Dokumen 1 [PDF]

Citation preview

MENGHITUNG EFISIENSI KINERJA HRSG (B-9203H) SEBELUM DAN SESUDAH DILAKUKAN CHEMICAL CLEANING



TUGAS AKHIR Dinyatakan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Pendidikan Diploma III Teknologi Pengolahan Minyak dan Gas Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe



Oleh: GLADYS RESSYKA LUBIS



NIM



: 1632402017



Jurusan



: Teknik Kimia



Program Studi : DIII Teknologi Pengolahan Migas



KEMENTERIAN RISET, TEKNOLOGI DAN PENDIDIKAN TINGGI POLITEKNIK NEGERI LHOKSEUMAWE 2019



i



ii



iii



iv



v



vi



KATA PENGANTAR



Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat ALLAH SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul “MENGHITUNG EFISIENSI KINERJA HRSG (B-9203H) SEBELUM DAN SESUDAH DILAKUKAN CHEMICAL CLEANING ”. Tugas akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan Diploma III Jurusan Teknik Kimia Program Studi Pengolahan Migas Politeknik Negeri Lhokseumawe. Dalam pelaksanaan dan penulisan tugas akhir ini penulis banyak mendapatkan bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Tanpa bantuan dari berbagai pihak, penulis tidak mampu menyelesaikan tugas akhir ini. Pada kesempatan kasih 1.



ini



pula



penulis



ingin



mengucapkan



terima



yang sebesar-besarnya kepada: Bapak Rizal Syahyadi, ST.M.Eng.Sc, selaku Direktur Politeknik Negeri Lhokseumawe.



2.



Bapak Ir. Pardi, M.T, selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe.



3.



Ibu Zahra Fona, ST.M.Sc, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe.



4.



Bapak Ir. Sariadi, MT, selaku Ketua Program Studi Pengolahan Minyak dan Gas Bumi Politeknik Negeri Lhokseumawe.



5.



Bapak Reza Fauzan, ST,M.Sc, selaku pembimbing I vii



6.



Bapak Azhari M Ali, selaku pembimbing II



7.



Bapak Ramzi Jalal, ST.MT, selaku koordinator tugas akhir.



8.



Para Staf Pengajar Jurusan Teknik Kimia dan Juga Program Studi Pengolahan Minyak dan Gas Bumi.



9.



Seluruh teknisi Jurusan Teknik Kimia.



10.



Seluruh mentor di PT. PertaArun Gas.



11.



Seluruh pihak yang turut serta dalam penulisan tugas akhir ini yang tidak



dapat disebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih banyak kekurangan, maka dari itu kritikan dan saran yang sifatnya membangun sangat diharapkan dari semua pihak demi kesempurnaan laporan ini di masa datang. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi penulis khususnya dan pembaca pada umumnya. Amin.



Lhokseumawe, 30 April 2019 Penulis,



Gladys Ressyka Lubis NIM 1632402017



viii



ABSTRAK Heat recovery steam generator merupakan alat pembangkit steam yang berjenis ketel uap air yang mendapatkan panans dari pemabakaran fuel gas di burner dan dari gas buang turbin (Exhaust Gas) dan akan menghasilkan Steam jenuh (Saturated Steam).HRSG terdiri dari beberapa sistem yaitu : Boiler feed system, steam system, dan fuel system. Tujuan dibuatnya penelitian ini untuk menghitung efisiensi kinerja HRSG sebelum dan sesudah dilakukannya Chemical Cleaning. Sesudah dilakukannya Chemical Cleaning didapatkan efisiensi sebesar 81,29% dengan panas yang diberikan dari Burner dan exhaust gas sebesar 235.314.088 kJ/h, panas yang diterima HRSG sebesar 191.293.770 kJ/h, panas yang hilang sebesar 44.020.317kJ/h, sebelum dilakukannya Chemical Cleaning didapatkan efisiensi 71,51% dengan panas yang diberikan dari Burner dan exhaust gas sebesar 230.976.945 kJ/h,



panas yang diterima HRSG sebesar



165173310 kJ/h dan panas yang hilang sebesar 65.803.635 kJ/h. Efisiensi yang lebih tinggi



sesudah Chemical Cleaning yaitu 81,29%.



Kata Kunci : Heat Recovery Steam Generator, Burner, Exhaust gas, Chemical Cleaning, Steam



viii



DAFTAR ISI LEMBARAN PENGESAHAN............................................................



ii



KATA PENGANTAR............................................................................



iv



ABSTRAK



vi



.......................................................................................



DAFTAR ISI..................................................................................................



vii



DAFTAR TABEL...................................................................................



xi



DAFTAR GAMBAR.......................................................................................



xiii



BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar belakang.................................................................................



1



1.2 Rumusan Masalah..........................................................................



2



1.3 Tujuan Penelitian............................................................................



3



1.3.1 Tujuan Khusus..........................................................................



3



1.3.2 Tujuan Umum...........................................................................



3



1.4 Manfaat Penelitian..........................................................................



3



BAB II TINJAUAN PUSTAKA



viii



2.1 Heat Recovery Steam Generation(HRSG ).........................................



4 2.1.1 Jenis-Jenis HRSG ...................................................................... 8 2.2 Boiler ................................................................................................... 10 11 2.3 Pembentukan Steam............................................................................. 12 2.4 Softening.............................................................................................. 13 2.5 Proses Dearasi....................................................................................... 14 2.6 Proses Deaerator .................................................................................. 15 2.6.1 Prinsip Kerja Dearator ............................................................. 16 2.7. Sistem Blowdown .............................................................................. 18 19 2.8 Chemical Cleaning ............................................................................ 20 2.9 Perhitungan Pertukaran Panas ........................................................... 21 2.9.1 Neraca Energi ............................................................ ............... 2.9.2 Neraca Massa ............................................................................ 2.9.3 Panas Sensibel............................................................................ 2.9.4 Panas Laten ............................................................................... 2.9.5 Panas Jenis (Cp) ........................................................................ 2.10 Perhitungan Efisiensi .........................................................................



viii



21 22 22 23 23 23 24



BAB III METODOLOGI 3.1 Waktu dan Tempat Pengamatan..................................................................



25



3.2 Unit Peralatan...................................................................................



25



3.3 Indikator KinerjaAlat.........................................................................



26



3.4 Batasan Sistem................................................................................... 26 3.5 Over View Fired ................................................................................ 27 3 . 6 Rancangan Data........................................................................... 3.6.1 Rancangan Pengolahan Data......................................................



28 29



3.6.2 Densitas Gas................................................................................



29



BAB IV HASILPERHITUNGANDANPEMBAHASAN 4.1 Data Pengamatan..............................................................................



30



4.2 Hasil Perhitungan............................................................................... 34 4.3 Pembahasan.......................................................................................



35



BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan........................................................................................



39



5.2 Saran..................................................................................................



40



DAFTAR PUSTAKA......................................................................................



41



LAMPIRAN I PERHITUNGAN.................................................................... 42 LAMPIRAN II PERHITUNGAN................................................................. LAMPIRAN III PERHITUNGAN................................................................ LAMPIRAN IIVPERHITUNGAN PERHITUNGAN............................................................... LAMPIRAN V PERHITUNGAN................................................................



ix



95 96 97 100



ix



DAFTAR TABEL



Tabel 3.1 Spesifikasi Data Desain HRSG ........................................................................25 Tabel 4.1 Data Hasil Pengamatan Turbine Exhaust Gas Sesudah Chemical Cleaning ....28 Tabel 4.2 Data Hasil Pengamatan Boiler Feed WaterSesudah Chemical Cleaning .........28 Tabel 4.3 Data Hasil Pengamatan Steam Drum dan Steam Header Sesudah Chemical Cleaning ............................................................................................................................29 Tabel 4.4 Data Hasil Pengamatan High Press Fuel Gas Pada Turbin Sesudah Chemical Cleaning ............................................................................................................................29 Tabel 4.5Data Hasil Pengamatan Low Press Fuel Gas Pada Burner Header Sesudah Chemical Cleaning ...........................................................................................................30 Tabel 4.6 Data Hasil Pengamatan Turbine Exhaust Gas SebelumChemical Cleaning ..30 Tabel 4.7 Data Hasil Pengamatan Boiler Feed Water Sebelum Chemical Cleaning .......31 Tabel 4.8 Data Hasil Pengamatan Steam Drum dan Steam Header Sebelum Chemical Cleaning ............................................................................................................................31 Tabel 4.9 Data Hasil Pengamatan High Press Fuel Gas Pada Turbin Sebelum Chemical Cleaning ............................................................................................................................32 Tabel 5.0 Data Hasil Pengamatan Low Press Fuel Gas Pada Burner Header Sebelum Chemical Cleaning ............................................................................................................32 Tabel 5.1 Hasil Perhitungan Laju alir massa fuel gas ....................................................33 Tabel 5.2 Hasil Perhitungan Kebutuhan Udara Pembakaran .........................................33 Tabel 5.3 Hasil Perhitungan Laju Alir Massa Gas Buang .............................................33 Tabel 5.4 Hasil Perhitungan Laju Alir Massa Pada HRSG............................................33 Tabel 5.5 Hasil Perhitungan Neraca Massa Total Pada Turbin Gas ..............................34 Tabel 5.6 Hasil Perhitungan Neraca Massa Total Pada HRSG......................................34



x



Tabel 5.7 Hasil Perhitungan Neraca Energi ...................................................................35 Tabel 5.8 Hasil Perhitungan Neraca Energi Total Pada HRSG .....................................35 Tabel L.1.1 HP Fuel Gas Analisis



Tabel L.1.2 Kebutuhan Udara Pembakaran HP Fuel Gas ..............................................54 Tabel L.1.3 LP Fuel Gas ...............................................................................................54 Tabel L.1.4 Kebutuhan Udara Pembakaran LP Fuel Gas ..............................................57 Tabel L.1.5 Flue Gas Analisis ........................................................................................57 Tabel L.1.6 Kapasitas Panas (Cp) Untuk Komponen Pada Exhaust Gas ......................61 Tabel L.1.7 Net Heating Value Komponen-komponen HP Fuel Gas ............................63 Tabel L.1.8 Net Heating Value Komponen-komponen LP Fuel Gas ............................64 Tabel L.2.1 Pendekatan Struktural dan Fungsional ..........................................................94



xi



DAFTAR GAMBAR Gambar2.1 Heat Recovery Steam Generator............................................................ 4 Gambar2.2 Konstruksi Unit HRSG.......................................................................... 5 Gambar2.3 Diverter................................................................................................. 6 Gambar2.4 Burner............................................................................................. 6 Gambar2.5 Economizer........................................................................................20 Gambar2.6 Steam Drum..................................................................................... 40 Gambar2.7 HRSG Vertikal................................................................................ 51 Gambar2.8 HRSG One Through......................................................................



52



Gambar2.9 HRSG Horizontal............................................................................ 53 Gambar 2.10 Softener....................................................................................... 54 Gambar2.11 Unit Dearator................................................................................ 55 Gambar 2.1.2 Proses Pada Unit Dearator......................................................... 60 Gambar L.1.1 Blok Diagram Neraca Massa...................................................... 62 Gambar L.3.1 Keseluruhan Proses...................................................................



xi



64



xi



BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pada sebuah industri pengolahan minyak dan gas bumi pasti memiliki unit penunjang untuk berjalannya semua aktifitas yang ada di suatu pabrik di PT. Perta Arun Gas juga memiliki unit penunjang yaitu Utilities Plant,yang sangat berperan dalam proses pemurnian gas alam. Utilities adalah kumpulan dari beberapa unit penunjang di pabrik perta arun gas yang terdiri dari pengolahan air,nitrogen,fuel gas,air instrument dan juga penghasil steam dan power (listrik). Semuanya guna agar pabrik bekerja secara optimal dan akan di supplai ke unit-unit yang memerlukan Pada saat ini penghasil steam atau disebut unit HRSG (Heat Recovery Steam Generator) memiliki 5 unit yang melakukan produksi yaitu A,C,H,G,E dan yang stand by adalah unit C dan E. Cara kerja HRSG dengan menggunakan air yang akan dipanaskan pada boiler memanfaatkan exhaust gas pada turbin,



digunakannya



panas



buangan turbin dapat menghemat pemakaian bahan bakar yang cukup besar yang nantinya akan berdampak pada hasil emisi yang akan dibuang dan berdampak terhadap lingkungan sekitarnya. Dalam memanaskan air yang akan didihkan menggunakan boiler yang terdiri dari tube-tube, operator harus memperhatikan kualitas air yang digunakan. Dengan memastikan proses water treatment berjalan sempurna penyerapan Ca dan Mg yang maksimal, dan dilakukan nya pengolahan air secara internal dan eksternal dikarenakan hasilnya akan berpengaruh terhadap tube-tube media terjadi perpindahan panas. Jika boiler



feed



water



tidak



mencapai



kualitasnya



maka



akan



menyebabkan



terjadinya kerak pada tube. Kerak pada tube dapat menimbulkan beberapa efek salahsat unya menghambat terjadinya perpindahan panas dan juga menyebabkan pengeluaran pa brik meningkat dikarenakan ditambahnya chemical yang akan diinjeksi



untuk



menghilangkan kerak. Sehingga sering dilakukannya blowdown untuk membuang kotoran-kotoran yang mengendap seperti pada boiler dan steam drum.



1



Pada HRSG juga mempunyai 2 kondisi yaitu unfired dan fired. Unfired kondisi tanpa menggunakan api internal pada burner sedangkan fired menggunakan api pada burner dengan tambahan fuel gas. Jika kebutuhan steam yg diminta setiap unit besar digunakan api sebagai penambah panas selain exhaust gas dari turbin. Jika kebutuhan steam yang diminta setiap unit kecil panas dari exhaust gas turbin saja sudah cukup untuk menghasilkan steam yang diperlukan,yang sebenarnya HRSG bergantung pada temperature yang dihasilkan, semakin rendah temperature steam yang dihasilkan sedikit begitu juga sebaliknya jika temperature tinggi steam yang dihasilkan juga banyak. Pada saat ini kondisi HRSG di PT.Perta Arun Gas adalah fired. 1.2 Rumusan Masalah Adapun batasan masalah yang di tinjau dalam tugas akhir ini, yaitu: a. Bagaimana kinerja HRSG fired dalam menghasilkan produk steam ? b. Bagaimana pengaruh Efisiensi sebelum terjadinya pembersihan kerak (chemical cleaning) pada HRSG? c. Bagaimana pengaruh Efisiensi sesudah terjadinya pembersihan kerak (chemical cleaning) pada HRSG? d. Berapa banyak panas (Q) yang diperlukan Boiler dan economizer untuk menghasilkan steam? 1.3 Tujuan 1.3.1 Tujuan Umum Adapun tujuan umum penulisan tugas akhir ini adalah sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan Pendidikan Diploma III Jurusan Teknik Kimia, Program Studi Teknologi Pengolahan Minyak dan Gas. 1.3.2 Tujuan Khusus Adapun terdapat tiga hal yang menjadi tujuan khusus pada tugas akhir ini, yaitu: A. Menghitung kinerja HRSG fired dalam menghasilkan produk steam B. Menghitung pengaruh Efisiensi sebelum terjadinya pembersihan kerak (chemical cleaning) pada HRSG C. Menghitung pengaruh Efisiensi sesudah terjadinya pembersihan kerak (chemical cleaning) pada HRSG



2



D. Menghitung banyaknya panas (Q) yang diperlukan Boiler dan economizer untuk menghasilkan steam. 1.4 Manfaat Tugas Akhir Dengan pelaksanaan tugas akhir ini diharapkan dapat menambah wawasan penulis dan pembaca pada umumnya tentang proses Heat Recovery Steam Generator dalam menghasikan steam dan dapat menjadi informasi tentang kondisi operasi maksimal alat tersebut bagi perusahaan.



3



BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Heat Recovery Steam Generator (HRSG) Heat Recovery Steam Generator merupakan pembangkit steam berjenis ketel uap air yang memanfaatkan energi panas dari flue gas atau sisa gas buang dari turbin yang dapat menghasilkan steam jenuh (saturated steam) yang digunakan keberbagai prosos pabrik, sehingga dapat menghemat pemakaian fuel gas boiler (HRSG). Panas/kalor yang dipindahkan dari gas buang tersebut seluruhnya berpindah dengan



4



cara konveksi ke air yang berada dalam pipa. Gambar 2.1 Heat Recovery Steam Generator (sumber : http://artikel-teknologi.com, 2018) Sistem HRSG terdiri dari boiler feed system, steam system, dan fuel system. Boiler feed system adalah penyedia kebutuhan air untuk HRSG secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. steam system mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam HRSG. Steam dialirkan melalui sistem perpipaan ke titik penggunaan.



fuel



system



adalah



semua



peralatan



yang



digunakan



untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan pada unit- unit fired HRSG.



Tujuan penggunaan HRSG antara lain : a.



Meningkatkan efisiensi pabrik dengan memanfaatkan panas buang turbin untuk memproduksi steam.



b. Mengurangi emisi gas panas buang turbin yang temperaturenya tinggi ke lingkungan. c.



Mengurangi pengeluaran/cost, sebelumnya menghabiskan bahan bakar yang banyak



pada



unit-unit



boiler



dalam



menghasilkan



kebutuhan pabrik.



Gambar 2.2 Konstruksi unit HRSG di PT.Perta Arun Gas (Sumber :



https://rakhman.net )



5



steam



untuk



Gambar 2.2 Konstruksi unit HRSG di PT.Perta Arun Gas (Sumber :



https://rakhman.net, 2018 )



HRSG terdiri dari beberapa bagian yaitu: a. Diverter (ruang pengalihan) Pada diverter terdapat damper yang berfungsi untuk mengalihkan gas buang turbin apakah gas buang tersebut digunakan sebagai pemanas atau tidak. Pengalihan ini dapat diatur secara otomatis atau manual. Pada diverter terdapat MOV (motor operated valve) yang berfungsi untuk menggerakkan katup (damper) dan juga termokopel element (TE) untuk mendeteksi temperature gas buang turbin yang akan masuk kedalam diverter. Berikut adalah gambar dari Diverter (ruang pengalihan)



Gambar 2.3. Diverter (Ruang pengalihan) (Sumber : Flowsheet Operating HRSG, 2012)



b. Burner (ruang Bakar)



6



Burner merupakan penghasil api yang ikut dalam memanaskan air di boiler, sebagai tambahan panas boiler bila produksi uap panas yang diinginkan lebih banyak. Pada ruang bakar ini terdapat 4 (empat) tingkat api pembakar yang masing-masing memiliki sensor berupa Thermocopel Element (TE) untuk mendeteksi besar kecilnya api.



Gambar 2.4. Burner ( Ruang bakar) (Sumber : Flowsheet Operating HRSG, 2012) c. Economizer (pemanasan awal) Economizer berfungsi sebagai tempat pemanasan awal agar air yang disalurkan ke steam drum tidak terlalu lama di panaskan. Fungsi lainnya yaitu menghemat pemakaian bahan bakar



pada burner. Economizer menyerap panas dari gas exhaust untuk



meningkatkan temperature air umpan hanya sampai dibawah temperature saturated. Kemudian air tersebut dikirim menuju



steam drum dan boiler. Pada economizer juga



terdapat thermocouple element yang mendeteksi temperature air yang akan masuk dan yang keluar dari economizer.



7



Gambar 2.5



Economizer (pemanasan awal)



(Sumber : Flowsheet Operating HRSG, 2012) d. Steam Drum (penampung steam) Steam drum berfungsi sebagai tempat penyimpan steam yang dihasilkan pada proses pemanasan. Pada steam Drum terdapat 3 element kendali yaitu PressureIndicator Control (PIC), Flow indicator control (FIC) dan level Indicator control (LIC). Fungsi utama dari steam drum adalah sebagai tempat penampung steam, tempat injeksi bahan kimia, dan sistem blowdown.



8



Gambar 2.6 Steam Drum (drum penampung) (Sumber : http://artikel-teknologi.com, 2004) 2.1.1 JENIS-JENIS HRSG HRSG memiliki beberapa jenis yang ditinjau dari beberapa sumber. Bila ditinjau dari sumber panasnya, HRSG dibagi menjadi dua yaitu: unfired dan fired (auxiliary burner atau supplementary burner). 1. HRSG unfired adalah HRSG yang seluruh sumber panasnya diperoleh dari gas buang (exhaust gas) turbin gas. 2. HRSG supplementary burner adalah HRSG yang dilengkapi dengan peralatan pembakaran bahan bakar (burner) sehingga sumber panas nya dapat diperoleh dari gas buang turbin dan dari pembakaran bahan bakar. Tetapi pada umumnya HRSG yang terpasang tidak dilengkapi dengan burner karena penerapan HRSG pada tujuan utamanya adalah memanfaatkan panas gas buang dari turbin yang masih tinggi temperaturnya untuk menghasilkan uap yang akan memutar turbin uap. Dengan cara ini diperoleh peningkatan efisiensi thermal yang besar. HRSG juga disebut Waste Heat Recovery Boiler (WHRB). Adapun HRSG ini dapat dilihat dari aliran water dan steam-nya. Terdapat



tiga jenis yaitu One Through



Unit, Vertical dan Horizontal HRSG. 1. Vertical HRSG, dimana water circulation menggunakan pompa untuk sirkulasi paksa ( force circulation )



yaitu dengan Boiler Circulating Pump (BCP), dengan



menyusun pipa-pipa dari bawah ke atas memotong pipa-pipa pemanas 9



Gambar 2.7 gambar unit HRSG vertikal (Sumber : https://rakhman.net, 2018) 2. One Through HRSG, tidak memiliki steam drum. Pada HRSG jenis ini air feed water masuk melalui tube-tube HRSG dan keluar langsung berupa steam. Pada One Through HRSG ini air feed water akan mendidih dan menjadi steam posisinya akan berbeda-beda bergantung pada jumlah flow rate dan temperature gas buang.



Gambar 2.8 gambar unit Hrsg unit One Through HRSG (Sumber :



https://rakhman.net, 2018 )



3. Horizontal HRSG ( natural circulation), Heat Recovery Steam Generator dengan sirkulasi alami memiliki pipa-pipa pemanas yang disusun secara vertikal berjajar sepanjang HRSG. Arah aliran gas buang dari turbin gas mendatar melewati pipa-pipa pemanas secara tegak lurus dan akan dibuang melalui cerobong pembuangan. 10



Gambar 2.9 gambar unit HRSG Horizontal (Sumber :



https://rakhman.net, 2018 )



2.2 Boiler Ketel uap (Boiler) adalah sebuah alat untuk menghasilkan uap yang diperoleh dari memanaskan air, sampai mendidih, berubah menjadi uap yang bertemperature dan bertekanan tinggi,dimana terdiri dari dapur pemanasan, yang menghasilkan panas yang didapat dari pembakaran bahan bakar dan boiler, sebuah alat yang mengubah air menjadi uap. Uap atau fluida panas kemudian disirkulasikan dari ketel untuk berbagai proses dalam aplikasi pemanasan. Ketel atau pembangkit uap adalah salah satu dari sekian banyak peralatan dalam siklus energi thermal yang bertujuan untuk merubah air menjadi uap yang berguna. Uap yang dihasilkan tersebut kemudian dapat membangkitkan tenaga mekanik atau mensuplai panas bagi keperluan industri (manufacturing proses) bentuk dari ketel uap secara garis besar merupakan suatu bejana tertutup, dimana kalor dari pembakaran bahan bakar dipindahkan ke air melalui ruang bakar dan bidang-bidang pemanas.Energi dalam (intenal energi) dari air akan meningkat seiring dengan meningkatnya temperature dan tekanan. Dimana pada suatu tingkat keadaan tertentu air akan berubah menjadi uap (menguap). Sumber kalor untuk ketel dapat berupa bahan bakar dalam bentuk padat, cair atau gas. Bahkan sumber kalor dengan menggunakan energi listrik atau nuklir banyak dikembangkan. Uap yang dihasilkan (superheated steam) siap untuk digunakan, seperti menggerakkan turbin uap (steam turbine), untuk keperluan pemrosesan (merebus, memanaskan, dll.). 11



Komponen-komponen utama dalam ketel uap antara lain : a. Dapur berfungsi sebagai alat untuk mengubah energi kimia bahan bakar menjadi energi kalor. b. Alat penguapan (evaporator) berfungsi untuk mengubah energi pembakaran bahan bakar menjadi energi tekanan uap. Komponen pendukung ketel uap : a. Sistem pemipaan yang digunakan adalah pipa-pipa api. b. Cerobong asap adalah alat yang digunakan untuk mengalirkan gas asap pembakaran dari ketel uap keluar menuju udara bebas sehingga dapur dapat berfungsi secara efektif. c. Sistem pemanas uap lanjut, sistem pemanas udara pembakaran dan sistem pemanas air pengisi ketel, berfungsi sebagai alat untuk menaikan efisiensi ketel. Berdasarkan luasnya penggunaan ketel, jenisnya



menjadi sangat banyak



mengakibatkan tidak dapat diklasifikasikan secara sederhana. dan



Boiler



dirancang



dibuat seseuai dengan kebutuhan dan kegunaannya.



Bila ditinjau dari type tube,terbagi menjadi : - Fire tube boiler Pada boiler ini memiliki dua bagian didalamnya yaitu bagian tube yang merupakan tempat terjadinya pembakaran dan bagian barrel/tong yang berisi fluida. Tipe boiler pipa api ini memiliki karakteristik yaitu menghasilkan jumlah steam yang rendah serta kapasitas yang terbatas. - Water tube boiler Memiliki kontruksi yang hampir sama dengan jenis pipa api, jenis ini juga terdiri dari pipa dan barrel, yang membedakan hanya sisi pipa yang diisi oleh air sedangkan sisi barrel merupakan tempat terjadinya pembakaran. Karakteristik pada jenis ini ialah menghasilkan jumlah steam yang relatif banyak. Bila ditinjau dari Jenis Bahan Bakar: 12



- Solid fuel ( bahan bakar padat ) Type boiler ini menggunakan bahan bakar padat seperti kayu, batu bara, dengan karakteristik seperti harga bahan bakar relatif lebih murah dan lebih efesiensi bila dibandingkan dengan boiler listrik - Bahan Bakar Minyak Jenis ini memiliki bahan bakar dari fraksi minyak bumi, dengan karakteristik yaitu memiliki bahan baku pembakaran yang lebih mahal, tetapi memiliki nilai efesiensi yang lebih baik jika dibandingkan dengan yang lainnya. - Bahan bakar gas (gaseous fuel) Memiliiki jenis bahan bakar gas dengan karakteristik bahan baku yang lebih murah dan nilai efesiensi lebih baik jika dibandingkan dengan jenis tipe bahan bakar lain



2.3 Pembentukan Steam Uap (steam) yaitu gas yang timbul akibat perubahan fasa cair menjadi uap (gas) dengan cara pendidihan (boiling). Untuk melakukan proses pendidihan diperlukan energi panas yang paralel dari sumber panas, misalnya dari pembakaran bahan bakar (padat, cair, gas), tenaga listrik dan gas panas sebagai sisa proses kimia. Titik didih suatu liquid didefinisikan sebagai suatu keadaan di mana temperature, tekanan uapnya adalah sama dengan tekanan total di atas permukaan liquid yang kosong. Temperature pada tekanan ini disebut temperature jenuh. Titik didih atau temperature jenuh merupakan suatu keadaan yang dipengaruhi oleh tekanan dan akan meningkat seiring dengan peningkatan tekanan. Proses pembentukan steam pada suatu bejana tertutup menimbulkan peningkatan tekanan akibat peningkatan volume yang berubah dari fase cair menjadi gas, pada saat itu temperatur air dan uap (steam) juga meningkat. Apabila pada puncak bejana tertutup tersebut dibuat sebuah lubang maka uap akan keluar ke udara karena tekanan dalam ketel lebih tinggi dari tekanan udara luar. Jadi apabila steam yang dilepaskan sama besar jumlahnya dengan uap yang terbentuk, maka tekanan uap dalam ketel akan tetap. 13



Keadaan seperti ini terdapat pada ketel uap yang sedang bekerja, dan biasanya uap yang terjadi (dihasilkan) tersebut mempunyai energi potensial dan dapat dipergunakan sebagai sumber energi, seperti pemanfaatan ke sebuah turbin uap ataupun proses pabrik lainnya.



2.4 Softening Kesadahan air merupakan sifat alami dari air itu sendiri. Kadar kesadahan air ini berbeda-beda di masing-masing tempat tergantung pada kondisi tanah daerah tersebut. Kesadahan dalam air menunjukkan bahwa terjadi kontak antara formasi geologi dengan badan air tersebut. Sampai ambang batas maksimum yang dianjurkan yaitu 350 ppm, kesadahan air tidak menjadi masalah. Tetapi jika kadar kesadahan air melewati batas maksimum, maka harus diturunkan yang biasa disebut dengan pelunakan air (water softening). Penggunaan dipenuhi untuk



air



di



industri



juga menuntut



syarat-syarat



yang



harus



mencegah terjadinya kerusakan pada alat-alat di industri,air biasa



dipakai untuk umpan



boiler akan menyebabkan transfer panas terhambat sehingga



panas yang dibutuhkan harus lebih tinggi sehingga dibutuhkan bahan bakar yang lebih banyak dan waktu yang lebih lama.dipanaskan



sampai mencapai



tekanan tinggi.



Air yang digunakan sebagai umpan boiler tersebut harus memiliki kemurnian yang tinggi, karena jika tidak, air akan menimbulkan banyak permasalahan di dalam peralatan boiler, seperti kerak, membangun dari limescale (Limescale adalah kerak putih) yang bisa ditemukan dalam ketel, pipa air panas boiler dan lain-lain.Untuk proses penghasilan steam yang berkualitas air yang digunakan juga harus memenuhi standart untuk boiler feed water. Sehingga air harus melewati proses softening (pelembutan). Softening atau proses pelembutan air berfungsi untuk mengikat/menghilangkan senyawa Hardness (Ca & Mg) / pada air, atau ion positif secara umum. Air yang tidak mengandung hardness baik Ca/Mg disebut air soft/ air lunak. Di mana salah satu contoh akibat tingginya hardness ini yaitu bisa mengakibatkan kerusakan yang terjadi dalam tangki uap, boiler maupun sistem pengolahan yang lainnya. satu cara yang digunakan untuk melunakkan air sadah adalah dengan cara pertukaran ion. Pada industri banyak 14



diterapkan untuk proses pelunakan dan demineralisasi pada air. Sebagai bahan yang digunakan untuk keperluan proses ini dapat dibedakan menurut ion penukarnya, yakni cation exchange (pertukaran ion positif) dan anion exchange (pertukaran ion negatif). Sebagai bahan penukar ion positif yang umumnya digunakan adalan ion Natriun (Na+) dan ion hidrogen (H+), sedangkan bahan penukar ion negatif umumnya yang digunakan adalah (OH-). Sebagai contoh pelunak air dengan metoda pertukaran ion (Water Softener). Resin ditempatkan diatas tumpukan kerikil (gravel) didalam sebuah bejana tertutup seperti di dalam pressure filter. Air yang akan dilunakkan dialirkan dari bagian atas bejana kemudian menembus tumpukan resin sambil melakukan pertukaran ion. Jika air yang telah dilunakkan cukup jumlahnya maka ion kalsium dan magnesium menggantikan ion sodium yang ada didalam Resin, dan bila keaktifannya sudah menurun maka harus segera diregenerasi dengan mereaksikannya dengan larutan garam dapur (NaCl), yang umumnya konsentrasinya dibuat 10% dalam larutan. Keuntungan pelunakan air dengan metoda pertukaran ion ini adalah: : 1. Peralatannya kompak dan efisien, serta pemeliharaannya mudah 2. Tidak ada endapan lumpur seperti halnya pada proses soda kapur, sehingga tidak ada persoalan pembuangan lumpur. 3. Proses ini juga dapat menurunkan kandungan besi dan mangan 4. Dapat melunakkan air dengan berbagai macam derajat kesadahan Kerugiannya pelunakan air dengan metode pertukaran ion ini adalah: 1. Natrium bikarbonat yang dihasilkan dari reaksi pelunakan dapat menimbulkan foaming di dalam ketel



15



2. Air yang mempunyai kekeruhan tinggi tidak dapat dilunakkan dengan cara ini Gambar 2.10 Proses Softener (Sumber : https://inviro.co.id, 2017)



2.5 Deaerasi Setiap industri yang menggunakan boiler untuk menghasilkan steam pasti juga membutuhkan alat untuk penghilangan kandungan oksigen terhadap air. Deaerasi merupakan usaha penghilangan gas seperti oksigen, karbondioksida, dan ammonia dengan proses penaikan temperatur saturasi air pada tekanan rendah. Pengaruh gas CO2 dalam air dapat menyebabkan air bersifat asam. Bila gas CO2 terkandung di dalam air, maka air akan menjadi korosif terhadap logam seperti pipa yang akan membentuk karbonat yang larut. Sedangkan oksigen yang terlarut dalam air menyebabkan lubang dan korosi pada sistem perpipaan, ketel dan sistem pendingin. Deaerasi melindungi sistem uap dari efek gas korosif. Hal ini dapat terselesaikan dengan cara mengurangi konsentrasi oksigen terlarut dan karbon dioksida ke tingkat di mana korosi diminimalkan. Tingkat oksigen terlarut dari 5 bagian per miliar (ppb) atau lebih rendah diperlukan untuk mencegah korosi pada boiler bertekanan tinggi (> 200 pon per inci persegi). Sementara konsentrasi oksigen hingga 43 ppb dapat ditoleransi pada boiler tekanan rendah, umur peralatan diperpanjang sedikit atau tanpa biaya dengan membatasi konsentrasi oksigen sampai 5 ppb. Karbon dioksida terlarut pada dasarnya benar-benar dihilangkan oleh deaerator. Untuk menghilangkan gas-gas terlarut seperti oksigen dapat dilakukan dengan cara deaerasi secara fisik dan kimia. Selain itu, perbaikan perancangan pada campuran yang mempunyai sifat berdekatan seperti air dengan steam dapat mengurangi sifat korosif gas pada pemanasan umpan air sebagai upaya pencegahan korosi.



2.6 Deaerator Deaerator adalah alat mekanik yang berfungsi untuk melepaskan gas- gas yang terlarut (Oksigen) yang terkandung di dalam air umpan Boiler (BFW- Boiler Feed 16



Water) yang sudah melewati proses pemurnian air seperti water treatment dan softener. Jika dibiarkan akan menjadi resiko bagi sistem perpipaan yaitu korosi pada jangka waktu tertentu. Selain itu deaerator juga berfungsi sebagai pemanas awal Boiler Feed



Water



sebelum dilakukan



proses pembuatan



steam di



Heat Recovery



Steam Generator (HRSG). Unsur utama dalam menentukan keberhasilan dari proses ini adalah kontak fisik antara air umpan dengan panas yang diberikan oleh uap (steam). Beberapa hal yang harus diperhatikan pada proses deaerator yaitu : - Jumlah aliran air kondensat - Jumlah aliran bahan air boiler - Level air di dalam deaerator - Tekanan di dalam deaerator Jika deaerator tidak dapat bekerja dengan baik dapat berpengaruh buruk terhadap sistem air umpan, dapat menaikkan pemakaian bahan kimia yang lebih tinggi. Untuk mencapai efisiensi deaerator yang baik ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu: 1. Pertahankan suhu dan tekanan sesuai dengan flow air yang masuk 2. Pastikan steam keluar / venting dari deaerator bahwa oksigen dan gas-gas yang tidak terkondensasi ikut keluar. 3. Sering melakukan pengecekan kondisi bagian dalam deaerator untuk memastikan semua komponen tidak mengalami kerusakan



17



Gambar 2.11 Alat Unit Dearator (sumber : www.caesavery.com, 2018 )



2.6.1 Prinsip Kerja Deaerator Deaerator memiliki banyak jenis antara lainmonomer deaerator, built-in deaerator,



no-head



deaerator,



spray



type



deaerator,



vertical



deaerator, horizontal deaerator.Yang menjadi bagian dari penelitian saya adalah dearator type



spray.Deaerator akan mudah dalam bekerja dengan menggunakan



metoda pengendalian secara otomatis karena alat deaerator bekerja berdasarkan sifat oksigen yang kelarutannya pada air akan berkurang dengan adanya kenaikan suhu. Metode penghilangannya juga berdasarkan 2 yaitu: mekanik dan kimia. Yaitu dengan menginjekan steam dengan tekanan 3 kg dan juga diinjekan bahan kimia. Deaerator terdiri dari dua drum,drum yang lebih kecil merupakan tempat pemanasan dengan steam dan pembuangan gas-gas dari air umpan. Steam dari bagian bawah drum kecil sedangkan air umpan atau juga kondensate pada bagian atas dispray akan mengenai tray-tray agar memperluas bidang kontak antara air dan steam akan terjadi pemanasan sehingga oksigen akan menguap ke atas dan dibuang melalui saluran vent agar gas-gas yang tidak terkondensasi bisa langsung terbuang ke atmosfer. Sedangkan drum lebih besar merupakan tempat penampungan air umpan sebelum masuk ke boiler, dengan menginjeksikan bahan kimia untuk mengikat oksigen yang masih ada didalam air umpan boiler agar terikat dan akan masuk ke economizer. Pada temperatur diatas 80°C akan terbentuk kerak dan menyebabkan terjadi kerusakan pada pipa boiler.



18



Gambar 2.12 proses pada unit Dearator (Sumber : https://wbsakti.wordpress.com, 2017) Memproduksi steam yang berkualitas tergantung pada pengolahan air yang benar untuk mengendalikan kemurnian steam, endapan dan korosi. Kinerja dan efisiensi boiler bergantung pada



pengendalian air umpan yang digunakan dalam boiler. Air



umpan harus cukup bebas dari pembentukan endapan padat dan korosif agar tidak menghambat proses perpindahan panas dan efisiensi dari boiler tersebut. Pengolahan air boiler terbagi atas dua yaitu: 1. Pengolahan Eksternal Pengolahan eksternal merupakan proses pengolahan air boiler diluar unit, untuk menghilangkan elemen-elemen terlarut dalam air yang tidak diinginkan sebelum air tersebut dimasukkan ke dalam boiler. 2. Pengolahan Internal Pengolahan internal merupakan proses pengolahan air boiler dalam unit, untuk menjaga agar senyawa- senyawa kimia yang terkandung didalamnya tidak bentuk menjadi padat



atau



menempel



pada



pipa-pipa



boiler.



berubah Proses



pengolahan eksternal meliputi proses pelepasan gas-gas digunakan untuk membuang padatan tersuspensi seperti oksigen dan karbon dioksida. 19



2.7 Sistem Blowdown Sistem blowdown air yang secara sengaja terbuang dari boiler untuk menghindari konsentrasi kotoran selama penguapan uap terus menerus sangat penting pada unit HRSG dikarenakan jika air dididihkan dan menghasilkan steam, padatan terlarut seperti oksigen yang diikat oleh chemical yang terdapat dalam air akan mengendap di boiler tepatnya pada bagian steam drum) dan air seperti itu ditemukan di mana uap memisahkan dalam drum uap di bagian atas boiler. Blowdown paling efektif untuk menghilangkan air dengan tingkat kotoran tertinggi. Tanpa blowdown, kotoran akan mencapai tingkat kejenuhan dan mulai mengendap di dalam boiler diatas tingkat konsentrasi tertentu, padatan tersebut mendorong terbentuknya busa dan menyebabkan terbawanya air ke steam. Endapan juga mengakibatkan terbentunya kerak di bagian dalam boiler, mengakibatan pemanasan setempat menjadi berlebih dan akhirnya menyebabkan kegagalan pada pipa boiler,sehingga harus dilakukan blowdown , kerak yang terbentuk berskala termal mengisolasi permukaan pertukaran panas yang pada awalnya menurunkan laju pembentukan uap, dan berpotensi menyebabkan logam boiler mencapai suhu kegagalan. Blowdown juga terdapat



2 jenis yaitu :



1. Blowdown intermitten yaitu dilakukan selama pagi hari, tepatnya berada di atas boiler (steam drum). Dengan melakukan Skimmer mungkin lebih efektif menghilangkan minyak apung yang mungkin menyebabkan busa. Blowdown permukaan biasanya diumpankan ke tangki flash dan penukar panas untuk pemulihan panas. Blowdown permukaan terus menerus mengeluarkan volume air yang rendah dari dalam boiler sebagai cara membersihkan ketel kotoran yang terlarut. 2. Blowdown continous yaitu dilakukan secara terus menerus tepatnya berada di (mud drum) bawah boiler. Blowdown bawah beberapa perawatan air boiler menyebabkan pengendapan kotoran sebagai partikel yang tidak dapat dicegah untuk mengantisipasi partikel – partikel tersebut akan mengendap dibagian bawah boiler sebelum mereka terperangkap dalam air yang bersikulasi melewati permukaan pertukaan panas. Perawatan air ini sering termasuk senyawa membentuk lumpur untuk menjebak partikel tersebut dan terbentuk drum lumpur yang ada dibagiuan terbawah dari boiler. 20



Blowdown bawah melibatkan pembukaan katup secara berkala di drum lumpur untuk memungkinkan tekanan boiler untuk memaksa akumulasi lumpur keluar dari boiler. Beberapa peristiwa blowdown singkat menghilangkan lumpur lebih efektif daripada blowdown terus menerus. Blowdown yang lebih pendek menyebabkan perubahan yang kurang signifikan pada level air boiler dan lebih aman selama periode permintaan uap tinggi Kedua blowdown ini akan dikumpulkan kedalam drum (D-9211) akan dikumpulkan jika terdapat steam yang terikut akan dikembalikan ke dearator kembali dan cairan atau padatan yang terpisah tadi akan dibawa ke drum ( D-9203) dan dialirkan ke aliran dialirkan ke blowdown pump untuk kemudian dipompakan ke pipa outlet air laut melalui header air laut dikembalikan.



2.8 Chemical Cleaning Chemical cleaning dilakukan secara keselurahan untuk membersihkan tube-tube boiler dari kerak-kerak dan semua endapan yang ada di sekeliling tube yang menghambat terjadinya perpindahan panas.Permukaan internal boiler yang bersentuhan dengan air dan uap harus dijaga tetap bersih dan bebas dari endapan untuk memastikan transfer panas yang efisien dalam pembentukan uap.Beberapa metode dapat digunakan untuk menentukan kebutuhan untuk membersihkan boiler secara kimia. Perubahan panas yang tinggi secara terus menerus dari tube boiler terutama permukaan yang terbuat dari magnetit dan tembaga.pelarut yang digunakan untuk pembersihan yang efektif untuk membersihkan kimia boiler yang dibuat dari magnetit dan deposit tembaga. Pembersihan kimia harus direncanakan secara menyeluruh. Kriteria untuk menentukan keberhasilan prosedur kimia dan efektivitas pelarut dalam melarutkan deposit dilakukan secara rinci. Selama dilakukannya chemical cleaning unit harus di isolate tidak terjadinya proses produksi hanya ada boiler feed water yang disirkulasi untuk kelangsungan pembersihan tube-tube boiler. Penambahan skala air dalam boiler adalah proses yang progresif. Bahkan dengan kontrol ketat dari umpan dan kimia kondensat, kerak dan 21



pengendapan akan terjadi. Masalah utama yang disebabkan oleh kerak boiler adalah: 1. Peningkatan suhu dinding tabung, maka, pecah tabung boiler 2. Penurunan efisiensi boiler secara keseluruhan karena itu kenaikan biaya energi dan hilangnya keandalan Peningkatan suhu pada dinding tabung sebagai hasil dari skala konduktivitas thermal yang rendah dibandingkan dengan logam. Pengurangan transfer panas dapat mempengaruhi suhu desain pada dinding tabung terlewati,yang menyebabkan kegagalan tabung dan menyebabkan pecah. Efisiensi keseluruhan dapat didefinisikan sebagai rasio output uap dengan rasio konsumsi bahan bakar. karena penskalaan menghalangi transfer panas, lebih banyak bahan bakar yang diperlukan untuk menghasilkan sejumlah uap yang diberikan, sehingga mengurangi efisiensi keseluruhan dan menyebabkan kehilangan energi. Salah satu cara untuk menghilangkan kerak adalah membersihkan secara kimia pada tube-tube boiler. Pembersihan kimia adalah proses multi-tahap yang bertujuan untuk menghilangkan semua kerak-kerak yang ada dari internal boiler. Salah satu langkah dalam proses melibatkan penggunaan asam akan terhambat untuk membersihkan boiler. Tahap asam ini berpotensi merusak boiler dan oleh karena itu, perlu hati-hati dan pemantauan untuk mencegah kehilangan logam yang serius. Unsur



utama dari pembersihan di boiler adalah magnetit (Fe3O4), yang



terbentuk sebagai hasil reaksi besi metalik dengan uap suhu tinggi. Tembaga hadir karena korosi dari paduan logam campuran, kondensor feedwater aluminium perunggu dan pra-pemanas, sering kali karena masuknya oksigen ke dalam sistem. Proses pembersihan bahan kimia harus mempertimbangkan berbagai senyawa yang ada dalam skala untuk memformulasikan larutan pembersih optimal.pembersihan ini ini harus secara efektif menghapus skala tanpa merusak logam yang mendasari. Permukaan internal boiler yang bersentuhan dengan air dan uap harus dijaga tetap bersih dan bebas dari endapan untuk memastikan transfer panas yang efisien dalam pembentukan uap. 22



2.9 Pertukaran Panas Sifat aliran panas, ketika dua objek pada temperatur yang berbeda dibawa ke kontak thermal, panas mengalir dari objek pada suhu yang lebih tinggi ke suhu yang lebih rendah. aliran bersih selalu menuju ke arah penurunan suhu. mekanisme dimana panas dapat mengalir adalah tiga: konduksi konveksi dan radiasi. 1. Konduksi adalah perpindahan kalor melalui zat penghantar tanpa disertai perpindahan bagian-bagian zat itu. Perpindahan kalor dengan cara konduksi pada umumnya terjadi pada zat padat. Suatu zat dapat menghantar kalor disebut konduktor, seperti berbagai jenis logam. Sedangkan zat penghantar kalor yang buruk disebut isolator, pada umumnya benda-benda non logam. 2. Konveksi adalah perpindahan panas yang disertai dengan perpindahan zat perantaranya. Perpindahan panas secara konveksi terjadi melalui aliran zat, contoh yang sederhana adalah proses mencairnya es batu yang dimasukkan ke dalam air panas. Panas pada air berpindah bersamaan dengan mengalirnya air panas ke es batu. Panas tersebut kemudian menyebabkan es batunya meleleh. 3 Radiasi adalah perpindahan panas tanpa melalui perantara. Sebagai contoh dapat di lihat kehidupan sehari-hari. Ketika matahari bersinar terik pada siang hari, maka akan merasakan gerah atau kepanasan. Ketika duduk dan mengelilingi api unggun,dapat merasakan hangat walaupun tidak bersentuhan dengan apinya secara langsung. Dalam kedua peristiwa di atas, terjadi perpindahan panas yang dipancarkan oleh asal panas tersebut sehingga disebut dengan radiasi.



2.9.1 Neraca Energi Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, melainkan hanya dapat diubah dari suatu bentuk ke bentuk yang lain. Perpindahan panas merupakan ilmu yang mempelajari perpindahan energi karena perbedaan temperatur diantara benda atau material. 23



Apabila dua benda yang



berbeda temperatur dikontakkan, maka panas akan mengalir dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah. perpindahan panas juga terjadi pada kondisi tertentu. Untuk



Di samping itu,



(Kern.D.Q, 1965)



mengetahui kinerja suatu alat penukar panas perlu dilakukan



perhitungan neraca panas/energi.



Besarnya panas yang dilepaskan dan panas



yang diterima adalah sama. Qtotal dilepas = Qtotal diterma (Q(S) + Q(L))dilepas = (Q(S)



(2.1) + Q(L))diterima



(2.2)



Dimana: Q(S) = Panas Sensibel yang dilepas atau diterima (w) Q(L) = Panas Laten yang dilepas atau diterima (w) Atau dapat juga menggunakan persamaan berikut ini: Q = M.Cp.ΔT = U.A.ΔTLMTD Dimana: Q



= Panas yang dilepas atau diterima (w)



M



= Jumlah aliran massa fluida (Kg/jam)



Cp



= Pana jenis fluida (J/Kg0C)



ΔT



= Beda temperatur masuk dan keluar fluida panas (0C)



A



= Luas pindah panas (m2)



U



= Koefisien pindah panas keseluruhan (w/m 20C)



ΔTLMTD = Beda temperatur rata-rata fluida (0C)



2.9.2 Neraca Massa 24



(2.3)



Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Energi hanya dapat dirubah dari satu bentuk kebentuk yang lain. Panas merupakan suatu energi yang dapat diperoleh dari pembakaran bahan bakar, gesekan,dan lain- lain. Σimi



= Σomo



(2.4)



Dengan: Σimi = Jumlah laju aliran massa masuk ke sistem (Kg/s) Σomo



= Jumlah laju aliran massa keluar ke sistem (Kg/s)



2.9.3 Panas Sensibel Panas sensibel merupakan panas yang terkandung dalam suatu bahan yang mengakibatkan terjadinya perubahan temperature. Panas ini bergantung pada jumlah bahan, suhu bahan dan panas spesifik dari bahan. Panas sensibel dapat dihitung dengan menggunakan rumus : Q= m x Cp x ΔT



(2.5)



Dimana : Q = panas yang dilepas atau diterima (panas sensible)



(J/jam)



m = jumlah aliran masa fluida (kg/jam) Cp = panas jenis fluida panas (J/kgK) ΔT = beda temperatur masuk dan keluar fluida (K)



2.9.4 Panas Laten Panas bahan dapat



Laten



adalah



yang mengakibatkan dihitung



panas terjadinya



yang



perubahan



dengan menggunakan rumus : 25



terkandung fasa.



dalam Panas



suatu Laten



Q = m x L atau Q = m x ( hg – hf)



(2.6)



Dimana: m = massa bahan (kg/jam) hg = entalpi uap (J/kg) hf = entalpi cair (J/kg) L = panas laten (kJ/kg)



2.9.5 Panas Jenis (Cp) Panas jenis adalah perbandingan antara jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatu benda padat/cair sebesar satu derajat dengan jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu air sebesar satu derajat pada jumlah massa yang sama. Panas jenis suatu fluida campuran harus dihitung sesuai fraksi dari masing – masing komposisi yang terkandung di dalamnya, sehingga dapat dituliskan:



Cp = a + b(T) + c(T)2 + d(T)3



(2.7)



Dimana: T dalam ºC, Cp dalam J/g mol ºC



2.10 Effisiensi Panas Efisiensi adalah suatu tingkatan kemampuan kerja dari suatu alat. Sedangkan efisiensi pada boiler adalah prestasi kerja atau tingkat unjuk kerja boiler atau ketel uap yang didapatkan dari perbandingan antara energi yang dipindahkan atau diserap oleh fluida kerja didalam ketel dengan masukan energi kimia dari bahan bakar. Untuk tingkat efisiensi pada boiler atau ketel uap tingkat efisiensinya berkisar antara 70% 26



hingga 90% 𝜇=



𝑝𝑎𝑛𝑎𝑠 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑏𝑒𝑟𝑖𝑘𝑎𝑛 𝑝𝑎𝑛𝑎𝑠 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖 𝑠𝑒𝑟𝑎𝑝



BAB III METODE PENELITIAN 27



× 100



(2.8)



3.1 Tempat Penelitian Pengamatan Kinerja Heat Recovery Steam Generator dilakukan di Utilities Plant unit B-9203H di PT.Perta Arun Gas dimulai pada bulan Desember2018 s/d Januari 2019 3.2 Unit Peralatan Proses Peralatan utama proses yang diamati adalah boiler B-9203H yang merupakan alat penghasil steam berjenis boiler water tube yang dipanaskan oleh exhaust gas dan panas dari burner di PT.Perta Arun Gas



Nomor



Parameter



Tabel 3.1 Kondisi Desain HRSG



28



Design Metric



English



Turbin Gas Number 1 2 3 Dugt Burner Parameter 4 5



Ambient Temperature Turbine Exchaust gas (TEG) TEG Temperature



TEG Tempareture Burner Inlet Burner Firing Temperature



6



Burner Fuel



33°C



515°C



91°F 975000 lb/Hr 959°F



515°C



959°F



762°C



1404°F



3037Kg/H r



6696 lb/Hr



123Kg/s



Waters/Steam Side Parameters 141 T/Hr



310752°F



8 9



Boiler Feed Water (BFW)flow (BFW) temperature Steam Drum Press



105°C 10,96 Barg



10



Steam Flow



128 T/Hr



Steam Temperature



188°C



220°F 159 Psig 282500 lb/Hr 370°F



Stack Temperature



156°C



313°F



7



11 Gas Side Parameters 12



3.3 Indikator Kinerja Alat Indikator kinerja pada HRSG 1. Komposisi fuel gas 2. Flow fuel gas 3. Flow boiled feed water 4. Flow steam 5. Temperature flue gas inlet,outlet pada economyzer dan boiler 6. Temperature feed water inlet,outlet pada economyzer dan boiler 7. Tekanan steam Blok Diagram



29



3.4 Batasan Sistem



3.5 Over View Fired HRSG



30



3.6 Rancangan Data Komposisi fuel gas dan Flue Gas



Volume air pada tube



Tinggi dan Jumlah Tube



Kapasitas Panas setiap Komponen



Komposisi Feed Water



Persentase Losses air sebelum dan sesudah CC



Flow fuel gas dan flue sebelumdan sesudah CC



Flow Feed Water



Panas Fuel dan FlueGas



Penginjeksian Chemical Cleaning



Kapasitas Produksi Uap



31



Waktu WIB



Inlet Duct Temperature



Temperature (°C) Boiler



(°C)



In



Economizer Out



In



Out



BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Pengamatan Tabel 4.1 Data Pengamatan Turbine Exhaust Gas (TEG) Sesudah Chemical Cleaning



32



00.00



417



561



208,6



208,6



151,8



04.00



418



567



209,0



209,0



152,3



08.00



378



559



208,6



208,6



152,0



12.00



374



566



208,9



208,9



152,6



16.00



376



556



208,4



208,4



151,9



Rata-rata



393



561,8



208,7



208,7



152,12



Tabel 4.2 Data pengamatan Boiler Feed Water (BFW) Sesudah Chemical Cleaning Waktu WIB



00.00 04.00 08.00 12.00 16.00 Rata-rata



Boiler Feed Water Press (Kg/𝐶𝑚2) 23,42 23,34 23,42 23,29 23,41 23,376



Flow (T/h)



Temperature BFW (°C) Inlet



Outlet



78,4 77,4 75,5 76,5 76,1 76,78



122,3 122,4 122,6 123,2 122,4 122,58



180,4 180,4 180,2 180,2 180,1 180,26



Tabel 4.3 Data pengamatan Steam Drum dan Steam Header Sesudah Chemical Cleaning Waktu Steam Drum Steam Header (WIB) Flow (T/h) Press (Barg) Press(Barg) 00.00



72,6



8,7



7,8



04.00



73,6



8,9



7,8



08.00



71,7



8,7



7,8



12.00



71,8



8,8



7,8



16.00



71,7



8,7



7,8



Rata-rata



72,28



8,8



7,8



Tabel 4.4 Data pengamatan High Press (HP) Fuel Gas Pada Turbin Sesudah Chemical Cleaning 33



Waktu (WIB)



Fuel Gas Temperature (°C)



Gas Flow Indikator



Fuel Gas Pressure (Kg/𝐶𝑚2)



05.00



27



5,6



8,7



09.00



29



5,5



8,7



13.00



31



5,7



8,6



Rata -rata



32



5,7



8,4



Tabel 4.5 Data pengamatan Low Press (LP) Fuel Gas Pada Burner Sesudah Cleaning



Chemical



Waktu Fuel Gas Gas Flow (𝑚3 /ℎ) Fuel Gas Pressure (WIB) Temperature (KPA) 00.00 30 494 58 04.00 29 514 56 08.00 28 510 54 12.00 29 490 52 16.00 37 500 48 Rata-rata 30,6 488,2 54,4 Tabel 4.6 Data pengamatan Turbine Exhaust Gas (TEG) Sebelum Chemical Cleaning Waktu Inlet Duct Temperature (°C) WIB Temperature Boiler Economizer (°C) In Out In Out 00.00



399



531



207,6



207,6



152,5



04.00



398



536



207,8



207,8



152,6



08.00



390



520



205,9



205,9



152,6



12.00



416



539



206,7



206,7



152,3



16.00



406



542



207,7



207,7



152,6



Rata-rata



401,8



533,6



207,14



207,14



152,52



Tabel 4.7 Data pengamatan Boiler Feed Water (BFW) Sebelum Chemical Cleaning Waktu Boiler Feed Temperature BFW (°C) WIB Water Inlet Outlet Press Flow (T/h) 2 (Kg/𝐶𝑚 ) 00.00



23,81



71,1 34



122,1



179,2



04.00



23,82



71,2



122,2



179,2



08.00



23,88



67,3



122,3



179,0



12.00



23,78



68,9



123,7



178,9



16.00



23,78



70,5



122,8



179,1



Rata-rata



23,81



69,8



122,4



179,1



Tabel 4.8 Data pengamatan Steam Drum dan Steam Header Sebelum Chemical Cleaning Waktu Steam Drum Steam Header (WIB) Flow (T/h) Press (Barg) Press(Barg) 00.00



65,3



8,5



7,8



04.00



67,3



8,5



7,8



08.00



63,4



8,5



7,8



12.00



65,1



8,5



7,8



16.00



66,2



8,5



7,8



Rata-rata



65,7



8,5



7,8



Tabel 4.9 Data pengamatan High Press (HP) Fuel Gas Pada Turbin Sebelum Chemical Cleaning Waktu Fuel Gas Gas Flow Indikator Fuel Gas Pressure (WIB) Temperature (°C) (Kg/𝐶𝑚2) 05.00



29



5,55



8,2



09.00



29



5,65



8,2



13.00



31



5,55



8,2



Rata-rata



29,66



5,58



8,2



Tabel 5.0 Data pengamatan Low Press (LP) Fuel Gas Pada Burner Sebelum Chemical Cleaning 35



Waktu (WIB) 00.00 04.00 08.00 12.00 16.00 Rata-rata



Gas Flow (𝑚3 /ℎ)



Fuel Gas Temperature 26 27 28,5 31 30 29,3



475 464 430 460 435 452,8



4.2 Hasil Perhitungan Tabel 5.1 Hasil Perhitungan Laju alir massa fuel gas Parameter Turbine gas (Kg/h) Laju alir massa fuel gas 4.308,079 Laju alir massa fuel gas 4.207,124 Tabel 5.2 Hasil Perhitungan Kebutuhan Udara Pembakaran Parameter Turbine gas (Kg/h) Kebutuhan udara 72.545,506 Pembakaran Sesudah Kebutuhan udara Pembakaran Sebelum



71.294,134



Fuel Gas Pressure (KPA) 47 49 46 43 40 45



Burner (Kg/h) 190,868 224,907



Burner (Kg/h) 3.230,784 3.810,948



Tabel 5.3 Hasil Perhitungan Laju Alir Massa Gas Buang (mfb) Parameter Turbine gas (Kg/h) Burner (Kg/h) Laju Alir Massa Gas Buang Sesudah 282.125,594 12.419,483 Chemical Cleaning Laju Alir Massa Gas Buang Sebelum 260.211,736 13.705,636 Chemical Cleaning Tabel 5.4 Hasil Perhitungan Laju Alir Massa Pada HRSG Parameter Air Umpan F5 Steam Product FP (Kg/h) (Kg/h) Laju Alir Massa Sesudah Chemical 76.780 72.280 Cleaning Laju Alir Massa SebelumChemical 69.800 65.660 Cleaning



36



Blowdown FB (Kg/h) 4.500



4.140



Tabel 5.5 Neraca Massa Total Pada Turbin Gas Parameter Masuk Keluar F1 F2 LajuAlir Massa Sesudah Chemical Cleaning(Kg/h) LajuAlir Massa SebelumChemica l Cleaning(Kg/h)



E



F3



72.545,506



4.308,079



205.272,010



282.125,594



71.294,134



4.207,124



184.710,478



260.211,736



Total SesudahChemic



282.125,594



282.125,594



260.211,736



260.211,736



al Cleaning



Total SebelumChemic al Cleaning



Tabel 5.6 Neraca Massa Total Pada HRSG Parameter Keluar F1 FB FP LajuAlir Massa sesudah Chemical Cleaning(K g/h) Laju Alir Massa Sebelum Chemical Cleaning(K g/h) Total Sesudah Chemical Cleaning Total Sebelum Chemical Cleaning



Masuk F4



F5 W



72.545,506



3.230,784



76.780



4.500



72280



294545,0771



260.211,736



3.810,948



69.800



4.140



65.660



273.917,372



371.325,077



371.325,077



343.717,372



343.717,372



37



Tabel 5.7 Hasil Perhitungan Neraca Energi Parameter Kondisi 2017 QHRSG 191.293.770,200 Qblowdown 2.919.124,574 Qloss 41.101.192,910 Efisiensi 81,29



Kondisi 2019 165.173.310,100 2.661.748,812 63.417.403,320 71,42



Tab el 5.8 Nera ca Ener



gi Total Pada HRSG



QTeg



QBurner



Masuk Keluar QHRSG



217.349.795,300



17.964.292,400



191.293.770,200



2.919.124,574



41.101.192,910



211.858.411,900



19.394.050,340



165.173.310,100



2.661.748,812



63.417.403,320



Parameter Laju Alir Energi sesudah Chemical Cleaning



QBlowdown



Qloss



(kJ/h) Laju Alir Energi sebelum Chemical Cleaning



(kJ/h) Total sesudah



235.314.087,700



235.314.087,700



231.252.462,200



231.252.462,200



Chemical Cleaning



Total sebelum Chemical Cleaning



38



4.2 Pembahasan Heat Recovery steam generator adalah suatu alat pembangkit steam atau juga disebut alat untuk menghasilkan steam. Pada PT. Perta Arun Gas steam sangat banyak diperlukan, dikarenakan banyak proses yang memerlukan steam sebagai salah satu bahan yang harus ada agar suatu proses berjalan dengan maksimal, di PT. Perta Arun Gas memiliki 5 unit HRSG yaitu A,C,E,G,H 3 unitnya berjalan (A,G,H) dan 2 unit stand by (C,E). Hrsg terdiri dari beberapa komponen didalamnya yaitu ada nya burner (ruang bakar), diverter (pembatas), boiler (tempat pertukaran panas), economizer (pemanasan awal). Hrsg memiliki 2 sistem yaitu unfired dan fired. Unfired adalah sistem operasi yang tidak memerlukan exhaust gas hanya menggunakan hasil pembakaran pada burner yaitu dengan fuel gas, sedangakan fired yaitu sistem operasi dengan menggunakan exhaust gas dan pembakaran fuel gas di burner. Pada PT. Perta Arun Gas, Hrsg yang digunakan ialah sistem fired yaitu dengan menggunakan exhaust gas dari gas buangan turbin pada unit PG-9001 untuk menciptakan panas yang tinggi sehingga waktu pertukaran panas yang terjadi di boiler berjalan sempurna dan steam yang dihasilkan juga mencapai target. Memanfaatkan gas buang turbin dapat memberikan efek yang besar terhadap bumi dan juga perusahaan. Pada bumi dapat mengurangi terjadinya pemanasan global, yang jika dibiarkan banyak hal-hal yang akan terjadi. Dahulunya gas sisa pembakaran pada turbin dibuang ke atmosfer dengan suhu yang tinggi jadi dimanfaatkan untuk menambah panas pada Hrsg. Pada perusahaan juga mendapatkan efek yang besar dikarenakan steam pada pabrik PT. Perta Arun Gas sebagai kebutuhan pokok sehingga tingkat pemakaian steam per hari yang tinggi, dikarenakan pemakaian yang tinggi apabila tidak ada panas dari exhaust gas hanya menggunakan pembakaran fuel gas di burner dapat menambah pengeluaran (Cost) perusahaan karena untuk hasil steam yang tinggi perharinya juga dibutuhkan fuel gas yang tinggi agar panas yang diberikan burner pada boiler besar dan steam yang terbentuk juga memenuhi target produksi. Jika tidak mencapai taraget maka dapat mengganggu semua proses yang membutuhkan steam sebagai salah satu



bagian dari



jalannya proses, yang dihasilkan pada proses adalah saturated steam (Steam jenuh) 39



Prinsip kerja dari HRSG adalah perpindahan panas, dimana boiler feed water yang mengaliri tube-tube pada boiler di panaskan dengan exhaust gas dan burner (pembakaran internal), air yang mengaliri tube-tube menyerap panas yang diberikan hingga terjadi perubahan fasa dari air menjadi uap. Pada pengamatan ini yang diamati adalah HRSG sistem fired unit B-9203H. Membandingkan efisiensi Unit H sebelum (pada tahun 2017) dan sesudah dilakukan (pada tahun 2019) Chemical Cleaning. Berdasarkan hasil perhitungan efisiensi unit HRSG mengalami penaikan kinerja alat, ytaitu steam rata-rata yang dihasilkan pada tahun 2017 adalah 65,66 T/h dengan tekanan 8,5 Kg/cm2 pada tahun 2019 meningkat menjadi 72,28 T/h dengan tekanan 8,76 kg/cm2. Kenaikan produksi steam ini sangat menguntungkan pabrik, yang biasanya produksi steam menurun pertahunnya ini sebaliknya menjadi meningkat. Jika ditinjau laju aliran massa gas buang (Mteg) yang dihasilkan oleh turbin sebesar 259.873,34 Kg/h pada tahun 2017 dan 282.125,59 pada tahun 2019. Pada laju aliran massa yang dihasilkan burner adalah 13.705,371 Kg/h pada tahun 2017 dan 12.419,483 Kg/h. Untuk laju aliran massa blowdown 4.140 Kg/h pada tahun 2017 dan 4.500 Kg/h. Terdapat perbedaan diantara 2017 dan 2019 semakin rendah laju lair massa yang diberikan exhaust gas maka semakin tinggi laju alir massa yang diberikan pada burner begitupun sebaliknya . Dari hasil perhitungan laju aliran energi panas (QTEG) yang diberikan kepada HRSG adalah 211.582.894 kJ/h pada tahun 2017 dan 217.349.795 kJ/h pada tahun 2019 laju liran energi panas yang diberikan Burner adalah 19.394.050 kJ/h pada tahun 2017 dan 17.964.292 kJ/h pada tahun 2019. Apabila panas yang diberikan oleh exhaust gas besar pabrik dapat menurunkan flow fuel gas untuk pembakaran di burner, tapi apabila sebaliknya panas dari exhaust gas rendah pabrik harus menaikan flow fuel gas untuk pembakaran di burner. Sehingga besar energi panas yang diterima oleh air umpan pada boiler dan ekonomizer untuk menjadi steam adalah 148.619.365 kJ/h untuk boiler pada tahun 2017 dan 172.755.974 kJ/h untuk boiler pada tahun 2019. Pada economizer 16.553.945 kJ/h pada tahun 2017 dan 18.537.796 kJ/h pada tahun 2019. Pada hasil perhitungan ini dapat 40



disimpulkan semakin besar panas yang diterima oleh air umpan maka semakin cepat air berubah fasa menjadi uap, begitu juga sebaliknya. Setelah mengetahui berapa panas yang diberikan pada air umpan juga harus mengetahui berapa besar kehilangan panas, pada tahun 2017 sebesar 65.803.635 kJ/h dan pada tahun 2019 sebesar 44.020.317 kJ/h . sehingga dapat ditentukan efisiensi dari HRSG unit B-9203H pada tahun 2017 dan 2019 yaitu 71,42% pada tahun 2017 dan 81,29% pada tahun 2017. Efisiensi pada alat harus dijaga karena dapat menentukan hasil akhir yang didapat dari alat tersebut. Faktor-faktor yang menyebabkan efisiensi berkurang adalah faktor waktu yaitu alat yang memang sudah dipakai dalam jangka waktu yang lama ditambah penggunaan atau pemakaian pada alat setiap hari dan juga faktor perawatan dari alat tersebut, karena penggunaan alat yang setaipa hari dipastikan banyak terdapat hal-hal yang tidak diinginkan didalalam alat sehingga semakin lama efisiensi semakin berkurang. Kenaikan efisiensi alat dari 2017 ke 2019 dikarenakan pada tahun 2017 akhir pabrik melakukan perawatan pada alat yang ada di HRSG, atau pabrik menyebutnya dengan Chemical Cleaning. Chemical Cleaning yang dilakukan adalah dengan membersihkan semua tube-tube yang terdapat pada unit HRSG B-9203H karena inti utama dari proses produksi apada Hrsg ada di tube-tube yang ada di boiler dan economizer. Perawatan ini dilakukan karena sudah banyaknya scaling-scaling (kerak) yang ada pada dinding-dinding tube, yang dapat mengakibatkan beberapa hal ,1. mengecilnya rongga-rongga tube karena tertutup kerak sehingga flow air umpan harus di perkecil, 2. panas yang diberikan oleh burner dan exhaust gas tidak langsung diserap oleh air tetapi diserap oleh kerak-kerak sehingga panas yang diberikan terus-terusan pada temperature tinggi menghantam tube-tube dan mengakibatkan tube-tube tidak dapat menahan dan terjadinya kebocoran dan pecah di tube-tube, yang sebenarnya kebocoran tidak boleh terjadi karena dapat menimbulkan ledakan. Apabila tube-tube sudah bocor maka tube tidak dapat digunakan lagi tube harus dipotong dan disumbat (fluk) ditakutkan apabila tube yang bocor di tambal maka rentan terjadinya kebocoran lagi. Dari semua masalah yang ada hasilnya semua berdampak pada hasil produksi yaitu menurunnya hasil 41



produksi, menambah penggunaan bahan bakar. Jadi chemical cleaning itu sangat penting untuk dilakukan untuk menjaga agar efisiensi tidak menurun dan diharapkan dapat meningkat setiap tahunnya. Kerak ini dapat terbentuk karena tingginya konsentrasi suspendid solid dan dissolved solid yang ada pada air umpan karena proses air umpan sebelum masuk economizer dan bolier tidak terjadi secara maksimal yaitu pada unit Softener dan Deaerator. Sehingga harus dilakukan blowdown untuk membuang semua endapan yang ada agar tidak terjadi foaming (busa) yang nantinya akan terikut ke steam. Blowdown dapat menyebabkan terjadinya kehilangan energi yang besar karena air yang dibuang dalam keadaan bertemperatur tinggi, maka hal ini merupakan pembuangan panas dan terjadinya penurunan efisiensi.



42



BAB V PENUTUP 4.3 Kesimpulan. Berdasarkan hasil pembahasan terhadap kinerja Heat Recovery Steam Generation B-9203H maka dapat disimpulkan bahwa 1. Kinerja pada unit HRSG dalam menghasilkan steam: - Panas dari exhaust gas yang diperlukan untuk menghasilkan steam 217.349.795 kJ/h - Panas dari hasil pembakaran di burner untuk menghasilkan steam 17.964.292 kJ/h - Panas yang diterima boiler untuk menghasilkan steam 172.755.974 kJ/h - Panas yang diterima economizer untuk pemanasan awal bagi boiler feed water sebesar 18.537.796 2. Pada akhir tahun 2017 hasil dari perhitungan efisiensi HRSG dalam kondisi fired B-9203H adalah 71,42 %, dikarenakan banyaknya kerak-kerak yang ada pada dinding tube-tube akibat dari kurang maksimalnya pembersihan pada air umpan boiler. 43



3. Pada tahun 2019 hasil dari perhitungan didapatkan efisiensi HRSG sebesar 81,29%. Menaiknya efisiensi dikarenakan pabrik melakukan pembersihan pada tube-tube boiler dan economizer atau juga disebut Chemical Cleaning. 4. Besarnya panas pada boiler dan economizer berdasarkan hasil perhitungan adalah 172.755.974 kJ/h untuk boiler dan 18.537.796 kJ/h untuk economizer. 4.4 Saran 1. Kalau bisa dilakukannya penelitian tentang pengaruh chemical yang dipakai saat ini terhadap ketahanan tube terutama keausan dan scale atau kerak yang dapat terbentuk pada dinding



tube yang



mengakibatan terjadinya



pemanasan setempat menjadi berlebih dan akhirnya menyebabkan kegagalan pada pipa boiler. 2. Sebisa mungkin dilakukannya pembersihan pada tube-tube boiler dan economizer, agar efisiensi tetap terjaga. 3. blowdown dapat dimaksimalkan perlakuannya, agar tidak adanya panas berlebih yang terbuang melalui air.



44



DAFTAR PUSTAKA . Azwar, L. 1985. Teori Proses Perpindahan Panas dan Proses Pembakaran. Blang Lancang: Lhokseumawe. PT. Arun NGL. Co. 45



Deltak, LLC. 2002. Operating Manual and Data Design. Minneapolis, USA. Geankoplis, C. J. 1993. Transport Processes and Unit Operation. Englewood Cliffs, NJ : Prentice Hall, Inc. Himmelblau, D.M. 2004. Basic Principles and Calculation in Chemical Engineering (Seventh Edition). Upper Saddle River, NJ : Prentice Hall. Himmelblau, D.M. 2012. Basic Principles and Calculation in Chemical Engineering (Eighth Edition). USA : Pearson Education, Inc. Kern, D.Q. 1965. Process Heat Transfer. Singapore : McGraw-Hill Company. Perry, R.H and Green, D. 1999. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 7th edition. Singapore : McGraw-Hill Book Co. Setyoko, Recovery



B. 2005. Analisa Efisiensi Peforma HRSG (Heat Steam Generation) pada PLTGU. Traksi. Vol 4 (2), Hal 2-3.



PT. ARUN Book Operating manual. 2012. Utilities volume 2



Mo D. Majnouni, Aramco Service Company, and Arif E. Jaffer, Baker Petrolite Corporation , 2004. Chemical cleaning of an industria boiler - an overview , Volume xi , Number 4.



HRSG’s Manual Book, October 2002. Pre-Operational cleaning guidelines issued, Part 1.



R.Alief.2018. Daerator. https://rakhman.net/power-plants-id/deaerator/. Diakses 12 Desember 2018.



Deck.R.V.2018.Water softener. https://www.academia.edu/. Diakses 10 Desember.



46



LAMPIRAN 1 PERHITUNGAN 1.1 Perhitngan Neraca Massa Laju aliran massa yang terjadi pada HRSG (B-9203H) merupakan suatu sistem tertutup, diaman tidak terjadi perpindahan massa antara kedua aliran fluida. Oleh karena itu kesetimbangannya dapat dinyatakan dengan jumlah aliran massa yang masuk sama dengan jumlah aliran massa yang keluar (m1=m2). Kesetimbangan yang terjadi dapat dilihat pada blok diagram Gambar



L 1.1



Gambar L 1.1 Blok Diagram Neraca Massa Basis Perhitungan = 1 jam operasi Persamaan Neraca Massa total : 



Menghitung laju alir massa total yang diberikan terhadap HRSG : 47



F3 + F4 



Menghitung neraca massa keseluruhan sistem :



Mmasuk = Mkeluar ( F3 + F4+F5) = (FB+FP+W) 1.1.1



Menghitung Laju Alir massa High Pressure (HP) Fuel Gas pada Turbin (𝐦𝐅𝐓 ) Pertama sekali yang dilakukan adalah menentukan berat molekul campuran,



Tekanan kritis, dan Temperatur kritis dari fuel gas berdasarkan komponekomponennya melalui tabel L 1.1 sebagai berikut. Tabel L 1.1 HP fuel Gas Analisis



Berdasarkan data pengamatan 4.4 dan tabel L 1.1 Diketahui : Tfuel



= 32



+ 273,15 = 305,15 K



Pfuel



= 8,4 Kg/cm2 = 8,1312 atm



Vfuel



= 5,7 X935,156 Nm3 /h = 5330,389 Nm3 /h



Pc’ = 45,6726 atm Tc’ = 201,003 K



48



- Menghitung nilai Pr dan Tr : Pr = Tr =



P



= Pc′ 𝑇



8,1312 atm



= 0,178032



45,6726 atm 305,15 K



= 𝑇𝑐′ 201,003



K



= 1,518138



- Menghitung factor compressibility (Z) : 9



𝑃𝑟



Z = 1+128 × 𝑇𝑟 (1 − 6𝑇𝑟 −2) 9



0,178032



= 1+ 128 × 1,518138 {1 − 6 (1,518138−2 ) = 0,98678 - Menghitung densitas campuran (𝜌) HP fuel gas : 𝑃.𝐵𝑚𝐶𝑎𝑚𝑝𝑢𝑟𝑎𝑛



𝜌 Fuel gas = =



𝑅.𝑇.𝑍 8,1312 atm ×17,8763 gr/mol 0,08206 Latm/molK×305,15 𝐾×0,98678



= 5,8826 × 0,001 Kg/gr × 1000L/m3 = 5,8826 Kg/m3 Konversi laju alir volumetric Nm3 /h ke m3 /h aliran fuel gas ∶ Diketahui : Pref = 1 atm Pact



= 8,1312 atm



Tref = 0°C + 273,15 K = 273,15 K Tact = 32°C + 273.15 K = 305,15 K V1 Vact = Vact=



Pref.V1 Pact



= 4928,27212 Nm3 /h



Tact



× Tref



1 atm × 4928,27212 Nm3 /h 8,1312 𝑎𝑡𝑚



305,15 𝐾



× 273,15



732,3462 𝑚3 /h 49



𝐾



- Menghitung laju alir massa HP fuel Gas (mFT ): Laju alir massa fuel gas = Laju alir Volumetric × ρ Fuel gas (mFT ) = 732,3462 m3/h × 5,8826 Kg/𝑚3 (mFT )



4308,079 Kg/h



1.1.2 Menghitung Kebutuhan Udara Pembakaran pada Turbin - proses pembakaran gas methane (CH4) CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2 O



(Pers.1)



Perbandingan mol berdsarkan persamaan 1: 1 mol CH4 + 2 mol O2 → 1 mol CO2 + 2 mol H2 O Berdasarkan perbandingan mol diatas,



(Pers.2)



maka dapat dihitung perbandingan massa



dengan mengalikan koefisien dengan Berat Molekul, sehingga : 16 Kg 𝐶𝐻4 + 64 Kg 𝑂2 → 44 𝐾𝑔𝐶𝑂2 + 36 𝐾𝑔𝐻2 𝑂 Atau setara dengan 1 Kg CH4 + 4 Kg O2 → 2,75 Kg CO2 + 2,25 Kg H2 O



(Pers.3)



Oksigen untuk pembakaran sebagian besar didapat dari udara atmosfer, yaitu 79% N2 dan 21% O2), maka perbandingan mol yang didapat menjadi : 1 mol 𝑂2 + 3,77 𝑁 2 = 4,77 mol udara Perbandingan massa : 32 Kg 𝑂2 + 105,56 kg 𝑁 2 = 137,56 Kg udara atau 1 Kg 𝑂2 + 3,3 Kg 𝑁 2



= 4,3 Kg udara



(Pers 4)



Berdasarkan persamaan 4, maka persamaan 3 menjadi : 1 Kg CH4 + 4 Kg O2 + 13,2 Kg N2 → 2,75 Kg CO2 + 2,25 Kg H2 O + 13,2Kg N2 50



Komposisi CH4 dalam fuel gas adalah 91,651%



0,91651, sehingga ∶



0,91651 kg CH4 + 3,66604 Kg O2 + 12,09793Kg N2 → 2,55739 Kg CO2 + 2,0941 Kg H2 O + 12,27 Kg N2 Jumlah udara yang dibutuhkan = 3,66604 Kg O2 + 12,09793 Kg N2 = 15,763972Kg udara - proses pembakaran gas Ethane (C2 H6 ) C2 H6 + 3,5O2 →2 CO2 +



3 H2 O



(Pers.5)



Perbandingan mol berdasarkan persamaan 5 1 molC2 H6 + 3,5molO2 →2 mol CO2 + 3 mol H2 O



(Pers.6)



Berdasarkan perbandingan mol diatas , maka dapat dihitung perbandingan massa dengan mengalikan koefisien dengan Berat Molekul (BM) sehingga : 30 Kg C2 H6 + 112 Kg O2 → 88 Kg CO2 + 54 Kg H2 O Atau setara dengan 1 Kg C2 H6 + 3,73Kg O2 → 2,93 Kg CO2 + 1,8 Kg H2 O



(Pers 7)



Oksigen untuk pembakaran sebagian besar didapat dari udara atmosfer , yaitu 79% N2 dan 21% O2), maka perbandingan mol yang didapat menjadi : 1 mol 𝑂2 + 3,77 𝑁 2 = 4,77 mol udara Perbandingan massa : 32 Kg 𝑂2 + 105,56 kg 𝑁 2 1 Kg 𝑂2



+ 3,3 Kg 𝑁 2



= 137,56 Kg udara atau



= 4,3 Kg udara



(Pers.8)



Berdasarkan persamaan 8, maka persamaan 7 menjadi : 1 Kg C2 H6 + 3,73 Kg O2 + 12,31 Kg N2 → 2,93 Kg CO2 + 1,8 Kg H2 O + 12,31 Kg N2 Komposisi C2 H6 dalam fuel gas adalah 4,375% =0,04375 sehingga 51



0,04375 Kg C2 H6 + 0,16319KgO2 + 0,538563Kg N2 → 0,13636 Kg CO2 + 0,08377 Kg H2 O + 0,57291 Kg N2 Jumlah udara yang dibutuhkan



= 0,16319KgO2 + 0,538563KgN2



0,70175 Kg Udara - Proses pemabakaran gas Propane C3 H8 C3 H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2 O



(Pers.9)



Perbandingan mol berdasarkan persamaan 9: 1 Mol C3 H8 + 5 Mol O2 → 3 Mol CO2 + 4Mol H2 O ( Pers 10 ) Berdasarkan perbandingan mol diatas , maka dapat dihitung perbandingan massa dengan mengalikan koefisien dengan Berat Molekul (BM) sehingga : 44 Kg C3 H8 + 160 Kg O2 → 132 Kg CO2 + 72 Kg H2 O Atau setara dengan : 1 Kg C3 H8 + 3,64



Kg O2 → 3 Kg CO2 + 1,64 Kg H2 O



(Pers.11) Oksigen untuk pembakaran sebagian besar didapat dari udara atmosfer , yaitu 79% N2 dan 21% O2), maka perbandingan mol yang didapat menjadi : 1 mol O2 + 3,77 N2 = 4,77 mol udara Perbandingan massa : 32 Kg O2 + 105,56 kg N2 = 137,56 Kg udara atau 1 Kg O2 + 3,3 Kg N2 = 4,3 Kg udara



(Pers.12)



Berdasarkan persamaan 12, maka persamaan 11 menjadi : 1 Kg C3 H8 + 3,64 Kg O2 + 12,01 Kg N2 → 3 Kg CO2 + 1,64 Kg H2 O + 12,01 Kg N2 52



Komposisi C3 H8 dalam fuel gas adalah 1,381% = 0,01381 sehingga 0,01381 Kg C3 H8 +0,05027Kg O2 + 0,16586Kg N2 + 0,03612 Kg CO2 + 0,01975 Kg H2 O + 0,14460 Kg N2 Jumlah udara yang dibutuhkan



= 0,05027Kg O2 + 0,16586Kg N2 0,21613 Kg Udara



- Proses pembakaran gas Butane C4 H10 𝐶4 𝐻10 + 6,5 𝑂2 → 4𝐶𝑂2 + 5𝐻2 𝑂



(Pers.13)



Perbandingan mol berdasarkan persamaan 13 : 1 𝑀𝑜𝑙 𝐶4 𝐻10 + 6,5 Mol 𝑂2 → 4 Mol CO2 + 5 Mol H2 O (Pers14) Berdasarkan perbandingan mol diatas , maka dapat dihitung perbandingan massa dengan mengalikan koefisien dengan Berat Molekul (BM) sehingga : 58 Kg C4 H10 + 208 Kg O2 → 176 Kg CO2 + 90 Kg H2 O Atau setara dengan 1 Kg C4 H10 + 3,59 Kg O2 → 3,03 Kg CO2 + 1,55 Kg H2 O (Pers.15) Oksigen untuk pembakaran sebagian besar didapat dari udara atmosfer , yaitu 79% N2 dan 21% O2), maka perbandingan mol yang didapat menjadi : 1 mol O2 + 3,77 N2 = 4,77 mol udara Perbandingan massa : 32 Kg O2 + 105,56 kg N2 = 137,56 Kg udara atau 1 Kg O2 + 3,3 Kg N2 = 4,3 Kg udara



(Pers.16)



Berdasarkan persamaan 16, maka persamaan 17 menjadi : 1 Kg C4 H10 + 3,59 Kg O2 + 11,81 kg N2 → 3,03 Kg CO2 + 1,55 Kg H2 O + 11,81 Kg N2 53



Komposisi C4 H10 dalam fuel gas adalah 0,51% = 0,0051 sehingga 0,0051 Kg C4 H10 + 0,01831 Kg O2 + 0,06023



Kg N2 → 0,0110 Kg CO2 +



0,00562 Kg H2 O + 0,04287 Kg N2 Jadi jumlah udara yang dibutuhkan



0,01831 Kg O2 + 0,06023 Kg N2



= 0,07854Kg Udara - Proses pembakaran gas Pentane C5 H12 C5 H12 + 8 O2 = 5CO2 + 6H2 O



(Pers.17)



Perbandingan mol berdasarkan persamaan 17 : 1 Mol C5 H12 + 8 Mol O2 → 5 Mol CO2 + 6 Mol H2 O



(Pers.18)



Berdasarkan perbandingan mol diatas , maka dapat dihitung perbandingan massa dengan mengalikan koefisien dengan Berat Molekul (BM) sehingga : 72 Kg C5 H12 +256 Kg O2 → 220 Kg CO2 + 108 Kg H2 O Atau setara dengan : 1 Kg C5 H12 +3,55 Kg O2 → 3,05 Kg CO2 + 1,50 Kg H2 O



(Pers.19)



Oksigen untuk pembakaran sebagian besar didapat dari udara atmosfer , yaitu 79% N2 dan 21% O2), maka perbandingan mol yang didapat menjadi : 1 mol O2 + 3,77 N2 = 4,77 mol udara Perbandingan massa : 32 Kg O2 + 105,56 kg N2 = 137,56 Kg udara atau 1 Kg O2 + 3,3 Kg N2 = 4,3 Kg udara



(Pers.20)



Berdasarkan persamaan 20, maka persamaan 19 menjadi : 1 Kg C5 H12 +3,55 Kg O2 + 11,71 Kg N2 → 3,05 Kg CO2 + 1,50 Kg H2 O + 11,71 Kg N2 Komposisi C5 H12 dalam fuel gas adalah 0,297 % = 0,00297 sehingga 54



0,00297 Kg C5 H12 +0,01054 Kg O2 + 0,03478 Kg N2 → 0,00155 Kg CO2 + 0,00076 Kg H2 O + 0,00597 Kg N2 Jadi jumlah udara yang dibutuhkan



= 0,01054 Kg O2 + 0,03478 Kg N2



= 0,04532Kg Udara. - Prose pembakaran gas Hexane C6 H14 C6 H14 + 9,5 O2 = 6 CO2 + 7 H2 O



(Pers.21)



Perbandingan mol berdasarkan persamaan 21 : 1 Mol C6 H14 + 9,5 Mol O2 = 6 Mol CO2 + 7 Mol H2 O



(Pers.22)



Berdasarkan perbandingan mol diatas , maka dapat dihitung perbandingan massa dengan mengalikan koefisien dengan Berat Molekul (BM) sehingga : 86 Kg C6 H14 + 304 Kg O2 = 264 Kg CO2 + 126 Kg H2 O Atau setara dengan 1 Kg C6 H14 + 3,53 Kg O2 = 3,07 Kg CO2 + 1,46 Kg H2 O (Pers.23) Oksigen untuk pembakaran sebagian besar didapat dari udara atmosfer , yaitu 79% dan 21% 1 mol



O2 ), maka perbandingan mol yang didapat menjadi :



O2 + 3,77



N2



= 4,77 mol udara



Perbandingan massa : 32 Kg O2 1 Kg O2



+ 105,56 kg + 3,3 Kg



N2



N2



= 137,56 Kg udara atau = 4,3 Kg udara



Berdasarkan persamaan 24, maka persamaan 23 menjadi : 1 Kg C6 H14 + 3,53 Kg O2 + 11,65 Kg = 3,07 Kg CO2 + 1,46 Kg H2 O + 11,65 Kg N2 Komposisi C6 H14 dalam fuel gas adalah 0,222 % = 0,00222 sehingga 55



(Pers.24)



N2



0,00222 Kg C5 H12 +0,00784 Kg O2 +0,02586Kg N2 → 0,00663 Kg CO2 + 0,00315 Kg H2 O + 0,02516 Kg N2 : Jadi jumlah udara yang dibutuhkan



= 0,00784 Kg O2 +



0,02586 Kg N2



= 0,0337Kg Udara. 1.1.3 Menghitung laju Aliran Massa Udara yang Diperlukan untuk Pembakaran pada Turbin (𝒎𝒐𝑻 ) : (moT ) = =



TotalMassaUdaraPembakaran × mfT 1 KgFuelGas 16,83941 KgUdara 1 KgFuelGas



×4.308,079 Kg/h



= 72.545,51 Kg/h Udara Berdasarkan uraian perhitungan diatas, maka besarnya udara yang dibutuhkan dalam pembakran terhadap fuel gas dilihat pada tabel L 1.2 berikut :



Tabel L 1.2 Kebutuhan Udara Pembakaran Terhadap High Press (HP) Fuel Gas Komponen Fuel



Kebutuhan udara (𝑚𝑜𝑇 ) 56



Gas



CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14



Total



Kg



Kg/h



15,763972



67912,43297



0,70175



3023,194271



0,2161265



931,0899845



0,07854



338,3565059



0,04532



195,2516072



0,03379



145,180531



16,83941



72545,51



1.1.4 Menghitung Laju Alir massa High Pressure (HP) Fuel Gas pada Burner (𝐦𝐅𝐁 ) Pertama sekali yang dilakukan adalah menentukan berat molekul campuran, Tekanan



kritis,



dan



Temperatur



kritis



dari



fuel



komponen-komponennya melalui tabel L 1.3 sebagai berikut. Tabel L 1.3 Low Press (LP) Fuel Gas



Berdasarkan data pengamatan 4.5 dan tabel L 1.3 Diketahui : Tfuel



= 30,06



+ 273,15 = 303,75 K 57



gas



berdasarkan



Pfuel



= 54,4 KPA = 0,536928 atm



Vfuel



= 488,2 m3 /h



Pc’ = 45,63375 Tc’ = 202,1628 K - Menghitung nilai Pr dan Tr : Pr = Tr =



𝑃 𝑃𝑐



=



𝑇



0,536928 𝑎𝑡𝑚



303,75𝐾



=



𝑇𝑐



= 0,01177



45,63375 𝑎𝑡𝑚



202,1628 𝐾



= 1,50250



- Menghitung factor compressibility (Z) : 9



𝑃𝑟



Z = 1+128 × 𝑇𝑟 (1 − 6𝑇𝑟 −2) 9



0,01177



= 1+ 128 × 1,50250 {1 − 6 (1,50250−2 )} = 0,99909 - Menghitung densitas campuran (𝜌) HP fuel gas :



𝜌 Fuel gas =



=



P.Bm Campuran R.T.Z



0,536928 𝑎𝑡𝑚 × 18,13302 𝑔𝑟/𝑚𝑜𝑙 0,08206 Latm/molK × 303,75 𝐾 × 0,99909 = 0,39096× 0,001 Kg/gr × 1000L/𝑚3 = 0,39096 Kg/m3



- Menghitung laju alir massa LP fuel gas (mfb) : Laju alir massa fuel gas = Laju alir Volumetric × ρ Fuel gas = 488,2 m3/h × 0,39096 Kg/𝑚3 190,86779 Kg/m3. 1.1.5 Menghitung Kebutuhan Udara Pembakaran pada Burner 58



- proses pembakaran gas methane (CH4) CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2 O



(Pers.25)



Perbandingan mol berdasarkan persamaan 25: 1 mol CH4 + 2 mol O2 → 1 mol CO2 + 2 mol H2 O Berdasarkan perbandingan mol diatas,



(Pers.26)



maka dapat dihitung perbandingan massa



dengan mengalikan koefisien dengan Berat Molekul, sehingga : 16 Kg CH4 + 64 Kg O2 → 44 Kg CO2 + 36 Kg H2 O Atau setara dengan 1 Kg CH4 + 4 Kg O2 → 2,75 KgCO2 + 2,25 Kg H2 O



(Pers.27)



Oksigen untuk pembakaran sebagian besar didapat dari udara atmosfer, yaitu 79% N2 dan 21% O2 ), maka perbandingan mol yang didapat menjadi : 1 mol O2 + 3,77 N2 = 4,77 mol udara Perbandingan massa : 32 Kg O2



+ 105,56 kg N2 = 137,56 Kg udara atau



1 Kg O2



+ 3,3 Kg N2



= 4,3 Kg udara



(Pers 28)



Berdasarkan persamaan 28, maka persamaan 27 menjadi : 1 Kg CH4 + 4 Kg O2 + 13,2 Kg N2 → 2,75 Kg CO2 + 2,25 Kg H2 O + 13,2Kg N2 Komposisi CH4 dalam fuel gas adalah 92,0866 %



0,92086, sehingga ∶



0,92086 kg CH4 + 3,68344 Kg O2 + 12,15 Kg N2 2,532365 Kg CO2 + 2,071935 Kg H2 O + 12,15 Kg N2 Jumlah udara yang dibutuhkan = 3,66604 Kg O2 + 12,09793 Kg N2 = 15,83344



59



1.1.6



Menghitung laju Aliran Massa Udara yang Diperlukan untuk Pembakaran pada Burner (moB ) = =



Total Massa Udara Pembakaran × mfb 1 Kg Fuel Gas 16,92682 Kg Udara 1 Kg Fuel Gas



× 190,86779 Kg/m3.



= 3.230,7842 Kg/h Udara. Berdasarkan uraian perhitungan diatas, maka besarnya udara yang dibutuhkan dalam pembakran terhadap fuel gas dilihat pada tabel L berikut :



Tabel L 1.4 Kebutuhan Udara Pembakaran Terhadap Low Press (LP) Fuel Gas Komponen Fuel



Kebutuhan udara (𝑚𝑜𝐵 )



Gas



Kg



Kg/h



CH4



15,763972



67912,43297



C2H6



0,70175



3023,194271



C3H8



0,2161265



931,0899845



C4H10



0,07854



338,3565059



C5H12



0,04532



195,2516072



C6H14



0,03379



145,180531



Total



16,83941



72545,51



1.1.6 Menghitung Udara Berlebih Hasil Pembakaran (E) Berdasarkan data flue gas analisis, komposisi gas buang pada stack dapat dilihat sebagai berikut : 60



Tabel L 1.5 Data Pengamatan Flue Gas Analisis Komposisi



% Mol



𝑂2



15,8



𝐶𝑂2



2,68



𝐶𝑂



0,0003



𝑆𝑂2



0,17



𝑁𝑂2



0,00049



𝑁2



81



(Sumber : Laboratorium PT.Perta Arun Gas) Menggunakan Persamaan : O2 − CO/2



E=



(0,264. N2 ) − (O2 −



CO 2)



× 100%



Udara berlebih hasil pembakaran pada turbin : 𝐸=



E =



𝑂2 − 𝐶𝑂/2 𝐶𝑂 (0,264. 𝑁2 ) − (𝑂2 − ) 2 15,8−3×10−4 /2 (0,264(81))−(15,8−



3×10−4 ) 2



× 100%



× 100%



E = 282,956 % Sehingga, udara berlebih hasil pembakaran pada Burner : E= =



UdaraBerlebihPadaTurbin – Kebutuhanudarapadaburner × 100% Kebutuhanuadarapembakaranpaadaturbin



205,272



Kg/h −



3.230,7842 Kg/h Udara



72.545,51 Kg/h



× 100%



= 278,503 % 1.1.8



Menghitung Laju Aliran Massa Gas Buang Turbin (𝑴𝑻𝒆𝒈 )



Diketahui :



Laju alir massa udara



= 72.545,51 Kg/h Udara



Laju alir massa HP Fuel Gas = 3.230,78423 Kg/h 61



Menggunakan persamaan : MTeg = MoT + MFT + E(MoT ) Menjadi MTeg = MoT + MFT + E(MoT ) = 72.545,51 Kg/h Udara+ 3.230,78423 Kg/h+ 2,82956(72.545,51) =282.125,59 Kg/h 1.1.9 Menghitung Laju Aliran Massa Exhaust Gas yang diberikan burner (MBurner) Diketahui :



Laju alir massa udara



: 3.230,7842 Kg/h Udara



Laju alir massa LP Fuel Gas : 190,8678 Kg/m3. Udara berlebih hasil pembakaran: 278,503% (2,78503) Menggunakan Persamaan : MBurner = MoB + MFB + E(MoB ) Menjadi : (MBurner) = 𝑀𝑜𝐵 + 𝑀𝐹𝐵 + 𝐸(𝑀𝑜𝐵 ) = 3.230,7842 Kg/h + 190,8678 Kg/h + 2,78503 (3.230,7842 Kg/h) =12.419,483 Kg/h. 1.1.10 Menghitung laju aliran massa total exhaust gas yang diberikan terhadap HRSG (Mfb) Menggunakan persamaan : 𝑀𝐹𝑏 = 𝑀𝑇𝑒𝑔 + 𝑀𝐵𝑢𝑟𝑛𝑒𝑟 Menjadi : MFb = 𝑀𝑇𝑒𝑔 + 𝑀𝐵𝑢𝑟𝑛𝑒𝑟 = (282.125,59 + 12.419,483)Kg/h. = 294.545,0729 Kg/h. 62



= 81,82 Kg/s Sehingga : F3 + F4 = 𝑀𝐹𝐵 = 𝑊 282.125,59 Kg/h + 12.419,483 Kg/h = Kg/h = W Maka : W = 294.545,08 Kg/h 1.1.11 Menghitung Laju Aliran Massa Continous Blowdown Diketahui :



Laju aliran massa bfw (F5)



Laju aliran massa Steam product (FP)



: 76,78 T/H :



72,78 T/H



Menggunakan persamaan : F5 = FP + FB F5 = FP + FB → FB = F5-FP Menjadi : FB = F5- FP = 76,78 T/H – 72,78 T/H = 4,5 T/h = 4.500 Kg/h 1.1.12 Menghitung Neraca Massa Keseluruhan Sistem Menggunakan Persamaan : ( F3+F4+F5) = (FB+FP+W) Menjadi : Mmasuk = Mkeluar (282.125,59 +12.419,483



+76.780) Kg/h = (4.500 Kg/h + 72.780+294.545,08) Kg/h



371325,0771 Kg/h 1.2 Perhitungan Neraca Energi 63



= 371325,0771 Kg/h



Basis perhitungan : 1 jam opersi Persamaan Neraca Energi Total 𝑄𝐼𝑛 = 𝑄𝑂𝑢𝑡 (QTeg + QBurner ) = (QHRSG + QBlowdown + QLoss ) 1.2.1 Menghitung Kapasitas Panas (Cp) Menggunakan persamaan : Cp = a +b(T) + c(𝑇)2 +d(T)3 Dimana : T dalam °C dan Cp dalam J/g mol °C Tabel 1.6 Kapasitas Panas (Cp) untuk setiap komponen pada Exhaust Gas komponen



Fraksi mol



A



b.10−2



c.10−5



d. 10−9



𝑂2



0,158



29,1



1,158



−0,6076



1,311



𝐶𝑂2



0,0268



36,11



4,233



−2,887



7,464



𝐶𝑂



0,000003



28,95



0,411



0,3548



−2,22



𝑆𝑂2



0,0017



38,91



3,904



−3,104



8,606



𝑁𝑂2



0,0000049



36,07



3,97



−2,88



7,87



𝑁2



0,81



29,00



0,2199



0,5723



-2,871



Kapasitas panas (Cp) setiap komponen dikali dengan fraksi mol masing-masing, sehingga menghasilkan :



64



Menghasilkan: Komponen



A



B



C



D



𝑂2



4,5978



0,00182964



-9,60008E-07



2,07138E-10



𝐶𝑂2



0,967748



0,001134444



-7,73716E-07



2,00035E-10



𝐶𝑂



0,000008685



1,233E-09



1,0644E-12



-6,66E-16



𝑆𝑂2



0,066147



0,000066368



-5,2768E-08



1,46302E-11



𝑁𝑂2



0,000176743



1,9453E-07



-1,4112E-10



3,8563E-14



𝑁2



23,49



0,00178119



4,63563 ×



-2,32551E-09



10−6 Total



29,1219



0,004812



2,849 × 10−6



-1,90367 × 10−9



Cp Exhaust gas :



29,1219 + 0,004812 × 10−3 T+ 2,849 × 10−6 T −2 + -1,90367



× 10−9 T −3



Berdasarkan persamaan tersebut maka besar kapasitas panas (Cp) yang ada pada Exhaust Gas adalah sebagai berikut: Pada T = 393°C Cp = 29,1219 + 0,004812 × 10−3 𝑇+ 2,849 × 10−6 𝑇 −2+ -1,90367 × 10−9 𝑇 −3 = 29,1219 + 0,004812 × 10−3 (393) + 2,849 × 10−6 (393)−2 -1,90367 × 10−9 (393)−3 = 31,3374078 kJ/Kg°C Pada T = 25 °C Cp = 29,1219 + 0,004812 × 10−3 𝑇+ 2,849 × 10−6 𝑇 −2+ -1,90367 × 10−9 𝑇 −3 = 29,1219 + 0,004812 × 10−3 (25)+ 2,849 × 10−6 (25)−2 -1,90367 × 10−9 (25)−3 65



= 29,24393 kJ/Kg°C Sehingga, besarnya Cp Exhaust Gas : Cp Exhaust = Cp inlet hrsg – Cp Reference = 31,3374078 kJ/Kg°C - 29,24393 kJ/Kg°C = 2,093480548 kJ/Kg°C 1.2.2 Menentukan Net Heating Value dari High Pressure Fuel Gas Menghitung nilai bakar dari fuel gas berdasarkan komposisi dengan basis 1 𝑚3 /ℎ. Nilai bakar (NHV) dari fuel gas didapat dari tabel Physical Constants of Hidrocarbon, Tabel 1.5.4 (Lampiran) Tabel L 1.7 Net Heating Value komponen-komponen High Pressure Fuel Gas



Konversi satuan dari Btu/ft 3 menjadi kJ/m3 = 978,312473×



3,725895×101 𝑘𝐽/𝑚3 𝐵𝑡𝑢/𝑓𝑡



= 36.450,896 kJ/m3 Maka, net heating value dari Hp fuel gas adalah 978,312473Btu/ft 3 atau 36.450,896 kJ/m3 1.2.3



Menentukan net heating value dari Low Press (Lp) fuel gas. Hitung nilai bakar ( Net Heating Value ) dari fuel gas berdasarkan



komposisinya, dengan basis 1 m3 /h. 66



Tabel L 1.8 Net heating value komponen-komponen low press (LP) fuel gas



Konversi dari satuan dari Btu/ft3 ke 𝑘𝐽/𝑚3 = 987,601472×



3,725895×101 𝑘𝐽/𝑚3 𝐵𝑡𝑢/𝑓𝑡



= 36.796,994 𝑘𝐽/𝑚3 Maka, net heating value dari Lp fuel gas adalah 987,601472 Btu/ft3 atau 36.796,994 kJ/m3 1.2.4 Menghitung Kandungan Panas Dari Udara Untuk Pembakaran Diketahui :



MoT



= 72.545,50587 Kg/h Udara



Tlingkungan = 30



67



Pada T = 30



( 303,15K)



Dengan cara interpolasi, Cp udara dapat ditentukan menggunakan tabel 1.5.3 (Lampiran) y = y1 + (



x − x1 ) y − y1 ) x2 − x1 2 30℃−26,85℃)



= 1,005 + (46,85℃−26,85℃) (1,006 − 1,005) Cp Udara



= 1,0050 kJ/Kg℃



Maka : Qudara = kebutuhan udara pembakaran × Cpudara × Temperatur Lingkungan = 72.545,50587 Kg/h Udara



1,0051 kJ/Kg℃ 30



= 2187589,78 kJ/h 1.2.5 Menghitung Laju Aliran Panas yang Diberikan HP Fuel Gas Pada ruang bakar ( Combustion Chamber ) Diketahui : V hp fuel = 732,3462 m3/h NHV Fuel = 36.796,994 kJ/m3 Maka besar panas yang diberikan fuel gas pada ruang bakar adalah : QRB = laju aliran volume hp fuel gas × Net Heating Value = 732,3462 m3/h × 36.450,896 kJ/m3 26.694.676 kJ/h 1.2.6 Menghitung Laju Aliran Panas yang Diberikan Exhaust Gas Pada Turbin Exhaust Gas Diketahui : mteg



= 282.125,59 Kg/h 68



Cp Teg



= 2,0935 kJ/Kg°C



Teg



= 393 °C



Tref



= 25 °C



= m teg



Cp teg



Maka : Qteg



(Teg-Tref)



=282.125,59 Kg/h × 2,0935 kJ/Kg°C



(393 °C-25 °C)



= 217.349.795 kJ/h



1.2.7 Menghitung Laju Aliran Panas yang diberikan Lp Fuel Gas Pada burner : Diketahui : VLp



Fuel



= 488,2 m3 /h



NHVFuel =36.796,994 kJ/m3 Maka, besar panas yang diberikan fuel gas pada burner : QBurner = Laju Aliran volume LP fuel gas × Net heating value = 482 m3 /h × 36.796,994 kJ/m3 17.964.292 kJ/h Jadi besar laju aliran energi panas yang diberikan Exhaust gas turbin dan burner ke HRSG adalah : QFb = Qteg + QBurner = 217.349.795 kJ/h+17.964.292 kJ/h = 235.314.088kJ/h 1.2.8 Menghitung Besarnya Panas Sensibel dan Laten Air Pada Boiler Panas sensibel air pada boiler : 69



Diketahui : mBfw = 76.780 Kg/h T1 = 180,26 (TE-9209H) T2 = 208,7 (TE-9212H) Menentukan Cp air dengan cara interpolasi : Pada T= 28,44 C y = y1 + (



x−x1 x2 −x1



) (y2 − y1 )



28,44−26.7



= 4,183 + ( 37,8−26.7 ) (4,183 − 4,183) Cp air = 4,183 kJ/Kg°C Maka: Qsenibel= mBfw × CpAir × (T2 − T1 ) = 76.780 Kg/h × 4,183 kJ/Kg°C × (208,7 − 180,26) °C = 9.134.095,846 kJ/h Panas laten steam : Diketahui : MSteam = 72,28 T/h = 72280 Kg/h (TBfw ) = 122,58 °C (Tsteam ) = 180,26 °C Untuk menentukan nilai entalpi dari cairan jenuh (hf) dan uap jenuh (hg) dapat menggunakan tabel dengan cara interpolasi (1.2) Pada T = 122,58 °C (hf)



x−x1



= y1 + (x



2 −x1



) (y2 − y1 ) 122,58−120



= 503,71 + (



125−120



) (524,99 − 503,71)



= 514,69048 kJ/Kg 70



Pada T = 180,26 °C 𝑥−𝑥1



(hg) = y1 + (𝑥



2 −𝑥1



) (𝑦2 − 𝑦1 ) 180,26−180



= 2778,2 + (



190−180



) (2786,4 − 2778,2)



= 2778,4132 kJ/Kg Maka besarnya panas yang diteriam air umpan untuk menjadi steam QLaten = mSteam (hg − hf ) = 72.280 Kg/h × (2778,4132 - 514,69048) kJ/Kg = 163.621.878 kJ/h Sehingga total panas yang diterima boiler : Qboiler = QSensibel + QLaten = 9.134.095,846 kJ/h



+ 163.621.878 kJ/h



= 172.755.974 kJ/h 1.2.9 Menghitung Besar Panas Sensibel Air pada Economizer Panas sensibel air pada Economizer : Diketahui : mbfw =76.780 Kg/h T1= 122,58 °C T2 = 180,26 °C Dengan cara interpolasi, Cp air dapat ditentukam dengan menggunakan tabel 1.5.2 (Lampiran 1.2) : Pada T= 57,68 °C x−x1



y = y1 + (x



2 −x1



) (y2 − y1 ) 57,68−37,8



= 4,183 + ( 65,6−37,8 ) (4,187 − 4,183) 71



= 4,186 kJ/Kg °C Maka : QEconomizer = mBfw + Cpwater × (T2 − T1 ) = 76.780 Kg/h



+ 4,186 kJ/Kg °C × (180,26 − 122,58) °C



= 18.537.796,05 kJ/h°C Sehingga, panas total yang diterima HRSG : QHRSG = QBoiler + QEconomizer = ( 172.755.974 + 18.537.796,05 ) kJ/h = 191.293.770 kJ/h 1.2.10 Menghitung Besarnya Panas Air Blowdown Panas Sensibel Air Blowdown : Diketahui : mblowd = 4.500 Kg/h T1 = 180,26 T2 = 30 Pada T = 150,26 ( T2 − T1 ) y



150,26−148,9



= 4,312 Kg/h + ( 204,4−148,9 ) kJ/kg (4,522 − 4,312)°C = 4,317 kJ/kg °C



Maka, Qblowdown =



mBlowdown + CpWater × (T2 − T1 )



= 4.500 Kg/h × 4,317 kJ/kg × (180,26 −30)°C = 2.919.124,543 kJ/h 1.2.11 Menghitung Besarnya Kehilangan Panas Pada HRSG Qlosstotal= QFb – QHRSG 72



= 235.314.088 kJ/h – 191.293.770 kJ/h Qlosstotal = 44.020.318 kJ/h Kehilangan panas karena hal lain: = Qlosstotal – QBlowdown



Qloss



= 44.020.318 kJ/h - 2.919.124,543 kJ/h = 41.101.193 kJ/h Presentase panas hilang (Qloss) % Qloss =



=



QFb−QHRSG QFb



× 100%



235.314.088 kJ/h−191.293.770,1 kJ/h 235.314.088 kJ/h



× 100%



= 18,71 % 1.2.12 Menghitung Efisiensi HRSG Diketahui : QFb



QHRSG = 191.293.770 kJ/h = 235.314.088 QHRSG



Ƞ=



QFb



=



× 100%



191.293.770 235.314.088



× 100%



= 81,29 % 1.2.13 Menghitung Neraca Energi Total : Menggunakan Persamaan : Qin = Qout (Q teg + Q burner) = ( Q hrsg + Q bd + Q loss) (217.349.795 kJ/h + 17.964.292 kJ/h) = (191.293.770+2.919.124,583 kJ/h+41.101.193) kJ/h



73



(235.314.087 = 235.314.087) kJ/h



2.1 Menentukan Neraca Massa Sebelum Chemical Cleaning Laju aliran massa yang terjadi pada HRSG (B-9203H) merupakan suatu sistem tertutup, diaman tidak terjadi perpindahan massa antara kedua aliran fluida. Oleh karena itu kesetimbangannya dapat dinyatakan dengan jumlah aliran massa yang masuk sama dengan jumlah aliran massa yang keluar (m1=m2). Kesetimbangan yang terjadi dapat dilihat pada blok diagram Gambar L 2.1



Gambar L 2.1 Blok Diagram Neraca Massa Basis Perhitungan = 1 jam operasi Persamaan Neraca Massa total : 



Menghitung laju alir massa total yang diberikan terhadap HRSG : F3 + F4







Menghitung neraca massa keseluruhan sistem : Mmasuk = Mkeluar ( F3 + F4+F5) = (FB+FP+W)



74



2.1.1 Menghitung Laju Alir massa High Pressure (HP) Fuel Gas pada Turbin (𝐦𝐅𝐓 ) Pertama sekali yang dilakukan adalah menentukan berat molekul campuran, Tekanan kritis, dan Temperatur kritis dari fuel gas berdasarkan komponekomponennya melalui tabel L 2.1 sebagai berikut. Tabel L 2.1 HP fuel Gas Analisis



Berdasarkan data pengamatan 4.9 dan tabel L 2.1 Diketahui : Tfuel



= 31,2



+ 273,15 = 304,35 K



Pfuel



= 8,2 Kg/cm2 = 7,938045 atm



Vfuel



= 5,6 X935,156 Nm3 /h = 5220,976 Nm3 /h



Pc’ = 45,74126 atm Tc’ = 201,4496 K - Menghitung nilai Pr dan Tr : Pr = Tr =



P



=



Pc′ P



=



7,938045 atm 45,74126 atm 304,35 K



= 0,173542



= 1,51082



Pc′ 201,4496 K



75



- Menghitung factor compressibility (Z) : 9



𝑃𝑟



Z = 1+128 × 𝑇𝑟 (1 − 6𝑇𝑟 −2) 9



= 1+ 128 ×



0,173542 1,51082



{1 − 6 (1,51082−2 )



= 0,986846 - Menghitung densitas campuran (𝜌) HP fuel gas : 𝜌 Fuel gas



=



𝑃.𝐵𝑚𝐶𝑎𝑚𝑝𝑢𝑟𝑎𝑛 𝑅.𝑇.𝑍



=



7,938045 𝑎𝑡𝑚 ×17,82444𝑔𝑟/𝑚𝑜𝑙 𝐿𝑎𝑡𝑚 ×304,35 𝑚𝑜𝑙𝐾



0,08206



𝐾×0,986846



= 5,7408× 0,001 Kg/gr × 1000 L/m3 = 5,7408 Kg/m3 - Laju alir volumetric 𝑁𝑚3/h ke m3 /h aliran fuel gas ∶ Diketahui : Pref = 1 atm Pact



= 7,938045 atm



Tref = 0°C + 273,15 K = 273,15 K Tact = 32°C + 273.15 K = 305,15 K = 4928,27212 𝑚3 /h



V1 Vact = Vact=



Pref.V1 Pact



Tact



× Tref



1 atm × 4928,27212 Nm3 /h 7,938045 atm



305,15 K



× 273,15



K



= 732,8419 m3 /h



- Menghitung laju alir massa HP fuel Gas (mFT ): Laju alir massa fuel gas = Laju alir Volumetric × 𝜌Fuel gas (mFT ) = 732,8419 m3 /h × 5,740835 Kg/m3 76



(mFT )



4207,124 Kg/h



2.1.2 Menghitung Kebutuhan Udara Pembakaran pada Turbin - Proses pembakaran gas Methane(CH4) CH4+2 O2→ CO2+ 2 H2O (Pers.1) Perbandingan mol berdasarkan persamaan 1: 1 mol CH4+2 mol O2→1 mol CO2+2 mol H2O (Pers.2) Berdasarkan perbandingan mol diatas, maka dapat dihitung perbandingan massa dengan mengalikan koefisien dengan Berat Molekul (BM), Sehingga: 16 kg CH4 + 64 kg O2→ 44 kg CO2 + 36 Kg H2O Atau Setara dengan : 1 kg CH4+ 4 kg O2→ 2.75 kg CO2+2.25 kg H2O (Pers.3) Oksigen untuk pembakaran sebagian besar didapat dari udara atmosfer,yaitu 79% N2 dan 21% O2), maka perbandingan mol menjadi: 1 mol O2 + 3,7 mol N2 = 4,77 mol udara Perbandingan massa: 32 kg O2 + 105,635 kgN2



=137,567 kgudara, atau



1 kg O2 + 3,3 kgN2



= 4,3 kgudara



(Pers,4) Berdasarkan Persamaan4, makaPersamaan 3 menjadi : 1 kg CH4+4 kg O2+13.2 kg N2→



2,75 kg CO2+2,25 kg H2O +13,2 kg N2



Komposisi CH4 dalam fuel gas adalah 91,903% = 0,91903, Sehingga: 77



0,91903 kg CH4 + 3,67612 kg O2 + 12,13 kg N2→2,52733 kg CO2+2,06782 kg H2O +12,13 kg N2 Jumlah udarayangdibutuhkan



= 3,67612 kg O2+12,13 kg N2 =15,80612 kg



Udara



78



-



Proses pembakarangas Ethane (C2H6) C2H6+3,5 O2→ 2CO2+3 H2O



(Pers.5) Perbandingan mol berdasarkan persamaan 1: 1 mol C2H6+3,5 molO2→ 2 mol CO2+3 mol H2O



(Pers.6)



Berdasarkan perbandingan mol diatas,maka dapat dihitung perbandingan massa dengan mengalikan koefisien dengan Berat Molekul (BM), Sehingga: 30 kg C2H6 +112 kg O2→ 88 kg CO2 + 54 kg H2O Atau Setara dengan : 1 kg C2H6+3,73 kg O2→ 2.93 kg CO2+1,8 kg H2O



(Pers.7)



Oksigen untuk pembakaran sebagian besar didapat dari udara atmosfer,yaitu 79% N2 dan 21% O2), maka perbandingan mol menjadi: 1 mol O2+3,77 mol N2=4,77 mol udara Perbandingan massa: 32 kg O2+105,635kgN2=137,567 kg udara, atau 1 kg O2 +3,3 kg N2 = 4,3 kg udara



(Pers.8)



Berdasarkan Persamaan 8, maka Persamaan 7 menjadi: 1 kg C2H6 + 3,73 kg O2 + 12,31 kg N2 → 2,93 kg CO2+ 1,8 kg H2O+ 12,31 kg N2 Komposisi C2H6 dalam fuel gas adalah 4,654%=0,04654, Sehingga: 0,04654 kg C2H6 + 0,17359 kg O2 + 0,57290 kg N2→0,13636 kg CO2 + 0,08377 kg H2O + 0,57290 kg N2 Jumlah udara yang dibutuhkan = 0,17359 kg O2 + 0,57290 kg N2 = 0,74649 kg Udara



79



- Proses pembakaran gas Propane (C3H8) C3H8 + 5 O2→3 CO2 + H2O (Pers.9) Perbandingan mol berdasarkan persamaan 9: 1 mol C3H8 + 5molO2→ 3 mol CO2 + 4 H2O (Pers.10) Berdasarkan perbandingan moldiatas, maka dapat dihitung perbandingan massa dengan mengalikan koefisien denganBerat Molekul (BM), Sehingga: 44 kg C3H8 + 160 kg O2→ 132 kg CO2



+ 72 kg H2O Atau



Setara dengan : 1 kg C3H8 + 3,64 kg O2→ 3 kg CO2 + 1,64 kg H2O



(Pers.11)



Oksigen untuk pembakaran sebagian besar didapat dari udara atmosfer, yaitu79% N2dan 21%O2), maka perbandingan mol menjadi: 1 mol O2 + 3,77 mol N2 = 4,77 mol udara Perbandingan massa: 32 kg O2 + 105,635 kg N2 =137,567 kg udara, atau 1 kg O2 + 3,3 kg N2 = 4,3 kgudara



(Pers. 12)



Berdasarkan Persamaan 12, makaPersamaan 11 menjadi: 1 kg C3H8+ 3,64 kg O2+ 12,01 kg N2→ 3 kg CO2+1,64 kg H2O+ 12,01 kg N2 Komposisi C3H8 dalam fuel gas adalah 1,322%=0,01322, Sehingga: 0,01322 kg C3H8 + 0,04812 kg O2 + 0,15877 kg N2→0,03966 kg CO2 + 0,02168 kg H2O +0,15877 kg N2 Jumlah udarayangdibutuhkan



= 0,04812 kg O2+0,15877 kgN2 = 0,20689 kg Udara



80



- Proses pembakaran gas Butane (C4H10) C4H10+6,5 O2→ 4 CO2+5 H2O (Pers.13) Perbandingan molberdasarkan persamaan 13: 1 mol C4H10 + 6,5 mol O2 → 4 mol CO2+5 mol H2O (Pers.14) Berdasarkan perbandingan mol diatas, maka dapat dihitung perbandingan massa dengan mengalikan koefisien dengan Berat Molekul (BM), Sehingga: 58 kg C4H10 + 208 kg O2→ 176 kg CO2+ 90 kg H2O Atau Setaradengan : 1 kg C4H10 + 3,58 kg O2→ 3,03 kg CO2+1,55 kg H2O (Pers.15) Oksigen untuk pembakaran sebagian besar didapat dari udara atmosfer, yaitu79% N2 dan 21%O2), maka perbandingan mol menjadi: 1 mol O2 + 3,77 mol N2 = 4,77 mol udara Perbandingan massa: 32 kg O2+105,635 kg N2 =137,567 kg udara, atau 1 kg O2+3,3 kg N2 (Pers. 16)



= 4,3 kg udara Berdasarkan Persamaan 16, makaPersamaan 15



menjadi : 1 kg C4H10+ 3,58 kg O2 + 11,81 kg N2→ 3,03 kg CO2+ 1,55 kg H2O + 11,81 Kg N2 Komposisi C4H10 dalam fuel gas adalah 0,781 %=0,00781, Sehingga : 0,00781 kg C4H10 + 0,02795 kg O2 + 0,09223 kg N2→0,02366 kg CO2+0,01210 kg H2O +0,09223 kg N2 Jumlah udara yang dibutuhkan



= 0,02795 kg O2+0,09223 kgN2 = 0,12018 kg Udara 81



82



-



Proses pembakarangas Pentane (C5H12)



C5H12 + 8 O2→ 5 CO2 + 6 H2O (Pers.17) Perbandingan mol berdasarkan persamaan 17: 1 mol C5H12 +8 mol O2 → 5 mol CO2+6 mol H2O (Pers.18) Berdasarkan perbandingan mol diatas, maka dapat dihitung perbandingan massa dengan mengalikan koefisien dengan Berat Molekul (BM), Sehingga: 72 kg C5H12 + 256 kg O2→ 220 kg CO2+ 108 kg H2O Atau Setara dengan : 1 kg C5H12 + 3,55 kg O2→ 3,05 kg CO2+1,50



kgH2O



(Pers.19) Oksigen untuk pembakaran sebagian besar didapat dari udara atmosfer, yaitu79% N2 dan 21% O2), maka perbandingan mol menjadi: 1 mol O2+3,77 mol N2= 4,77 mol udara Perbandingan massa: 32 kg O2+105,635 kg N2



= 137,567 kg udara, atau



1 kg O2+3,3 kg N2 (Pers. 20)



= 4,3 kg udara



Berdasarkan Persamaan 20, maka Persamaan 19 menjadi:



1 kg C5H12+ 3,55 kg O2+ 11,71 kg N2 → 3,05 kg CO2+ 1,50 kg H2O + 11,71 Kg N2 Komposisi C5H12 dalam fuel gas adalah 0,251 %=0,00251, Sehingga : 0,00251 kg C5H12+0,00891 kg O2+0,02939 kg N2→0,007655 kg CO2+0,003765 kg H2O +0,02939 kg N2 Jumlah udara yang dibutuhkan



= 0,00891 kg O2+0,02939 kg N2 = 0,0383 kg Udara



83



-



Proses pembakaran gas Hexane (C6H14)



C6H14+9,5 O2→ 6 CO2+7 H2O (Pers.21) Perbandingan mol berdasarkan persamaan 21 : 1 mol C6H14+9,5 mol O2→ 6 mol CO2+7 mol H2O (Pers.22) Berdasarkan perbandingan mol diatas, maka dapat dihitung perbandingan massa dengan mengalikan koefisien dengan Berat Molekul (BM), Sehingga: 86 kg C6H14+304 kg O2→ 264 kgCO2+ 126 kg H2O Atau Setara dengan : 1 kg C6H14+3,53 kg O2→ 3,07 kg CO2+1,46 kg H2O



(Pers.23)



Oksigen untuk pembakaran sebagian besar didapat dari udara atmosfer, yaitu79% N2dan 21%O2), maka perbandingan mol menjadi: 1 mol O2+3,77 mo l N2 = 4,77 mol udara Perbandingan massa: 32 kg O2+ 105,635 kg N2



= 137,567 kg udara, atau



1 kg O2+3,3 kg N2= 4,3 kg udara (Pers.24) Berdasarkan Persamaan4, maka Persamaan 3 menjadi: 1 kg C6H14+ 3,53 kg O2 + 11,65 kg N2→ 3,07 kg CO2+ 1,46 kg H2O+ 11,65 kg N2 Komposisi C6H14 dalam fuel gas adalah 0,195 %= 0,00195, Sehingga : 0,00195 kg C6H14+0,006883 kg O2+0,022717 kg N2→0,005986 kg O2+0,002847 kg H2O +0,022717 kg N2 Jumlah udara yang dibutuhkan



= 0,006883 kg O2+ 0,022717 kg N2



84



= 0,0296 kg Udara 2.1.3 Menghitung Laju Aliran Massa Udara yang Diperlukan untuk Pembakaran pada Turbin (𝐦𝐎𝐓 ) (mOT ) = =



TotalMassaUdaraPembakaran 1 KgFuelGas 16.94753



×(mFT )



×4207,124 Kg/h



1 KgFuelGas



= 71300,5705 Kg/h udara Berdasarkan uraian perhitungan diatas, maka besarnya udara yang dibutuhkan dalam pembakaran terhadap fuel gas dapat dilihat pada tabel L 2.2 berikut : Tabel L 2.2 Kebutuhan Udara Pembakaran Terhadap High Pressure (HP) Fuel Gas Komponen Fuel Gas



Kebutuhan udara (𝑚𝑜𝑇 ) Kg



Kg/h



CH4



15,80612



66498,30674



C2H6



0,74649



3140,575992



C3H8



0,20689



870,4118836



C4H10



0,12018



505,6121619



C5H12



0,0383



161,1328491



C6H12



0,0296



124,5308703



Total



16,83941



71.300,57



Berdasarkan data pengamatan 5.0 dan tabel L 2.1 Diketahui : Tfuel Pfuel



= 28,3



+ 273,15 = 303,75 K



= 59,7 KPA = 0,589239 atm



85



= 530,1 m3 /h



Vfuel



Pc’ = 45,63375 Tc’ = 202,1628 K Menghitung nilai Pr dan Tr : Pr = Tr =



𝑃𝑐 𝑇𝐶



=



0,536928



= 0,01177



45,63375 303,75𝐾



𝑇𝑐



= = 1,50250 𝑃𝑐 202,1628 𝐾



Menghitung factor compressibility (Z) : 9



𝑇𝑟



Z = 1+128 × 𝑃𝑟 (1 − 6𝑇𝑟 −2) 9



0,01177



= 1+ 128 × 1,50250 {1 − 6 (1,50250−2 )} = 0,99909 Menghitung densitas campuran (𝜌) low pressure (LP) fuel gas : 𝜌 Fuel gas =



=



𝑃.𝐵𝑚 𝐶𝑎𝑚𝑝𝑢𝑟𝑎𝑛 𝑅.𝑇.𝑍



0,536928 atm × 18,13302𝑔𝑟/𝑚𝑜𝑙 0,08206 Latm/molK × 303,75 𝐾 × 0,99909 = 0,39096× 0,001 Kg/gr × 1000L/𝑚3 = 0,39096 Kg/𝑚3



Menghitung laju alir massa LP fuel gas (mFB ) Laju alir massa fuel gas = Laju alir Volumetric × 𝜌 Fuel gas = 530,1 𝑚3/ℎ × 0,424273 Kg/𝑚3 = 224,9072 Kg/h



86



2.1.4 Menghitung laju Aliran Massa Udara yang Diperlukan untuk Pembakaran pada Burner ((𝑚𝑜𝐵 )) (𝑚𝑜𝐵 ) = =



𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎𝑈𝑑𝑎𝑟𝑎𝑃𝑒𝑚𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟𝑎𝑛 × 𝑚𝑓𝑏 1 𝐾𝑔𝐹𝑢𝑒𝑙𝐺𝑎𝑠



16,9445377 𝐾𝑔𝑈𝑑𝑎𝑟𝑎 1 𝐾𝑔 𝐹𝑢𝑒𝑙 𝑔𝑎𝑠



=



× 224,9072 Kg/m3.



3.810,948 Kg/h Udara.



Berdasarkan uraian perhitungan diatas maka besarnya udara yang dibutukan dalam pembakaran terhadap fuel gas dapat dilihat pada tabel L berikut.



Tabel L 2.3 Kebutuhan Udara Pembakaran Terhadap Low Press (LP) Fuel Gas Komponen Fuel



Kebutuhan udara (𝑚𝑜𝐵 )



Gas



Kg



Kg/h



CH4



15,763972



67912,43297



C2H6



0,70175



3023,194271



C3H8



0,2161265



931,0899845



C4H10



0,07854



338,3565059



C5H12



0,04532



195,2516072



C6H14



0,03379



145,180531



Total



16,83941



72545,51



87



2.1.5 Menghitung Udara Berlebih Hasil Pembakaran (E) Berdasarkan Data Flue Gas Analisis: Tabel L 2.5 Data Pengamatan Flue Gas Analisis Komposisi



% Mol



𝑂2



16



𝐶𝑂2



0,0007



𝐶𝑂



0,0003



𝑆𝑂2



0,0006



𝑁𝑂2



0,00049



𝑁2



83,999



(Sumber : Laboratorium PT.Perta Arun Gas) Menggunakan Persamaan : 𝐸=



𝑂2 − 𝐶𝑂/2 (0,264. 𝑁2 ) − (𝑂2 −



𝐶𝑂 2)



× 100%



Udara berlebih hasil pembakaran pada turbin : 𝐸=



E =



𝑂2 − 𝐶𝑂/2 𝐶𝑂 (0,264. 𝑁2 ) − (𝑂2 − 2) 15,8−3×10−4 /2 (0,264(81))−(15,8−



3×10−4 ) 2



× 100%



× 100%



E = 282,956 % Sehingga, udara berlebih hasil pembakaran pada Burner :



𝐸=



UdaraBerlebihPadaTurbin – Kebutuhanudarapadaburner × 100% Kebutuhanuadarapembakaranpaadaturbin



88



=



205,272 Kg/h − 3.230,7842 Kg/h Udara 72.545,51 Kg/h



× 100%



= 253,737% 2.1.6 Menghitung Laju Aliran Massa Gas Buang Turbin (𝑴𝑻𝒆𝒈 ) Diketahui :



Laju alir massa udara



= 71.294,13 Kg/h Udara



Laju alir massa HP Fuel Gas = 4207,124 Kg/h Menggunakan persamaan : MTeg = MoT + MFT + E(MoT )



Menjadi MTeg = MoT + MFT + E(MoT ) = 71.294,13 Kg/h Udara+4207,124 Kg/h+ 2,78503(71.294,13) =260.211,74 Kg/h 2.1.7 Menghitung Laju Aliran Massa Exhaust Gas yang diberikan Burner (MBurner) Diketahui :



Laju alir massa udara



: 3810,948 Kg/h Udara



Laju alir massa LP Fuel Gas : 224,9072 Kg/m3. Udara berlebih hasil pembakaran:



253,737 (2,53737)



Menggunakan Persamaan : MBurner = MoB + MFB + E(MoB ) Menjadi : (MBurner) = 𝑀𝑜𝐵 + 𝑀𝐹𝐵 + 𝐸(𝑀𝑜𝐵 ) = 3810,948 Kg/h+ 224,9072 Kg/m3 +253,737 (3810,948) Kg/h = 13705,636 Kg/h.



89



2.1.8 Menghitung Laju Aliran Massa Total Exhaust Gas yang diberikan terhadap HRSG (Mfb) Menggunakan persamaan : MFb = MTeg + MBurner Menjadi : MFb = MTeg + MBurner = 260211,74+13705,636Kg/h. = 273917,37 Kg/h. 76,09 Kg/s Sehingga : F3 + F4 =𝑀𝐹𝐵 = 𝑊 = 260211,74 + 13705,636 Kg/h= W Maka : W = 273917,37 Kg/h 2.1.9 Menghitung Laju Aliran Massa Continous Blowdown Diketahui :



Laju aliran massa bfw (F5)



Laju aliran massa Steam product (FP) Menggunakan persamaan : F5 = FP + FB F5 = FP + FB → FB= F5-FP Menjadi : FB = F5- FP = 69,8 T/h – 65,66 T/h



90



: :



69,8 T/H



65,66 T/H



= 4,14 T/h = 4.140 Kg/h 2.1.10 Menghitung Neraca Massa Keseluruhan Sistem Menggunakan Persamaan : ( F3+F4+F5) = (FB+FP+W) Menjadi : Mmasuk = Mkeluar (260211,74+13705,636+6980) Kg/h = (4.140 Kg/h + 6.566+294+273917,37) Kg/h 343717,3719 Kg/h 2.2



= 343717,3719 Kg/h



Perhitungan Neraca Energi



Basis perhitungan : 1 jam opersi Persamaan Neraca Energi Total 𝑄𝐼𝑛 = 𝑄𝑂𝑢𝑡 (𝑄𝑇𝑒𝑔 + 𝑄𝐵𝑢𝑟𝑛𝑒𝑟 ) = (𝑄𝐻𝑅𝑆𝐺 + 𝑄𝐵𝑙𝑜𝑤𝑑𝑜𝑤𝑛 + 𝑄𝐿𝑜𝑠𝑠 ) 2.2.1 Menghitung Kapasitas Panas (Cp) Menggunakan persamaan : Cp = a +b(T) + c(𝑇)2 +d(T)3 Dimana : T dalam °C dan Cp dalam J/g mol °C Tabel 1.6 Kapasitas Panas (Cp) untuk setiap komponen pada Exhaus Gas Komponen



Fraksi mol



A



b.10−2



91



c.10−5



d. 10−9



𝑂2



16



29,1



1,158



−0,6076



1,311



𝐶𝑂2



0,0007



36,11



4,233



−2,887



7,464



𝐶𝑂



0,0003



28,95



0,411



0,3548



−2,22



𝑆𝑂2



0,0006



38,91



3,904



−3,104



8,606



𝑁𝑂2



0,00049



36,07



3,97



−2,88



7,87



𝑁2



83,999



29,00



0,2199



0,5723



-2,871



Kapasitas panas (Cp) setiap komponen dikali dengan fraksi mol masing-masing, sehingga menghasilkan : Menghasilkan: Komponen



A



B



C



D



𝑂2



4,5978



0,00182964



-9,60008E-07



2,07138E-10



𝐶𝑂2



0,967748



0,001134444



-7,73716E-07



2,00035E-10



𝐶𝑂



0,000008685



1,233E-09



1,0644E-12



-6,66E-16



𝑆𝑂2



0,066147



0,000066368



-5,2768E-08



1,46302E-11



𝑁𝑂2



0,000176743



1,9453E-07



-1,4112E-10



3,8563E-14



𝑁2



23,49



0,00178119



4,63563 ×



-2,32551E-09



10−6 Total



29,1219



0,004812



2,849 × 10−6



-1,90367 × 10−9



Cp Exhaust gas :



29,1219 + 0,004812 × 10−3 T+ 2,849 × 10−6 T −2+ -1,90367



× 10−9 T −3 Berdasarkan persamaan tersebut maka besar kapasitas panas (Cp) yang ada pada Exhaust Gas adalah sebagai berikut: Pada T = 393 °C Cp = 29,1219 + 0,004812 × 10−3 𝑇+ 2,849 × 10−6 𝑇 −2+ -1,90367 × 10−9 𝑇 −3



92



= 29,1219 + 0,004812 × 10−3 (393) + 2,849 × 10−6 (393)−2 -1,90367 × 10−9 (393)−3 = 31,3374078 kJ/Kg°C Pada T = 25 °C Cp = 29,1219 + 0,004812 × 10−3 𝑇+ 2,849 × 10−6 𝑇 −2+ -1,90367 × 10−9 𝑇 −3 = 29,1219 + 0,004812 × 10−3 (25)+ 2,849 × 10−6 (25)−2 -1,90367 × 10−9 (25)−3 = 29,24393 kJ/Kg°C Sehingga, besarnya Cp Exhaust Gas : Cp Exhaust = Cp inlet hrsg – Cp Reference = 31,3374078 kJ/Kg°C - 29,24393 kJ/Kg°C = 2,093480548 kJ/Kg°C 2.2.2 Menentukan Net Heating Value dari High Pressure Fuel Gas Menghitung nilai bakar dari fuel gas berdasarkan komposisi dengan basis 1 𝑚3 /ℎ. Nilai bakar (NHV) dari fuel gas didapat dari tabel Physical Constants of Hidrocarbon, Tabel 1.5.4 (Lampiran) Tabel L 1.7 Net Heating Value komponen-komponen High Pressure Fuel Gas



93



Koversi satuan dari Btu/ft 3 menjadi kJ/m3 = 983,8364 ×



3,725895×101 kJ/m3 Btu/ft



= 36.656,71kJ/m3 Maka, net heating value dari Hp fuel gas adalah 983,8364Btu/ft 3 atau 36.656,71 kJ/m3 2.2.3 Menentukan Net Heating Value dari Low Press (Lp) fuel gas. Hitung nilai bakar ( Net Heating Value ) dari fuel gas berdasarkan komposisinya, dengan basis 1 m3 /h. Tabel



L 2.8 Net heating value komponen-komponen low press (LP) fuel gas Net heating value



Komponen



Fraksi mol



N2



0,0067



-



0



CH4



1



909,1



826,235535



CO2



0,00222



-



0



C2H6



0,00442



1617,8



73,77168



C3H8



0,0134



2315,9



34,344797



i-C4H10



0,00399



3010,5



10,747485



n-C4H10



0,0042



3001



12,24408



(Btu/ft 3 )



94



Fraksi mol × NHV



i-Cc5h12



0,00161



3706,8



7,710144



n-C5H12



0,0011



3897,9



5,768892



C6



0,00169



4403,9



16,778859



TOTAL



981,929036



Konversi dari satuan dari Btu/ft 3 ke kJ/m3 = 981,929036 ×



3,725895×101 𝑘𝐽/𝑚3 𝐵𝑡𝑢/𝑓𝑡



= 36.796,994 kJ/m3 Maka, net heating value dari Lp fuel gas adalah 981,929036 Btu/ft 3 atau 36585,64486 kJ/m3 2.2.4



Menghitung Kandungan Panas dari Udara Untuk Pembakaran



Diketahui :



MoT



Tlingkungan Pada T = 30



= 71294,1336 Kg/h Udara = 30



( 303,15K)



Dengan cara interpolasi, Cp udara dapat ditentukan menggunakan tabel 1.5.7 (Lampiran) 𝑦 = 𝑦1 + (



𝑥 − 𝑥1 ) 𝑦 − 𝑦1 ) 𝑥2 − 𝑥1 2 30℃−26,85℃)



= 1,005 + (46,85℃−26,85℃) (1,006 − 1,005) = 𝐶𝑝 𝑈𝑑𝑎𝑟𝑎



= 1,0050𝑘𝐽/𝐾𝑔℃



Maka : Qudara = kebutuhan udara pembakaran × Cpudara × Temperatur Lingkungan = 71294,1336 Kg/h Udara



1,0050𝑘𝐽/𝐾𝑔℃ 30



= 2149854,993 kJ/h



95



2.2.5 Menghitung Laju Aliran Panas yang Diberikan HP Fuel Gas Pada ruang bakar ( Combustion Chamber ) Diketahui : V hp fuel = 732,8418508 m3/h NHV Fuel = 36656,71306 kJ/m3 Maka besar panas yang diberikan fuel gas pada ruang bakar adalah QRB = laju aliran volume hp fuel gas × Net Heating Value = 732,8418 m3/h × 36.656,713 kJ/m3 26863573,45 kJ/h 2.2.6 Menghitung Laju Aliran Panas yang Diberikan Exhaust Gas Pada Turbin Exhaust Gas : Diketahui : mteg



= 260211,7358 Kg/h



Cp Teg



= 2,1608 kJ/Kg°C



Teg



= 401,8 °C



Tref



= 25 °C



Maka : Qteg = m teg =260211,7358



Cp teg Kg h



(Teg-Tref)



× 2,1608 kJ/Kg°C



(401,8 °C-25 °C)



= 211858411,9 kJ/h 2.2.7 Menghitung Laju Aliran Panas yang diberikan Lp Fuel Gas Pada burner : Diketahui : VLp



Fuel



= 530,1 m3/h



96



NHVFuel =36585,64kJ/m3 Maka, besar panas yang diberikan fuel gas pada burner : QBurner = Laju Aliran volume LP fuel gas × Net heating value = 530,1 m3/h × 36585,64 kJ/m3 19394050,34 kJ/h Jadi besar laju aliran energi panas yang diberikan exhaust gas turbin dan burner ke HRSG adalah : QFb = Qteg + QBurner = 211858411,9kJ/h+19394050,34 kJ/h = 231252462,2kJ/h 2.2.8 Menghitung besarnya panas sensibel dan laten air pada boiler Panas sensibel air pada boiler Diketahui : 𝑚𝐵𝑓𝑤 = 76.780 Kg/h T1= 179,08 (TE-9209H) T2= 207,14(TE-9212H) Menentukan Cp air dengan cara interpolasi Pada T= 28,06 °C 𝑥−𝑥1



y = 𝑦1 + (𝑥



2 −𝑥1



) (𝑦2 − 𝑦1 )



28,06−26.7



= 4,183 + ( 37,8−26.7 ) (4,183 − 4,183) Cp air = 4,183 kJ/Kg°C



97



Maka: Qsensibel= mBfw × CpAir × (T2 − T1 ) = 69.800× 4,183 × (207,14 − 179,08) °𝐶 = 8.192,773604 kJ/h Panas laten steam Diketahui : 𝑀𝑆𝑡𝑒𝑎𝑚 = 65,66T/h= 65.660 Kg/h (𝑇𝐵𝑓𝑤 ) = 122,42 °C (𝑇𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚 ) = 179,08 C Untuk menentukan nilai entalpi dari cairan jenuh (hf) dan uap jenuh (hg) dapat menggunakan tabel dengan cara interpolasi (1.5.5) Pada T= 122,42 °C 𝑥−𝑥1



hf = 𝑦1 + (𝑥



2 −𝑥1



) (𝑦2 − 𝑦1 ) 122,42−120



= 503,71 + (



) (524,99 − 503,71)



125−120



= 514,00952 kJ/Kg Pada T = 179,08 °C 𝑥−𝑥1



hg = 𝑦1 + (𝑥



2 −𝑥1



) (𝑦2 − 𝑦1 ) 179,08−175



= 2773,6 + (



180−175



) (2778,2 − 2773,6)



= 2777,3536 kJ/Kg Maka besarnya panas yang diteriam air umpan untuk menjadi steam QLaten = 65.660 Kg/h × (2777,3536 - 514,00952) kJ/Kg



98



= 148611172,3 kJ/h Sehingga total panas yang diterima boiler : Qboiler = QSensibel + QLaten = 8192,773604



kJ h



+ 148611172,3kJ/h



= 148619365,1 kJ/h 2.2.9 Menghitung Besar Panas Sensibel Air pada Economizer Panas sensibel air pada economizer : Diketahui : mbfw =76.780 Kg/h T1= 179,08°C T2= 122,42°C Pada T= 56,66 °C (T2 − T1 ) 𝑥−𝑥1



Cp air = 𝑦1 + (𝑥



2 −𝑥1



) (𝑦2 − 𝑦1 ) 56,66−37,8



= 4,183 kJ/Kg° C + ( 65,6−37,8 ) (4,187 − 4,183)° C = 4,186 kJ/Kg °C Maka : QEconomizer = mBfw × Cpwater × (T2 − T1 ) = 69.800 Kg/h



4,186 kJ/Kg° C × (179,08 − 122,42) ° C



= 16553945,05 kJ/h Sehingga, panas total yang diterima HRSG : QHRSG = QBoiler + QEconomizer



99



= 148619365,1 kJ/h + 16553945,05 kJ/h = 165173310,2 kJ/h



2.2.10 Menghitung Besarnya Panas Air Blowdown Panas Sensibel Air Blowdown Diketahui : mblowd = 4.140 Kg/h T1



= 179,08



T2 = 30 Pada T= 149,08 (T2 − T1 ) 149,08−148,9



Cp air = 4,312 + ( 204,4−148,9 ) (4,522 − 4,312) = 4,313 kJ/kg Maka, QBlowdown = mBlowdown × CpWater × (T2 − T1 ) = 4.140 Kg/h × 4,313 kJ/kg × (179,08 ℃ −30 ) QBlowdown = 2.661.748,8 kJ/h 2.2.11 Menghitung Besarnya Kehilangan Panas Pada HRSG Qlosstotal



= QFb – QHRSG = 231.252.462 kJ/h – 165.173.310 kJ/h



Qlosstotal



= 66.079.152 kJ/h



Kehilangan panas karena hal lain:



100



Q loss



= Q losstotal – Qblowdown



= 44.020.318 kJ/h - 2.661,748,8 kJ/h = 63.417.403 kJ/h Presentase panas hilang (Q loss) %Qloss =



=



Qfb−QHRSG QFB



× 100%



231.252.462 kJ/h −165.173.310 kJ/h 231.252.462 kJ/h



× 100%



= 28,57 %



2.2.12 Menghitung Efisiensi HRSG QHRSG = 165.173.310 kJ/h



Diketahui : QFb



= 231.252.462 Ƞ =



QHRSG QFb



=



× 100%



165.173.310 231.252.462



× 100%



= 71,42 % 2.2.13 Menghitung Neraca Energi Total : Menggunakan Persamaan : Qin = Qout (Q teg + Q burner) = ( Q hrsg + Q bd + Q loss) (211858411,9+19394050,34)kJ/h=(165173310,1+2661748,812 +63417403,32 ) kJ/h



101



(231252462,2 = 231252462,2) kJ/h



No



Nama Alat



Fungsi



Gambar/Simbol



LAMPIRAN II PENDEKATAN STRUKTURAL DAN FUNGSIONAL 1.2.1 Pendekatan Struktural dan Fungsional Tabel 1.2.1 Pendekatan struktural dan fungsional HRSG B-9203H



102



1



Diverter



Diverter juga dapat dibilang pembatas yaitu berfungsi mengarahkan exhaust gas. Apakah exhaust gas dapat digunakan sebagai pemnas atau dibuang ke atmosfer



2



Burner ( Ruang Pembakaran)



Sebagai tempat penghasil api. Karena adanya pembakaran fuel gas dengan pemantik



3



Boiler (Ketel Uap)



Boiler adalah kumpulan tube-tube yang dialirkan boiler feed water dan dipanaskan dari luar tube-tube.



4



Economizer



Sebagai tempat pemanasan awal untuk memanaskan boiler feed water dengan memanfaatkan nsisa dari pemanasan di boiler.



5



Steam Drum



Boiler feed water yang sudah dipanaskan di boiler dan sudah berubah fasa menjadi steam terkumpul di steam drum.



103



LAMPIRAN III FLOWSHEET DAN GAMBAR



L.3.1 Over Fired HRSG



104



L.3.2 Bagian Objek Pengamatan LAMPIRAN IV Prosedur Kerja dan Peralatan Proses 4.1 Prosedur Start Up i.Persiapan menjalankan a. Buka valve - Steam Drum Vent (V17F) - Economizer Vent (V17E) - Steam Line Drains - Main



Steam Stop (V8)



- Non Return Valve (NRV) B. Periksa dan atur steam drum level hingga -150 m (dilokal atau di DCS ) c. Jalankan Div.seal Air Fan dan posisikan Air Fan yang kedua pada posisi standby auto



105



d. Tarik Emergency Stop Push Buttom (HS-9217) e. Tekan emergency Reset Stop bebrapa detik dan semua kondisi boiler dapat terbaca di lokal pannel f. Buka penuh Diverter bke posisi “HRSG” g. Periksa lampu “ Ready to Start “ pada turbin pannel harus menyala h. Jika Lampu “Ready to Start” tidak menyala setelah Diverter dibuka, yakinkan kembali level steam drum dll. h. Jika lampu “ Ready to Start “ tidak menyala setelah Diverter dibuka, yakinkan kembali level steam drum dll. i. Periksa Semua System HRSG sudah berfungsi. ii. Start Up HRSG a. Jalankan turbin dengan posisi “Crank” kira-kira 7 menit untuk purging “HRSG” b. Start Gas Turbine (Auto Position) dan berikan beban kira-kira 5 MW. Boiler pressure maximum naik atau turun rate 50 Psi/minute (3,5 Kg/minute) c. Level Gauge, level coulumn yang ada di steam drum pada tek 25 Psi harus drain. d. Tutup steam drum Venting pada tekanan 25 Psi. e. Mud drum harus di blown down beberapa kali selama lima detik, pada tekanan 25 Psi lewat intermitten blowdown f. Naikkan beban turbin 5 MW bertahap. (jangan lebih 50 Psi/menit kenaikan tekanan) g. Jika tekanan boiler sama dengan tekanan steam header, steam akan mengalir ke header ( Check Valve akan Terbuka )



106



h. Setelah Economizer stop steaming (TE-909). “ Saturation “ (tutup economizer vent valve) i. Jalankan Duck burner jika diperlukan.



j.



-



Buka block valve fuel gas line



-



Vent bebrapa menit



-



Reset BMS melalui DCS



-



Click Burner star dan monitor flame Scanner



Atur continous Blow Down Valve (CBDNO.14). Jika perlu tergantung pada kualitas air boiler



k. Ambil sample steam cond/CBD setiap shift l. Mud Drum di blow down minimal sekali seminggu (beberapa kali selama 5 detik) 4.2 Prosedur Shutdown a. Pindahkan FIC-9239X ke manual mode b. Kurangi pelan-pelan Load Boiler ke minimum burner melalui FIC-9239X. c. Stop duck burner dengan menekan push button “STOP BURNER” dari loal pannel atau melalui DCS (BMS) d. Jika laod boiler yang mau distop (tanpa burner) masih tinggi. - Switch turbine yang bersangkutan ke manual - Kurangi load turbine hingga produksi HRSG ke minimum steam flow. e. Stop Boiler - Tutup diverter kearah HRSG dengan menekan push buttom “GAS TURBINE TO BY PASS” di local panel atau click melalaui BMS. - Stop Turbine maka diverter ke HRSG akan menutup dengan sendirinya.



107



f. Pertahankan steam drum level dengan memindahkan posisi LIC-9237X ke manual g. Tutup: - Kerangan steam product - Kerangan air masuk - Kerangan continous blowdown - Kerangan non return - Kerangan fuel gas h. Matikan pompa injection Polymer (Po4) dan tutup kerangan suction dan discharge.



LAMPIRAN V



PENDUKUNG PERHITUNGAN



L.5.1 Kapasitas PanasKomponen Tabel L.5.1Heat Capacity Equations for Organic and Inorganic Compounds



108



(Sumber : Himmelblau,D.M, 2004) (Sumber : Himmelblau,D.M, 2004)



109



L.5.2 Tabel untukMenentukanNilaiCpdariAirdanUdara Tabel L.5.2Heat Transfer Properties ofLiquidWater



(Sumber : Geankoplis, R,1993)



Tabel L.5.3Ideal Gas Properties of Air



110



111



Tabel L.5.8 Data Logsheet B-9203H



5.8 Data Logsheet HRSG B-9203 H) 112



( Sumber : Utilities Plant PT.Perta Arun Gas)



Tabel L.1.5.8 Data Gas Analisis



Lampiran 1.5.9 Gas Analysis Report



113



(Sumber : Laboratorium PT. Perta Arun Gas )



BIODATA PENULIS



Nama



: Gladys Ressyka Lubis



NIM



: 1632402017



No. HP



: 085253800898



E-Mail



: [email protected]



Tempat/TglLahir



: Medan, 30 Oktober 1999



Program Studi



: Teknologi Pengolahan Migas



Jurusan



: Teknik Kimia



Agama



: Islam



Alamat



: Bukit Tempurung, Aceh Tamiang



Identitas OrangTua: Ayah



: Zulkifli S.T



Pekerjaan



: Wiraswasta



Ibu



: Leni Afnida Rasyid



Pekerjaan



: Ibu Rumah Tangga



Riwayat Pendidikan : SD NEGERI 056031 PANGKALAN SUSU SMPS DHARMA PATRA RANTAU SMA NEGERI02 PATRA NUSA MANYAK PAYED POLITEKNIKNEGERILHOKSEUMAWE “Jangan berhenti sebelum selesai, maka lakukanlah yang terbaik” Judul Tugas Akhir : 114



MENGHITUNG EFISIENSI KINERJA HRSG (B-9203H) SEBELUM DAN SESUDAH CHEMICAL CLEANING



115