BAB III
ANALISA DATA
3.1 Permasalahan 3.1.1 Penurunan Produksi
Untuk memenuhi kebutuhan operasi PLTGU Blok 1 dan 2 diperoleh suplai demin water (air demineralisasi) dari water treatment plant (WTP) PLTGU. Demin water yang dihasilkan adalah hasil dari pemurnian raw water oleh mixbed. Raw water diperoleh dari proses desalinasi atau pelepasan sebagian besar garam yang terkandung dari air laut oleh unit Desalination Plant. Rata-rata kebutuhan pemakaian air demin untuk PLTGU dapat dilihat dari tabel berikut:
Tabel 3.1. Total kebutuhan pemakaian air demin PLTGU
Unit Pemakaian (ton/jam) Pemakaian/bulan (ton)
Blok I 16 11.520
Blok II 16 11.520
Total 32 23.040
Tabel 3.2. Produksi rata-rata Unit Desalination Plant
Unit Desal Produksi (ton/jam) Produksi /bulan (ton)
Desal Plant 1 16 11.520
Desal Plant 2 14 8.640
Desal Plant 3 15 10.800
Total 45 30.960
(Sumber: Log sheet harian bulan Juni 2012)
Kondisi produksi unit desalination plant sekarang ini yang dijumpai di lapangan adalah produksi yang cenderung menurun dari nilai produksi rata-rata yang didisain. Dari data disain yang diperoleh bahwa masing-masing unit desalination plant pada PLTGU Belawan memiliki kapasitas produksi 20 ton/jam. Jadi total produksi sesuai desain unit desalination plant adalah 60 ton/jam atau 44.200 ton/jam.
Jika dilihat dari data disain tersebut seharusnya unit desalination plant yang operasi hanya dua unit saja dengan satu unit untuk stand by. Dengan terjadi penurunan produksi ini mengharuskan ketiga unit desal untuk terus beroperasi dan sewaktu salah satu unit desal mengalami pemeliharaan, PLTGU membutuhkan bantuan suplai air demin dari WTP PLTU.
Jadi dengan penurunan produksi dapat dilihat bahwa efisiensi evaporasi sudah tidak menguntungkan lagi yang salah satu faktornya adalah akibat pengerakan pada tiap tube yang dialiri fluida air, artinya produksi steam dari unit
lebih banyak terbuang sia-sia. Hal ini sangat mengganggu operasi pembangkitan daya oleh PLTGU Belawan karena terbatasnya air demin.
3. 2. Intensitas Pemeliharaan (Maintenance)
Kegiatan pemeliharaan (maintenance) terhadap unit desal berdasarkan
jadwal dari pihak pemeliharaan adalah 4 bulan sekali atau sesuai keadaan unit baik itu sifatnya preventif maintenance atau kejadian emergency. Frekwensi pemeliharaan untuk kondisi saat ini menjadi lebih sering akibat pengerakan pada tube-tube evaporasi.
Keadaan ini mengakibatkan operasi pembangkitan daya menjadi terganggu dan terjadinya penurunan produksi desal yang salah satu faktor penyebabnya adalah pengerakan yang terjadi pada tube-tube evaporasi desal.
3. 3 Perencanaan.
Dari kondisi di lapangan saat ini diketahui bahwa salah satu faktor yang mempengaruhi penurunan produksi yaitu terjadinya pengerakan pada tube-tube evaporasi di brine heater maupun pada tiap stage. Hal ini merupakan akibat dari tidak efektifnya penggunaan sistem injeksi kimia dan injeksi kimia portabel yang digunakan saat ini juga tidak mengakomodasi kebutuhan kimia tiap unit yang beroperasi bersamaan.
Untuk itu perlu di buat tangki kimia portable untuk tiap unit desal tanpa menggunakan pompa. Namun memanfaatkan tekanan yang cukup besar pada sisi
inlet air laut (sea water flow) unit desal. Artinya perlu diterapkan prinsip ejektor untuk menarik larutan kimia anti scalant maupun anti foam dari tangki portable-nya. Penurunan level tangki dapat diatur dengan menggunakan gate valve yang telah direncanakan.
Prinsip ejektor yang dimaksud disini adalah pemanfaatan perbedaan tekanan yang cukup besar antara sisi inlet air laut dengan atmosfer yang dapat digunakan untuk menarik fluida kimia bertekanan rendah ke sisi inlet aliran air laut dan mengubah energi aliran tersebut menjadi energi tekanan.
3. 4 Pra Anggapan
Untuk menjaga agar operasi pembangkitan pada PLTGU Sektor Belawan dapat berlangsung secara optimal maka kebutuhan akan air demin juga harus dapat dipenuhi. Hal ini dapat dilakukan dengan meningkatkan produksi raw water yang berasal dari unit desallinasi.
Mengingat hal tersebut maka perlu dilakukan rekondisi maupun modifikasi pada sistem desalinasi untuk meningkatkan performanya. Penurunan produksi yang terjadi pada unit desal saat ini dipengaruhi oleh munculnya pengerakan pada tube-tube tiap stage evaporasi dan brine heater. Pengerakan ini terjadi karena kurang efektifnya fungsi salah satu alat bantu desal yaitu sistem injeksi kimia anti scalant.
Komponen injeksi kimia sesuai disain tiap unit desal antara lain:
‐ Tangki Anti scalant (unit) 1
‐ Tangki Anti foam (unit) 1
‐ Pompa injeksi kimia (unit) 4 (2 operasi, 2 stand by)
masing-masing dengan konsumsi daya 0,2 kWh.
Kondisi sekarang ini adalah tangki injeksi kimia anti scalant yang ada hanya 1 unit dengan pompa injeksi portable 1 unit. Jadwal penginjeksian yang seharusnya non stop selama unit desal beroperasi sekarang menjadi injeksi bergantian tiap 24 jam per unit. Sehingga jika 3 unit desal beroperasi, akan ada unit yang harus menunggu sampai 48 jam untuk memperoleh injeksi kimia anti
scalant yang dibutuhkan. Menurunnya performa peralatan bantu (auxilliary) desal ini dapat menjadi salah satu faktor yang mempengaruhi turunnya performa unit desal itu sendiri.
Gambar 3.2 Tangki dan pompa injeksi kimia portable pada unit desal.
3.5 Parameter yang dianalisa
Hal – hal yang diperhitungkan dalam penentuan ejektor yang akan digunakan dapat diketahui dari rumus-rumus berikut:
γ
21 P P
headoperasi = − (m)………(1)
Dimana :
P1 : tekanan sisi inlet (bar)
P0 : tekanan isap (bar)
γ
1 2 arg P P headdisch e = − (m)……….(2)P0 : tekanan isap (bar)
P2 : tekanan keluaran (bar)
γ : berat jenis fluida yang akan dipindahkan (kg/m3)
Dari dua rumus di atas dapat diperoleh perbandingan head Rh , yaitu rasio
head pendorong dengan keluaran :
1 0 2 2 0 1 2 0 2 1 0 1 ) ( ) ( / ) ( / ) ( γ γ γ γ P P P P P P P P Rh − − = − − = ………(3)
Berat jenis dapat disubtitusi dengan specific gravity:
1 0 2 2 0 1 . ) ( . ) ( gr sp P P gr sp P P Rh − − = ………..(4)
Jika fluida penggerak dengan fluida yang akan dipindahkan adalah sama, maka tidak dibutuhkan specific gravity sehingga persamaan 4 menjadi:
0 2 0 1 h h h h Rh − − = ………..(5)
Dimana h1 – h0 = head operasi (m)
h2 – h0 = head keluaran (m)
Rasio laju aliran massa fluida penggerak dan fluida yang di isap:
1 0 M M
Dimana M1 = massa fluida penggerak (kg)
M0 = massa fluida yang di isap (kg)
Rasio volume Rv adalah sebagai berikut:
2 1 1 2 . . gr sp gr sp R Q Q w = ………(7)
Q2 = debit aliran fluida yang di isap (m3/jam)
Q1 = debit aliran fluida penggerak (m3/jam)
3. 6 Hukum Bernoulli.
Merupakan rumus bernoulli untuk fluida ideal, dimana : Z = ketinggian fluida, head potensial.
p/γ = Tekanan dibagi berat jenis fluida, head statis. V2/2g = head velocity.
Dari rumus bernoulli dan kontinuitas maka:
– Penampang mengecil (nozzle) maka S juga akan semakin kecil, v semakin besar dan p semakin kecil
– Sebaliknya apabila penampang membesar (diffuser) S semakin besar, v semakin kecil dan p semakin besar.
Dalam zat cair ideal, energi dapat dikonversikan ke bentuk lain tapi jumlah totalnya tetap.
Jaringan perpipaan pada umumnya dianalisa dengan menggunakan persamaan Hazen – Williams yaitu :
V = 1, 318 C (Rh)0, 63 S0,54 (m3/dt)………..(8)
Q = 1, 318 C(Rh)0,63 S0,54 A (m 3/dt)..……….(9)
Dimana :
Rh : jari – jari hidrolik pipa (untuk pipa berpenampang bulat = D/4), ft atau
m.
S : gradien hidrolik (S = hf/L)
A : luas penampang pipa
C : koefisien kekasaran bahan pipa
Dalam satuan SI maka persamaan Hazen – Williams adalah:
V = 0, 850 C (Rh)0, 63 S0,54 (m/dt)……….(10)
Q = 0, 850 C(Rh)0,63 S0,54 A (m3/dt)………(11)
Aliran fluida dalam pipa menimbulkan gesekan yang mengakibatkan rugi-rugi yang disebut head kerugi-rugian gesek, hf. untuk menghitung kerugian gesek
dalam pipa di pakai rumus:
g V D L 2 h 2 f =
λ
……….(12)Dimana :
hf : Head kerugian gesek dalam pipa (m)
λ : koefisien kerugian gesek g : percepatan gravitasi (9,8 m/s2) L : panjang pipa (m)
D : diameter pipa (m)
Koefisien kerugian gesek λ dapat ditentukan dengan rumus:
D 0005 , 0 020 , 0 + =
λ
………..(13)Harga kekasaran C untuk tiap bahan dapat di lihat pada tabel berikut: Tabel 3.3. Nilai Kekasaran Pipa Hazen – Williams
Jenis Pipa C
Pipa sangat mulus 140
Pipa baja atau besi tuang baru 130
Pipa kayu atau beton biasa 120
Pipa gerabah 110
Pipa besi tuang lama 100
Pipa gerabah lama 95
Pipa besi tuang berkarat 80
Aplikasi dari hukum Bernoulli dapat dijumpai juga pada karburator yang merupakan komponen dari motor bakar memiliki fungsi untuk menera jumlah bahan bakar dan mencampur bahan bakar dengan udara.
Arus udara mengalir melalui saluran venturi dimana jet bahan bakar ditempatkan; kecepatan udara naik ketika melalui venturi sehingga tekanannya turun sesuai RUMUS BERNOULLI. Akibat dari pada efek ini bahan bakar tertarik ( tersedot ) melalui jet dan tercampur dengan arus udara. Hubungan antara debit bahan bakar ( bensin ) = Gg dan udara = Ga apabila ukuran saluran-saluran ( D ) dan ( d ) serta koefisien kerugian ( ζa ) untuk venturi dan (ζf ) dari jet telah
diketahui; dan mengabaikan tahanan hidrolik pipa saluran bensin.
p2
Gambar 3.3 Diagram aplikasi ejektor pada sistem karburator.
Apabila RUMUS BERNOULLI kita terapkan untuk aliran udara antara ( 0 – 0 ) dan ( 2 – 2 ) dan juga untuk arus bensin antara ( 1 – 1 ) dan ( 2 – 2 ) serta menganggap z 1 = z 2.
Sehingga,
Maka debit yang diperoleh:
Pada kondisi aktual debit aliran rata-rata pada sisi inlet sea water adalah 140 m3/jam atau 0,0388 m3/s dengan tekanan ± 5,9 kg/cm2. Panjang pipa sebelum memasuki stage pertama adalah 3 m dengan diameter 6 in atau 15,24 cm maka luas penampangnya, A1 0,0182 m2. Dengan memodifikasi sistem injeksi kimia
yang awalnya menggunakan pompa menjadi ejektor maka line up injeksi kimia menjadi seperti gambar. Asumsi head loss sebesar 0,1 m. Harga kekasaran pipa baja dari tabel nilai kekasaran pipa Hazen-williams, C = 130.
Ejektor yang akan dipakai memiliki diameter 6 in, maka sesuai persamaan 6 ditentukan rasio laju aliran atau kapasitasnya. Nilai sp.gr1 dari air laut adalah
sebesar 995,65 kg/m3 dan sp.gr2 dari air murni adalah sebesar 1000 kg/m3. Dari
tabel rasio kapasitas isap ejektor di bawah dapat diperoleh bahwa untuk diameter 2 in rasio kapasitasnya sebesar 36,00. Aliran yang akan digunakan sebagai Q1 dari
pipa diameter 2 in berkapasitas 0,00227 m3/s atau 8,10 m3/jam.
Tabel 3.4. rasio kapasitas isap tiap ukuran ejektor.
Maka kapasitas yang akan diisap oleh ejektor tersebut dari tangki bahan kimia adalah: ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ 1000 65 , 995 00 , 36 0388 , 0 2 Q Q2 = 1,39 m3/s
Karena penggunaan anti scale adalah sebesar 2,76 liter/jam dan anti foam sebesar 3,68 liter/jam maka untuk modifikasi ini digunakan katup gerbang (gate valve) untuk menyesuaikan aliran berdasarkan kebutuhan unit desal.
Material yang digunakan antara lain:
‐ Gate valve ukuran 2 in = 3 buah
‐ Ejektor bahan baja ukuran 6 in = 3 buah
‐ Elbow 2 in = 3 buah
Dengan dilakukannya aplikasi modifikasi sistem injeksi kimia pada desalination plant menggunakan ejektor maka data produksi untuk memenuhi kebutuhan demin water HRSG dapat menjadi sesuai desain dengan beban operasi unit desalinasi adalah sebesar 80 %.
3. 5 Analisa Ekonomis.
Pemakaian daya per hari jika menggunakan pompa injeksi adalah sebesar 0,2 kwh x 24 jam = 4,8 kWh / pompa. Per bulannya 4,8 kWh x 30 hari = 144 kWh / pompa.
Bila dikalikan dengan Harga Pokok Pruduksi, HPP bulan Juni 2012 adalah sebesar:
144 kWh x Rp. 1.300/kWh = Rp. 187.200 per unit pompa injeksi.
Artinya penghematan yang bisa dilakukan perbulannya jika menggunakan ejektor adalah sebesar Rp. 187.200. Dan nilai impas biaya awal modifikasi (BEP, Break Event Point) dapat ditutupi dalam 1 tahun 1 bulan saja. Biaya yang bisa dihemat per tahunnya adalah sebesar Rp 146.736 x 12 bulan = Rp. 1.760.832 / pompa dan bila dikalikan dengan jumlah pompa yang ada sebanyak 12 unit maka penghematan dari sisi pemakaian daya adalah sebesar Rp. 21.129.984.
