BAB VII PENUTUP
B. Saran
Setelah melakukan praktek kerja di PT Indocement Tunggal Prakarsa Tbk. dan berdasarkan tugas khusus yang telah diberikan maka penulis memberikan saran yaitu:
1. Dilakukan penambahan jumlah nozzle sebanyak 8 buah atau dengan penggunaan spray rate per nozzle 40 liter/menit dengan suhu outlet pada Gas Conditioning Tower (GCT) sebesar 125 oC.
2. Temperatur gas panas yang keluar dari top cyclone SP P-8 tidak lebih dari 340oC karena akan menjadi umpan masuk dari GCT. Dengan temperatur umpan masuk yang tidak terlalu tinggi, maka kinerja GCT juga akan lebih ringan.
GAS CONDITIONING TOWER (GCT)
PT INDOCEMENT TUNGGAL PRAKARSA Tbk.
PLANT 7-8 CITEUREUP, BOGOR
(04 Agustus-04 September 2014)
Oleh :
THERECIA WULAN SUKARDI
I0511052
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
A. Latar Belakang Masalah
PT Indocement Tunggal Prakarsa Tbk. sebagai produsen semen terbesar di Indonesia memproduksi berbagai jenis semen, termasuk semen khusus (oil well cement and white cement) dengan kapasitas produksi sebesar 16,9 juta ton/tahun. Perusahaan yang berdiri sejak tahun 1973 dengan menggunakan merk dagang “Tiga Roda” ini menghasilkan produk semen yang beragam dengan kegunaan yang berbeda pula. Keberadaannya sebagai salah satu produsen semen terbesar, dituntut untuk selalu dapat meningkatkan produktivitas, optimal proses produksi dan kepedulian lingkungan terutama dalam pengendalian polusi udara. Polusi udara merupakan salah satu polusi terbesar yang dapat ditimbulkan oleh suatu pabrik semen dimana salah satunya adalah debu. Untuk mengurangi emisi debu yang dihasilkan oleh suatu pabrik semen, maka digunakan dust collector (penangkap debu) untuk menangkap debu – debu tersebut sebelum melewati chimney. Salah satu alat penangkap debu yang dioperasikan untuk mengurangi polusi udara adalah Electrostatic Precipitator (EP) dengan unit Gas Conditioning Tower (GCT) sebagai pendingin gas masuk EP.
Pada proses produksi semen Plant 7 (P-8) unit Raw Mill memanfaatkan energi panas dari hot gas keluaran Suspension Preheater (SP) untuk mengeringkan bahan baku. Pada P-8 gas keluaran SP terbagi menjadi 2 yaitu menuju Raw Mill untuk pengeringan bahan baku semen (limestone, sandyclay, pyrit cinder dan silica) dan Gas Conditioing Tower (GCT) untuk mendinginkan gas panas dari SP hingga maksimal mencapai 150 oC. Keluaran gas panas yang sudah dimanfaatkan energi panasnya tersebut akan masuk ke EP untuk menangkap debu-debu yang terikat kemudian gas yang sudah bersih dikeluarkan ke lingkungan.
Batasan suhu masuk ke dalam EP untuk mendapatkan efisiensi yang optimal adalah 120oC. Jika suhu gas lebih dari 150 oC dust emisi gas keluaran ke lingkungan dikhawatirkan akan melebihi Nilai Ambang Batas (NAB), yaitu 80 mg/Nm3. Untuk membantu proses pendinginan itu dipasang alat GCT sebelum masuk ke dalam EP. Ketika suhu gas melebihi 150 oC, debu-debu yang terikut akan kehilangan moisture content (molekul H2O). Molekul H2O tersebut berfungsi sebagai penghantar muatan yang memudahkan debu-debu untuk ditangkap oleh EP. Tetapi jika suhu gas masuk
Pada P-8 gas panas keluaran SP didinginkan oleh GCT dari 189 C hingga 120oC dengan menggunakan water spray. Apabila suhu inlet EP naik terus menerus maka dapat menyebabkan dust emisi gas keluaran ke lingkungan akan melebihi ambang batas dan berdebu. Hal ini akan menjadi isu lingkungan yang merugikan lingkungan sekitar sehingga perlu dilakukan analisa kebutuhan air pendingin Gas Conditioning Tower (GCT) pada P-8.
B. Perumusan Masalah
Pada tugas khusus ini akan membahas kebutuhan air pendingin Gas Conditioning Tower (GCT) pada P-8, sehingga diperlukan perhitungaan neraca panas pada GCT.
C. Tujuan
Tujuan dalam tugas khusus ini adalah:
1. Mengetahui perhitungan neraca panas pada Gas Conditioning Tower (GCT) pada P-8.
2. Mengetahui perhitungan kebutuhan air pendingin Gas Conditioning Tower (GCT) pada P-8
D. Manfaat
Manfaat yang bisa diperoleh dari tugas khusus ini adalah: 1. Bagi pabrik
Dapat mengetahui kebutuhan air pendingin Gas Conditioning Tower (GCT) di Raw Mill P-8.
2. Bagi penulis
Dapat mempelajari proses - proses yang terjadi di pabrik secara keseluruhan beserta berbagai permasalahan dalam pelaksanaan teknisnya, sehingga dapat menambah pengetahuan.
A. Gas Conditioning Tower (GCT)
Gas Conditioning Tower (GCT) merupakan sebuah alat dalam suatu pabrik semen yang berfungsi untuk mendinginkan atau mengkondisikan gas panas dari Suspension Preheater (SP). Gas panas yang berasal dari SP mempunyai temperatur berkisar 350 – 400 oC. Gas tersebut diturunkan suhunya oleh GCT menjadi 120 oC yang merupakan temperatur outlet GCT dengan bantuan water spray sebagai pendingin. GCT berfungsi untuk mengefisiensikan kerja dari EP. Efisiensi EP meningkat seiring dengan naiknya voltase dan ampere yang digunakan. GCT akan mengkondisikan gas panas dari SP agar resistivitas dan temperaturnya berada pada range kerja dari EP.
Partikel emisi debu selama proses yang berbeda di industri semen memiliki nilai resistivitas elektris yang spesifik. Debu yang memiliki resistivitas yang tinggi akan sulit untuk dibersihkan dari collecting plate, dan sering menyebabkan kondisi operasi yang dapat merusak, biasa dikenal sebagai pelemparan kembali spark atau disebut juga back ionization. Kondisi ini dihasilkan karena hubungan dew point yang rendah dan temperatur gas yang merusak.
EP mendapatkan efisiensi penangkapan yang tertinggi jika resistivitas partikel debu berkisar 104 - 1011ohm.cm. resistivitas dapat dikurangi dengan beberapa faktor, diantaranya adalah mengineksikan air ke dalam GCT yang dianggap dapat memperbaiki konduktivitas dalam EP.
GCT mendapatkan inlet berupa gas panas dari SP. Gas panas dari SP dihisap oleh SP fan, volume gas panas yang masuk, volume gas panas yang masuk ke GT diatur oleh damper yang terdapat pada inlet GCT. Outlet GCT diteruskan menuju Raw Mill dan Sicular Storage.
Proses pengkondisikan gas panas pada GCT adalah dengan menyemprotkan air bertekanan dan dilewatkan pada suatu nozzle, sehingga terjadi pengkabutan yang akan menurunkan temperature gas panas menjadi sekitar 130-160oC.
Banyaknya air yang disemprotkan ke dalam GCT tergantung dari temperatur gas panas yang masuk dan temperatur gas panas yang diharapkan saat keluar GCT menuju EP. Namun tidak boleh menyebabkan termperatur gas panas keluar lebih
Gambar II.1 Gas Conditioning Tower Keterangan Gambar :
1. Gas Inlet Cone 2. Gas Distribution 3. Spray Nozzle Lance 4. Man Hole
5. Ring for water Supply 6. Shell Plate
10. Hopper 11. Platform
B. Spesifikasi Gas Conditioning Tower Inlet : Temperature : 385oC Outlet : Temperature :310 oC Total height : 22 m Diameter :8 m
Number of high pressure pump : 1 atm Flow rate of the Pump : 50 m3/jam
Water Sparyer :
Number of nozzle : 20
Spray rate per nozzle : 30 liter/menit Spray rate 20 nozzle : 600 liter/menit Maximum spray rate per nozzle : 40 liter/menit
A. Metode Pengumpulan Data
Metode atau langkah – langkah pada pelaksanaan pengambilan data untuk tugas khusus adalah sebagai berikut :
a. Metode Wawancara
Metode ini dilakukan dengan menanyakan langsung kepada narasumber (operator) dalam mendapatkan data.
b. Metode Studi Pustaka (Studi Literatur)
Metode ini dilakukan dengan mencari buku-buku referensi sebagai dasar analisis dan pembuatan laporan.
c. Metode Pengamatan dan Pengukuran
Metode ini diakukan dengan melakukan pengamatan dan pengukuran besaran operasi dilapangan (secara langsung).
Gas input Gas output
Water Spray
Gas Conditioning
Tower (GCT)
A. HASIL
Pengukuran data yang diambil pada tanggal 19 Agustus 2014
No Parameter Satuan Pengukuran
Inlet Outlet
1 Dynamic Pressure (Pd) mmAq 5,0000 32,0000
2 Pressure Static (Ps) mmAq 572,5000 695,0000
3 Temperature (T) oC 402 189
4 Koefisien Pitot Tube (k) - 0,847 0,847
5 Diameter Duct (d) m 6 2,5
a. Specific Gravity
SG = 1,3 × 273 + T ×273 10332 + Ps10332 Inlet Gas Conditioning Tower
SG = 1,3 × 273 + 402 ×273 10332 + 572,510332 SG = 0,5549 kg/m3
Outlet Gas Conditioning Tower SG = 1,3 × 273 273 + 189 × 10332 + 695 10332 SG = 0,8199 kg/m3 b. Velocity Gas v = k × 2 × g × PdSG
Inlet Gas Conditioning Tower
v = k × 2 × 9,18 × 60,5549 v = 11,2618 m/s
0,8199 v = 23,4390 m/s c. Luas Penampang (A)
A = 3,14 × 0,25 × d
Inlet Gas Conditioning Tower A = 3,14 × 0,25 × 6
A = 28,26 m2
Outlet Gas Conditioning Tower = 3,14 × 0,25 × 2,5
= 4,9063 m2 d. Debit (Q)
Q = (v × A × 60 × 60)
Inlet Gas Conditioning Tower
Q = (11,2618 × 28,26 × 60 × 60) Q = 1145726,028 m3/h
Outlet Gas Conditioning Tower
Q = (23,4390 × 4,9063 × 60 × 60) Q = 413991,644 m3/h
e. Debit Gas pada 0 oC dan 1 atm
Qn = Q × 273 + T × 273 10332 + Ps10332 Inlet Gas Conditioning Tower
Qn = Q × 273 273 + 402 × 10332 + 572,5 10332 Qn = 489058,7268 Nm/h Qn = 6113,2341 Nm/menit Outlet Gas Conditioning Tower
Qn = Q × 273 + 189 × 273 10332 + 69510332 Qn = 261086,985 Nm/h
Suhu gas masuk GCT : 402 C
Suhu gas keluar GCT : 189 oC
Suhu air pendingin masuk : 28 oC Suhu air pendingin keluar : 289 oC
Suhu penguapan air : 100 oC
Massa gas panas (mgas) : 6113,2341 Nm3/menit Cp gas panas (Cpgas) : 0,9211 kJ/Nm3oC Cp air fase cair ( H2O)liq : 4,2360 kJ/Nm3oC Cp air fase uap ( H2O)vap : 1,5150 kJ/Nm3oC
Densitas air (ρair) : 1000 kg/m3
Koef. Penguapan air (λ ) : 2257,06 kJ/kg NERACA PANAS
Q air pendingin : Q gas panas
Q air (fase cair+penguapan+fase uap): Q gas panas
Q air fase cair = x x (T penguapan air – T air pendingin masuk) = ( x 4,2360 kJ/Nm3oC (100 oC-28 oC))
= 304,9954 kJ/kg Q air penguapan = x λ
= 2257,06 kJ/kg
Q air fase uap = x x (T air pendingin keluar – T penguapan air) = ( 1,5150 kJ/Nm3oC x ( 189 oC – 100 oC ))
= 134,835 kJ/kg
Q gas panas = m gas panas x Cp gas panas x (T masuk GCT – T keluar GCT) = (6113,2341 Nm3/menit x 0,9211 kJ/Nm3oC x (402 oC - 189 oC)) = 1199330,488 kJ/menit
(304,9954 kJ/kg + 2257,06 kJ/kg + 134,835kJ/kg)
= 444,7086568 Nm3/menit = 34687,2752 kg/jam
Volume air pendingin yang dibutuhkan = x
= 34687,2752 kg/jam x 1000 kg/m3 x 0,001 liter = 34687,2752 liter/jam
= 587,9199 liter/menit
Jadi dari perhitungan neraca panas diatas diketahui bahwa kebutuhan air pendingin GCT dengan temperatur outlet sebesar 189 oC adalah sebanyak 587,9199 liter/menit.
2. Kondisi Operasi Raw Mill Off dengan Temperature Outlet yang Diharapkan (120OC)
Suhu gas masuk GCT : 402 oC
Suhu gas keluar GCT : 120 oC
Suhu air pendingin masuk : 28 oC Suhu air pendingin keluar : 120 oC
Suhu penguapan air : 100 oC
Massa gas panas (mgas) : 6113,2341 Nm3/menit Cp gas panas (Cpgas) : 0,7087 kJ/Nm3oC Cp air fase cair ( H2O)liq : 4,2360 kJ/Nm3oC Cp air fase uap ( H2O)vap : 1,5150 kJ/Nm3oC
Densitas air (ρair) : 1000 kg/m3
Koef. Penguapan air (λ ) : 2257,06 kJ/kg
Q air pendingin : Q gas panas
Q air (fase cair+penguapan+fase uap): Q gas panas
NERACA PANAS
= 2257,06 kJ/kg
Q air fase uap = x x (T air pendingin keluar – T penguapan air) = ( 1,5150 kJ/Nm3oC x ( 120 oC – 100 oC ))
= 30,3 kJ/kg
Q gas panas = m gas panas x Cp gas panas x (T masuk GCT – T keluar GCT) = (6113,2341 Nm3/menit x 0,9211 kJ/Nm3oC x (402 oC - 120 oC)) = 1221685,962 kJ/menit
= Q gas panas
( Q air fase cair + Q penguapan air + Q air fase uap) 1628914,616 kJ/menit
(304,9954 kJ/kg + 2257,06 kJ/kg + 30,3 kJ/kg) = 628,3531 Nm3/menit
= 49011,5445 kg/jam
Volume air pendingin yangdibutuhkan = x
= 49011,5445 kg/jam x 1000 kg/m3 x 0,001 liter = 49011,5445 liter/jam
= 816,8591 liter/menit
Jadi dari perhitungan neraca panas diatas diketahui bahwa kebutuhan air pendingin GCT dengan temperatur outlet yang diharpkan sebesar 120 oC adalah sebanyak 816,8590753 liter/menit.
Kekurangan air pendingin yang dibutuhkan = (816,8591 - 587,9199 ) liter/menit = 228,9392 liter/menit
B. PEMBAHASAN
Berdasarkan perhitungan dengan menggunakan neraca panas, diperoleh hasil kebutuhan air pendingin pad GCT (Gas Conditioning Tower) P-8 pada saat Raw Mill off dalam kondisi aktual 587,9199 liter/menit. Sedangkan bila kondisi Raw Mill off dengan temperatur outlet gas GCT yang diharapkan sebesar 120 oC maka diperoleh kebutuhan air pendingin sebesar 816,8591 liter/menit.
Pada saat kondisi Raw Mill off, jumlah nozzle yang digunakan untuk menginjeksikan air pendingin adalah 20 buah. Dengan mempetimbangankan
Sehingga dapat disimpulkan bahwa untuk menurunkan temperature gas panas hingga mencapai temperatur yang diharapkan (120oC) pada GCT P-8 jumlah nozzle yang ada belum mencukupi, maka diperlukan penambahan jumlah air pendingin untuk menambah kapasitas water spray yang diinjeksikan untuk GCT sebanyak 228,9392 liter/menit.
C. ALTERNATIF PEMECAHAN MASALAH
Dari neraca panas diketahui bahwa jumlah nozzle pada P-8 belum mencukupi untuk menyuplai air pendingin pada GCT pada outlet 120 oC. Maka diperlukan penambahan air pendingin pada GCT P-8. Terdapat beberapa alternatif yang dapat dipertimbangkan untuk menambah kekurangan air pendingin pada GCT, antara lain:
1. Menambah jumlah nozzle
Pada sistem penginjeksian air pendingin pada GCT P-8 terpasang 20 nozzle dengan kapasitas 30 liter/menit per nozzle. Sedangkan menurut perhitungan neraca panas terdapat kekurangan air pendingin sebesar 228,9392 liter/menit. Sehingga membutuhkan tambahan jumlah nozzle sebesar 8 buah dengan kapasitas yang sama.
Untuk alternatif ini diperlukan penelitian lebih lanjut mengenai penyusunan pemasangan posisi tambahan nozzle pada sistem water spray.
2. Menambah kapasitas nozzle
Pada GCT P-8 memerlukan tambahan air pendingin sebesar 228,9392 liter/menit. Jika menambah kapasitas nozzle, maka dibutuhkan nozzle dengan water spray rate sebesar 40,84 liter/menit per buah, dengan asumsi jumlah nozzle sama seperti rancangan awal yaitu 20 buah.
Alternatif ini tidak dapat dilakukan karena batas maximum spray rate per nozzle adalah 40 liter/menit.
3. Menggunakan Spray Rate Maksimum
Apabila penambahan jumlah nozzle dan penambahan kapasitas nozzle tidak dapat dilakukan, maka dapat menggunakan alternatif penggunaan spray rate maksimum per nozzle yaitu 40 liter/menit. Dengan spray rate
Selain itu ada beberapa alternatif yang dapat dipertimbangkan untuk mengoptimalkan kebutuhan air pendingin pada GCT yaitu:
1. Mengganti manual valve spray nozzle yang lama dengan yang baru
Pada sistem penginjeksian air pendingin pada GCT P-8 terpasang 20 nozzle dengan manual valve tipe ball valve pada masing-masing nozzle. Kondisi manual valve sangat berpenngaruh terhadap pressure spray nozzle yang diinginkan dan berpengaruh terhadap kualitas spray dari nozzle itu sendiri. Pada saat ini banyak kondisi manual valve dalam keadaan berkarat sehingga tidak dapat diatur bukaannya. Akibatnya spray dari nozzle yang tidak maksimal ini menyebabkan pressure yang dibutuhkan oleh nozzle tidak mencukupi. Hal ini memicu emisi debu pada chimney.
Dengan melihat kondisi seperti ini, maka sangat diperlukan penggantian manual valve yang lama dengan yang baru agar diperoleh kondisi yang optimal.
2. Melakukan inspeksi, maintenance, dan membersihkan nozzle GCT
Merujuk pada design yang telah ada, diketahui bahwa sistem penginjeksian air pendingin pada GCT P-8 terpasang 20 nozzle dengan kapasitas 30 liter/menit. Secara teoritis jumlah air yang dispray oleh nozzle pada kondisi seluruh nozzle on adalah sebesar 600 liter/menit. Berdasarkan perhitungan maka jumlah air tersebut belum mencukupi kebutuhan saat ini, perlu ditambahkan nozzle untuk memenuhi kebutuhan di GCT.
Saat ini kebanyakan kualitas spray dari nozzle GCT kurang baik, akibatnya effisiensi peurunan temperatur di GCT berkurang. Hal ini dapat dikarenakan usia nozzle yang sudah tua, dan kondisi di dalam nozzle kotor. Sehingga diperlukan inspeksi kondisi nozzle GCT dan melakukan maintenance serta membersihkan nozzle yang ada di GCT agar kualitas spray nozzle menjadi lebih baik.
mempunyai dua buah ukuran, yaitu:
POS NO 1006, dengan panjang nozzle 1500 mm POS NO 1005, dengan panjang nozzle 1250 mm
Sangat perlu diperiksa da dipastikan bahwa susunan spray nozzle yang ada masih sesuai dengan posisi yang diharapkan dari rancangan.
Hal ini sangat berpengaruh pada optimum atau tidaknya pendinginan pada GCT. Karena jika kondisi spray nozzle tidak seperti rancangan, maka titik jatuh air tidak pada posisi yang tepat, sehingga mengakibatkan udara pans tidak didinginkan secara merata. Hal ini memicu temperatur keluaran GCT lebih besar dari yang seharusnya.
A. Kesimpulan
Berdasarkan perhitungan neraca massa dan neraca panas, diperoleh bahwa kebutuhan air pendingin Gas Conditioning Tower (GCT) P-8 pada kondisi operasi aktual adalah sebanyak 587,9199 liter/menit. Sedangkan kebutuhan air pendingin pada kondisi operasi raw mill on dengan temperatur outlet 120 oC adalah 816,8591 liter/menit.
Sehingga dapat disimpulkan bahwa untuk menurunkan temperature gas panas hingga mencapai temperatur yang diharapkan (120 oC) pada GCT P-8 jumlah nozzle yang ada belum mencukupi, maka diperlukan penambahan jumlah air pendingin untuk menambah kapasitas water spray yang diinjeksikan untuk GCT sebanyak 228,9392 liter/menit.
Pada saat kondisi aktual jumlah nozzle yang digunakan sebanyak 20 buah, namun untuk mencukupi kebutuhan air pendinngin untuk temperature yang diharapkan saat outlet 120 oC maka diperlukan penambahan jumlah nozzle sebanyak 8 buah.
Alternatif pemecahan masalah lainnya yaitu penggunaan spray rate maksimum per nozzle yaitu 40 liter/menit. Dengan spray rate tersebut didapatkan spray rate 20 nozzle sebesar 800 liter/menit dan menghasilkan suhu output GCT P-8 sebesar 125 oC. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 25,00 27,50 30,00 32,50 35,00 37,50 40,00 42,50 45,00 M as sa A ir ( li te r/ m en it )
Spray rate (liter/menit)
Grafik Hubungan antara Spray Rate
dengan Temperatur dan Massa Air
spray rate vs massa air spray rate vs temperatur 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 T em p er at u r ( o C )
gas panas yang keluar dari top cyclone Suspension Preheater P-8 tidak lebih dari 340 oC. Hal ini sangat perlu karena yang menjadi umpan masuk dari GCT adalah gas panas yang berasal dari SP. Dengan temperatur umpan masuk yang tidak terlalu tinggi, maka kinerja GCT juga akan lebih ringan.
2. Sebaiknya dibuat suatu work instruction dalam operasi dan pemeliharaan GCT. Sehingga kondisi GCT P8 tetap terawat dan performanya tetap baik.