DOSEN PEMBIMBING : Prof.Dr.Ir. I Made Arya Djoni,M.Sc.

Tugas Akhir

Teknik Mesin

FTI-ITS SURABAYA

DOSEN PEMBIMBING :

BAB I PENDAHULUAN

LATAR BELAKANG

PERUMUSAN MASALAH

TUJUAN

BATASAN MASALAH

MANFAAT

SISTEMATIKA PENULISAN

PT .PETROKIMIA GRESIK

PUPUK

AMONIAK

GAS SINTESA

(H

₂

, N

₂

, Ar , CH

₄

)

KOMPRESOR

SURGING

LATAR BELAKANG

PERUMUSAN MASALAH

FLOW MENGALAMI

PENURUNAN

MELEWATI BATAS STABIL

KOMPRESOR

KOMPRESOR SURGING

1. Bagaimana surging bisa terjadi ? Apa

sebab dan akibatnya?

 kemungkinannya:

- fouling

- Pressure, temperature, gas composition berubah

- Putaran penggerak turun (loss of speed)

- Pembatasan aliran di suction/discharge sistem

- malfunction pada control valve

- malfunction hardware

IGV’s

- maldistribution dalam operasi paralel kompresor

- operator error

- perakitan kompresor tidak layak, seperti

mispositioned rotor

(Gas turbine Engineering Handbook,2006)

2. Bagaimana Karakteristik Kompresor dan Unjuk kerja

kompresor Sentrifugal?

1. HEAD





































lb

lbf

ft

r

n

n

T

R

Z

H

n n total in aktual p

.

1

.

1

.

.

.

1 .





































lb

lbf

ft

r

k

k

T

R

Z

H

k k total in aktual is

.

1

.

1

.

.

.

1 .

%

100

1

1 x

k

k

n

n

p o litro p is









act

H

m

GHP







mekanik

GHP

CHP





transmisi

DHP

DHP





2. efisiensi

3. Daya

1 1

520

7

,

14

T

P

SCFM

ICFM







4. Kapasitas

Politropis head

Isentropis head

Cubit feet per minute

Driven HorsePower

Compressor HorsePower

Gas HorsePower

komposisi gas

fraksi mol(y)

% mol

Ar

0,33

N

₂

24,81

CH

₄

0,71

H

₂

74,15

total

100

Low Pressure Casing

SUCTION DISCHARGE

(masuk 1st kompresor L.P) (keluar 1st kompresor L.P)

T_{s1(Temperatur Masuk)} = 43,6 0_{C T}

d1(Temperatur keluar) = 120,9 0C

P_{s1(Tekanan masuk)} = 29,6 kg/cm2 _P

d1(Tekanan keluar) = 55 kg/cm2

F_{s1(Flow masuk L.P case)} = 66,41 Ton /jam

(masuk 2nd kompresor L.P) (keluar 2nd kompresor L.P)

T_{s2(Temperatur Masuk)} = 40 0_{C T}

d2(Temperatur keluar) = 121,4 0C

P_{s2(Tekanan masuk)} = 55 kg/cm2 _P

d2(Tekanan keluar) = 97,5 kg/cm2

F_{d2(Flow keluar L.P case)} = 58,17 Ton /jam

High Pressure Casing

SUCTION DISCHARGE

(masuk 3rd compresor H.P) (keluar 3rd kompresor H.P)

T_{s3(Temperatur Masuk)} = 36 0_{C T}

d3(Temperatur keluar) = 51,48 0C

P_{s3(Tekanan masuk)} = 97,5 kg/cm2 _P

d3(Tekanan keluar) = 183,9 kg/cm2

F_{s3(Flow masuk H.P case)} = 62,56 Ton /jam

(masuk 4th_{kompresor H.P) (keluar 4th kompresor H.P)}

T_{s4(Temperatur Masuk)} = 32,02 0_{C T}

d4(Temperatur keluar) = 51,48 0C

P_{s4(Tekanan masuk)} = 177,3 kg/cm2 _P

d4(Tekanan keluar) = 183,9 kg/cm2

F_{S4 (Flow keluar H.P case)} = Fd4 F_{d4 (Flow keluar H.P case)} = 238,9 Ton /jam

komposisi gas fraksi mol(y) _MW ideal (kg/kmol) Mcp (Btu/lb.mol.R) Tekanan Kritis Pc (Psia) Temperatur Kritis Tc (R) % mol 50 o_{F 300} o_F T_{s1 (interpolasi} pada 110,5 F) Ar 0,33 39,94 4,97 4,97 4,97 705 272 N₂ 24,81 28,01 6,96 7,03 6,98 492 228 CH₄ 0,71 16,04 8,38 10,25 8,83 673 344 H₂ 74,15 2,016 6,86 6,98 6,89 188 60

4.1. Properties gas kompresor

Konstanta Umum Campuran Gas

Rasio Panas Spesifik

total ideal aktual

MW

R

R



R lb lbf ft R lbmol lbf ft Raktual . . 79 , 177 69 , 8 . . 1546   K Kg J K Kmol KJ Raktual . 73 , 956 69 , 8 . 314 , 8  

atau

R

lbmol

Btu

R

lbmol

Btu

M

_{cv total inlet}

.

93

,

4

986

,

1

.

92

,

6







 

R

lbmol

Btu

R

lbmol

Btu

M

_{cv total outlet}

.

5

986

,

1

.

986

,

6







 

4

,

1

93

,

4

92

,

6

_



inlet

k

4

,

1

5

986

,

6

_



outlet

k

4

,

1

2







inlet outlet avg

k

k

k

Faktor Kompresibilitas Campuran Gas

total c r

P

P

P





₁

_,

₆₂

572

,

268

71

,

435

_





psia

psia

P

_{r in} total c r

T

T

T





₅

_,

₀₄

3968

,

104

61

,

526

_





R

R

T

_o o in r

97

,

2

572

,

268

98

,

796

_





psia

psia

P

_{r out}

79

,

6

3968

,

104

29

,

709

0

_





R

R

T

_{r out o}

4.2. Perhitungan Unjuk Kerja

Kompresor Gas Sintesa

4.2.1 Perhitungan Head

























1

.

1

.

.

.

1 . n n total in aktual avg p

r

n

n

T

R

Z

H





























1 2 1 2

ln

ln

1

P

P

T

T

n

n









Nm

kgm

K

K

kg

Nm

H

_p

.

316

,

6

o

.

0

,

35

.

1,86

1

0

,

102

.

73

,

956

.

03

,

1

1,54 1 54 , 1

















































kg

kgm

H

_p

22053,1653

6

Head

Politropis

























1

.

1

.

.

.

1 . k k total in aktual avg is

r

k

k

T

R

Z

H





Nm

kgm

K

K

kg

Nm

H

_is o

.

1,86

1

0

,

102

1

4

,

1

4

,

1

.

6

,

316

.

.

73

,

956

.

03

,

1

1,4 1 4 , 1































































kg

kgm

H

_is

21162,1284

Head

isentropis

4.2.2 Perhitungan Kapasitas

A

V

m











 m QICFM   3 6 1 57 , 9 6 , 316 . 73 , 956 10 9 , 2 . 2 m kg K x K kg Nm m N x T R P s act in     3 57 , 9 1000 41 , 66 m kg ton kg hour ton Q_ICFM  menit ft3 24 , 4081  1

520

7

,

14

x

T

P

x

Q

Q

_SCFM



_ICFM in R R x ft lbf ft lbf x menit ft Q_SCFM 15 , 570 520 8 , 2116 58 , 60625 24 , 4081 2 2 3 

menit

ft

3

5

,

116887



Standard Cubic Feet per Minute

Inlet Cubic Feet per Minute

4.2.3 Perhitungan Efisiensi Kompresor

%

100

1

1 x

k

k

n

n

politropis









100% 0,8148 81,48% 1 4 , 1 4 , 1 1 54 , 1 54 , 1      x

%

100

x

politropis

Head

isentropis

Head

isentropis





% 2 , 78 782 , 0 % 100 2 , 22053 1 , 21162    x kg kgm kg kgm

politropis

isentropis

4.2.4 Daya Kompresor

•Gas Horse Power (GHP) :

kgm

Nm

kg

kgm

ton

kg

hour

hour

ton

GHP

102

,

0

.

11

,

270658

1000

sec

3600

41

,

66





poly poly act H H



 kg kgm H_act 270658,11 8148 , 0 2 , 220532  

HP

24

,

6565



•Compressor Horse Power (CHP) :

mekanik

GHP

CHP





HP

6699

,

22

HP

98

,

0

24

,

6565

_



•Driven Horse Power (DHP):

transmisi

CHP

DHP





6835

,

9

HP

98

,

0

22

,

6699

_



Reduce Flow to SURGE Perubahan Tekanan,Temperatur Komposisi Gas Pembatasan aliran Fouling (pengotoran) Loss of speed

Control valve Malfunction

Error operator Maldistribution of load

in parallel operation compressors

Improper assembly of a compressors Malfunction of hardware

BOYCE, 2002

Penyebab terjadinya

surging

Grafik perbandingan nilai tekanan suction kompresor tiap

stage kompresorpada data DCS dan data sheet

Perubahan Tekanan

T

R

P

ideal









m

Q





Grafik temperatur suction tiap stage kompresor dengan perbandingan data antara DCS dan Data Sheet kompresor.

Perubahan Temperatur

T

R

P

aktual









m

Q





perbandingan nilai Molecular Weight pada tiap stage kompresor

berdasarkan Data Sheet kompresor.

Perubahan Molecular Weight (MW)

total ideal aktual

MW

R

R



T

R

P

aktual









m

Q





Terkikisnya sudu kompresor

A

C

m







.

_r

.

Inadvertent Loss of speed

Turunnya putaran penggerak

60

.

.

2



n





Kecepatan Tangensial menurun (U)

Kecepatan radial gas

menurun (Cr2)

Improper assembly of compressors

Kesalahan perakitan

Pemampatan tidak

sempurna

Control Valve malfunction

Valve tidak berfungsi

dengan baik

Aliran tidak bisa dikontrol

dengan baik

Surging / Flow tidak bisa

dikontrol

Malfunction hardware and error operator

Tidak berfungsinya hardware

kompresor dan error operator

Aliran pada kompresor tidak

bisa dikontrol dengan baik

High Vibration

Surging

Getaran yang sangat

tinggi

Merusak komponen

dari kompresor

Surging

Flow Produksi yang menurun

KESIMPULAN

Karakteristik kompresor Evaluasi Unjuk Kerja Penyebab Surging Akibat Surging Pengaruh terhadap Unjuk Kerja

KESIMPULAN

Penyebab surging

Reduce Flow to SURGE Perubahan Tekanan,Temperatur Komposisi Gas Pembatasan aliran Fouling (pengotoran) Loss of speed

Control valve Malfunction

Error operator Maldistribution of load

in parallel operation compressors

Improper assembly of a compressors

Nilai unjuk kerja tiap stage kompresor

stage kompresor

1

st

₂

nd

₃

rd

₄

th

Head politropis

(kgm/kg)

22053,16

20802,72

22159,82

1285,26

efisiensi

politropis(%)

81,48148

70,58824

75,1879699

16,813639

Daya (CHP)

6699,220

7205,347

6990,612

7472,449

Debit masukan

(m

3

_/hour)

6939,4

3682,8

1702,8

4006,7