PROGRAM STUDI S1 TEKNIK FISIKA

PROPOSAL TUGAS AKHIR

ANALISA PEMBENTUKAN SLAGGING DAN FOULING

PEMBAKARAN BATUBARA PADA FURNACE DI UNIT CR PURI

KALSINASI PT. PETROKIMA GRESIK

Riyan

Ca

hya P

NRP : 2414106019

DOSEN PEMBIMBING :

Dr. Ridho Hantoro, ST.,MT. NIP. 19761223 200501 1 001

Nurlaila Hamnidah ST, MSc NIP. 19880710201504 2 001

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK FISIKA

JURUSAN TEKNIK FISIKA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

LEMBAR PENGESAHAN PROPOSAL TUGAS AKHIR JURUSAN TEKNIK FISIKA FTI-ITS

1. Judul : Analisa Pembentukan Slagging dan Fouling Pembakaran Batubara pada Furnace di unit CR puri kalsinasi PT Petrokimia Gresik

2. Bidang Minat : Rekayasa Energi 3. Mata Kuliah pilihan yang diambil :

 Energi Baru dan Terbarukan  Instrumentasi Industri  Managemen Resiko

4. a. Nama : Riyan Cahya P

b. NRP : 2414106019

c. Jenis Kelamin : Laki-laki

5. Jangka Waktu : 1 Semester / 5 Bulan

6. Pembimbing I : Dr. Ridho Hantoro, ST.,M.T 7. Pembimbing II : Nurlaila Hamnidah ST, MSc 7. Usulan Proposal ke : 1 (Satu)

8. Status : Baru

Surabaya, 10 Februari 2016

Pengusul Proposal,

Riyan Cahya P NRP. 2414 106 019

Mengetahui/Menyetujui Pembimbing II

Nurlaila Hamnidah ST, MSc NIP. 19880710201504 2 001 Mengetahui/Menyetujui

Pembimbing I

Dr. Ridho Hantoro, S.T, M.T NIP. 19761223 200501 1 001

Mengetahui Kepala Laboratorium

Rekayasa Energi dan Pengkondisian Lingkungan,

I.

Judul

“Analisa Performansi Flap Pesawat N-2XX Terhadap Perubahan Gap dan Overlap Di PT. Dirgantara Indonesia.”

II.

Mata kuliah pilihan yang diambil  Mesin-mesin Fluida

 Ekonomi Energi

 Sistem Penyimpanan Energi  Energi Baru dan Terbarukan

III.

Pembimbing

Pembimbing 1 : Dr. Ridho Hantoro, ST., MT. Pembimbing 2 : Nurlaila Hamnidah ST, MSc.

IV.

Latar Belakang

Saat ini kelangkaan bahan bakar yang membuat harga bahan bakar terus merangkak naik dikarenakan ketersediaan bahan bakar fosil juga terbatas, maka banyak perusahaan berusaha untuk menekan pemakaian bahan bakar tanpa mengganggu proses produksinya. Ada beberapa cara yang dilakukan diantaranya adalah menaikkan efisiensi baik tenaga kerja maupun mesin-mesin pembangkitnya, semisal untuk mesin-mesin boiler. Pada mesin-mesin furnace, metode yang digunakan untuk menaikan efisiensinya ada bermacam-macam, diantaranya adalah dengan cara memaksimalkan hasil proses pembakar di boiler, yang dimana dengan menggunakan bahan bakar yang telah standar akan menghasilkan proses pembakaran yang sempurna. Untuk mendapatkan efisiensi yang optimal sangat dipengaruhi oleh proses pembakaran yang sempurna (Asmudi, 2009). Proses pembakaran yang sempurna itu juga dipengaruhi oleh kualitas bahan bakar yang digunakan baik atau tidak serta perlakuan terhadap batubara saat dimasukkan dalam proses pembakaran. Pada bahan bakar fosil umumnya mengandung sejumlah ash dan pada proses pembakaran pasti akan menghasilkan ash. Ash ini akan menurunkan nilai kalor bahan bakar dan akan menimbulkan fuel storage menjadi berat, maka diperlukan peralatan yang besar untuk mengumpulkan sisa ash dari pembakaran, memindahkan dan membuang ash. Dalam proses pada boiler dengan menggunakan batu bara masalah utama dari ash adalah endapannya. Maka dari itu abu pada proses perpindahan panas di boiler telah menjadi tantangan operasional yang sangat penting (Xiaojiang Wu, 2014). Ash dapat dilepaskan dalam bentuk leburan atau dalam keadaan plastis. Hal tersebut akan mengakibatkan adanya penumpukan ash pada dinding furnace dan permukaan panas lainnya. Walaupun dalam porsi yang kecil, namun dapat menjadi besar pengaruhnya terhadap kerja boiler. Akumulasi dari endapan ash pada pada dinding furnace akan mempengaruhi perpindahan panas, menurunkan absorbsi panas, menunda pendinginan flue gas dan meningkatkan temperatur keluar furnace. Untuk mendapatkan nilai efisiensi yang optimal pada mesin boiler dapat dilakukan dengan cara melakukan efisiensi konsumsi bahan bakar dalam operasi boiler adalah mempertahankan efisiensi produksi uap selalu dalam performa tinggi, oleh karena itu dapat memanfaatkan masukan energi sebanyak mungkin untuk menghasilkan uap ( Teguh Wahudi dkk, 2006). Boiler perhitungan efisiensi dapat dihitung dengan menggunakan metode langsung dan metode tidak langsung. Dalam setiap pembakaran pastilah akan menghasilkan limbah, dan dimana llimbah tersebut akan menimbulkan dampak pada lingkungan, dan juga bisa berdampak pada baik tidaknya sebuah proses pembakaran yang terjadi.

V.

Rumusan Masalahan

Berdasarkan latar belakang diatas maka permasalah yang di angkat dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

2.Bagaimana cara mengetahui komposisi tebentuknya slagging dan fouling pada furnace dengan bahan bakar batubara di PT. Petrokimia Gresik

3. Bagaimana pengaruh slagging dan fouling pada performansi proses pembakaran di furnace

VI.

Batasan Masalah

Adapun batasan masalah dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

a. Penelitian ini membahas jenis dan

karakteristik penggunan batubara yang digunakan sebagai bahan bakar pada furnace di PT.Petrokimia berdasarkan data proximasi dan ultimasi

b. Penelitian ini akan membahas proses pembakaran batubara pada furnace

c. Penelitian ini membahas parameter yang berpengaruh pada proses pembakaran yang terjadi pada furnace

d. Penelitan ini berfokus pada hasil efisiensi pembakaran pada furnace di PT. Peterokimia e. Penelitian ini akan berfokus pada proses terjadinya slagging dan fouling pada furnace f. Penelitan ini akan membatasi tentang pengaruh slagging dan fouling pada proses

pembakaran di furnace

VII.

Tujuan

Tujuan dilakukannya tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Mengetahui efisiensi pembakaran pada boiler dengan bahan bakar batubara di PT. Petrokimia Gresik

2. Mengetahui komposisi dan proses pembentukan slagging dan fouling pada boiler dengan bahan bakar batubara PT. Petrokimia Gresik

3. Mengetahui pengaruh slagging dan fouling pada performansi proses pembakaran di boiler

VIII.

Tinjauan Pustaka

Berikut merupakan beberapa penelitian sebelumnya terkait dengan tugas akhir mengenai flap pada sayap pesawat :

1. D. Zhang, 2013, “Ash fouling, deposition and slagging in ultra-supercritical coal power plants “ , University of Science and Technology Liaoning, China and The University of Western Australia, Australia . Dalam review jurnal ini membahas mengenai pengaruh abu (Ash) pada proses perpindahan panas pada proses pembakaran di boiler yang akan berpengaruh pada operational di pembangkit.

2. Arafat A. Bhuiyan and Jamal Naser, 2014“Modeling of slagging in industrial furnace:

a comprehensive review”, Faculty of Science, Engineering and Technology (FSET) Swinburne University of Technology, VIC-3122, Australia. Dalam review jurnal ini membahas prediksi-prediksi satu atau dua dimensi untuk membahas slagging pada furnace, Artikelini menawarkan suatu Tinjauan ekstensif aspek -aspek mendasar dan tren dalam pemodelan numerik formasi slagging di tungku industri /furnace.

3. M.U. Degereji, D.B. Ingham, L. Ma⇑, M. Pourkashanian, A. Williams, 2010

“Prediction of ash slagging propensity in a pulverized coal combustion furnace”,

IX.

Teori Penunjang 9.1 Furnace

Furnace adalah dapur sebagai penerima panas bahan bakar untuk pembakaran, yang terdapat fire gate di bagian bawah sebagai alas bahan bakar dan yang sekelilingnya adalah pipa-pipa air ketel yang menempel pada dinding tembok ruang pembakaran yang menerima panas dari bahan bakar secara radiasi, konduksi, dan konveksi.Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk melelehkan logam untuk pembuatan bagian mesin (casting) atau untuk memanaskan bahan serta mengubah bentuknya (misalnya rolling/penggulungan, penempaan) atau merubah sifat-sifatnya (perlakuan panas). Karena gas buang dari bahan bakar berkontak langsung dengan bahan baku, maka jenis bahan bakar yang dipilih menjadi penting. Sebagai contoh, beberapa bahan tidak akan mentolelir sulfur dalam bahan bakar. Bahan bakar padat akan menghasilkan bahan partikulat yang akan mengganggu bahan baku yang ditempatkan di dalam tungku. Untuk alasan ini :

 Hampir seluruh tungku menggunakan bahan bakar cair, bahan bakar gas atau listrik

sebagai masukan energinya.

 Tungku induksi dan busur/arc menggunakan listrik untuk melelehkan baja dan besi

tuang.

 Tungku pelelehan untuk bahan baku bukan besi menggunakan bahan bakar minyak.

 Tungku yang dibakar dengan minyak bakar hampir seluruhnya menggunakan minyak

tungku, terutama untuk pemanasan kembali dan perlakuan panas bahan.

 Minyak diesel ringan (LDO) digunakan dalam tungku bila tidak dikehendaki adanya

sulfur.

Idealnya tungku harus memanaskan bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan bakar dan buruh sesedikit mungkin. Kunci dari operasi tungku yang efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara berlebih yang minim. Tungku beroperasi dengan efisiensi yang relatif rendah (serendah 7 persen) dibandingkan dengan peralatan pembakaran lainnya seperti boiler (dengan efisiensi lebih dari 90 persen). Hal ini disebabkan oleh suhu operasi yang tinggi dalam tungku. Sebagai contoh, sebuah tungku yang memanaskan bahan sampai suhu 1200 derajat Celsius akan mengemisikan gas buang pada suhu 1200 derajat celsius atau lebih yang me ngakibatkan kehilangan panas yang cukup signifikan melalui cerobong.

 Ruang refraktori dibangun dari bahan isolasi untuk menahan panas pada suhu operasi

yang tinggi.

 Perapian untuk menyangga atau membawa baja, yang terdiri dari bahan refraktori

yang didukung oleh sebuah bangunan baja, sebagian darinya didinginkan oleh air.

 Burners yang menggunakan bahan bakar cair atau gas digunakan untuk menaikan dan

menjaga suhu dalam ruangan. Batubara atau listrik dapat digunakan dalam pemanasan ulang/reheating tungku.

 Cerobong digunakan untuk membuang gas buang pembakaran dari ruangan

 Pintu pengisian dan pengeluaran digunakan untuk pemuatan dan pengeluaran muatan.

Peralatan bongkar muat termasuk roller tables, conveyor, mesin pemuat dan pendorong tungku.

9.2 Prinsip Kerja Furnace

Dalam furnace terdapat susunan tube yang berfungi sebagai tempat mengalirnya fluida yang akan dipanaskan, api yang menyala akan memanasakan sisi luar tube selanjutnya panas tersebut akan menyerap kedalam, sehingga panasnya akan ditransferkan ke fluida yang mengalir di dalamnya. Proses penyerapan panas oleh fluida terjadi dengan tiga cara, yaitu konduksi, konveksi dan radiasi, berikut penjelasannya:

 Perpindahan Panas Secara Konduksi

Perpindahan panas yang terjadi antara tube yang telah menerima panas kemudian diserap oleh fluida yang ada didalamnya dan kemudian panas akan menyebar ke seluruh aliran fluida.

 Perpindahan panas secara Konveksi

Perpindahan panas dari gas hasil pembakaran, gas tersebut sebelum keluar dari cerobong akan bersinggungan terlebih dahulu dengan sisi tube sehingga pipa akan mendapatkan transfer panas.

 Perpindahan panas secara radiasi

Yaitu perpindahan panas dari cahaya api atau pancaran api yang mengenai tube, tube yang menerima nyala api ini disebut dengan radiation tube. Sebagian besar panas fluida dihasilkan dari proses radiasi ini yaitu berkisar 60%-70%.

9.3 Dasar Perhitungan Efisiensi Boiler

 Penyesuaian sistem nyala api pada burner.

 Reaksi proses pembakaran yang berlangsung sempurna.

 Panas dari hasil pembakaran dari fuel oil dan fuel gas dapat tersalur dan terserap dengan

baik oleh zat yang dipanaskan.

 Permukaan tube yang bersih agar proses penerimaan panas dapat berlangsung dengan

maksimal.

 Memperkecil panas yang hilang baik melalui cerobong maupun dinding furnace. Persamaan yang digunakan dalam menghitung

efisiensi dalam perhitungan panas (Q) :

Panas sensible (Qs) = m x Cp x dT ...(1) Panas laten (Ql) = m x ...(2)

Efisiensi = panas masuk_{panas keluar}×100 Indeks slagging

Perhitungan Slagging Indeks (R) untuk Ash Bituminous dibawa ke perhitungan base untuk rasio asam dan persen berat pada dry basis dari sulfur dalam batu bara. Kandungan sulfur mengindikasikan jumlah besi yang muncul dalam bentuk pyrite. Perhitungannya sebagai berikut:

Klasiikasi potensi slagging dengan menggunakan Rs adalah: Rs < 0,6 = Rendah

0,6 < Rs < 2,0 = Sedang 2,0 < Rs < 2,6 = Tinggi 2,6 < Rs = Tinggi sekali

Indeks fouling

Indeks fouling untuk ash bituminous didapatkan dari karakteristik kekuatan sintering menggunakan kandungan sodium dari ash batubara dan rasio dasar dari asam:

Rf = �� x Na2O Dimana :

B = CaO + MgO + Fe2O3 + Na2O + KO2 A = SiO2 + Al2O3 + TiO2

Na2O = % berat alkali dari analisis ash batu bara Klasifikasi potensi fouling menggunakan Rf adalah : R f < 0,2 = Rendah

X. Metodologi Penelitian

Sesuai

Finish Analisa Perhitungan

Validasi

Tidak sesuai Perhitungan Slagging & Fouling dari Pembakaran

Data: -HHV

-LHV

-Jenis Batubara Studi Literatur -Furnace

-Batubara

-Proses Pembakaran -Slagging & Fouling -Efisiensi Furnace

Penjelasan mengenai diagram alir dapat diketahui seperti di bawah ini 1. Studi Literatur

Pada tahap ini akan dilakukan mencari, mengumpulkan, dan memahami baik berupa jurnal, artikel, buku referensi, internet, dan sumber-sumber lain yang berhubungan dengan masalah Tugas Akhir. Sehingga pada akhir tahap ini diketahui pengertian dari Furnice

mengenai cara kerja serta klasifikasinya, perhitungan efisiensi kerja pada furnice, dan kesetimbangan kalor batubara, potensi timbulnya slagging & fouling pada Furnice.

2. Mengumpulkan data lapangan

Pada tahap ini dilakukan pengumpulan data-data yang dibutuhkan mengenai efisiensi kerja Furnice di PT. Petrokimia, mengumpulkan data HHV, LHV, dan Jenis jenis batubara yang digunakan di PT. Petrokimia

3. Perhitungan Slagging & Fouling dari pembakaran

Melakukan perhitungan slagging dan fouling berdasarkan perhitungan yang telah ada. 4. Validasi

Tahap validasi ini adalah mengetahui hasil efisiensi dari sebelum dilakukan pembersihan

slagging dan fouling dan sesudah dilakukan pembersihan. 5. Analisa perhitungan

Melakukan analisa perhitungan pembakaran, serta efisiensi dari furnice. 6. Menyusun laporan proses pengerjaan Tugas Akhir

XI. Jadwal Kegiatan

slagging & fouling dari pembakaran

- Validasi data pembakaran. 4 Analisis Hasil Validasi

XII.Daftar Pustaka

[1] D. Zhang, 2013, “Ash fouling, deposition and slagging in ultra-supercritical coal power plants “ , University of Science and Technology Liaoning, China and The University of Western Australia, Australia.

[2] Arafat A. Bhuiyan and Jamal Naser, 2014“Modeling of slagging in industrial furnace: a comprehensive review”, Faculty of Science, Engineering and Technology (FSET) Swinburne University of Technology, VIC-3122, Australia.

[3] M.U. Degereji, D.B. Ingham, L. Ma⇑, M. Pourkashanian, A. Williams, 2010 “Prediction of ash slagging propensity in a pulverized coal combustion furnace”, Centre for Computational Fluid Dynamics, School of Process, Environmental and Materials Engineering, University of Leeds, Leeds LS2 9JT, UK.

[4] Chengel, Yunus A., 1997, “ Introduction to thermodynamics and heat transfer “ , McGraw-Hill, New York.

[5] Spliethoff,H. “Characterization of Slagging and Fouling in Biomass Combustion Bioslag”. Energy Technology TU Delft.

[6] Yuliani. HR, 2011. “Evaluasi Kinerja Furnace-3 PPT Migas Cepu“,Jurusan Teknik

Kimia, Politeknik Negeri Ujung Pandang