BAB IV TUGAS KHUSUS
4.5. Analisa Kinerja Boiler
Dalam melakukan analisa performa boiler dapat mengacu pada beberapa standar antara lain :
a. British Standards BS845:1987
British Standards menerangkan mengenai metode dan kondisi yang harus diperhatikan dalam menghitung efisiensinya. Efisiensi boiler merupakan persen dari panas yang digunakan, yang menggambarkan sebagai persen dari total energi yang mungkin terbakar oleh bahan bakar. Hal ini dinyatakan dalam grass calorific valve (GCV).
b. ASME Standard : PTC-4.1 Power Test Code for Steam Generation Units
Terdiri dari
1. Bagian pertama : Direct methode (dilakukan sebagai metode input-output)
2. Bagian kedua : Indirect methode ( dikenal sebagai metode panas yang hilang)
c. IS 8753: Indian Standars for Boiler Efficiency Testing
Dasar perhitungan efisiensi dengan mengikuti metode:
1. Direct Method : perhitungan energy yang diperoleh dari fluida (air dan steam) dengan energi yang terkandung dalam bahan bakar.
2. Indirect Method : efisiensi merupakan selisih antara energi yang dimasukkan dengan kehilangan panas yan terjadi.
Efisiensi boiler dalam dunia industri terdapat 4 definisi antara lain : 1. Efisiensi pembakaran
Efisiensi pembakaran merupakan keefektifan pembakaran dan kemampuan untuk membakar seluruh bahan bakar secara sempurna. Boiler memiliki efisiensi pembakaran yang kecil. Desain pembakaran yang baik akan mampu dioperasikan dengan 15-20% excess udara, untuk mengkonversi seluruh pembakaran bahan bakar menjadi energy yang digunakan.
2. Efisiensi termal
Efisiensi termal merupakan keefektifan dari transfer panas dalam boiler. Hal ini tidak memperhitungkan kehilangan panas akibat radiasi dan konveksi.
3. Efisiensi boiler
Efisiensi boiler adalah perhitungan efisiensi antara bahan bakar sengan steam
4. Efisiensi bahan bakar dengan steam
Efisiensi bahan bakar dengan steam dihitung menggunakan salah satu dari dua metode yang di tentukan oleh ASME (American Society for Mechanical Engineers). Metode pertama adalah metode inpu-output, metode ke dua adalah metode kehilangan panas.
Untuk penghitungan efisiensi boiler ini menggunakan ASME Power Test Code (ASME PTC 4.1-1964), hal ini didasarkan pada data yang diketahui dan literatur yang didapat. Dimana dengan menggunakan ASME Power Test Code (ASME PTC 4.1-1964) yang digunakan adalah metode langsung dan tidak langsung. Metode tidak langsung ini akan melengkapi kekurangan metode langsung. Sehingga hasil efisiensi yang didapat akan lebih mudah dievaluasi.
4.6. Metode Pengerjaan Tugas Khusus 4.6.1. Hasil Analisa Data
Boiler yang digunakan di PT. Lotte Chemical Titan Nusantara ini adalah boiler jenis fire tube dengan bahan bakar natural gas. Metode yang akan digunakan untuk menghitung efisiensi pada laporan ini adalah metode langsung dan tidak langsung. Data-data yang akan digunakan adalah data aktual dan data desain yang didapatkan saat berada di lapangan dan Technical. Data yang diambil meliputi jumlah steam, suhu masuk air umpan, suhu steam keluar, niali kalor natural gas, jumlah natural gas yang digunakan dan data spesifikasi alat yang diperoleh dari boiler natural gas yang meliputi data desain dan lain-lain.
a. Data Operasi Boiler
b. Komposisi Natural Gas
Tabel 4.7 Data Komposisi Natural Gas
Tabel 4.8 Data Ultimate Natural Gas
c. Data yang Dibutuhkan
Data lain yang diperlukan adalah sebagai berikut : 1. Q (steam) = 645,12 MT = 3840 kg/jam
2. q (NG) = 2004,36 MSCF = 11930,7143 SCF/jam 3. hg (7,5 bar) = 2765,6 kj/kg (steam table)
4. hf (103oC) = 431,74 kj/kg (steam table)
No Parameter Uji Satuan Hasil Uji
1 Nitrogen (N2) % 5,29 2 Carbondioxide (CO2) % 5 3 Methane (C1) % 83,36 4 Ethane (C2) % 2,63 5 Propane (C3) % 2,1 6 I-Butane (i-C4) % 0,46 7 N-Butane (N-C4) % 0,53 8 I-Pentane (i-C5) % 0,19 9 N-Pentane (n-C5) % 0,13 10 Hexane (C6+) % 0,31 100 Total
fuel Natural Gas
carbon 0,721 hydrogen 0,239 sulphur 0 nitrogen 0,032 oxygen 0,008 CO2 (%) 7,62 O2 (%) 12,88 N2 79,5
5. GHV = 20.766,20 BTU/lb 4.6.2. Metode Perhitungan Efisiensi Boiler
Pada tahap perhitungan bertujuan untuk mengetahui performa atau kinerja dari boiler dalam kondisi aktual pada tahun 2018 dan mengetahui berapa besar efisiensi boiler tersebut jika dibandingkan dengan kondisi desainnya.
Berdasarkan ASME Power Test Code (ASME PTC 4.1-1964), efisiensi boiler dapat dihitung melalui metode :
1. Metode Langsung (Direct Method)
Pada metode langsung efisiensi merupakan perbandingan antara energi yang diterima oleh fluida (air dan steam) dengan energi yang terkandung dalam bahan bakar.
2. Metode Tidak Langsung (Indirect Method)
Efisiensi merupakan selisih antara energi yang hilang (losses) dan energi yang diberikan (energi input).
Dimana :
1. Metode Langsung (Direct Method)
Metode langsung disebut juga dengan metode input-output, yaitu efisiensi dapat dihitung hanya dengan data output (stem) dan panas input (natural gas).
Efisiensi boiler =
a. Heat Input
Heat input dan heat output perlu diketahui. Besar dari heat input tergantung nilai kalor yang terkandung dalam bahan bakar dan besarnya aliran (input) yang masuk ke dalam boiler.
b. Heat Output
Pada steam boiler dapat dipasang alat-alat instrument seperti temperature indicator, pressure indicator dan flow meter untuk mengetahui kondisi keluaran (output) boiler.
Untuk menghitung besarnya efisiensi boiler, perlu diketahui data- data sebagai berikut:
Q = Besarnya steam yang dihasilkan per jam (kg/h)
q = Besarnya Natural Gas yang dibutuhkan per jam (scf/jam)
GCV = Nilai kalor kotor dalam Natural gas (BTU/lb) hg = Entalpi steam (BTU/lb)
hf = Entalpi air umpan (BTU/lb)
Efisiensi boiler =
2. Metode Tidak Langsung (Indirect Method)
Efisiensi dapat dihitung berdasarkan besarnya energi yang hilang yang terjadi pada boiler. Kekurangan dari metode langsung dapat
diketahui dari metode tidak langsung, yang dapat menghitung beberapa kehilangan energi yang terjadi pada boiler.
Kehilangan energi yang terjadi disebabka karena adanya faktor-faktor berikut :
L1 – Kehilangan akibat adanya gas buang kering (Dry Flue Gas Loss) L2 – kehilangan akibat adanya hidrogen dalam Natural Gas (Loss Due to Moisture from the Combustion of Hydrogen)
L3 – kehilangan akibat adanya radiasi permukaan dan konveksi (Loss Due to Radiation and Convection)
L4 – kehilangan panas yang belum ditemukan (Unaccounted-For) Losses Dengan adanya beberapa kehilangan tersebut maka efesiensi boiler dapat dihitung dengan :
Efisiensi boiler = 100 – (L1 + L2 + L3 + L4)
Gambar 4.10 panas yang Hilang pada Boiler Natural Gas (Sumber: Appendix 1 Measuring Boiler Efficiency)
L1 - Kehilangan akibat adanya gas buang kering (Dry Flue Gas Loss) Kehilangan akibat adanya gas buang kering merupakan kehilangan paling besar yang terjadi, berikut adalah persamaan yang digunakan untuk menghitung akibat dry flue gas:
LDG, % = [24 x DG x Cp x (FGT - CAT)] x 100 ÷ HHV Dimana DG= jumlah berat flue gas kering
Cp =panas spesifik gas buang, biasanya diasumsikan 0,24 FGT= temperatur flue gas, oF
CAT= temperatur udara pembakaran / ambient, oF
HHV = higher heating value dari bahan bakar , Btu/lb DG, lb/lb bahan bakar = (11CO2 + 8O2 + 7N2) x (C + 0,375S) ÷ 3 CO2
Dimana CO2 dan O2 adalah % volume dari flue gas
N2 adalah % dari volume flue gas, = 100 – CO2– O2
C dan S adalah fraksi berat dari analisis bahan bakar, lb/lb bahan bakar
L2 - Kehilangan akibat adanya hidrogen dalam Natural Gas (Loss Due to Moisture from the Combustion of Hydrogen)
Reaksi pembakaran hidrogen menyebabkan terjadinya kehilangan energi karena produk dari reaksi berupa air. Air yang terbentuk akan mengambil sejumlah energi untuk berubah fasa menjadi uap.
LH, % = [900 x H2 x (hg – hf)] ÷ HHV Dimana :
H2 = fraksi berat hidrogen dalam analisis akhir dari bahan bakar, HHV = heigher heating value
hg = Entalpi steam (BTU/lb) hf = Entalpi air umpan (BTU/lb)
L3 - Kehilangan akibat adanya radiasi permukaan dan konveksi (Loss Due to Radiation and Convection)
LR (Losses Radiation) biasanya tidak diukur, melainkan diperkirakan menggunakan grafik yang disiapkan oleh Asosiasi Produsen Boiler Amerika (ABMA). Nilai berlaku untuk boiler modern yang memiliki semua dinding watercooled dilihat dari grafik ABMA lihat pada gambar 4.6
Gambar 4.11. Radiation and Convection Losses for Various Boiler Size