Abstrak—
Steam Drum merupakan komponen vital dari sebuah Boiler. Pengukuran dan pengontrolan level liquid dan volume dari steam yang ada di dalam steam drum perlu dilakukan karena apabila dari steam dan liquid tersebut jika volume nya idak seimbang maka akan terjadi kondisi trip. Dapat diketahui berapa tekanan yang ada dalam tanki dengan menggunakan Differential Pressure Transmitter. Dari tekanan yang sudah diketahui, kemudian masukkan dalam rumusan tekanan hidrostatik. Maka akan bisa diketahui berapa ketinggian level fluida dalam tanki tersebut. Oleh karena itu dalam pelaksanaan kerja praktek ini, dilakukan perhitungan untuk mengukur ketinggian level pada Steam Drum pada saat daya yang dihasilkan High (maksimal) dan Low (minimal) menggunakan Metode Hydrostatic Head menggunakan Differential Pressure Transmitter. Dengan metode Hydrostatic Head diperoleh nilai salah satu nilai keluaran DP Transmitter -17.317 (Daya High) dan -24.260 (Daya Low) dan dengan perhitungan manual maka ketinggian levelnya adalah 31.96 inchi (Daya High) dan 21.09 (Daya Low) inchi . Dari hasil tersebut menunjukkan nilai perhitungan berbanding lurus dengan nilai keluaran Differential Pressure Transmitter nya..
Index Terms— Steam Drum, Hydrostatic Head, Differential Pressure Transmitter
I. PENDAHULUAN
PT. Pembangkit Jawa Bali (PJB) adalah sebuah anak perusahaan PLN BUMN produsen listrik yang menyuplai kebutuhan listrik di Jawa Timur dan Bali. Saat ini PT PJB mengelola 6 Pembangkit Tenaga Listrik di Pulau Jawa, dengan kapasitas total 6.511 Mega Watt. PT PJB juga mengelola sejumlah unit bisnis, termasuk unit pengelolaan, teknologi informasi, dan pengembangan. Kantor pusat PT PJB berada di Surabaya.[1]
Pada dasarnya, ketinggian level liquid yang ada didalam Boiler Steam Drum harus dikontrol agar volume atau ketinggian level liquid pada Boiler Steam Drum tidak over atau kurang dari standard nya. Metode ini digunakan untuk mengukur katinggian level fluida pada sebuah tanki, terutama pada Boiler Steam Drum yang ketinggian levelnya harus diatur dan harus seimbang agar sistem tidak akan mengalami kondisi trip, yaitu kondisi dimana sistem berhenti beroperasi hingga diperlukan waktu untuk restart untuk memulai proses dan bisa membahayakan safety dari sistemnya. Kebanyakan pengaturan level ini langsung menggunakan Controller, apabila terjadi kerusakan pada controller untuk ketinggian level fluida tanki dapat juga ketinggian level tersebut dikendalikan dengan menggunakan tekanan yang ada pada tanki tersebut. Dapat diketahui berapa tekanan yang ada dalam
tanki dengan menggunakan Differential Pressure Transmitter. Dari tekanan yang sudah diketahui, kemudian masukkan dalam rumusan tekanan hidrostatik. Maka akan bisa diketahui berapa ketinggian level fluida dalam tanki tersebut.
Pada sebuah bejana air bertekanan tinggi contohnya Boiler Steam Drum, tingkat pengukuran level dalam tanki tersebut biasanya dilakukan dengan pengukuran menggunakan sistem pengukuran hidrostatik, ini juga bisa sekaligus mengontrol level dan tekanan pada tanki tersebut agar tetap dalam standar nya. Seperti yang dijelaskan pada paper yang ditulis oleh R. Hampel, A. Traichel, S. Fleischer, dan R. Kastner.[2] Dalam paper tersebut juga dijelaskan bahwa, pengukuran level dalam tanki atau bejana contohnya boiler juga diperlukan untuk menjaga agar turbin tidak mngalami kerusakan. Karena apabila level fluida dalam boiler khususnya pada steam drum tidak seimbang, maka bisa mengakibatkan kerusakan pada turbin.
II. MANAJERIAL PERUSAHAAN
Sejarah PT pembangkitan jawa-bali (PT PJB) berawal ketika perusahaan listrik dan gas dibentuk pada tahun 1945, setelah Indonesia merdeka. Di tahun 1965, perusahaan listrik Negara dipisah dari perusahaan gas Negara. Pada tahun 1972, PLN menjadi badan usaha milik negaran dengan status perusahaan umum. Sepuluh tahun kemudian, tahun 1982 restrukturisasi dimulai jawa-bali dengan pemisahan unit sesuai fungsinya, unit PLN distribusi dan unit PLN pembangkitan dan penyaluran. Pada tahun 1994, status PLN diubah menjadi persero. Setahun kemudian, dilakukan restrukturisasi di dalam PT PLN (persero) dengan membentuk dua anak perusahaan dibidang pembangkitan. Seiring dengan pengembangan strategi usaha, pada 1 september 2000, PJB yang saat itu bernama PT PLN pembangkitan jawa-bali II berganti nama menjadi PT PLN pembangkitan tenaga listrik jawa-bali . Dan satu tahun kemudian berganti nama lagi menjadi PT pembangkitan jawa-bali (PT PJB).[4]
Safety merupakan hal yang diutamakan dalam kerja, oleh karena itu PT. PJB UP Muara Karang memiliki SPO untuk pencegahan dan penanganan kebakaran di Plan. Pihak-pihak yang terlibat dalam penanganan kebakaran di hanggar antara lain, tim K3 (Kesehatan dan Keselamatan Kerja) Perusahaan, Regu Setempat Penanggulangan Keadaan Darurat.
Untuk mengantisipasi terjadinya kebakaran, PT. PJB UP Muara Karang telah melakukan beberapa langkah preventif antara lain dengan memasang heat detector, smoke detector, dan alarm kebakaran pada semua ruangan yang ada di PT. PJB UP Muara Karang, APAR, Sprinkler, dan Hydrant
Penerapan Metode Hydrostatic Head Menggunakan Differential Pressure
Transmitter untuk Mengukur Ketinggian Level Liquid pada Boiler
Steam Drum di PT. PJB UP Muara Karang Jakarta
Mecha Garynda Adetama Gunawan
1)Ir. Mochammad Ilyas, HS.
2)1) Department of Engineering Physics, Faculty of Industrial Technology ITS Surabaya Indonesia 60111, email: gggarynda07@gmail.com 2) Department of Engineering Physics, Faculty of Industrial Technology
-yang terdapat di tiap ruangan dan unit gedung. Latihan tanggap darurat kebakaran juga diberikan dan berisikan tentang cara evakuasi sesuai dengan prosedur, untuk memastikan bahwa semua yang terlibat benar-benar mampu bertindak dalam keadaan darurat. Tujuan dari latihan kebakaran adalah menciptakan kesiapsiagaan anggota tim di dalam menghadapi kebakaran agar mampu bekerja untuk menanggulangi kebakaran sevara efektif dan efisien. pembentukan
Jika terjadi kebakaran di Plan PT. PJB UP Muara Karang maka hal pertama yang dilakukan adalah Mencari bantuan untuk mengatasi sumber api (jika api biasa dan tidak membahayakan gunakan APAR yang sesuai dengan jenis benda/barang yang terbakar). Beritahu Supervisor Produksi/Supervisor Senior Produksi yang sedang bertugas/pengarah lantai atau gedung tentang kejadian tersebut dan langkah yang sudah dilaksanakan. Tekan tombol “Alarm” bila api mulai membesar.
Jika kebakaran berskala besar dan tim pemadam PT. PJB UP Muara Karang tidak dapat mengatasi maka PT. PJB UP Muara Karang akan meminta bantuan kepada tim pemadam dari tim pemadam kebakaran Pemkot Jakarta.
III. PROGRAM KERJA PRAKTEK
A. Gambaran Umum Differential Pressure Transmitter Differential Pressure Transmitter adalah salah satu peralatan pengukur aliran fluida maupun uap yang dipergunakan untuk mengukur besarnya jumlah fluida yang mengalir dalam pipa, dan Differential Pressure Transmitter juga berfungsi sebagai alat untuk penghasil keluaran dari pengukuran dan perantara penghubung antara yang ada dilapangan dengan ruang kontrol. Differential Pressure Transmitter ini berfungsi untuk mengirimkan data yang diukur dilapangan ke unit penerima pada ruang kontrol (Control Room). Transmitter ini menggunakan sistem dua kabel transmisi, dimana kabel tersebut berfungsi sebagai pengiriman sinyal dan sebagai sumber tenaga, Differential Pressure Transmitter ini mengukur sinyal proses (input) yang dikirim dari lapangan kemudian diubah menjadi sinyal instrument dengan range 4mA s/d 20mA, dengan indikasi sebanding dengan 0% s/d 100%.
B. Struktur Boiler Steam Drum di PT. PJB UP Muara Karang Gambar 1 menunjukkan struktur Boiler Steam Drum PT. PJB UP Muara Karang. Steam Drum terletak di bagian atas boiler untuk memberikan reservoir atas untuk air yang meliputi tube bank menghasilkan. Prinsip kerja dari steam drum adalah Air didistribusikan dari steam drum ke drum yang lebih rendah dan header dengan pipa yang disebut downcomers. Uap yang dihasilkan juga dikumpulkan dan dipisahkan dari uap air dalam drum. Boiler juga dilengkapi dengan katup pengaman untuk mengurangi tekanan yang berlebihan. Katup terletak di uap drum dan outlet superheater. Mereka dirancang untuk mengurangi tekanan yang cukup untuk aman ketel uap pada 120% dengan katup berhenti ketel uap tertutup. Udara ventilasi atau ayam udara dipasang di atas uap drum untuk mengusir udara dari dalam steam drum selama lampu boiler off dingin-atau ketika mengisi boiler.
Ventilasi udara atau Ayam udara tertutup ketika pembangkit mulai menghasilkan uap.
Steam Drum adalah bagian dari boiler yang berfungsi untuk : 1. Menampung air yang akan dipanaskan pada pipa-pipa
penguap (wall tube),dan menampung uap air dari pipa-pipa penguap sebelum dialirkan ke superheater.
2. Memisahkan uap dan air yang telah dipisahkan di ruang bakar ( furnace ).
3. Mengatur kualitas air boiler, dengan membuang kotoran-kotoran terlarut di dalam boiler melalui continuous blowdown.
4. Mengatur permukaan air sehingga tidak terjadi kekurangan saat boiler beroperasi yang dapat menyebabkan overheating pada pipa boiler.
Gbr 1. Struktur Boiler Steam Drum
Steam drum terdiri atas Drum atas dan drum bawah yaitu sebagai berikut :
DRUM ATAS
Drum atas berfungsi sebagai tempat pembentukan uap yang dilengkapi dengan sekat-sekat penahan butir-butir air untuk memperkecil kemungkinan air terbawa uap.
DRUM BAWAH
Drum bawah berfungsi sebagai tempat pemanasan air ketel yang di dalamnya di pasang plat-plat pengumpul endapan lumpur untuk memudahkan pembuangan keluar (Blow Down)
Level air dari drum harus selalu dijaga agar selalu tetap setengah dari tinggi drum. Sehingga banyaknya air pengisi yang masuk ke steam drum harus sebanding dengan banyaknya uap yang meninggalkan drum, supaya level air tetap konstan. Batas maksimum dan minimum level air dalam steam drum adalah -250 mm s/d 250 mm dari titik 0 ( setengah tinggi drum ).
Pengaturan level air dilakukan dengan mengatur Flow Control Valve. Jika level air di dalam drum terlalu rendah, akan menyebabkan terjadinya overheating pada pipa boiler, sedangkan bila level air dalam drum terlalu tinggi, kemungkinan butir-butir air terbawa ke turbine dan akan mengakibatkan kerusakan pada turbine.
secondary dilakukan oleh turbo separator dan plat yang berombak – ombak melakukan tahap drying.Fungsi utama dari alat pemisah ini adalah untuk memindahkan uap dari air boiler dan untuk mengurangi campuran yang terdapat dalam uap sebelum meninggalkan steam drum.
C. Pengambilan Data pada Steam Drum
Pada dasarnya Steam Drum adalah sebuah bejana tertutup. Dalam sistem pengontrolan level, fluida yang terdapat di dalam sebuah bejana tertutup atau steam drum adalah fluida uap dan fluida air tersebut haruslah seimbang. Sehingga banyaknya air pengisi yang masuk ke steam drum harus sebanding dengan banyaknya uap yang meninggalkan drum, supaya level air tetap konstan. Pengontrolan level pada steam drum di boiler power plant termasuk hal yang cukup sulit dilakukan, mengingat karakteristik termodinamika prosesnya (pressure, temperature dan density) yang sangat fluktuatif. Akurasi pengukuran levelnya pun harus sangat diperhatikan, karena level air yang rendah akan membahayakan boiler tubes (downcomers), sebaliknya level air yang terlalu tinggi dapat menyebabkan water carry over menuju steam tubes yang juga membahayakan operasional boiler.
Beberapa parameter fisis yang harus diperhatikan dalam pengukuran level steam drum dengan menggunakan differential pressure transmitter antara lain:
1. Steam drum terdiri dari dua fase campuran antara air dan saturated steam.
2. Rasio densitas air berbanding steam bervariasi tergantung dari pressure dan
temperature. Dimana semakin tinggi pressure dan temperature, rasionya akan semakin rendah. Hal ini dapat di lihat pada saturated steam table.
Differential pressure pada steam drum kemudian dihitung dengan menggunakan persamaan dasar tekanan statis, seperti yang sudah dijelaskan pada sub bab cara mengukur ketinggian level diatas.
P = ρ x g x H (1) atau
P = γ x H
(2)
Secara sederhana, prosesnya saya gambarkan seperti dibawah ini.
Gbr 2. Proses untuk Mengukur Ketinggian Level Steam Drum
Dimana dari gambar diatas :
Ph : Static Pressure pada sisi High Transmitter Pl : Static Pressure pada sisi low Transmitter
Ps : Static Pressure drum pada bagian atas High taping point H1 : Jarak vertical high dengan low tapping point
H2 : Jarak vertical antar low taping point dengan transmitter h : Drum water level
ρ Steam : Berat jenis Uap ρ Water : Berat jenis air
ρ Leg : Berat jenis pada wet leg reference
High
D. Penerapan Metode Hydrostatic Head untuk Pengukuran Ketinggian Level pada Steam Drum
Metode Hydrostatic Head merupakan metode yang digunakan untuk mengukur ketinggian level pada sebuah bejana atau tanki. Seperti yang sudah dijelaskan pada subbab yang sebelumnya, untuk mengukur sebuah bejana terbuka dan bejana tertutup berbeda rumus dan perhitungan. Steam drum adalah sebuah bejana tertutup, sehingga harus menggunakan penurunan dari rumus hydrostatic head. Bisa dilihat pada persaman yang ada pada subbab sebelumnya. Bahwa tekanan yang ada dibawah dipengaruhi oleh tekanan yang di atas (tekanan steam). Setelah persamaan hidrostatik dasar diturunkan maka didapatkan persamaan sebagai berikut :
∆ P
=
H
1
(
ρ uap
−
ρLeg
)+
h
(
ρ air
−
ρ uap
)
(7) Hasil Percobaan Hari Ke-I Minggu Ke-I pada saat daya High (Salah satu data saja yang dihitung, pada prinsipnya perhitungannya sama semua):- Generator MW : 200 MW
- Output DP Transmitter : -17.317 inH2O
- Po : 1981 psig ft3/lb, untuk mengkonversikannya ke satuan massa jenis kita tinggal membalik satuannya yaitu menjadi lb/ft3.
∆ P
=
H
(
ρ uap
−
ρLeg
)+
h
(
ρ air
−
ρ uap
)
Hasil Percobaan Hari Ke-I Minggu Ke-I pada saat daya Low (Salah satu data saja yang dihitung, pada prinsipnya perhitungannya sama semua):
- Generator MW : 135 MW
- Output DP Transmitter : -19.260 inH2O - Po : 1323 psig
I -17.317 1981 442 31.96 33
II -18.100 1981 442 30.76 33
III -18.153 1981 442 30.68 32.8
IV -18.098 1981 442 30.77 31
V -17.148 1981 442 32.25 34
Low
I -24.260 1323 383 21.09 23
II -23.200 1323 383 22.50 24.8
III -23.199 1323 383 22.50 24
IV -21.267 1323 383 25.08 28
V -25.261 1323 383 19.76 22
TABEL IV
I -17.317 1981 442 31.98 32
II -18.100 1981 442 31.79 33
III -18.153 1981 442 30.71 32.3
IV -18.098 1981 442 30.79 31
V -17.148 1981 442 32.25 34
Low
I -24.260 1323 383 21.09 23.3
II -23.200 1323 383 22.50 24.2
III -23.199 1323 383 22.51 23
V -23.261 1323 383 22.42 24
Gbr 3. Grafik Hasil Perbandingan ∆P dan h(High) Minggu Ke I
Gbr 4. Grafik Hasil Perbandingan ∆P dan h(Low) Minggu Ke I 31.98 31.79 30.71 30.79 32.25
Gbr 5. Grafik Hasil Perbandingan ∆P dan h(High) Minggu Ke
II
Gbr 6. Grafik Hasil Perbandingan ∆P dan h(Low) Minggu Ke I
Dalam sebuah boiler steam drum pengukuran atau pengontrolan level fluida di dalam nya sangat diperlukan supaya boiler ini bekerja secara aman dan efisien, dan menghasilkan laju uap yang terus menerus, maka kita haris menjaga supaya Steam drum levelnya tidak terlalu rendah ataupun terlalu tinggi. Jika tidak ada air yang cukup dalam steam drum maka “Water Tube” akan kering dan terbakar karena panas dari api, dan jika terlalu banyak air maka uap yang dihasilkan tidak akan kering sehingga akan bermasalah pada hilirnya. Maka dari perlu dilakukan perhitungan manual untuk mengetahui ketinggian sebenarnya. Kemudian hasil perhitungan tersebut dibandingkan dengan alat ukur yang diletakkan pada steam drum itu sendiri yaitu level glass. Level glass sendiri adalah alat ukur yang sangat akurat dan valid, karena prinsip pengukuran menggunakan level glass adalah menggunakan pengukuran menggunakan bejana berhubungan atau pipa-U.
IV. KESIMPULAN
Adapun kesimpulan yang didapat dalam laporan kerja praktek ini adalah sebagai berikut ;
1. Dengan menggunakan metode Hydrostatic Head dapat menentukan ketinggian level liquid yang terdapat pada boiler steam drum. Ketinggian level pada steam drum ini perlu dikontrol karena apabila ketinggian liquid tersebut tidak seimbang dengan volume uap yang ada didalam maka sistem yang ada di steam drum tidak stabil.
2. Dari data yang peroleh serta data yang perhitungan menggunakan metode Hydrosatic head, semakin tinggi atau besar nilai level yang dihasilkan maka semakin besar pula nilai dari output an Differential Pressure Transmitter (∆P). Sehingga nilai ∆P berbanding lurus dengan nilai ketinggian level liquid (h).
V. DAFTAR PUSTAKA
[1] http://www.ptpjb.com /
[2] Hampel, R., A. Traichel, S. Fleischer, R. Kastner. Water Level In Boiling Water Reactors – Measurement, Modelling, Diagnostic. Elsevier Ltd. 2003.
[3] Bentley, John. 2005. Principles of Meansurement Systems. Pearson Edication Limited:Malaysia.
[3] Moran, Michael J. and Shapiro, Howard N. 2006. Fundamentals of Engineering Thermodynamics, John Wiley & Sons Ltd.:England.
