BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Umum Boiler
Salah satu peralatan yang sangat penting di dalam suatu pembangkit tenaga listrik adalah Boiler (Steam Generator) atau yang biasanya disebut ketel uap. Alat ini merupakan alat penukar kalor, dimana energi panas yang dihasilkan dari pembakaran diubah menjadi energi potensial yang berupa uap. Uap yang mempunyai tekanan dan temperatur tinggi inilah yang nantinya digunakan sebagai media penggerak utama Turbin Uap. Energi panas diperoleh dengan jalan pembakaran bahan bakar di ruang bakar.
Gambar 2.1 Ketel Uap
2.2 Klasifikasi Boiler
buang boiler yang mempengaruhi lingkungan dan produk steam seperti apa yang akan dihasilkan. Berikut adalah beberapa macam klasifikasi Boiler :
2.2.1.Berdasarkan fluida yang mengalir dalam pipa: a. Ketel pipa api (fire tube boiler)
Pada ketel pipa api seperti tampak pada Gambar 2.2, gas panas melewati pipa-pipa dan air umpan ketel ada didalam shell untuk dirubah menjadi steam. Ketel pipa api biasanya digunakan untuk kapasitas steam yang relative kecil dengan tekanan steam rendah dan sedang. Sebagai pedoman, ketel pipa api kompetitif untuk kecepatan steam sampai 14.000 kg/jam dengan tekanan sampai 18 kg/cm2. Ketel pipa api dapat menggunakan bahan bakar minyak, gas atau bahan bakar padat dalam 6 operasi. Untuk alasan ekonomis, sebagian besar ketel pipa api dikonstruksi sebagai “paket” boiler ( dirakit oleh pabrik) untuk semua bahan bakar.
Sumber Murni, Buku ajar ketel uap, 2012
b. Ketel pipa air (water tube boiler)
Pada Ketel pipa air seperti tampak pada Gambar 2.2, air umpan boiler mengalir melalui pipa-pipa masuk kedalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakaran membentuk steam pada daerah uap dalam drum. Ketel ini dipilih jika kebutuhan steam dan tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus ketel untuk pembangkit tenaga listrik.Untuk ketel pipa air yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum dirancang secara paket. Karakteristik ketel pipa air sebagai berikut:
• Force, induce dan balance draft membantu untuk meningkatkan effisiensi.
• Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari pengolahan air.
• Memungkinkan untuk tingkat effisiensi panas yang lebih tinggi.
Sumber Murni, Buku ajar ketel uap, 2012
2.2.2 Berdasarkan pemakaiannya:
a) Ketel Stasioner (Stasionary boiler) atau ketel tetap
Merupakan ketel-ketel yang didudukan di atas fundasi yang tetap, seperti ketel untuk pembangkit tenaga, untuk industri dan lain-lain sebagainya.
b) Ketel pindah atau portable boiler.
Merupakan ketel yang dipasang fundasi yang berpindah-pindah (mobil), seperti boiler lokomotif, lokomobil, dan ketel panjang serta lain yang sebagainya termasuk ketel kapal (marine Boiler).
2.2.3 Bedasarkan pada poros tutup drum (shell) a. Ketel Tegak
Ketel Tegak seperti tampak pada Gambar 2.3 (vertical steam boiler) adapun contoh ketel tegak adalah ketel Cocharn, Ketel Clarkson dan lain-lainnya.
Sumber Murni, Buku ajar ketel uap, 2012
Gambar 2.4 Ketel Tegak (UNEP)
b. Ketel mendatar (horizontal steam Boiler),
‘Sumber Murni, Buku ajar ketel uap, 2012’
Gambar 2.5 Ketel Mendatar (Lancashire)
2.2.4 Berdasarkan bentuk dan letak pipa:
a. Ketel dengan pipa lurus, bengkok dan terlekak-lekuk (straight, bent and sinous tubuler heating surface).
b. Ketel dengan pipa miring datar dan miring tegak ( horizontal, inclined or vertical tubuler heating surface). 2.2.5 Berdasarkan tekanan kerjanya:
a. Ketel peredaran alami ( natural circulation steam boiler). Merupakan boiler dengan peredaran air didalam ketel terjadi secara alami yaitu air yang ringan naik, sedangkan air yang berat turun, sehingga terjadi aliran conveksi alami. Umumnya ketel beroperasi secara aliran alami, seperti ketel Lancashire, Babcock & Wilcox dan lain-lain.
2.2.6 Berdasarkan kapasitasnya:
a. Tekanan kerja rendah : ≤ 5 atm b. Tekanan kerja sedang : > 5-40 atm c. Tekanan kerja tinggi : > 40-80 atm d. Tekanan kerja sangat tinggi : > 80 atm 2.2.7 Berdasarkan pada sumber panasnya:
a. Ketel uap dengan bahan bakar alami. b. Ketel uap dengan bahan bakar buatan. c. Ketel uap dengan dapur listrik. d. Ketel uap dengan energi nuklir.
Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi kerja ketel uap (boiler) adalah sebagai berikut :
• Faktor laju udara bersih yang disuplai melewati air heater.
Boiler harus diopersaikan dengan laju aliran udara lebih dari kebutuhan udara teoritis yang dihitung berdasarkan analisa gas asap. Tetapi udara berlebih yang terlalu banyak juga akan mengakibatkan terjadinya losses karena pengambilan panas sendiri oleh udara berlebih untuk dibawa bersama gas buang, untuk itulah dilakukan analisa gas asap untuk menentukan kebutuhan udara aktual.
• Temperatur udara pembakaran juga merupakan faktor yang mempengaruhi efisiensi boiler, temperatur udara pembakaran dapat dinaikkan dengan memamfaatkan temperatur gas buang (flue gas) yang tinggi dengan menggunakan alat pemanas udara (air heater).
• Fouling merupakan salah satu faktor utama yang mempengaruhi kerja boiler. Fouling adalah terjadinya deposit atau kerak pada permukaan perpindahan panas yang dapat menghambat perpindahan panas yang terjadi pada boiler. Sehingga efisiensi boilernya akan menurun dan temperatur gas buangnya akan semakin tinggi.
sesuai dan pada setiap laju pembebanan akan meningkatkan kebutuhan udara berlebih dan memboroskan pemakaian bahan bakar sehingga efisiensi boiler akan turun.
• Blowdown juga berpengaruh terhadap efisiensi boiler. Endapan yang terjadi di dingding tube pada sisi air dapat mengurangi efisiensi boiler dan bahkan kerak dapat merusak tube karena over heating. Endapan endapan tersebut disebabkan oleh tingginya konsentrasi suspended solids dan dissolved solids, hal ini juga dapat menyebabkan terbentuknya busa (foam) sehingga menybabkan carry over. Oleh karena itu konsentrasi solids harus tetap dijaga pada kondisi tertentu. Proses blowdown adalah dimana air dibuang keluar dan segera digantikan oleh air umpan boiler. Pada proses blowdown ini air yang dikeluarkan dalam keadaan temperatur tinggi, maka hal ini merupakan pembuangan panas yang mengakibatkan penurunan efisiensi.
2.3 Komponen-komponen Boiler
Boiler terdiri dari beberapa ruangan yang memilki fungsi yang berbeda-beda, yaitu :
Main equipment 1. Ruang Bakar (Furnance)
Ruang bakar adalah bagian dari boiler yang berfungsi untuk tempat berlangsungnya proses pembakaran bahan bakar dan udara. Tekanan gas panas yang berada di dalam ruang bakar ( furnace ) dapat lebih besar dari pada tekanan udara luar ( tekanan ruang bakar positif ) dan dapat juga bertekanan lebih kecil daripada tekanan udara luar ( tekanan ruang bakar negatif ) atau bertekanan seimbang ( balance draft ).
Gambar 2.6 Ruang Bakar Sumber : PT. PLN (Persero) Belawan
2. Burner (alat pembakaran)
Gambar 2.7Burner
Sumber : PT. PLN (Persero) Belawan
3. Superheater
Superheater adalah peralatan yang berfungsi untuk menaikkan temperatur uap jenuh sampai menjadi uap panas lanjut sesuai dengan kebutuhan untuk menggerakkan turbine. Karena uap yang terbentuk dari pemanasan didalam pipa – pipa di ruang bakar berada dalam wujud jenuh atau basah maka uap yang demikian jika digunakan atau diekspansi dalam turbine, akan menimbulkan pengembunan yang cepat. Superheater dibedakan atas 2 jenis yaitu:
1. Low Temperature Superheater ( LTS )
Uap jenuh dari steam drum dialirkan ke primary superheater atau low temperature superheater. Low Temperature Superheater ( LTS ) menghasilkan uap dengan temperature 4260C. Uap yang keluar dari LTS kemudian dialirkan ke High Temperature Superheater untuk dipanaskan kembali menjadi uap panas lanjut. Uap dari LTS juga digunakan untuk steam atomizing yang membantu proses pengabutan bahan bakar agar bahan bakar dapat terbakar sempurna.
menjadi uap dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini :
QLTS = Ws x (Hout– Hin) kJ/jam ...2.1
Dimana :
QLTS : panas yang diserap oleh low temperature
superheater (kJ/jam)
Ws : kapasitas aliran uap (kg/jam)
Hout : entalpi keluar LTS (kJ/kg)
Hin : entalpi masuk LTS (kJ/kg)
Gambar 2.8Low Temperature Superheater Sumber : PT. PLN (Persero) Belawan
2. High Temperature Superheater
Kemudian uap panas yang diperoleh dari HTS mengalir ke turbine.
Besar panas yang diserap oleh High Temperature Superheater untuk mengahasilkan uap dengan temperatur 505oC dengan tekanan 85 bar yang akan dialirkan ke turbin dapat dihitung dengan persamaan berikut.
QHTS = Ws x (Hout– Hin) kJ/jam ...2.2
Dimana :
QHTS : panas yang diserap oleh high temperature
superheater (kJ/jam) Ws : kapasitas aliran uap (kg/jam)
Hout : entalpi keluar HTS kJ/kg
Hin : entalpi masuk HTS kJ/kg
Gambar 2.9High Temperature Superheater Sumber : PT. PLN (Persero) Belawan
4. Economizer
pipa air yang ditempatkan pada lintasan gas asap sebelum meninggalkan boiler. Transfer panas yang terjadi pada economizer adalah secara konveksi. Artinya flue gas memberikan panas pada pipa–pipa economizer sehingga temperatur air yang ada di dalam pipa– pipa naik dari 180 0C sampai 250 0C. Pipa – pipa economizer terbuat dari bahan baja yang sanggup menahan panas dan tekanan tinggi. Pada pipa – pipa economizer sering sekali terjadi kerusakan. Beberapa penyebab kerusakan yang sering terjadi pada pipa – pipa economizer adalah acid attack, shortthermoverheat, mechanical fatique, slagging, scalling. Apabila temperatur flue gas melalui economizer terlalu tinggi maka dapat terjadi overheat pada pipa – pipa economizer yang mengakibatkan pipa economizer pecah. Dan apabila temperatur flue gas melalui economizer terlalu rendah maka dapat terjadi slagging yang mengakibatkan pipa economizer bocor akibat diferensial temperatur. Kerusakan pipa economizer pada bagian dalam pipa ( sisi air ) dapat dihindarkan dengan jalan melunakkan air pengisi terlebih dahulu, dan kerusakan pipa economizer pada bagian luar pipa ( sisi gas asap ) diatasi dengan mempertahankan temperatur flue gas diatas titik embun gas sulfur dan melakukan soot blowing secara berkala.
Besar panas yang diserap oleh economizer ini dapat dihitung dengan persamaan berikut :
Qeco = Ws x Cpair (Tout– Tin) kJ/jam...2.3
Dimana :
Qeco : panas yang diserap oleh economizer (kJ/jam)
Ws : kapasitas aliran uap (kg/jam)
Cpair : panas jenis air kJ/KgoC
Tout : temperatur keluareconomizer oC
Gambar 2.10Economizer
Sumber : PT. PLN (Persero) Belawan
5. BoilerDrum
Boiler drum adalah bejana tempat menampung air yang datang dari economizer dan uap hasil penguapan dari tubewall. Kira – kira setengah dari drum berisi air dan setengahnya lagi berisi uap. Boiler drum terbuat dari plat baja dilas dan dilengkapi diantaranya:
1. Man hole
2. Saluran menuju superheater 3. Saluran menuju feedwater inlet 4. Saluran menuju blowdown 5. Saluran menuju downcomer 6. Saluran menuju safety valve 7. Pipa injeksi bahan kimia 8. Pipa sample taking
9. Pipa menuju alat ukur dan control
didalam drum terlalu rendah atau tidak terkontrol akan menyebabkan terjadinya overheating pada pipa – pipa boiler, sedangkan bila level drum terlalu tinggi, kemungkinan butir – butir air terbawa ke turbine dan mengakibatkan kerusakan pada turbine. Untuk mengamankannya pada boiler drum dipasang alarm untuk level high dan level low serta trip untuk level very low dan very high.
Uap yang dihasilkan dari dalam tube wall terkumpul di dalam boiler drum. Uap akan mengalir ke arah puncak boiler drum melewati steam separator dan screen dryer lalu keluar dari dalam drum menuju superheater dan akhirnya ke turbine. Sedangkan butir – butir air yang jatuh akan bersirkulasi kembali bersama air yang baru masuk.
Gambar 2.11 boiler drum Sumber : PT. PLN (Persero) Belawan
6. Stack(cerobong)
Gambar 2.12 Stack
Sumber : PT. PLN (Persero) Belawan
Auxiliary equipment1. Forced Drought Fan (FDF)
Berfungsi untuk mengambil udara dari atmosfer dengan suhu sekitar 300C dan tekanan 1 atm. Untuk kebutuhan Fuel oil burner, setiap FDF mampu melayani 60% dari keperluan beban. Di PLTU ini ada 2 (dua) FDF yang bekerja sekaligus pada 1 unit boiler.
2. Air Preheater ( Pemanas Awal Udara)
Air Preheater merupakan alat pemanas awal udara pembakaran. Dimana udara yang dihisap oleh FDF dengan temperatur sekitar 30 0C mengalir melalui air preheater dan dihasilkan temperatur udara sekitar 120 0C. Media yang digunakan untuk memanaskan udara melalui air preheater adalah steam yang diperoleh dari Auxilarry Steam Header dengan temperatur steam 180 0C.
Gambar 2. 14Air Preheater ( Pemanas Awal Udara) Sumber : PT. PLN (Persero) Belawan
3. Air heater (Pemanas Udara)
Air heater merupakan salah satu alat yang meningkatkan efisiensi ketel. Karena memanfaatkan kalor yang terkandung pada gas buang hasil pembakaran untuk memanaskan udara. Udara yang telah mengalami proses pemanasan di air preheater selanjutnya dialirkan melewati air heater untuk dipanaskan kembali. Proses transfer panas yang terjadi di air heater adalah secara konveksi. Temperatur udara setelah dipanaskan di air heater diharapkan 230 0C agar memudahkan proses pembakaran.
adalah untuk mencegah pengendapan sulfur pada sisi dingin air heater. Karena sulfur dapat menyebabkan korosi pada elemen – elemen air heater. Namun temperatur flue gas keluar air heater juga dijaga dibawah 160 0C, tujuannya adalah agar tidak merusak lingkungan atau dengan kata lain merusak lapisan ozon.
Besar panas yang diserap oleh Air heater ini dari flue gas untuk memanaskan udara pembakaran dapat dihitung dengan persamaan berikut.
QAH = (Wa)akt x Cpudara (Tout– Tin) kJ/jam ...2.4
Dimana :
QAH : panas yang diserap oleh air heater (kJ/jam)
(Wa)akt : berat udara sebenarnya (kg/jam)
Cpair : panas jenis udara kJ/KgoC
Tout : temperatur udara keluarair heater oC
Hin : temperatur udara masuk air heater oC
2.4 Jenis-Jenis Perpindahan Panas 1. Konduksi
Sebuah batang silinder dengan material tertentu diisolasi pada sisi terluarnya dan pada kedua ujung permukaannya memiliki suhu yang berbeda yakni T1>T2 . Perbedaan temperatur tersebut menyebabkan perpindahan
panas secara konduksi pada arah x positif. Dapat diukur laju perpindahan panas qx, dan kita dapat menentukan qx bergantung pada variabel-variabel
berikut : ΔT, yakni perbedaan temperatur ; Δx, yakni panjang batang ; dan A, yakni luas penampang tegak lurus bidang.
Jika ΔT dan Δx adalah konstan dan hanya memvariasikan A, maka kita dapat melihat bahwa qx berbanding lurus dengan A. Dengan cara yang sama,
jika ΔT dan A adalah konstan, kita dapat melihat bahwa qx berbanding terbalik
dengan Δx. Apabila A dan Δx konstan, maka kita dapat melihat bahwa qx
berbanding lurus dengan ΔT. Sehingga kita dapat menyimpulkan bahwa qx ∞ A
Δ�
Δx (2.5)
Berikut ini adalah gambar perpindahan panas secara konduksi melalui sebuah percobaan.
Gambar 2.16 : Perpindahan Panas secara Konduksi
Sumber : Incropera
Dengan memperhatikan material batang, sebagai contoh plastik, kita akan menemukan bahwa kesebandingan diatas adalah valid. Namun, kita juga menemukan bahwa untuk nilai A,Δx,dan ΔTyang sama, akan menghasilkan nilai qx yang lebih kecil untuk plastik daripada bermaterial logam. Sehingga
qx = kA Δ�
Δx (2.6)
k, adalah konduktivitas termal (W/m.K), yang adalah merupakan sifat material yang penting. Dengan menggunakan limit Δx 0 kita mendapatkan persamaan untuk laju perpindahan panas,
qx = kA ��
dx (2.7)
atau persamaan flux panas menjadi,
��"= q
Mekanisme perpindahan panas dapat berupa konduksi, konveksi, dan radiasi. Konduksi dan konveksi adalah membutuhkan media perantara dalam proses perpindahan panasnya. Berbeda dengan konduksi, pada konveksi membutuhkan gerakan fluida untuk dapat memindahkan panas.
Penelitian menunjukkan bahwa perpindahan panas konveksi sangat bergantung pada sifat-sifat fluida seperti viskositas dinamis μ, konduktivitas termal k, massa jenis ρ, dan spesifik panas Cp, dan dipengaruhi oleh
kecepatan fluida Ѵ. Konveksi juga bergantung pada bentuk dan kekasaran permukaan, dan bahkan juga dipengaruhi oleh tipe aliran seperti laminar atau turbulen. Sehingga kita dapat menyimpulkan bahwa perpindahan panas secara konveksi adalah kompleks karena bergantung pada banyak variabel. Oleh karena itu, konveksi adalah mekanisme perpindahan panas yang paling kompleks.
Gambar 2.17 Pendinginan sebuah balok yang panas dengan konveksi paksa
Meskipun konveksi adalah kompleks, setelah diamati bahwa laju perpindahan panas secara konveksi berbanding lururs dengan perbedaan temperatur dan dapat ditulis dengan Hukum Newton tentang pendinginan.
qkonveksi= hAs (Ts - T∞) (2.9)
h merupakan koefisien perpindahan panas konduksi, As merupakan area
permukaan perpindahan panas, Ts merupakan temperatur permukaan benda,
T∞ merupakan temperatur lingkungan sekitar benda. 3. Radiasi
Radiasi berbeda dengan mekanisme perpindahan panas secara konduksi dan secara konveksi. Perpindahan panas secara radiasi tidak membutuhkan kehadiran suatu material sebagai media perpindahan panas. Faktanya, energi yang ditransfer dengan radiasi adalah yang tercepat (secepat kecepatan cahaya) dan dapat terjadi pada ruangan vakum. Perpindahan panas secara konduksi dan konveksi terjadi dari temperatur yang tinggi ke temperatur yang lebih rendah. Pada radiasi, perpindahan panas dapat terjadi pada 2 benda yang memiliki temperatur yang tinggi dan dipisahkan oleh benda yang memiliki temperatur yang lebih rendah.
Dengan menganggap permukaan benda yang kecil As, emisifitas ε, dan
Gambar 2.18 : Blackbody disebut sebagai pemancar dengan arah yang bebas
Sumber : Cengel
Energi radisi yang dipancarkan oleh sebuah blackbody tiap satuan waktu dan tiap satuan luasan area ditetapkan secara eksperimental oleh Joseph Stefan pada tahun 1879 dan dapat dituliskan
Eb (T) = σT 4 (w/m2) (2.10)
σ = 5,67 x 10-8 W/m2.K4 adalah konstanta Stefan-Boltzmann dan T adalah temperatur absolut dari suatu permukaan (K). Persamaan ini diverifikasi secara teori pada tahun 1884 oleh Ludwig Boltzman. Eb merupakan kekuatan
emisifitas blackbody.
2.4.1 Log Mean Temperature Difference (LMTD)
Gambar 2.19 Distribusi Suhu Dalam air heater untuk jenis aliran counterflow Sumber : Incroperara, F. P. and D. P. Dewitt, 1981
keterangan : Th ,i = temperatur inlet pada sisi panas, K Th ,o = temperatur outlet pada sisi panas , K Tc ,i = temperatur inlet pada sisi dingin , K Tc ,o = temperatur outlet pada sisi dingin, K Maka nilai LMTD dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
LMTD = ∆T1−∆T2 ��∆∆T1T2 =
∆T2−∆T1
��∆∆T2T1 ...2.11
Dimana :
∆T1 = Th ,i - Tc ,o
∆T2 = Th ,o - Tc ,i
Gambar 2.20 luas perpindahan panas udara
Untuk mencari perpindahan panas pada air heater ini dapat menggunakan persamaan sebagai berikut :
Q = U A LMTD Joule ...2.12 Dimana :
A= luas perpindahan panas (m2)
U= koefisien perpindahan panas menyeluruh
U= 1 1
Siklus Rankine adalah model operasi ditemukan di adal
Siklus Rankine kadang-kadang diaplikasikan sebagai terutama dalam menghitung menggunakan fluida yang bertekanan, buka biasanya dibatasi oleh fluidanya. Tanpa
temperatur 565oC (batas ketahana
sekitar 30oC. Hal ini memberikan efisiensi Carnot secara teoritis sebesar 63%, namun kenyataannya efisiensi pada 42%.
Gambar 2.21bagan sederhana siklus rankine
Sumber : Cengel
gambar 2.22 diagram T-s siklus rankine
Sumber : Cengel
Siklus Rankine ideal tidak melibatkan irreversibel internal dan terdiri dari 4 tahapan proses :
4 – 1 Pelepasan panas di dalam kondensor pada P = konstan
Air masuk pompa pada kondisi 1 sebagai cairan jenuh dan dikompresi sampai tekanan operasi boiler. Temperatur air akan meningkat selama kompresi isentropik ini melalui sedikit pengurangan dari volume spesifik air. Jarak vertikal antara 1–2 pada T–s diagram ini biasanya dilebihkan untuk lebih amannya proses.
Air memasuki boiler sebagai cairan terkompresi pada kondisi 2 dan akan menjadi uap superheated pada kondisi 3. Dimana panas diberikan oleh boiler ke air pada T tetap. Boiler dan seluruh bagian yang menghasilkan steam ini disebut sebagai steam generator.
Uap superheated pada kondisi 3 kemudian akan memasuki turbin untuk diekspansi secara isentropik dan akan menghasilkan kerja untuk memutar shaft yang terhubung dengan generator listrik sehingga dihasilkanlah listrik. P dan T dari steam akan turun selama proses ini menuju keadaan 4 dimana steam akan masuk kondenser dan biasanya sudah berupa uap jenuh. Steam iniakan dicairkan pada P konstan di dalam kondenser dan akan meninggalkan kondenser sebagai cairan jenuh yang akan masuk pompa untuk melengkapi siklus ini.
Area dibawah kurva proses 2–3 menunjukkan panas yang ditransfer ke boiler, dan area dibawah kurva proses 4–1 menunjukkan panas yang dilepaskan di kondenser. Perbedaan dari kedua aliran ini adalah kerja netto yang dihasilkan selama siklus.
Penyimpangan Siklus Rankine
Penyimpangan dalam siklus Rankine yang terjadi karena:
1. Adanya friksi fluida yang menyebabkan turunnya tekanan di boiler
dan kondensor sehingga tekanan steam saat keluar boiler sangat rendah sehingga kerja yang dihasilkan turbin (Wout) menurun dan
efisiensinya menurun. Hal ini dapat diatasi dengan meningkatkan tekanan fluida yang masuk.
2. Adanya kalor yang hilang ke lingkungan sehingga kalor yang
diperlukan (Qin) dalam proses bertambah sehingga efisiensi termalnya
Penyimpangan ini terjadi karena adanya irreversibilitas yang terjadi pada pompa dan turbin sehingga pompa membutuhkan kerja (Win) yang lebih besar dan
turbin menghasilkan kerja
2.6 Sejarah Perkembangan Alat Pemanas Udara (air heater)
Alat pemanas udara merupakan alat heat exchanger yang mengeksploitasi energi panas yang terkandung pada gas buang (flue gas) untuk memanaskan udara pembakaran. Manfaat alat pemanas udara ini ( air heater) sangat mendukung dalam peningkatan efisiensi pada boiler. Alat pemanas udara (air heater) ini sebagian besar digunakan oleh instalasi pabrik dan kapal.
Sejarah perkembangan alat pemanas udara ( air heater) pada mulanya dikembangkan di Eropa. Unit komersil yang pertama diproduksi berasal dari Amerika Serikat yaitu alat pemanas udara ( air heater) jenis plat rata. Dimana plat yang berdampingan berbentuk jalur-jalur aliran udara dan aliran gas buang (flue gas) yang bersilang-silang.
Alat pemanas udara (air heater) termasuk pada jenis sekunder. Meskipun temperatur gas buang (flue gas) yang akan dibuang ke atmosfer mempunyai temperatur minimum yaitu 80oC. Apabila pembuangan gas buang (flue gas) dibawa temperatur minimum ini, akan mengakibatkan terjadinya pengembunan pada gas buang (flue gas). Hal ini dapat mengakibatkan terjadinya proses kondensasi pada permukaan saluran cerobong. Proses kondensasi ini menyebabkan terjadinya kadar asam dan sulfur dioksida. Sedikit saja timbul sulfur dioksida pada gas buang (flue gas) akan mempercepat kenaikan temperatur titik embun gas buang (flue gas) tersebut.
Alat pemanas udara (air heater) mernyerap panas dari gas buang (flue gas) yang mana bertujuan untuk memanaskan udara pembakaran. Dalam hal ini alat pemanas udara terbagi menjadi dua jenis, yaitu : rekuperatif dan regeneratif.
2.7Jenis-jenis Pemanas Udara
Pada dasarnya pemanas udara ada dua tipe yaitu : 1. Pemanas udara tipe rekuperatif
Pada alat pemanas udara tipe rekuperatif, kalor bepindah secara langsung dari panas gas buang (flue gas) ke udara yang melintas pada permukaan penukar kalor ini, biasanya berbentuk tabung, walaupun ada yang berbentuk plat.
Unit model tabung biasanya berupa penukar kalor selongsong dan tabung aliran berlawanan arah, dimana gas mengalir di dalam tabung-tabung lurus vertikal dan horizontal.
Pemanas udara jenis tabung terdiri atas beberapa macam rancangan yang disesuaikan dengan ruang dan denah pembangkit uap. Pemanas udara ini ada yang mempunyai satu lintasan vertikal dan horizontal dan aliaran searah dan berlawanan arah, alat pemanas udara ini dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 2.23 air heater rekuperatif
Sumber
2. Pemanas udara tipe regeneratif
dibagi beberapa sektor, dan setor-sektor tersebut diisis oleh plat-plat tipis dan bergelombang sehingga terjadi suatu saluran yang sangat sempit yang menjadi laluan udara dan asap.
Panas udara ini dapat dipakai untuk instalasi-instalasi darat maupun laut. Dengan susunan yang dibuat sedemikian rupa sehingga satu fan menekan udara pembakaran ke dapur api melalui rotor, sedangkan sebagian fan lain menghisap gas asap dari saluran gas asap ke cerobong yang terletak di sebelah ruang pemisah (berbentuk sektor-sektor). Gas-gas asap ini akan memanaskan lempengan-lempengan yang berombak seiring udara pembakaran akan masuk ke ruang pemisah, sedangkan disisi lain akan mengalami pemanasn dari lempengan-lempengan pemanas sehingga temperaturnya akan naik sesuai yang direncanakan.
Rotor akan menggerakkan pemanas udara secara perlahan-lahan, hal ini berfungsi untuk mengambil panas dari gas buang secara optimal dan sisi lainnya pemanas udara akan mengarahkan panas ke udara pembakar.
Gambar 2.24 air heater regeneratif
Sumber :
2.8 Aliran Gas Buang dan Udara
Gambar 2.25 skema terjadinya pembakaran Sumber : PT. PLN (Persero) Belawan
Dari proses pembakaran tersebut akan dihasilkan panas yang berdampak pada temperatur, sedangkan sisa pembakaran adalah gas buang (flue gas). Gas buang dari ruang bakar digunakan untuk memanaskan air, uap, dan udara pembakaran, karena gas buang dari ruang bakar mempunyai temperatur dan tekanan yang tinggi sehingga dimanfaatkan untuk peningkatan efisiensi boiler.
Aliran gas buang yang masih mengandung energi panas pertama dimamfaatkan oleh “ superheater” untuk memanaskan uap jenuh menjadi panas lanjut. Temperatur gas buang (flue gas) ini yang masuk ke superheater sekitar 950oC- 1000oC. Setelah itu gas buang yang keluar dari superheater ini dengan temperatur sekitar 480oC- 600oC dimamfaatkan untuk memanaskan air di ekonomiser sebelum air dipompakan ke boiler drum. Kemudian gas buang dari ekonomiser tersebut akan diteruskan lagi ke alat pemanas udara (air heater) dengan temperatur sekitar 350oC-390oC akan digunakan untuk memanaskan udara pembakaran. Udara pembakaran ini berasal dari lingkungan yang dihisap oleh fan dengan temperatur sekitar 30oC dan tekanan 1 atm. Gas buang keluar alat pemanas udara (air heater) akan dibuang melalui cerobong asap, dimana temperaturnya sekitar 140oC-200oC.
Udara yang dihisap oleh fan sebelum masuk ke alat pemanas udara (air heater) terlebih dahulu dipanaskan di alat pemanas awal udara (air preheater)
Heat
Heat transfer
Mass transfer
Gambar 2.26 Aliran Uap, Air, Udara, dan Flue Gas
burner
Air heater
Cerobong
FDF turbin
HTS
LTS
Economizer
Boiler Drum uap
air
udara
Flue gas
HP. Heater
85oC 365oC
247oC
177oC 480oC
785oC
1200oC
980oC
Air dari feed water tank dipanaskan di HP. Heater menggunakan panas hasil ekstraksi pada turbin. Kemudian air yang dipanaskan akan dipompakan masuk economizer dengan suhu sekitar 160oC. Dan pada economizer air juga akan dipanaskan dengan menggunakan flue gas dengan suhu sekitar 480oC dan suhu air pada economizer sekitar 206oC. Setelah air dipanaskan, air akan masuk boiler drum dan akan dipisahkan antara air dan uap. Uap akan masuk ke low temperature superheater (primary superheater) untuk dipanaskan lanjut dengan flue gas dengan termperatur sekitar 785oC dan temperatur uap yang dihasilkan pada low temperature superheater ini sekitar 426oC selajutnya uap akan masuk ke high temperature superheater ( secondary superheater) untuk dipanaskan lanjut sebelum uap masuk ke turbin. Pada uap juga dipanaskan dengan flue gas dari ruang bakar dengan temperatur sekitar 980oC dan temperatur uap yang dihasilkan adalah sekitar 505oC pada tekanan 85 bar dan akan di alirkan ke turbin yang akan menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik.
2.9 Prinsip Kerja Pemanas Udara (air heater)
Alat pemanas udara (air heater) yang digunakan di PT. PLN sektor Belawan khususnya PLTU unit 3-4 menggunakan alat pemanas udara tipe regeneratif yang memakai susunan rotor yang hampir setengah elemennya dipasang pada saluran gas buang (flue gas) dan setengah lagi dipasang pada saluran suplai udara pembakaran seperti gambar berikut.
Gambar 2.27 air heater
Sumber : PT. PLN (Persero) Belawan
Alat pemanas udara (air heater) khususnya di PLTU unit 3-4 mempunyai dua sisi aliran yang berbeda yaitu sisi panas (hot) dan sisi dingin(cool). Sisi panas merupakan sisi aliran gas buang dan sisi dingin merupakan sisi aliran udara yang akan dipanaskan. Diantara sisi panas dan dingin terdapat eleman dari plat-plat yang mampu menyerap panas dan melepas panas. Ukuran penampang dari sisi panas lebih besar bila dibandingkan dengan sisi dingin, hal ini diharapkan supaya elemen dari alat pemanas udara ini mampu menyerap energi panas yang terkandung pada gas buang sebanyak mungkin.
pada gas buang sebanyak mungkin dan pada elemen sisi dingin diharapkan udara yang lewat mampu menyerap panas dari elemen yang dipanaskan oleh gas buang.
Elemen yang berputar terdiri dari lapisan yang bergelombang dan secara bergantian dipanaskan gas buang dan sebaliknya didinginkan oleh udara. Elemen bergelombang tersebut terdiri dari dua sigmen yaitu : sigmen atas dan sigmen bawah. Dengan di putar oleh rotor posisi sisi panas dan dingin akan bergantian secara periodik.
2.9.1 Komponen air heater
1. Elemen Pemanas (Heating Surface)
Elemen pemanas yang berupa lempengan-lempengan plat metal
yang terbagi menjadi 2 bagian secara vertikal yaitu sisi atas Hot End
layerdan sisi bawah Cold End layer. Plat itu terpasang pada suatu poros
yang di susun pada kompartemen silindris yang terbagi secara radial yang
semua bagiannya di sebut sebagai rotor. Rotor ini berputar dalam ruangan
yang memiliki sambungan duct di kedua sisinya satu sisi di aliri gas
buang, sisi lain berisi udara baik primer maupun sekunder. Saat rotor
diputar, setengah bagiannya memasuki saluran gas buang dan menyerap
energi panas yang terkandung di dalamnya sedangkan setengah bagian
yang lain mentransfer panas dari elemen ke udara pada sisi saluran udara
sehingga menghasilkan udara panas yang selanjutnya akan dipasok ke
furnace.
2. Penggerak Rotor
Rotor di gerakan oleh motor listrik yang diletakan di luar elemen
pemanas. Penggerak rotor dihubungkan pada central, dan terdapat dua
motor penggerak yang mempunyai kecepatan 1455 rpm. Dua motor
tersebut dihubungkan dengan central melalui gearbox dengan rasio
tranmisi 9.110/1 yang dihubungkan oleh kopling feksibel pada gearbox
kedua. Gearbox kedua menggunakan roda gigi cacing (worm gear) dengan
dua langkah, yang pertama dengan rasio 43/4 dan yang kedua
59/4. Setelah kecepatan berkurang dengan dua gearbox, rasionya menjadi
1444.5/1, keluaran main motor menjadi 1,07 rpm dan auxilliarymenjadi
3. Seal Rotor
Seal (perapat) berfungsi sebagai pencegah kebocoran fluida baik
udara maupun gas buang yang melewati elemen panas pada saat
operasi.Pada kondisi normal aliran udara memilki level tekanan yang lebih
tinggi dari aliran gas hal inilah yang rawan akan kebocoran. Seal rotor
dalam APH terdiri dari :
a. Radial Seal
Seal radial terpasang sesuai dengan posisi rotor yang
posisinya terhadap plate rotor dapat di setting dan mempunyai
standar sesuai dengan desain manufaktur. Dalam mensetting juga
memperhatikan expansi rotor akibat temperature tinggi. Radial seal
berfungsi untuk mereduksi kebocoran langsung dari area udara ke
gas buang.
b. Axial Seal
Axial seal dipasang pada sisi luar dari rotor memanjang
dari sisi hot endsampai dengan cold end. Seal bekerja sama dengan
radial seal untuk meminimalkan gap antara rotor dengan seal.
c. Circumferential seal
Letaknya disekeliling dan pusat rotor. Fungsi utama adalah
mencegah kebocoran udara atau gas buang saat berputarnya rotor,
dalam melakukan fungsi ini di bantu axial seal.
4. Bearing
Pada sisi bagian atas dan bawah rotor inner drum, terdapat roller
guide bearing (SKF C3172M/C4 dan auto-centered roller thrust bearing
(SKF 29480EM) yang dipasang untuk menahan beban rotor arah
horizontal dan beban axial vertical.
2.10 Proses Perpindahan Panas Pada Air heater
Menurut Hukum Termodinamika Kedua “ Bahwa tidak mungkin menukar tenaga kalor keseluruhan menjadi tenaga bersih”. Akan tetapi menurut persamaanenergi “ Bahwa panas yang diserap sama dengan panas yang dilepas”, yaitu :
Dimana pada alat pemanas udara fluida yang menyerap panas adalah udara, sedangkan fluida yang melepas panas adalah gas buang. Dalam hal ini besar panas yang diserap udara dan besar panas yang dilepas gas buang dapat dihitung dengan persamaan berikut.
Menurut Holman J.P (1993), sifat fluida dingin dievaluasi pada temperatur rata-rata adalah :
Sedangkan untuk sifat fluida panas :
Th=
Menurut William J.S (1988) besar panas yang diserap fluida dingin (udara) adalah sebagai berikut :
Q = m x cp x ∆T
Sedangkan panas yang dilepas gas buang adalah :
Qlepas = mg.buang x cp g.buang x ( Tg.b.in – Tg.b.out) ...2.16
Dimana :
Mg.buang : laju aliran gas buang (kg∕jam)
cp g.buang : panas jenis gas buang (kJ∕kg oC)
Tg.b.in : temperatur gas buang masuk (oC)
Tg.b.out : temperatur gas buang keluar (oC)
2.11 Sifat Fisik Bahan Bakar
Tabel 2.1 Sifat Fisik Minyak Residu
Sumber : PT. PLN (Persero) Belawan
Pour Point (Titik Tuang)
Pour Point adalah suhu terendah dimana suatu fraksi dapat mengalir atau dituangkan, Penentuan pour point ini berfungsi dalam menentukan cocok tidaknya jenis pompa untuk memindahkan fraksi dari suatu tempat ke tempat lain pada suhu tertentu. Dengan mengetahui titik tuang fraksi tersebut maka dapat diketahui pada suhu berapakah fraksi itu dapat dialirkan dengan pompa baik itu dari dalam sumur maupun saat proses transportasi.
Flash Point (Titik Nyala)
Flash point adalah temperatur dimana fraksi akan menguap dan menimbulkan api bila terkena percikan api dan kemudian mati dengan sendirinya dengan rentan waktu yang cepat. Hal ini disebabkan karena pada kondisi tersebut
No analisa satuan Method
Redwood 400-1500 1063.85 1098.32 1083.37
8 Heating value kJ/kg D 240-85 >41868.38 42475 43729 43453
Btu/lb >18000 18264 18803 18685
Kcal/kg >10006.57 10166 10466 10400
belum mampu untuk membuat bahan bakar bereaksi dan menghaslikan api yang kontiniu. Flash point dapat ditentukan dengan melakukan pemanasan yang tetap terhadap suatu fraksi bahan bakar, setelah mencapai titik suhu tertentu maka fraksi tersebut akan mengalami penguapan. Uap tersebut akan menyala jika sumber api di arahkan pada uap tersebut sehingga akan menimbulkan percikan api dan akan padam dengan sendirinya akibat adanya tekanan uap dari bawahnya. jadi dengan kata lain, semakin tinggi flash point suatu fraksi maka akan sulit untuk terbakar begitupun jika fraksi memiliki flash point rendah berarti akan mudah terjadi pembakaran.
Viskositas (Kekentalan)
Viskositas ialah nilai yang diukur dari daya hambatan aliran yang dialami suatu fluida pada suatu tekanan tertentu, biasanya sering disebut kekentalan atau penolakan terhadap penuangan. Contoh sederhananya yaitu membandingkan air dengan oli, tentu air akan lebih cepat mengalir jika dibandingakan dengan oli, dikarenakan kekentalan yang dimiliki oli lebih tinggi dari air. Sehingga dapat kita simpulkan bahwa semakin tinggi vikositas suatu cairan maka semakin susah cairan tersebut untuk bergerak mengalir begitupun sebaliknya.
Api Gravity dan Specific Gravity (SG)
Berat jenis adalah salah satu sifat fisika hidrokarbon yang dalam Teknik Perminyakan umumnya dinyatakan dalam Specific Gravity (SG) atau dengan ºAPI. Specific Gravity (SG) didefinisikan sebagai perbandingan antara densitas minyak dengan densitas air yang diukur pada tekanan dan temperature standart (60 ºF dan 14,7 psia).
Hubungan antara ºAPI dengan Spesific Gravity (SG) adalah
Sedangkan penulisan SG adalah
Untuk temperatur yang lebih dari 60 ºF, perlu dilakukan koreksi dengan menggunakan chart yang ada. Kualitas dari minyak (minyak berat maupun minyak ringan) ditentukan salah satunya oleh specific gravity. Temperatur minyak mentah juga dapat mempengaruhi viskositas atau kekentalan minyak tersebut. Hal ini yang dijadikan dasar perlunya diadakan koreksi terhadap temperatur standart 60 ºF.
Sedangkan untuk menentukan Spesific Gravity gas, alat yang digunakan adalah effusiometer, dengan memasukkan gas kedalam alat tersebut dan menghitung waktunya saat menekan air keluar dalam alat tersebut setelah sampai batas yang ditentukan, gas dihentikan sedangkan perhitungan waktunya juga dilakukan untuk kembalinya air didalam alat tersebut.
Kemudian melihat temperatur yang tertera di termometer. Untuk waktu yang tercatat T1 dan T2 dimasukkan rumus T1 / T2 = T ( true ) dan temperatur ºAPI.
Kemudian mengkoreksi hingga menemukan SG-nya. Penentuan SG gas sangat diperlukan mengingat gas yang terkandung dalam minyak berbeda-beda.
Gas yang terkandung dalam minyak tersebut dapat mempengaruhi harga minyak tersebut.
Harga 0 API untuk berat jenis minyak mentah (crude oil) antara lain : - Minyak berat = 10 – 20 0API
- Minyak sedang = 20 – 30 0 API
- Minyak ringan = > 30 0API
2.12Berat dan Volume Bahan Bakar
Gas buang (flue gas) terbentuk dari hasil pembakaran di dalam ruang bakar. Pada proses pembakaran sempurna gas buang terdiri dari komponen-komponen karbon dioksida, sulfur dioksida, air (uap) dan sisa pembakaran seperti unsur oksigen. Proses pembakran yang sempurna akan memiliki komponen-komponen gas asap seperti : CO2, H2O, SO2, N2, dan O2.
Berdasarkan reaksi kimia pembakkaran, dapat ditentukan besar dan volume gas buang hasil pembakaran , sebagai berikut :
Berat dan volume hasil pembakaran 0.851 karbon (C) adalah : Untuk berat
Berat dan volume hasil pembakaran 0.108 Hidrogen (H2) adalah :
Untuk berat
(H2O)w = 9 x H2 kg H2O/ kg b.bakar ...2.19
Untuk volume
(H2O)v = 11.2 x H2 m3H2O/ kg b.bakar ...2.20
Berat dan volume hasil pembakaran 0.033 kg Sulfur (S) adalah : Untuk berat
Berat dan volume dari Excess air 0.004 Oksigen(O2)
Untuk berat
(O2)w Excess = fa x 23.2% x (Wa)th kg O2 / kg b.bakar...2.23
Untuk volume
(O2)v Excess = fa (1.865 x C) + 0.6986 ...2.24
Berat dan volume hasil pembakaran 0.0002 Nitrogen (N2) adalah :
Untuk berat
Untuk volume
Berat dan volume gas karbon monoksida dari hasil pembakaran adalah : Untuk berat
Maka berat gas buang adalah :
Wg = 1 + (Wa)th x (R – Ash) kg g.buang / kg b.bakar...2.29
Untuk R adalah angka kelipatan udara
R = (��)���
(��)�ℎ...2.30
Untuk berat gas buang basah adalah :
(Wg)basah = 1 + [(Wa)akt – A] kg g.buang / kg b.bakar...2.31
Jadi berat gas buang (flua gas) perjamnya adalah :
(Wg)tot = Wf x Wg kg g.buang / jam ...2.32
Analisa gas buang sebagai berikut : (CO2)w =
Berat gas buang kering adalah sebagai berikut :
(Wg)kering = (Wg)basah – (H2O)w kg g.buang / kg b.bakar...2.38
Jadi berat gas asap perjam adalah :
(Wg)tot = Wf x Wg kg g.buang / kg b.bakar...2.39
(O2)w = 0.2205
14.556 x 100% = 1.51% ...2.42
(N2)w = 11.15
14.556 x 100% = 76.6% ...2.43
Volume gas buang asap adalah ;
(V)g = (1.865 ��)+ (0.7 ��)
0.11 + 1.24 [(9x H2) – M]m 3
/kg b.bakar ...2.44
Jadi volume gas buang perjam adalah sebagai berikut :
(Vg)tot = Wf x Vg m3/kg b.bakar ...2.45
Dimana H2O terdapat pada gas buang basah yaitu :
(H2O)v = 1.24 x (9 x H2 + M)m3H2O / kg b.bakar ...2.46
Untuk volume gas buang kering adalah :
(V)g = (CO2)v + (SO2)v + (O2)v + (N2)vm3 / kg b.bakar...2.47
Maka volume gas buang perjam adalah :
(Vg)tot = Wf x Vg m3 / kg b.bakar ...2.48
2.13Efisiensi Boiler
Efisiensi termis boiler adalah energipanas masuk yang digunakan secaraefektif untuk menghasilkansteam.
Gambar 2.28 Diagram neraca energi
Metode yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan pada skripsi ini adalah metode langsung. Secara umum skripsi ini akan membahas analisa nilai kalor bahan bakar dan perhitungan efisiensi boiler.
Terdapat dua metode pengkajian efisiensi boiler : 1. Metode Langsung
Energi yang didapat dari fluida kerja (air dan steam) dibandingkan dengan energi yang terkandung dalam bahan bakar boiler. Metodologi Dikenal juga sebagai „metode input-output’ karena kenyataan bahwa metode ini hanya memerlukan keluaran/output (steam) dan panas masuk/input (bahan bakar) untuk evaluasi efisiensi. Efisiensi ini dapat dievaluasi dengan menggunakan rumus:
Efisiensi boiler
ƞ
th =�������
������ x 100% ...2.49
Keuntungan metode langsung
• Pekerja pabrik dapat dengan cepat mengevaluasi efisiensi boiler
• Memerlukan sedikit parameter untuk perhitungan
• Memerlukan sedikit instrumen untuk pemantauan
• Mudah membandingkan rasio penguapan dengan data benchmark
Kerugian metode langsung
• Tidak memberikan petunjuk kepada operator tentang penyebab dari efisiensi sistem yang lebih rendah
• Tidak menghitung berbagai kehilangan yang berpengaruh pada berbagai tingkat efisiensi
2. Metode Tidak Langsung
Metode tidak langsung juga dikenal dengan metode kehilangan panas. Efisiensi dapat dihitung dengan mengurangkan bagian kehilangan panas dari 100 sebagai berikut:
Efisiensi boiler,
ƞ
th= 100% - (i + ii + iii + iv + v + vi + vii)% ...2.50Dimana kehilangan yang terjadi dalam boiler adalah kehilangan panas yang diakibatkan oleh:
i. Gas cerobong yang kering
ii. Penguapan air yang terbentuk karena H2 dalam bahan bakar
iii. Penguapan kadar air dalam bahan bakar
iv. Adanya kadar air dalam udara pembakaran
v. Bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu terbang/ fly ash
vi. Bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu bawah/ bottom ash
vii. Radiasi dan kehilangan lain yang tidak terhitung.
Kehilangan yang diakibatkan oleh kadar air dalam bahan bakar dan yang disebabkan oleh pembakaran hidrogen tergantung pada bahan bakar, dan tidak dapat dikendalikan oleh perancangan.
Data yang diperlukan untuk perhitungan efisiensi boiler dengan menggunakan metode tidak langsung adalah:
Analisis ultimate bahan bakar (H2, O2, S, C, kadar air, kadar abu)
• Persentase oksigen atau CO2 dalam gas buang
• Suhu gas buang dalam oC (Tf)
• Suhu awal dalam oC (Ta) dan kelembaban udara dalam kg/kg udara kering
• LHV bahan bakar dalam kkal/kg
• LHV abu dalam kkal/kg (untuk bahan bakar padat)
Keuntungan metode tidaklangsung
Dapat diketahui neraca bahan dan energi yang lengkap untuk setiap aliran, yang dapat memudahkan dalam mengidentifikasi opsi-opsi untuk meningkatkan efisiensi boiler.
Kerugian metode tidak langsung
• Perlu waktu lama
• Memerlukan fasilitas laboratorium untuk analisis.
2.14Maintenance (Pemeliharaan) 2.14.1 Tujuan Pemeliharaan
1. Untuk menentukan secara terperinci keadaan suatu unit pembangkit dan alat-alat bantunya agar tidak merugikan secara finansial, keamanan dan membantu menaikan efisiensi unit secarakeseluruhan,sehingga unit pembangkit tersebut beroperasi secara optimum,normal, baik dan aman, serta dapat mencapai umur yang direncanakan. Dengan demikian diharapkan kerusakan fatal dapat dicegah.
2. Dengan menggunakan cara atau metode yang sesuai dan mempertimbangkan faktor-faktor ekonomis sehingga akan dicapai: a. Keadaan yang tinggi
b. Kemampuan yang tinggi
c. Usia pakai (masa guna) yang lama (panjang)
d. Terhindar dari pemborosan biaya,suku cadang,material,alat kerja dan tenaga kerja
e. Mempercepat pengembalian modal dan memberikan keuntungan
f. Aman terhadap petugas dan lingkungannya, terutama saat menggunakan critical unit
g. Efisiensi yang optimal
i. Unjukkerja (performance) yang optimal
j. Teratur rapi danmemberikan suasanayang menyenangkan k. Berproduksi sesuai dengan rencana produksinya
l. Kualitas barang yang diproduksi sesuai dengan yang direncanakan
m. Mengurangi penyimpangan atas penggunaan alat n. Terbentuknya kerjasama dengan unit-unit lain
2.14.2 Jenis – Jenis Pemeliharaan 1. Preventive Maintenance
Preventive maintenance atau pemeliharaan preventif adalah pemeliharaan untuk mencegah terjadinya kerusakan yang tiba-tiba (tidak terduga sebelumnya) dan mempertahankan unjuk kerja sesuai/mendekati dengan yang digaransikan atau life time. Sifat pemeliharaan preventif adalah terencana yaitu pemeliharaan yang dilakukan pada selang waktu, untuk mengurangi kemungkinan peralatan mengalami perubahan kondisi. Dimana dilakukan pemeriksaan pada peralatan unit secara periodik sesuai buku petunjuk masing - masing. Melakukan pemeliharaan berencana meliputi :
1. pemeriksaan dan pembersihan secara teratur (termasuk daerah sekitarnya)
2. service berkala : mengencangkan baut dan mur yang kendor, tambah/ganti pelumas.
3. Penyetelan berkala: bongkar/pasang dan pembersihan serta setting (misalnya pemeliharaan pompa).
4. Perbaikan kerusakan - kerusakan ringan (misalnya penggantian ring piston pada compressor).
6. Memodifikasi/menyempurnakan dan peremajaan karena disain kurang sempurna (misalnya modifikasi line soot blowing).
Pemeliharaan preventif akan menjaga peralatan tetap bersih dari kotoran cair, padat dan udara sekitarnya.
Contoh pemeliharaan preventif :
1. membersihkan/mengganti saringan udara udara, pelumas, dsb. 2. Mengganti/menambah minyak pelumas pada pompa.
3. Pengaturan/penggantian gland packing pada valve.
Pemeliharaan preventif berupa usaha pencegahan yang dilakukan oleh regu pemeliharaan agar peralatan dapat dioperasikan dengan baik dan aman, serta usia panjang
Alasan dilakukan preventive maintenance:
1. Karena kerusakan dapat membahayakan keselamatankerja 2. Karenakerusakan dapat mengurangikualitas produksi.
2. Corrective Maintenance
Corrective maintenance adalah suatu pemeliharaan yang dilakukan ketika komponen peralatan mengalami kerusakan dan mengganggu sistem. Adapun komponen dari suatu peralatan yang sering mengalami kerusakan misalnya bearing dan impeler pompa, ring piston compressor, dan lain sebagainya.
3. Prediktive maintenance
Pada dasarnya life time suatu bearing sudah ditentukan oleh fabrikan bearing tersebut sesuai dengan jenis batasan pembebanan bearing, namun pada kenyataannya dilapangan sering tidak sesuai dengan standart life timebearing yang telah ditentukan karena kondisi pembebanan yang dialami bearing selalu berubah – rubah begitupun jenis pembebanannya.
Oleh karena itu diperlukan prediktive maintenance terhadap kondisi seperti yang dipaparkan di atas, tentunya hal tersebut didukung oleh pengetahuan dan pengalaman teknisi har boiler. Kegiatan prediktive maintenance yang sering dilakukan pada peralatan boiler adalah pada FDF PLTU unit 3/4. Dan tindakan yang sering dilakukan adalah pengecekan vibrasi dari FDF PLTU unit 3/4.
4. Pemeliharaan Boiler
Salah satu bentuk pemeliharaan boiler di PLTU belawan disusun jadwal pemeliharaannya. Adapun jenis dari pemeliharaan yang telah disusun berdasarkan jadwal tersebut adalah :
a. Pemeliharaan Harian
Pemeliharaan harian oleh har boiler meliputi pengecekan dan penambahan pelumas seperti pada pompa, compressor dan lain sebagainya.
b. Pemeliharaan Mingguan
c. Pemeliharaan Bulanan
Pemeliharaan bulanan oleh har boiler meliputi grease pada bearing air heater PLTU unit 3/4 dan grease peralatan – peralatan soot blower dan pengecekan valve.
d. Pemeliharaan 3 Bulanan
Pemeliharaan 3 bulanan oleh boiler meliputi pengecekan dan penggantian komponen – komponen peralatan seperti penggantian gland packing pada valve maupun pada soot blower, packing seal teflon dan V- belt pada compressor, bearing dan pelumas pada pompa atau compressor , dan coolant dan pembersihan kisi – kisi radiator pada compressor PLTU unit 2 dan lain sebagainya.
e. Pemeliharaan 6 Bulanan
Pemeliharaan 6 bulanan oleh har boiler meliputi pengecekan dan penggantian komponen – komponen yang telah memasuki life time atau bilamana ditemukan kerusakan atau ausnya suatu peralatan meskipun masih jauh dari life time dari komponen peralatan tersebut. Pada umumnya inspeksi tersebut hampir meliputi seluruh peralatan – peralatan yang ada di boiler.
5. Pelaksanaan Pemeliharaan Peralatan Boiler dan Alat Bantu 1. Pemeliharaan Force Draft Fan ( FD fan ) PLTU unit 3/4
gangguan. Adapun perbaikan yang dilakukan terhadap FD fan ini adalah penggantian bearing dan poros mesin.
2. Pemeliharaan Compressor PLTU unit 3/4
Pemeliharaan yang terjadi pada compressor PLTU unit 3/4 adalah dikarenakan karena compress compressor kurang dan suara kasar maka untuk mengatasi masalah tersebut dilakukan perbaikan terhadap compressor dengan melakukan penggantian piston ring, packing valve udara sisi suction dan discharge yang berbahan teflon.
3. Pelumasan Bearing Air Heater PLTU unit 3/4
Pelumasan bearing air heater dilakukan untuk menjaga unjuk kerja air heater tetap pada kondisi yang handal. Mengingat peralatan ini bertemperatur tinggi dan sangat vital keberadaannya, karena apabila mengalami gangguan dapat menyebabkan unit trip atau stop maka diperlukan pemeliharaan berkala berupa penggantian pelumas berdasarkan yang dijadwalkan untuk menjaga bearing hingga pada life time nya.
4. PemeliharaanCheck valve, Isolating valve dan Safety Valve
penggantian gland packing, packing seal, maupun pengecatan terhadap body valve.
5. Perbaikan Pompa Demin Water
