BAB II LANDASAN TEORI

1.1

Prinsip Kerja Boiler Boiler atau ketel uap merupakan suatu bejana tertutup yang terbuat dari baja. Boiler

berfungsi untuk mentransfer panas yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar ke air yang menjadi uap atau steam yang berguna. Uap ini digunakan untuk proses-proses industri, penggerak, pemanas, dan lain-lain. Pencampuran bahan bakar dengan udara pembakaran terjadi di alat pembakar/burner.

1.1.1 Tipe Boiler Secara umum, boiler digolongkan menjadi dua tipe : 1. Boiler Pipa Api (Fire Tube Boiler) Pada boiler pipa api, api dan gas panas yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar mengalir melalui pipa-pipa yang dikelilingi oleh air yang berfungsi sebagai penyerap panas. Panas dihantarkan melalui dinding-dinding pipa dari gas-gas panas ke air disekelilingnya. Boiler pipa api dapat menggunakan bahan bakar minyak, gas, dan bahan bakar padat.

Gambar 2.1 boiler pipa api Boiler pipa api memiliki keuntungan sebagai berikut: Konstruksi yang relatif lebih kuat Biaya perawatan murah Pengoperasian dan perawatan mudah Flexibilitas dalam pengaturan dan perubahan beban pada saat pengoperasiannya

1

Akan tetapi, terdapat juga beberapa hal yang tidak menguntungkan, diantaranya: Kapasitas kecil Efisiensi termal rendah Lambat mencapai tekanan kerja maksimum

2.

Boiler Pipa Dingin (Water Tube Boiler) Pada boiler pipa air, air berada di dalam pipa-pipa yang dikelilingi oleh api dan gas-

gas panas yang berada di luar pipa, sehingga pembentukan uap terjadi di dalam pipa-pipa. Pada dinding dapur boiler pipa air, hampir semuanya tertutup oleh pipa-pipa air. Pipapipa air ini berfungsi sebagai permukaan perpindahan panas, dan sebagai pendingin dinding dapur boiler sehingga akan memperpanjang usia pakainya.

Gambar 2.2 boiler pipa air

1.1.2 Bagian-bagian boiler 1. 2. Ruang bakar/furnace merupakan tempat berlangsungnya pembakaran. Alat pembakar/burner merupakan tempat bercampurnya bahan bakar dengan udara dan melakukan pembakaran. 3. Permukaan penguap/steaming surface, berfungsi menangkap energi kalor dari gas dan meneruskannya ke air sehingga air menjadi uap. 4. Cerobong/stack berfungsi sebagai saluran pembuangan gas asap dan menarik api.

2

5.

Drum uap/steam drum, berfungsi sebagai pengumpul uap, pemisah uap dan tempat pemasukan air.

2.1.3 Alat Tambahan pada Ketel Boiler Alat tambahan pada ketel uap diantaranya yaitu: 1. Indikator tinggi air merupakan alat untuk menunjukan tinggi permukaan air yang ada pada boiler. Alat ini berada di depan boiler. 2. Katup pengaman berfungsi untuk menjaga dari terjadinya peledakan boiler karena tekanan yang melebihi batas. Terdapat empat macam jenis katup pengaman, yaitu: Lever safety valve Berfungsi untuk menjaga tekanan boiler tetap aman. Jika ada tekanan yang melebihi seting, maka katup akan terangkat dari kedudukannya dan uap akan keluar secara otomatis,sehngga tekanan dalam air akan turun. Dead weight safety valve Umumnya dipakai pada boiler yang diam. Pada tekanan normal pemberat akan menyebabkan katup terletak pada kedudukannya. Jika tekanan melebihi seting, katup akan terangkat dari kedudukannya dan uap akan keluar sehingga tekanan normal lagi. Jumlah pemberat disesuaikan dengan tekanan perencanaan. High steam and lower safety valve Katup ini terletak di puncak pada ketel uap Cornish dan Lancashire. Katup ini digunakan jika tekanan kerja uap lebih besar daripada seting, dan jika level air dalam boiler terlalu rendah. Spring loaded safety valve Biasanya dipakai pada boiler yang bergerak, misalnya pada kereta api. Terdapat dua katup yang di tempatkan pada dudukan katup. Jika tekanan melebihi seting, maka uap mendesak katup. 3. Pemanas air, befungsi untuk menaikkan temperatur air yang masuk ke boiler. Dengan pemanas ini, maka beban termis boiler akan lebih ringan, dan mengurangi kerak-kerak pada boiler. 4. 5. Pompa pengisi air, berfungsi sebagai pengisi air pada boiler. Pengatur air merupakan alat kontrol otomatis untuk mengatur pemasukan air agar tingginya tetap di dalam boiler.

3

6.

Ekonomiser merupakan jenis dari pemanas air. Akan tetapi, ekonomiser menerima panas dari gas-gas sisa pembakaran yang menuju stack. Keuntungan dari ekonomiser yaitu: Mengefisiensikan bahan bakar antara 15-20% Dapat mencegah timbulnya kerak dalam pipa air, karena boiler sudah dipanaskan dan kerak terbentuk dalam pipa-pipa ekonomiser.

7.

Water treatment plant, berfungsi untuk mengolah air agar air tersebut baik untuk boiler.

8.

Separator, berguna untuk menghilangkan moisture-moisture uap setelah dari boiler untuk didistribusikan. Uap dari boiler dibawa ke dalam chamber yang jauh lebih besar dari pipanya sendiri, sehingga terjadi ekspansi volume.

9.

Kipas udara atau blower, berfungsi untuk memasukkan udara ke dalam ruang bakar boiler.

1.2

Bahan Bakar dan Proses Pembakaran Unsur-unsur kimia yang terkandung dalam bahan bakar dan dapat menghasilkan

energi panas adalah karbon (C), hidrogen (H2), dan belerang (S). Unsur-unsur tersebut akan teroksidasi di ruang bakar dan membentuk gas-gas yang disebut gas asap. Pada umumnya, bahan bakar juga mengandung oksigen (O2) yang bereaksi terlebih dahulu dengan hidrogen. Adanya hidrogen merupakan kerugian energi panas karena jumlah hidrogen yang seharusnya menghasilkan energi panas di ruang bakar seluruhnya, sebagian telah terambil oleh oksigen. 1.2.1 Kebutuhan Udara Pembakaran Udara yang dibutuhkan untuk membakar bahan nakar dengan reaksi kimia yang sempurna disebut keperluan udara teortik dan stokiometrik. Kebutuhan udara biasanya dinyatakan dengan jumlah udara yang diperlukan untuk membakar 1kg bahan bakar. Darai reaksi kimia dapat ditentukan udara dan gas asap yang terjadi. Kebutuhan udara dan gas asap yang terjadi untuk setiap kg unsur bahan bakar dapat dilihat pada tabel berikut:

4

Unsur Bahan Bakar (1 kg) C H S Oksigen kg/kg unsur

Keperluan udara Nitrogen terbawa kg/kg unsur 8,828 26,483 3,31 Udara kg/kg unsur Gas hasil reaksi Rumus kimia Jumlah

Gas Asap Nitrogen kg/kg unsur 8,828 26,483 3,31 Total kg/kg unsur 12,495 35,483 5,31

kg/kg unsur 3,667 9 2

2,667 8 1

11,495 CO2 34,483 H2O 4,31 SO2

Tabel 2.1 Kebutuhan udara dan gas asap yang terjadi

Jika setiap bahan bakar mengandung unsur-unsur sebagai berikut: Karbon (C) = c kg

Hidrogen (H2) = h kg Belerang (S) = s kg Nitrogen (N2) = n kg Oksigen (O2) = o kg Air (H2O) Abu (A) Total = w kg = a kg 1 kg

Maka keperluan udara teoritik (Lt) adalah senagai berikut: Lt = 11,495 (c) + 34,483 (h-o/8) + 4,31 (s) kg udara/kg bb Keperluan udara yang sebenarnya (Ls) dinyatakan dengan persamaan : Ls = (1-) Lt = faktor kelebihan udara (exess air) Harga bergantung pada jenis bahan bakar, ukuran bahan bakar dan cara pembakaran. Ls juga biasa disebut perbandingan bahan bakar/air fuel ratio (AF). Keperluan udara per kg bahan bakar sering dinyatakan dalam Nm3 dengan persamaan : Nm3 kg bb 1.2.2 Gas Asap/ Flue Gas Hasil Pembakaran Jumlah asap yang terjadi jika bahan bakar tidak mengandung abu harus sama dengan penjumlahan udara yang diberikan dengan bahan bakar yang terbakar. Jika udara yang diberikan memiliki faktor untuk setiap kg bahan bakar, udara sejumlah .Lt tidak melakukan reaksi pembakaran. Udara tersebut masih tetap dan berada dengan asap. 5

1.3

Pengujian Boiler Pengujian boiler dapat membantu dalam menemukan penyimpangan efisiensi boiler

dari efisiensi terbaik dan target area permasalahan untuk tindakan perbaikan. Di dalam pengujian boiler, hal yang harus diperhatikan, yaitu:

1.3.1 Neraca Panas Neraca panas merupakan keseimbangan energi total yang masuk terhadap energi total yang keluar boiler dalam bentuk yang berbeda. Proses pembakararan pada boiler dapat digambarkan pada diagram neraca energi. Diagram ini menggambarkan energi yang masuk dari bahan bakar diubah menjadi aliran energi dengan berbagai kegunaan dan menjadi aliran energi dan panas yang hilang.

Gambar 2.3 Diagram neraca energi boiler 1.3.2 Perpindahan Panas Perpindahan panas adalah proses terjadinya perpindahan panas dari temperatur tinggi ke temperatur rendah melalui suatu media. Panas selalu bergerak dari tempat yang panas ke tempat dingin. Perpindahan panas dibagi dalam tiga cara, yaitu konduksi, radiasi dan konveksi. a. Perpindahan panas secara konduksi Konduksi merupakan proses perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan partikel. di mana q : laju perpindahan kalor k : konduktivitas termal A : luas permukaan

6

b.

Perpindahan panas secara Radiasi Radiasi merupakan perpindahan energi kalor dalam bentuk gelombang

elektromagnetik. q= AT4, di mana q : kalor : proporsionalitas/Stefan- Boltzmann, 5,669 x 10-8 W/m2.K4 A : luas permukaan T : perubahan temperatur

c.

Perpindahan panas secara konveksi Konveksi merupakan proses perpindahan panas dari suatu bagian fluida ke bagian

lain fluida oleh pergerakan fluida itu sendiri. Perpindahan panas konveksi diklasifikasikan dalam konveksi alami (natural convection) dan konveksi paksa (force convection) menurut cara menggerakkan alirannya. Bila perpindahannya dikarenakan perbedaan kerapatan disebut konveksi alami (natural convection) dan bila didorong, misal dengan fan atau pompa disebut konveksi paksa (forced convection). q= hA T , di mana q : kalor h : koefisien perpindahan kalor A : luas permukaan T: perubahan temperatur 1.3.3 Perhitungan Efisiensi Boiler Untuk menghitung efisiensi boiler diperlukan data hasil perhitungan keseimbangan massa dan energi. Perhitungan yang akan dilakukan merupakan efisiensi termal dengan menggunakan metode langsung. Efisiensi dihitung menggunakan parameter-parameter energi masuk dan energi keluar sistem boiler yang yang berguna.

7

Di mana: = laju alir air umpan (kg/jam) = entalpi air pengisi boiler (kJ/kg) = laju alir bahan bakar (kg/jam) = nilai kalor bahan bakar (kJ/kg) = laju alir udara (kg/jam) = entalpi udara (kJ/kg) = entalpi uap (kJ/kg)

1.3.4 Parameter pengukuran Di dalam pengujian ini, parameter pengukuran yang diamati yaitu: Air pengisi boiler Laju alir air pengisi boiler Temperatur

Bahan bakar Uap Temperatur Tekanan Laju alir bahan bakar Temperatur

Udara pembakaran Laju alir udara Temperatur udara sekitar

8

BAB III BOILER DI UTILITY CRM

1.1

Gambaran Umum Proses Produksi CRM

Gambar 3.1 aliran proses produksi di CRM Cold Rolling merupakan istilah yang digunakan di industri baja yang diterapkan pada operasi baja tanpa pemanasan melewati penggulung untuk mereduksi ketebalan dan mengendalikan bentuknya dan menyelesaikannya. Proses ini menghasilkan kelembutan, permukaan padat, dan dengan atau tanpa perlakuan panas berikutnya, memberikan pengendalian sifat mekanis tertentu. Dari arus produksi tersebut, Cold Rolling Mill menghasilkan empat macam produk, yaitu: Pickle dan oil: bagian dari produksi CPL yang menjadi produk akhir tanpa reduksi pada reduksi mill. Sebagai gulungan: bagian dari produksi TCM yang tanpa melewati garis berikutnya, seperti annealing(penguatan), pembersihan, pemanasan, pengerasan dan

penyelesaian. Lembut: bagian produksi yang melewati garis pengerasan(BAF atau CAL) dengan atau tanpa garis pembersihan pada ECL#1 atau ECL#2 sebelum pengerasan untuk menjadi produk akhir.

9

Full hard: bagian produksi tanpa melewati garis penguatan (BAF atau CAL), dan pengerasan untuk menjadi produk akhir.

1.1.1 Plant Facilities/Fasilitas Pabrik Continous Pickling Line (CPL) Sebelum bahan baku Hot Rolled Coil (HRC) dari HSM dapat diproses di Tandem Cold Mill (TCM), Sisik dari permukaan HRC yang berasal dari oksidasi selama proses hot rolling harus dihilangkan dengan proses Pickling dengan asam chlorida (HCl). Limbah dari cairan asam chlorida dapat diolah kembali melalui proses dekomposisi menjadi cairan asam Chlorida dan oksidasi besi. Oksidasi besi dari proses ini dapat dimanfaatkan dalam industri pencelupan dan ferrite.

Tandom Cold Mill (TCM) Perangkat penipis lima stand dipakai untuk menipiskan baja lembaran yang sudah

dibersihkan di CPL untuk mencapai ketebalan yang diinginkan. Peralatan ini dikontrol melalui komputer dengan kecepatan rolling maksimum 1980 m/menit dan dapat menipiskan baja lembaran maksimum sampai 92%.

Batch Annealing Furnace (BAF) Setelah proses penipisan di TCM, beberapa coil setelah melalui proses electrolytic

cleaning atau langsung dari TCM harus di panaskan di Batch Annealing Furnace untuk proses pengkristalisasian. Strip yang mengalami penekanan dan pengerasan di lintasan mill sebelumnya mengakibatkan perubahan struktur pada strip tersebut. Sehingga untuk mengembalikannya harus dipanaskan pada temperatur 590-700oC untuk menentukan karakteristik yang tepat dari strip agar didapat ductibility, yield elongation, softness dan drawability yang dikehendaki.

Electrolytic Cleaning Line (ECL#1) Setelah proses penipisan di TCM, oli tipis yang melapisi kedua permukaan strip,

grease dan material lainnya yang terbawa pada waktu proses reduksi harus dihilangkan. Untuk maksud tersebut digunakan Electrolytic Cleaning Line #1 yang menggunakan arus tinggi. Arus tinggi ini disupplies dari roll konduktor sebagai elektrode positif, solusi

10

sebagai elektrode negatif (wrap to wrap system). Oleh karena itu, oli, grease dan material lainnya dapat dihilangkan atau dibersihkan dari kedua permukaan strip. Lintasan ECL#1 ini terdiri dari Entry Section, Process Section dan Exit Section.

Electrolytic Cleaning Line (ECL#2) Setelah proses penipisan di TCM, oli tipis yang melapisi kedua permukaan strip,

grease dan material lainnya yang terbawa pada waktu proses reduksi harus dihilangkan. Untuk maksud tersebut digunakan Electrolytic Cleaning Line #2 yang menggunakan arus 6000 amp (max). Arus ini disupplies dengan menggunakan grid to grid system, oleh karena itu oli, grease dan material lainnya dapat dihilangkan/dibersihkan dari kedua permukaan strip. Lintasan ECL#2 ini terdiri dari Entry Section, Process Section dan Exit Section.

1.2

Spesifikasi Boiler Boiler yang terdapat di dinas utility CRM berfungsi sebagai penyedia uap (steam)

untuk menunjang berbagai proses pemanasan di TCM, CAL, ECL, dan sebagainya. Terdapat tiga buah boiler yang dipasang secara paralel dengan keadaan dua boiler beroperasi dan satu boiler dalam keadaan standby. Boiler ini termasuk ke dalam jenis boiler pipa api (fire tube), di mana di dalamnya terdapat dua burner dengan pola aliran 3-pass dryback. Seperti boiler pipa api pada umumnya, gas asap hasil pembakaran dilewatkan pada pipa-pipa api. Pipa-pipa ini terendam dalam air boiler yang berfungsi sebagai medium penyerap panas. Air boiler berada dalam suatu kontainer atau shell yang juga memuat pipa-pipa tersebut. Adapun spesifikasi boiler adalah sebagai berikut: Nama Type Electric Power Voltage Max ampere Design Pressure Max Service Pressure Working Pressure Steam Flow Rate : DUNPHY : Fire tube, 3 gas passes : 144 KW : 380 volt : 250 A : 10 kg/cm2 : 9 kg/cm2 : 8 kg/cm2 : 22800 kg/h 11

Heating Survace Input Water Temperature Max Steam Temperature Water Volume Normal

: 494 m2 : 107oC : 179oC : 27,66 m3

Gambar 3.2 boiler di utility CRM

1.2.1 Prinsip Kerja Boiler Prinsip kerja boiler ini yaitu pengubahan dan pemindahan energi yang dikandung bahan bakar menjadi energi yang dikandung uap air. Proses pelepasan energi bahan bakar dilakukan dengan cara mereaksikan bahan bakar dengan oksigen yang diambil dari udara. Pencampuran antara unsur-unsur yang dapat terbakar pada bahan bakar dengan oksigen akan menyebabkan terlepasnya energi yang dikandung bahan bakar. Energi tersebut akan menaikkan tingkat energi gas asap sehingga temperatur gas tersebut naik. Kenaikan temperatur gas yang tinggi menyebabkan terjadinya perpindahan energi panas, baik radiasi maupun konveksi dari gas asap ke dinding air. Energi tersebut diperlukan untuk menaikkan temperatur air menjadi uap. Gas asap yang telah melepaskan energi mengalami penurunan temperatur. Air yang telah diolah di Water Treatment Plant (WTP) yang memiliki konduktifitas nol dan kandungan SiO2 rendah, biasanya disebut Demineralisasi Water. Demineralisasi Water masuk ke dalam Deaerator untuk menghilangkan gas O2 yang dapat menimbulkan 12

pengkaratan. Di dalam deaerator, air dijatuhkan dari atas dan uap dialirkan ke atas agar pemanasan berlangsung dengan efektif. Air yang telah dipanaskan dialirkan ke dalam boiler untuk dinaikkan temperaturnya dan dijadikan uap. Udara yang diperlukan untuk pembakaran diambil dari ruangan sekitar oleh blower. Udara tersebut kemudian dialirkan ke masing-masing burner dan dicampur dengan bahan bakar dengan komposisi tertentu.

1.2.2 Cara Menghidupkan Alat Pembakaran Pada dasarnya, langkah-langkah penyalaan alat pembakaran (burner) yaitu pembilasan (purging), penyalaan busi, penyalaan pembakar mula, penyalaan utama. Sebelum penyalaan terjadi, gas-gas yang berada di ruang bakar harus didorong keluar terlebih dahulu. Langkah pembersihan ini dilakukan dengan mengidupkan kipas yang memasukkan udara ke ruang bakar sehingga gas-gas akan keluar. Setelah tombol start pada panel pengontrol ditekan, kipas dan pompa bahan bakar mulai bekerja. Udara akan masuk ke ruang bahan bakar dalam jangka waktu tertentu yang diatur oleh time relay dengan keadaan katup bahan bakar dan gas masih tertutup. Setelah pembilasan selesai, time relay mulai bekerja dan percikan listrik pada busi mulai bekerja. Pada saat yang sama, katup elektromagnetik gas mulai termagnetisasi dan kemudian gas masuk ke ruang bakar sehingga terjadi pembakaran mula. Jika nyala gas menyentuh elektroda pendeteksi yang dipasang pada pembakar mula, maka signal dikirimkan ke panel kontrol untuk menunjukkan bahwa pembakar mula telah bekerja. Setelah menerima signal dari flame relay, katup elektromagnetik untuk bahan bakar termagnetisasi sehingga bahan bakar mengalir pada alat pembakaran. Bahan bakar bertemu dengan nyala gas, sehingga terjadi pembakaran. Pada saat yang sama, percikan listrik pada busi berhenti. Setelah bahan bakar terbakar, pengindra nyala (flame detector) mengirimkan photo electrons karena cahaya dari nyala api dan mengirimkan signal ke panel pengontrol pembakar utama yang telah berlangsung. Jika seting pada time relay telah tecapai, katup gas akan tertutup dan katup bahan bakar utama tetap terbuka. Dengan demikian, pembakaran bahan bakar utama tetap berlangsung. Jika pemakaian uap berkurang, maka tekanan di dalam boiler akan naik dan akan mencapai tekanan yang telah ditetapkan. Dengan tercapainya tekanan tersebut, pengindra tekanan (pressure detector) akan bekerja sehingga operasi beban menjadi sebagian dan akhirnya tercapai keseimbangan antara masukan (input) dan keluaran 13

(output). Jika tidak ada pemakaiaan uap, maka pengindra tekanan akan memberikan signal untuk menutup katup bahan bakar. Demikian juga dengan alat-alat pengontrol yang lain akan bekerja dengan cara yang sama.

1.2.3 Operasi dan Perawatan Boiler Perawatan pada boiler sudah dijadwalkan dengan ketat, baik perawatan rutin maupun perawatan total. Untuk menjamin keamanan inspeksi boiler diperlukan pengesahan dari lembaga yang ditunjuk oleh pemerintah yang melakukan sertifikasi operasi boiler di CRM setiap 4000jam. Perawatan-perawatan yang dilakukan sendiri oleh unit boiler CRM biasanya hanya bersifat pencegahan atau preventive maintenance. Walaupun boiler masih baru, pembersihan perlu dilakukan karena kotoran-kotoran yang mungkin terjebak. Untuk boiler yang telah beroperasi, biasanya pada sisi air terjadi kerak (scaling). Kerak terjadi karena pengolahan air dari WTP yang tidak sempurna. Adanya kerak dapat menimbulkan pemanasan yang berlebih. Sifat merugikan garam-garam pembentuk kerak timbul karena garam-garam tersebut larut pada temperatur rendah tetapi tidak larut pada temperatur tinggi. Pada pembersihan boiler digunakan udara bertekanan untuk mengusir larutan pembersih. Untuk mencegah adanya tegangan-tegangan termal yang dapat menimbulkan keretakan, laju pemanasan dan pendinginan tidak boleh melebihi harga tertentu. Pembilasan selalu dilakukan pada saat air hampir maksimum. Kadang-kadang diperlukan tekanan air pengisian dengan tekanan yang lebih dari biasanya untuk mempertahankan produksi uap. Jika hal tersebut terjadi, katup-katup dan pipa-pipa pengisian hrus diperiksa karena kemungkinan terjadi penyumbatan. Jika permukaan air pada kaca penduga tidak tampak, harus dilakukan langkah-langkah berikut: Hentikan aliran bahan bakar. Teliti permukaan air dengan try cock dan katup pembuangan water column. Jika permukaan air terlalu bawah, tutup katup uap dan air pengisian. Jangan matikan blower sehingga terjadi pendinginan yang terkontrol. Jika temperatur terlalu dingin, periksa adanya kebocoran pada pipa. Jika kebocoran tidak tampak, lakukan uji statik. Boiler diisi dengan air sampai tekanannya 1,5 kali tekanan operasi yang diijinkan. Kemudian teliti adanya kebocoran. 14

Jika pada waktu operasi diketahui adanya pipa yang bocor, maka perlu dilakukan langkahlangkah berikut: Matikan aliran bahan bakar. Ambil langkah-langkah untuk mencegah terjadinya kebakaran. Untuk mempercepat pendinginan, jangan hentikan aliran udara Tutup non return valve. Jika hal tersebut terjadi, harus diperhatikan bahwa ada kemungkinan air yang masuk ke boiler akan menjadi lebih besar karena kebocoran. Hal tersebut dapat menyebabkan boiler yang lain kekurangan air. Untuk menghindari hal tersebut, pompa pengisi air cadangan perlu dijalankan.

1.2.4 Kemungkinan Permasalahan pada Boiler Kemungkinan pemasalahan yang dapat timbul pada proses pembakaran dan kemungkinan penyebabnya dapat dilihat pada tabel berikut:

Sistem

Kemungkinan permasalahan 1. 2. 3. 4. 5. 6. 1. 2. 3. 4. 1.

1. Excess air/ ekses udara (O2) Pembakaran

2. Gas CO dan emisi dari gas yang mudah terbakar

Perpindahan Panas

1. Temperatur gas buang tinggi

2.

Kemungkinan penyebab Pengoperasian sistem kontrol tidak tepat Tekanan suplai bahan bakar rendah Heating value bahan bakar berubah Viskositas bahan bakar berubah Keterbatasan kerja blower Temperatur udara sekitar bertambah Seting pengatur udara yang tidak tepat Distribusi udara yang tidak sesuai Penyumbatan pada burner gas Distribusi udara/bahan bakar tidak seimbang Prosedur pengolahan air yang kurang baik Pengoperasian sootblower yang kurang baik

Tabel 3.1 Kemungkinan Permasalahan pada Boiler

15

BAB IV PENGOLAHAN DATA

2.1

Data Hasil Pengukuran Dari hasil pengamatan pada boiler di Utility CRM, maka didapatkan parameterparameter sebagai berikut :

4.1.1 Data hasil pengukuran pada boiler AParameter Nilai Keterangan

Laju alir bahan bakar (Mb) Temperatur bahan bakar Laju alir air pengisi (Ma) Temperatur air umpan (Ta) Laju alir udara Temperatur udara sekitar (Tu) Temperatur uap (Tua) Tekanan uap

202,2 Nm3/jam 39,97 oC 8,7 Nm3/jam 100 oC 37000 Nm3/jam 37 oC 178 oC 8 bar

Nm3 : normal meter kubik

Tabel 4.1 Data hasil pengukuran pada boiler A

4.1.2

Data hasil pengukuran pada boiler CParameter Nilai Keterangan

Laju alir bahan bakar (Mb) Temperatur bahan bakar Laju alir air pengisi (Ma) Temperatur air umpan (Ta) Laju alir udara Temperatur udara sekitar (Tu) Temperatur uap (Tua) Tekanan uap

533.3 Nm3/jam 39,97 C 9,7 m3/jam 100 oC 37000 m3/jam 37 oC 178 oC 8 baro

Nm3 : normal meter kubik

Tabel 4.2 Data hasil pengukuran pada boiler C

16

2.2

Perhitungan Efisiensi Boiler Pada Cold Rolling Mill terdapat tiga buah boiler. Akan tetapi, hanya dua boiler yang

dioperasikan secara bersamaan sedangkan boiler yang lain dalam keadaan standby. Pada saat pengambilan data, boiler yang sedang beroperasi yaitu boiler A dan Boiler C, sehingga untuk boiler B tidak dilakukan pengambilan data.

2.2.1 Boiler A Laju alir bahan bakar = 202,2 m3/jam xmethane

= 202,2 m3/jam x 0,717 kg/m3 = 144,98 kg/jam Laju alir air umpan = 8,7 m3/jam x3 air

= 8,7 m /jam x 958,4 kg/m3 = 8338,08 kg/jam Laju alir udara = 37000 m3/jam x3 udara

= 37000 m /jam x 1,14 kg/m3 = 42180 kg/jam = 8640 kcal/Nm3

= 50442,17 kJ/kg Pada tabel A-2 diperoleh entalpi air (Ha) pada temperatur 100oC yaitu 419,04 kJ/kg Pada tabel A-22 diperoleh entalpi udara (Hu) pada temperatur 37oC (310K) yaitu 310,24 kJ/kg Pada tabel A-3 diperoleh entalpi uap (Hua) pada tekanan 8 bar yaitu 2769,1 kJ/kg

17

2.2.2 Boiler C Laju alir bahan bakar = 533,3 m3/jam xmethane

= 533,3 m3/jam x 0,717 kg/m3 = 382,38 kg/jam Laju alir air umpan = 9,7 m3/jam xair

= 9,7 m3/jam x 958,4 kg/m3 = 9296,48 kg/jam Laju alir udara = 37000 m3/jam x3 udara

= 37000 m /jam x 1,14 kg/m3 = 42180 kg/jam = 8640 kcal/Nm3

= 50442,17 kJ/kg Pada tabel A-2 diperoleh entalpi air (Ha) pada temperatur 100oC yaitu 419,04 kJ/kg Pada tabel A-22 diperoleh entalpi udara (Hu) pada temperatur 37oC (310K) yaitu 310,24 kJ/kg Pada tabel A-3 diperoleh entalpi uap (Hua) pada tekanan 8 bar yaitu 2769,1 kJ/kg

2.3

Analisa Pada perhitungan di atas, laju alir air pengisi dianggap sama dengan laju alir uap

yang dihasilkan karena energi yang masuk sistem sama dengan energi yang keluar sistem. Berdasarkan data dan perhitungan yang telah dilakukan, maka diperoleh nilai efisiensi pada boiler A yaitu 82% dan efisiensi pada boiler C yaitu 60,2%.

18

Terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi efisiensi boiler. Faktor-faktor tersebut adalah sebagai berikut: 1. Excess air Pembakaran di dalam sistem boiler selalu membutuhkan udara lebih dengan maksud untuk mencapai pembakaran sempurna. Untuk meningkatkan efisiensi boiler, besarnya excess air dapat diatur. Excess air yang rendah menyebabkan pembakaran kurang sempurna sehingga terbentuk gas CO. Sedangkan excess air yang terlalu tinggi dapat meningkatkan kerugian panas yang terbawa oleh gas buang yang keluar melalui cerobong. Terdapat perbandingan tertentu antara udara pembakaran dengan bahan bakar sehingga boiler akan bekerja dengan efisiensi terbaiknya. 2. Alat pembakar/burner Burner berfungsi untuk mencampur udara pembakaran dengan bahan bakar. Performansi burner mempunyai pengaruh yang penting terhadap efisiensi boiler karena mempengaruhi kebutuhan excess air. Burner yang baik akan membentuk campuran bahan bakar dan udara pembakaran dengan excess air yang minimum. 3. Temperatur gas buang/flue gas Tingginya temperatur gas buang berarti bahwa tingginya panas yang dibawa gas buang. Jika panas tersebut terbawa keluar cerobong oleh flue gas, maka hal ini merupakan suatu kerugian. 4. Temperatur feedwater boiler Efisiensi boiler dapat dinaikkan dengan menaikkan temperatur feedwater. Dengan menaikkan temperatur feedwater, berarti jumlah panas yang diserap oleh feedwater dari flue gas untuk membentuk uap jadi berkurang. Dengan demikian, pemakaian bahan bakar menjadi berkurang. Cara untuk menaikkan temperatur feedwater yaitu dengan menggunakan ekonomiser. 5. Tekanan uap/ steam pressure Keuntungan penurunan tekanan kerja operasi boiler akan menurunkan kerugian panas akibat radiasi pada boiler, menurunkan konsumsi energi dari pompa feedwater boiler dan memperkecil kehilangan energi pada terminal penurunan tekanan. Akan tetapi, besarnya penurunan uap tekanan kerja operasi dibatasi oleh kebutuhan uap dan pipa distribusi uap pada boiler.

19

Tekanan kerja boiler rata-rata di dinas utility CRM adalah 8 bar. Penurunan tekanan hingga 5 bar dapat menaikkan efisiensi, tetapi dengan tekanan sekecil itu tentu saja tidak akan mencapai kebutuhan uap yang diperlukan.

6.

Pengaruh bahan bakar Komposisi yang berbeda dari bahan bakar mempunyai pengaruh terhadap efisiensi boiler. Pengaruh tersebut ditentukan oleh kandungan hidrogen dalam bahan bakar yang akan menyebabkan perbedaan moisture content dalam flue gas dan perbedaan jumlah panas yang dilepas pada pembakaran bahan bakar.

20

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1

Kesimpulan Berdasarkan hasil perhitungan dan analisa yang telah dilakukan, dapat disimpulkan

bahwa : Efisiensi pada boiler A yaitu 82% Efisiensi pada boiler C yaitu 60.2% Efisiensi pada boiler C lebih rendah daripada boiler C. Hal ini dapat terjadi dengan beberapa kemungkinan, diantaranya yaitu : 1. Jika sistem diberi temperatur bahan bakar yang rendah dengan excess air yang tinggi, maka temperatur flue gas yang dihasilkan sangat tinggi yang menyebabkan kerugian panas. Sehingga efisiensi boiler akan rendah. 2. Jika sistem diberi temperatur bahan bakar yang tinggi dengan excess air yang rendah menyebabkan pembakaran kurang sempurna, maka akan menghasilkan gas CO. Sehingga efisiensi boiler rendah.

5.2

Saran Untuk meningkatkan efisiensi pada boiler, maka dapat dilakukan dengan

memperhatikan hal-hal berikut : Faktor kelebihan udara/excess air Dengan menurunkan excess air, maka konsumsi bahan bakar akan menjadi lebih sedikit. Dengan demikian, efisiensi boiler akan meningkat. Temperatur flue gas Salah satu cara untuk meningkatkan efisiensi boiler adalah dengan menurunkan temperatur flue gas serendah mungkin sampai pada batas yang diijinkan, karena temperatur flue gas yang terlalu rendah akan mengakibatkan korosi pada cerobong. terdapat dua hal yang dapat menyebabkan tingginya temperatur flue gas, yaitu tidak cukupnya pemukaan perpindahan panas dan buruknya permukaan perpindahan panas. Permukaan perpindahan panas dapat ditingkatkan dengan menginstalasi air preheater atau ekonomiser. Air preheater digunakan untuk meningkatkan temperatur udara pembakaran dengan memanfaatkan panas flue gas. Ekonomiser digunakan 21

untuk meningkatkan temperatur air pengisi boiler dan juga menyerap panas dari flue gas. Untuk memperbaiki permukaan perpindahan panas dapat dilakukan dengan pembersihan pipa-pipa air dari kotoran

22

DAFTAR PUSTAKA

B. Johanes. 1991. Pelatihan Konservasi Energi. UPT LSDE BPP Teknologi & Koneba, Jakarta Djokostyardjo, M.J. 1987. Ketel Uap. Jakarta: Pradnya Paramita Holman, J.P. 1988. Perpindahan Kalor. Jakarta: Erlangga Marijo. Pembangkit Listrik Tenaga Termal. Bandung: Polban Moran, Michael J. 2006. Fundamental of Engineering Thermodynamics. England: John Wiley & Son, Inc. ____. Methane. http://www.id.wikipedia.com. (29 Juli 2009) ____. Boiler dan Pemanas Fluida Termis. http://www.energyefficiencyasia.org (29 Juli 2009)

23