BAB IV PELAKSANAAN DAN PEMBAHASAN

BAB IV

PELAKSANAAN DAN PEMBAHASAN

4.1 PELAKSANAAN

Kerja praktek dilaksanakan pada tanggal 01 Februari – 28 februari 2017 pada unit boiler PPSDM MIGAS Cepu Kabupaten Blora, Jawa tengah.

4.1.1 Tahapan kegiatan

Berikut merupakan tahapan kegiatan dalam proses pelaksaan kerja praktek di PPSDM Migas Cepu.

1. Pengenalan

Boiler atau ketel uap adalah bejana tertutup pada ujung pangkalnya digunakan untuk memproduksi uap. Dalam perkembangan ketel uap dilengkapi dengan pipa air dan api.

Pada pipa api fluida mengalir dalam pipa adalah gas hasil nyata hasil pembakaran yang membawa energi panas yang segera mentransfer ke air ketel melalui bidang pemanas (heating surface) sedangkan pipa air fluida mengalir dalam pipa, energi panas ditransfer pada luar pipa.

2. Pengamatan

Pengamatan dilakukan untuk mengetahui, spesifikasi boiler, proses kerja boiler, unit pendukung boiler, hasil steam yang terbentuk dan kebutuhan steam boiler yang digunakan di PPSDM MIGAS Cepu

3. Pemeriksaan

Pemeriksaan dilakukan untuk mengetahui mengecek kondisi boiler tiap harinya, meliputi : tekanan & temperatur uap boiler, tekanan & temperatur bahan bakar, tekanan

& suhu air feed water dari Dearator.

4. Pengukuran

Pengukuran yang dilakukan untuk memenuhi data yang masih kurang seperti diameter, panjang & ketebalan superheater tube.

5. Proses Analisis data

Proses analisa data dilakukan dengan cara memperoses data yang telah diperoleh dari hasil pengamatan, pemeriksaan & pengukuran yang dibutuhkan untuk menghitung besarnya tegangan von misses dan juga menentukan tegangan yang diizinkan pada pipa superheater tube boiler wanson.

6. Faktor-Faktor Pendukung

1. Pembimbing lapangan boiler selalu membimbing dalam melakukan analisis, penyediaan data-data dan menjelasakan proses-proses yang berlangsung pada boiler Wanson.

2. Kelengkapan referensi yang disediakan di perpustakaan PPSDM MIGAS.

3. Kelengkapan alat-alat yang dibutuhkan untuk melakukan pengukuran dan pengujian.

7. Faktor-Faktor Penghambat

1. Banyaknya waktu yang terbuang dalam melakukan analisa karena menunda- nunda waktu.

2. Ketersediaan alat-alat pengukuran mekanik yang tersedia pada unit boiler, sehingga harus meminjamannya dahulu di lab mekanik PPSDM MIGAS Cepu.

4.1.2 Data lapangan

1. Spesifikasi kerja Boiler

Tabel 4.1 Spesifikasi boiler wanson PPSDM MIGAS Cepu

Tipe  boiler fire tube 

Tekanan maksimal  980665 Pa 

Kapasitas maksimum  6,6 ton/jam 

Temperatur internal 

maksimal  190^oC 

Tabel 4.2 Operasi harian boiler wanson PPSDM MIGAS Cepu

Tipe  boiler fire tube 

Tekanan operasi  196133 Pa 

Kapasitas Steam  3 ton/jam 

Temperatur Steam  140^oC 

2. Spesifikasi Superheater Tube

Gambar 4.1 Diameter luar superheater tube boiler wanson (Sumber: unit boiler PPSDM MIGAS Cepu)

Dari Gambar 4.1 diatas didapatkan diameter luar 70,21 mm – 28 mm = 42,21 mm, untuk ketebalan superheater tube diperoleh dari pemeriksaan yang dilakukan

PPSDM MIGAS Cepu sebesar 3,1 mm, sehingga didapatkan Diameter dalam sebesar 39,1 mm.

Tabel 4.3 Dimensi superheater tube boiler wanson

Jumlah 20

Diameter Dalam 39,1 mm

Diameter Luar 42,2 mm

Tebal 3,1 mm

Panjang 3000 mm

Bahan SA 106 Grade B

3. Pengamatan harian unit pendukung Boiler

Tabel 4.4 Pengamatan harian boiler, bahan bakar, dan dearator

Boiler  Bahan bakar  Dearator 

Tanggal  Tekanan 

uap  Temp. uap  Tekanan 

pasok  Temperatur  Tekanan 

air  Temp. air    (Kgf/cm²)  ^oC  (Kgf/cm²)  ^oC  (Kgf/cm²)  ^oC 

06/02/2017  2  130  11  60  0,1  60 

07/02/2017  3  140  12  60  0,1  60 

08/02/2017  2  140  12  60  0,1  60 

09/02/2017  2  140  12  60  0,1  60 

10/02/2017  2  140  12  60  0,1  60 

11/02/2017  3  140  10  60  0,1  60 

12/02/2017  3  140  10  60  0,1  60 

13/02/2017  2  140  10  60  0,1  60 

14/02/2017  3  140  10  60  0,1  60 

15/02/2017  3  140  10  60  0,1  60 

16/02/2017  2  140  9  60  0,1  60 

4.2 ANALISIS DATA

4.2.1 Analisis tegangan pada tube superheater

Sistem perpipaan (tube) pada instalasi ketel sebagai transportasi aliran fluida, karena itu desain sistem struktur tube harus diperhatikan. Tegangan yang bekerja pada pipa yang mengalami tekanan dalam (internal pressure) meliputi tegangan melingkar (circumferential atau hoop stress), tegangan radial (radial stress) dan tegangan memanjang (longitudinal stress).

Superheater tube yang berada pada boiler wanson termasuk dinding tebal (thick wall) ; dengan syarat ri/t ≤20

a. Tegangan Tangensial (Hoop Stress)

Menggunakan Persamaan 3.12 untuk menghitung tegangan tangensial pada superheater tube sebagai berikut :

1

Dari rumus diatas dapat kita hitung tegangan tangensial pada superheater tube dengan data yang diperoleh dari Tabel 4.1 & 4.3 :

980665 x 0,01955

0,0211 0,01955 1 0,0211 0,01955 980665 3,822 10

4,4521 10 3,822 10 1 4,4521 10 3,822 10 3748101,63

0,63 1 1,165 5949376 2,165

12880381 Pa

12880 KPa 12,88 MPa

Dari perhitungan diatas didapatkan tegangan tangensial sebesar 12,88 MPa

b. Tegangan Radial

Menggunakan Persamaan 3.11 untuk menghitung besarnya tegangan radial pada superheater tube :

1

Dari rumus diatas dapat kita hitung tegangan radial pada superheater tube dengan data yang diperoleh dari Tabel 4.1 & 4.3;

980665 x 0,01955

0,0211 0,01955 1 0,0211 0,01955 980665 3,822 10

4,4521 10 3,822 10 1 4,4521 10 3,822 10 3748101,63

0,63 1 1,165 5949376 0,165 981647,04 Pa

982 KPa 0,982 MPa

Dari perhitungan diatas didapatkan tegangan radial sebesar 0,982 MPa

c. Tegangan Longitudinal

Menggunakan Persamaan 3.10 untuk menghitung besarNya tegangan longitudinal pada superheater tube ;

Dari rumus diatas dapat kita hitung tegangan longitudinal pada superheater tube dengan data yang diperoleh dari Tabel 4.1 & 4.3, namun terlebih dahulu kita tentukan besarnya gaya axial yang bekerja pada superheater tube akibat laju aliran yang timbulkan oleh steam dengan Persamaan 3.1.

980665 (3,14 x 19,55² x 10^-6) 980665 1200.12 x 10^-6 1176,9 N

Menghitung besarnya tegangan longitudinal akibat gaya axial dengan Persamaan 3.2 :

1176,9

3,144 39,1 42,2 10

1176,9 197,84 10

5948746 Pa 5949 Kpa

Menghitung besarnya tegangan longitudinal akibat tekanan dalam pipa dengan Persamaan 3.4 :

4

980665 x 42,2 x 10 4 3,1 10

3337424,435 Pa 3337,4 KPa

Menghitung tegangan logitudinal akibat momen lentur dengan Persamaan 3.7.

Namun terlebih dahulu menghitung massa steam tiap detiknya, didapatkan dari Tabel 4.1 bahwa massa steam perjamnya adalah 6600 kg, sehingga untuk setiap 1 detik massa steam sebesar 6600/3600 =1,833 kg, sehingga didapatkan load (w) sebesar 1,833 x 9.8

= 17,96 N

. /12 4

17,96 3 /12 3,14

4 21,1 10 21,1 10 19,55 10 13,47

1,94 10

6943299 Pa = 6943,3 KPa

Didapatkan tegangan longitudinal pada superheater tube sebesar :

5949 3337 6943,3 16229,3 KPa = 16,23 MPa

Dari perhitungan diatas didapatkan tegangan longitudinal sebesar 16,23 MPa

4.2.2 Prediksi peluluhan pertama pada superheater tube dengan Tegangan Von Mises

Kriteria von mises menyatakan bahwa peluluhan pertama kali terjadi bila energy regangan maksimum terjadi pada sistem tegangan komplek sama dengan tegangan maksimal (kekuatan luluh σ_y).

Sehingga tegangan von mises harus lebih kecil dari tegangan luluh (σy), σ_vm < σy, Bila σ_vm ≥ σ_y maka telah terjadi peluluhan pada material superheated tube.

a. Mencari Tegangan Luluh (σy)

Diketahui bahan yang digunakan pada superheater tube boiler wanson adalah SA 106 Grade B. Berdasarkan Tabel 3.2 di dapatkan tegangan luluh (σ_y) Bahan SA 106 Grade B pada temperatur tekan 1000^oF adalah sebesar 2500 Psi atau sebesar 17,24 MPa(1 Psi

= 0,00689MPa).

b. Mencari Tegangan Von Mises (σ_vm)

Tengangan von mises dapat dihitung dengan persamaan 3.13 dibawah ini;

2σ_vm² = (σ₁ – σ₂)² + (σ₂ – σ₃)² + (σ₃ – σ₁)²

Dari rumus diatas dapat kita hitung tegangan von mises pada superheater tube dengan menghubungkan ketiga sumber tegangan utama, pada sumbu x, y, z seperti pada Gambar 3.3, sehingga nilai σ₁ = σH, σ₂ = σR, σ₂ = σL. Data yang diperoleh dari perhitungan tegangan sebelumnya, yakni :

σy = 17,24 MPa σ₂ = 0,982 MPa

σ₁ = 12,88 MPa σ₃ = 16,23 MPa

maka ;

2

2 12,88 0,982 0,982 16,23 16,23 12,88

2 11,898 15,248 3,35

2 141,56 232,5 11,22

385,26 2 13,88 MPa

Dari perhitungan diatas didapatkan tegangan von mises sebesar 13,88 MPa Sehingga diketahui bahwa tegangan von mises superheater tube boiler wanson lebih kecil dari pada tegangan luluhnya, yakni;

σvm < σy ; 13,88 MPa < 17,24 MPa

Dari data diatas dapat disimpulkan tekanan maksimum dari steam boiler wanson yang terjadi dalam pipa superheater tube yakni 980665 Pa, masih dalam batas aman dan tidak menyebabkan peluluhan pada superheater tube saat ini.

4.2.3 Analisis tekanan yang diizinkan pada superheater tube

Perhitungan tekanan internal dilakukan untuk mengetahui tekanan maksimum yang diizinkan terhadap ketebalan suatu pipa berdasarkan persamaan berikut :

Dimana:

Y = 0,4 karena t < d/6, berdasarkan Tabel 3.3 Nilai koefisien Y

Eq = Ec Ej Es = 1.0 x 0,6 x 0,92 = 0,552 . Faktor kualitas (Eq) adalah produk dari faktor kualitas pencetakan Ec, faktor kualitas join Ej, dan faktor kualitas grade struktur Es ketika pengaplikasian. Hasil dari Ec pada rentangan 0,85 sampai 1,0 dan berdasar pada metode pengujian kualitas pencetakan (Tabel 3.4 Faktor Kualitas Cetak, Ec). hasil dari Ej mempunyai rentangan 0,6-1,0 (Tabel 3.5 Faktor kualitas sambungan, Ej) dan berdasar pada tipe weld joint. Hasil dari Es diasumsikan 0,92. Ec melalui uji type 1 dan 3. Ej type joint furnance butt weld.

A = mechanical + corrosion + erosion allowances -> 0,02 inch = 0,508 mm S = Tegangan yang diizinkan pada temperatur desain (tabel 3.2), dengan bahan SA 106 grade B pada suhu 1000^oF didapatkan S sebesar 2500 Psi atau dikaonversikan menjadi 17,24 MPa (1 Psi = 0,00689 MPa)

4.2.4 Tekanan yang diizinkan pada pipa superheater tube

Dengan data yang diperoleh dari Tabel 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 4.1, & 4.3, dapat dihitung persamaan dibawah ini :

3,1 10 42,2 10

2 17,24 0,552 0,4 0,508 10 3,1 10 42,2 10

2 9,52 0,4 0,508 10 3,1 10 0,508 10 42,2 10

19 0,8 2,592 10 42,2 10

19 0,8

42,2 10 2,592 10 19 0,8 42,2 10 49,248 10 2,07 10 40,13 10 49,248 10

1,227 MPa = 1227000 Pa

Dari perhitungan diatas didapatkan tekanan maksimum yang diijinkan untuk superheater tube SA 106 grade B dengan ketebalan 3,1 mm adalah sebesar 1227000 Pa, yaitu 1,25x dari tekanan maksimum yang diizinkan pada boiler wanson (980665 Pa), hal ini merupakan jarak aman dari superheater tube yang rentan dari pada korosi dan kerak yang mengikis ketebalan pipa, tekanan temperatur yang tinggi (long term overheating), dan lain sebagainya.

4.3 KEBERMANFAATAN HASIL ANALISIS DATA

Pada analisis perhitungan mengenai tegangan dan tekanan maksimum yang bekerja pada superheater tube kita dapat mengetahui besaran tegangan dan tekanan maksimum.

Hasil perhitungan ini dapat menjadi informasi & spesifikasi superheater tube apabila diperlukan kedepanya dalam analisis yang memerlukan informasi mengenai tegangan dan tekanan maksimum yang bekerja pada superheater tube boiler wanson dengan material SA 106 grade B.

Hasil perhitungan mengenai tegangan pada superheater tube meliputi, tegangan tangensial, tegangan radial, tegangan longitudinal & tegangan von mises. Dari hasil perhitungan tegangan tersebut kita dapat memprediksi keluluhan yang terjadi pertama kali pada pipa, keluluhan inilah yang menjadi bibit timbulnya kegagalan pada superheater tube.

Hasil perhitungan mengenai tekanan yang diizinkan pada superheater tube, didapatkan nilai tekanan maksimum yang dapat ditoleransi oleh material, apabila dalam pengoperasian, tekanan yang terjadi pada superheter tube melewati tekanan izin maka pipa dapat mengalami kegagalan. Data hasil perhitungan tekanan yang diizinkan dapat menjadi informasi dalam analisis kegagalan pada superheater tube agar tidak mengulangi kegagalan yang sama.