Laporan Khusus [PDF]

Citation preview

LAPORAN TUGAS KHUSUS EVALUASI EFISIENSI PACKAGE BOILER 2007-U DAN PACKAGE BOILER 2007-UA SERTA PERHITUNGAN HEAT INTEGRATION



UNIT UTILITY 1A PT. PUPUK KUJANG PERIODE 3 AGUSTUS 2016 – 3 SEPTEMBER 2016



Disusun Oleh : M. Akhsanil Auladi



21030113130141



Surono



21030113120099



DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2016



Laporan Praktek Kerja PT PUPUK KUJANG CIKAMPEK



HALAMAN PENGESAHAN Laporan Praktek Kerja



DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO



Nama



: M. Akhsanil Auladi NIM 21030113130141 Surono



NIM 21030113120099



Pabrik



: PT. Pupuk Kujang Cikampek



Judul Tugas Khusus



: Evaluasi Efisiensi Package Boiler 2007-U dan Package Boiler 2007-UA serta Perhitungan Heat Integration



Cikampek,1 September 2016 Menyetujui, Pembimbing Lapangan



(Muhamad Reda Galih Pangestu, S.T.)



Departemen Teknik Kimia Universitas Diponegoro



ii



Laporan Praktek Kerja PT PUPUK KUJANG CIKAMPEK



HALAMAN PENGESAHAN Laporan Praktek Kerja



DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO



Nama



: M. Akhsanil Auladi NIM 21030113130141 Surono



NIM 21030113120099



Pabrik



: PT. Pupuk Kujang Cikampek



Judul Tugas Khusus



: Evaluasi Efisiensi Package Boiler 2007-U dan Package Boiler 2007-UA serta Perhitungan Heat Integration



Semarang,



November 2016



Menyetujui, Dosen Pembimbing



Prof. Dr.M. Djaeni ST., M.Eng. NIP. 197102071995121001



Departemen Teknik Kimia Universitas Diponegoro



iii



Laporan Praktek Kerja PT PUPUK KUJANG CIKAMPEK



INTISARI Unit utilitas merupakan suatu unit yang menyediakan bahan penunjang untuk keperluan proses maupun untuk keperluan sehari-hari. Salah satu unit di utilitas adalah unit pembangkit uap air (steam). Uap yang dihasilkan dari unit utilitas merupakan uap bertekanan menengah (middle pressure steam) dengan tekanan sekitar 42 kg/cm2 dan uap bertekanan rendah (low pressure steam) dengan tekanan sekitar 10,5 kg/cm2. Package Boiler 2007-U dan 2007-UA dirancang dengan desain dan pabrik yang sama begitu juga dibuat pada waktu yang sama. Pada operasi biasa sekitar 50% beban steam ditanggung oleh WHB dan 25% ditanggung oleh masing-masing Package Boiler 2007-U dan 2007-UA. Package Boiler 2007-U dan 2007-UA adalah pembangkit steam yang menghasilkan steam dengan tekanan 42 kg/cm2 dengan temperatur sekitar 393400 oC. Untuk menjaga keamanan serta keawetan boiler maka air yang digunakan untuk umpan boiler harus diproses terlebih dahulu agar memenuhi syarat sebagai BFW. Udara yang dipakai untuk pembakaran dibuat sedikit excess supaya semua gas alam yang masuk terbakar semua dan menghasilkan CO2 dan H2O. Data untuk menghitung efisiensi dan menganalisis kualitas air pada Package Boiler 2007-U dan 2007-UA diperoleh dari dua sumber yaitu data primer dan data sekunder. Untuk mempermudah penyelesaian, maka perlu dilakukan pembatasanpembatasan permasalahan dan data yang tidak diketahui diasumsikan berdasarkan data desain. Excess O2 sangat penting untuk boiler yaitu digunakan untuk mengontrol proses pembakaran, namun selain itu excess O2 juga menyebabkan kerugian yaitu dapat mengakibatkan kehilangan panas gas buang. Dari perhitungan diperoleh LHV terbesar 8.763,14 kcal/m3 dan yang terkecil 8.673,95 kcal/m3. Sedangkan rata-ratanya adalah 8.718,54 kcal/m3. Adanya variasi ini disebabkan karena komposisi dari gas alam yang setiap harinya berubah, selain itu juga karena disebabkan karena adanya gas inert seperti nitrogen, argon, dan lain- lain. Hasil perhitungan diperoleh efisiensi sekitar 78,51% sampai 81,9%. Effisiensi ini lebih rendah dari design (85%), kemungkinan disebabkan oleh adanya kehilangan panas pada flue gas yang besar, panas yang terikut blow down, panas yang hilang ke sekeliling, adanya vent – vent dan juga kemungkinan adanya kebocoran atau terbentuknya kerak pada permukaan boiler. Dengan melakukan heat integration penggunaan energi yang ada pada dearator dapat dihemat sekitar 40,99% sampai 47,78%. Selain hal tersebut gas buang yang awalnya memiliki temperatur sekitar 189,5 oC dapat berkurang menjadi 80 oC, sehingga lebih baik untuk lingkungan sekitar pabrik.



Departemen Teknik Kimia Universitas Diponegoro



iv



Laporan Praktek Kerja PT PUPUK KUJANG CIKAMPEK



KATA PENGANTAR Puji syukur dipanjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga dapat menyelesaikan laporan tugas khusus dengan judul Evaluasi Efisiensi Package Boiler 2007-U Dan Package Boiler 2007-UA Serta Perhitungan Heat Integration. Penyusunan laporan ini tidak terlepas dari bantuan beberapa pihak, oleh karena itu, dalam kesempatan ini diucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Prof. Dr.M. Djaeni ST., M.Eng. selaku dosen pembimbing Teknik Kimia Universitas Diponegoro. 2. Bapak Muhamad Reda Galih Pangestu, S.T selaku pembimbing lapangan PT. Pupuk Kujang, Cikampek, Karawng, Jawa Barat 3. Semua pihak yang telah membantu secara langsung maupun tidak langsung. Disadari bahwa masih terdapat banyak kekurangan dalam laporan ini. Oleh karena itu, diharapkan adanya kritik serta saran yang bersifat membangun untuk menyempurnakan laporan praktek kerja ini. Semoga laporan praktek kerja ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak.



Departemen Teknik Kimia Universitas Diponegoro



v



Laporan Praktek Kerja PT PUPUK KUJANG CIKAMPEK



DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................... ii INTISARI ............................................................................................................. iv KATA PENGANTAR ........................................................................................... v DAFTAR ISI ......................................................................................................... vi DAFTAR TABEL ............................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... viii BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1 1.1. Latar Belakang ......................................................................................... 1 1.2. Rumusan Masalah .................................................................................... 2 1.3. Tujuan ....................................................................................................... 2 1.4. Manfaat ..................................................................................................... 2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA........................................................................... 3 2.1. Package Boiler .......................................................................................... 3 2.2. Air Umpan Boiler (BFW)......................................................................... 5 2.3. Permasalahan yang Dapat Ditimbulkan karena Kualitas Air Boiler yang Kurang Baik ........................................................................................................ 6 2.4. Udara ........................................................................................................ 7 2.5. Heating Value ........................................................................................... 8 BAB III METODE ................................................................................................ 9 3.1. Pengambilan Data ..................................................................................... 9 3.2. Pengolahan Data ....................................................................................... 9 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 11 4.1. Neraca Gas ............................................................................................. 11 4.2. Lower Heating Value Gas Alam ............................................................ 11 4.3. Neraca Panas .......................................................................................... 12 4.4. Heat Integration ...................................................................................... 13 BAB V PENUTUP ............................................................................................... 14 5.1. Kesimpulan ................................................................................................. 14 DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 15



Departemen Teknik Kimia Universitas Diponegoro



vi



Laporan Praktek Kerja PT PUPUK KUJANG CIKAMPEK



DAFTAR TABEL Tabel 2. 1Parameter kualitas air boiler ................................................................... 5 Tabel 4. 1 Neraca gas keseluruhan ........................................................................ 11 Tabel 4. 2 Lower heating value gas alam .............................................................. 11 Tabel 4. 3 Hasil perhitunan neraca panas.............................................................. 12 Tabel 4. 4 Perhitungan Heat Integration ............................................................... 13



Departemen Teknik Kimia Universitas Diponegoro



vii



Laporan Praktek Kerja PT PUPUK KUJANG CIKAMPEK



DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Skema proses pembuatan steam pada package boiler ........................ 4



Departemen Teknik Kimia Universitas Diponegoro



viii



Laporan Praktek Kerja PT PUPUK KUJANG CIKAMPEK



BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Unit utilitas merupakan suatu unit yang menyediakan bahan penunjang untuk keperluan proses maupun untuk keperluan sehari-hari (Flynn, 2009). Salah satu unit di utilitas adalah unit pembangkit uap air (steam). Uap yang dihasilkan dari unit utilitas merupakan uap bertekanan menengah (middle pressure steam) dengan tekanan sekitar 42 kg/cm2 dan uap bertekanan rendah (low pressure steam) dengan tekanan sekitar 10,5 kg/cm2. Untuk menghasilkan steam dengan tekanan 42 kg/cm2 (middle pressure steam) dan temperature 399 oC unit utilitas Pupuk Kujang memiliki tiga unit pembangkit uap air (steam) yaitu Package Boiler 2007-U, Package Boiler 2007-UA, dan Waste Heat Boiler 2003-U. Waste Heat Boiler (WHB) memanfaatkan panas gas buang sisa pembakaran pada Hitachi gas turbin generator dan dibanu oleh Auxiliary burner yang memakai bahan gas alam. Sedangkan Package Boiler menggunakan panas dari hasil pembakaran gas alam. Kapasitas dari Waste Heat Boiler adalah 90 ton/jam sedangkan Package Boiler masing-masing 86 ton/jam middle pressure steam (MS) pada rate 100% (PT Pupuk Kujang, 1978). Package Boiler 2007-U dan 2007-UA dirancang dengan desain dan pabrik yang sama begitu juga dibuat pada waktu yang sama. Pada operasi biasa sekitar 50% beban steam ditanggung oleh WHB dan 25% ditanggung oleh masing-masing Package Boiler 2007-U dan 2007-UA. Jumalah steam yang diproduksi pada operasi biasa hanya sekitar 140 ton/jam. Air hasil demineralisasi sebelum masuk ke dalam boiler terlebih dahulu kandungan gas-gasnya seperti CO2 dan O2 di dalam Deaerator. Air dari demineralizer water storage tank sebelum dipompakan menuju tray paling atas dari Deaerator bergabung dulu dengan Condensate Return yang berasal dari pabrik urea (PT Pupuk Kujang, 1978). Conductivity dari condensate return dikontrol dengan AI 2001 dan HAA 2001 yang ada pada offsite panel dengan batasan maksimum 50 μmhos. Jika melebihi maka tidak boleh masuk.



Departemen Teknik Kimia Universitas Diponegoro



1



Laporan Praktek Kerja PT PUPUK KUJANG CIKAMPEK Gas CO2 dan O2 dihilangkan dengan cara distripping dengan LS. Pada storage deaerator juga diinjeksikan Hidrazine (N2H2). Hidrazine berfungsi untuk mengikat O2 dengan reaksi sebagai berikut: 2N2H2 + O2  2N2 + H2O Nitrogen sebagai hasil reaksi besama-sama dengan gas lain dihilangkan melalui stripping dengan uap bertekanan rendah. Air yang telah bebas dari gas-gas dan zat-zat lain ditampung di dalam storage deaerator yang ada dibagian bawah deaerator. Untuk mengatur pH diinjeksikan NH3 dari tangki NH3. Dari storage deaerator Boiler Feed Water (BFW) dipompakan ke WHB dan Package Boiler untuk diubah menjadi steam. 1.2. Rumusan Masalah Dalam tugas khusus ini permasalahan yang akan diambil adalah study tentang efisiensi dari package boiler 2007-U dan 2007-UA serta mengaplikasikan teknologi pinch dalam upaya untuk mengurangi beban kerja yang ada pada deaerator. 1.3. Tujuan 1. Menghitung effisiensi package boiler 2007-U dan 2007-UA 2. Melakukan penghematan energi panas pada deaerator dengan menggunakan teknologi pinch 1.4. Manfaat Penghematan panas yang ada pada deaerator, sehingga panas yang dihemat dapat termanfaatkan untuk peralatan yang lainnya.



Departemen Teknik Kimia Universitas Diponegoro



2



Laporan Praktek Kerja PT PUPUK KUJANG CIKAMPEK



BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1.



Package Boiler Package Boiler 2007-U dan 2007-UA adalah pembangkit steam yang menghasilkan steam dengan tekanan 42 kg/cm2 dengan temperatur sekitar 393-400 oC. Kedua boiler tersebut dibuat dengan desain, pabrik, dan waktu yang sama. Proses dan operasi pembuatan steam pada Package Boiler dapat dijelaskan sebagai berikut: BFW dari storage deaerator dialirkan menuju economizer dengan pompa 2003-JT yang digerakkan oleh turbin uap dan pompa 2003-JAM yang digerakkan dengan motor pada posisi stand by. Economizer merupakan salah satu tube dari boiler yang berfungsi memanfaatkan panas dari gas buang sebelum dibuang ke atmosfir. BFW masuk economizer temperaturnya sekitar 112



o



C dengan tekanan sekitar 43 kg/cm2, keluar dari economizer



temperaturnya sekitar 140 oC (PT Pupuk Kujang, 1978). Dari economizer BFW masuk steam drum bagian atas yang kemudian akan mengalir melewati tube-tube yang ada di dalam boilar. Dalam tube ini air yang dipanasi dari panas hasil pembakaran gs alam yang berada di dalam ruang pembakaran. Karena pemanasan tersebut air akan berubah fase menjadi uap yang kemudian masuk ke steam drum. Berat jenis uap lebih kecil dibandingkan berat jenis air sehingga uap akan naik ke atas masuk steam drum bagian atas, sedangkan air dari economizer masuk ke steam drum kemudian turun melewati tube-tube dan masuk ke mud drum dan akan terjadi sirkulasi antara air dan uap (PT Pupuk Kujang, 1978). Sebelum memasuki steam drum BFW diinjeksikan fosfat untuk mengikat zat-zat padat yang ada di dalam air boiler sehingga menggumpal dan turun kebawah, kemudian dihilangkan dengan jalan intermitten blow down. Steam yang masih berupa uap jenuh (sturated steam) pada tekanan 42 kg/cm2 kemudian dipanaskan kembali pada superheater sehingga menjadi



Departemen Teknik Kimia Universitas Diponegoro



3



Laporan Praktek Kerja PT PUPUK KUJANG CIKAMPEK superheated steam. Steam yang dihasilkan suhunya masih terlalu tinggi, sehingga untuk mengaturnya maka dilewatkan desuperheater dengan jalan menyemprotkan BFW yang panas pada steam tersebut. Steam yang keluar dari desuperheater suhunya menjadi sekitar 398 oC. Steam tersebut kemudian dialirkan ke pabrik urea, utilitas, dan jika diperlukan ke pabrik amonia.



Gambar 2. 1 Skema proses pembuatan steam pada package boiler Total solid yang ada dalam air boiler harus kecil. Oleh karena itu perlu diinjeksikan fosfat untuk menggumpalkan zat-zat padat yang ada dalam air boiler. Kemudian dilakukan blow down untuk mengeluarkannya dari mud drum. Intermitten blow down dilakukan apabila analisa laboratorium menunjukan kadar silika, fosfat, Fe, dan conductivity yang tinggi. Continuous blow down bertujuan untuk membuang kotoran-kotoran yang terapung dan buih-buih yang terbentuk pada steam drum. Continuous blow down dilengkapi dengan metering blow down dan shut off valve yang akan membuka juka level air pada steam drum melebihi batas yang ditentukan. Aliran blow down akan masuk ke blow down flash drum. Kemudian kotoran yang ada dibuang ke waste water treatment. Jika terjadi blow down maka akan terbentuk flash steam dengan tekanan sekitar 3,5 kg/cm2 dan temperatur sekitar 150-175 oC. Blow down flash drum dilengkapi dengan Pressure Indicator (PI), Level Glass (LG), dan Level Control. Level control dihubungkan dengan control valve yang ada pada pips untuk drain. Jika level blow down drum melebihi 50 maka control valve akan membuka.



Departemen Teknik Kimia Universitas Diponegoro



4



Laporan Praktek Kerja PT PUPUK KUJANG CIKAMPEK MS yang dihasilkan sekitar 90% dipakai oleh pabrik urea dan sisanya dipakai oleh unit utilitas sendiri. Jika diperlukan maka akan dikirim juga ke pabrik amonia. Di unit utilitas MS dipakai untuk menggerakkan turbin-turbin uap yang dipakai untuk memutar impeller dari pompa-pompa dan kompresor. LS dipakai untuk stripping deaerator, amonia heater, condensate stripper, regenerasi drier, service steam pada beberapa lokasi offsite dan urea bagging. 2.2.



Air Umpan Boiler (BFW) Untuk menjaga keamanan serta keawetan boiler maka air yang digunakan untuk umpan boiler harus diproses terlebih dahulu agar memenuhi syarat sebagai BFW. Proses pengolahan BFW meliputi penjernihan, demineralisasi, dan deaerasi (Flynn, 2009). Uraian dari proses pengolahan air tersebut telah dijelaskan pada Bab Utilitas. Kondisi BFW yang keluar dari deaerator adalah sebagai berikut: -



Suhu



: ± 112 oC



-



pH



: 9,0 - 9,5



-



Hidrazine



: 0,2 - 0,25 ppm



-



Silika



: 0,05 ppm



-



Fe



: 0,02 ppm



Untuk menentukan kualitas air boiler maka setiap hari dilakukan analisis di laboratorium. Hal ini untuk menentukan perlu atau tidaknya melakukan intermitten blow down. Parameter yang dianalisis beserta batasannya disajikan dalam Tabel 2.1 berikut. Tabel 2. 1Parameter kualitas air boiler No.



Parameter



Range



Target



1.



pH



9,8 – 10,3



10,0



2.



Conductivity



Maksimal 150 μmhos



< 125 μmhos



3.



Fosfat



15 – 20 ppm



< 17 ppm



4.



Silika



2 – 5 ppm



< 4 ppm



5.



Fe



0,1 – 2,0 ppm



< 1 ppm



Departemen Teknik Kimia Universitas Diponegoro



5



Laporan Praktek Kerja PT PUPUK KUJANG CIKAMPEK 2.3.



Permasalahan yang Dapat Ditimbulkan karena Kualitas Air Boiler yang Kurang Baik 1.



Terbentuknya Kerak (Scale) Terbentuknya kerak pada boiler disebabkan karena menurunnya daya larut dari garam-garam yang ada pada suhu tinggi (Kemmer, 1988). Dapat juga dikatakan larutan air yang dekat dengan dinding pipa lebih pekat dari pada yang ada di sebelah dalam pipa. Kerak yang dapat terbentuk pada dinding boiler seperti: -



Kerak karbonat : CaCO3



-



Kerak gips



: CaSO4



-



Kerak silikat



: CaSiO3



-



Kerak analcit



: Na2OAl2O3HsiO3



Kerak tersebut memiliki daya hantar panas yang sangat rendah sehingga dapat mengurangi produksi uap. Lebih berbahaya lagi jika terjadi over heating (pemanasan yang berlebihan) yang dapat menyebabkan perubahan-perubahan plat boiler pada sisi apinya. Usaha-usaha untuk mencegah terbentuknya kerak adalah: -



Air yang digunakan untuk umpan boiler harus diproses dahulu untuk menghilangkan kandungan zat-zat yang dapat menimbulkan kerak



-



Sebelum masuk boiler BFW harus dianalisis terlebih dahulu kandungan zat-zatnya



-



Pengaturan blow down yang baik untuk mengeluarkan kotoran yang ada pada air boiler



2.



Terjadinya korosi Terjadinya korosi sangat merusak dinding pipa-pipa dan steam drum dari boiler. Korosi dapat disebabkan oleh (Kemmer, 1988): -



Air umpan boiler bersifat asam (pH kurang dari tujuh)



-



Adanya gas-gas seperti CO2, O2, Cl2, SO3, dan lain-lain dalam jumlah yang besar



-



Adanya garam-garam sulfat dan klorida yang cukup besar konsentrasinya



Departemen Teknik Kimia Universitas Diponegoro



6



Laporan Praktek Kerja PT PUPUK KUJANG CIKAMPEK Usaha-usaha yang dapat mencegah terbentuknya korosi adalah:



3.



-



pH air dibuat agak tinggi (lebih dari tujuh)



-



Menghilangkan kandungan garam-garam yang bersifat asam



-



Menghilangkan kandungan gas-gas dalam BFW



Foaming (Pembusaan) dan Carry Over Foaming adalah gangguan yang terjadi pada air boiler yaitu terbentuknya busa atau buih (William, 1906). Hal ini dapat terjadi apabila kadar zat padat yang ada pada air boiler cukup tinggi dan juga adanya minyak dalam air boiler. Foaming dapat berlanjut menjadi carry over yaitu zat padat yang ada di dalam air boiler terikut bersama dengan uap. Hal ini dapat menyebabkan terbentuknya kerak atau terjadinya korosi pada pipapipa. Juga menyebabkan terikutnya silika bersama uap yang dapat mengganggu putaran dari turbin. Usaha-usaha yang dapat mencegah terjadinya carry over adalah: -



Mengurangi kandungan zat-zat padat yang ada pada air boiler dengan cara menambahkan fosfat yang kemudian dilakukan intermitten blow down



2.4.



Melakukan continuous blow down



Udara Udara merupakan sumber oksigen yang dipakai untuk membakar gas alam di dalam ruang pembakaran (burner). Udara masuk ruang pembakaran dihisap oleh compresor dan diatur dengan plat pengatur (damper) agar mendapatkan hasil panas yang optimum. Udara yang dipakai untuk pembakaran dibuat sedikit excess supaya semua gas alam yang masuk terbakar semua dan menghasilkan CO2 dan H2O (Biarnes et al, 2013). Pembakaran yang sempurna menghasilkan CO2 dan H2O dan tidak menghasilkan C dan CO. Kekurangan udara akan menyebabkan reaksi pembakaran yang tidak sempurna dan masih ada sisa gas alam dalam gas buang. Hal ini akan menyebabkan panas hasil pembakaran yang kecil karena sebagian heating value terbawa oleh gas buang. Kelebihan udara yang terlalu besar akan



Departemen Teknik Kimia Universitas Diponegoro



7



Laporan Praktek Kerja PT PUPUK KUJANG CIKAMPEK mengakibatkan kehilangan panas yang terbawa oleh gas buang menjadi semakin besar. Temperatur dari gas buang harus diusahakan rendah. Karena jika masih tinggi berarti panas yang terbwa oleh gas buang masih besar. Hal ini dapat mengurangi efisiensi panas dari boiler. Jadi perbandingan antara udara dengan gas alam harus dicari yang paling tepat agar dapat menghasilkan panas hasil pembakaran yang besar. 2.5.



Heating Value Pembakaran gas alam akan menghasilkan sejumlah panas yang akan dipakai untuk menguapkan BFW yang masuk. Heating value merupakan konversi sejumlah bahan bakar dari alam menjadi energi (Eurostat, 2004). Heating value dari gas alam dapat dihitung dari panas pembakaran standar dari masing-masing komponen yang ada di dalam gas alam tersebut. Panas pembakaran standar adalah panas yang dihasilkan pada oksidasi bahan bakar dengan O2 yang berlangsung pada kondisi standar (1 atm, 25 oC). Dimana produk yang diperoleh adalah CO2 dan H2O. Ada dua cara dalam menyatakan heating value dari bahan bakar. Perbedaan ini dilihat dari keadaan H2O pada akhir reaksi. Total heating value adalah panas yang dibebaskan pada pembakaran yang berlangsung pada kondisi standar dimana semua H2O pada keadaan awal dan akhir reaksi adalah berupa cairan. Total heating value disebut juga higher heating value (HHV) atau gross heating value. Net heating value adalah panas yang dibebaskan pada pembakaran yang berlangsung pada kondisi standar dimana keadaan H2O di akhir reaksi adalah berupa uap. Net heating value disebut juga lower heating value (LHV). LHV sama denga HHV dikurangi panas penguapan H2O yang terbentuk pada hasil reaksi pada suhu 25 oC.



Departemen Teknik Kimia Universitas Diponegoro



8



Laporan Praktek Kerja PT PUPUK KUJANG CIKAMPEK



BAB III METODE 3.1. Pengambilan Data Data untuk menghitung efisiensi dan menganalisis kualitas air pada Package Boiler 2007-U dan 2007-UA diperoleh dari dua sumber, yaitu: 1. Data Primer Data primer diambil dari data log sheet harian pabrik. Data tersebut adalah: a. Laju alir dan suhu dari Boiler Feed Water b. Suhu, tekanan, dan laju alir dari Medium Pressure Steam c. Laju alir bahan bakar gas alam d. Suhu gas buang e. Tekanan dan level dari blow down flash drum f. Suhu Low Pressure Steam g. Komposisi dari bahan bakar gas alam dan excess oksigen 2. Data Sekunder Data sekunder diambil dari buku atau literatur. Data tersebut adalah: a. Berat molekul masing-masing komponen b. Spesific heat dan panas pembakaran masing-masing komponen c. Data desain Package Boiler 2007-U dan 2007-UA 3.2. Pengolahan Data Untuk mempermudah penyelesaian, maka perlu dilakukan pembatasanpembatasan permasalahan. Pembatasan permasalahan yang dilakukuan yaitu: 1. Melakukan asumsi-asumsi untuk mempermudah perhitungan neraca massa dan neraca panas, yaitu: a. Sistem dalam keadaan tunak (steady state) b. Masukan material penunjang (auxiliary material) diabaikan c. Argon dan Nitrogen merupakan gas inert yang tidak ikut bereaksi d. Hasil pembakaran adalah CO2 dan H2O dalam bentuk uap e. Kondisi udara yang masuk dianggap tetap yaitu 27 oC dan 80% relative humidity



Departemen Teknik Kimia Universitas Diponegoro



9



Laporan Praktek Kerja PT PUPUK KUJANG CIKAMPEK f. Gas alam yang masuk dianggap memenuhi hukum gas ideal (1 kmole = 22,4 Nm3) 2. Penyelesaian permasalahan hanya terbatas pada neraca massa dan panas secara over all yang meliputi: a. Aliran BFW masuk economizer b. Aliran middle pressure steam c. Aliran gas alam d. Aliran gas buang e. Aliran air yang diblow down Dari aliran-aliran tersebut akan dihitung efisiensi air dan efisiensi panas secara over all.



Departemen Teknik Kimia Universitas Diponegoro



10



Laporan Praktek Kerja PT PUPUK KUJANG CIKAMPEK



BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1.Neraca Gas Tabel 4. 1 Neraca gas keseluruhan Boiler



Tanggal



Gas



Udara



Ekses



Gas Buang



Alam



(kg/jam)



Oksigen



(kg/jam)



(kg/jam)



(% mol)



2007-U



8 Agustus 2016



5.607,56



81.051,65



2,42



86.659,44



2007-UA



8 Agustus 2016



5.600,56



80.983,34



2,46



86.584,12



2007-U



15 Agustus 2016



5.731,47



81.991,25



2,21



87.722,94



2007-UA



15 Agustus 2016



5.700,26



81.704,91



2,41



87.405,39



Hasil perhitungan neraca gas pada proses pembakaran dapat dilihat pada tabel 4.1. Dari neraca gas ini dapat diketahui jumlah gas buang hasil reaksi pembakaran. Karena terjadi penambahan O2 excess maka reaksi dianggap sempurna sehingga yang terbentuk pada hasil pembakaran hanya berupa CO2 dan H2O. Reaksi pembakaran metana yang terjadi dapat ditulis sebagai berikut : CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + 212.800 cal Excess O2 sangat penting untuk boiler yaitu digunakan untuk mengontrol proses pembakaran, namun selain itu excess O2 juga menyebabkan kerugian yaitu dapat mengakibatkan kehilangan panas gas buang.



4.2.Lower Heating Value Gas Alam Tabel 4. 2 Lower heating value gas alam Tanggal



LHV (kcal/m3)



2007-U



8 Agustus 2016



8.673,95



2007-UA



8 Agustus 2016



8.673,95



2007-U



15 Agustus 2016



8.763,14



2007-UA



15 Agustus 2016



8.763,14



Rata-rata



8.718,54



Boiler



Departemen Teknik Kimia Universitas Diponegoro



11



Laporan Praktek Kerja PT PUPUK KUJANG CIKAMPEK Hasil perhitungan Lower Heating Value (LHV) dari gas alam pada tanggal 8 dan 20 Agustus 2016 dapat dilihat pada tabel 4.2. Dimana LHV terbesar 8.763,14 kcal/m3 dan yang terkecil 8.673,95 kcal/m3. Sedangkan rata – ratanya adalah 8.718,54 kcal/m3. Adanya variasi ini disebabkan karena komposisi dari gas alam yang setiap harinya berubah, selain itu juga karena disebabkan karena adanya gas inert seperti nitrogen, argon, dan lain- lain.



4.3.Neraca Panas Tabel 4. 3 Hasil perhitunan neraca panas Boiler



2007-U



2007-UA



2007-U



2007-UA



Tanggal



8 Agt 2016



8 Agt 2016



15 Agt 2016



15 Agt 2016



Satuan



(kcal/jam)



(kcal/jam)



(kcal/jam)



(kcal/jam)



Panas Masuk: ΔHc



54.101.405,25 54.033.820,73 54.854.036,68



ΔHu



54.555.313,9



876.197,36



875.458,82



886.354,72



883.259,33



5.817.663,33



7.243.312,29



5.805.998,61



7.112.630,22



3.851.871,89



4.037.822,83



3.872.083,98



4.035.832,70



55.610.726,67



57.558.060



ΔHd



462.541,34



453.637,8



456.853,22



504.458,28



ΔHloss



870.126,03



103.071,211



2.121.333,82



1.787.565,80



81,9 %



80,95 %



80,09 %



78,51 %



ΔHbfw



Panas Keluar: ΔHf ΔHms



Efisiensi



55.096.119 56.223.346,67



Hasil perhitungan neraca pada data operasi tanggal 8 dan 20 Agustus 2016 dapat dilihat pada tabel 4.3. Dari hasil perhitungan ini dapat diketahui besarnya panas yang masuk, panas yang dipakai untuk menguapkan BFW dan panas yang terbuang sehingga effisiensi alat tersebut dapat diketahui. Besarnya input panas pada perhitungan ini memiliki perbedaan yang signifikan,. Input panas pada perhitungan ini terdiri dari panas yang dibawa oleh BFW, udara dan heating value yang dibawa dari gas alam.



Departemen Teknik Kimia Universitas Diponegoro



12



Laporan Praktek Kerja PT PUPUK KUJANG CIKAMPEK Rata – rata effisiensi panas package boiler 2007-U dan package boiler 2007-UA adalah 80,35%. Effisiensi ini lebih rendah dari design (85%), kemungkinan disebabkan oleh adanya kehilangan panas pada flue gas yang besar, panas yang terikut blow down, panas yang hilang ke sekeliling, adanya vent – vent dan juga kemungkinan adanya kebocoran atau terbentuknya kerak pada permukaan boiler. 4.4.Heat Integration Tabel 4. 4 Perhitungan Heat Integration Boiler



Tanggal



Tin Deaerator Tin Deaerator



Penghematan Energi



Sebelum (oC)



Sesudah (oC)



di Deaerator (%)



2007-U



8 Agustus 2016



31



64,83



47,52



2007-UA



8 Agustus 2016



31



65,12



40,46



2007-U



15 Agustus 2016



31



65,04



47,78



2007-UA



15 Agustus 2016



31



65,84



40,99



Heat integration dilakukan dengan memanfaatkan panas yang dibawa gas buang untuk memanaskan air demin sebelum masuk ke dalam deaerator. Hasil perhitungan Heat Integration dapat dilihat pada tabel 4.4, dimana dapat diketahui dengan memanfaatkan panas yang ada pada gas buang dapat meningkatkan temperatur air yang awalnya 31oC mencapai 65oC. Dengan adanya proses heat integration dapat menghemat penggunaan energi yang ada pada dearator sekitar 40,99% sampai 47,78%. Selain hal tersebut gas buang yang awalnya memiliki temperatur sekitar 189,5 oC dapat berkurang menjadi 80 oC, sehingga lebih baik untuk lingkungan sekitar pabrik.



Departemen Teknik Kimia Universitas Diponegoro



13



Laporan Praktek Kerja PT PUPUK KUJANG CIKAMPEK



BAB V PENUTUP



5.1. Kesimpulan 1. Excess oksigen dapat mengontrol proses pembakaran, tetapi juga dapat menyebabkan kerugian karena kehilangan panas melalui gas buang 2. Variasi nilai LHV disebabkan karena komposisi dari gas alam yang setiap harinya berubah, selain itu juga karena disebabkan karena adanya gas inert seperti nitrogen, argon, dan lain- lain. 3. Effisiensi Boiler dapat diketahui dari perhitungan neraca panas, dengan effisiensi boiler rata – rata adalah 80,35% lebih kecil dari effisiensi design yaitu 85%. 4. Heat intergration dapat digunakan untuk melakukan penghematan terhadap suatu alat, proses heat integration dapat mengurangi penggunaan energi pada dearator sebesar 40,99 – 47,78%.



Departemen Teknik Kimia Universitas Diponegoro



14



Laporan Praktek Kerja PT PUPUK KUJANG CIKAMPEK



DAFTAR PUSTAKA Biarnes, Michael; Freed, Bill and Esteves, Jason. 2013. Combustion. E Instruments International LLC - www.E-Inst.com Eurostat. 2004. Energi Statistics Manual. Luxemburg: OECD Flynn, Daniel J. 2009. The Nalco Water Handbook Third Edition. New York: Mc.Graw-Hill Kemmer, Frank N. 1988. The Nalco Water Handbook Second Edition. New York: Mc.Graw-Hill Inc. PT Pupuk Kujang. 1978. Piping and Instrumentation Drawing Offsite. Karawang: Pupuk Kujang



Departemen Teknik Kimia Universitas Diponegoro



15