Layer of Protection Analysis (LOPA) of MCMT (metilsiklopentadienil

mangan trikarbonil) Reactor

disusun dalam rangka memenuhi tugas analisis resiko industri

disusun oleh:

Cyrilla Oktaviananda

14/376450/PTK/10153

MAGISTER TEKNIK PENGENGENDALIAN PENCEMARAN LINGKUNGAN

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2016

I. Pendahuluan

T2 laboratory Inc., merupakan pembuat bahan kimia yang terletak dibagian utara

Jacksonville, Florida, Amerika Serikat. T2 laboratory Inc. memproduksi

metilsiklopentadienil mangan trikarbonil (MCMT) yang dilakukan secara batch dengan

kapasitas 2.450 gallon. MCMT merupakan senyawa organomangan yang digunakan untuk

meningkatkan nilai oktan gasoline. T2 menjual MCMT dengan nama Ecotane. Reaktor

yang digunakan oleh T2 laboratory Inc., merupakan reaktor yang dibuat pada tahun 1962

dengan internal pressure sebesar 1200 psig, yang dibeli oleh T2 laboratory Inc. pada tahun

2001. T2 melakukan modifikasi terhadap reaktor diantaranya menurunkan maximum

allowable pressure dari 1200 psig menjadi 600 psig.

MCMT merupakan combustible liquid dan sangat beracun bila terhirup dan apabila

berkontak dengan kulit. MCMT memiliki boiling point sebesar 232-233oC, flash point

sebesar 82oC, keterangan mengenai MCMT dapat dilihat pada lampiran 1. Peristiwa

explosion pada T2 laboratory terjadi pada 19 Desember 2007 menewaskan 4 pekerja T2

laboratory Inc. dan melukai 32 orang. Selain menewaskan pekerja dan melukai penduduk

sekitar, efek dari explosion yang terjadi merusak bangunan yang berada disekitar pabrik

hingga sejauh ¼ mile. Bagian-bagian reaktor akibat dari explosion ditemukan hingga sejauh

1 mile.

II. Tahap Reaksi Pembuatan MCMT

T2 memproduksi MCMT melalui tiga tahap, tahap pertama, dilakukan pemanasan untuk

memulai terjadinya reaksi. Tahap pertama ini disebut dengan dengan metalation, dimana

molten metallic sodium direaksikan dengan metilsiklopentadiene (MCPD) dengan dietilen

glikol dimetil eter untuk memproduksi sodium metilsiklopentadiene dan gas hidrogen. Gas

hydrogen yang terbentuk akan dibuang ke atmosfer melalui vent.

Gambar 1. Reaksi metalation

Tahap kedua disebut dengan substitusi, dimana T2 laboratory menambahkan mangan

klorid kedalam reaktor. Mangan klorid bereaksi dengan sodium metilsikloentadiene

menghasilkan mangan dimetilsiklopentadiene dan sodium klorida.

Gambar 2. Reaksi substitusi

Tahap ketiga disebut dengan carbonylation reaction, pada tahap ini ditambahkan gas

karbon monoksida dibagian bawah reaktor hingga terbentuk bubble, ditahap ini setiap

molekul metilsiklopentadiene akan digantikan oleh tiga molekul CO dan membentuk

MCMT.

Gambar 3. carbonylation reaction

III. Proses Reaksi pada T2 Laboratory Inc.

Pada proses pembuatan MCMT, bahan baku dimasukan kedalam reaktor secara

otomatis. Sedangkan sodium metal dimasukan secara manual. Tahap pertama bahan baku

yang ada dipanaskan dengan menggunakan hot oil. Tujuan pemanasan adalah untuk

melelehkan sodium metal dan untuk inisiasi proses kimia. Ketika mencapai suhu 210oF

(98,9oC), agitator dinyalakan, ketika agitator dinyalakan maka proses mixing yang terjadi

mengakibatkan kenaikan laju reaksi yang diikuti dengan kenaikan suhu. Ketika suhu telah

mencapai 300oF (148,9oC), maka suplai hot oil akan dihentikan. Ketika suhu mencapai

360oF (182,2oC), maka air pendingin akan dinyalakan.

Gambar 4. Existing P&ID

IV. Layer of Protection Analysis

A. Outcome Interest

Meledaknya reaktor MCMT (metilsiklopentadienil mangan trikarbonil).

B. Initiating Event

Kegagalan pada sistem pendingin reaktor.

C. Skenario

Skenario dari terjadinya kegagalan proses pada reaktor MCMT berdasarkan analisis

LOPA adalah sebagai berikut:

1. High temperatur alarm gagal mengingatkan operator

2. Operator gagal restart cooling (melihat High Temperatur indicator)

3. High Temperature Shutdown switch gagal

4. Operator gagal shutdown reaktor

5. Suhu dan tekanan reaktor terus meningkat karena reaksi dalam reaktor bersifat

eksotermis

6. Operator dan pekerja lari menjauhi reaktor

D. Menentukan Risk Kriteria

Risk kriteria ditentukan dengan asumsi bahwa senyawa yang release adalah

metilsiklopentadienil mangan trikarbonil (MCMT). Berdasarkan MSDS diketahui

bahwa MCMT merupakan bahan yang beracun dan release diatas titik didihnya.

Data-data :

Kapasitas : 2.450 gallon

Densitas : 1,38 g/cm3

Massa MCMT yang release : 2.450 galon x 3785.411cm3

1 galonx1,38 gram

cm3 x 0.0022 lbgram

=28.156lb

Gambar 5. Tabel Risk Kriteria

Berdasarkan Gambar 5, dapat disimpulkan bahwa MCMT masuk kedalam Category 5.

Setelah itu ditentukan nilai frequency of consequence (per year) yang digunakan sebagai

risk criteria berdasarkan Gambar 6.

Gambar 6. Tabel frequency of consequence (per year)

Dari Gambar 6 dapat diambil nilai risk criteria adalah 10-5.

E. IPL (Independent Protecting Layer)

Gambar 7. Penggambaran IPL

Berdasarkan kejadian yang telah terjadi (realisasi hazard), maka diharapkan protection

layer yang telah terpasang pada sistem bekerja secara optimal. Adapun IPL tersebut

adalah sebagai berikut:

IPL 1 : Operator re-start cooling

Operator intervention, dimana operator wajib bekerja sesuai dengan SOP untuk

menghidupkan ulang (re-start) sistem pendinginan apabila sistem mengalami

kegagalan.

IPL 2: Pressure relief valve open on high pressure

Terdapat pressure relief valve yang digunakan untuk melepaskan gas keluar dari

dalam reaktor untuk mengurangi kelebihan tekanan.

Safety Function Operator re-start cooling water Pressure relief valve open on high pressureIdentifier B CFailure on demand 0,1 0,01

0,9continue operation

initiating event successA 0,1

failure 0,999continue operation

0,01

0,0001runaway

Gambar 8. LOPA Skenario untuk Existing Data

Berdasarkan skenario yang telah dibuat dapat disimpulkan bahwa IPL yang terpasang tidak memenuhi risk kriteria yang telah

ditetapkan, sehingga untuk menjamin agar proses dapat berlangsung secara aman dan mencegah insiden yang sama terulang maka

disusun skenario baru.

Gambar 9. Tabel Tingkat Resiko dari Kejadian

Hasil penilaian berdasarkan tabel tingkat resiko kejadian didapatkan hasil bahwa tingkat

resiko yang terjadi tergolong not tolerable dan diperlukan tindakan untuk mencegah terjadinya

kejadian pada saat masih ada kesempatan. Tindakan preventif yang dapat dilakukan adalah

dengan menambahkan independent protection layer (IPL) pada sistem reaktor MCMT tersebut.

Adapun tambahan IPL yang disarankan tersebut adalah sebagai berikut:

IPL 3 : High temperature alarms alerts operator

IPL 3 yang disarankan adalah dengan memasang alarm sebagai tanda untuk

operator, dimana alarm tersebut akan berbunyi apabila temperatur dalam reaktor

sudah melebihi 360oC.

IPL 4: Operator notices high temperature

Dengan berbunyinya alarm, operator dapat mengetahui bahwa temperatur dalam

reaktor sudah melebihi yang seharusnya dan operator diharapkan waspada dan

bersiap melakukan tugasnya sesuai dengan SOP yang telah ditetapkan seperti

melakukan restart pada cooling water dan membuka pressure relief valve untuk

mengurangi kelebihan tekanan.

Gambar 10. Perhitungan frequency of consequence (per year) untuk modification process

Berdasarkan perhitungan frequency of consequence yang dilakukan diketahui bahwa frekuensi

terjadinya kejadian (top accident) adalah sebesar 10-6. Kategori dari bahan serta frekuensi

terjadinya kejadian (top accident) kemudian di plot kedalam Gambar 10 untuk mengetahui

tingkat resiko yang akan terjadi akibat kejadian (top accident).

Gambar 11. Tabel Tingkat Resiko dari Kejadian untuk modification process

Hasil penilaian berdasarkan tabel tingkat resiko kejadian didapatkan hasil bahwa

tingkat resiko yang terjadi tergolong tolerable/dapat ditoleransi. Hal ini terjadi karena

penambahan beberapa IPL sehingga tingkat resiko dari kejadian loss of cooling dapat

dikurangi.

Tabel analisis HAZOP

No. Guide Words Element Deviation Possible Causes Consequences Safeguards

1. None Flow No flow Valve CW to jacket mengalami

kegagalan

Tidak ada aliran air

masuk kedalam sistem

pendingin

Teknisi mengecek

valve secara berkala

2 More of Temperatur More

temperature

Reaksi dalam reaktor bersifat

eksotermis

Berpotensi

menyebabkan ledakan

pada reaktor

Disediakan sistem

pendingin yang

berjalan optimal

High temperature alarm gagal

berfungsi

Operator gagal

shutdown reaktor

Disediakan sistem

pendingin yang

berjalan optimal

3 More of Pressure More

Pressure

Reaksi dalam reaktor bersifat

eksotermis

Berpotensi

menyebabkan ledakan

pada reaktor apabila

tekanan berlebih

Operator mengecek

pressure relief valve

yang digunakan untuk

mengatasi overpressure