EVALUASI PEFORMANCE HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR (B-9203 C)
Laporan Kerja Praktek PT. PERTA ARUN GAS
Disusun oleh:
Faisal Moulana 200130167
JURUSAN TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MALIKUSSALEH
2023
LEMBAR PENGESAHAN KERJA PRAKTEK PT PERTA ARUN GAS LHOKSEUMAWE – ACEH
8 Agustus - 8 september 2023
Mengetahui,
Pembimbing Kerja Praktik,
Prof. Dr. M. Sayuti, ST.,M.Sc., IPM NIP. 197208302002121001
LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN KERJA PRAKTEK
PT PERTA ARUN GAS LHOKSEUMAWE – ACEH
EVALUASI PEFORMANCE HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR (B-9203 C)
Disusun Oleh:
Faisal Moulana 200130167
Disusun untuk melengkapi prasyarat menjadi Sarjana Teknik pada program studi Teknik Industri Fakultas Teknik Universitas Malikussaleh dan telah disetujui
dan diajukan dalam Presentasi Kerja Praktik.
Telah disahkan dan disetujui pada:
Lhokseumawe, September 2023 Mengetahui,
Koordinator Kerja Praktik
Suratno NIP. 69030060
Menyetujui, Pembimbing Departemen
Prof. Dr. M. Sayuti. ST., Sc., IPM.
NIP. 197208302002121001
i
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkat dan karunia-Nya yang luar biasa, saya dapat menyelesaikan Kerja Praktik ini dengan baik dan lancar, serta dapat menyelesaikan Laporan Kerja Praktik dengan judul “EVALUASI PEFORMANCE HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR
(B-9203 C)” di PT Perta Arun Gas dengan tepat, sebagai salah satu syarat mencapai gelar Sarjana Teknik di Teknik Industri Fakultas Teknik Universitas Malikussaleh.
Dalam penyusunan laporan ini, penulis telah mendapatkan banyak bantuan, bimbingan, dan petunjuk dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin mengucapkan rasa terima kasih sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Sayuti, ST., MT., IPM selaku Dosen Pembimbing kerja praktik ini yang selalu memberikan nasihat dan saran-saran yang bermanfaat bagi kelancaran kerja praktik.
2. Kedua orang tua atas kasih, pengorbanan, dan doa yang tiada henti diberikan kepada penulis serta kakak dan adik penulis yang selalu memberikan doa dan dukungan selama melaksanakan kerja praktik.
3. Bapak Hanif selaku pembimbing yang telah membantu membimbing dengan memberikan pengarahan dan saran berupa ilmu-ilmu baru yang sangat bermanfaat selama kerja praktik berlangsung.
4. Ibu Wiwik yang telah membantu mengurus berkas-berkas dan mengarahkan selama melaksanakan kerja praktek.
5. Seluruh Tim PT. Perta Arun Gas atas waktu dan bantuannya selama kerja praktik berlangsung.
Terima kasih atas dukungan dan bantuan yang telah diberikan di setiap kesempatan. Semoga laporan ini dapat memberikan manfaat bagi dunia pendidikan, ilmu pengetahuan, dan bagi pembaca yang sedang mempelajari proses produksi pada industry minyak dan gas.
Penulis menyadari bahwa laporan Praktek Kerja Lapangan ini masih banyak kekurangan, maka dari itu kritikan dan saran yang sifatnya membangun sangat diharapkan dari semua pihak demi kesempurnaan laporan ini di masa datang. Semoga Praktek Kerja Lapangan ini dapat bermanfaat bagi penulis khususnya pada pembaca.
Amin.
Lhokseumawe, 12 September 2023 Penulis,
Faisal Moulana NPM.200130167
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
DAFTAR ISI... iii
DAFTAR GAMBAR ... v
DAFTAR TABEL ... vi
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan ... 2
1.4 Manfaat ... 3
BAB II LANDASAN TEORI ... 4
2.1 HRSG (Heat Recovery Steam Generator) ... 4
2.1.1 Ruang Pengalihan (Diverter) ... 5
2.1.2 Ruang Bakar (Burner) ... 6
2.1.3 Boiler (Ketel Uap) ... 6
2.1.4 Economizer (Pemanas Awal) ... 7
2.1.5 Steam Drum ... 8
2.2 Steam ... 8
2.2.1 Jenis-jenis Steam ... 9
2.3 Boiler Feed Water (BFW) ... 9
2.4 Economizer ... 9
2.5 Keuntungan Economizer ... 11
2.6 Keterpasangam Peralatan Pada Economizer ... 11
2.7 Neraca Energi ... 12
2.8 Uraian Proses ... 14
2.9 Flowsheet Unit ... 15
BAB III METODOLOGI ... 16
3.1 Tempat Pengamatan ... 16
iv
3.3 Indikator Kinerja ... 17
3.4 Rancangan Perhitungan ... 17
3.4.1 Blok Diagram Batasan Sistem ... 17
BAB IV TUGAS KHUSUS ... 20
4.1 Data Pengamatan ... 20
4.2 Data Hasil Perhitungan ... 21
4.3 Pembahasan ... 21
4.3.1 Efisiensi Boiler ... 21
4.3.2 Efisiensi Economizer ... 22
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 23
Kesimpulan ... 23
Saran ... 23
LAMPIRAN I ... 24
1. Perhitungan Laju Alir Massa Gas Buang (mTEG) ... 24
2. Blok diagram dan persamaan neraca energi ... 27
3. Neraca Energi ... 28
4. Menghitung besarnya panas sensibel dan laten pada boiler ... 29
5. Menghitung besar panas sensibel pada economizer ... 31
6. Perhitungan Efisiensi ... 32
LAMPIRAN II ... 33
PENDEKATAN STRUKTUR DAN FUNGSIONAL... 33
LAMPIRAN II FLOWSHEET ... 34
L.2 Batasan sistem ... 34
L.2.1 Flow Sheet ... 35
LAMPIRAN III PROSEDUR KERJA DAN PERALATAN PROSES ... 37
L.3 Prosedur Start Up ... 37
3.1 Prosedur Shutdown ... 38
LAMPIRAN IV DATA PENGAMATAN DAN PENDUKUNG PERHITUNGAN40 L.4. Data pengamatan ... 40
L.4.1 Pendukung Perhitungan ... 44
DAFTAR PUSTAKA ... 56
DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 HRSG (heat recovery steam generator) ... 4
Gambar 2. 2 Diverter (ruang pengalihan) ... 5
Gambar 2. 3 Burner ... 6
Gambar 2. 4 Boiler ... 7
Gambar 2. 5 Economizer ... 8
Gambar 2. 6 Steam Drum ... 8
Gambar 2. 7 Konstruksi Penampang Economizer ... 11
Gambar 2. 8 Flow Sheet Unit B9203 C ... 15
Gambar L. 1 Data Kapasitas Panas (Cp). ... 56
Gambar L. 2 Logsheet HRSG C (B-9203 C). ... 67
DAFTAR TABEL
Table 3.1 Data Spesifikasi Alat ... 27
Table 4.1 Data Penagamatan. ... 31
Table L.5. 1 Data Kondiai operasi Turbine Exhaust Gas (TEG) ... 40
Table L.5. 2 Data Analisis Komponen Flue gas ... 40
Table L.5. 3 Data Operasi Fuel Gas ... 41
Table L.5. 4 Data Operasi Komposisi Fuel Gas ... 41
Table L.5. 5 Data Kondisi Operasi Boiler Feed Water (BFW) dan Steam ... 42
Table L.5. 6 Data Kapasitas Panas (Cp) Komponen Fuel Gas ... 43
Table L.5. 7 Data analisis fuel gas lab ... 44
Table L.5. 8 Tabel Tekanan Kritis dan Temperatur Kritis ... 48
Table L.5. 9 Steam Table ... 52
Table L.5. 10 Data Desain ... 54
Table L.5. 11 Tabel Properties Water Cp ... 55
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
PT Perta Arun Gas adalah perusahaan yang bergerak di bidang Regasifikasi. Saat ini PT Perta Arun Gas merupakan satu – satunya Perusahaan yang mempunyai fasilitas Regasifikasi di wilayah Aceh dan Sumatera Bagian Utara, dimana lokasi geografis Perusahaan sangat strategis karena mempunyai jalur transportasi laut yang dapat dengan mudah menerima dan menyalurkan pasokan LNG serta didukung oleh fasilitas dermaga yang sangat memadai. Sebagaimana diketahui, pembangunan Arun LNG Receiving &
Regasification Terminal merupakan salah satu proyek infrastruktur nasional yang terintegrasi dengan pembangunan jaringan pipa Arun – Belawan dalam rangka mengembangkan ekonomi di wilayah Aceh dan Sumatera Utara.
PT Perta Arun Gas memanfaatkan Infrastruktur eks PT Arun NGL yang telah berumur lebih dari 40 tahun dan kurang dirawat untuk menunjang tugas operasional baik regasifikasi maupun treating gas di Lhokseumawe. Produk yang dihasilkan dari operasional (infrastruktur yang dioperasikan) PT Perta Arun Gas sangat membantu industri di Propinsi Aceh serta regasifikasi bagi PT PLN serta industri di Medan dan sekitarnya Didirikan pada tanggal 18 Maret 2013, PT Perta Arun Gas memenuhi ketentuan No. 22 tanggal 18 Maret 2013 dengan kegiatan usaha Receiving dan Regasification Terminal, penerimaan dan proses pembentukan gas kembali, serta penjualan produksi dan gas bumi hasil kegiatan usaha tersebut, serta menyelenggarakan kegiatan usaha penunjang lain yang secara langsung maupun tidak langsung menunjang kegiatan usaha tersebut. Selain itu, dukungan penuh dari PT Pertamina (Persero) selaku korporasi dan PT Pertamina Gas selaku induk Perusahaan, dapat meningkatkan daya saing Perusahaan baik di nasional maupun internasional.
Unit-92 (Heat Recovery Generator) merupakan unit yang berfungsi untuk menyediakan steam bagi kebutuhan proses pemanasan yang digunakan pada alat penukar panas (Heat Exchanger) yang berada di area pabrik. Adapun alat yang membantu beban pekerjaan dari Boiler tersebut, yaitu Economizer sebagai pemanasan awal Boiler Feed Water (BFW) untuk dijadikan steam.
Kuantitas steam yang diproduksi di unit 92 (Heat Recovery Generator) tergantung kepada permintaan steam yang digunakan pada alat penukar panas (Heat Exchanger).
Selain itu, faktor Blowdown juga berpengaruh terhadap kuantitas steam yang dibutuhkan.
Karena semakin banyak blow down yang terjadi maka semakin besar pula Boiler feed water (BFW) yang terbuang sehingga perlu adanya make-up BFW.
Dalam memproduksi steam di Unit 92 (Heat Recovery Generator), peran Boiler sangat berpengaruh terhadap steam yang dihasilkan. Tetapi, peran Economizer juga sangat penting untuk diperhatikan. Karena dengan adanya alat Economizer tersebut dapat meningkatkan efisiensi kinerja Boiler dengan terjadinya pemanasan awal yang memanfaatkan panas flue gas (gas buang) yang berasal dari Boiler. Sehingga Boiler tidak memerlukan energi yang berlebih untuk memanaskan air hingga berubah menjadi uap (steam).
Dalam pekerjaan yang dilakukan oleh unit-92 HRSG terdapat juga kendala- kendala yang dapat terjadi. Hal ini dapat dikarenakan kurangnya efisiensi dari pada alat itu sendiri seperti pada boiler dimana terdapat tube-tube yang sudah di plug. Secara otomatis pada kondisi seperti ini dapat mempengaruhi kinerja unit untuk memproduksi steam. Sama halnya dengan economizer, tube-tube yang sudah di plug juga sangat bepengaruh terdapat kinerja dari alat tersebut dalam memberikan pemanasan awal terhadap air umpan boiler.
Berdasarkan hal tersebut perlu adanya pengkajian terhadap peralatan heat recovery steam generator (B-9203 C) dalam mempenuhi steam bagi pabrik.
1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah yang ditinjau dalam tugas kerja praktek ini antara lain:
a. Bagaimana efisiensi kinerja dari boiler?
b. Bagaimana efisiensi kinerja dari economizer?
1.3 Tujuan
a. Menghitung efisiensi kinerja boiler b. Menghitung efisiensi kinerja economizer
1.4 Manfaat
Sebagai landasan ilmu terapan dalam pendidikan untuk perkembangan ilmu pengetahuan dibidang pengolahan gas alam serta mengevaluasi sistem yang lebih efisien dalam menghasilkan steam.
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 HRSG (Heat Recovery Steam Generator)
Heat recovey steam generator adalah suatu unit pada plant PT. Perta Arun Gas yang merupakan unit pembangkit steam yang berjenis ketel uap yang memanfaatkan energi panas panas sisa buangan gas turbin sebagai pembangkit. Berfungsi untuk memanaskan air dengan panas buang dari turbin Generator yang memperoduksikan steam yang bertekanan. Perpindahan panas dari api (Fuel Gas) ke air di dalam pipa-pipa Boiler terjadi secara konduksi. Akibat pemanasan selain temperatur naik hingga mendidih juga terjadi sirkulasi air secara alami, yakni dari drum turun melalui downcomer ke header bawah dan naik kembali kedrum melalui pipa-pipa riser. Adanya sirkulasi ini sangat diperlukan agar terjadipendinginan terhadap pipa-pipa pemanas dan mempercepat proses perpindahan panas. Kecepatan sirkulasi akan berpengaruh terhadap produksi uap dan kenaikan tekanan serta temperaturnya. Panas buang turbin gas mengalir memanasi peralatan HRSG untuk menghasilkan panas bagi boiler dan economizer (Rizky,2021)
Gambar 2.1 HRSG (Heat Recovery Steam Generator) (Sumber: Control Room Operating HRSG)
Pada prinsipnya, antara HRSG dan Boiler adalah sama, yaitu suatu peralatan yang digunakan untuk mengubah air menjadi uap dengan bantuan panas, yang sangat mendasar dalam perbedaan ini adalah sumber panas yang digunakan untuk membangkitkan uap.
Energi panas yang terkandung didalam gas buang atau exhaust turbin. Gas yang temperaturnya masih cukup tinggi (sekitar 500 °C) dialirkan masuk kedalam HRSG untuk memanaskan air di dalam pipa pipa pemanas,selanjutnya keluar ke cerobong dengan temperatur sekitar 150°C. Air didalam pipa-pipa pemanas yang berasal dari drum mendapat pemanasan dari Gas panas tersebut, sebagian besar akan berubah menjadi uap dan yang lain masih berbentuk air. Campuran air dan uap ini selanjutnya masuk kembali kedalam drum. Proses kerja HRSG ini adalah dengan memanfaatkan energi panas dari exhaust. Gas buang pada turbin (PG-9001A,C,E,G dan H) sehingga dapat menghemat pemakaian Fuel Gas di HRSG. Air yang masuk (boiled feed water) dialirkan melalui pipa-pipa menuju economizer sebagai pemanasan awal, kemudian dialirkan menuju steam drum, dimana uap panas yang ringan naik keatas dan yang berat akan turun menuju mud drum melalui tube-tube dan mendapatkan panas dari Fuel Gas maupun burner. Air yang telah menjadi steam akan kembali naik menuju steam drum dan akan dikirim ke pemakai. HRSG terdiri dari beberapa bagian yaitu:
2.1.1 Ruang Pengalihan (Diverter)
Diverter berfungsi untuk mengalihkan gas buang turbin apakah gas buang tersebut digunakan sebagi pemanas atau tidak. Pengalihan ini dapat diatur secara otomatis atau manual. Pada diverter terdapat MOV (Motor Operated Valve) yang berfungsi untuk menggerakkan katup (damper) dan juga Thermocouple Element (TE) untuk mendeteksi temperatur gas buang turbin yang akan masuk ke diverter.
Gambar 2.2 Ruang Pengalihan (Diverter) (Sumber: Control Room Operating HRSG)
2.1.2 Ruang Bakar (Burner)
Burner merupakan penghasil api yang ikut dalam memanaskan air di Boiler, sebagai tambahan panas Boiler bila produksi uap panas yang di inginkan lebih banyak.
Pada ruang bakar ini terdapat 4 (empat) tingkat api pembakar yang masing-masing memiliki sensor Thermocouple Element (TE) untuk mendeteksi besar kecil nya api.
Gambar 2. 3 Ruang Bakar (Burner) (Sumber: Control Room Operating HRSG)
2.1.3 Boiler (Ketel Uap)
Boiler merupakan alat yang digunakan untuk mmenghasilkan uap/steam untuk berbagai keperluan. Jenis air dan uap air sangat dipengaruhi oleh tingkat efisiensi boiler itu sendiri. Pada mesin Boiler, jenis air yang digunakan harus dihilangkan kesadahannya terlebih dahulu untuk menghilangkan kadar Ca dan Mg dari air yang digunakan, sehingga proses penggunaan untuk dijadikan uap air dapat dimaksimalkan dengan sebaik-baiknya.
Boiler terdiri dari pipa tahan panas yang digunakan untuk memanaskan air untuk menghasilkan steam (uap). Pada boiler juga terdapat sensor yaitu Thermocouple element (TE) yang mendeteksi panas air yang masuk ke boiler. Sistem ini merupakan close circulation. Sisi proses Boiler terdiri dari dua drum, yaitu upper mud drum (drum atas) dan lower mud drum (drum bawah), dimana air mengalir drum bawah ke drum atas dan kemudian ke steam drum menghasilkan steam product sedangkan air yang belum menjadi steam akan turun kembali ke drum bawah (lower mud drum). Boiler diklasifikasikan sebagai berikut:
Berdasarkan fluida yang mengalir dalam pipa, maka Boiler diklasifikasikan menjadi:
a) Boiler pipa api (fire tube boiler) Boiler jenis ini pada bagian tubenya dialiri dengan gas pembakaran dan bagian lainya yaitu Shell dialiri air yang akan diuapkan. Tube- tubenya langsung didinginkan oleh air yang melindunginya. Jumlah panas dari boiler tergantung dari jumlah laluan horizontal dari gas pembakaran diantara furnace dan pipa-pipa api. Laluan gas pembakaran pada furnace dihitung sebagai pass pertama.
Boiler jenis ini banyak dipakai untuk industri pengolahan skala kecil maupun skala menengah.
b) Boiler pipa air (Water tube Boiler) Boiler jenis ini banyak dipakai untuk kebutuhan uap skala besar. Prinsip kerja dari Boiler pipa air berkebalikan dengan Boiler pipa api, Gas pembakaran dari furnace dilewatkan ke pipa-pipa yang berisi air yang akan diuapkan (Arza, R. 2016).
Gambar 2. 4 Boiler
(Sumber: Control Room Operating HRSG)
2.1.4 Economizer (Pemanas Awal)
Fungsi economizer pada Boiler adalah adalah untuk memanaskan air pengisi Boiler dengan memanfaatkan panas dari gas sisa pembakaran di dalam boiler. Dengan meningkatnya temperatur air pengisi air boiler maka efisiensi boiler juga akan meningkat, Economizer sebagai tempat pemanasan awal agar air yang disalurkan ke steam drum tidak terlalu lama dipanaskan. Fungsi lainya yaitu menghemat pemakaian bahan bakar pada burner. Economizer menyerap panas dari gas buang (flue gas) untuk
meningkatkan temperatur air umpan hanya sampai di bawah temperatur saturated.
Kemudian air tersebut dikirim menuju steam drum dan boiler. Pada economizer juga terdapat thermocouple element yang mendeteksi temperatur air yang akan masuk dan yang keluar pada economizer.
Gambar 2. 5 Economizer
(Sumber: Control Room Operating HRSG)
2.1.5 Steam Drum
Steam drum berfungsi sebagai reservoir campuran air dan uap air, dan juga memisahkan uap air dengan air pada proses pembentukan uap. Fungsi lain dari steam drum adalah sebagai tempat injeksi baha kimia, dan sistem Blowdown
Konstruksi dari steam drum dapat dilihat pada gambar 2.6.
Gambar 2.6 Steam Drum (Sumber:Flowsheet Operating HRSG)
2.2 Steam
Steam adalah satu bentuk energi berbentuk gas yang berasal dari hasil pemanasan air hingga merubah air menjadi uap, dalam proses industri biasanya steam
itu berfungsi sebagai pemanas bagi unit-unit pemakai. Steam dapat dibagi menjadi 2 jenis:
2.2.1 Jenis-jenis Steam a. Steam Saturated
Saturated steam (uap jenuh) adalah sebuah kondisi dimana uap air berada pada ekuilibrium tekanan dan temperatur yang sama dengan air fase cair (liquid)
b. Steam Superheated
Steam superheated adalah (uap kering) adalah sebuah kondisi diamana uap panas lanjut adalah air yang benar-benar berfase gas (D.Q Kern. 1965).
2.3 Boiler Feed Water (BFW)
BFW (Boiler Feed Water) merupakan air yang dibutuhkan untuk feed dari ketel yang akan diolah menjadi steam (uap air) didalam ketel. Air umpan ketel dapat berupa air supply seluruhnya yang diolah untuk dihilangkan kesadahannya untuk memastikan agar boiler tidak terbentuk scale atau kerak yang dapat merusak alat dan juga dapat menurunkan efisiensi dari alat itu sendiri.
Pada umumnya air umpan ketel berasal dari filtrasi pada treatment awal yang di treatment lagi melewati softener untuk dihilangkan kesadahannya, lalu lewat deaerator air digunakan sebagai air umpan ketel. Air umpan ketel diproses didalam ketel dengan panas yang tinggi diubah menjadi steam (uap air).
Sebelum masuk kedalam ketel, air umpan ketel harus betul betul memenuhi spesifikasi yang diizinkan untuk menjaga faktor keamanan dan untuk ekonomi.
2.4 Economizer
Economizer adalah alat pemindah panas berbentuk tubular yang digunakan untuk memanaskan air umpan boiler sebelum masuk ke steam drum. Istilah economizer diambil dari kegunaan alat tersebut, yaitu untuk menghemat (to economize) penggunaan bahan bakar dengan mengambil panas (recovery) gas buang sebelum dibuang ke atmosfer.
sebuah economizer dapat dipakai untuk memanfaatkan panas gas buang untuk pemanasan awal air umpan boiler. Setiap penurunan 220°C suhu gas buang melalui economizer atau pemanas awal terdapat 1% penghematan bahan bakar dalam boiler.
Setiap kenaikan 60°C suhu air umpan melalui economizer atau kenaikan 200°C suhu udara pembakaran melalui pemanas awal udara, terdapat 1% penghematan bahan bakar dalam boiler.
Kinerja economizer ditentukan oleh fluida yang mempunyai koefisien perpindahan panas yang rendah yaitu gas. Kecepatan perpindahan panas dapat ditingkatkan dengan cara meningkatkan koefisien perpindahan panas total dengan cara mengatur susunan tubing/properti fin dan meningkatkan luas kontak perpindahan panas.
Respon yang dihasilkan oleh economizer adalah efektifitas perpindahan panas dan biaya operasi.
Efektifitas perpindahan panas adalah besarnya energi yang dapat terambil dari total jumlah energi yang dapat diserap. Semakin besar efisiensi perpindahan panas pada economizer, maka panas gas sisa yang terambil akan semakin banyak. Semakin besar efektivitas perpindahan panas yang terjadi, maka alat tersebut semakin efisien.
Biaya operasi economizer ditentukan oleh tenaga fan dan pompa. Fan digunakan untuk mengalirkan udara pembakaran ke boiler melalui economizer. Semakin banyak loop dan semakin rumit susunan tubing pada economizer maka tenaga fan yang dibutuhkan semakin besar. Pompa digunakan untuk mengalirkan air umpan boiler ke economizer. Semakin panjang dan semakin banyak loop pada economizer, maka tenaga pompa yang dibutuhkan semakin besar.
Respon yang optimum diperoleh menggunakan perancangan faktor yang mempengaruhi kinerja economizer sebagai berikut:
a. Diameter luar tubing, yaitu besarnya diameter tube yang digunakan dalam menyusun economizer. Semakin besar diameter tube akan mengakibatkan efektifitas perpindahan panasnya berkurang.
b. Transversal spacing, yaitu menyatakan jarak antar tube sejajar ke arah lebar economizer, semakin besar jarak antar tube mengakibatkan proses induksi panas dalam economizer semakin berkurang, sehingga efektifitas perpindahan panas menurun
c. Kerapatan fin, yaitu banyaknya fin tiap inci yang dapat disusun untuk menggabungkan beberapa tube dalam economizer. Semakin banyak fin yang tersusun akan mengakibatkan perpindahan panas tidak efektif karena jarak antar tube yang semakin jauh.
Gambar 2.7 Konstruksi Penampang Economizer (Sumber: jurnalindustri.petra.ac.id)
2.5 Keuntungan Economizer
Berikut ini adalah keuntungan-keuntungan menggunakan economizer antara lain, yaitu:
a. Meningkatkan kapasitas menghasilkan uap karena memperpendek waktu yang diperlukan untuk merubah air ke uap.
b. Mencegah pembentukan kerak di dalam pipa air ketel, sebab kerak mengendap di pipa economizer yang bisa dengan mudah di bersihkan.
c. Karena air umpan memasuki ketel panas, sehingga renggangan karena ekspansi yang tidak sama bisa diminimalisasi.
2.6 Keterpasangam Peralatan Pada Economizer
Konstruksi Economizer adalah berdasarkan tipenya, ada tipe economizer yang tidak menyatu dengan boiler, dan ada juga economizer yang menyatu dengan boiler.
Perbedaan keduanya hanyalah pada peletakkan tempat pada penyusunan komponen dalam satu pabrik. Pada economizer yang dihubungkan langsung dengan boiler, dan terpasang langsung saat dikeluarkan dari pabrik nya. Dalam hal ini, spesifikasi alatnya bukanlah dari type economizer melainkan tipe dari boiler itu sendiri yaitu Boiler Recovery atau bisa disebut juga Boiler Economizer.
2.7 Neraca Energi
Hukum kekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, tetapi energi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain.
Untuk itu perhitungan neraca panas umumnya harus diikuti dengan neraca massa.
Gas buang (flue gas) adalah gas yang berasal dari proses pembakaran yang suhunya relatif tinggi terhadap suhu atmosfer. Dalam proses pembakaran tersebut bahan bakar dibakar dengan udara yang akan menghasilkan produk pembakaran yang berupa gas buang yang mengandung berbagai senyawa berbagai gas antara lain, H2O, CO2, dan N2 ditambah dengan O2, jika pemberian udara dilakukan secara berlebihan.
Besarnya energi panas yang terkandung dalam gas buang (flue gas) yang diberikan kepada economizer (Qeg) tersebut dapat diketahui dengan persamaan berikut ini:
Qeg = meg x Cpeg x ΔT (2.1)
Dengan:
Qeg = laju aliran energi gas buang dari pada sistem (kJ/hr) meg = laju aliran massa gas buang (kg/hr)
Cpeg = panas jenis gas buang (kJ/kg.K)
ΔT = beda temperatur masuk dan keluar gas buang (K)
(D.Q Kern, 1965)
Besarnya energi panas yang diterima Boiler feed water (BFW) dapat diketahui dengan persamaan berikut ini:
QBFW = mBFW x CpBFW x ΔT (2.2)
Dengan:
QBFW = Laju aliran energi BFW pada sistem (kJ/hr) mBFW = Laju aliran massa BFW (kg/hr)
CpBFW = Panas jenis BFW (kJ/kg.K)
ΔT = Beda temperatur masuk dan keluar BFW (K)
(D.Q Kern, 1965)
Besarnya efisiensi economizer didefinisikan sebagai perbandingan antara laju energi yang diterima air umpan boiler (BFW) dengan laju aliran energi yang dilepas gas buang tersebut adalah:
Qbfw
η = Qeg X 100% (2.3)
Keterangan:
η = Efisiensi economizer (%)
Qbfw = Laju aliran energi pada BFW sistem (kJ/hr) Qeg = Laju aliran energi gas buang pada sistem (kJ/hr)
Besarnya efisiensi boiler didefinisikan sebagai perbandingan antara laju energi yang diterima air umpan boiler (BFW) dengan laju aliran energi yang dilepas gas buang tersebut adalah:
Qboiler
η= Qflue gas x100% (2.4)
Untuk mengetahui kinerja suatu alat penukar panas perlu dilakukan perhitungan neraca panas/energi. Besarnya panas yang dilepaskan dan panas yang diterima adalah sama. Untuk menghitung kalor dapat digunakan rumus:
Qtotal dilepas = Qtotal diterima
(Q(S) + Q(L)) dilepas = (Q(S) + Q(L)) diterima (2.5)
Keterangan:
Q(s) = Panas sensibel yang dilepas atau diterima (kJ) Q(L) = Panas laten yang dilepas atau diterima (kJ)
(Himmelblau, 1999) Panas jenis adalah perbandingan antara jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatu benda padat/cair sebesar satu derajat dengan jumlah panas yang
dibutuhkan untuk menaikkan suhu air sebesar satu derajat pada jumlah massa yang sama.
Panas jenis suatu fluida campuran harus dihitung sesuai fraksi dari masing- masing komposisi yang terkandung di dalamnya, sehingga dapat dituliskan:
Cp = a + b (T) + c (T)2 + d (T)3 (2.6)
(Himmelblau, 1999) Dimana: T dalam °C, Cp dalam J/g mol °C
2.8 Uraian Proses
Air umpan boiler (Boiler feed water) dialirkan melalui pipa-pipa menuju economizer, dimana sebelumnya air tersebut sudah di treatment untuk menghilangkan ion mineral (Mg dan Ca) dalam air dengan proses softening di unit softener dan dihilangkan dari gas-gas terlarut penyebab korosi seperti oksigen (O2) dan karbon dioksida (CO2) di deaerator. Air dipanaskan terlebih dahulu di economizer sebelum masuk ke boiler tanpa terjadi perubahan fasa akibat pengaruh tekanan pada sistem tersebut. Tujuan dilakukan nya pemanasan awal ialah untuk mengurangi beban kerja dari boiler dalam proses pembentukan uap serta memanfaatkan lagi panas gas buang turbin (flue gas) sebelum dibuang ke atmosfer. Jika air yang keluar dari deaerator langsung dilewatkan masuk ke steam drum dengan temperatur yang tidak terlalu tinggi, maka diperlukan panas yang sangat tinggi untuk mengubah air menjadi steam, sehingga bahan bakar yang digunakan untuk pembakaran juga akan bertambah dan akan menyebabkan tegangan yang terjadi akibat pemanasan (thermal stress). Kemudian air tersebut dialirkan menuju steam drum, dimana uap panas yang ringan naik ke atas dan yang berat akan turun menuju mud drum melalui tabung-tabung yang dinamakan “down comer” dan mendapatkan panas dari flue gas maupun burner. Air yang telah menjadi steam akan kembali naik menuju steam drum dan akan dikirim ke pemakai.
2.9 Flowsheet Unit
Gambar 2.8 Flow Sheet Unit B9203 C (Sumber: Control room operating HRSG)
BAB III METODOLOGI
3.1 Tempat Pengamatan
Tempat pengamatan dilakuan di Unit-92 (Heat Steam Generator), Utilities Plant di PT. Perta Arun Gas pada tanggal 23 Agustus 2021.
3.2 Unit Peralatan Proses
Unit-92 Heat recovery steam generator adalah unit penghasil steam untuk kebutuhan pabrik.
Tabel 3.1 Spesifikasi Alat
Nomor Paramter
Design
Metric English Turbin Gas Number
1 Ambient Temperature 33°C 91°F
2 Turbine Exhaust Gas
(TEG) 123Kg/s 975000
lb/jam
3 TEG Temperature 515 °C 959 °F
Dugt Burner Parameter
4 TEG Temperature
Burner Inlet 515 °C 959 °F
5 Burner Firing
Temperature 762 °C 1404 °F
6 Burner Fuel 3037Kg/jam 6696 lb/jam
Water/Steam Side Parameters
7 Boiler Feed Water
(BFW) Flow 141 T/jam 310752 °F
8 (BFW) Temperature 105 °C 220 °F
9 Steam Drum Press 10,96 Barg 159 Psig
10 Steam Flow 128 T/jam 282500
lb/jam
11 Steam Temperature 188 °C 370 °F
Gas Side Parameters
12 Stack Temperature 156 °C 313 °F
BFW
Gas Buang (mTEG)
+ Burner Economizer Flue gas to stack
Steam Drum 3.3 Indikator Kinerja
a. Flow (fuel gas, boiler feed water) b. Temperatur (flue gas, boiler feed water) c. Tekanan (flue gas, boiler feed water) 3.4 Rancangan Perhitungan
3.4.1 Blok Diagram Batasan Sistem Saturated Steam
Boiler
1. Perhitungan laju alir massa fuel gas (mf)
• Menghitung nilai Pr dan Tr 𝑃
𝑃𝑟 = 𝑃𝑐′
𝑇 𝑇𝑟 =
𝑇𝑟′
Pr = tekanan Tereduksi Tr = temperatur Tereduksi Pc = Tekanan Kritis Tc = Temperatur Kritis
• Menghitung faktor kompresibilitas (Z) 9
𝑍 = 1 + 128
𝑥 𝑃𝑟
(1 − 6 𝑇𝑟−2) 𝑇𝑟
• Menghitung densitas (𝜌) campuran pada aliran fuel gas 𝜌 fuel gas = 𝑃.𝐵𝑀 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑢𝑟𝑎𝑛
𝑅.𝑇.Z
• Menghitung laju alir fuel gas (mf)
Laju alir massa fuel gas = laju alir volum x 𝜌fuel gas
• Massa fuel gas diubah ke satuan Kmol/h (nf) 𝑛ƒ = 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 ƒ𝑢𝑒𝑙 g𝑎𝑠
𝐵𝑀 𝐶𝑎𝑚𝑝𝑢𝑟
2. Menghitung kebutuhan udara pembakaran terhadap fuel gas (mo)
• Jumlah udara (Kmol) x BM udara
• Menghitung udara berlebih (E) E = 02−𝐶0/2
(0,264 𝑁2)−(02−𝐶0/2)
• Jumlah aliran massa flue gas (mTEG) mTEG = mo + mf + (E.mo)
• Laju alir mol flue gas (nTEG) nTEG = 𝑚𝑇𝐸𝘎
𝐵𝑀𝑥𝑇𝐸𝘎
3. Menghitung neraca energi
• Menghitung laju energi panas yang diberikan fuel gas pada burner
• Menghitung Cp pada boiler dan economizer Cp boiler = Cp inlet boiler – Cp outler boiler
Cp economizer = Cp outlet boiler – Cp outlet economizer
• Menghitung energi panas yang diberikan fuel gas ditambahkan dengan burner Pada boiler,
Qboiler = mTEG x Cpboiler (Ti-To) Pada economizer,
Qeco = mTEG x Cpeco (Ti-To)
• Jumlah panas yang dilepas fuel gas dan burner (Qteg) Qteg = Qboiler + Qeconomizer
Menghitung jumlah panas yang diterima air umpan boiler (QBFW) Qw = (msteam x hg) – (mbfw x hf)
• Menghitung kehilangan panas (Qloss) Qloss = Qburner - Qw
• Persentase Qloss
%𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠 = Q𝑏𝑢𝑟𝑛𝑒𝑟−Qw
𝑥100%
Q𝑏𝑢𝑟𝑛𝑒𝑟
4. Memeriksa hasil perhitungan Ein = Eout
Qburner = Qw + Qloss
5. Menghitung Efisiensi Boiler dan Economizer η = 𝑝𝑎𝑛𝑎𝑠 𝑦𝑎𝑛g 𝑘𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟
𝑥 100%
𝑝𝑎𝑛𝑎𝑠 𝑦𝑎𝑛g 𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘
BAB IV TUGAS KHUSUS
4.1 Data Pengamatan
Berikut adalah data hasil pengamatan pada Operasi flue Gas dan Operasi boiler feed Water.
Tabel 4. 1 Data Operasi Flue Gas
Waktu (Jam)
Tekanan (Mbarg)
Temperature(°C)
Boiler Economizer
Inlet Outlet Inlet Outlet
00.00 17 592 238,32 238,31 165,53
02.00 17 588 238,61 238,63 164,62
04.00 17 579 243 243 165,81
06.00 17 584 240 240 165,62
08.00 17 585 237,72 237,72 165,11
10.00 16 597 238,61 238,61 165,32
12.00 16 542 238 238 164,24
14.00 16 599 238,82 238,83 164
16.00 16 605 240 240 161
18.00 16 603 240 240 164,72
20.00 17 607 243,13 243,12 165,51
22.00 17 601 240,33 240,31 164,73
Rata-rata 16,58333 590,16667 239,75 239,75 164,6667
Tabel 4.2 Data Operasi Boiler Feed Water
Waktu (jam)
Boiler Feed Water Temperatur BFW (°C) Steam Drum Flow
(T/hr)
Tekanan (Kg/cm²)
Inlet Economizer
Outlet Economizer
Tekanan (Barg)
Flow (T/hr)
00.00 92 24,02 122,2 176,32 7,9 88,1
02.00 90 24,03 120,4 175,61 7,7 86
04.00 92,2 24,03 120,8 175,73 7,7 86,5
06.00 93,1 24 121,3 174,84 7,5 84,4
08.00 93,4 24,08 121,8 175,42 7,7 86,2
10.00 93,8 23,95 122,9 96 7,8 87,3
12.00 94,7 23,96 121,7 175,43 7,7 86,2
14.00 93,6 23,95 121,5 175,51 7,8 86,9
16.00 95,5 23,93 120,1 177 7,9 87,9
18.00 91,6 24 121,6 175,81 7,9 87
20.00 95,9 23,94 121,2 176,82 8 89,4
22.00 95,2 23,94 121,6 176,24 7,9 87,7
Rata-rata 93,4166667 23,98583333 121,425 169,208333 7,791667 86,96667
4.2 Data Hasil Perhitungan Tabel 4.3
Tabel Hasil Perhitungan
Parameter Nilai
QTEG 717.642.365,2 kJ/hr
Qboiler 684.759.111,8 kJ/hr
Qeconomizer 32.883.251,4 kJ/hr
Qair total 414.646.251,4 kJ/hr
Efisiensi boiler, ηBoiler 57%
Efisiensi economizer, ηEconomizer 56 %
4.3 Pembahasan
HRSG (Heat recovery steam generator) adalah unit penghasil uap bertekanan pada unit 92 di Plant PT. Perta Arun Gas yang dimana hasil uap yang digunakan untuk kebutuhan pabrik. Uap hasil dari unit ini digunakan sebagai media pemanas kepada unit- unit pengguna. Steam dihasilkan dari air yang dididihkan dengan gas panas yang diperoleh dari exhaust hasil dari pembakaran turbin. Gas exhaust tersebut memiliki potensi besar untuk dimanfaatkan oleh steam generator yaitu Heat Recovery Steam Generator (HRSG) bertujuan untuk memproduksi steam (uap) dan untuk menghemat pemakaian bahan bakar yang besar. HRSG dapat menghasilkan steam jenuh (Saturated Steam).
4.3.1 Efisiensi Boiler
Boiler pada Unit 92 adalah suatu alat yang digunakan untuk memproduksi steam bagi keperluan pabrik yang dimana steam ini digunakan sebagai media penukar panas pada alat-alat pabrik seperti heat exchanger oleh karena itu karena steam itu sangat penting maka dari itu bisa saja banyak faktor yang dapat mempengaruhi kinerja dari boiler diantaranya seperti terbentuknya (scale) kerak yang dapat menghambat laju dari panas yang diterima oleh boiler itu, banyaknya pipa-pipa boiler yang telah di plug yang juga dapat menurunkan kinerja alat, bisa juga terjadi pipa-pipa dari boiler yang bocor dikarenakan korosi yang dapat menghilangkan panas yang telah masuk. Setelah dilakukan pengujian ini didapatkanlah hasil dari menghitung efisiensi dari alat boiler
sebesar 57%. Penurunan kinerja dari alat ini dikarenakan adanya kerak (scale) pad tube- tube dari boiler tersebut dan bisa dari air boiler yang kurang optimal dalam menghilangkan kesadahannya yang mengakibatkan terbentuklah kerak-kerak yang dapat menghambat laju panas dari burner dan flue gas.Salah satu untuk mengatasi permasalahannya adalah dengan cara mengganti alat tersebut dengan alat yang baru dikarenakan alat tersebut sudah tidak bisa lagi untuk di repair dan juga butuh biaya besar untuk menangani permasalahan tersebut.
4.3.2 Efisiensi Economizer
Economizer pada heat recovery steam generator berfungsi sebagai tempat pemanasan awal, Economizer adalah alat pemindah panas berbentuk tubular yang digunakan untuk memanaskan air umpan boiler sebelum masuk ke steam drum. Istilah economizer diambil dari kegunaan alat tersebut, yaitu untuk menghemat (to economize) penggunaan bahan bakar dengan mengambil panas (recovery) gas buang sebelum dibuang ke atmosfer. Seperti yang diketahui bahwa alat economizer yang digunakan untuk pemanasan awal sebelum ke boiler maka dengan adanya economizer kebutuhan burner dalam memberikan energi dapat berkurang dan dimana apabila dapat mengurangi penggunaan fuel gas pada burner.
Oleh karena itu pada economizer juga di evaluasi untuk mengetahui seberapa besar efisiensi dari alat economizer dan didapatkan sebesar 56 %. Namun kajian yang dilakuakan oleh Romi arza (2016) alat economizer yang unit E (B-9203 E) telah di evaluasi dengan efisiensi sebesar 68,9%,dan didapatkan lah penurunan 12,9 % dalam kurun waktu 4 tahun. Penurunan kinerja dari alat ini dikarenakan adanya kerak (scale) pada tube-tube dari economizer tersebut, dan bisa dari air boiler yang kurang optimal dalam menghilangkan kesadahan yang mengakibatkan terbentuklah kerak-kerak yang dapat menghambat laju panas, selain itu bisa dari faktor blowdown yang dapat juga mengurangi panas dari boiler feed water itu sendiri, yang dapat menyebabkan terbentuklah endapan yang mengeras dan menjadi kerak. Untuk mengatasi permasalahannya itu sama dengan mengatasi permasalahan pada Boiler.
Namun setelah ditinjau langsung kelapangan dengan efisiensi 56% untuk Economizer dan untuk efisiensi dari boiler sebesar 57 % dapat terlihat pada pabrik alat ini masih bisa beroperasi dengann mencukupi kebutuhan pabrik dengan normal.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
1. Efisiensi boiler pada Heat Recovery Steam Generator (HRSG) didapatkan sebesar 57
%.
2. Efisiensi economizer pada Heat Recovery Steam Generator (HRSG) didapatkan sebesar 56 %.
3. Terjadi penurunan 12,9 % dalam kurun waktu 4 tahun pada economizer
4. Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi alat pada HRSG adalah terbentuknya kerak (scale), adanya kebocoran pipa-pipa, adanya plugging pada pipa-pipa boiler atau economizer.
Saran
Setelah melakukan pengamatan dan perhitungan pada HRSG pada unit C, penulis menyarankan
1. Sebaiknya dilakukan pengecekan secara berkala terhadap boiler, economizer, burner, dan alat alat lainnya.
2. Pengolahan boiler feed water harap diperhatikan kembali, untuk mengurangi laju blowdown yang menyebabkan berkurangnya panas pada alat.
LAMPIRAN I PERHITUNGAN
1. Perhitungan Laju Alir Massa Gas Buang (mTEG) a. Menghitung laju alir massa fuel gas (mf) Diketahui: T = 30,25 + 273,15 = 303,502 K
P = 373,417 kPa
Pc´= 45,794 atm 101,325𝑘𝑃𝑎 = 4640,077 𝑘𝑃𝑎
𝑎𝑡𝑚
Tc´= 190,733 K
• Berdasarkan data diatas dapat dihitung nilai Pr dan Tr Pr = 𝑃
𝑃𝑐´ = 373,417 𝑘𝑃𝑎 4640,077 𝑘𝑃𝑎
= 0,080
Tr = 𝑇
𝑇𝑐´ = 303,5025 K
= 1,591
190,733 K
• Menghitung faktor Z menggunakan persamaan Z = 1 + 9
128 x 𝑃𝑟
𝑇𝑟 (1 - 6 Tr-2) Z = 1 + 9
128
Z = 0,9951
x 0,080 (1 – 6 (1,591-2))
1,591
• Menghitung Densitas (ρ) campuran pada aliran gas ρ fuel gas = 𝑃 . 𝐵𝑀 𝐶𝑎𝑚𝑝𝑢𝑟𝑎𝑛
𝑅.𝑇.Z
373,417 Kpa . 16,059 Kg/Kmol 8,314m3Kpa.k x 303,5023 k x 0,09951
kmol
ρ fuel gas = 5996,703 kg
= 2,3882 kg/m3
2510,955 m3
=
• Menghitung laju alir massa fuel gas (mf) Diketahui: Laju alir volume = 630,5 m3/ hr
Jadi, laju alir massa fuel gas = laju alir volum x ρ Fuel gas
= 630,5 m3/h x 2,3882 kg/m3 mf = 1505,7601 kg/m3
• Massa fuel gas diubah ke kmol/hr (nf) nf = massa fuel gas
BM Campuran
=
1505,7601 𝑘g/ℎ𝑟 16,0590 𝑘g/𝑘𝑚𝑜𝑙= 93,764 kmol/hr
b. Menghitung Kebutuhan Udara Pembakaran Terhadap fuel gas (m0)
• Proses pembakaran gas metana (CH4) CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
• Perbandingan mol menjadi:
1 mol CH4 + 2 mol O2 → 1 mol CO2 + 2 mol H2O Mol CH4 = Fraksi Gas x Flow fuel gas
= 0,9987 x 93,764 kmol/h
= 93,6421 kmol/h Mol O2 = 93,6421 kmol CH4
= 187,2842 kmol O2
x 2 𝑘𝑚𝑜𝑙 0,
1 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻4
Mol N = 0,79 N, x 187,2842 kmol O
2 0,21 O, 2
= 704,5453 kmol N2
Udara yang diperlukan = 187,2842 kmol O2 + 704,5453 kmol O2
= 891,8295 kmol
• Proses pembakaran gas etana (C2H6) C2H6 + 3,5 O2 → 2 CO2 + 3 H2O
Perbandingan mol menjadi:
1 mol C2H6 + 3,5 mol O2 → 2 mol CO2 + 3 mol H2O Mol C2H6 = Fraksi gas x Flow fuel gas
= 0,00063 x 93,764 kmol/hr
= 0,059 kmol/hr Mol O2
Mol N
= 0,059 kmol/hr x 3,5 mol O2
1 mol C2H6
= 0,2065 kmol O2
= 0,79 kmol N2
x 0,2065 kmol O
2 0,21 O2 2
= 0,7768 kmol N2
Udara yang diperlukan = 0,2065 kmol O2 + 0,7768 kmol N2
= 0,9833 kmol
Komponen Kebutuhan Udara
(kg mol) (kg)
CH4 891,8295 25720,36
C2H6 0,9833 28,358
Total 892,812 25748,71
Jadi, untuk massa udara (mo) = Jumlah udara (kmol) x BM Udara
= 892,812 kmol x 28,84 kg/kmol
= 2,574,871 kg c. Menghitung udara berlebih (E)
Berdasarkan data analisis kandungan gas buang turbin (TEG)
O2 = 15,9 = 0,159
CO2 = 2,4 = 0,024
CO = 57 x 10-6 = 5,7 x10-7
SO2 = 63 x10-6 = 6,3 x 10-7
NO2 = 102 x 10-6 = 102 x10-7
Saturated Steam
BFW QBFW QTEG+burner
Gas Buang (mTEG) Economizer Flue gas to stack
Steam Drum Penyelesaian:
E = O2-CO/2
(0,264 N2)-(O2-CO2/2
x 100 %
0,159-(5,7 x10-7/2)
= (0,264 x 0,817)-(0,159 -(5,7 x10-7/2
x 100%
= 0,1589
(0,2157)-(0,1589)
= 0,1589 x 100 %
0,0568
E = 2,7975 %
x 100 %
Maka jumlah aliran massa Flue gas (mTEG) mTEG = mo + mf + (E . mo )
= 25748,71 kg + 1505,7601 kg/h + (2,7975 x 25748,71)
= 99.286.486,48 kg/hr
2. Blok diagram dan persamaan neraca energi Blok diagram
Boiler
3. Neraca Energi
3.1 Menghitung Laju energi panas yang diberikan fuel gas pada burner Diketahui: mTEG = 99286,486325 kg/hr
Cp Fuel gas = 38,378 – 7,36x10-2.T + 2,91x10-4.T2 – 2,63x10-7.T3 + 8,008x10-11. T4 (Tabel L.5.6)
• Pada T inlet Boiler = 590,16667 ℃ → 863,315 K
Cp Fuel gas = 38,378 – 7,36x10-2.( 863,315) + 2,91x10-4.( 863,315)2 – 2,63x10-7. ( 863,315)3 + 8,008x10-11. (863,315)4
= 66,810 kJ/kmol k
• Pada T outlet Boiler = 239,7 ℃ → 512,85 K
Cp Fuel gas = 38,378 – 7,36x10-2.(512,85) + 2,91x10-4.(512,85)2 – 2,63x10-
7.(512,85)3 + 8,008x10-11. (512,85)4
= 47,131 kJ/kmol k
• Pada T outlet Economizer = 164,447 ℃ → 437,817 K
Cp Fuel gas = 38,378 – 7,36x10-2 . ( 437,817) + 2,91x10-4.( 437,817)2 – 2,63x10-7. 437,817 3 + 8,008x10-11. (437,817)4
= 42,717 kJ/kmol k
• Maka besarnya Cp Fuel gas pada boiler dan economizer Cp Boiler = Cp inlet Boiler – Cp outlet Boiler
= 66,810 kj/kmol k – 47,131 kj/kmol k Cp Boiler = 19,679 kJ/kg K
Cp Economizer = Cp outlet Boiler – Cp outlet Economizer
= 47,131 kj/kmol k – 42,717 kj/kmol k
= 4,414 kJ/kg K
• Besarnya energi panas yang diberikan gas buang ditambah dengan burner:
Q = m x Cp boiler x ΔT
= 9928,486325 kg/hr x 19,679 kJ/kg x (Ti – To)
= 9928,486325 kg/hr x 19,679 kJ/kg x (863,315 – 512,85)
= 684.759.111,8 kJ/hr
Qeconomizer = mteg x Cp economizer x ΔT
= 9928,486325 kg/hr x 4,414 kj/kg x (Ti – To)
= 9928,486325 kg/hr x 4,414 kj/kg x (512,85 – 437,817)
= 32.883.251,4 kJ/hr
Total energi panas yang diberikan:
Qteg = Qboiler + Qeconomizer
= 684.759.111,861 kJ/hr + 32.883.251,4 kJ/hr
= 717.642.365,2 kJ/hr
4. Menghitung besarnya panas sensibel dan laten pada boiler
• Panas Sensibel pada Boiler
Diketahui: mbfw = 93,41 T/hr → 93410 kg/hr T1 = 125 °C
T2 = 180,5 °C
Dengan cara interpolasi pada T = T2 – T1 = 180,5 – 125 = 55,5 °
X1
X
= 51,85 °C
= 55,5 °C
Y1
Y
= 4,182
= ?
X2 = 61,85 °C Y2 = 4,186
Y = Y1 + (K−K1)
(K2−K1) (𝑌2 − 𝑌1)
= 4,182 + (55,5−51,85)
(61,85−51,85) (4,186 − 4,182)
= 4,182 + (3,65) (0,004)
10
= 4,182 + (0,365) (0,004) Y = 4,1834 kj/kg°C
Jadi Cp air pada boiler ialah 4,18346 Kj/Kg°C
Maka, Qsensibel = mbfw x Cpair x ΔT
= 93410 Kg/hr x 4,18346 kj/kg x (180,5 – 125) Qsensibel = 21.685.738,6 kJ/hr
• Panas laten pada Boiler
Diketahui: msteam = 86,96 T/hr → 86960 kg/hr Tbfw = 125 °C
Tsteam = 180,5 °C Hf = 524,99 kj/kg
Jadi untuk hf sudah didapatkan pada Steam table yang terbaca 125°C sebesar 524,99 kj/kg
Untuk mencari hg dengan cara interpolasi pada temperatur 180,5°C Diketahui:
X1
X
= 180 °C
= 180,5 °C
Y1
Y
= 2778,2 kJ/kg
= ?
X2 = 190 °C Y2 = 2786,2 kJ/kg
Y =Y1 + (K − K1)(𝑌2 − 𝑌1)
K2−K1
180,5−180
)(2786,2 − 2778,2)
190−180
= 2778,6 kJ/kg
• Q laten = msteam x (hg – hf)
= 86960 kg/hr x (2778,6 kj/kg – 524,99 kj/kg)
= 86960 kg/hr x 2252,8 kj/kg
= 195.973.925,6 KJ/hr
• Qboiler = Qsensibel + Q laten
= 21.685.738,6 KJ/hr + 195.973488 KJ/hr
= 395.969.035,116 KJ/hr
= 2778,2 + (
5. Menghitung besar panas sensibel pada economizer Panas sensibel pada economizer
• Mencari Cp air di economizer
Diketahui: mbfw = 93,41 T/hr → 93410 kg/hr T1 = 121,4 °C
T2 = 169,2 °C
Interpolasi pada temperatur 47,8°C berasal dari T2 dikurang T1 X1
X
= 41,85 °C
= 47,8 °C
Y1 Y
= 4,179 kj/kg
= ?
X2 = 51,85 °C Y2 = 4.186 kj/kg
• Cpaireconomizer = Y1 + ( K−K1 ) (𝑌2 − 𝑌1)
K2−K1
= 4,179 + (47,8−41,85
) (4,186 − 4,179)
51,85−41,85
= 4,183165 kj/kg °C
• Qeconomizer = mbfw x Cpair economizer x ΔT
= 93410 kg/hr x 4,183165 kj/kg °C x 47,8 °C
= 18.677.086,6 KJ/hr
Sehingga total energi panas yang diserap air
• Qair total = Qboiler + Qeconomizer
= 395.969.035,116 KJ/hr + 18.677.086,6 KJ/hr
= 414.646.121,716 KJ/hr
Menghitung Qloss:
• Qloss = Qteg – Qair total
= 717.642.365,1326686 KJ/hr – 414.646.121,716 KJ/hr
= 302.996.243,413 KJ/hr
Persentase Qloss :
• %Qloss = Q𝑡𝑒g−Q𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑎i𝑟
X 100%
Q𝑡𝑒g
= 717.642.365,132 kJ/hr – 414.646.121,716 kJ/hr
X 100%
717.642.365,132 kJ/hr
= 302.996.243,413 kJ/hr
X100% = 42 %
717.642.365,132 kJ/hr
Memeriksa Perhitungan
• Ein = Eout
• Qteg = Qtotal air + Qloss
717.642.365,1326686 kJ/hr = 414.646.121,7163 kJ/hr + 302.996.243,4163686 kJ/hr 717.642.365,1326686 kJ/hr = 717.642.365,1326686 kJ/hr
6. Perhitungan Efisiensi a. Perhitungan efisiensi boiler
ηboiler = Qair boiler
Qboiler
X 100%
= 395.969.035,116 684.759.111,861
= 57 %
X 100%
b. Perhitungan efisiensi economizer ηeconomizer = Qair economizer
Qeconomizer
X 100%
= 18.667.086,6 32.883.251,4
= 56 %
X 100%
LAMPIRAN II
PENDEKATAN STRUKTUR DAN FUNGSIONAL
No Nama Alat Funsi Gambar/Simbol
1 Diverter Diverter juga dapat
dibilang pembatas yaitu berfungsi mengarahkan exhaust Gas. Apakah exhaust Gas dapat digunakan sebagai pemnas atau dibuang ke atmosfer 2 Burner ( Ruang
Pembakaran)
Sebagai tempat penghasil api. Karena adanya pembakaran Fuel Gas dengan pemantik
3 Boiler
(Ketel Uap)
Boiler adalah kumpulan tube-tube yang dialirkan Boiler feed water dan dipanaskan dari luar tube- tube.
4 Economizer Sebagai tempat
pemanasan awal untuk memanaskan Boiler feed
water dengan
memanfaatkan nsisa dari pemanasan di Boiler.
5 Steam
Drum
Boiler feed water yang sudah dipanaskan di Boiler dan sudah berubah fasa menjadi steam terkumpul di
steam drum.
LAMPIRAN II FLOWSHEET
L.2 Batasan sistem
Saturated Steam
BFW
Gas Buang (mTEG) Boiler Economizer Flue gas to stack
Steam Drum
L.2.1 Flow Sheet
L.2.2 Overview HRSG
LAMPIRAN III
PROSEDUR KERJA DAN PERALATAN PROSES L.3 Prosedur Start Up
1. Persiapan menjalankan a) Buka valve
• Steam Drum Vent (V17F)
• Economizer Vent (V17E)
• Steam Line Drains
• Main Steam Stop (V8)
• Non Return Valve (NRV)
b) Periksa dan atur steam drum level hingga -150 m (dilokal atau di DCS ) c) Jalankan Div.seal Air Fan dan posisikan Air Fan yang kedua pada
posisi standby auto
d) Tarik Emergency Stop Push Buttom (HS-9217)
e) Tekan emergency Reset Stop bebrapa detik dan semua kondisi Boiler dapat terbaca di lokal pannel
f) Buka penuh Diverter bke posisi “HRSG”
g) Periksa lampu “ Ready to Start “ pada turbin pannel harus menyala h) Jika Lampu “Ready to Start” tidak menyala setelah Diverter dibuka,
yakinkan kembali level steam drum dll.
i) Jika lampu “ Ready to Start “ tidak menyala setelah Diverter dibuka, yakinkan kembali level steam drum dll.
j) Periksa Semua System HRSG sudah berfungsi.
2. Start Up
a) Start Gas Turbine (Auto Position) dan berikan beban kira-kira 5 MW. Boiler pressure maximum naik atau turun rate 50 Psi/minute (3,5 Kg/minute)
b) Level Gauge, level coulumn yang ada di steam drum pada tek 25 Psi harus drain.
c) Tutup steam drum Venting pada tekanan 25 Psi.
d) Mud drum harus di blown down beberapa kali selama lima detik, pada tekanan 25 Psi lewat intermitten blowdown
e) Naikkan beban turbin 5 MW bertahap. (jangan lebih 50 Psi/menit kenaikan tekanan)
f) Jika tekanan Boiler sama dengan tekanan steam header, steam akan mengalir ke header ( Check Valve akan Terbuka )
g) Setelah Economizer stop steaming (TE-909). “ Saturation “ (tutup economizer vent valve)
h) Jalankan Duck Burner jika diperlukan.
i) Buka block valve Fuel Gas line j) Vent bebrapa menit
k) Reset BMS melalui DCS
l) Click Burner star dan monitor flame Scanner
m) Atur continous Blow Down Valve (CBDNO.14). Jika perlu tergantung pada kualitas air Boiler
n) Ambil sample steam cond/CBD setiap shift
o) Mud Drum di Blow Down minimal sekali seminggu (beberapa kali selama 5 detik)
3.1 Prosedur Shutdown
a. Pindahkan FIC-9239X ke manual mode
b. Kurangi pelan-pelan Load Boiler ke minimum Burner c. melalui FIC-9239X
d. Stop duck Burner dengan menekan push button “STOP BURNER” dari loal pannel atau melalui DCS (BMS)
e. Jika laod Boiler yang mau distop (tanpa burner) masih tinggi.
- Switch Turbine yang bersangkutan ke manual
- Kurangi load Turbine hingga produksi HRSG ke minimum steam flow.
f. Stop Boiler
- Tutup diverter kearah HRSG dengan menekan push buttom “GAS TURBINE TOBYPASS” di local panel atau click melalaui BMS.
- Stop Turbine maka diverter ke HRSG akan menutup dengan sendirinya.
g. Pertahankan steam drum level dengan memindahkan posisi LIC- 9237X ke manual h. Tutup:
- Kerangan steam product - Kerangan air masuk
- Kerangan continous blowdown - Kerangan non return
- Kerangan Fuel Gas
i. Matikan pompa injection Polymer (Po4) dan tutup kerangan suction dan discharge.
LAMPIRAN IV
DATA PENGAMATAN DAN PENDUKUNG PERHITUNGAN
L.4. Data pengamatan
Table L.4.1 Data Kondiai operasi Turbine Exhaust Gas (TEG)
Waktu (jam) Tekanan (Mbarg)
Temperature(°C)
Boiler Economizer
Inlet outlet inlet outlet
00.00 17 592 238,3 238,3 165,5
02.00 17 588 238,6 238,6 164,6
04.00 17 579 243 243 165,8
06.00 17 584 240 240 165,6
08.00 17 585 237,7 237,7 165,1
10.00 16 597 238,6 238,6 165,3
12.00 16 542 238 238 164,2
14.00 16 599 238,8 238,8 164
16.00 16 605 240 240 161
18.00 16 603 240 240 164,7
20.00 17 607 243,1 243,1 165,5
22.00 17 601 240,3 240,3 164,7
Rata-rata 16,58333 590,16667 239,7 239,7 164,6667
Table L.4.1 Data Analisis Komponen Flue gas
No Kandungan BM %mol Fraksi Mol BM campuran
1 O2 32 15,9 0,159 5,088
2 CO2 44 2,4 0,024 1,056
3 CO 28 57x10⁻⁶ 5,7x10⁻⁷ 1,596x10⁵
4 SO2 64 63x10⁻⁶ 6,3x10⁻⁷ 4,032x10⁵
5 NO2 46 102x10⁻⁶ 102x10⁻⁷ 4,692x10⁵
6 N2 28 81,7 0,817 22,876
Total 100 1000 29,02
