Proseding Pettemuan IImiah Rekayasa Perangkat NuklirPRPN-BATAN, 30November: 2011

PEREKA YASAAN SISTEM PENCITRAAN MATERIAL 01 OAlAM REAKTORPETROKIMIA OENGAN TEKNIK SERAPAN GAMMA

Rony Djokorayono " Indarzah Mp2, Usep S.G3, Utomo A4

1,2,3,·pusat Rekayasa Perangkat Nuklir, Kawasan PUSPIPTEK Serp6rJg, Gedung 71, Tangerang Selatan,15310

ABSTRAK

PEREKAYASAAN SfSTEM PENCfTRAAN MATERfAL Of DALAM REAKTORPETROKIMIA DENGAN TEKNIK SERAPAN GAMMA Telah dikonstroksi sistem deteksi pencitraanmaterial di reaktor proses untuk pembuatan material biji plastik jenis LLDPE (low linier densitypolyethylene) menggunakan metoda absorpsi radiasi gamma. Dengan menempatkan sumaer

radiasi gamma tepat di tengah bej,ana (reaktor) proses, sedangkan pancaran radiasi gamma yangkeluar dari sumber gamma jenis 1 Cs, dideteksi oleh detektor yang berada di sekeliling luar bejanaproses, yang berjumlah 12 unit detector. Hasil dari pengolahan signal dari duabelas detektortersebut diolah oleh komputer sehingga memberikan infonnasi dinamis keadaan material proses didalam bejana (reaktor) proses, Sedangkan profil tampi/an monitor hasil pengukuran berbentuktopografi dua dimensi. Keunggulan sistem ini bila dibandingkan sistem yang lain yaitu dapatdigunakan secara on line untuk memonitor f1uktuasimeterial di dalam bejana proses tanpa kontaklangsung dengan material proses dan sekaligus dapat digunakan untuk memprediksi kemungkinanterjadinya penggumpalan (clogging) pada saat proses ber/angsung.

Kata Kunci: LLDPE, penggumpalan, reaktor, pencitraan.

ABSTRACT

ENGINEElUNG DEVELOPMENT OF MATERIAL IlI-fAGING SYSTEM IN PETROCHEMICAL

REACTOR BY GAIt.,fl\4A ABSORPTION TECHNIQUE. The imaging detection system oj'LLDPE (Low linierdensity polyethylene) has been constructed using an absorption gamma radiation method. The gamma source137Cs puts in the cefllre q( the process LLDPE reactor and the detectors system (I2 detectors) are installedsurrounding olltside oj'the LLDPE process reactor. The detectors systems are connected to data acquisitionand a computer .\)'stem is used to produce two dimensional topography profile. The advantage of this systemis both non contact and on line clogging measurement oj' process reactor. So it can predict cloggingmaterials in advance

Keywords: LLDPE. clogging, reactor, imaging.

1. PENDAHULUAN

Pada awalnya Industri Petrokimia yang mengolah bahan baku nafta dari minyak mentahmenjadi Polyethylene dan kemudian menjadi biji ptastik, menggunakan metoda pengukurantemperatur yang dikombinasi dengan tekanan untuk mendeteksi adanya material clogging, yanghasilnya kurang akurat, sehingga sering terjadi kegagalan proses. Akibat dari sering gagalnyaproses yang disebabkan oleh material clogging, yang selanjutnya mengganggu kesinambunganproses, serta mengakibatkan kerugian yang besar karena proses pabrik harus diberhentikan. MakaTeknik serapan radiasi gamma telah diterapkan untuk memonitor clogging pada reaktor proses danhasilnya akurat serta dalam pemasangannya tidak mengganggu proses.

-187-

Proseding Pertemuan Ifmiah Rekayasa Perangkat NuklirPRPN-BATAN, 3D November 2D11

2. TEORI

Metoda detekst pencitraan material di reaktor proses pad a pembuatan material biji plastikjenis LLDPE menggunakan metoda pengukuran densitas material di dalam reaktor proses LLDPE

dengan teknik absorpsi radiasi gamma, dapat dilihat p'ada Gambar 1.Radiasi gamma yang keluar dari sumber 13 Cs mempunyai intensitas No akan diabsorpsi

oleh material proses setebal X2 antara sumber 131Cs dan dinding reaktor proses. Kemudian radtasitersebut diabsorpsi lagi oleh tebal dinding proses X1• Akhirnya intensitas radiasi yang tersisaditerima oleh detektor.

Intensitas radiasi yang diterima detektor akan memenuhi persamaan 1 [1J :

N = No e -ppX (1)

dimanaNo = Intensitas radiasi Sumber 137 Cs sebelum diabsorpsi material LLDPE

j.t = koefisien absorpsi massap = densitas material yang dilalui berkas radiasi gammax = teballapisan yang dilalui berkas radiasi gamma

Visualisasi pengukuran peneitraan densitas material di dalam reaktor LLDPE dapatdijelaskan sebagai berikut: .Sumber radiasi ditempatkan pada posisi tengah reaktor, sedangkan detektor yang berjumlah duabelas buah ditempatkan pada dinding luar reaktor, intensitas radiasi yang diterima detektorberubah ubah sesuai dengan tebalnya sera pan material LLDPE.

No = Jntensitas awaJ dari

sumber radiasi gamma 131Cs

Detektoc ~

Tebal Dinding Reaktor X1

Posisi Sumber Radiasi Gamma 137 CsReaktor Proses Diameter 12 m

dengan Tebal dinding 10 em

Arah Material Proses LLDPE

Dengan densitas antara400 Kg/m3 sampai 700 Kg/m3

Gambar 1. Metoda deteksi peneitraan densitas material di dalam reaktor prosesLLDPE menggunakan absorpsi radiasi gamma.

Untuk kasus deteksi pencitraan densitas material proses yang berada di dalam reaktorproses LLDPE akan memenuhi persamaan 2 sebagai berikut :

N = Noe - (pI pI xl + p2 p2 x2 )

dimana

j.t 1 = koefisien absorpsi massa dinding reaktor proses setebal X1

j.t2 = koefisien absorpsi massa material proses setebaf X2 dari posisi sumber gamma.X1 = tebal dinding reaktor prosesX2 = teballapisan material prosesp1 '" densitas dinding pipa kirip2 = densitas material proses

(2)

-188-

Proseding Pertemuan f1miah Rekayasa Perangkat NukfirPRPN - SA TAN, 3D November 2011

karena tebal dan material dinding reaktor tetap sehingga ).11, X1, p1, dianggap konstan, dengandemikian intensitas radiasi yang diterima oleh detektor dapat dinyatakan dengan persamaan 3 dan4 berikut :

N =No e ·(KI + (jJ2 p2X2))

N = No e 'jJ2p2X2

Intensitas yang dihasilkan oleh detektor akan memenuhi persamaan 5)

N = No e . jJ 2 p2 X2

(4)(3)

(5)

Perubahan intensitas keluaran detektor akibat perubahan densitas material proses akanmemenuhi persamaan 6.

Ln N = Ln ( No ) - (p2 p2 X2 ) (6)

8ila NoA, )l2, x2 dianggap konstan maka perubahan arus keluaran detektor akibat perubahandensitas material proses menjadi :

d ( Ln N) = - d (p2 )

dan akan memenuhi grafik pengukuran seperti pada gambar 2 berikut:

(7)

Ln NNo

Nn

••••••~ ..

po pn densitas material proses

Gambar 2. Intensitas Keluaran detektor vs densitas material proses

Oari grafik pada gambar 2 dapat dijelaskan bahwa setelah dikonversi logaritmik makaintensitas yang keluar dari detektor akan berkurang secara proporsional dengan naiknya densitasmaterial proses di dalam reaktor.

Tampak atas posisi dua belas detektor (A,8,C,O,E,F,G,H,I,J,K,L) yang berada di sekelilingdinding reaktor proses LLOPE. Jenis detektor scintilasi yang digunakan adalC3h detektor sensitifterhadap radiasi gamma.

A

K

J o

G

Gambar 3. Tampak atas terhadap posisi dua belas detektorpencitraan material proses

-189-

Proseding Pertemuan I/miah Rekayasa Perangkat NuklirPRPN-BATAN, 30 November 2011

Tepat di tengah lingkaran adalah posisi sumber radiasi gamma, sedangkan di sekeliling sumberradiasi gamma sampai sebelah dalam dinding reaktor berisi material LLDPE berbentuk sluny,bertekanan 32 bar dan bertemperatur antara 70°C sampai 100°C.

Kondisi proses reaktor saat beroperasi selalu bergejolak dinamis sehingga hasil pantauandi monitor komputer akan berbentuk bintang yang diameternya berubah-ubah sesuai dengankondisi dinamis material LLDPE di dalam reaktor tersebut.

3. TATA KERJA

Blok sistem pencitraan material proses di dalam reaktor petrokimia dengan teknik serapan gammadapat djJihatpada gambar 4. berikut :

REAKTOR PROSES RADIUS 6 METER,BERISI MATERIAL POLYETHYLENEBERBEBTUK (SLURY), BERTEKANAN 32BAR DAN BERTEMPERATUR 70°C~AMPAI100°r.

REAKTOR PROSESSERISI MATERIALPOLYETHYLENEISLURY)

12 BUAHDETEKTOR CHUNKAT AU DETEKTOR

PENCITRAAN

DETEKTOR CHUNK

7DETEKTOR DITEMPATKAN PADAPOSISI E3, 12 METER DARIGROUND, SEDANGKAN TINGGIREAKTOR SEKITAR 50 METERDARI GROUND.

TAMPILAN PENCITRAANTERLIHAT PADA KOMPUTERPROSES DCS YOKOGAWA 01KONTROL ROOM, DANPOSISI KONTROL ROOM1200 METER OAR! REAKTORLLDPE.

POMPA KIMIAANTI lOGGING

POMPADILUENT

Gambar 4. Blok sistem monitor pencitraan pada Reaktor LLDPE

-190-

Proseding Pertemuan Ifmiah Rekayasa Perangkat NuklirPRPN-BATAN, 30 November 2011

Detektor A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,K,L ditempatkan pad a posisi E3 Reaktor LLDPE secarahorizontal. Detektor detektor terse but menggunakan jenis detektor scintilasi high sensitif gamma,dilengkapi processor pengolah signal dan keluaranyya menggunakan standard pengukuranDistributed Control System (DCS) Yokogawa yaitu 4-20 mA. Signal keluaran dari detektor detektorterse but ditransmisikan melalui kabel signal terisolasi sepanjang 1200 meter ke Kontro! Room.

Di kontrol Room signal pengukuran tersebut dimasukan ke modul modul signalconditioning isolasi dan kemudian di akusisi oleh Sistem data akusisi komputer proses Yokogawa.Hasil pengukuran detektor clogging ditampilkan secara serempakoleh komputer proses, sehinggatampilannya berbentuk bintang yang diameternya berubah ubah secara dinamis menyesuaikankeadaan material LLDPE yang berada didalam reaktor proses. Pada posisi volume bintangmencapai 70% maka sistem kendali akan beke~a untuk membuka katup cairan kimia yangdigunakan untuk menjaga agar volume bintang t;dak lebih dar; 70%.

Volume bintang menandakan jumlah material LLDPE di reaktor pada posisi E3. Jika batasvolume dilampaui maka material LLDPE akan menggumpal membentuk Clogging, yangmengakibatkan Reaktor tersumbat, sehingga proses kegiatan harus dihentikan, hal tersebut tidakdikehendaki oleh pihak manajemen, karena merupakan suatu kegagalan proses dan kerugianpabrik.

4. DATA PENGUKURAN & PEMBAHASAN

Pengukuran Latar belakang paparan radiasi saat Source Cs-137 pada posisi tertutup,terlihat di tabel 1 berikut :

No Posisi BackgroundKeluaran SignalDetektor

(uSv/h)Detektor (mA)1

A 0.124.142

B 0,114,123

C 0,114,134

D 0,134,155

E 0,144,166

F 0,194,207

G 0,164,188

H 0,164,179

I 0,144,1610

J 0,154,1711

K 0,124,1512

L 0,134,15

Pengukuran paparan radiasi saat Source Cs137 pad a posisi terbuka dan Reaktor LLDPEkondisi kosong tanpa material, terlihat di tabel2 berikut :

No PosisiPaparan pada DetektorKeluaran SignalDetektor

(uSv/h)Detektor (mA)

1

A 11,2-12,0 20,2

2

B 12,5 - 12,820,8

3

C 12,4 - 13,020,9

4

D 12,0 - 13,020,7

5

E 11,5 - 11,920,2

6

F 11 ,8 - 12,120,3

7

G 12,7 - 13,020,7

-191-

Proseding Pertemuan IImiah Rekayasa Perangkat NukfirPRPN-BATAN, 30 November 2011

8H 12,3 - 13,020,6

9

I 11,4- 11,820,2

10

J 11,0- 11,620,0

11

K 11,1 - 11 ,620,0

12

L 11,3 - 11,520,0

Dari data tabel1 dan tabel 2 didapat persamaan linier Y=1,34X + 4,12Y = mA dan X = flSv/h

Pengukuran paparan radiasi saat Source Cs137 pada posisi terbuka dan Reaktor LLDPEsedang beroperasi (bermaterial LLDPE density 550 Kg/m3), terlihat di tabel 3 berikut

No PosisiPaparan pada DetektorKeluaran SignalDetektor

(IlSv/h)Detektor mA

1

A 5,1-5,5 11,2

2

B 5,2 -5,5 11,3

3

C 5,0 -5,2 10,9

4

0 5,1-5,2 11,0

5

E 5,1-5,2 11,0

6

F 5,2 -5,3 11,2

7

G 5,2 -5,3 11,2

8

H 5,1 -5,2 11,0

9

I 5,0 -5,1 10,9

10

J 5,1-5,2 11,0

11

K 5,1-5,2 11,0

12

L 5,2 -5,4 11,2

Jika keluaran detektor mendekati 4,0 mA, maka pencitraan material proses yang terbentukmenjadi maksimum mendekati penggumpalan (clogging), sehingga diprediksi terjadinya Chunk,dan material proses di dalam reaktor akan menggumpal dan berhenti beroperasi.Bentuk tampilan pencitraan pada komputer jika material LLDPE di dalam reaktor mendekatipenggumpalan (clogging) dapat dilihat pad a gambar 5 berikut :

Gambar 5. Bentuk tampilan pencitraan di komputer proses reaktor LLDPE,saatoperasi dalam keadaan kritis mendekati ctogging ( output'detektor 5.0 mA dengan

densitas mendekati 700 kg/m3)

-192-

Proseding Pertemuan Ifmiah Rekayasa Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, :30 November 2011

Bentuk tampilan pencitraan pada komputer jika material LLDPE di dalam reaktor kondisi Normaldapat dilihat pada gambar 6 berikut:

Gambar 6. Bentuk tampilan pencitraan di komputer proses reaktor petrokimia LLDPE,saat operasi dalam keadaan normal (11.2 mA densitas LLDPE 550 kgfm3)

Bentuk tampilan pada Komputer jika reaktor LLDPE saat mUlai bekerja, dimana sam mulai bekerjamaterial proses masih berbentuk gas bercampur sedikit slurry polyethilene (densitas 400 kg/m3) ,dan tampilannya dapat dilihat pada gambar 7 berikut:

Gambar 7. Bentuk tampilan pencitraan di komputer proses reaktor petrokimia LLDPE,saat operasi dimulai ( 18,5 mA)

5. KESIMPULAN

Dari hasil pengukuran didapatkan persamaan linier Intensitas radiasi gamma yang diterimadetektor dengan keluaran sistem deteksi dalam mA yaitu Y=1,34X + 4,12 dimana Y = mA danX = ~lSv/h dengan koefisien korelasi 99,7%. Sistem ini telah diaplikasikan di reaktor petrokimiaLLDPE PT. Chandra Asri.

6. DAFTAR PUST AKA

1. Rony Djokorayono, Indarzah MP, Usep SG, Sistem Monitoring Material Clogging Pada ReaktorLow Linear Density Polyethilene Dengan Radiasi Gamma (Jurnal Perangkat Nuklir Vol.05 nO.51Mei 20111SSN : 1978 - 3515), Pusat Rekayasa Perangkat Nuklir, Serpong (2011) 20-27.

2. IAEA (International Atomic Energy Agency) 1965, Radioisotope Instruments in Industry andGeophysic, Viena.

3. Berthold, "Berthold Radiation Measuring Instruments For Industry", Gmbh & Co KG, 0-7547Bad Wilbad (2008)

-193-