Optimasi Kompresor [PDF]

Citation preview

OPTIMALISASI UNJUK KERJA KOMPRESOR SENTRIFUGAL 15-K-103 DI RESIDU CATALITYC CRACKING (RCC) PT PERTAMINA (Persero) RU VI BALONGAN KERTAS KERJA WAJIB



Oleh: Nama Mahasiswa NIM Program Studi Konsentrasi Diploma Tingkat



: Finno. Fileo.Baumasse : 161430014 : Teknik Mesin Kilang : Teknik Mesin Kilang : IV (Empat) : III (Tiga)



KEMENTERIAN ENERGI DAN SUMBER DAYA MINERAL BADAN PENGEMBANGAN SUMBER DAYA MANUSIA ENERGI DAN SUMBER DAYA MINERAL POLITEKNIK ENERGI DAN MINERAL Akamigas PEM Akamigas Cepu, Juni 2019



INTISARI Kompresor Sentrifugal di PT. Pertamina (Persero) Refinery Unit VI Balongan mempunyai fungsi yaitu sebagai alat penunjang untuk menyuplai udara bertekanan ke berbagai peralatan lain. Oleh sebab itu perlu dilakukan optimasi terhadap kompresor tersebut jika terjadi penurunan kinerjanya, sehingga proses pengolahan berjalan baik dan efisiensinya tinggi. Salah satunya adalah Kompresor 15-K-103, yang berfungsi untuk menyupali udara bertekanan ke berbagai alat yang dibutuhkan untuk pneumatic dan juga menyuplaikan udara untuk pendingin di Catalytic cooler pada unit Residu Catalytic Cracking. Dalam menjaga kehandalan pada kompresor sentrifugal 15-K103 maka dilakukan operations condition monitoring meliputi pressure, temperature, flow. Paramater operasi tersebut diperlukan untuk melakukan evaluasi unjuk kerja aktual pada kompresor sentrifugal 15-K-103 sehingga dapat dilakukan langkah optimasi dengan menggunakan metode trial pada suhu udara masuk tiap stage pada kompresor sentrifugal. Setelah dilakukan evaluasi melalui perhitungan, didapat terdapat penurunan performa sebesar 8,55% dari 2188 kW menjadi 2000,76 kW. Setelah melakuan melakuan optimalisasi dengan membuat temperatur intercooler menjadi tempertur sempurna dan membuat suhu masuk pada setiap stage sama. Maka didapat kenaikan performa sebesar 9,19% dari 2000,76 menjadi 2184,78. Maka biaya pengoperasian kompresor sentrifugal yaitu sebesar 21,47 usd/jam atau 515,31 usd/day.



2



DAFTAR ISI halaman KATA PENGANTAR..........................................................................................i INTISARI........................................................................................................... ii DAFTAR ISI....................................................................................................... iii DAFTAR TABEL.................................................................................................v DAFTAR GAMBAR............................................................................................vi DAFTAR NOTASI...............................................................................................vii DAFTAR LAMPIRAN........................................................................................ix I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang............................................................................................ 1 1.2 Maksud dan Tujuan..................................................................................... 2 1.3 Batasan Masalah......................................................................................... 2 1.4 Sistematika Penulisan................................................................................. 2 II. ORIENTASI UMUM 2.1 Sejarah Singkat PT. Pertamina (Persero) RU VI Balongan....................... 4 2.2 Maintenance Area I.................................................................................... 7 2.3 Visi dan Misi PT. Pertamina (Persero) RU VI Balongan........................... 8 2.4 Unit RCC (Residue Catalytic Cracking)................................................... 9 III. TINJAUAN PUSTAKA 3.1 Prinsip Kerja Kompresor Sentrifugal.....................................................10 3.2 Bagian Utama Kompresor Sentrifugal dan Fungsinya...........................11 3.3 Perlengkapan Penunjang Operasi Kompresor........................................14 3.4 Dasar Perhitungan...................................................................................15 IV. PEMBAHASAN 4.1 Kompresor 15- K-103.............................................................................24 ...................................................................................................................... 4.2 Aliran Proses Kompresor 15K-103 ...................................................................................................................... 25 ...................................................................................................................... 4.3 Data Spesifikasi Kompresor 15- K-103..................................................26 4.4 Data Operasi Aktual Kompresor 15- K-103..........................................27 4.5 Gas Properties.........................................................................................26 4.6 Perhitungan Unjuk Kerja Kompresor 15- K-103....................................31 4.7 Rekapitulasi Hasil Perhitungan Unjuk Kerja Kompresor 15- K-103.....38 4.8 Optimasi Unjuk Kerja Kompresor Sentrifugal 15-K-103.......................39 3



4.9 Perhitungan Ulang Unjuk Kerja Kompresor 15-K-103..........................40 4.10 Rekapitulasi Hasil Perhitungan Ulang Unjuk Kerja Kompresor 15-K-103...............................................................................................45 V. PENUTUP 5.1 Simpulan..................................................................................................48 5.2 Saran.......................................................................................................49 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN



4



DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Kilang Minyak RU VI Balongan........................................................4 Gambar 2.2 Blok Diagram Unit Proses Pertamina RU VI Balongan.....................6 Gambar 2.3 Organigram Maintenance Execution Pertamina RU VI Balongan.....8 Gambar 3.1 Bagian-Bagian Utama Kompresor Sentrifugal...................................10 Gambar 4.1 Kompresor 15-K-103..........................................................................24 Gambar 4.2 Skema Sederhana Kompresor 15-K-103 ............................................25



5



DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1 Data Operasi Aktual 13 April 2019......................................................26 Tabel 4.2 Rekapitulasi Hasil Perhitungan Kompresor 15-K-103........................38 Tabel 4.2 Rekapitulasi Hasil Perhitungan Ulang Kompresor 15-K-103..............45



6



DAFTAR NOTASI SYMBOL Cos φ dd ds f g Hd hld hlf hlp hls Hs I k L Md Ms Nd Nh Np Pa Pd Po Ps Pv Q Rn V Vd Vs Zd Zs  motor p  trans γ



KETERANGAN Power factor Diameter bagian dalam pipa discharge Diameter bagian dalam pipa suction Faktor gesekan pipa Percepatan gravitasi Head discharge Kerugian head sepanjang pipa dischsrge kerugian head pada fitting dan valve Kerugian head pada pipa Kerugian head sepanjang pipa suction Head suction Ampere Faktor gesekan pada fitting, valve Panjang pipa Manometer discharge (discharge pressure gauge) Manometer suction (suction pressure gauge ) Daya penggerak Daya cairan Daya pompa Tekanan udara luar Tekanan discharge Bila tekanan tidak pada tekanan udara luar Tekanan suction Tekanan penguapan cairan Kapasitas perpompaan Reynold Number Voltage Kecepatan cairan pada pipa discharge Kecepatan cairan pada pipa suction Tinggi tekan statis Tinggi hisap statis Efesiensi motor Efesiensi pompa Efesiensi transmisi Berat spesifik cairan



7



SATUAN m m Kg/s2 m m m m m A m Hp Hp Hp Kg/m2 Kg/m2 Kg/m2 Kg/m2 Kg/m2 3 m /jam V m/s m/s m m % % % Kg/ m3



q s µ



Massa jenis cairan Kekerasan relative Viskositas absolut



Kg/ m3 gr/cm.s



8



DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Lampiran 2 Lampiran 3 Lampiran 4 Lampiran 5 Lampiran 6 Lampiran 7



Struktur Organisasi Maintenance Area 1 PT. Pertamina (Persero) RU VI Balongan Process Flow Diagram Compressor Centrifugal 15-K-103 Di Unit Residu Catalytic Cracking Data Spesifikasi Teknis Compressor Centrifugal 15-K-103 Kurva Unjuk Kerja Compressor Centrifugal 15-K-103 Data Spesifikasi Penggerak Kurva Unjuk Kerja Compressor Centrifugal 15-K-103 Tabel Gas Properties Grafik Faktor Kompresibilitas



9



I. PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Kegiatan Kilang sebagai suatu rangkaian proses manufacturing di dalam operasinya memerlukan alat baik untuk membantu proses kilang dan peralatan Kilang. Utilities dapat diartikan sebagai semua bahan dan media (sarana) yang dibutuhkan untuk menunjang operasi kilang. Salah satunya Unit Air Compressor sebagai unit penyedia udara bertekanan. Kompresor yang menjadi alat potensial akan menimbulkan masalah apabila tidak dapat dioperasikan dan dipelihara secara baik. Untuk itu dibutuhkan teknik pemeliharaan peralatan yang handal agar kondisi peralatan selalu dalam unjuk kerja yang optimal. Untuk itu diperlukan informasi untuk mengetahui sejauh mana performa dan penurunan kondisi kompresor apakah masih dalam batas-batas operasi yang sesuai dengan rated-nya. Optimasi unjuk kerja merupakan salah satu jawaban untuk masalah-masalah di atas. Selain itu juga sebagai indikator untuk menentukan optimasi unjuk kerja kompresor, apakah masih sesuai spesifikasinya atau sudah turun di bawah rated-nya dan seberapa jauh penurunannya dapat diketahui dan setelah itu membalikan ke keadaan semula. Maka dari itu masalah unjuk kerja kompresor adalah topik yang menarik sebagai bahan penyusunan KKW ini dan penulis memilih judul “OPTIMALISASI UNJUK KERJA KOMPRESOR 15-K-103 DI UTILITIES PT. PERTAMINA (PERSERO) RU VI BALONGAN”. I.2 Maksud dan Tujuan



1



Penyusunan ketas kerja wajib ini memiliki tujuan utama sebagai salah satu persyaratan untuk mengikuti pendidikan program diploma IV tingkat III di lembaga pendidikan PEM Akamigas. Selain itu kertas kerja wajib ini adalah bentuk materi tertulis dari pelaksanaan praktik kerja lapangan (PKL) yang bertujuan, antara lain: 1. Memperdalam pengetahuan khususnya kompresor sentrifugal mengingat banyak digunakan dan memiliki peranan penting dalam industri migas. 2. Mempraktekan ilmu pengetahuan yang diperoleh selama mengikuti kuliah dan mengaplikasikannya di lapangan. 3. Mengevaluasi unjul kerja kompresor sentrifugal 15-K-103. 4. Melakukan optimasi unjuk kerja kompresor sentrifugal 15-K-103 sesuai dengan kondisi dan kebutuhan operasi. I.3 Batasan Masalah Dalam penyusunan Kertas Kerja Wajib ini penulis hanya membatasi permasalahan pada pembahasan evaluasi unjuk kerja kompresor 15-K-103 dan tidak membahas secara meluas mengenai proses operasi Unit Residu Catalytic Cracking (RCC). I.4 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan Kertas Kerja Wajib ini dibagi dalam lima bagian pokok, yaitu sebagai berikut : I.PENDAHULUAN Bab ini berisi Latar Belakang, Tujuan, Batasan Masalah, dan Sistematika Penulisan. II. ORIENTASI UMUM Bab ini berisi tentang Sejarah Singkat PT. Pertamina (Persero) RU VI Balongan, Tugas dan Fungsi Maintenance Area I, Visi dan Misi PT. Pertamina (Persero) RU VI Balongan, serta Unit RCC. III. TINJAUAN PUSTAKA 2



Bab ini berisi tentang teori dasar kompresor sentrifugal, meliputi prinsip kerja, bagian-bagian utama dan fungsinya, perlengkapan penunjang operasi, serta dasar perhitungan unjuk kerja kompresor sentrifugal. IV. PEMBAHASAN Bab ini berisi tentang pembahasan evaluasi kerja kompresor 15-K-103 dan optimalisasinya yang meliputi



fungsi dan aliran proses Unit Residu Catalytic



Cracking (RCC), data spesifikasi dan data kondisi operasi kompresor 15-K-103, perhitungan-perhitungan unjuk kerja serta evaluasi perhitungannya, rekapitulasi, V.



optimalisasi kompresor, perhitungan ulang. PENUTUP Bab ini berisi Simpulan dan Saran.



3



AI ORIENTASI UMUM 2.1 Sejarah Singkat PT. PERTAMINA (Persero) RU VI Balongan Kilang PERTAMINA Refinery Unit VI Balongan didirikan tahun 1991 dengan nama proyek EXOR-I (Export Oriented Refinery) Balongan, dengan tujuan utama untuk memecahkan permasalahan pengolahan minyak mentah berat yang berasal dari lapangan Duri, sehingga konfigurasi kilang dititik beratkan pada pengubahan kandungan residue yang dominan pada minyak mentah berat tersebut menjadi produk-produk yang berharga melalui proses perengkahan yang dibantu oleh katalis di Residue Catalytic Cracking Unit.



Gambar 2.1 Kilang Minyak Pertamina RU-VI Balongan Kilang yang dibangun untuk mengolah minyak bumi menjadi produk BBM dan non BBM yang semula berorientasi untuk ekspor, namun dalam perjalanannya untuk memenuhi kebutuhan daerah Jawa Barat dan DKI Jakarta. Pertamina Refinery Unit (RU) VI Balongan dirancang untuk mengolah minyak bumi jenis Duri dan Minas dengan perbandingan 80 % : 20 % dengan kapasitas 125 000 Barrel Per Stream Day (BPSD) yang mengandung senyawa sulfur dan



4



unsur logam yang tinggi, sehingga dalam pengolahannya perlu penanganan dan teknologi yang tepat. Start up kilang ini dilaksanakan pada bulan Oktober 1994 dan diresmikan pada tanggal 24 Mei 1995 dengan nama Pertamina Unit Pengolahan VI Balongan. Saat ini disamping crude Duri dan Minas juga mengolah crude jenis lainnya ( coacktail crude ) dengan perbandingan setara Duri : minas berkisar antara 55 % : 45 % . Tahun 2003 dilaksanakan Proyek Langit Biru Balongan (Blue Sky Project) yang kemudian beroperasi dan diresmikan sekitar bulan Oktober 2005. Kilang PLBB terdiri dari Naptha Hydrotreating Unit (NHT), Platforming Unit, dan Penex Unit yang bertujuan untuk memproses LOMC menjadi HOMC, kemudian digabung dengan seksi Distilling Tretment Unit ( DTU ) menjadi bagian Hydro Skimming Complex (HSC). Tahun 2008 dilaksanakan Proyek Pembangunan unit kilang Etylene Recovery Unit ( ROPP ). Dan Terhitung mulai tanggal 24 Maret 2009 Pertamina Unit Pengolahan VI Balongan berubah nama menjadi PT. Pertamina RU VI Balongan. Kilang Pertamina RU VI Balongan bertugas memenuhi kebutuhan BBM dan Non BBM untuk daerah Jakarta dan sebagian Jawa Barat. Kelancaran operasi Kilang akan sangat berpengaruh sekali terhadap pasokan BBM ke Ibu Kota negara, yang berarti sedikit banyak akan berpengaruh terhadap politik dan ekonomi nasional.



5



Adapun teknologi proses pengolahannya disesuaikan dengan karakteristik umpan minyak mentah Duri tersebut. Sehingga proses pengolahan yang dipilih adalah Crude Distilation Unit (CDU), Atmosferic Residue Hydro Demetalization (ARHDM), Residue Catalytic Cracking Unit (RCCU), Gas Oil dan Light Cycle Oil Hydro Treating (GO/LCO HTU), Hydrogen Plant (H2 Plant), Amine Treament Unit (ATU), Sour Water Stripping Unit (SWSU) dan Sulfur Recovery Unit (SRU), dan dalam rangka menyukseskan program Langit Biru kemudian dibangun Naptha Hydrotreating Unit (NHT), Platforming Unit dan Penex Unit. Aliran proses di Refinery Unit VI Balongan dapat digambarkan dengan blok diagram pada gambar 2.2.



Gambar 2.2 Blok Diagram Unit Proses Pertamina RU-VI Balongan. Produk-produk yang dihasilkan Pertamina UP-VI Balongan antara lain: 1. Produk BBM :  Motor Gasoline



59.000 BPSD.



 Kerosene



12.000 BPSD.



 Automotive Diesel Oil (AD0)  Industrial Diesel Oil (IDO)



27.000 BPSD. 16.000 BPSD.



 Decant Oil & Fuel Oil 6



6.000 BPSD.



2. Produk Non BBM :  LPG



6.000 BPSD.



 Propylene



7.000 BPSD.



 Belerang (sulfur) 24,5 Ton/hari. Selain dari unit – unit proses di atas terdapat bagian Instalasi Tanki dan Perkapalan yang menunjang operasi dengan menyalurkan umpan dan produk kilang, serta mengelola buangan limbah (slops) minyak, bagian Utilities yang bertugas untuk menyediakan sarana tenaga, meliputi : listrik, fuel gas, fuel oil, steam, udara bertekanan, cooling water, service water, boiler feed water serta air minum, Bagian Laboratorium yang berfungsi sebagai sarana kontrol kualitas bahan baku dan hasil proses pengolahan sesuai dengan analisis standar industri perminyakan, Fungsi Keselamatan Kerja dan Lindungan Lingkungan yang bertugas menanggulangi kebakaran, menyediakan alat keselamatan kerja dan mengelola Lindungan Lingkungan.



2.2 Maintenance Area I 2.2.1 Tugas dan Tanggung Jawab Maintenance Area I Bagian MA-1 bertugas melakukan pemeliharaan alat-alat operasi, instalasi listrik dan instrumentasi kilang pada area proses I yang meliputi : RRC Complex, CDU, Sulphur Plant, SWS dan Amine. Dan bagian MA-I ini merupakan tempat penulis melakukan Praktek Kerja Lapangan



2.2.2 Struktur Organisasi Berikut adalah struktur organisasi Maintenance Execution dimana terdapat bagian



7



maintenance Area I tempat penulis mencari data untuk kelengkapan Kertas Kerja Wajib ini. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada lampiran 1.



Gambar 2.3 Organigram Maintenance Execution Pertamina RU-VI Balongan. 2.3 Visi dan Misi Pertamina RU-VI Balongan 2.3.1 Visi Menjadi Kilang Terkemuka di Asia tahun 2025 2.3.2 Misi Mengolah minyak bumi untuk memproduksi BBM, BBK, dan NON BBM secara tepat jumlah, mutu, waktu dan berorientasi laba serta berdaya saing tinggi untuk memenuhi kebutuhan pasar. 



Mengoperasikan kilang yang berteknologi maju dan terpadu secara aman, handal, efisien serta berwawasan lingkungan.







Mengelola aset RU VI Balongan secara profesional yang didukung sistim manajemen yang tangguh berdasar pada semangat kebersamaan, keterbukaan, kepercayaan dan prinsip bisnis saling menguntungkan. 8



2.4 Unit RCC ( Residue Catalystic Cracking) Unit RCC Complex di kilang PT. PERTAMINA (Persero) RU VI Balongan merupakan penghasil komponen naphta yang memiliki angka oktan tinggi, disebut juga HOMC (High Octane Mogas Component). Adapun proses dari Residue Catalytic Cracking Unit (RCCU) adalah merengkah minyak berat (fraksi residu) yang memiliki nilai ekonomi rendah menjadi fraksi-fraksi minyak yang lebih ringan dan lebih berharga. Dalam unit proses ini, feed yang berupa Treated Residue dan Untreated residue direngkah di dalam Reaktor dengan bantuan panas dan katalis. Katalis yang sudah digunakan dialirkan ke Regenerator untuk proses regenerasi, yakni suatu proses pembakaran coke yang melekat dipermukaan katalis dengan menggunakan udara pembakaran yang disuplai oleh Main Air Blower. Setelah diregenerasi, katalis dialirkan lagi ke dalam reaktor untuk proses perengkahan (cracking) feed selanjutnya. Siklus regenerasi katalis ini berlangsung secara kontinyu. Uap minyak sebagai hasil cracking feed dialirkan melalui puncak reaktor menuju kolom fraksinasi. Unit ini dirancang dengan kapasitas : 83.000 BPSD



9



10



.



4



III. TINJAUAN PUSTAKA Kompresor adalah peralatan yang digunakan untuk menaikan tekanan dari fluida yang compresible (dapat dimampatkan) seperti udara dan gas. Kenaikan tekanan udara / gas yang dihasilkan kompresor disebabkan adanya proses pemampatan yang dapat berlangsung secara intermittent (berselang) dan kontinu. Kompresor dapat beroperasi dengan tekanan masuk di bawah atmosfer (vakum) sampai dengan tekanan tinggi (positif) di atas atmosfer, sedangkan tekanan keluar memiliki tingkatan dari tekanan atmosfer sampai dengan tekanan tinggi di atas sepuluh ribu pound per inchi kuadrat.



3.1



Prinsip Kerja Kompresor Sentrifugal Kompresor sentrifugal atau kompresor radial termasuk dalam kelompok



kompresor dynamic di mana aliran gas masuk sejajar poros keluar kompresor dengan arah tegak lurus atau radial. Prinsip kerja kompresor sentrifugal dapat diuraikan sebagai berikut: -



Energi mekanik dari impelling element (impeller) yang berputar diberikan pada



-



udara / gas. Di dalam impeller terjadi gaya sentrifugal dan karena perbedaan jari-jari sisi



-



masuk dan keluar impeller maka energi kecepatan udara / gas bertambah. Selanjutnya energi kecepatan udara / gas dirubah menjadi energi potensial / tekanan di dalam diffuser dengan cara memperlambat laju kecepatan udara / gas dan berlangsung terus–menerus.



10



-



Energi potensial tekanan udara / gas yang keluar dari kompresor merupakan tekanan discharge kompresor. Dengan demikian kompresor



sentrifugal



memiliki



prinsip



kerja



mengkonversikan energi mekanik menjadi energi kecepatan udara / gas, selanjutnya energi kecepatan udara / gas dirubah menjadi energi potensial / tekanan keluar kompresor. 3.2



Bagian Utama Kompresor Sentrifugal dan Fungsinya Secara umum bagian-bagian utama kompresor sentrifugal ditunjukkan pada



gambar di bawah ini:



Gambar 3.1 Bagian-Bagian Utama Kompresor Sentrifugal 3 : 172) Keterangan : 1. 2. 3. 4.



Bagian Statis Casing Inlet wall Guide vane Eye seal



- Bagian Dinamis 9. Seal 10. Shaft 11. Impeller 12. Bearing 11



5. 6. 7. 8.



Diffuser Return bend Return channel Diaphragm



13. Balancing drum / disc



Adapun fungsi masing-masing bagian utama tersebut adalah sebagai berikut:



3:



173 )



1.



Casing Berfungsi sebagai pelindung dan pendukung dari bagian-bagian yang bergerak.



2.



Inlet Wall Inlet wall adalah dinding pada bagian sisi masuk, terbuat dari material khusus yang tahan terhadap erosi.



3.



Guide Vane Guide vane adalah sudu pengarah terletak pada sisi depan impeller (1st stage) berfungsi untuk mengarahkan gas masuk tepat pada eye impeller.



4.



Eye Seal Eye seal adalah penyekat bagian depan impeller (1st ) yang berfungsi untuk menahan kebocoran gas / aliran balik gas.



5.



Diffusor Berfungsi untuk merubah energi kinetik gas menjadi energi potensial.



6.



Return Bend Belokan yang befungsi untuk membelokkan arah gas dari impeller 1st stage ke 2nd stage dan stage berikutnya.



7.



Return Channel



12



Adalah saluran balik gas masuk ke stage berikutnya. 8.



Diafragma Adalah rangkaian penyekat antara 1st stage, 2nd stage dan seterusnya.



9.



Seal and Sealing System Adalah bentuk-bentuk penyekat yang terdapat dalam kompresor yang berfungsi untuk menahan agar gas tidak bocor antar stage atau keluar ke atmosfer.



10. Shaft Shaft atau poros transmisi berfungsi sebagai tempat kedudukan impeller dan bearing serta meneruskan daya penggerak ke impeller. 11.



Impeller Berfungsi untuk menaikkan / menambah energi kinetis gas



12.



Bearing Berfungsi untuk mendukung beban poros, impeller kearah radial maupun aksial serta memperkecil gesekan.



3.3 Perlengkapan Penunjang Operasi Kompresor 1. Air / Gas Filter Filter berfungi untuk melaksanakan proses pemurnian terhadap udara / gas dengan cara menangkap dan menyerap kotoran berupa debu / partikel padat sehingga udara / gas masuk ke dalam kompresor dalam keadaan bersih. Ada dua jenis filter yang sering digunakan yaitu dry type filter dan wet type filter. 2. Cooler



13



Cooler berfungsi untuk mendinginkan / menurunkan suhu gas agar proses dalam kompresor berlangsung isothermal, sehingga daya kompresor lebih rendah (kecil). Pada kompresor multi stage terdapat beberapa cooler yaitu inter cooler yang dipasang di antara dua stage dan after cooler yang dipasang setelah stage terakhir. Sebagai media pendingin digunakan udara, air atau MCR (Multi Component Refrigerant). Untuk kompresor yang menghandle udara biasanya dilengkapi dengan moisture eliminator untuk menghalau kondensat. 3. Air Dryer Air dryer adalah alat pengering udara setelah keluar dari moisture eliminator terutama untuk air instrument. Tujuan utama pemasangan peralatan ini adalah untuk menghilangkan uap air yang kemungkinan masih terikat dalam udara dengan cara menyerap uap air dan menaikkan suhu udara di atas dew point. Media yang dipakai untuk mengeringkan adalah silica gel atau system electric (AC). 4. Separator Separator digunakan untuk memisahkan kondensat yang terbentuk akibat pendinginan pada inter cooler / after cooler dan gas. Konstruksi separator bentuknya tegak atau mendatar dan dilengkapi dengan level glass, drain valve, manometer / thermometer, serta inlet dan outlet nozzle. 5. Air Receiver Air receiver digunakan untuk menampung udara bertekanan sebelum disupply ke pemakaian, di samping itu juga berfungsi sebagai penyelaras aliran sehingga tidak terjadi fluktuasi aliran. Konstruksi air receiver yang besar umumnya dibuat silinder 14



vertikal sedang yang kecil dibuat silinder horizontal. Air receiver dilengkapi dengan safety / relief valve, manometer, drain valve, manhole, serta inlet dan outlet nozzle.



3.4 Dasar Perhitungan Unjuk Kerja Kompresor Sentrifugal Parameter yang terkait dengan unjuk kerja kompresor sentrifugal secara umum adalah: -



Kapasitas Head Efisiensi Daya



3.4.1 Kapasitas Kompresor Kapasitas kompresor adalah sejumlah volume gas / udara yang masuk setiap satuan waktu. Kapasitas kompresor sentrifugal selalu dihitung pada sisi suction dan dapat dinyatakan dalam berbagai satuan seperti:  Inlet volume flow (ICFM)  Actual inlet volume flow (ACFM)  Normal volume flow (NCFM)  Standard volume flow (SCFM)  Mass flow rate (lbm/menit) 1. Inlet / Actual Volume Flow Inlet volume flow sama dengan actual inlet volume flow, di mana aliran volumetric gas diukur pada tekanan dan temperature inlet atau actual saat masuk



15



kompresor. Inlet volume flow dengan satuan ICFM (Inlet Cubic Feet per Minute), sedangkan actual inlet volume flow dengan satuan ACFM (Actual Cubic Feet per Minute). 2. Standard Volume Flow Standard volume flow, di mana aliran volumetric gas diukur pada kondisi standar yaitu pada tekanan 14,7 psia dan temperatur 60F (520R). Standard inlet volume flow dengan satuan SCFM (Standard Cubic Feet per Minute). 3. Normal Volume Flow Normal volume flow, di mana aliran volumetric gas diukur pada kondisi normal yaitu pada tekanan 14,7 psia dan temperatur 0C (492R). Normal volume flow dengan satuan NCFM (Normal Cubic Feet per Minute). 4. Mass Flow Rate Mass flow rate adalah kapasitas yang dihitung dalam laju alira massa per satuan waktu dalam satuan lbm/minute. 5. Hubungan Antara Satuan Untuk mengubah kondisi standar menjadi kondisi inlet / actual dapat digunakan persamaan gas ideal: 3 : 72) P1 x Q 1 P S x Q S = … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (3.1) Z1 x T1 ZS x T S Di mana: Ps = tekanan standar



= 14,7psia



Ts = temperatur standar = 60F = 520R Dengan subtitusi harga Ps dan Ts, didapat : Q1=QS x



Z 1 14,7 T 1 x x , ICFM … … … … … … … … … … … … … ...(3.2) Z S P1 520



16



Atau : Z S P1 520 x x , SCFM … … … … … … … … … … … … …..( 3.3) Z 1 14,7 T 1



QS =Q1 x



Untuk mengubah kondisi normal menjadi kondisi inlet / actual dapat digunakan persamaan gas ideal: P1 x Q 1 P n x Q n = … … … … … … … … … … … … … … … … … … .... … … .(3.4) Z1 x T1 Zn x T n Di mana: Pn = tekanan standar



= 14,7psia



Tn = temperatur standar = 0C = 492R Dengan subtitusi harga Pn dan Tn, didapat : Q1=Qn x



Z 1 14,7 T 1 x x , ICFM … … … … … … … … … … … … … ...(3.5) Z n P1 520



Atau : Qn=Q1 x



Z n P1 520 x x , NCFM … … … … … … … … … … … … …..( 3.6) Z 1 14,7 T 1



Untuk merubah ICFM menjadi mass flow rate (m) berlaku hubungan : m=Q x … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ..… (3.7) Keterangan : m = laju aliran massa (lbm/min) Q = kapasitas



(ft3/min)



17



 = density



(lbm/ft3)



Bila dinyatakan dalam satuan : m=ICFM x … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …(3.8) Dimana  dapat dihitung dari persamaan gas dan kondisi inlet, maka : 144 x P1 x V 1=m x Z 1 x R x T 1



Atau



¿



144 x P1 m m = , dimana= , sehingga : V Z 1 x R1 x T 1 V



144 x P1 53,35 , dimana R= maka : Z1 x R1 x T 1 SG



¿



144 x P1 x SG … … … … … … … … … … … … … … … … … … . …..(3.9) 53,35 x Z 1 x T 1



Subtitusi persamaan (3.9) ke (3.8) didapat : m=ICFM x



144 x P1 x SG … … … … … … … … … … … … … … … … .(3.10) 53,35 x Z1 x T 1



Untuk hal yang sama bila SCFM, maka : m=SCFM x



144 x Ps x SG atau 53,35 x Z 1 x T s



m=SCFM x



144 x 14,7 x SG dengan penyederhanaan 53,35 x Z 1 x 520



m=SCFM x 0,0763 x



SG … … … … … … … … … … … … .. … … …....(3.11) Z1



18



3.3.2 Head Head adalah besarnya kerja yang dilakukan per berat massa dan dinyatakan dalam satuan lbf.ft/lbm. Dalam praktek ada 2 (dua) proses yang digunakan sebagai asumsi dalam menghitung head kompresor, yaitu : 1. Proses Isentropik (adiabatic reversible), untuk perancangan. 2. Proses Politropik, untuk evaluasi unjuk kerja. 1. Head Isentropic Untuk proses ideal (adiabatic reversible), head isentropic dapat dihitung dengan rumus :



k ¿ ( k −1 ) ¿¿ ¿ 53,35 H Isen = x Z av x ¿ SG



Sedangkan untuk head actual berdasarkan proses isentropik dihitung dengan rumus : H act =



H isen , lbf . ft /lbm … … … … … … … … … … … … … … … … … ...(3.13) ηisen



Dimana : ηisen



( { (P / P ) = 2



k−1 / k )



1



T 2−T 1



−1 }



… … … … … … … … … … … … … … . … ..(3.14)



T2 = Temperatur discharge actual approximate > T2’ (ideal), R Subtitusi persamaan (3.14), (3.12) ke (3.13) menjadi : 53,35 Z av H act = x x k / ( k−1 ) x T 1 x {( P2 / P1)( k−1) /k −1 } .… .(3.15) SG ηisen 2. Head Politropic3:37) Proses politropik adalah proses dimana semua besarnya berubah proses ini mendekati keadaan nyata. Head politropic adalah besarnya head yang diperlukan kompresor pada proses politropic reversible dengan kondisi gas masuk dan keluar kompresor yang sama. 19



Head politropic dihitung dengan rumus sebagai berikut : 53,35 H pol = x Z av x n / ( n−1 ) x T 1 x {( P2 / P1)( n−1)/ n−1 } … … .(3.16) SG Sedang head actual berdasarkan proses politropik dapat dihitung dengan rumus : H act =



H pol , lbf . ft /lbm … … … … … … … … … … … … … … … … ...(3.17) η pol



Dimana : ( k−1 /k )



ln ( P2 /P 1) η pol = … … … … … … … … … … … … … … … … … …(3.18) ln ⁡( T 2−T 1 ) T2 = Temperature discharge actual hasil pengukuran > T2’ (ideal), R Subtitusi persamaan (3.18), (3.16) ke (3.17) menjadi : 53,35 Z av H pol = x x n/ ( n−1 ) x T 1 x {(P2 / P1)( n−1)/ n−1 } … … (3.19) SG η pol Keterangan : k = exponent adiabatic, dapat ditentukan dari lampiran atau k = Cp/Cv = Cp/(Cp-1.99) ………………………………………(3.20) Cp = panas jenis gas pada tekanan tetap (BTU/lbmR) Cv = panas jenis gas pada volume tetap (BTU/lbmR) R = konstanta individual gas (lbf.ft/lbmR) Ru = konstanta universal gas 1545 (lbf.ft/lbmR) M = berat molekul (lbm/mol) SG = specific grafity gas Z = factor kompresible gas = dapat ditentukan dari lampiran berdasarkan Pr dan Tr Pr = pressure reduce = P/Pc Tr = temperature reduce = T/Tc Pc = tekanan kritis gas Tc = temperatur kritis gas Z1 + Z 2 Zav = factor kompresible rata-rata Z av= 2



(



Hisen = head isentropic (lbf.ft/lbm) Hpol = head politropic (lbf.ft/lbm) ηisen = efisiensi isentropic (%) ηpol = efisiensi politropic (%) n = exponent politropic 20



)



(n-1)/n = ln (T2/T1)/ln(P2/P1) ……………………………………..(3.21) Hact = head actual (lbf.ft/lbm) 3.3.3 Daya Daya adalah kerja setiap satuan waktu. Ada beberapa daya yang berhubungan dengan gas, dimana akan dibahas satu per satu. 1. Daya Gas (GHP) Daya yang diterima oleh gas dinamakan “Daya Gas” atau “Daya Aerodynamic”, dapat dihitung sebagai berikut : mx H GHP= , ( HP ) … … … … … . … … … … … … … … … … .. … ...(3.22) 550 Keterangan : GHP = Gas Horse Power m = Laju aliran massa (lbm/sec) refer. Persamaan (3.7) H = Head Kompresor (lbf.ft/lbm) 550 = faktor konversi = (lbf.ft/lbm)/HP 2. Daya Kompresor (CHP) Daya kompresor dihitung sebagai berikut: GHP CHP= , ( HP ) … … … … … … … … … … … … … … … … … .. …(3.23) ηm Atau CHP=GHP+ GHP0,4 , ( HP ) … … … … … … … … … … … … … … . ( 3.24 ) Keterangan : CHP = Compressor Horse Power (HP) ηm = Efisiensi mekanik (%) 3. Daya Penggerak (DHP) Daya penggerak yang diberikan pada kompresor dihitung sebagai berikut : CHP DHP= , ( HP ) … … … … … … … … … … … … … … … … … ...(3.25) ηtrans Keterangan : DHP = Driver Horse Power (HP) ηtrans = Efisiensi transmisi (%)



21



IV. PEMBAHASAN 4.1 Fungsi Utama Kompressor Sentrifugal 15-K-103 di Unit RCC PT Pertamina RU VI Balongan Air Compressor merupakan salah satu alat yang berada di unit RCC (Residu Catalic Cracking) yang sebagai penghasil udara bertekanan untuk di salurkan ke alat yang membutuhakan udara yang kering dan bertekanan di unit RCC. Udara bertekanan yang dihasilkan kompresor 15-k-103 masuk ke vessel 15-V-122 yang dmana udara bertekanan dari kompresor dikeringak atau dipisahkan dengan H2O sehingga udara menjadi kering dan bisa disalurkan ke alat yang membutuhkan, seperti katalis hopper 15-V-104 dan katalis cooler 15-E-113 yang dimana udara yang kering itu berfungsi sebagai pendingin katalis.



Gambar 4.1 Kompresor 15-k-103 Kompresor 15-K-103 merupakan kompresor tipe centrifugal multistage, dengan jumlah stage sebanyak 3. Di antara tiap stage dilengkapi inter cooler yang berfungsi menurunkan suhu udara sebelum masuk ke stage berikutnya.



24



4.2 Skema Sederhana Kompresor 15-K-103



Gambar 4.2 Skema Sederhana Kompresor 15-K-103 4.3 Data Spesifikasi Kompresor 15-K-103 Manufacturer



= Elliott



Model



= 16DA3



Number of Stage



=3



Power



= 2188,21 KW



Pressure Inlet



= 1,01 psig



Pressure Dischard



= 8,03psig



Driver Data : Type



= Motor



Manufacturer



= Gec Althon large Machines



Frame Type



= DC560/2000T



Serial Number



= H44002201



Speed



= 3000 r/min



25



4.4 Data Operasi Aktual Kompresor 15-K-103 Berikut ini data operasi aktual kompresor 15-K-103 pada tanggal 13 April 2019: = 19997 Nm3/h



Kapasitas (Q)



Kecepatan Putaran Turbin (n) = 3000 rpm Tabel 4.1 Data Operasi Aktual 13 April 2019 Data Kompresor



Stage 1



Stage 2



Stage 3



0,97 kg/cm2



1,658 kg/cm2g



4,121 kg/cm2g



14,259 psia



24,3726 psia



60,5788 psia



1,658 kg/cm2g



4,121 kg/cm2g



7,4 kg/cm2g



24,3726 psia



60,5788 psia



108,7802 psia



36C



43 C



41 C



96,8 F



109,4 F



108F



Temperatur Inlet (T)



556,47 R



569,07 R



564,47 R



Temperatur Discharge (T)



154,3 C



120 C



329,47 C



309,74 F



248 F



625,046 F



769,41 R



707,67 R



1084,716 R



Tekanan Inlet (P)



Tekanan Discharge (P)



4.5 Gas Properties Berdasarkan table Gas Properties pada lampiran 3, didapatkan data udara (N2 + O2) sebagai berikut: Mw (Molecular weight) = 28,97 Tekanan Kritis (Pc)



= 547 Psia



Suhu Kritis (Tc)



= 239 R



26



Specific Gravity (SG)=



Mw ud =1 Mw ud



Mcpmix (50 F)



= 6,95 BTU/lbmolR



Mcpmix (300 F)



= 7,04 BTU/lbmolR



Mcp (T1= 96,8 F)



= 6,96 BTU/lbmolR (hasil interpolasi)



Mcp (T3=109,4 F)



= 6,97 BTU/lbmolR (hasil interpolasi)



Mcp (T5=105,8 F)



= 6,97 BTU/lbmolR (hasil interpolasi)



Dari data-data tersebut dapat digunakan untuk menghitung nilai eksponen isentropik (k), nilai eksponen politropik (n) dan faktor kompresibilitas (Z).



4.5.1



Menghitung Eksponen Isentropik Besarnya eksponen isentopik dapat dihitung dengan rumus persamaan



(3.20) a. Eksponen Isentropik Stage 1 (k1) k1 = eksponen isentropik untuk 96,8 F udara. Mcp (96,8 F) 6,96 k 1= = =1,40 Mcp ( 96,8 F )−1,99 6,96−1,99 b. Eksponen Isentropik Stage 2 (k2) k2 = eksponen isentropik untuk 109,4 F udara. Mcp (109,4 F) 6,97 k 2= = =1,39 ( ) 6,97−1,97 Mcp 109,4 F −1,99 c. Eksponen Isentropik Stage 2 (k2) k3 = eksponen isentropik untuk 105,8 F udara. Mcp (105,8 F) 6,97 k3 = = =1,39 Mcp (105,8 F )−1,99 6,97−1,99 4.5.2



Menghitung Eksponen Politropik Besarnya eksponen politropik dapat dihitung dengan persamaan (3.21) a. Eksponen Politropik Stage 1 (n1)



27



dischard ¿ 24,37 ( 14,25 ) T (¿T (suction)¿ )= =0,67 24,37 769,4 ln ( −ln ( 14,25 ) 554,67 ) ln ⁡



ln



(



P( dischard ) −ln ¿ P(suction)



)



dischard) ( P(P(suction) )



ln ⁡ n=



¿



b. Eksponen Politropik Stage 2 (n2) dischard ¿ 60,57 ( 24,37 ) T (¿T (suction)¿ )= =0,78 60,57 707,67 ln ( −ln ⁡( 24,37 ) 569,07 ) ln ⁡



) −ln ¿ ( PP((dischard suction) ) P(dischard ) ln ⁡( P(suction) ) n=



ln



¿



c. Eksponen Politropik Stage 3 (n3) dischard ¿ 108,78 ln ⁡ 60,57 T (¿T (suction)¿ )= =0,34 108,78 1084,71 ln −ln ⁡ 60,57 565,47 P(dischard) ln −ln ¿ P(suction)



(



(



)



(



ln ⁡ n=



( ) ) (



P(dischard) P(suction) ¿



)



4.5.3 Menghitung Faktor Kompresibilitas a. Faktor Kompresibilitas Stage 1 28



)







Menghitung faktor kompresibilitas inlet (Z1) Z1 = Fungsi (Pr1,Tr1) Pr1 =



Tr 1=



P1 14,25 = =0,026 PC 547



T 1 556,47 = =2,328 TC 239



Dari hubungan Pr1 dan Tr1 pada grafik lampiran 4 didapat harga Z1 = 0,98 



Menghitung faktor kompresibilitas discharge (Z2) Z2 = Fungsi (Pr2,Tr2) Pr 2=



P2 24,37 T 769,41 = =0,0458 Tr 2= 2 = =3,158 PC 547 TC 239



Dari hubungan Pr2 dan Tr2 pada grafik lampiran 4 didapat harga Z2 = 0,99 



Menghitung faktor kompresibilitas rata-rata stage 1 (Zav1) Z +Z 0,98+0,99 Z av 1= 1 2 = =0,985 2 2



b. Faktor Kompresibilitas Stage 2  Menghitung faktor kompresibilitas inlet (Z3) Z3 = Fungsi (Pr3,Tr3) Pr3 =



Tr 3=



P3 24,37 = =0,0458 PC 547



T 3 569,07 = =2,473 TC 239



Dari hubungan Pr3 dan Tr3 pada grafik lampiran 4 didapat harga Z3 = 0,98 



Menghitung faktor kompresibilitas discharge (Z4)



29



Z4 = Fungsi (Pr4,Tr4) Pr 4=



Tr 4 =



P 4 60,5788 = =0,1107 PC 547



T 4 707,67 = =2,96 TC 239



Dari hubungan Pr4 dan Tr4 pada grafik lampiran 4 didapat harga Z4 = 0,97 



Menghitung faktor kompresibilitas rata-rata stage 2 (Zav2) Z + Z 0,98+ 0,97 Z av 2= 3 4 = =0,975 2 2



c. Faktor Kompresibilitas Stage 3  Menghitung faktor kompresibilitas inlet (Z5) Z5 = Fungsi (Pr5,Tr5) Pr5 =



Tr 5=



P5 60,578 = =0,1107 PC 547



T 5 564,47 = =2,3659 TC 239



Dari hubungan Pr1 dan Tr1 pada grafik lampiran 4 didapat harga Z5 = 0,98 



Menghitung faktor kompresibilitas discharge (Z6) Z6 = Fungsi (Pr6,Tr6) Pr 6=



Tr 6=



P6 108,78 = =0,1988 PC 547



T 6 1084,71 = =4,53 TC 239



Dari hubungan Pr6 dan Tr6 pada grafik lampiran 4 didapat harga Z6 = 0,99



30







Menghitung faktor kompresibilitas rata-rata stage 3 (Zav3) Z + Z 0,98+ 0,99 Z av 3= 5 6 = =0,985 2 2



d. Faktor Kompresibilitas Kondisi Normal (Zn) Faktor kompresibilitas udara kondisi normal (Zn), pada tekanan 14,7 Psia dan temperature 0C (492 R) : Zn = Fungsi (Prn,Trn) Pr n=



Tr n=



P n 14,7 = =0,027 PC 547



T n 492 = =2,059 T C 239



Dari hubungan Prn dan Trn pada grafik lampiran 4 didapat harga Zn = 0,99 e. Faktor Kompresibilitas Kondisi Standar (Zs) Menghitung faktor kompresibilitas udara kondisi standard (Zs), pada tekanan 14,7 Psia dan temperature 60 F (520 R) : ZS = Fungsi (PrS,TrS) Pr S=



Tr S =



PS 14,7 = =0,027 PC 547



T S 520 = =2,176 T C 239



Dari hubungan PrS dan TrS pada grafik lampiran 4 didapat harga ZS = 0,99 4.6 Perhitungan Unjuk Kerja Kompresor 15–K-103 4.6.1 Kapasitas Satuan yang dipakai untuk pengukuran kapasitas operasi kompresor 15-K103 di lapangan adalah satuan normal metrik (Nm3/h). Sebelum menghitung



31



kapasitas aktual inlet tiap stage, maka satuan Nm3/h dikonversi terlebih dahulu



Q n=



ke



satuan



normal



british



(NCFM)



dengan



rumus:



Q x 35,31467 , NCFM , dimana Q=19997 N m3 /h 60



Q n=



19997 x 35,31467 , NCFM 60



Qn=11769,7909 NCFM Untuk korversi satuan NCFM ke satuan ICFM digunakan rumus pada persamaan (3.5): Q1=Qn x



Z 1 Pn T 1 x x , ICFM Z n P1 T n



Sedangkan untuk menghitung laju aliran massa (m) digunakan rumus pada persamaan 3.11: m=ICFM x



144 x P1 x SG 53,35 x Z1 x T 1



a. Kapasitas Aktual Inlet Stage 1 Konversi dari NCFM ke ICFM : Q1=Qn x



Diketahui:



Z 1 Pn T 1 x x , ICFM Z n P1 T n Qn = 11769,7909 Nm3/h Pn = 14,7 psia



P1 = 14,259 psia



Tn = 492 R



T1 = 556,47 R



32



Zn = 0,99



Z1 = 0,98



Maka: Q1=11769,7909 x



0,98 14,7 556,47 x x , ICFM 0,99 14,259 492



Q1=13585 ICFM b. Kapasitas Aktual Inlet Stage 2 Konversi dari NCFM ke ICFM : Q2=Qn x



Diketahui:



Z 3 Pn T 3 x x , ICFM Z n P3 T n Qn = 1612,70 Nm3/h Pn = 14,7 psia



P3 = 24,3726 psia



Tn = 492 R



T3 = 569,07 R



Zn = 0,99



Z3 = 0,98



Maka: Q2=11769,7909 x



0,98 14,7 569,07 x x , ICFM 0,99 24,3726 492



Q2=8127,85 ICFM c. Kapasitas Aktual Inlet Stage 3 Konversi dari NCFM ke ICFM : Q3=Qn x



Diketahui:



Z 5 Pn T 5 x x , ICFM Z n P5 T n Qn = 1612,70 Nm3/h



33



Pn = 14,7 psia



P5 = 60,578 psia



Tn = 492 R



T5 = 565,47 R



Zn = 0,99



Z5 = 0,98



Maka: Q3=11769,7909 x



0,98 14,7 565,47 x x , ICFM 0,99 60,578 492



Q3=3249,42 ICFM d. Laju Aliran Massa Karena ketiga stage kompresor 13-K-103 beroperasi secara seri, maka besarnya laju aliran massa tiap stage adalah berbeda (m1=m2=m3) . Menghitung laju aliran massa (m) : Laju aliran massa pada stage 1 (m 1) m=ICFM x



144 x P1 x SG , SG udara=1,2 53,35 x Z1 x T 1



m=13585 x



144 x 14,25 x 1 lbm /min 53,35 x 0,98 x 556,47



m=1150,52 lbm/min



m=19,16 lbm/sec



4.6.2 Head



34



Head kondisi aktual yang dibangkitkan kompresor berdasarkan proses politropik dihitung menggunakan rumus pada persamaan (3.17): H act =



H pol , lbf . ft /lbm η pol



a. Head Actual Stage 1 Menghitung Hpol :



{(



n P2 53,35 H pol = x Z av1 x 1 x T 1 x SG n1−1 P1 Diketahui:



P1



= 14,259 psia



n1−1 n1



}



( )−1 , lbf . ft /lbm



)



P2 = 24,3726 psia



T1 = 556,47 R



T2 = 769,41 R



Zav1 = 0,985



SG = 1,2



n1



= 0,67



Maka :



{( )



53,35 0,67 24,37 H pol = x 0,985 x x 556,47 x 1,2 0,67−1 14,26 H pol =11461,78 lbf . ft /lbm Menghitung ηpol : ln η pol =



P2 P1



k 1−1 k1



( ) ( )



T ln 2 T1



, dimana k 1=1,40



35



}



( 0,67−1 0,67 ) −1



,



lbf . ft lbm



24,37 1,40−1 1,40 14,25 η pol = =0,4731=47,31 769,41 ln 556,47 ln



(



)



(



)



Jadi Head Actual Stage 1: H act 1=



11461,78 ft , lbf . =24505 lbf . ft /lbm 0,4731 lbm



b. Head Actual Stage 2 Menghitung Hpol : n2 53,35 H pol = x Z av2 x xT3 x SG n2−1



Diketahui:



P3



{(



P4 P3



n2−1 n2



}



( )−1 , lbf . ft / lbm



)



= 24,37 psia



P4 = 60,57 psia



T3 = 569,07 R



T4 = 707,67 R



Zav2 = 0,975



SG = 1,2



n2



= 0,78



Maka : H pol =



{(



53,35 0,78 60,57 x 0,975 x x 569,07 x 1,2 0,78−1 24,37



H pol =19835,95lbf . ft /lbm Menghitung ηpol :



η pol =



P ln 4 P3



k 2−1 k2



( ) ( )



T ln 4 T3



,dimana k 2=1,39



36



( 0,78−1 0,78 ) −1



)



}



,



lbf . ft lbm



60,57 1,39−1 1,39 24,37 η pol = =1,171=117 707,67 ln 569,07 ln



(



)



(



)



Jadi Head Actual Stage 2: H act 2=



19835,95 ,lbf . ft /lbm 1,171



H act 2=16631,49 lbf . ft /lbm c. Head Actual Stage 3 Menghitung Hpol : n3 53,35 H pol = x Z av3 x x T5 x SG n3−1



Diketahui:



{(



P6 P5



n3−1 n3



( )−1



)



}



,lbf . ft / lbm



P5



= 60,57 psia



P6 =108,78 psia



T5



= 565,47 R



T6 = 1084,71 R



Zav3 = 0,985 n3



SG = 1,2



= 0,34



Maka :



{(



53,35 0,34 108,78 H pol = x 0,985 x x 565,4 x 1,2 0,34−1 60,57 H pol =8723,804 lbf . ft /lbm Menghitung ηpol :



37



( 1,34−1 1,34 ) −1



)



}



,



lbf . ft lbm



ln η pol =



P6 P5



k 3−1 k3



( ) ( )



T ln 6 T5



, dimana k 3 =1,39



108,78 1,39−1 1,39 60,57 η pol = =0,25=25 1084,71 ln 565,47 ln



(



)



(



)



Jadi Head Actual Stage 3: H act 3 =



8723,804 , lbf . ft /lbm 0,25



H act 3 =33999,17lbf . ft /lbm



4.6.3 Daya a. Daya Gas (GHP) Daya Gas (GHP) dihitung menggunakan rumus pada persamaan (3.22): GHP=







m ' x H pol , HP 33000 ×η pol



Diketahui laju aliran massa (m’) = 1150,52 lbm/m Menghitung GHP Stage 1 GHP=



m ' x H pol , HP dimana H pol 1=11461,78 lbf . ft /lbm 33000 ×η pol



GHP1=







1150,52 x 11461,78 HP=850,21 HP 33000 ×0,47



Menghitung GHP Stage 2:



38



GHP=



m ' x H pol , HP dimana H pol 2=19835,95lbf . ft /lbm 33000 ×η pol



GHP2=







= 591,071 HP



Menghitung GHP Stage 3: GHP=



m ' x H pol , HP dimana H pol 3=8723,80 lbf . ft /lbm 33000 ×η pol



GHP3=







1150,52 x 19835,95 HP 33000 ×1,171



1150,52 ×8723,80 HP=1216,57 HP 33000 × 0,25



Menghitung GHP Total: GHPTotal =GHP1 +GHP2 +GHP3 GHPTotal =850,21 HP+591,07 HP+ 1216,57 HP=2657,85 HP GHPTotal =2657,85 HP ×



0,746 KW 1



GHPTotal =1982,75 kw b. Daya Kompresor (CHP) Daya Gas (GHP) dihitung menggunakan rumus pada persamaan (3.24): GHP CHP= ηmek Tetapi terlebih dahulu mencari efisensi mekanik dengan menggunakan persamaan 3.25 sebagai berikut: ηmek =



GHP GHP+GHP 0,4



ηmek =



2657,85 2657,85+2657,85 0,4



39



ηmek =0,992=99,1 Menghitung daya kompresor menggunakan persamaan (3.24) sebagai berikut CHP=



GHP ηmek



CHP=



2657,85 HP 0,991



CHP=2681,98 HP CHP=2681,98 HP ×



0,746 KW 1



CHP=2000,76 KW



c. Daya Penggerak (DHP) Daya Gas (GHP) dihitung menggunakan rumus pada persamaan (3.25): CHP ❑ DHP= , ( HP ) (dimana ηtrans gear box=96 −98 ) ηtrans DHP=



2681,98 , ( HP ) 98



DHP=2736,71 HP DHP=2736,71 HP ×



0,746 KW 1



DHP=2041,58 KW



4.7 Rekapitulasi Hasil Perhitungan Unjuk Kerja Kompresor 15-K-103 Dari hasil perhitungan kerja aktual kompresor, maka didapatkan data perbandingan sebagai berikut: Tabel 4.2 Rekapitulasi Hasil Perhitungan Kompresor 15- K-103 Parameter Q Total



Data desain



Perhitungan aktual



19997 Nm3/h



19997 Nm3/h



40



Perbandingan 0%



CHP total



2188 KW



2000,76 KW



Putaran Turbin



3000 rpm



3000 rpm



Turun 8,55 % 0%



4.8 Optimasi Unjuk Kerja Kompresor Berdasarkan hasil evaluasi unjuk kerja tersebut maka diketahui bahwa hasil perbandingan perhitungan aktual dengan data desain, kompresor mengalami penurunan performa yaitu sekitar 8,55% yang dimana diperkirakan disebabkan oleh pendinginan pada intercooler yang kurang sempurna ,maka dalam melakukan optimasi unjuk kerja kompresor menggunakan 2 pendekatan yaitu sebagai berikut: 1.



Optimasi Dari Segi Proses 



Membuat Pendingina Intercooler Sempurna Sehingga Temperature Masuk Tiap Stage Sama Apabila temperatur masuk kompresor tiap stage sama maka laju aliran massa akan menurun yang diikuti dengan menurunnya daya gas dan daya kompresor. Membuat temperatur masuk kompresor sempurna dapat dilakukan dengan cara membersihkan dan memperbaiki Intercooler tiap stage pada kompresor . Pembersihan dan perbaikan tersebut diharapkan dapat membuat kemampuan Intercooler pada tiap stage untuk mendinginkan fluida menjadi sempurna.



2.



Optimasi Dari Segi Mekanik







Perawatan Peralatan Penunjang dan Monitoring



41



Dengan melakukan perawatan rutin pada peralatan penunjang dan monitoring kinerja



akan meningkatkan kehandalan kompresor itu



sendiri . 4.9 Perhitungan Ulang Unjuk Kerja Kompresor Setelah dilakukan pembersihan pada intercooler diharapkan temperature masuk pada setiap stage memiliki suhu yang relatif sama. Maka setelah mendapatkan suhu masuk pada tiap stage yang sama dapat dilakukan rating ulang untuk menentukan head dan daya yang baru. Untuk rating ulang kompresor diperlukan data-data dengan parameter yang sama dengan aktual, tetapi dengan Tsuction pada tiap stage sama dan juga temperatur pada stage terakhir di samakan .Data-data yang diperlukan antara lain sebagai berikut: Suction



: P1 = 6,6879 kPag = 0,97 Psig = 14,259 Psia T1 = 35 oC = 95 oF = 554,67 oR



Discharge : P2 = 51,021 kPag = 7,40 Psig = 108,78 Psia T2 = 329 oC = 625 oF = 1084 oR



4.9.1



Gas Properties Berdasarkan table Gas Properties pada lampiran 3, didapatkan data udara



(N2 + O2) sebagai berikut: Mw (Molecular weight) = 28,97 Tekanan Kritis (Pc)



= 547 Psia



42



= 239 R



Suhu Kritis (Tc) Specific Gravity (SG)=



Mw ud =1 Mw ud



Mcpmix (50 F)



= 6,95 BTU/lbmolR



Mcpmix (300 F)



= 7,04 BTU/lbmolR



Mcp (T1= 95 F)



= 6,96 BTU/lbmolR (hasil interpolasi)



Dari data-data tersebut dapat digunakan untuk menghitung nilai eksponen isentropik (k), nilai eksponen politropik (n) dan faktor kompresibilitas (Z).



4.9.2



Menghitung Eksponen Isentropik Untuk menghitung besarnya eksponen isentopik dapat dihitung dengan rumus persamaan (3.20). k1 = eksponen isentropik untuk 95 F udara. Mcp (95 F) 6,96 k 1= = =1,40 Mcp ( 95 F )−1,99 6,96−1,99



4.9.3



Menghitung Eksponen Politropik Setelah mendapatkan k1 maka hitung besarnya eksponen politropik dengan persamaan (3.21) dischard ¿ 108,78 ( 14,25 ) T (¿T (suction)¿ )= =1,49 108,78 1084 ln ( −ln ( 14,25 ) 554,67 ) ln ⁡



) −ln ¿ ( P(dischard P( suction) ) P(dischard ) ln ⁡( P(suction) ) n=



ln



¿



43



4.9.4 



Menghitung Faktor Kompresibilitas Menghitung faktor kompresibilitas inlet (Z1) Z1 = Fungsi (Pr1,Tr1) Pr1 =



Tr 1=



P1 14,25 = =0,026 PC 547



T 1 556,47 = =2,328 TC 239



Dari hubungan Pr1 dan Tr1 pada grafik lampiran 4 didapat harga Z1 = 0,98 



Menghitung faktor kompresibilitas discharge (Z2) Z2 = Fungsi (Pr2,Tr2) Pr 2=







P2 108 T 1084 = =0,197 Tr 2= 2 = =4,53 PC 547 T C 239



Dari hubungan Pr2 dan Tr2 pada grafik lampiran 4 didapat harga Z2 = 1,1 Menghitung faktor kompresibilitas rata-rata stage 1 (Zav1) Z av =



Z 1 +Z 2 0,98+0,97 = =0,97 2 2



4.9.5 Kapasitas Karena suhu inlet pada setiap stage sama maka kapasitas yang digunakan merupakan optimalisasi yang terjadi akibat suhu inlet pada tiap stage yang sama membuat kenaikan laju aliran massa untuk kapasitas inlet actual yang sama. Besar kapasitas inlet actual kompresor adalah: Q1=13820,38 ICFM



Dengan kapasitas yang sebesar 13820,38 ICFM , setelah di optimasikan T1=T3=T5 yaitu 35°C dengan laju dengan laju aliran mengalami kenaikan Z 1 =



44



0,98 .Maka untuk menghitung besarnya laju aliran massa kompresor setelah di optimas dapat menggunakan persamaan (3.11) berikut: 144 x P1 x SG m'=ICFM x , SG udara = 1,2 53,35 x Z 1 x T 1



m'=13820,38 x



m'=1173,46



4.9.6



144 x 14,25 x 1,2 lbm /min 53,35 x 0,98 x 554,67



lbm/m



Head Head kondisi aktual yang dibangkitkan kompresor berdasarkan proses



politropik dihitung menggunakan rumus pada persamaan (3.17): H act =



H pol , lbf . ft /lbm η pol



Sebelum menghitung Hact ( head actual) maka carilah Hpol (head politropik) dengan persamaan (3.16): Menghitung Hpol : n1 53,35 H pol = x Z av x x T1 x SG n1−1



Diketahui:



P1



{(



P2 P1



= 14,259 psia



T1 = 556,47 R



)



}



P2 = 108,78 psia T2 = 1084 R



Zav = 0,97 n1



n1 −1 n1



( )−1 , lbf . ft /lbm



SG = 1,2



= 1,49



Maka :



45



H pol =



{(



53,35 1,49 108,78 x 0,97 x x 556,47 x 1,2 1,49−1 14,26



( 1,49−1 1,49 ) −1



)



}



,



lbf . ft lbm



H pol =69376,03lbf . ft / lbm Menghitung ηpol : ln η pol =



P2 P1



k 1−1 k1



( ) ( )



, dimana k 1=1,40



T ln 2 T1



108,78 1,40−1 1,40 ln 14,25 η pol = =0,85=85 1084 ln 556,47



(



)



(



)



Jadi Head Actual : H act =



69376,03 ft ,lbf . =81618,85 lbf . ft /lbm 0,85 lbm



4.9.3 Daya a. Daya Gas (GHP) Daya Gas (GHP) dihitung menggunakan rumus pada persamaan (3.22): GHP=



m ' x H pol , HP 33000 ×η pol



Diketahui laju aliran massa (m’) = 1173,46 lbm/m Maka GHP yang di dapat yaitu GHP=



m ' x H pol , HP dimana H pol =18516,29 lbf . ft /lbm 33000 ×η pol



46



GHP=



1173,46 x 69376,03 HP=2902,31 HP 33000× 0,85



GHP=2165,12 KW b. Daya Kompresor (CHP) Perhitungan daya kompresor horse power dapat menggunakan rumus pada persamaan (3.24): GHP CHP= ηmek Tetapi terlebih dahulu mencari efisensi mekanik dengan menggunakan persamaan (3.25) sebagai berikut: ηmek =



GHP GHP+GHP 0,4



ηmek =



2902,31 2902,31+2902,310,4



ηmek =0,99=99,1 Menghitung daya kompresor menggunakan persamaan (3.24) sebagai berikut CHP=



GHP ηmek



CHP=



2902,31 HP 0,99



CHP=2928,66 HP



CHP=2928,66 HP ×



0,746 KW 1



CHP=2184,78 KW c. Daya Penggerak (DHP) Daya Gas (GHP) dihitung menggunakan rumus pada persamaan 3.25:



47



DHP=



CHP , ( HP ) (dimana ηtrans gear box=96 −98 )❑ ηtrans



DHP=



2928,66 , ( HP ) 98



DHP=2988,42 HP



4.10 Rekapitulasi Hasil Perhitungan Ulang Unjuk Kerja Dari hasil perhitungan ulang unjuk kerja kompresor sentrifugal 15-K-103 , maka didapatkan data perbandingan antara unjuk kerja aktual dan setelah optimasi. Untuk perbandingan unjuk kerja kompreosor sentrifugal 15-K-103 dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 4.3 Rekapitulasi Hasil Perhitungan Ulang kompresor sentrifugal 15-K-103 Hasil perhitunga Hasil perhitungan Parameter



data lapangan



Perbandingan ulang



2019 0%



Q Total



19997 Nm3/h



19997 Nm3/h



Head total



75135,66 lbf.ft/lbm



81618,85 lbf.ft/lbm



CHP total



2000,76 KW



2184,78 KW



Naik 9,19%



2041,58 KW



2242,79 KW



Naik 9,85%



3000 rpm



0%



DHP Putaran Turbin



3000 rpm



Naik 8,62 %



Dari perhitungan tersebut, setelah dilakukannya optimasi terdapat peningkatan Head aktual sebesar 8,62 % dari kondisi aktualnya. Nilai dari daya kompresor (CHP) setelah dioptimasikan mengalami kenaikan yaitu sebesar 9,19



48



% dari kondisi aktualnya yaitu berada pada nilai 2184,78 kW. Hal ini berarti daya dari penggeraknya (DHP) mengalami kenaikan pula yaitu berada pada nilai 2242,79



kW sehingga konsumsi listrik untuk memutar electric motor akan



menjadi normal. Dengan demikian pemakaian listrik menjadi normal dan penggunaan energi di dalam kilang menjadi semula . Maka besarnya energi dapat dihitung menggunakan persamaan berikut: Saving Energy=DHP optimasi−DHP aktual Saving Energy=2242,79 KW −2041,58 KW Saving Energy=¿



201,21 KW



Setelah dioptimasikan, energy yang diberikan untuk menggerakkan kompresor yaitu sebesar 201,21 kW. Apabila ditinjau dari segi ekonomi, dengan harga penggunaan listrik yaitu sebesar 0,106711273 USD /jam. Maka didapat energy sebesar: Saving Cost =201,21 KW ×0,106711273 USD / jam



Saving Cost =21,47USD / jam ×



24 jam 1 hari



Saving Cost =515,31USD /hari



49



V. PENUTUP 5.1



Simpulan Berdasarkan hasil pengamatan dan perhitungan unjuk kerja dan pembahasan mengenai langkah-langkah evaluasi Kompresor 15-K-103, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Daya aktual pada kompresor sebesar 2000,76 kW , sedangkan daya yang diberikan electric motor sebesar 2041,58 kW yang dimana terindikasi terjadi penurunan daya yang sebesar 8,55% dengan di bandingkan dengan data desain. Yang dimana salah satu penyebabnya yaitu pendingin pada intercooler tidak sempurna. 2. Pentingnya melakukan Preventive maintenance sesuai schedule untuk menjaga performance kompresor agar tetap pada performance yang handal. 50



Dari hasil evaluasi unjuk kerja, maka langkah-langkah optimasi yang dapat dilakukan adalah sebagai berikut: 1. Melakukan pembersihan dan perbaikan pada interstage pada setiap stage dengan harapan membuat kemampuan Cooler untuk mendinginkan fluida menjadi maksimal sehingga temperatur udara masuk tiap stage kompresor menjadi sempurna. 2. Setelah dilakukan perhitungan ulang dengan suhu udara masuk sama pada setiap stage di kompresor , didapatkan efisiensi politropik sebesar 85 % yang dimana terjadi penurunan efisiensi sekitar 25% dengan perhitungan aktual dan head aktual politropik sebesar 81618,85 lbf.ft/lbm yang dimana setelah dilakukan optimasi naik menjadi 8,62% . Dengan kapasitas yang sama dengan kondisi aktual, maka daya yang dibutuhkan kompresor menjadi lebih tinggi yaitu sebesar 2184,78 kW dan daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan kompresor pun menjadi lebih tinggi yaitu 2242,79 kW. Sehingga pemaikan listrik sebesar 201,21 kW. Apabila ditinjau dari segi ekonomi, maka besarnya energi adalah sebesar 21,47 USD/jam atau 515,31 USD/hari.



5.1



Saran Mengingat pentingnya peran kompresor sentrifugal 15-K-103 di unit RCC



maka sebaiknya perlu dilakukan hal – hal sebagai berikut : 1. Sebaiknya kompresor dioperasikan sesuai dengan kebutuhan operasi pada efisiensi tertingginya dan apabila perlu melakukan langkah-langkah optimasi untuk meningkatkan kinerja kompresor dalam memenuhi 51



kebutuhan operasi. 2. Preventive maintenance supaya tetap dilakukan sesuai schedule untuk menjaga performance kompresor agar tetap pada performance yang handal. 3. Memonitor unjuk kerja kompresor secara berkala, sehingga apabila ada penurunan unjuk kerja dapat segera dievaluasi dan diambil langkah – langkah untuk perbaikan



52



DAFTAR PUSTAKA 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.



Anonim. 2004. “Gas Processors Association-Gas Processors Suppliers Association” . GPSA Engineering Data Book. Tulsa, Oklahoma. Bloch, Heinz P. 2006. “A Practical Guide to Compressors Tecnology”. John Wiley dan Sons, Inc. New Jersey. Brown, Royce N. 2005. “Compressors Selection And Sizing 3th Edition”. United States of America: Elsevier. Giampolo,Tony. 1939. “Compressor Handbook”. The Fairmont Press, Inc. 700 Indian Trail Lilburn Brown, Royce N., 1990, Compressors: Selection and Sizing, Gulf Publishing Company, Houston.. Sapiro, Leon, 1973, “Centrifugal Gas Compressor”, Solar Turbine Inc., San Diego. Maleev, V. L., 1945, Internal Combustion Engines, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York. Scheel, Lyman F., 1961, Gas and Air Compression Machinery, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York. Soetrisno, Bambang, Tanpa Tahun, “Evaluasi Kompresor”, STEM Akamigas, Cepu. Sularso dan Tahara,Haruo. 1991. “Pompa & Kompressor” PT. Pradnya Paramita. Jakarta.



Lampiran 1 : Struktur Organisasi Maintenance Area 1 PT. Pertamina (Persero) RU VI Balongan



Lampiran 2 : Process Flow Diagram Compressor Centrifugal 15-K-103 di unit Residu Catalytic Cracking.



Lampiran 3 : Data Spesifikasi Teknis Compressor Centrifugal 15-K-103



Lampiran 4 : Kurva Unjuk Kerja Compressor Centrifugal 15-K-103



Lampiran 5 : Data spesifikasi Teknis Penggerak Compressor Centrifugal 15K-103



Lampiran 5: (Lanjutan)



Lampiran 6 : Molar Heat Capacity 1:13-5)



Lampiran 7: Ganeralized Compressibility 2:504)