chart untuk temperatur kiln 40-50m

Gambar 3.5 Control chart untuk temperatur kiln 40-50m

Gambar 3.6 Control chart untuk kiln speed

Gambar3.7 Control chart untuk kiln Torque

6

Gambar 3.8 Control chart untuk inlet O2 Rotary Kiln

Gambar 3.9 Control chart untuk inlet CO Rotary Kiln

Dari control chart tersebut diperoleh HAZOP worksheet

ditampilkan pada lampiran:

3.2 Pemodelan ANFIS LOPA

3.2.1 Pemodelan ANFIS LOPA untuk Severity Risk Impact

Gambar 3.10 Penilaian Risk Impact dari node 1-4

Gambar 3.11 Penilaian SIL rating dari node 1-4

Gambar 3.12 Penilaian Economic Impact dari node 1-4

Hasil keputusan penilaian resiko dari skenario node

1 hingga 4 dapat dikonversikan dengan reduksi keuntungan

perusahaan terkait. Adapun tingkat keparahan berdasarkan

CCPS 2008 dan AS/NZS 4360-2004 terhadap dampak

ekonomi sebagai berikut:

a. Low : < US $ 10.000 –US $ 100.000

b. Medium : US $ 100.000 –US $ 1.000.000

c. High : US $ 1.000.000 –US $ 10.000.000

d. Catastrophic : US $ 10.000.000 –US $ 100.000.000

7

Gambar 3.13 Penilaian Risk Decision dari node 1-4

Pada grafik diatas diperoleh nilai masing-masing node, untuk

risk impact didapat nilai maksimum berupa pengendalian di

node 3. Nilai SIL yang didapat berupa nilai maksimal di node

3 dengan 4 skenario. Pada economic impact, potensi kerugian

yang dialami perusahaan berada di node 3 dengan kategori

high, dengan nilai kerugian US $ 1.000.000 – US $

10.000.000, sedangkan untuk risk impact terlihat dari grafik

diperoleh nilai maksimal di node 3.

IV. KESIMPULAN

Berdasarkan eksperimen yang telah telah dilakukan, maka

Adapun kesimpulan yang diperoleh dari analisa dan

pembahasan sebagai berikut :

1. Studi HAZOP yang diterapkan pada Rotary Kiln PT.

Semen Indonesia Pabrik Tuban untuk analisa kualitatif

diperoleh 5 potensial bahaya dengan level emergency

(potensial terjadinya ledakan) berada di rotary feeder

speed di node 2, sensor temperatur, air slide fan, big filter

fan di node 3 serta sensor pressure di node 4

2. ANFIS Laeyer of Protection menghasilkan keluaran SIL

rating berupa node 3 memiliki tingkat keamanan yang

paling rendah terlihat dari nilai SIL node 3 bernilai 4

skenario SIL 2. Decision impact yang terdapat pada

skenario node 1-4 memberikan keluaran yang berpengaruh

terhadap aspek safety dan ekonomi perusahaan dengan

beberapa faktor seperti manusia, lingkungan, aset dan

reputasi. Analisa yang diperoleh dari dampak ekonomi

yaitu adanya potensial kerugian yang dialami perusahaan

sebesar US $ 1.000.000 – US $ 10.000.000, dengan

prioritas maintenance komponen berada di node 3 (zona

burning)

DAFTAR PUSTAKA

Akkoc, S. (2012). “An Empirical Comparison of Conventional

Techniques, Neural Networks and the Three Stage

Hybrid Adaptive Neuro Fuzzy Inference System

(ANFIS) Model for Credit Scoring Analysis: The Case

of Turkish Credit Card Data. European Journal of

Operational Research. Vol. (222). 168–178.

Dowell, Arthur M.(1998). Layer of Protection Analysis for

Determining Safety Integrity Level. ISA Transactions,

37, 155-165. United State of America: Elsevier Science

Ltd.

First, Kenneth, (2010), “Scenario identification and evaluation

for layers of protection analysis”. Journal of Loss

Prevention in The Process Industries 23, hal. 705-718.

Guazhong, W.M and Cheddie, H. (2005). Safety Instrumented

Systems Verification; Practical Probabilistic

Calculation. USA.

Johnson, Robert W. (2010). “Beyond-Compliance Uses

HAZOP/LOPA Studies”. Journal of Loss Prevention in

The Process Industries 23:30-34

Hermanto,Bambang, dkk.(2014). Sistem Monitoring Suhu

Pada Rotary Kiln Menggunakan Wireless Xbee.

Proseding Pertemuan Ilmiah XXVIII HFI Jateng

&DIY.

Khalil, M., Abdou M.A., Mansour, M.S., Farag, H.A., dan

Ossman, M.E. (2011), “A cascaded fuzzy-LOPA risk

assessment model applied in cement industry”. Journal

of Loss Prevention in The Process Industries 25, hal.

877-882.

Lassen, C. A. (2008). Layer of Protection Analysis (LOPA) for

Determination of Safety Inlegrity Level (SIL). Master

Project. Departement of Production and Quality

Engineering. The Norwegian University of science of

Technology. Snarøya.

Septiana, Dewi.(2009). “Identifikasi risiko potensial dengan

metode Hazop Departemen Kiln di PT Semen

Gresik(Persero), Tbk”.. Surabaya: K3 PPNS-ITS.

8

LAMPIRAN

Tabel HAZOP Worksheet