Evaluasi Boiler Petrokimia Gresik IIB [PDF]

Citation preview

BAB I PENDAHULUAN



I.1



Latar Belakang Masalah PT. Petrokimia Gresik terdiri dari tiga unit produksi, yaitu Unit produksi 1, Unit produksi II, dan Unit produksi III. Pada unit produksi II kebutuhan steam sebagian besar dipenuhi oleh boiler Unit Batubara pabrik III, sedangkan boiler pada utilitas II (02/03 B911) digunakan sebagai backup unit UBB. Boiler B911 menyediakan steam untuk keperluan proses di plant NPK, Phonska, dan ZK. Tekanan pada boiler dijaga 7,5 kg/cm 2 dengan volume boiler 33 m3. Bahan bakar yang digunakan berupa gas alam. Pada saat start up menggunakan sebagai bahan bakar. Untuk kelancaran proses produksi, maka perlu dilakukan peninjauan evaluasi kerja dari boiler (03 B911) dan alat pendukung lainnya. Evaluasi ini dilakukan dengan perhitungan efisiensi termal dari boiler dan alat-alat pendukungnya. Dasar dari perhitungan tersebut adalah neraca massa dan neraca panas dari masing-masing alat tersebut.



I.2



Perumusan Masalah Evaluasi kerja pada boiler dan alat pendukungnya dilakukan dengan cara penghitungan efisiensi termal. Penghitungan ini dilakukan untuk melihat kelayakan kerja dari boiler dan alat pendukungnya. Efisiensi termal dihitung dengan cara menghitung terlebih dahulu umpan masuk dan umpan keluar dari boiler dan alat pendukungnya sebagai neraca massa dilanjutkan dengan menghitung panas yang masuk dan panas yang keluar dari boiler sebagai neraca panas. Data-data yang diperlukan berupa data umpan, temperature inlet dan temperature outlet dari boiler dan ekonomizer. Data-data ini diperoleh dari Control System (DCS).



I.3



Tujuan dan Manfaat Evaluasi ini bertujuan untuk mengetahui kelayakan kerja dari sebuah alat penghasil steam yaitu Boiler (03 B911) dan rangkaiannya. Kelayakan ini ditentukan melalui beberapa metode perhitungan. Hasil evaluasi yang diperoleh berguna sebagai rekomendasi untuk unit produksi tentang kelayakan kerja 03 B911 dan rangkaiannya.



BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 PENGERTIAN



Boiler merupakan bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam berupa energi kerja. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air panas atau steam pada tekanan dan suhu tertentu mempunyai nilai energi yang kemudian digunakan untuk mengalirkan panas dalam bentuk energi kalor ke suatu proses. Jika air didihkan sampai menjadi steam, maka volumenya akan meningkat sekitar 1600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga sistem boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik.



II.2 PROSES KERJA



Energi kalor yang dibangkitkan dalam sistem boiler memiliki nilai tekanan, temperatur, dan laju aliran yang menentukan pemanfaatan steam yang akan digunakan. Berdasarkan ketiga hal tersebut sistem boiler mengenal keadaan tekanan-temperatur rendah (low pressure/LP), dan tekanan-temperatur tinggi (high pressure/HP), dengan perbedaan itu pemanfaatan steam yang keluar dari sistem boiler dimanfaatkan dalam suatu proses untuk memanasakan cairan dan menjalankan suatu mesin (boiler komersial dan boiler industri), atau membangkitkan energi listrik dengan merubah energi kalor menjadi energi mekanik kemudian memutar generator sehingga menghasilkan energi listrik (power boilers). Namun, ada juga yang menggabungkan kedua sistem boiler tersebut, yang memanfaatkan tekanan-temperatur tinggi untuk membangkitkan energi



listrik, kemudian sisa steam dari turbin dengan keadaan tekanantemperatur rendah dapat dimanfaatkan ke dalam proses industri dengan bantuan heat recovery boiler. Sistem boiler terdiri dari sistem air umpan, sistem steam, dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan dari sistem air umpan, penanganan air umpan diperlukan sebagai bentuk pemeliharaan untuk mencegah terjadi kerusakan dari sistem steam. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua perlatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem.



II.3 KOMPONEN – KOMPONEN BOILER Berikut ini merupakan komponen-komponen boiler antara lain: 



Furnace Komponen ini merupakan tempat pembakaran bahan bakar. Beberapa bagian dari furnace diantaranya: refractory, ruang perapian, burner, exhaust for flue gas, charge and discharge door.







Steam Drum Komponen ini merupakan tempat penampungan air panas dan pembangkitan steam. Steam masih bersifat jenuh (saturated steam).







Air Heater Komponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan udara luar yang diserap untuk meminimalisasi udara yang lembab yang akan masuk ke dalam tungku pembakaran.







Economizer Komponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan air dari air yang terkondensasi dari sistem sebelumnya maupun air umpan baru.







Safety valve Komponen ini merupakan saluran buang steam jika terjadi keadaan dimana tekanan steam melebihi kemampuan boiler menahan tekanan steam.







Blowdown valve Komponen ini merupakan saluran yang berfungsi membuang endapan yang berada di dalam pipa steam.



II.4 KLASIFIKASI BOILER Setelah mengetahui proses singkat, sistem boiler, dan komponen pembentuk sistem boiler, perlu diketahui keanekaragaman boiler. Berbagai bentuk boiler telah berkembang mengikuti kemajuan teknologi dan evaluasi dari produk-produk boiler sebelumnya yang dipengaruhi oleh gas buang boiler yang mempengaruhi lingkungan dan produk steam seperti apa yang akan dihasilkan. Berikut klasifikasi boiler yang telah dikembangkan: 1. Berdasarkan tipe pipa: 



Fire Tube Tipe boiler pipa api memiliki karakteristik menghasilkan kapasitas dan tekanan steam yang rendah.







Water Tube Tipe boiler pipa air memiliki karakteristik menghasilkan kapasitas dan tekanan steam yang tinggi.



2. Berdasarkan bahan bakar yang digunakan : 



Solid Fuel Tipe boiler bahan bakar padat memiliki karakteristik harga bahan baku pembakaran relatif lebih murah dibandingkan dengan boiler yang menggunakan bahan bakar cair dan listrik. Nilai effisiensi dari tipe ini lebih baik jika dibandingkan dengan boiler tipe listrik.







Oil Fuel Tipe boiler bahan bakar cair memiliki karakteristik harga bahan baku pembakaran paling mahal dibandingkan dengan semua tipe. Nilai effisiensi dari tipe ini lebih baik jika dbandingkan dengan boiler bahan bakar padat dan listrik.







Gaseous Fuel Tipe boiler bahan bakar gas memiliki karakteristik harga bahan baku pembakaran paling murah dibandingkan dengan semua tipe boiler. Nilai effisiensi dari tipe ini lebih baik jika dibandingkan dengan semua tipe boiler berdasarkan bahan bakar.







Electric Tipe boiler listrik memiliki karakteristik harga bahan baku pemanasan relatif lebih murah dibandingkan dengan boiler yang menggunakan bahan bakar cair. Nilai effisiensi dari tipe ini paling rendah jika dibandingkan dengan semua tipe boiler berdasarkan bahan bakarnya.



3. Berdasarkan kegunaan boiler : 



Power Boiler Tipe power boiler memiliki karakteristik kegunaan utamanya sebagai penghasil steam sebagai pembangkit listrik, dan sisa steam digunakan untuk menjalankan proses industri.







Industrial Boiler



Tipe industrial boiler memiliki karakteristik kegunaan utamanya sebagai penghasil steam atau air panas untuk menjalankan proses industri dan sebagai tambahan pemanas. 



Commercial Boiler Tipe commercial boiler memiliki karakteristik kegunaan utamanya sebagai penghasil steam atau air panas sebagai pemanas dan sebagai tambahan untuk menjalankan proses operasi komersial.







Residential Boiler Tipe residential boiler memiliki karakteristik kegunaan utamanya sebagai penghasil steam atau air panas tekanan rendah yang digunakan untuk perumahan.







Heat Recovery Boiler Tipe heat recovery boiler memiliki karakteristik kegunaan utamanya sebagai penghasil steam dari uap panas yang tidak terpakai. Hasil steam ini digunakan untuk menjalankan proses industri.



4.



Berdasarkan konstruksi boiler : 



Package Boiler Tipe package boiler memiliki karakteristik perakitan boiler dilakukan di pabrik pembuat, pengiriman langsung dalam bentuk boiler.







Site Erected Boiler Tipe site erected boiler memiliki karakteristik perakitan boiler dilakukan di tempat akan berdirinya boiler tersebut, pengiriman dilakukan per komponen.



5. Berdasarkan tekanan kerja boiler : 



Low Pressure Boilers Tipe low pressure boiler memiliki karakteristik tipe ini memiliki tekanan steam operasi kurang dari 15 psig atau menghasilkan air panas dengan tekanan dibawah 160 psig atau temperatur dibawah 250 0F







High Pressure Boilers



Tipe high pressure boiler memiliki karakteristik tipe ini memiliki tekanan steam operasi diatas 15 psig atau menghasilkan air panas dengan tekanan diatas 160 psig atau temperatur diatas 250 0F



6. Berdasarkan cara pembakaran bahan bakar : 



Stoker Combustion Tipe



stoker



combustion



memiliki



karakteristik



tipe



ini



memanfaatkan bahan bakar padat untuk melakukan pembakaran, bahan bakar padat dimasukkan kedalam ruang pembakaran melalui conveyor ataupun manual. Tipe ini memiliki sisa pembakaran yang harus ditangani berupa bottom ash atau fly ash yang dapat mencemari lingkungan. 



Pulverized Coal Proses ini menghancurkan batu bara dengan ball mill atau roller mill sehingga batu bara memiliki ukuran kurang dari 1 mm. kemudian batu bara berupa bubuk ini disemprotkan ke dalam ruang pembakaran.







Fluidized Coal proses ini menghancurkan batu bara dengan crusher, sehingga batu bara memiliki ukuran kurang dari 2 mm. Pada proses ini pembakaran dilakukan dalam lapisan pasir, batu bara akan langsung membara jika mengenai pasir.







Firing Combustion Tipe firing memiliki karakteristik tipe ini memanfaatkan bahan bakar cair, padat, dan gas untuk melakukan pembakaran, pemanasan yang terjadi lebih merata.



7. Berdasarkan material penyusun boiler : 



Steel Tipe boiler dari bahan steel memiliki karakteristik bahan baku utama boiler terbuat menggunakan steel pada daerah steam.







Cast Iron



Tipe boiler dari bahan cast iron memiliki karakteristik bahan baku utama boiler terbuat menggunakan besi cor pada daerah steam.



II.5 PENGOLAHAN AIR UMPAN BOILER



Parameter



Satuan



Pengendalian Batas



pH



Unit



10-12



Conductivity



µmhos/cm



5000, max



TDS



Ppm



3000, max



P – Alkalinity



Ppm



-



M – Alkalinity



Ppm



800, max



O – Alkalinity



Ppm



2.5 x SiO2, min



T. Hardness



Ppm



-



Silica



Ppm



350, max



Besi



Ppm



2, max



Phosphat residual



Ppm



20 – 40



Sulfite residual



Ppm



20 – 50



pH condensate



Unit



8.0 – 9.0



Air umpan boiler atau Boiler Feed Water nantinya akan dipanaskan hingga menjadi steam. Karena di dalam boiler terjadi pemanasan harus diwaspadai adanya kandungan-kandungan mineral seperti ion Ca2+ dan Mg2+. Air yang banyak mengandung ion Ca2+ dan Mg2+ disebut sebagai air yang sadah (hard water). Ion-ion ini sangat berpengaruh pada kualitas air yang nantinya akan digunakan sebagai



umpan boiler. Biasanya ion-ion ini terlarut dalam air sebagai garam karbonat, sulfat, bikarbonat dan klorida. Berbeda dengan senyawasenyawa kimia lainnya, kelarutan dari senyawa-senyawa mengandung unsur Ca dan Mg seperti CaCO3, CaSO4, MgCO3, Mg(OH)2, CaCl2, MgCL2, dll; akan memiliki kalarutan yang makin kecil / redah apabila suhu makin tinggi. Sehingga ketika memasuki boiler, air ini merupakan masalah yang harus segera diatasi. Air yang sadah ini akan menimbulkan kerak (scalling) dan tentu saja akan mengurangi effisiensi dari boiler itu sendiri akibat dari hilangnya panas akibat adanya kerak tersebut. Selain itu yang dikhawatirkan bisa menyebabkan scalling adalah adanya deposit silika. Dalam hal ini akan terjadi perbedaan ketika mengolah air untuk dijadikan sebagai air minum dibandingkan dengan untuk umpan boiler. Dalam pengolahan air minum mineral-mineral yang ada dalam air tidak akan dihilangkan karena mineral-mineral tersebut dibutuhkan untuk tubuh manusia. Bahkan ada perusahaan air minum yang menambahkan mineral pada air minum produksinya. Hal itu tidak boleh terjadi dalam pengolahan air untuk umpan boiler. Air minum juga harus dijaga agar bebas dari kuman penyakit dengan diberi desinfektan sedangkan air umpan boiler tidak perlu diberi desinfektan. Adapun beberapa proses umum yang dilakukan untuk memperoleh air umpan boiler yang baik adalah sebagai berikut:



Akibat Air Umpan Boiler yang Tidak Memenuhi Baku Mutu Ketidaksesuaian kriteria air umpan boiler akan mempengaruhi berbagai hal, misalnya : 



Korosi Penyebab korosi Boiler: o Oksigen Terlarut o Alkalinity ( Korosi pH tinggi pada Boiler tekanan tinggi ) o Karbon dioksida ( korosi asam karbonat pada jalur kondensat ) o Korosi khelate ( EDTA sebagai pengolahan pencegah kerak ) Akibat dari peristiwa korosi adalah penipisan dinding pada permukaan boiler sehingga dapat menyebabkan pipa pecah atau bocor.







Kerak Pengkerakan pada sistem boiler disebabkan oleh : o Pengendapan hardness feedwater dan mineral lainnya o Kejenuhan



berlebih



dari



partikel



padat



terlarut



(TDS)



mengakibatkan tegangan permukaan tinggi dan gelembung sulit pecah. o Kerak boiler yang lazim : CaCO3, Ca3 (PO4)2, Mg(OH)2, MgSiO3, SiO2, Fe2(CO3)3, FePO4 



Endapan Pembekuan material nonmineral pada boiler, umum berasal dari : o Oksida besi sebagai produk korosi o Materi organik (kotoran – bio, minyak dan getah), Boiler bersifat alkalinity jika terkena gliserida maka akan terjadi reaksi penyabunan. o Partikel padat tersuspensi dari feedwater (tanah endapan dan pasir)



Dari peristiwa – peristiwa ini mengakibatkan terbentuknya deposit pada pipa superheater, menyebabkan peristiwa overheating dan pecahnya pipa, terbentuknya deposit pada sirip turbin, menyebabkan turunnya effisiensi. II.6 CARA KERJA BOILER Secara umum, didalam boiler terdapat 3 proses yaitu : o Proses air menjadi steam o Proses bahan bakar (batu bara, limestone, oil) sampai menjadi abu sisa pembakaran o Proses udara sampai menjadi gas buang Untuk dapat menghasilkan uap air tentunya diperlukan air yang sesuai dengan kadar Ph yang telah ditetapkan sebelumnya. Air didapatkan dari sungai Bengawan Solo daerah Gunung Sari dan Babat yang kemudian diproses didalam chemical building (atau desalination) dan water treatment sebelum di supply ke deaerator (untuk mengurangi kandungan oksigen didalam air) dan disupply ke boiler melalui feed water pump. Dengan feed water pump, air yang sudah melalui proses di deaerator tadi memulai tahapan proses di boiler dengan urutan sebagai berikut:







Economizer Disini BFW akan dinaikkan suhunya secara perlahan sebelum mencapai sistem berikutnya.







Steam drum Dari economizer, air kemudian disupply ke steam drum melalui pipa. Diawal proses, saat steam (uap air) belum mencapai saturated steam, maka separator (pemisah) didalam steam drum akan melakukan bypass dan membiarkan air turun ke tahap selanjutnya.







Downcomer



Disini, downcomer yang berbentuk pipa mengalirkan air ke bagian terbawah dari sistem selanjutnya melalui lower connecting pipes.







Furnace Selanjutnya air dari downcomer akan masuk ke furnace bagian paling bawah dan ditampung didalam bottom header yang kemudian karena sistem pembakaran batu bara, oil dan limestone didalam furnace, perlahan-lahan akan berubah bentuk menjadi uap basah. Sesuai dengan sifatnya, uap akan merambat keatas dengan sendirinya didalam tube (karena proses pemanasan yang konstan didalam boiler). Uap air tersebut ditampung didalam upper header (outlet header) pada bagian atas furnace. Disinilah terjadinya sistem konversi energi. Setelah itu uap akan kembali disupply ke steam drum melalui upper connecting pipes, dan, kembali oleh separatornya, uap tersebut disupply kembali dari steam drum menuju sistem berikutnya







Main Steam Pipe Inilah



pipa



terpenting



dalam



proses



power



plant,



dikarenakan pipa ini yang nantinya akan mensuplai superheated steam ke turbin. Material, kawat las dan testnya pun (Non Destructive Test) tergolong istimewa karena membutuhkan perlakuan khusus dan tim khusus untuk mengerjakannya. Disinilah temperatur dan pressure tertinggi di boiler berada. Keseluruhan sistem diatas dikirim dari manufaktur (pabrik) nya ke lokasi pemasangan (site) dalam bentuk knocked down (pecah belah/terpisah) yang kemudian dirakit (difabricate) di site dan kemudian dipasang dengan sistem rigging (pengangkatan) dan



welding (pengelasan) yang semua proses tersebut mengacu kepada international standard seperti American Welding Society (AWS), American Society of Mechanical Engineers (ASME), American Standard for Testing and Material (ASTM), dan lain-lain.



II.7 SPESIFIKASI BOILER (03 B911) PADA UTILITAS PABRIK II 



Type



: Boiler Pipa Api ( Fire Tube)







Tahun Pembuatan



: 1980







Sumber Panas



: Ketel Uap Firing







Bahan Bakar



: Gas Alam







Economizer



: Ada







Superheater



: Tidak ada







Desuperheater



: Tidak ada







Design Kapasitas



: 12 Ton / jam







Temperatur Steam



: 175 °C







Manufacture



: Perancis



BAB III METODE PELAKSANAAN



III.1 CARA MEMPEROLEH DATA Data diperoleh dengan cara pengamatan langsung di lapangan dan studi literatur. Data-data lapangan diperoleh dari Control Room di Utilitas II. Data yang diperoleh untuk perhitungan neraca massa dan neraca panas Boiler (03 B911) didapat pada tanggal 16 Agustus 2015 pukul 10.00 WIB. Data Boiler (03 B911) 



Volume Boiler



: 33m3







Tekanan Boiler



: 7,5 kg/cm2







Temperature BFW



: 65 oC







Massa BFW masuk



: 6,875 Ton/jam







Temperature Steam



: 185 oC







Massa Steam keluar



: 4,2 Ton/jam







Temperature NG



: 160 oC







Massa NG



: 9693,9 m3/jam







Temperature Udara



: 30 oC







Massa Udara



: 113836,4 m3/jam







Kandungan O2 flue gass : 1,2 %



Data Ekonomizer 



Massa BFW



: 6,875 Ton/jam







Temperature masuk



: 100 oC







Temperature keluar



: 30 oC



III.2 PELAKSANAAN TUGAS KHUSUS Tahapan-tahapan yang dilakukan dalam mengerjakan tugas khusus menghitung efisiensi Boiler (03 B911) dan rangkaiannya adalah sebagai berikut:



PENGAMBILAN DATA



PERHITUNGAN NERACA MASSA KOMPONEN BOILER DAN RANGKAIANNYA



PERHITUNGAN NERACA PANAS KOMPONEN BOILER DAN RANGKAIANNYA



PENGHITUNGAN EFISIENSI



PENYUSUNAN PEMBAHASAN DAN KESIMPULAN TENTANG BOILER (03 B911) DAN RANGKAIANNYA



BAB IV PERHITUNGAN TUGAS KHUSUS



IV.1



Neraca Massa Pada Boiler 03 B911



IV.1.1 Neraca Massa Pada Bagian Tube



M Gas Alam



M Flue Gas



SYSTEM 03 B911



M Udara



Massa Masuk: 



Massa masuk fuel 



Flowrate Fuel (CH4)



: 9.636,6 m3/jam







Mol fuel



:



n = P.V/ R.T n = 1 atm x 9636,6 m3/jam / 0,08206 m3 . atm / K.mol x 273 K n = 430,15965 mol/jam  



Massa fuel



: 6.882,5544 gram/jam



Massa masuk udara 



Flowrate Udara



: 113.836,4 m3/jam







Flowrate O2



: 23.905,644 m3/jam







Mol O2



:



n = P.V/ R.T n = 1 atm x 23.905,644 m3/jam / 0,08206 m3 . atm / K.mol x 273 K n = 1.067,1029 mol/jam 



Massa O2



: 34.147,292 gram/jam







Flowrate N2



: 89.930,756 m3/jam







Mol N2



:



n = P.V/ R.T n = 1 atm x 89.930,756 m3/jam / 0,08206 m3 . atm / K.mol x 273 K n = 4.014,3394 mol/jam 



Massa N2



: 112.401,5 gram/jam



Total Massa masuk : Massa Fuel Gas + Massa O2 + Massa N2 : 153.431,35 gram/jam



Massa Keluar 



Jumlah O2 dalam flue gas keluar : 1,2 % volume



CH4



+



→



2O2



430,15965



1.067,1029



x



2x



430,15965 – x



1.067,1029 – 2x



CO2



+



2H2O



x



2x



x



2x



1.067,1029−2x mol



0,012



=



66,1392



= 1.067,1029 - 2x



x



= 500,48185 mol



5.511,6019 mol



Sehingga, CH4



+



2O2



→



CO2



+



2H2O



430,15965



1.067,1029



500,48185



1000,9637



500,48185



1000,9637



– 70,3222



66,1392



500,48185



1000,9637



Dari perhitungan mol reaksi diatas diasumsikan bahwa jumlah O2 pada udara yang disuplay menuju boiler cukup untuk melakukan pembakaran sempurna.



Jadi, CH4



+



2O2



→



CO2



+



2H2O



430,15965



1.067,1029



430,15965



860,3193



430,15965



860,3193



206,7836



430,15965



860,3193



0 



Massa keluar flue gas 



Mol O2



: 206,7836 mol







Massa O2



: 6.617,0752 gram







Mol CO2



: 430,15965 mol







Massa CO2



: 18.927,0246 gram







Mol H2O



: 860,3193 mol







Massa H2O



: 15.485,7474 gram







Massa N2



: 112.401,5 gram



Total Massa Keluar: Massa Flue Gas : Massa O2 + Massa CO2 + Massa H2O + Massa N2 : 153.431,3472 gram



IV.1.2 Neraca Massa Bagian Shell M Steam (vent)



M BFW



M Steam



SYSTEM 03 B911



Massa Masuk : 



Massa masuk Boiling Feed Water 



Massa BFW



: 6,875 ton



Total Massa masuk : Massa Boiling Feed Water : 6875000 gram



Massa Keluar : 



Massa keluar Steam 







Massa Steam : 4,2 ton



Massa keluar Steam (vent) 



Massa Steam (vent)



= Massa masuk – Massa Steam = 6,875 – 4,2 = 2,675 ton



Total Massa Keluar : Massa Steam + Masssa Steam (Vent) : 6875000 gram



IV.2



Neraca Panas Pada Boiler 03 B911



Steam



Q Gas Alam



Q Flue Gas



SYSTEM 03 B911 Q Udara



BFW



PANAS MASUK (Q in) Komponen



Massa (mol)



Suhu (K)



Cp/R



Cp



Qreaktan (J)



CH4



430,15965



433



638,378



5307,4788



9,885x108



N2



4.014,3394



303



442,4304



3678,367



6,394x109



O2



1.067,1029



303



684,3804



5689,9391



1,839x109



PANAS KELUAR (Q out) Komponen



Massa (mol)



Suhu (K)



Cp/R



Cp



Qproduk (J)



N2



4.014,3394



458



535,6636



4453,5158



4,469x108



O2



206,7836



458



754,7178



6274,7245



3,243x108



CO2



430,15965



458



1659,4466



13796,639



1,484x108



H2O



860,3193



458



567,271



4716,2910



1,014x108



Panas yang dilepas = 8,492 x 109 Joule/jam Panas yang dibutuhkan untuk menguapkan air : 



Cp air(l)



= 75,24 J/mol K







Cp air(g)



= 37,44 J/mol K







Kalor uap air = 37,8 J/mol K







Massa air



= 381944,44 mol







T BFW



= 338 K







T Steam



= 458 K



q = (m x cp air(l) x dT1) + (m x U) + (m x cp air(g) x dT2) q = 5,1644 x 109 Joule/jam



Heat Loss



= Panas yang dilepas – Panas untuk menguapkan air = 8,492 x 109 joule/jam – 5,1644 x 109 joule/jam = 3,328 x 109 joule/jam



Effisiensi Boiler (03 B911) Effisiensi



=



𝑞𝑖𝑛−𝑞𝑙𝑜𝑠𝑠 𝑞𝑖𝑛



𝑥100%



9,222𝑥109 −3,328𝑥109



=



9,222𝑥109



𝑥100%



= 63,91 %



IV.3



Neraca Massa Pada Economizer



BFW



Flue Gas



SYSTEM Economizer



BFW



Neraca Massa Bagian Tube Massa Masuk 1. Boiler Feed Water 



Boiler Feed Water



: 6875000 gram



Massa Keluar 2. Boiler Feed Water 



Boiler Feed Water



: 6875000 gram



Flue Gas



Neraca Massa Bagian Shell Massa Masuk 



Mol O2



: 206,7836 mol







Massa O2



: 6617,075 gram







Mol CO2



: 430,1597 mol







Massa CO2



: 18927,02 gram







Mol H2O



: 860,3193 mol







Massa H2O



: 15485,75 gram







Massa N2



: 112401,5 gram



Total Massa masuk : Massa O2 + Massa CO2 + Massa H2O + Massa N2 : 153431,345 gram Massa Keluar 



Mol O2



: 206,7836 mol







Massa O2



: 6617,075 gram







Mol CO2



: 430,1597 mol







Massa CO2



: 18927,02 gram







Mol H2O



: 860,3193 mol







Massa H2O



: 15485,75 gram







Massa N2



: 112401,5 gram



Total Massa keluar : Massa O2 + Massa CO2 + Massa H2O + Massa N2 : 153431,345 gram



IV.4



Neraca Panas Ekonomizer



BFW



Q Flue Gass



Q Flue Gass



SYSTEM Economizer



BFW



Panas Masuk (Qin) Komponen



Massa (mol)



Suhu (K)



Cp/R



Cp (J/mol K)



H (J)



N2



4.014,3394



373



207,588



1725,8868



2,584x109



O2



206,7836



373



588,323



4891,324



3,773x108



CO2



430,15965



373



1978,236



16447,058



2,638x109



H2O



860,3193



373



135,4022



1125,7346



3,612x108



Panas Keluar (Qout) Komponen



Massa (mol)



Suhu (K)



Cp/R



Cp (J/mol K)



H (J)



N2



4.014.463,69



305



-547,217



-4549,562



-1,241x109



O2



206.789,969



3269,398



27181,775



3,822x108



CO2



430.172,975



16568,975



137754,46



4,029x109



H2O



860.345,949



-1701,221



-14143,95



-8,274x108



305 305 305



Panas yang dibutuhkan untuk menaikkan T air: 



Massa air



: 381944,44 mol







Cp air



: 75,24 J/mol K







T awal



: 373 K







T akhir



: 305 K



Q = m x Cp x dT = 381944,44 mol x 75,24 J/mol K x (373 K – 305 K) = 1,95 x 109 Joule Heat Loss



= Qin – Qout - Qair = 1,665 x 109 Joule/jam



BAB V PEMBAHASAN



Evaluasi kinerja Boiler 03 B 911 menunjukan efisiensi sebesar 63,91%, pada Economizer menunjukan kehilangan panas (Heat Loss) sebanyak 1,665x109 Joule/jam. Evaluasi ini didasarkan pada perhitungan neraca panas dan neraca massa pada setiap laju alir yang ada pada Boiler 03 B 911 dan Economizer. 



Bagian Tube Boiler 03 B 911 Pada bagian tube gas alam masuk dengan flowrate 9.636,6 m3/jam dan massa sebesar 6.882,5544 gram/jam. Gas alam ini dikontakkan dengan udara 113.836,4 m3/jam dan massa sebesar 146548,79 gram/jam. Reaksi pembakaran ini ditambah dengan udara berlebih (excess) dimaksudkan supaya terjadi pembakaran sempurna antara gas alam dengan oksigen di dalam udara sehingga menghasilkan kalor pembakaran maksimal. Dari lapangan diperoleh data kandungan oksigen dalam flue gas keluar boiler sebesar 1,2% volume total, dengan perhitungan diperoleh mol reaksi pembakaran CH4 lebih besar dari mol CH4 masuk, maka dapat disimpulkan bahwa jumlah O2 pada udara yang disuplay menuju boiler cukup untuk melakukan pembakaran sempurna. Dari perhitungan diperoleh total massa masuk yang terdiri dari gas alam dan udara sama dengan massa keluar yaitu sebesar 153.431,35 gram.







Bagian Shell Boiler 03 B 911 Massa Boiling Feed Water masuk boiler adalah sebesar 6.875.000 gram dipanaskan dengan kalor pembakaran pada bagian tube sehingga dihasilkan steam sebanyak 4.200.000 gram, adapun steam yang dikeluarkan lewat steam vent untuk menjaga tekanan adalah sebesar 2.675.000 gram. Heat loss pada boiler 03 B 911 sebesar 3,328x109 Joule/jam sedangkan panas masuk sebesar 9,222x109 Joule/jam sehingga didapatkan efisiensi boiler 03 B 911 sebesar 63,91%.







Bagian Shell Ekonomizer Bahan pemanas untuk memanaskan air umpan boiler adalah flue gas keluaran dari boiler 03 B 911. Massa flue gas sebesar 153.431,35 gram dengan suhu 373 K, keluar dari ekonomizer dengan suhu 305 K.







Bagian Tube Ekonomizer Air umpan boiler yang akan dipanaskan pada ekonomizer dilewatkan di dalam tube. Massa air masuk adalah sebesar 381944,44 mol. Dari perhitungan didapat jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikan suhu air umpan boiler sebesar 1,954x109 Joule/jam sedangkan panas yang dilepas oleh flue gas adalah sebesar 3,619x109 Joule/jam, sehingga heat loss pada economizer sebesar 1,665x109 Joule/jam.



BAB VI KESIMPULAN



Dari perhitungan dan pembahasan pada bab sebelumnya didapatkan hasil sebagai berikut: 



Boiler 03 B911 Keterangan



Massa Natural Gas dan Udara masuk Boiler 03 B911 Massa Boiling Feed Water masuk Boiler 03 B911 Massa Steam yang keluar Boiler 03 B911 Panas yang diperlukan Boiling Feed Water untuk menjadi Steam Panas Boiler 03 B911 yang hilang ke lingkungan Efisiensi Boiler 03 B911 



Jumlah 153.431,345 gram/jam



6.875.000 gram/jam 4.200.000 gram/jam 5,164 x 109 Joule/jam 3,328 x 109 Joule/jam 63,91 %



Economizer Keterangan



Jumlah



Massa Flue Gas masuk dan keluar Economizer



153.431,345 gram / jam



Massa Boiling Feed Water masuk dan keluar Economizer



6.875.000 gram / jam



Panas yang dilepas Flue Gas



3,619 x 109 Joule / jam



Panas yang diterima Boiling Feed Water



1,954 x 109 Joule / jam



Panas Economizer yang hilang ke lingkungan



1,665 x 109 Joule / jam







Boiler 03 B911 sudah dalam kondisi kurang baik dikarenakan effisiensinya sebesar 63,91%, di mana boiler dikatakan baik apabila memiliki effisiensi >75%







Selain itu air umpan boiler juga mempengaruhi. Saat ini boiler 03 B911 menggunakan hard water sebagai umpan boiler, hal tersebut dapat menimbulkan lapisan kerak pada dinding boiler sehingga perpindahan panasnya tidak sempurna.







Pada ekonomizer panas yang hilang (Heat Loss) tergolong besar, hal ini dikarenakan pada saat pengambilan data, keadaan ekonomizer sedang mengalami kebocoran.