109318254-82562310-Waste-Heat-Boiler

Menghitung Efisiensi Waste Heat Boiler 2003-U 2010

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Sejarah singkat PT Pupuk Kujang

Pada tahun enam puluhan pemerintah mencanangkan pelaksanaan suatu program

peningkatan produksi pertanian di dalam usaha swasembada pangan. Untuk menunjang

program pemerintah tersebut, maka kebutuhan akan pupuk harus terpenuhi. Untuk itulah

pembangunan pabrik pupuk mutlak harus dipenuhi dalam upaya peningkatan produksi di

sektor pertanian. Hal tersebut dilakukan mengingat produksi pupuk Sriwjaya I waktu itu

diperkirakan tidak akan mencukupi. Disamping itu, pada tahun 1969 telah ditemukan

sumber minyak dan gas alam di Jatibarang-Cirebon selatan dari lepas pantai Cilamaya

Kabupaten Karawang Jawa Barat maka munculah gagasan membangun sebuah pabrik

pupuk urea di daerah Jawa Barat.

Pada tahun 1973 pemerintah menunjuk Departemen Pertambangan eq. Pertamina

untuk melaksanakan proyek pembangunan pabrik pupuk tersebut. Departemen

Pertambangan kemudian melimpahkan wewenang pelaksanaan proyek tersebut kepada

Pertamina dan BEICIP, sebuah perusahaan Perancis sebagai konsultan untuk meneliti

kemungkinan pembangunan sebuah pabrik pupuk di Jawa Barat. Tim teknis dibentuk dan

langkah-langkah selanjutnya diambil oleh Pertamina dengan menentukan Jatibarang

Balongan sebagai lokasi proyek. Tahun 1978 keluar surat keputusan No. 16/1975 tertaggal

17 April 1975 yang memutuskan untuk mengalihkan tugas pelaksanaan proyek Pupuk

Jawa Barat dari Departemen Pertambangan ke Departemen Perindustrian. Kemudian pada

bulan April 1975 Menteri Perindustrian mengeluarkan Surat Keputusan No.

25/M/SK//1975 untuk membentuk tim penyelesaian proyek dengan ketua tim Dirjen

Industri Kimia dengan pimpinan proyek adalah Ir. A. Salmon Mustafa dan Ir. Didi Suwardi

sebagai pimpinan lapangan.

Sumber biaya pelaksanaan proyek tersebut diperoleh dari pinjaman pemerintah Iran

sebanyak 250 juta dollar US, yang digunakan untuk membeli mesin-mesin dan pipa gas.

Pada tanggal 9 Juni 1975, dengan akta Notaris Sulaiman Ardjasasmita SH Nomor 19 tahun

1975 berdirilah PT. Pupuk Kujang (Persero) sebuah Badan Usaha Milik Negara (BUMN)

di lingkungan Direktorat Jendral Industri Kimia-Departemen Perindustrian yang berlokasi

1


di jalan Jendral Achmad Yani, Desa Dawuhan Cikampek Kabupaten Karawang Jawa

Barat.

Sebagai hasil Tender Internasional terbatas yang diadakan pada tanggal 30 Mei

1975, Pemerintah telah memilih kontraktor untuk melaksanakan proyek pabrik pupuk di

Jawa Barat. Kontraktor asing tersebut yaitu:

1. Kellog Overseas Coorperation dari USA dengan tugas-tugas engineering,

design, procurement, konstruksi pabrik ammonia dan utilitas serta konsultasi start

up.

2. Toyo engineering coorperation dari Jepang dengan tugas-tugas engineering,

procurement, dan konsultasi pabrik urea. Pabrik ini mulai dibangun pada bulan

Juli 1976 hingga selesai awal November 1978.

Pada tanggal 7 November 1978 pabrik Pupuk Kujang mulai berproduksi dengan

kapasitas terpasang sebagai berikut :

1. Pabrik Ammonia 1000 ton / hari atau 330.000 ton / tahun.

2. Pabrik Urea 1725 ton / hari atau 570.000 ton / tahun.

3. Hasil samping sekitar 30 ton ammonia cair / hari.

Akhirnya, pada tanggal 12 Desember 1978 Presiden Soeharto berkenan

meresmikan pengoperasian pabrik, dan mulai tanggal 1 April 1979, PT. Pupuk Kujang

(Persero) mulai resmi beroperasi secara komersial.

1.2 Lokasi Pabrik

PT. Pupuk Kujang berlokiasi di desa Dawuhan, Kecamatan Cikampek, Kabupaten

Karawang, Jawa Barat dengan luas keseluruhan sekitar 700 Ha meliputi perkantoran,

daerah industri atau pabrik dan perumahan.

Beberapa pertimbangan yang menjadi dasar pemilihan lokasi tersebut adalah

sebagai berikut:

a. Dekat dengan sumber bahan baku gas alam dilepas pantai Cilamaya.

b. Dekat ke sumber bahan baku air di Waduk Jatiluhur dan Bendungan Curug.

c. Dekat dengan sumber tenaga listrik di Jatiluhur.

d. Tersedianya jalur angkutan darat seperti jalan raya dan jalan kereta api.

e. Tersedianya sungai sebagai pembuangan limbah, yaitu sungai Cikaranggelam.

f. Berada di daerah pemasaran pupuk

Tata letak pabrik atau lay out perlu dirancang dengan tujuan :

2


a. Pengolahan produk dapat efisien.

b. Memudahkan penanggulangan bahaya yang mungkin saja terjadi seperti

kebakaran, peledakan, kebocoran gas.

c. Pencegah polusi gas maupun suara.

d. Mempermudah jalan keluar dan masuk kendaraan di area pabrik.

PT. Pupuk Kujang termasuk dalam Kawasan Industri Kujang Cikampek

(KIKC). Di dalam kawasan ini juga terdapat anak perusahaan dari PT. Pupuk

Kujang yaitu perusahaan-perusahaan patungan yang bekerja sama dengan Pabrik

Pupuk Kujang. Kawasan pabrik terdiri dari pabrik ammonia, urea, utilitas, dan

pengepakan/pengantongan yang tersusun berdasarkan keterkaitan proses. KIKC

berada dekat dengan kawasan pabrik, agar memudahkan penyediaan bahan baku

dan utilitas yang dikirim dari kawasan pabrik, sementara perkantoran dan

perumahan berada agak jauh dari kawasan pabrik agar tidak terganggu oleh suasana

pabrik.

1.3 Strukur Organisasi Perusahaan

PT. Pupuk Kujang merupakan BUMN di bawah Departemen Perindustrian

dan Direktorat Industri Kimia Dasar yang seluruh modalnya adalah milik negara.

Perusahaan ini mempunyai struktur organisasi berbentuk lini dan staf.

Struktur organisasi di PT. Pupuk Kujang secara garis besar sesuai dengan Surat

Keputusan Direksi No. 001/SK/DU/VII/89 tanggal 1 juli 1989, terdiri dari:

1. Dewan Direksi

2. General Manager

3. Manager

4. Superintendent

5. Supervisor

Dewan Direksi dipimpin oleh Direktur Utama. Yang dibantu oleh tiga orang

direktur yang terdiri dari:

1. Direktur Produksi

2. Direktur Komersial

3


3. Direktur Teknik dan Pengembangan

4. Direktur Umum dan SDM

Dewan direksi ini bertanggung jawab kepada Dewan Komisaris yang mewakili

Pemerintah sebagai pemegang saham melalui Departemen Pertanian, Depatermen

Keuangan dan Departemen Perindustrian.

Masing- masing direktur membawahi kompartemen sesuai dengan bidangnya,

sedangkan kompartemen terdiri dari unit kerja yang bertugas sebagai pelaksana. Unit kerja

di pabrik disebut divisi, sedangkan unit kerja di kantor disebut biro. Bagan struktur

organisasi selengkapnya tercantum pada lampiran.

1.4 Tujuan Organisasi

Organisasi PT. Pupuk Kujang mempunyai dua tujuan yaitu tujuan jangka panjang

dan jangka pendek yang menjadi arah pengembangan perusahaaan. Tujuan jangka pendek

yaitu menyelesaikan dan menyempurnakan pembangunan pabrik urea.

Sedangkan tujuan jangka panjang yaitu:

1. Mengolah bahan mentah menjadi bahan baku untuk pembuatan urea dan bahan

kimia lainnya.

2. Menyediakan jasa dalam proyek industri pupuk kimia, penelitian pemeliharaan

serta fabrikasi alat- alat produksi.

3. Menyediakan jasa angkutan dan pergudangan guna melengkapi pelaksanaan

usaha- usaha diatas.

4. Menyalurkan dan menyediakan jasa pergudangan ekspor maupun impor untuk

hasil produksi.

1.5 Keselamatan Kerja

Masalah keselamatan kerja sangat penting dalam pengoperasian pabrik, baik untuk

melindungi keselamatan karyawan sendiri maupun demi keselamatan dan kelangsungan

pabrik. Hal ini ditunjang dengan adanya Undang-Undang No. 1 tahun 1970 yang

menetapkan bahwa setiap tenaga kerja berhak mendapat pekerjaan demi kesejahteraan

hidup dan peningkatan produktivitas nasional.

Sistem keselamatan kerja di lingkungan PT. Pupuk Kujang melibatkan enam

kelompok kerja, yaitu :

4


1. Bagian Keselamatan dan Pemadam Kebakaran (Fire and

Safety)

Bagian ini berkedudukan di bawah Divisi Inspeksi dan Keselamatan dengan

jumlah 33 orang yang dibagi menjafi dua seksi yaitu seksi pencegahan dan seksi

penanggulangan. Bagian ini bertugas melakukan pencegahan dan penanggulangan

kecelakaan ataupun kebakaran.

Bagian ini juga memiliki sarana-sarana penunjang keselamatan seperti ambulans,

fire truck multi purpose, fire jeep fressure car, Fire detector dan instrumennya, racun api,

masker gas dan api, unit pengisi udara tekan, kotak PPPK, poster- poster keselamatan

kerja, ruang kelas dan garasi tambahan untuk latihan.

Tugas dan wewenang bagian ini adalah :

a.Menghilangkan sejauh mungkin kondisi tidak aman di pabrik dan sekitarnya.

b. Memadamkan kebakaran.

c.Menanggulangi kebocoran gas.

d. Memberi ijin kerja kepada karyawan yang akan melakukan penggalian,

pembongkaran, perbaikan alat.

e.Mengumandangkan safety talk atau peringatan kembali tentang peraturan

keselamatan kerja pada waktu- waktu tertentu.

f. Memberikan pendidikan dan latihan penanggulangan secara berkala kepada

seluruh karyawan.

2. Biro Keamanan

Biro keamanan terbagi menjadi dua pasukan, yaitu pasukan penjagaan dan

pasukan penyelidikan dan penanggulangan. Tugas utama biro ini adalah menjaga

keamanan lingkungan.

3. Bagian Pemeliharaan dan Lapangan

Bagian ini menyediakan sarana bagi karyawan berupa perlengkapan kerja,

misalnya pakaian kerja dan peralatan lainnya. Bagian ini juga menyediakan konsultasi

bagi karyawan yang ditangani oleh seorang psikolog.

4. Bagian Kesehatan

Bagian kesehatan dilengkapi dengan dokter umum, perawat, dan dokter gigi,

bertugas untuk memberikan pelayanan kesehatan kepada seluruh karyawan dan

keluarganya.

5. Bagian Ekologi

5


Bagian ekologi bertugas untuk menjaga kelestarian lingkungan dan mencegah

terjadinya pencemaran lingkungan baik pencemaran perairan, udara maupun suara.

6. Bagian Perbendaharaan dan Asuransi

Bertugas mengurusi masalah asuransi tenaga kerja dan pemberian santunan

kepada karyawan yang mendapat musibah kecelakaan. Dengan adanya asuransi

diharapkan dapat memberikan rasa aman kepada karyawan dalam menjalankan

tugasnya.

1.6 Tujuan Kerja Praktik

Tujuan dari kerja praktik antara lain :

1.6.1 Tujuan Subjektif :

1. Sebagai salah satu syarat menyelesaikan mata kuliah pada semester 5 yaitu

mata kuliah Kerja Praktek

2. Sebagai tolak ukur kemampuan mahasiswa untuk mengaplikasikan potensi diri

yang didapat didalam perkuliahan agar terbiasa apabila sudah berada di

Industri

1.6,2 Tujuan Objektif

1. Mengetahui dan mempelajari Prinsip Kerja Waste Heat Boiler 2003-U

2. Menghitung Efisiensi dari Waste Heat Boiler 2003-U

Untuk itu Penulis memilih objek kerja praktik dengan judul Menghitung Efisiensi

Waste Heat Boiler 2003-U di PT Pupuk Kujang

1.7 Batasan Masalah

Adapun pembatasan masalah dalam Laporan Kerja Praktek sebagai berikut:

1. Objek penelitian selama Kerja Praktek ini adalah menghitung Efisiensi dari Waste Heat Boiler 2003-U beserta prinsip kerjanya

6


2. Tempat penelitian Kerja Praktek adalah PT Pupuk Kujang dinas Utilitas 1-A

1.8 Metoda Pengambilan Data

Dari laporan Kerja Praktek ini diperlukan data dan informasi yang lengkap, objektif,

sahih, dan dapat dipertanggung jawabkan agar dapat diolah dan disajikan menjadi

gambaran dan pandangan yang benar. Untuk mengolah data empiris dengan analisis kritis

komparatif, diperlukan juga data teoritik yang benar-benar menjadi tolak ukur. Maka dari

itu, agar data empiris dan data teoritik yang diperlukan untuk penyusunan laporan ini dapat

terkumpul, penulis telah menggunakan metode-metode pengumpulan data yang berupa :

1. Studi Lapangan

Teknik pengumpulan data dengan cara mengevaluasi keadaan yang terjadi langsung

di tempat penelitian melalui :

Wawancara

Data-data diperoleh dengan cara tanya jawab secara langsung dengan pejabat serta

karyawan yang berwenang, mengenai masalah yang dibutuhkan dalam penyusunan laporan

praktek kerja lapangan.

Observasi

Pengumpulan data diperoleh langsung dari track record alat perusahaan tempat

penulis melakukan penelitian.

2. Studi Literatur

Teknik Pengumpulan Data yang bersumber dari buku-buku serta catatan selama

perkuliahan, data tersebut diambil berdasarkan kaitan topik yang Penulis buat.

7


BAB II

DASAR TEORI

BOILER

2.1 Pengertian Boiler

Boiler atau ketel uap adalah suatu alat konversi energi kimia dari bahan bakar

menjadi energi termal/panas yang ditransfer kepada fluida kerja yaitu air, dalam bejana

yang tertutup rapat. Boiler terdiri dari peralatan penyaluran udara, sistem penyaluran bahan

bakar, sistem suplai air, drum uap dan pipa-pipa. Boiler harus dibuat dengan konstruksi

yang kuat agar dapat menahan tekanan operasi secara konstan, berubah-ubah atau pada

perubahan keadaan yang tiba-tiba.

Boiler mempunyai dua bagian penting yaitu:

1. Tungku (burner) adalah bagian yang berfungsi untuk menghasilkan panas

dengan cara membakar bahan bakar.

2. Evaporator, superheater, dan ekonomiser adalah alat yang berfungsi untuk

mentransfer panas dari tungku ke dalam suatu boiler.

2.2 Penggolongan Boiler

2.2.1 Boiler pipa api (Fire Tube Boiler)

Boiler pipa api yaitu boiler yang pipanya berisi api atau gas panas. Gas panas ini

digunakan untuk memanaskan air sehingga menjadi uap. Boiler jenis pipa api adalah

boiler sederhana yang hanya mampu memproduksi uap maksimum sebanyak 10 ton uap

per jam pada tekanan maksimum 24 kg/cm2 atau 23,5 bar. Boiler pipa api tergolong

boiler untuk tekanan rendah. Boiler jenis ini merupakan awal dari pembuatan boiler-

boiler selanjutnya. Boiler ini umumnya mempunyai isi air yang cukup besar sehingga

disebut boiler tangki).

8


Gambar 2.1 Mekanisme kerja boiler pipa api

2.2.2 Boiler pipa air (Water Tube Boiler)

Boiler pipa air yaitu boiler yang pipa-pipanya berisi air atau uap dan dipanaskan oleh

api atau gas panas yang berada di luar pipa air. Boiler jenis ini dapat memperbanyak

kapasitas uap dan memperbesar tekanan uap yang dihasilkan dari energi pembakaran lebih

sedikit jika dibandingkan boiler jenis pipa api.

Mekanisme kerja dari boiler jenis water tube boiler yaitu, air yang mengisi pipa-pipa

di dalam boiler dipanaskan oleh api/gas panas dari tungku/burner. Luas bidang pemanasan

lebih banyak dan merata sehingga kenaikan temperatur dan tekanan pada air di dalam pipa-

pipa tersebut dapat lebih cepat. Semakin tinggi temperatur air tersebut maka tekanannya

pun akan semakin besar.

Sirkulasi air yang berada di dalam boiler terjadi secara alamiah, yaitu pada lapisan air

yang paling bawah, lebih dulu menerima panas dari api sehingga temperatur air pada

lapisan tersebut naik dan massa jenis air tersebut turun. Pada air lapisan atas masa jenisnya

lebih besar dari lapisan bawah, sehingga air paada lapisan bawah terdorong ke atas dan

kekosongan air akan diisi oleh lapisan air yang massa jenisnya lebih besar. Sirkulasi air

tersebut akan berlangsung terus hingga air tersebut berubah fasa hingga menjadi uap yang

bertekanan dan dapat mengalir keluar (gambar 2.2). Energi kinetik dari tekanan uap inilah

yang digunakan untuk menggerakan turbin uap.

9


Gambar 2.2 Mekanisme kerja boiler pipa air

Ada beberapa keuntungan yang didapat dari disain boiler pipa air, yaitu:

Dapat bekerja pada tekanan tinggi.

Dapat memproduksi uap dengan cepat, karena sirkulasi fluida yang cepat.

Dapat memperbanyak kapasitas uap dengan cara memperbanyak pipa tanpa

mengubah diameter tabung, ini merupakan keuntungan terbesar boiler jenis pipa air

yang tidak bisa didapat dari boiler jenis pipa api.

Kerugian dari boiler jenis pipa air, yaitu:

Air pengisi pipa air harus selalu dalam keadaan bersih.

Biaya perawatannya yang relatif mahal.

2.3 Termodinamika

Termodinamika adalah salah satu bidang terpenting dalam ilmu pengetahuan

kerekayasaan yang membahas hubungan antara energi panas dengan bentuk-bentuk energi

lainnya. Termodinamika memusatkan perhatian kepada faham tentang energi, gagasan

bahwa energi itu kekal adalah hukum termodinamika yang pertama. Hukum

termodinamika pertama menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan

dihilangkan, tetapi dapat dirubah dari satu bentuk menjadi bentuk yang lain, dimana

energi yang masuk sama dengan energi yang keluar.

10


Konsep kedua dalam termodinamika adalah kemungkinan atau kemustahilan

berlangsungnya suatu proses dapat ditentukan dengan entropi. Proses yang menghasilkan

entropi mungkin terjadi, tetapi yang membinasakan entropi mustahil dapat berlangsung,

dengan kata lain energi yang masuk pasti lebih besar dari pada energi yang keluar.

Gagasan inilah yang mendasari hukum termodinamika yang kedua.

Gagasan penting lainnya adalah sifat termodinamika merupakan awal petunjuk bagi

perpindahan energi sebagai panas. Berbagai gerakan molekul cenderung semakin tinggi

aktivitasnya pada temperatur tinggi. Energi panas cenderung untuk bergerak dari molekul

yang bertemperatur tinggi ke molekul yang temperaturnya lebih rendah. Hukum

termodinamika ke nol menyatakan Jika dua buah sistem berada dalam kesetimbangan

termal, keduanya haruslah mempunyai temperatur yang sama, jika setiap sistem tersebut

berada dalam kesetimbangan dengan sistem ketiga, maka ketiganya mempunyai temperatur

yang sama. Hukum ini merupakan dasar dari pengukuran temperatur .Termodinamika

mempunyai dua sifat substansi yang sangat penting yaitu:

1. Sifat Ekstensif

Nilainya untuk seluruh sistem yang merupakan penjumlahan dari seluruh

bagian dari sistem tersebut, contohnya adalah massa, volume, dan energi.

2. Sifat Intensif

Nilainya tidak tergantung dari besar dan ukuran sistem, contohnya adalah

massa jenis, tekanan, dan temperatur.

Pada boiler terjadi proses perubahan bentuk energi, yaitu energi kimia dari bahan

bakar menjadi energi kinetik dari uap. Uap ini dihasilkan dari pemanasan fluida kerja (air),

dimana panas tersebut dihasilkan oleh proses pembakaran bahan bakar. Pada proses ini

terjadi perubahan fase pada fluida kerja, perubahan fase ini berawal dari fase cairan

terkompresi sampai fase uap kering.

1. Cairan terkompresi dan cairan jenuh

Suatu piston silinder berisi air (fase cair) misalnya pada temperatur 20OC dan

tekanan 1 atm (gambar 2.3) disebut cairan terkompresi, yang berarti pada kondisi ini

air tidak akan menguap. Jika panas ditransfer ke air tersebut sehingga temperaturnya

naik, misalnya 40OC (gambar 2.4) dengan tekanan yang sama, maka kenaikan

temperatur tersebut, air akan berekspansi (mengembang) yang mengakibatkan

volume spesifik air tersebut bertambah sehingga menyebabkan piston naik dan

tekanannya tetap 1 atm.

11


Air yang berada di dalam piston tersebut, jika terus diberi panas hingga

temperaturnya naik hingga 100OC akan mengakibatkan cairan tersebut menguap

(gambar 2.5), yang berarti terjadi proses perubahan fase dari cair ke uap. Cairan yang

siap menguap ini disebut cairan jenuh.

2. Uap jenuh, uap campuran dan uap kering

Cairan jenuh yang berada didalam piston tadi, jika diberi panas yang lebih banyak

lagi, kenaikan temperatur akan berhenti sampai cairan tersebut berubah semua

menjadi uap. Cairan jenuh pada kondisi ini temperaturnya akan konstan jika selama

proses perubahan fase dari cairan jenuh menjadi uap, tekanannya dijaga konstan,

selama proses penguapan terjadi kenaikan volume spesifik dan berkurangnya level

cairan akibat perubahan fase menjadi uap. Silinder yang terdiri dari uap dan cairan

jenuh dengan jumlah yang sama pada pertengahan proses penguapan (gambar 2.7),

jika terus ditambahkan panas maka proses penguapan akan terus berlanjut hingga

seluruh cairan akan menguap (gambar 2.7). Isi silinder pada titik ini akan penuh

dengan uap, bila terjadi kehilangan panas seberapapun kecilnya akan menyebabkan

sebagian uap mengembun (perubahan fase dari uap ke cairan). Uap yang hampir

terkondensasi disebut uap jenuh, oleh karena itu keadaan seperti pada gambar 2.6

dinamakan kondisi uap jenuh. Keadaan seperti pada gambar 2.6 dinamakan kondisi

uap campuran, yaitu dimana fasa ini merupakan campuran antara fase cairan jenuh

dengan fase uap. Kondisi uap jenuh jika masih terus ditambahkan energi panas pada

tekanan konstan maka pada kondisi ini uap air akan mengalami kenaikkan temperatur

dan kondisi uap akan berubah menjadi uap panas lanjut atau uap kering. Grafik

proses perubahan fase dari fase cairan sampai fase uap kering, berdasarkan

perubahan temperatur dan volume spesifik dapat dilihat pada gambar 2.8.

12

P = 1 atmT = 20 oC

Gambar 2.3 Cairan terkompresi

P = 1 atmT = 40 oC

Gambar 2.4 Cairan terkompresi-suhu dinaikan

P = 1 atmT = 100OC

Gambar 2.5 Cairan jenuh


2.4 Bahan Bakar

Waste Heat Boiler biasanya didesain untuk bahan bakar cair, karena penggunaan

batu bara mengalami kesulitan pada saat penambahan penanganan abu serta kebersihan

tube. Bahan bakar yang ada terdiri dari unsur /Hidrogen (H), Karbon (C), Nitrogen ( N ),

Oksigen (O), dan Belerang ( S ). Dalam proses pembakaran, bahan bakar disenyawakan

dengan oksigen dari udara sehingga timbul gas asap panas, panas ini kemudian diberikan

kepada dinding ketel melalui aliran gas.

Jumlah udara yang dimasukkan ke ruang bakar untuk pembakaran harus tepat

dengan jumlah bahan bakar karena jika kurang, maka akan terjadi pembakaran tidak

sempurna yang akan mengurangi jumlah panas yang dihasilkan dan sebagian unsur,

khususnya unsure karbon tidak dapat seluruhnya terbakar sehingga menimbulkan asap

hitam. Biasanya untuk mendapatkan pembakaran yang sempurna, jumlah udara dibuat

13

Uap

Cair jenuh

Gambar 2.6 Uap campuran

Uap

Gambar 2.7. Uap jenuh

1

2 3

4

5

T

v

Keterangan:

Cairan terkompresi

Cairan jenuh

Uap campuran

Uap jenuh

Uap kering

Gambar 2.8 Grafik proses perubahan fase uap T-v


berlebih dari pada untuk reaksi kimia, tetapi bila terlalu berlebihan mka sebagian panas

akan akan terpakai untuk memanaskan kelebihan udara tersebut akhirnya malah terbuang.

Untuk mengetahui apakah pembakaran berjalan secara baik atau tidak, maka gas

asap yang keluar dari ketel harus dianalisa baik dengan alat pengukur maupun

laboratorium dengan indikasi oksigen terbuang.

Nilai kalor bahan bakar

Nilai kalor bahan bakar adalah nilai energi yang dilepaskan pada waktu terjadi oksidasi

atau pembakaran sempurna. Nilai kalor bahan bakar dibagi dua, yaitu: HHV dan LHV.

Energi bahan bakar

Energi bahan bakar adalah energi yang digunakan untuk menghasilkan panas dari proses

pembakaran campuran udara dan bahan bakar yang dimanfaatkan dalam pemanasan air

sehingga berubah fasa menjadi uap. Besarnya jumlah energi kalor akibat proses

pembakaran dapat dihitung menggunakan persamaan

Ebb= mbb x LHV

Keterangan : E = jumlah energi kalor

mbb = laju aliran bahan bakar

LHV = nilai kalor bawah bahan bakar

14


2.5 Efisiensi Boiler

Kinerja dari suatu boiler dapat ditentukan oleh parameter-parameter seperti

banyaknya uap yang terbentuk, banyaknya suplai bahan bakar, temperatur uap keluar,

temperatur gas buang, nilai kalor bahan bakar (tergantung dari jenis bahan bakar yang

digunakan), kandungan bahan bakar, dan kandungan gas buang. Kinerja dari suatu alat

atau sistem biasanya dinyatakan dengan parameter effisiensi (), jika semakin tinggi

efisiensi maka kinerja dari dari suatu alat atau sistem dapat dinyatakan bagus, artinya rugi

atau losses yang dihasilkan dari suatu alat atau sistem untuk proses semakin kecil.

Persamaan yang dipakai untuk menghitung efisiensi pada boiler :

x100% ....................................... (2.1)

Dimana :

Q input = Gas flow x LHV (2.2)

Qout = Qsteam - QBFW . (2.3)

Dimana :

QBFW = mBFW x Cpair x (TBFW-T0) ............................ (2.4)

Qsteam = msteam x hsteam ... (2.5)

15


BAB III

WASTE HEAT BOILER 2003 U

3.1 Gas Turbin Generator 2006 J

Turbin gas adalah mesin yang iner mengubah energi panas menjadi energi mekanik

atau dorong. Turbin gas berfungsi sebagai penggerak mula bagi mesin mesin yang lain.

Turbin gas yang digunakan di PT Pupuk Kujang adalah GTG 2006 J ( Gas Turbin

Generator 2006 J ). Buatan Hitachi ( Jepang ). Siklus yang digunakan Turbin Gas adalah

siklus terbuka dengan Fluida kerja adalah udara dari atmosfer.Selain itu juga turbin gas di

PT Pupuk Kujang tidak memiliki reheater, regenerator, maupun intercooler.sehingga

merupakan system turbin gas sederhana. Hal ini membuat efisiensi turbin gas di PT Pupuk

Kujang rendah.

Turbin Gas 2006 J menggunakan bahan bakar gas alam yang dipasok oleh

pertamina. Dari sumber gas alam di desa Cilamaya, Cikampek. Daya yang dihasilkan oleh

turbin digunakan sebagai alat putar untuk menggerakan generator yang berfungsi untuk

membangkitkan listrik.

Turbin gas yang terdapat di unit Ultilitas PT Pupuk Kujang IA, Berguna untuk

menyuplai listrik baik di PT Pupuk Kujang maupun KIKC ( Kawasan Industri Kujang

Cikampek ).

Generator yang digunakan di PT Pupuk Kujang sama halnya dengan turbin gas

yang dibuat oleh HITACHI ( Jepang ), sehingga turbin gas merupakan satu kesatuan

dengan generator. Generator ini memiliki kapasitas 21588 KVA, frekuensi 50 Hz, putaran

3000 rpm dan menggunakan pendingin air.

Generator merupakan alat pengkonversi energi mekanik turbin menjadi energi

listrik. Energi mekanik dari putaran poros dari turbin sebesar 5100 rpm diubah menjadi

3000 rpm pada putaran poros generator melalui gigi reduksi. Selanjutnya putaran poros

generator diubah menjadi energi listrik dengan tegangan keluaran sebesar 13.800 volt.

Adapun Komponen Gas Turbin Generator 2006 J, yaitu:

Kompresor

Kompresor berfungsi untuk menghisap udara atmosfir dan menaikan

tekanannya sehingga dihasilkan udara dengan tekanan tinggi. Jenis kompresor

16


yang digunakan adalah kompresor aksial dengan 16 tingkat. Rasio kompresi

adalah 1 : 7,5. Kecepatan putar kompresor adalah 5100 rpm.

Udara yang diisap kompresor adalah udara biasa dari atmosfer sehingga

dipasang penyaring udara pada sisi isap kompresor, agar udara yang masuk

kompresor bersih dari kotoran.

Ruang Bakar

Ruang bakar berfungsi untuk mensuplai energi panas yang diperlukan pada

siklus turbin gas. Hal ini dilakukan dengan membakar gas alam pada udara yang

telah dimampatkan oleh kompresor, yang akan mendapatkan udara yang panas

dan kering serta bertekanan tinggi

Ruang bakar turbin gas di PT Pupuk Kujang memiliki 10 buah ruang bakar

dengan dua buah flame detector yang menggunakan ultra violet sebagai

sensornya. Untuk tiap buah ruang bakar terdapat satu buah fuel nozzle.

Proses pembakaran pada ruang bakar dijelaskan sebagai berikut :

Bahan bakar dari tangki bahan bakar disalurkan ke ruang bakar dengan melewati

pipa bahan bakar dan fuel nozzle, pada fuel nozzle itu bahan bakar dikabutkan dan

disemprotkan ke ruang bakar. Udara yang bertekanan dan bersuhu tinggi dari

kompressor akan masuk ke ruang bakar dan dicampur dengan bahan bakar yang

disemprotkan dari fuel nozzle kemudian akan terjadi pembakaran yang

berlangsung pada tekanan konstan. Untuk penyalaan api pada ruang bakar satu

dan dilakukan dengan busi.sedangkan untuk ruang bakar lainnya api dilewatkan

melalui crossfire tube. Untuk flame detector dipasang pada ruang bakar nomor

tujuh dan delapan.

Ruang pembakaran terdiri atas nozzle ( sebagai pengabut bahan bakar ),

flame detector ( untuk mengetahui apakah api sudah menyala atau tidak ), spark

ignation ( sebagai alat penyala api ), transition piece ( sebagai alat penyalur gas

panas hasil pembakaran ke nosel turbin ), crosfire tube ( pipa penghubung untuk

menghantarkan api dari satu ruang bakar ke ruang bakar lain ).

Ruang bakar dari turbin gas merupakan dua tabung konsentris yang

membentuk dua ruang.tabung luar berupa combustion chamber. Tabung dalam

sering disebut sebagai Combustion linear. Adanya lubang lubang pada

combustion linear maka kedua ruang yang terjadi saling berhubungan.

17


Turbin

Turbin digunakan untuk mengubah energi kinetik gas panas hasil

pembakaran di ruang bakar menjadi energi mekanik yang berupa putaran poros

dan turbin.

Turbin yang digunakan adalah jenis turbin impuls berporos tunggal ( single

shaft ), mempunyai dua tingkat sudu turbin dengan putaran 5100 rpm. Sedangkan

trip terjadi pada saat putaran mencapai 5610 rpm dan kecepatan minimum operasi

adalah 3890 rpm.

Ada dua bagian utama pada turbin, yaitu sudu tetap ( nozzle ) dan sudu

gerak ( bucket ). Sudu tetap ( nozzle ) didesain dengan rongga menyempit yang

berfungsi untuk mengarahkan dan menaikan kecepatan aliran gas panas hasil

pembakaran. Sedangkan sudu gerak ( bucket ) merupakan bagian roda turbin yang

tersusun melingkar dan berfungsi untuk mengubah energi kinetik gas panas

menjadi energy mekanik poros turbin.

Generator

Generator yang digunakan di PT Pupuk Kujang sama halnya dengan turbin

gas yang dibuat oleh HITACHI ( Jepang ), sehingga turbin gas merupakan satu

kesatuan dengan generator. Generator ini memiliki kapasitas 21588 KVA,

frekuensi 50 Hz, putaran 3000 rpm dan menggunakan pendingin air.

Generator merupakan alat pengkonversi energi mekanik turbin menjadi energi

listrik. Energi mekanik dari putaran poros dari turbin sebesar 5100 rpm diubah

menjadi 3000 rpm pada putaran poros generator melalui gigi reduksi. Selanjutnya

putaran poros generator diubah menjadi energi listrik dengan tegangan keluaran

sebesar 13.800 volt.

Penggerak Mula ( Starting Device )

PT Pupuk Kujang menggunakan turbin uap untuk mendapatkan putaran mula,

adapun spesifikasinya sebagai berikut :

Type : Gas expander, Mark 25 G Turbine

Break away : 500 hp 3000 rpm

Gas supply : 24,6 atg minimum 26,4 atg maksimum

18


Inlet condition set by regulating stop valve ( VPR 15 )

Lube system : force feed from GT lube system

Speed control : governor, setting 1100 1300 rpm

Maximum operation speed : 3100 3400 rpm

Adjustment : hand speed changer valve

Jaw Coupling

Penggerak mula dengan turbin gas dihubungkan dengan jaw coupling. Jaw

coupling ini akan bekerja, jika kecepatan putaran poros turbin ini tidak lebih besar

dari kecepatan putar penggerak mula. Pada saat turbin gas mulai bekerja, terjadi

slip pada jaw coupling yang berakibat putusnya hubungan turbin gas penggerak

mula. Jaw coupling bagian penggerak mula secara otomatis keluar.

Reduction Gear

Ada dua bagian reduction gear dalam mesin yaitu : penghubung antara turbin gas

dengan dengan penggerak mula dan penghubung antara turbin gas dengan

generator.

Reduction gear dibutuhkan untuk mereduksi adanya perbedaan kecepatan kerja

dari masing masing mesin. Untuk mengubah putaran poros turbin sehingga

dihasilkan putaran poros yang sesuai dengan putaran poros generator.

Putaran untuk penggerak mula adalah 3000 rpm, turbin gas 5100 rpm, dan

generator 3000 rpm. Dengan adanya reduction gear ini maka hubungan kerja bisa

berjalan baik.

Sistem Udara

Udara dialirkan ke mesin melewati saluran yang mempunyai air silencer

( peredam udara ) dan penyaringan debu. Udara memasuki saluran udara utama

dari samping dengan terlebih dahulu melewati penyaring kotoran. Dalam saluran

utama masih ada penyaring udara tahap kedua. Adanya penyaring kotoran ini akan

mengurangi gangguan yang terjadi akibat kotoran yang terbawa oleh udara

kompresor yang terbawa oleh udara pada kompresor. Sedangkan air silencer

berfungsi untuk mengurangi kebisingan suara berfrekuensi tinggi yang

ditimbulkan kompresor.

19


Udar adigunakan turbin gas untuk proses pembakaran dan sebagai fluida

pendingin. Pendingin udara dilakukan untuk bagian ruang bakar dan bagian lain

yang berhubungan dengan panas.

Booster Compresor

Booster Compressor berfungsi untuk membantu sistem pengabutan udara bahan

bakar sebelum ke kompresor cukup mampu untuk melakukan pengabutan sendiri.

Booster kompresor membantu pengabutan awal hingga mencapai putaran poros

sekitar 20 % dari putaran kerja kompresor.

Sistem Bahan Bakar

Dalam sistem penyaluran bahan bakar diatur oleh sistem speedtronic. Speedtronic

control system merupakan sistem elektronik yang mengatur laju aliran bahan

bakar yang masuk ke dalam sistem turbin gas.

Komponen komponen pada sistem bahan bakar antara lain :

Strainer berfungsi untuk menyaring dan memisahkan kotoran kotoran

yang terbawa di dalam ruang bakar.

Pressure ratio valve berfungsi untuk mengatur tekanan bahan bakar yang

masuk agar tetap konstan

Gas stop valve berfungsi untuk menutup bahan bakar yang masuk apabila

turbin berhenti atau diberhentikan.

Gas control valve berfungsi mengatur jumlah bahan bakar yang masuk

sesuai kondisi operasi turbin

Manifold berfungsi sebagai alat untuk menyalurkan bahan bakar ke masing

masing ruang bakar secara merata.

Flow meter berfungsi sebagai alat untuk mengukur laju bahan bakar

Bahan bakar turbin gas di PT Pupuk Kujang adalah gas alam dimana hasil

proses pembakaran harus bebas dari sisa sisa bahan bakar ( abu ) yang keras

dan tidak menimbulkan korosi yang diakibatkan peristiwa kimia.

Nilai kalor bahan bakar gas alam yang masuk ke PT Pupuk Kujang adalah

1000 1046 BTU/SCF dengan kondisi normal gas alam pada tekanan 1 atm

dan temperature 200 C

20


Gambar 3.1

Skematik 2006 J

3.2 Waste Heat Boiler 2003 U

Waste heat boiler memenuhi 45 % dari keperluan steam seluruh unit , sedangkan

sisanya didapat dari 2 buah package boiler. Kapasitas boiler ini 90,7 ton/jam dan

beroperasi pada suhu 4000C dan tekanan 49,27 kg/cm3. media pemanas yang digunakan

adalah sensibel dari exhaust gas turbin Hitachi, dan dipanaskan lagi oleh panas

pembakaran gas alam.

21


Gambar 3.2 Skematis Waste Heat Boiler

Tabel 3.1 Spesifikasi boiler di PT Pupuk Kujang

Spesifikasi WHB Package boiler

2007-U

Package boiler 2007-

UA

Equipment name Water tube

boiler

Water tube boiler Water tube boiler

Capasity 90.7 ton/jam 102.06 ton/jam 102.06 ton/jam

Steam temp. 400 0C 400 0C 400 0C

Production year 1975 1975 1975

Working pressure

max

49.27 kg/cm2 49.27 kg/cm2 49.27 kg/cm2

Operation

pressure

600 psi 600 psi 600 psi

Temperature 750 0C 750 0C 750 0C

Efficiency Desaign 84% 84.5% 84.5%

Fuel Gas alam Gas alam Gas alam

Made in Foster Wheeler,

Amerika

Zum Industry Incerie

City Energy,

Zum Industry Incerie

22


Amerika City Energy, Amerika

Autohorized

inspector

Depnaker Depnaker Depnaker

3.2.1 Deskripsi Proses Waste Heat Boiler 2003-U

Gas buang yang berasal dari turbin dialirkan kedalam Waste heat boiler, jika

jumlah uap yang diperlukan oleh boiler lebih besar maka pemanasan tambahan dilakukan

dengan menambahkan bahan bakar berupa gas alam melalui burner. Setelah memanaskan

ketel maka gas dibuang melalui cerobong asap. Jika ketel dalam keadaan tidak bekerja ,

maka gas buang turbin langsung dibuang melalui cerobong by-pass. Air umpan boiler dari

storage deaerator dialirkan menuju economizer. BFW masuk ke economizer dengan suhu

102C dan tekanan 43 kg/cm2 dan tempeatur keluar sekitar 152C. Melalui tube-tube dari

boiler, BFW dari economizer yang sudah melewati steam drum dipanaskan dalam furnace.

Karena pemanasan tersebut maka air berubah menjadi uap yang kemudian masuk ke steam

drum. Karena berat jenis uap lebih kecil maka uap akan naik ke steam drum bagian atas

dan air akan masuk melewati tube-tube dan masuk ke steam drum bagian bawah dimana

akan terjadi sirkulasi antara air dengan uap pada tekanan 42 kg/cm2 Setelah itu dipanaskan

lagi di superheater sehingga menjadi superheated steam. Jika suhu yang keluar dari

superheater lebih dari 400C maka uap dialirkan terlebih dahulu ke desuperheater.

Total solid dalam boiler harus kecil(< 2000 ppm) maka harus diinjeksikan phosfat

untuk mengikat zat-zat padat yang ada dalam air boiler sehingga menggumpal dan turun ke

bawah yang kemudian dihilangkan dengan intermitten blow down. Hal ini dilakukan jika

hasil analisa laboratorium menunjukan kadar silika dan konduktivity tinggi. Untuk

membuang kotoran yang terapung dan buih-buih yang terbentuk dalam steam drum

dilakukan continous blow down dilengkapi dengan metering blowdown dan shut off valve

yang akan membuka jika level air yang ada pada steam drum melebihi batas yang

ditentukan.

23


Aliran blowdown akan masuk ke blowdown flash drum dimana kotoran akan

dibuang ke waste treatment. Jika terjadi blowdown maka akan terbentuk flash steam

dengan tekanan sekitar 3,5 kg/cm2 dan temperatur antara 150-175C.

Medium steam yang dihasilkan 90% digunakan untuk pabrik urea dan sisanya

dipakai oleh pabrik ammonia dan utility. Medium steam digunakan untuk menggerakkan

turbin uap yang dipakai untuk memutar impeller dari pompa-pompa dan kompresor.

Sedangkan Low steam digunakan untuk stripping deaerator, ammonia heater, condesat

stripper, servis steam.

3.2.2 Kelengkapan Alat Waste Heat Boiler 2003 U

a. Economizer

Gas asap ( flue gas ) yang keluar biasanya suhunya masih cukup tinggi,

bahkan lebih tinggi dari temperature air pengisi ketel. Dengan demikian

sebelum dibuang ke atmosfer, gas asap ini bisa dimanfaatkan untuk

memanaskan air pengisi ketel. Economizer pada dasarnya berbentuk pipa-pipa

yang diluarnya dialirkan gas asap dan didalamnya mengalir air pengisi ketel

yang akan dimasukkan ke dalam ketel maka sebagian panas dari gas asap

ditangkap dan bisa dimanfaatkan. Peralatan ini dapat menambah efisiensi ketel

uap secara keseluruhan, karena temperatur gas asap yang dibuang dapat ditekan

menjadi lebih rendah.

3. Superheater

Superheater atau alat pemanas lanjut adalah alat yang mengubah uap jenuh

atau basah menjadi uap panas lanjut. Uap yang keluar dari drum suatu ketel

berupa uap yang mudah mengembun, disebut uap basah. Jika uap ini akan

dipakai untuk menggerakkan turbin maka harus dipanaskan lebih lanjut dengan

tekanan tetap. Dengan pemanas ini, uap selain menjadi lebih kering juga

temperaturnya menjadi lebih tinggi temperaturnya dari temperature jenuhnya,

sehingga tak mudah mengembun. Uap yang dipanaskan seperti ini disebut uap

24


panas lanjut ( superheated steam ) yang akan mempertinggi efiiensi

pemakaiannya, serta mengurangi pengikisan (erase) dan korosi pada alat-alat

yang dilaluinya.

4. Desuperheater

Desuperheater adalah alat yang cara kerjanya merupakan kebalikan dari

superheater, yaitu berfungsi untuk menurunkan temperature uap lanjut yang

terlalu tinggi. Prinsip kerjanya sangat sederhana, berupa penyemprotan air (

spray ) kedalam aliran uap, sehingga pengontrolan suhu bisa dilakukan sesuai

dengan kebutuhan steam yang diharapkan. Proses ini merupakan tahap akhir

sebelum produk steam dialirkan melalui pipa-pipa menuju ke header.

5. Steam drum

Steam Drum merupakan tempat penampungan sementara uap pada proses

pembakaran air dalam boiler

6. Burner

Burner merupakan tempat pembakaran gas alam.

7. By pass Stack

By pass Stack merupakan tempat pembuangan panas keluaran dari gas turbin

generator jika boiler dalam keadaan tidak bekerja.

25


BAB IV

PERHITUNGAN EFISIENSI WASTE HEAT BOILER 2003-U

4.1 Data Komposisi Gas Alam

Tabel 4.1.1 Data Komposisi Gas Alam Pada Tanggal 18 Agustus 2009

Komposisi Gas Alam

Fraksi Mol(X)(%)

LHV (kkal/Nm3) LHV x X (kkal/Nm3)

CH4 86.93 8550.7 7433.12

C2H6 2.07 15217.5 315.00

C3H8 1.47 21784.5 320.23

i-C4H10 0.31 28229.4 87.51

n-C4H10 0.34 28318.7 96.28

i-C5H12 0.13 34788.0 44.22

n-C5H12 0.08 34874.5 27.87

TOTAL 8325.23


Komposisi Gas Alam

Fraksi Mol(X)(%)


CH4 86.52 8550.7 7398.07

C2H6 2.14 15217.5 325.65

C3H8 1.36 21784.5 296.27

i-C4H10 0.28 28229.4 79.04

n-C4H10 0.30 28318.7 84.96

i-C5H12 0.11 34788.0 38.27

n-C5H12 0.07 34874.5 24.41

26


TOTAL 8248.56


Komposisi

Gas Alam

Fraksi Mol

(X)

(%)

Berat

Molekul

(BM)

LHV

(kkal/Nm3)

LHV x X

(kkal/Nm3)

CH4 86.16 16 8550.7 7366,852C2H6 2.21 30 15217.5 336,307C3H8 1.48 44 21784.5 322,411i-C4H10 0.31 58 28229.4 87.516n-C4H10 0.34 58 28318.7 96.284i-C5H12 0.12 72 34788.0 41,746n-C5H12 0.08 72 34874.5 27.879

TOTAL 8279,01


Komposisi Gas Alam

Fraksi Mol(X)(%)


CH4 86.01 8550.7 7354.46

C2H6 2.18 15217.5 331.74

C3H8 1.38 21784.5 300.63

i-C4H10 0.30 28229.4 84.69

n-C4H10 0.32 28318.7 90.62

i-C5H12 0.13 34788.0 45.22

n-C5H12 0.08 34874.5 27.89

TOTAL 8246.51

27


4.2 Data Konsumsi Gas Alam

Tabel 4.2.1 Data Konsumsi Gas Alam GTG

No Tanggal Gas Flow Nm3/jam1 18 Agustus 2009 48302 19 Agustus 2009 48003 20 Agustus 2009 48804 21 Agustus 2009 4910

Tabel 4.2.2 Data Konsumsi Gas Alam WHB

No Tanggal Gas Flow Nm3/jam1 18 Agustus 2009 3017.082 19 Agustus 2009 1684.583 20 Agustus 2009 1906.674 21 Agustus 2009 2031.25

4.3 Data Boiler Feed Water

Tabel 4.3 Data Boiler Feed Water

No Tanggal Boiler Feed

Water Flow

(Ton/jam)

Boiler Feed Water Press

(Kg/cm2)

BFW.Temp. Econ. Inlet

(0C)

1 18 Agustus 2009 64.6 61.46 107.58

2 19 Agustus 2009 56.2 58.292 107.325

3 20 Agustus 2009 58.7 58.88 107.208

4 21 Agustus 2009 61.2 58.875 107.17

4.4 Data Steam

Tabel 4.4 Data Steam

28


No Tanggal Steam Press (Kg/cm2)

Steam Flow (Ton/jam)

Steam Temp. Boiler Outlet

(0C)

1 18 Agustus 2009 43 62.2 401.67

2 19 Agustus 2009 43 52.8 401.17

3 20 Agustus 2009 43 55.3 403.58

4 21 Agustus 2009 43 45.17 402.42

4.5 Data Beban Pengeluaran Gas Turbin Generator

Tabel 4.5 Data Beban Pengeluaran Gas Turbin Generator

No Tanggal Energi Listrik (MW)1 18 Agustus 2009 8.762 19 Agustus 2009 8.733 20 Agustus 2009 8.784 21 Agustus 2009 8.85

4.6 Analisa Perhitungan

Berikut adalah contoh perhitungan yang dilakukan pada tanggal 20 Agustus 2009.

A. Data Komposisi Gas Alam

Komposisi

Gas Alam

Fraksi

Mol

(X)

(%)

Berat

Molekul

(BM)

LHV

(kkal/Nm3)

LHV x X

(kkal/Nm3)

CH4 86.16 16 8550.7 7366,852C2H6 2.21 30 15217.5 336,307C3H8 1.48 44 21784.5 322,411i-C4H10 0.31 58 28229.4 87.516n-C4H10 0.34 58 28318.7 96.284i-C5H12 0.12 72 34788.0 41,746n-C5H12 0.08 72 34874.5 27.879

TOTAL 8279,01

LHV gas alam =8279,01 kkal/Nm2

29


Gambar 4.1 Skema Waste Heat Boiler

1. Energi gas alam yang masuk GTG

Data Gas Alam masuk GTG

No Range Gas Flow (m3/h)

Fra-2012 GAS to 2006 J

Gas Flow x 1200(faktor

pengali) (Nm3/h )

1 00.00 4,0 48002 02.00 4,0 48003 04.00 4,0 48004 06.00 4,0 48005 08.00 4,1 49206 10.00 4,1 49207 12.00 4,1 49208 14.00 4,1 49209 16.00 4,1 492010 18.00 4,1 492011 20.00 4,1 492012 22.00 4,1 4920RATA-RATA 4880

Q Gas Alam masuk GTG = Gas flow x LHV gas alam

= 4880 Nm3/h x 8279,01 kkal/Nm3

= 40401568 kkal/jam

30

Gas Turbine Generator

Waste Heat Boiler

Listrik (Q2) Steam (Q

5)

Natural Gas (Q

1) Q

3

Natural Gas(Q

4)


2. Beban pengeluaran GTG

Data Beban pengeluaran GTG

No Range Beban pengeluaran GTG (MW)1 00.00 8,82 02.00 8,83 04.00 8,64 06.00 8,65 08.00 8,76 10.00 8,57 12.00 8,58 14.00 9,19 16.00 8,810 18.00 9,111 20.00 9,012 22.00 8,8

RATA-RATA 8,78

Beban Pengeluaran GTG (Q2) =8,78 MW

8,78 x 106 Watt x 0,8983 kcal/jam = 7549658 kkal/jam

3. Energi gas buang Hitachi yang masuk WHB

Q gas buang Hitachi masuk WHB (Q3) = Q input GTG (Q1) Beban GTG (Q2)

= 40401568 kkal/jam 7549688 kkal/jam

= 32851910,8 kkal/jam

4. Energi gas alam yang masuk WHB

Data Gas Alam masuk WHB

No Range Gas Flow ( Reading)

Fra-2016 GS to 2003 U

Gas Flow

(Nm3/jam)1 00.00 38 24702 02.00 38 24703 04.00 32 20804 06.00 31 20155 08.00 27 18856 10.00 25 16257 12.00 19 12358 14.00 30 19509 16.00 28 1820

31


10 18.00 27 175511 20.00 26 169012 22.00 29 1885RATA-RATA 1906,67

Q Gas Alam masuk WHB(Q4) = Gas flow x LHV gas alam

= 1906,67 Nm3/jam x 8779,01 kkal/Nm3

= 15785340 kkal/jam

5. Menghitung Energi Boiler Feed Water

Data Boiler Feed Water

No Range Boiler Feed

Water Flow

(Ton/h)

Boiler Feed Water

press

(kg/cm2)

BFW.temp. econ.

Inlet

(0C)

1 00.00 60 56 108.22 02.00 61,2 57 107.43 04.00 58,8 57,5 107,44 06.00 55,2 58 108,25 08.00 62,4 60 1086 10.00 51,6 58,5 1087 12.00 54 61 1088 14.00 61,2 57 1089 16.00 60 60 10810 18.00 60 60 10811 20.00 60 60 10812 22.00 60 60 108RATA-RATA 58,7 58,7 107.9

Dengan Feed water press (PBFW) = 58,7 kg/cm2 = 56,87 bar dan

TBFW =107,9 0C = 380,9 K diperoleh Cp air (KJ/kg.K):

(sumber : perry)

32


P (bar) T (0C)

100 110

50 4.218 4.233

100 4.206 4.221

Interpolasi I :

P = 50 bar T = 100 0C Cp = 4.218 KJ/kg.K

P =100 bar T = 100 0C Cp = 4.206 KJ/kg.K

Didapat Cp1= 4.216KJ/kg.K (interpolasi)

Interpolasi II

P = 50 bar T = 1100C Cp = 4.233 KJ/kg.K

P =100 bar T = 1100C Cp = 4.221 KJ/kg.K

Didapat Cp2= 4.231 KJ/kg.K (interpolasi)

Interpolasi III

P = 56,87bar T = 1000C Cp1= 4.216 KJ/kg.K

P =56,87bar T = 1100C Cp2= 4.231 KJ/kg.K

Didapat Cpair= 4.228 KJ/kg.K (interpolasi)

Maka,

QBFW = mBFW x Cpair x (TBFW-T0)

33


= 58,7x 103 kg/jam x 4.228 KJ/kg.K x (380.9-298) K

= 20574420,44KJ/kg

= 4913292,99 kkal/jam

HBFW = cp air x (TBFW-T0)

= 4,228 KJ/kg.K x (380,9 298) K

= 350,50 KJ/kg

6. Menghitung energi steam

Data steam

No Range Steam Press

(kg/cm2)

Steam Flow

(Ton/h)

Steam temp.

boiler outlet

(0C)1 00.00 43 58,8 4042 02.00 43 60 4063 04.00 43 55,2 4044 06.00 43 54 4045 08.00 43 56,4 4086 10.00 43 51,6 4037 12.00 43 52,8 4028 14.00 43 58,8 4069 16.00 43 54 40010 18.00 43 52,8 40211 20.00 43 52,8 40212 22.00 43 51,6 402RATA-RATA 43 55,32 403,58

Dik : Steam Flow (msteam)= 55,32ton/jam = 55320 kg/jam

Steam temp. boiler outlet (Tsteam) = 403,58 oC

Steam Pressure (Psteam) = 43 kg/cm2 = 4216,80 kPa

Dengan Tsteam = 408,125 oC dan Psteam = 43 kg/cm2 = 4217.7 kPa

Didapat H steam (KJ/kg)=3219, 08 Kj/kg (Himmeblau,2000)

Qsteam = msteam x (Hsteam - HBFW )

34


= 55320 kg/h x ( 3219,08 - 350,50) KJ/kg

= 158689845,6 KJ/jam

= 37902418,99 Kkal/jam

Maka energi yang dibutuhkan untuk membuat steam adalah :

Qout (Q5) = Qsteam - QBFW

= 37902418,99 Kkal/jam - 4913292,99 Kkal/jam

= 32989126 kkal/jam

Catatan:

Panas yang dibawa oleh arus blow down diabaikan karena massa air yang di

blowdown sangat kecil bila dibandinglan dengan massa steam yang terbentuk

Maka Nilai Efisiensinya sebesar :

= x100%

= Q5 / (Q3 + Q4)

= 32989126 kkal/jam / (32851910,8 + 15785340) kkal/jam x 100 %

= 67.8%

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan analisa perhitungan yang dilakukan pada Waste Heat Boiler 2003-U di PT

Pupuk Kujang maka diperoleh hasil sebagai berikut:

35


No Tanggal Konsumsi

Gas Alam

Masuk

GTG

(Nm3/jam)

Beban

Pengeluaran

GTG

(MW)

Konsumsi

Gas Alam

Masuk

WHB

(Nm3/jam)

Boiler

Feed

Water

Flow

(Ton/jam

)

Steam

Flow

(Ton/jam

)

(%)

1 18

Agustus

2009

4830 8.76 3017.08 64.6 62.2 64.36

2 19

Agustus

2009

4800 8.73 1684.58 56.2 52.8 68.49

3 20

Agustus

2009

4880 8.78 1906.67 58.7 55.3 67.83

4 21

Agustus

2009

4910 8.85 2031.25 61.2 45.17 67.94

Boiler yang digunakan di dinas utilitas PT. Pupuk Kujang yaitu boiler jenis pipa

air/water tube boiler berbahan bakar gas alam dan exhaust temperatur gas turbin generator.

Kualitas dan banyaknya uap yang dihasilkan sangat bergantung pada kualitas dan kuantitas

air yang digunakan. Sedangkan tekanan yang dihasilkan dipengaruhi oleh panas yang

dihasilkan oleh burner/tungku dan jumlah bahan bakar yang digunakan untuk

burner/tungku.

Unjuk kerja boiler ditentukan oleh efisiensi pembentukan uap terhadap jumlah

energi yang dipakai untuk pembakaran. Efisiensi boiler pada selang waktu empat hari

didapat efisiensi rata-rata sebesar 67.16%. Hal ini mungkin dikarenakan oleh :

1. Adanya kerak pada pipa-pipa air di dalam boiler, yang dapat menyebabkan

terhambatnya proses perpindahan panas dari api/gas panas kepada air yang ada di

dalam pipa air.

2. Boiler yang sudah tidak terisolasi dengan baik.

36


3. Variasi komposisi dari gas alam dan temperatur exhaust Gas Turbin

Generator yang akan mempengaruhi efisiensi thermal dari boiler.

5.2 Saran

Penulis menemukan beberapa hal yang harus diperhatikan sebelum pelaksanaan

kerja praktik dan selama pelaksanaan kerja praktik, antara lain :

1) Pemeliharaan pada setiap komponen dan pengaturan beban keluaran Gas Turbin

Generator harus diperhatikan sebaik mungkin, karena exhaust dari gas turbin

generator sangat mempengaruhi banyak tidaknya gas alam yang harus dibakar pada

Waste Heat Boiler agar panas yang diinginkan pada proses pembakaran tercapai.

2) Pemeliharaan pada setiap komponen Waste Heat Boiler harus dilakukan secara

reguler atau terjadwal agar efisiensi Waste Heat Boiler dapat terjaga dengan baik.

Dengan kata lain lakukan pemeliharaan tersebut sebelum ada kerusakan-kerusakan.

DAFTAR PUSTAKA

Kadir, Abdul, 1995, Energi Sumber Daya, Inovasi, Tenaga Listrik Dan Potensi

Ekonomi, Jakarta: UI.

37


Maridjo. 2005. Pembangkit Listrik Tenaga Thermal. Bandung : Politeknik Negeri

Bandung

Perry, R.H. 1984, Chemical Engineering Handbook, 6th ed, Mc. Graw Hill,inc

Smith, J.M. and H.C. Van Ness. 1987, Introduction to Chemical Engineering

Thermodinamics. 4th edition. Singapore, Mc. Graw Hill, inc

38


LAMPIRAN

39

LAMPIRAN

109318254-82562310-Waste-Heat-Boiler

Documents

Transcript of 109318254-82562310-Waste-Heat-Boiler