Peralatan Utama Sistem Listrik Untuk Kilang Pencairan Gas Alam

Peralatan Utama Sistem Listrik
Untuk Kilang Pencairan Gas Alam

1.0. Pendahuluan
Kilang industri oil & gas, khususnya kilang pengolahan gas alam memerlukan sistem utilitas sebagai salah salah satu penunjang operasi. Umumnya, lokasi kilang terletak jauh dari kota besar sehingga hampir seluruh prasarana dan sarana harus dipersiapkan, termasuk di dalamnya pembangkit tenaga listrik. Tulisan ini hanya akan membahas mengenai sistem kelistrikannya saja, meskipun banyak faktor penunjang lainnya.

2.0 Fasilitas Kilang Pencairan Gas Alam
Fasilitas kilang terdiri dari;
a). Fasilitas pengolahan seperti: feed inlet system, dehydration/mercury removal, liquefaction, fractionation dan rangkaian refrigeration.
b). Sistem Utilitas seperti: pusat pembangkit, pemanas minyak, fuel gas, air, nitrogen, pemadam kebakaran, dan listrik.
c). Fasilitas Offsite seperti: penyimpanan (storage) and pengapalan (loading) LNG, termasuk penanganan BOG compressor, penyimpanan (storage) dan pengiriman (transfer) kondensat, penyimpanan dan pemindahan minyak diesel (Diesel oil storage and transfer), proses gas/pembuangan cairan (liquid disposal), pengolahan air limbah (Waste water treatment), penyimpanan limbah berbahaya dan tidak berbahaya, bangunan, sistem telekomunikasi, fasilitas pembongkaran barang (Material off loading facilities) dan sistem instrumen dan kontrol.
2.1. Dasar Perancangan Listrik.
Diperlukan sistem listrik yang dirancang fleksibel dan andal. Tujuan utama perancangan sistem adalah operasi pengolahan yang andal dengan mempertimbangkan kondisi keselamatan. Semua sistem listrik agar dirancang sesuai dengan standar IEC (mungkin saja ANSI) dan beroperasi pada frekwensi 50 hz.
Beberapa hal yang menjadi tanggung jawab kontraktor EPC antara lain konfirmasi mengenai semua beban-beban listrik dan memverifikasi ketepatan kemampuan generator dan turbin utama, generator essential dan generator darurat, switchgear-switchgear, trafo-trafo, kabel-kabel, rel-rel peralatan listrik, dan komponen-komponen lainnya.
Semua switchgear dan MCC tegangan menengah jika dipesan dari USA agar dibuat dan diuji sesuai dengan ANSI/NEMA standard, misalnya 11 kV, 3-fasa, 50Hz, 63 kA RMS rating arus hubung singkat simetris. Semua switchgear dan MCC tegangan rendah agar dibuat sesuai dengan IEC standar 420V, 3-fasa dan 50 Hz.
Pemilihan kapasitas generator agar sesuai dengan pilosofi N+1 yang sudah ditentukan sebelumnya, di mana N merupakan jumlah generator yang diperlukan untuk mengopereasikan beban kilang.
2.2. Filosofi Sistem Kelistrikan
Filosofi sistem kelistrikan merupakan garis besar dari prinsip-prinsip disain yang akan diterapkan, termasuk didalamnya memilih dan mengoperasikan sistem kelistrikan tersebut. Fasilitas kilang industri minyak dan gas biasanya terdiri dari sebuah pusat kontrol proses utama, kilang pengolahan dan ruang kontrol lokal. Kontrol Sistem Utilitas seperti pembangkit listrik dapat saja digabung di ruang kendali utama.
Aspek-aspek yang harus dipertimbangkan terhadap pokok pembahasan sistem kelistrikan berikut ini: pembangkitan dan distribusi daya (daya normal, daya khusus atau essential dan darurat, dan daya kritis), pengaman dan pengendali listrik, penerangan dan beban daya kecil, rancangan kabel, dan pentanahan dan pengaman petir.
Untuk mencapai tujuan utama dari disain kilang maka banyak dokumen yang harus disiapkan. Dokumen tersebut harus sesuai dengan dasar-dasar proyek dan paket-paket rancangan seperti spesifikasi yang berhubungan dengan “National and international standards and code”. Pilosofi yang jelas dan ringkas tentunya dapat diterapkan pada proses rancangan selanjutnya atau rancangan final (detail design).

2.3. Kondisi Sistem Kelistrikan yang diharapkan
Rancangan sistem kelistrikan agar berdasarkan kondisi berikut ini:
· Aman bagi manusia dan peralatan pada saat pengoperasian dan pemeliharaan.
· Andal dan berkesinambungan pelayanannya untuk semua kondisi kerja.
· Pasokan dan distribusi daya darurat (emergency power) untuk beban-beban utama terjamin.
· Pasokan UPS untuk sistem kontrol kritis, komunikasi dan peralatan keamanan (safety equipment) yang diperlukan.
· Kemudahan dalam melakukan pengoperasian, pemeriksaan (inspection), pemeliharaan dan perbaikan.
· Peralatan tertentu dapat saling dipertukarkan dan kemudahan pengembangan untuk waktu yang akan datang.
Rincian dari persyaratan peralatan listrik dapat dijumpai pada masing-masing spesifikasi peralatan.
2.4. Standard an Code
Seluruh peralatan listrik yang akan diterapkan di dalam kilang pengolahan harus memenuhi standar dan code yang berlaku, seperti International Electro-technical Commission (IEC), Institution of Electrical Engineers, Institution of Electrical and Electronic Engineers, American Petroleum Institution, Institute of Petroleum, CAP 437, IALA AISM, International Civil Aviation Organization, ANSI/NEMA, NEC dan lain sebagainya.
3.0 Pembangkit & Distribusi Tenaga Listrik
3.1. U m um.
Karena lokasinya yang terpencil, sehingga tidak ada dukungan infrastruktur dari luar kilang yang tersedia dan untuk itu, maka sistem utilitas dirancang berdasarkan kebutuhan sendiri. Dalam perencanaan Kilang LNG biasanya utilitas kilang tidak akan memasok energi listrik ke utilitas diluar kilang. Hal ini didasarkan pada perkiraan pemenuhan beban kilang dan daya yang dibangkitkan biasanya tidak berlebihan dan kalaupun ada dipersiapkan untuk kebutuhan pengembangan kilang.
3.1.1. Pembangkit Utama
Untuk memenuhi kebutuhan energi listrik, maka perusahaan merencanakan membangun Power House. Untuk penyederhanaan konfigurasi dan pengurangan biaya investasi, maka dipilih pembangkit daya yang sesuai dengan pertimbangan teknis dan ekonomi, bisa saja turbin gas siklus sederhana, turbin uap dan atau mesin diesel dengan ketersediaan cadangan sistem N + 1 yang diterapkan untuk pasokan normal.
3.1.2 Pembangkit Daya Darurat
Sistem daya darurat kilang (Plant Emergency Power System) juga dipersiapkan untuk memberikan pasokan ke sistem kontrol kilang, system ESD, sistem Fire & Gas, ruang kontrol, sistem-sistem komunikasi dan sistem penerangan darurat jika sistem distribusi daya normal terganggu. Jumlah mesin pembangkit darurat harus disesuaikan dengan daya darurat, daya khusus (essential) dan daya kritis yang diperuntukan bagi pasokan daya darurat dan black-start-up.
3.2. Peralatan Listrik Utama
Berikut ini peralatan elektrik utama yang diperlukan:
· Pembangkit daya normal dan darurat.
· Peralatan Distribusi tenaga listrik seperti substation, kabel, dan transformator.
· Pasokan daya tidak terputus (Uninterruptible Power Supply).
· Pasokan daya instrumentasi (Instrument power supply).
· Motor listrik (Electrical Motor System).
· Cathodic Protection – Sacrificial anode atau impressed current system.
· Electric heat tracing system.
· Sistem proteksi pentanahan dan petir.
3.2.1. Distribusi Tenaga Listrik
Pembangkit Daya Listrik.
Jenis penggerak pembangkit utama kemungkinan adalah penggerak turbin gas, turbin uap dan mesin diesel, atau kemungkinan gabungannya. Jumlahnya akan sangat dipengaruhi faktor keandalan sistem yang direncanakan. Penggerak mula generator darurat yang dipilih umumnya merupakan penggerak mula mesin diesel.
Parameter-parameter generator pembangkit daya kilang pencairan gas alam dari kilang satu dengan lainnya umumnya selalu tidak sama, misalnya saja ada yang memilih parameter tegangan 11 kV, 3 fasa dan 50 hz untuk sistem distribusi primer, 6.9 kV sistem tegangan distribusi sekunder. Adapun berbagai tegangan distribusi yang diterapkan adalah 11 kV, 6.9 kV, 420 Volt, 3 fasa, dan 50Hz. Tegangan 420/240V biasanya digunakan untuk penerangan dan pemakai daya kecill. Selanjutnya tegangan 220 V fasa tunggal yang dilengkapi dengan penghantar netral digunakan untuk stop kontak (outlet) pada rumah tinggal (living quarter) dan bangunan lainnya.
Struktur Jaringan
Untuk memasok energi listrik yang efektif dan efisien maka dipilih tegangan dan struktur jaringan yang keandalannya sudah terbukti penerapannya. Berikut konfigurasi struktur jaringan yang diterapkan pada kilang LNG yang sudah terbukti baik antara lain seperti, Sistem radial sederhana, Sistem radial yang dikembangkan, Sistem Selektif Primer, Sistem lingkaran primer, Sistem Selektif sekunder dan Rel cincin (Ring Bus).
Penerapan tegangan
Distribusi primer menggunakan kabel bawah tanah dari substation utama ke masing-masing unit-unit substation. Penggunaan kabel tray atau kabel ladder dapat juga diterapkan sesuai dengan lokasi peralatan. Namun sebagai besar melalui kabel bawah tanah.
Motor-motor induksi operasi kontinyu disuplai dari Motor Control Center (MCC) yang dilengkapi dengan pengasut, pengecualian untuk motor dengan kemampuan sama dengan atau lebih besar dari 1500 kW suplai dayanya diperoleh secara langsung dari tegangan menengah atau melalui Captive Transformer sebagaimana ditentukan oleh sistem studi.
Berikut ini contoh penggunaan tegangan pada terminal Motor.
Motor di bawah atau sama dengan 150 kW 400V, 3 fasa, 50 hz (tegangan supali 420V).
Motor 151 kW atau lebih besar 6600V, 3 fasa, 50 hz (tegangan suplai 6900).
Pemakai bukan proses seperti peralatan penerangan dan pemeliharaan di bengkel yang mempunya rated 0.75 kW dan lebih rendah dapat dipasok dari rangkaian fasa tunggal 230/240 Volt.
Tegangan-tegangan alternatif diperkenankan seperti untuk pemanas (heater) yang menggunakan tegangan 690 volt dan motor-motor kompresor pembantu penggerak yang menggunakan pengerak dengan frekwensi yang dapat disesuaikan (variable speed drive).
Tingkat gangguan arus maksimum (MVA maksimum) agar dibatasi tidak lebih dari 50 kA untuk sistem 11 kV, 40 kA rms untuk 6.9 kV dan 65 kA rms untuk system 420 Volt. Nilai-nilai tersebut diperoleh dari hasil studi sistem daya.
3.2.2. Sistem Pentanahan
Pentanahan Sistem Daya.
Pentanahan yang dimaksud disini adalah menempatkan resistance diantara titik neutral generator atau trafo dan ke titik pentanahan.
Sistem pentanahan yang diterapkan adalah sistem pentanahan dengan tahanan rendah (low resistance grounding) seperti pada generator utama, generator darurat (emergency generator) dan trafo 11kV/6.9 kV. Sedangkan pentanahan langsung (solid grounding) diterapkan seperti pada trafo dengan sisi sekunder 420 Volt. Namun ada salah satu kilang menerapkan sistem pentanahan tahanan tinggi (High Resistance grounding) dengan menggunakan NGT (neutral Grounding Transformer) yang dipasang antara titik netral generator dan titik pentanahan. Ada juga trafo sistem tegangan 4.16 kV dan 480V yang menerapkan sistem pentanahan tahanan tinggi dengan tujuan agar gangguan tanah pada sistem tidak secara otomatis melepaskan sistem yang terganggu.
Pentanahan Peralatan.
Bagian metal dari peralatan listrik harus ditanahkan untuk mengurangi tegangan yang masuk akibat sambaran petir untuk mencegah kebakaran akibat busur api yang terjadi pada struktur atau bangunan. Namun demikian pentanahan bagian metal ke tanah tidak selalu melindungi peralatan listrik atau elektronik terhadap peralihan tegangan petir (lightning voltage transient) pada rangkaian konduktor. Untuk melindungi peralatan maka dianjurkan untuk memasang peralatan proteksi surja tegangan peralaihan.
Untuk menghilangkan tegangan yang berbahaya dari gangguan tanah, dianjurkan untuk menghubungkan (bonding) bagian metal dari raceway, kabel-kabel, enclosure yang titik akhirnya pada elektroda pentanahan.

3.2.3. Sumber suplai peralatan instrumentasi.
Suplai bukan UPS.
Pengguna instrumentasi, daya bukan UPS ditentukan pada tegangan 230 V, fasa tunggal, 50 hz, dengan batas nilai perubahan pada kondisi tunak (steady state) ±5% dan frekwensi ±2% dan tidak dilengkapi daya cadangan.
Suplai UPS.
Sedangkan untuk daya UPS mempunyai tegangan 230 V, satu fasa, 50 Hz, dengan fluktuasi tegangan ±2% dan fluktuasi frekwensi ±1% dengan autonomi daya cadangan selama 30 detik atau satu jam atau bahkan lebih, tergantung pada kebutuhannya.
3.2.4. Sistem daya tidak terputus.
Untuk mencapai tujuan tersebut maka digunakan UPS (Uninterruptible Power System) dengan gambaran singkat seperti keterangan berikut ini.
UPS DC
Masukan (input) tegangan AC 400V, ± 15%, 3 fasa dengan frekwensi 50Hz ± 10% dengan harmonic current Distortion lebih kecil dari ±10% dihubungkan ke penyearah (charger) atau pengisi baterai. Sistem UPS DC terdiri dari sebuah pengisi baterai (battery charger) yang mengubah suplai AC menjadi suplai DC, sebuah set baterai, dan perlengkapan kontrol keluaran DC dan panel distribusi DC. Keluaran tegangan tergantung tegangan sistem kontrol yang diterapkan, misalnya 125Vdc, 110Vdc, 24Vdc dan lain-lain.
Sistem pengisi baterai yang dipilih memungkinkan sistem ganda (redundant) dengan dua buah baterai pengisi ganda dan sebuah baterai bersama (1x100%).
UPS AC
Tegangan keluaran UPS AC adalah 230 V, satu fasa, 50 Hz, dengan fluktuasi tegangan ±2% dan fluktuasi frekwensi ±1% dengan kemampuan baterai memberikan daya cadangan selama 30 menit. Harmonic Current Distortion (THD) lebih kecil dari ±5%. Kemampuan terhadap beban lebih yaitu 150% untuk waktu 60 detik dan 500% untuk 10 cycles.
Sistem ini terdiri dari pengisi baterai (battery charger)/penyearah arus (current rectifier), satu set baterai, inventer sebagai pengubah masukan DC menjadi keluaran AC, sebuah saklar pemindah static otomatis, sebuah rangkaian bypass manual dari suplai daya normal. Rangkaian bypass agar dilengkapi dengan stabilizer tegangan. Sistem UPS AC agar dari jenis redundant dengan dua baterai pengisi baterai, inverter ganda dengan saklar pemindah otomatis dan dua set baterai yang terpisah (2 x 100%) seperti ditentukan pada data sheet. Setiap pasangan UPS agar mempunyai kapasitas beban 100%.
4. Sistem Studi
Untuk menghasilkan rancangan yang baik, maka perlu dilakukan studi sistem daya yang paling sedikit melakukan studi aliran daya (load flow studi), hubung singkat (short-circuit studi), koordinasi relay (relay coordination) dan studi stabilitas (stability study). Perangkat lunak ETAP (Electrical Transient Analyzer Program) dapat digunakan untuk melakukan studi diatas.
Ada beberapa perhitungan sederhana yang juga diperlukan seperti penentuan ukuran trafo, kabel, batere, proteksi katodik (cathodic Protection) baik sacrificial anode maupun impress current dan yang lainnya.
Studi dan perhitungan di atas merupakan tanggung jawab kontraktor EPC, sebagai owner tentunya harus memahaminya guna menilai apakah hasil studi itu benar.
5. Klasifikasi Daerah Hazards
Klasifikasi daerah hazardous agar sesuai dengan IEC 79-10. Pengembangan zone hazard agar sesuai dengan criteria pada API RP 500A.
Gambar-gambar klasifikasi area agar memperlihatkan plot plan unit proses yang diusulkan dan agar digunakan sebagai dasar pemilihan peralatan listrik. Menentukan area hazardous agar disesuaikan dengan keterangan lengkap data proses yang menjadi sumber pelepasan bahan yang mudah terbakar (flammable material) ke atmosfir dalam keadaan operasi normal atau tidak normal, tingkat pelepasan dan lama kejadian dan frekwensi kejadian.
Peralatan listrik sebaiknya tidak ditempatkan pada daerah hazard, atau sekurang-kurangnya tidak begitu berbahaya. Ruang listrik atau ruang peralatan local pada daerah proses dan utilty akan menerapkan sistem ruangan bertekanan, di mana ruangan bertekanan sedikit lebih tinggi dari tekanan diluar ruangan. Tentunya udara yang diambil untuk memberikan tekanan di ruang tersebut harus diambil dari daerah yang tidak termasuk hazard. Kehilangan tekanan pada daearh tersebut menyebabkan daerah tersebut diklasifikasikan sebagai daerah hazard.
Biasanya, area pengolahan diklasifikasikan sebagai area Zone 0, Zone 1, dan Zone 2 dan daerah non hazard. Sebagian besar area kilang pengolahan akan diklasifikasikan sebagai area Zone 2 dan Zone 1 yang terjadi pada daerah yang buruk ventilasinya, misalnya, vents, pump seals, sumps atau pit.
Klasifikasi daerah hazard agar mengikuti Code seperti API RP 505, “Classification of Locations for Electrical Installation at Petroleum Facilities Classified as Class 1, Zone 0, Zone 1 and Zone 2”, IEC 60079, “Electrical Apparatus for Explosive Gas Atmosphere, dan lain-lain.
6. Kesimpulan.
· Umumnya lokasi kilang pencairan gas alam terletak pada daerah yang terpencil, di mana fasilitas utiliti tidak tersedia sehingga pendirian kilang akan disertai dengan menyediakan fasilitas tersebut.
· Penggerak mula generator yang dipilih harus mempertimbangkan segi teknis dan ekonomi di lingkungannya.
· Ada tiga jenis beban listrik yang harus dipertimbangkan kondisi suplainya, seperti beban normal, essential/darurat dan beban kritis.
· Struktur jaringan distribusi yang banyak digunakan pada kilang Oil & Gas adalah jaringan radial tunggal dan secondary selective double ended substation.
· Perlu dilakukan studi mengenai aliran daya, hubung singkat, koordinasi relay dan stabiltas sistem.
· Perlu diperhatikan sistem pentanahan sistem daya dan pentanahan peralatan.
· Sistem tegangan dari kilang satu dengan lainnya umumnya tidak sama.
· Sistem daya tidak terputus dipasok dari UPS, baik itu UPS DC maupun AC.
· Peralatan listrik yang ditempatkan didaerah hazard agar dipastikan cocok dengan daerah tersebut.