Studi Implementasi Alarm Management System pada Kolom Distilasi dengan Menggunakan Distributed Control System
1 Atindriyo K. Pamososuryo & 2 Hafid S.N. Muzwar Engineering Physics, Faculty of Industrial Technology; Bandung Institute of Technology; Jl. Ganesha 10, Bandung, 40132, Indonesia Email: 1 atindriyo.kusumo@students.itb.ac.id; 2 hafid.sidqi@students.itb.ac.id

## Abstrak
Di  dalam  penelitian  ini  dihasilkan  sebuah  simulasi  terjadinya alarm  flooding beserta  implementasi Alarm management system di dalam suatu plant petrokimia dengan menggunakan DCS. Plant yang digunakan  adalah  kolom  distilasi.  Dinamika  kolom  distilasi  cukup  kompleks  dan  berpotensi menimbulkan  banyak  alarm.  Untuk  menunjukkan  fenomena  tersebut,  pada  penelitian  ini disimulasikan sistem kolom distilasi deetanizer dan depropanizer beserta kondisi yang memicu alarm flooding . Selanjutnya, diimplementasikan alarm management system untuk meredam alarm flooding yang muncul pada kedua kolom tersebut.
Peredaman  jumlah alarm  dilakukan  dengan  pertama-tama  menentukan  prioritas alarm.  Setelah  itu dilakukan penonaktifan alarm-alarm yang dinilai kurang efektif berdasarkan prioritas tersebut. Pada akhirnya alarm yang muncul benar-benar alarm dengan pesan bahaya tanpa tertutup oleh alarm yang sifatnya tidak berpotensi bahaya. Simulasi dengan MATLAB juga dilakukan untuk memvisualisasikan alarm floody dan terminasi dari variabel proses karena fenomena tersebut.
Kata Kunci: alarm flooding, Alarm management system, DCS, kolom distilasi, MATLAB.

## Abstract
In this study, an alarm flooding simulation and the implementation of alarm management system for petrochemical  plant  was  developed  on  a  Distributed  Control  System.  The  plant  was  a  pair  of distillation  columns.  The  dynamics  on  these  columns  were  serve  and  prone  to  alarm  flooding. Accordingly, an alarm management system was developed to reduce the number of alarms. The alarm reduction was implemented by determining alarm priority. Based on these priorities, non essential  alarm  were  eliminated.  The  reduction  was  iterated  until  the  most  significant  alarms  were determined. A Matlab simulation was also used to visualize the alarm flooding and the termination of proces based on the phenomena.
Keyword: alarm flooding, alarm management system, DCS, distillation column, MATLAB

## 1 Pendahuluan
Industri  proses  membutuhkan  sistem  keamanan  yang  baik  demi  melindungi  segenap pekerja yang terlibat di dalam pabrik serta mencegah kerugian secara ekonomis dari suatu kecelakaan  yang  mungkin  dapat  terjadi.  Salah  satu  usaha  yang  dapat  dilakukan  adalah dengan  memberikan  sensor-sensor  pada  setiap  komponen  di  pabrik  untuk  dapat mengendalikan  variabel  proses  tertentu:  tekanan,  kecepatan  aliran  fluida,  kedalaman fluida, dan temperatur. Dengan adanya sensor-sensor tersebut, nilai variabel proses yang lebih  dari  atau  kurang  dari  standar  normal  dapat  diketahui  dan  dihubungkan  dengan piranti yang dinamakan alarm.
Alarm  dari  seluruh  pabrik  dapat  dihubungkan  dengan  satu  sistem  pengontrolan  yang dinamakan Distributed  Control  System (DCS).  Dengan  DCS  alarm  dapat  dengan  mudah dipantau dan dikendalikan.
Kemudahan  yang  ditawarkan  DCS  dalam  memantau  alarm,  menyebabkan  semakin banyaknya  data  alarm  yang  dapat  diakuisisi  ke  dalam  basis  data  DCS.  Terlepas  dari kemudahan  tersebut,  timbullah  masalah  karena  terlampau  banyak  alarm  yang  muncul dalam rentang waktu tertentu. Masalah ini dinamakan alarm flooding . Alarm flooding dapat menyebabkan  kecelakaan  kerja  mengingat  semakin  mudahnya  alarm  yang  memiliki konsekuensi besar untuk terabaikan oleh operator [1].
Salah  satu  kasus  kecelakaan  akibat alarm  flooding adalah  kasus  Three  Mile  Island  di Amerika  Serikat  pada  tahun  1979  yang  disebabkan  oleh operator  overload dengan kerugian  mencapai  US$  1  Miliar.  Adapun  alarm  yang  muncul  pada  saat  peristiwa  terjadi kurang lebih 100 alarm [5]. Hal serupa juga pernah terjadi pada Milford Haven Refinery di Inggris pada tahun 1994 dengan kerugian mencapai GBP 48 juta dan 26 orang luka-luka. Jumlah alarm yang muncul pada kecelakaan tersebut mencapai 275 kali dalam 10 menit [4].
Solusi  dari alarm  flooding adalah Alarm  Management  System (AMS)  atau  sistem manajemen alarm.  Misi dari AMS adalah  memangkas jumlah  alarm  yang muncul dengan mengurangi faktor-faktor penyebab kemunculan alarm, contohnya mengurangi kemunculan nuisance  alarm (alarm  yang  berulang-ulang)  dan  menetapkan  alarm  dengan  prioritas tertentu.  Pemangkasan  ini  tentunya  dengan  tetap  mempertahankan  fungsi  alarm  untuk mencegah kecelakaan di dalam industri proses.
Penelitian  ini,  secara  khusus,  mensimulasikan alarm  flooding yang  terjadi  dalam  kolom distilasi  deethanizer  dan  depropanizer.  Setelah  simulasi alarm  flooding dilakukan, pencegahan  dengan  AMS  diimplementasikan.  Penelitian  ini  memanfaatkan  parameter- parameter fisis sistem kolom distilasi dalam penelitian [2].

## 2 Alarm
Alarm merupakan  sebuah  indikator  yang  digunakan  secara  audio  dan/atau  visual  untuk menginformasikan  kepada  operator  bahwa  terdapat  proses  yang  bekerja  di  luar  fungsi normal atau telah melewati batas aman tertentu yang telah ditetapkan sebelumnya. Hasil kunci dari efektifnya respon operator terhadap peralatan yang berjalan secara tidak normal sangat  tergantung  dari  kecepatan  dan  akurasi  operator  membaca  indikator  alarm  yang membutuhkan tindakan secepatnya.

## 2.1 Alarm Flooding
Alarm  flooding (‘banjir’  alarm)  merupakan  salah  satu  fenomena  dalam  operasi  alarm  di mana angka kemunculan alarm sangat banyak dibandingkan dengan kapabilitas operator untuk mengatasinya dalam rentang waktu tertentu. Tabel 1 berikut memperlihatkan jumlah alarm yang dinilai aman menurut ISA 18.2 [1].
Tabel 1 Batas jumlah alarm menurut ISA 18.2
Jumlah Alarm yang Dapat Diterima  Jumlah Alarm Terbanyak yang Dapat Diatur
150 alarm/hari 300 alarm/hari 6 alarm/jam 12 alarm/jam 1 alarm/10 menit 2 alarm/10 menit

## 2.2 Alarm Management System
Alarm  flooding dapat  diatasi  dengan  suatu  metode  yang  sistematis  yang  sering  disebut dengan alarm  management system . Alarm  management ,  menurut ISA 18.2,  didefinisikan sebagai: “the processes and practices for determining, documenting, designing, operating, monitoring,  and  maintaining  alarm  systems.”  Tabel  2  menunjukkan  standar-standar internasional yang digunakan dalam kaitannya dengan alarm management system . Adapun di dalam penelitian ini hanya standar ISA 18.2 saja yang digunakan sebagai acuan.
Tabel 2 Standar internasional alarm management system NO. Standar Konten 1 API 1167 Alarm management system 2 EEMUA Publication no. 191:1999 Alarms Systems; A Guide to Design, Management and Procurement. 3 ISA 18.2 Management of Alarm Systems for the Process Industries
Alarm  management  lifecycle (AMLC)  atau  siklus  manajemen  alarm,  seperti  yang ditunjukkan  pada  Gambar  1,  merupakan  sebuah  rangkaian  kegiatan  yang  dilaksanakan demi  mendapatkan alarm  management  system yang terbaik untuk sebuah  sistem  alarm, terutama  untuk  mencegah  munculnya  fenomena alarm  flooding. Siklus  ini  dibuat berdasarkan standar ISA 18.2.

## Gambar 1 Alarm management lifecycle

## 3 Pembangunan Simulator
Pembangunan  simulasi  dalam  penelitian  ini  dilakukan  dalam  beberapa  tahap, sebagaimana  dapat  dilihat  dalam  Gambar  2  di  bawah  ini.  Di  dalam  penelitian  ini,  hanya tahap  pembuatan alarm  flooding dan alarm  management  system saja  yang  dijelaskan . Adapun  tahap  pemodelan  proses  hingga  pembuatan  simulasi  kolom  distilasi  telah dilakukan di dalam penelitian sebelumnya [3].
Gambar 2 Diagram alir pembangunan simulasi alarm management system

## 3.1 Kondisi Awal
Kondisi  awal  merupakan  kondisi  awal  kolom  distilasi  pada  saat  umpan  tengah  mengalir dengan laju sesuai data pabrik petrokimia [2]. Pada penelitian ini digunakan nilai laju aliran umpan  kolom  distilasi  seperti  pada  Tabel  3  dan  nilai  fraksi  mol  komponen  ringan  kolom distilasi seperti pada Tabel 4.
Tabel 3 Nilai laju aliran umpan pada deethanizer dan depropanizer saat kondisi awal
D eet ha ni zer Lokasi Laju Aliran Umpan (mol/detik)
D epropa nize r Lokasi Laju Aliran Umpan (mol/detik) Umpan ke-1 90,5 Umpan ke-1 240,167 Umpan ke-2 316,167 Umpan ke-2 199,167 Umpan ke-3 132,667
Tabel 4 Nilai fraksi mol komponen ringan pada deethanizer dan depropanizer saat
kondisi awal
D eet ha ni zer Lokasi Fraksi mol komponen ringan (mol%)
D epropa nize r
Lokasi Fraksi mol komponen ringan (mol%) Akumulator 0.976 Akumulator 0.999 Umpan ke-1 0.934 Umpan ke-1 0.719 Umpan ke-2 0.766 Umpan ke-2 0.606 Umpan ke-3 0.514 Bawah kolom 0.595 Bawah kolom 0.01

## 3.2 Pembuatan Alarm Flooding
Gangguan  yang  diberikan  saat  simulasi  masing-masing  kolom  distilasi  berupa  sinyal  step pada  umpan  sebesar  1%,  5%,  10%,  15%,  dan  20%.  Pada  kondisi  awal yang  dinamakan “skenario ke-1”, nilai-nilai parameter alarm didefinisikan kepada masing-masing subsistem kolom  distilasi  yaitu  tangki  akumulator,  nampan  umpan,  dan  bagian  dasar  kolom.  Untuk masing-masing  subsistem  kolom  distilasi,  terdapat  tiga  variabel  proses  yang  diamati: keadaan hold up , perubahan hold up , dan keadaan fraksi mol.
Pada Gambar 3, ditunjukkan lokasi-lokasi pemasangan alarm pada sebuah kolom distilasi pada skenario ke-1. Gambar 4 dan Gambar 5 menunjukkan kondisi hold up dan fraksi mol komponen  ringan  pada  depropanizer  saat  gangguan  diberikan.  Dalam  skenario  ini,  baik deethanizer  maupun  depropanizer  akan  menghasilkan alarm  flooding yang  mempunyai total jumlah kemunculan alarm seperti pada Tabel 3.
Gambar 3 Lokasi pemasangan alarm pada skenario ke-1
Gambar 4 Kondisi hold up pada depropanizer saat gangguan diberikan
Gambar 5 Kondisi fraksi mol komponen ringan pada depropanizer saat gangguan
diberikan
Tabel 5 Jumlah alarm pada skenario alarm flooding (skenario ke-1)
Persentase Gangguan (%)  Jumlah Alarm yang Muncul 0 0 1 13 5 1 10 0 15 2 20 90 TOTAL 106

## 3.3 Pembuatan Alarm Management System
Alarm management system menggunakan susunan prioritas pada alarm. Dengan prioritas, variabel  proses  yang  benar-benar  penting  dan  berpotensi  untuk  menjadi  bahaya  dapat dipilih. Setelah itu, variabel proses yang lain dapat direduksi atau dikurangi. Pengurangan alarm dilakukan melalui dua skenario yang dinamakan “skenario ke-2” dan  “skenario ke- 3”.
Pada  penelitian  ini,  gangguan  diberikan  pada  umpan.  Pada  kolom  distilasi,  apabila gangguan  diberikan  pada  umpan,  maka  dampaknya  dapat  berakumulasi  pada  nampan- nampan  di  dalam  kolom  dan  pada  akhirnya  pada  akumulator  dan  bagian  bawah  kolom seperti  yang ditunjukkan  pada  Gambar  6.  Maka  dari  itu, pada  skenario ke-2, alarm pada nampan  umpan  ditiadakan,  namun  variabel  proses  yang  diukur  masih  sama  dengan variabel proses pada skenario ke-1. Total alarm yang dihasilkan oleh skenario ke-2 dapat dilihat pada Tabel 6.
Gambar 6 Lokasi pemasangan alarm pada skenario ke-2
Tabel 6 Jumlah hasil pengurangan alarm pada skenario ke-2
Persentase Gangguan (%) Jumlah Alarm yang Muncul 0 0 1 6 5 0 10 6 15 1 20 72 TOTAL 85
Alarm  yang  berbunyi  pada  skenario  ke-2  berjumlah  85  kali.  Skenario  ke-2  ini  dapat menghasilkan  19,81%  lebih  sedikit alarm dibandingkan  skenario ke-1 seperti  yang  dapat dilihat pada perhitungan (1):
(1)
Pada  skenario  ke-3,  variabel  proses  fraksi  mol  komponen  ringan  tidak  digunakan mengingat  perubahannya  yang  lambat  dan  tidak  memunculkan  bahaya.  Maka  dari  itu digunakanlah  dua  variabel  proses  saja  yaitu  keadaan hold  up dan  perubahan hold  up . Respon kedua variabel proses tersebut sangatlah cepat terhadap gangguan dan juga dapat menimbulkan  bahaya  apabila  melebihi  nilai  batas  aman.  Tabel  7  merupakan  hasil pengambilan data alarm pada skenario ke-3.
Tabel 7 Jumlah hasil pengurangan alarm pada skenario ke-3 Persentase Gangguan (%) Jumlah Alarm yang Muncul 0 0 1 0 5 0 10 4 15 0 20 17 TOTAL 21
Alarm yang berbunyi pada skenario ke-3 berjumlah 21 kali. Skenario ke-3 ini ternyata dapat menghasilkan 80,19 % lebih sedikit alarm dibandingkan skenario ke-1 seperti yang dapat dilihat pada perhitungan berikut ini:
(2)
Untuk  semua  skenario,  waktu  yang  dibutuhkan  untuk  memulai  simulasi  hingga  selesai kurang lebih  30 menit.  Nilai alarm yang berbunyi setelah  skenario ke-3 dilakukan  adalah 21 kali.  Sehingga dapat dikatakan  bahwa alarm berbunyi 21 kali/jam. Apabila kondisi ini dibandingkan  pada  Tabel  1  dapat  dikatakan  kondisi  ini  masih  melebihi  syarat  alarm maksimum.  Hal  ini  merupakan  akibat  tidak  adanya  penerapan  algoritma  kontrol  dalam simulasi, begitu pula absennya safety instrumented system (SIS) yang adalah bagian dari sistem keamanan dari pabrik pada dunia nyata.
Algoritma  kontrol  dapat  menjaga  agar  nilai  setiap  variabel  proses  dapat  berada  pada batasan  desain  dari kolom distilasi. Safety instrumented system dapat mengatasi kondisi variabel proses saat mencapai nilai di luar batasan desain dari kolom distilasi.

## 4 Kesimpulan dan Saran

## 4.1 Kesimpulan
Berdasarkan  skenario alarm  management  system didapatkan  jumlah  alarm  deethanizer dan depropanizer sebagai berikut:
1. 106  kali,  saat  alarm  terpasang  pada  akumulator,  nampan  umpan,  dan  bawah kolom tanpa Alarm management system ;
2. 85  kali  (berkurang  19,81%)  saat  dilakukan  pengurangan  alarm  pada  nampan umpan  (tahap  rasionalisasi  pertama),  mengingat  akumulasi  gangguan  terdapat pada akumulator dan bagian bawah kolom; dan
3. 21 kali (berkurang 80,19%) saat dilakukan  pengurangan  alarm pada  akumulator dan  bawah  kolom  khususnya  alarm  pada  fraksi  mol  komponen  ringan  (tahap rasionalisasi kedua), mengingat adanya  pengaruh massa hold up terhadap fraksi mol komponen ringan, dengan kondisi masih melebihi syarat alarm maksimum ISA 18.2;
Alarm  management  system yang  diimplementasikan  berdasarkan  analisis  model  sistem tampak mampu mengurangi jumlah alarm yang muncul terhadap gangguan sehingga dapat mengurangi beban kerja operator saat alarm bermunculan.

## 4.2 Saran
Berdasarkan  hasil  yang  didapat,  maka  disarankan  kegiatan  penelitian  lanjutan  sebagai berikut:
1. Mensimulasikan alarm management system pada objek industri yang lebih tinggi tingkat kompleksitasnya;
2. Mensimulasikan alarm management system pada variabel proses yang lain seperti tekanan dan suhu;
3. Mensimulasikan alarm management system dengan adanya penerapan algoritma kontrol dan safety instrumented system.

## 5 Daftar Pustaka
[1] ANSI/ISA-18.2-2009. 2009. Management of Alarm Systems for the Process Industries .
[2] Hersaputri,  M.  2014. Perancangan  Struktur  Plant  dan  Konfigurasi  Pengontrol  pada High  Purity  Binary  Distillation  Columns  di  Pabrik  Petrokimia  Olefin .  Thesis.  Institut Teknologi Bandung: tidak diterbitkan.
[3] Muzwar, H.S.N., Pamososuryo, A.K., Estiyanti, E., Leksono, E. 2015. Pemodelan Kolom Distilasi  Pabrik  Petrokimia  dengan  Menggunakan  DCS .  Jurnal  Otomasi,  Kontrol,  dan Instrumentasi.
[4] Executive,Health and Safety. 2014. The Explosion and Fires at the Texaco Refinery, Milford Haven ”. Tersedia: http://www.hse.gov.uk/comah/sragtech/casetexaco94.htm.
[5] Nave,C.R. 2014. Three Mile Island: A Brief Chronology . Tersedia:
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nucene/tmi.html.