BAB IV

PEMBAHASAN

A. Spesifikasi Furnace-05

Furnace-05 terletak di unit kilang Pusat Pendidikan dan Pelatihan

Minyak dan Gas Bumi digunakan untuk memanaskan crude yang berasal

dari Kawengan dan Ledok. Furnace-05 memiliki kapasitas 2200 bbl/day dan

merupakan furnace yang beroperasi untuk menggantikan operasi dari empat

furnace box type yang ada sebelumnya. ( furnace-01, furnace-02, furnace-

03, furnace-04 )

Gambar 3. Furnace-05Sumber: Dokumentasi Pribadi (2015)

73

74

Spesifikasi dari Furnace-05 dapat dilihat pada tabel berikut:

Tabel 7. Spesifikasi Furnace-05

Tipe Vertical Cylinder furnace

Bahan Bakar Fuel Oil dan Fuel Gas (LPG)

Jumlah Tube 48 buah

Diameter Tube 2 inch

Draft Forced Draft

Sumber : Data design Furnace-05

B. Data Kondisi Operasi Furnace-05

Data kondisi operasi kilang ± 7 hari dapat dilihat pada lampiran 14

Data kondisi operasi Furnace-05 tanggal 10 februari 2015 dapat dilihat

pada tabel berikut:

Tabel 8. Kondisi Operasi Furnace-05 (10 Feb 2015)

KONDISI OPERASI DATAFurnace Suhu Stack,oC

Suhu Dinding dalam, oCSuhu dinding luar, oC

127.3684.1

60Umpan Suhu Inlet Furnace, oC

Suhu Outlet Furnace, oCFlowrate, m3/hari

110,2288.8205

Fuel Oil Suhu,oCTekanan, Kg/cm2

Jumlah Pemakaian, m3/jam

1133,60,2

Fuel Gas Suhu, oCTekanan, Kg/cm2

29,70,3

Steam Suhu,oCTekanan, Kg/cm2

2205

Udara Pembakaran

Suhu ,oC 30,2

Sumber ; Data kontrol kilang PUSDIKLAT MIGAS

75

C. Data Komposisi Bahan Bakar

1. Fuel Oil

Data spesifikasi bahan bakar Fuel Oil sebagai berikut:

Tabel 9. Data Spesifikasi Fuel Oil

Parameter Komposisi

Density pada 15oC,gr/cm3 0,9185oAPI 22,56

Pour Point, oF 107,6

Flash Point,oF 280,4

Sulfur Content, %wt 0,354

Ash Content, %wt 0,0268

Water Content, %vol 0,1

Net Heating Value,Btu/lb 18005,926

Sumber : Data Lab PUSDIKLAT MIGAS (2015)

2. Fuel Gas

Data spesifikasi Fuel gas dapat dilihat pada tabel berikut:

Tabel 10. Data Spesifikasi Fuel Gas

Komponen BM %mol Berat

Proposional

C3H8 44 49 21,56

C4H10 58 49 28,42

C5H10 72 2 1,44

Jumlah 100 51,42

76

D. Perhitungan Panas Masuk Furnace

Langkah-langkah untuk menghitung effisiensi dari furnace-05 yaitu

menghitung neraca panas meliputi panas masuk sistem dan panas keluar dari

sistem. Panas yang masuk sistem meliputi :

1. Panas Sensibel Fuel Oil (Q1)

Berdasarkan data operasi diketahui,

Pemakaian Fuel Oil = 0,2 m3/jam

Suhu Fuel Oil = 113 oC = 235,4 oF

Suhu Basis = 60 oF

SG = 0,9185

oAPI = 22,56

Dari grafik fig 5-1 Nelson W.L (lampiran 6) di dapat:

Cp pada 60 oF = 0,430 Btu/lboF

Cp pada 235,4 oF = 0,530 Btu/lboF

Cprata-rata = = 0,480 Btu/lboF

Dari tabel 5-1 Nelson W.L (lampiran 5) diasumsikan fuel oil

sebagai reduced oil sehingga didapat slope = 5, dan MABP = 800 oF.

Didapat koreksi = -72oF, sehingga didapat harga MABP = 728 oF.

Dengan menggunakan data tersebut dapat dihitung harga KUOP

dengan persamaan (2) :

..................................................................(2)

= 11,53

77

Setelah didapat harga KUOP = 11,53, dari grafik fig. 5-1 Nelson

W.L (lampiran 6) didapat faktor koreksi Cp = 0,98 maka Cp terkoreksi

= 0,98 x 0,48 Btu/lboF = 0,4704 Btu/lboF

Pemakaian minyak bakar dihitung dengan persamaan (3)

.............................................................................................(3)

Kandungan air dalam Fuel Oil dapat dihitung dengan cara

Cp air rata-rata = 0,45 Btu/lboF

Panas sensibel Fuel Oil dapat diperoleh dari persamaan (4)

.............................................................................(4)

78

Panas sensibel kandungan air dapat diperoleh dari

...............................................................................(4)

Sehingga panas sensibel Fuel Oil adalah

2. Panas Pembakaran Fuel Oil (Q2)

Panas pembakaran fuel oil diperoleh dari persamaan:

....................................................................................(5)

3. Panas Steam Atomizing (Q3)

Dalam menghitung panas steam atomizing, sebelumnya harus

mengetahui pemakaian steam untuk atomizing. Jumlah pemakaian

79

steam didapat melalui grafik “Tekanan Minyak vs Kebutuhan Steam

Atomizing” (lampiran 9) dimana data tekanan fuel oil dipergunakan

untuk menentukan jumlah pemakaian steam.

Pemakaian Fuel Oil = 183,7 kg/jam

Tekanan = 5 kg/jam g

= 71,115 Psi + 14,7 = 85,82 Psia

Suhu basis = 60oF

Suhu Steam Atomizing = 220oC = 428oF

Dari Tabel 7 D.Q Kern “Process Heat Transfer” (lampiran 7 & 8)

didapatkan entalphy steam pada

Suhu basis = 60oF = 28,06 Btu/lb

Suhu Steam Atomizing = 428oF = 1279,1 Btu/lb

Dari grafik kemudian didapatkan kebutuhan steam sebesar 0,42 kg

steam/ kg oil.

Setelah didapat jumlah kebutuhan steam atomizing, maka dapat

dihitung pemakaian steam.

Pemakaian Steam = pemakaian Fuel Oil x keb. steam atomizing

= 183,7 kg Oil/jam x 0,42 kg steam/ kg Oil

= 77,154 kg steam/jam x 2,2046 lb/kg

= 170,094 lb steam/jam

80

Panas Steam Atomizing (Q3)

Q3 = Pemakaian Steam x Entalphy Steam …………………(6)

= 170,094 lb steam/jam x (1279,1-28,06) Btu/lb

= 212313,998 Btu/jam x 0,2519 kcal/Btu

= 53481,89 kcal/jam

4. Panas Sensibel Fuel Gas (Q4)

Sebelum mencari besarnya panas sensibel fuel gas yang harus di

lakukan adalah mencari pemakaian bahan bakar gas terlebih dahulu.

Tabel 11. Tabel Analisa LHV dari Fuel Gas

Komponen BM %mol Fraksi

Mol

D= A x C

Lb/lb mol

LHV*

Btu/cuft

F= CxE

Btu/cuft

C3H8 44 49 0,49 21.56 2371 1161,79

C4H10 58 49 0,49 28,42 2977 1458,73

C5H10 72 2 0,02 1,44 3679 73,58

Jumlah 100 ∑D=

51,42

∑F=

2694,1

*LHV di dapat dari tabel pada lampiran 10

∑F adalah LHV dari fuel gas = 2694,1 btu/cuft

∑D adalah BM rata-rata fuel gas = 51,42 lb/lb mol

Suhu fuel gas masuk dapur = 29,7oC = 85,46 oF = 545,46oR

Tekanan fuel gas masuk dapur = 0,3 kg/cm2 g

= 4,2669 psig +14,7

= 18,96 psia

81

Sebelum menghitung pemakaian fuel gas, terlebih dahulu menghitung

SG fuel gas tersebut dengan persamaan gas ideal sebagai berikut:

Diketahui :

- P fuel gas = 18,96 Psia

- R = 10,731 Psia. cuft/lb moloR

- BM rata-rata = 51,42 lb/lb mol

- Tabs Fuel Gas= 545,6 oR

Untuk mencari jumlah pemakaian fuel gas dapat dihitung dengan

persamaan berikut

Dimana :

Ws = gas flow (SCF/day)

d = internal diameter (inch)

82

P1 = Inisial Pressure (Psi)

P2 = Final Pressure (Psia)

L = Length of Line (miles)

S.G= Spesific gravity of gas

T = Absolute temperature of flowing gas (oR)

Ts = Standart absolute temperature (32oF+460) (oR)

Ps = Standart Pressure

Data perhitungan Ws

T = 545,6 oF

Ts = 492 oR

P1 = 18,96 psia

P2 = 14,7 psia

Ps = 14,7 Psia

d = 0,945 inch

L = 0,006 mile

SG = 2,69

Maka,

Diketahui dalam kondisi standart (T= 32oF dan P = 14,7 psi), setiap1 lb

mol gas = 359 cuft, maka fuel gas dalam berat adalah:

Pemakaian Fuel Gas =307,41 lb/jam

Tbasis = 60 oF

T Fuel Gas = 29,7 oF

83

= 85,45 oF

Tabel 12. Tabel Analisa Panas Jenis Komponen Fuel Gas

Komp. BM %mol Berat

prop.

%berat Cp Cprata-

rata

C3H8 44 49 21,56 41,93 0,389 0,407 0,398

C4H10 58 49 28,42 55,27 0,395 0,409 0,402

C5H12 72 2 1,44 2,8 0,383 0,407 0,395

Jumlah 51,42

Cp tiap komponen didapat dari Lampiran 11 dan 12. Kemudian

hasil dari tabel di bagi dengan berat molekul masing-masing

komponen. Sebelum menghitung panas sensibel fuel gas maka

sebelumnya menghitung berat masing-masing komponen fuel gas

Sehingga, panas sensibel dari masing-masing komponen fuel gas

adalah

84

5. Panas Pembakaran Fuel gas (Q5)

Dengan menggunakan tabel 9-18 “combustions constant”-Robert

Perry (lampiran 13) maka akan di dapat LHV ( Lower Heating Value )

dari masing-masing komponen fuel gas seperti pada tabel berikut:

Tabel 13. Tabel Analisa LHV Komponen Fuel Gas (btu/lb)

Komp. BM %mol Berat

prop.

%berat LHV

(Btu/lb)

LHV

(Btu/lb)

C3H8 44 49 21,56 41,93 19944 8362,52

C4H10 58 49 28,42 55,27 19680 10877,14

C5H12 72 2 1,44 2,8 19517 546,476

Jumlah 51,42 19786,14

Dari tabel diatas di dapatkan LHV Fuel Gas adalah 19786,14

Btu/lb. Sehingga panas pembakaran Fuel Gas (Q5) dapat dihitung

dengan persamaan:

..................................................(10)

85

6. Panas Udara Pembakaran (Q6)

Tekanan udara = 1 atm

Suhu udara masuk = 29oC = 84,2

Untuk menghitung panas udara pembakaran diperlukan data untuk

kebutuhan udara Fuel Oil dan kebutuhan udara Fuel Gas sehingga

didapat kebutuhan udara seluruhnya.

a. Kebutuhan Udara Pembakaran Fuel Oil

SG Fuel Oil = 0,9185

Water content = 0,1 %

Sulfur Content = 0,354 %

Ash Content = 0,0268%

Dari data diatas selanjutnya melakukan perhitungan %H dan %C

yang terkandung dalam Fuel Oil

86

Jika 1 kg fuel oil maka berat H2 = 0,122 kg, C= 0,8729 kg, S=

0,00354 kg. Sehingga, kebutuhan udara teoritis (Wa) Fuel Oil

dalam adalah:

Kemudian kebutuhan udara sebenarnya Fuel Oil, terlebih dahulu

menghitung Excess Air

Tabel 14. Tabel Analisa Flue Gas

Komponen %vol

CO2 11,57

O2 5,6

CO 0

N2 82,83

Sumber : Data emisi Flue Gas (lampiran

Dari persamaan berikut, Excess Air dapat dihitung :

Dimana : O2 dalam %volume dan K nernilai 0.95 (untuk oil) :

Untuk menghitung kebutuhan udara fuel oil sebenarnya WA:

87

Pengguanaan Fuel Oil = 3555,697 kg/jam

Maka kebutuhan udara pembakaran Fuel Oil

= 183,7 kg/jam x 19,356 kg/kg bahan bakar

= 3555,697 kg/jam

b. Kebutuhan Udara Fuel Gas

Menghitung udara pembkaran fuel gas teoritis :

Tabel 15. Kebutuhan Udara Pembakaran Fuel Gas

Komponen Berat

Komponen

(lb/Jam)

Kebutuhan

Udara

lb/lb pembakaran

Udara

Pembakara

n

lb/jam

C3H8 128,897 15,70 2023,683

C4H10 169,906 15,49 2031,844

C5H12 8,607 15,35 132,117

307,41 46,54 4787,644

Kebutuhan udara dapat dilihat dari tabel “Combustion Constant

9-18” (lampiran 13)

Sehingga kebutuhan udara fuel gas sebenarnya

= 4787,644 lb/jam x 1,3455

88

= 6441,775 lb/jam x 0,464 kg/lb

= 2988,984 kg/jam

Kebutuhan udara seluruhnya

= kebutuhan udara fuel oil + kebutuhan udara fuel gas

= 355,697 kg/jam + 2988,984 kg/jam

= 6544,681 kg/jam

Diketahui Cp udara = 0,2404 kcal/kgoC

Q6 = m . Cp . ∆T

= 6544,681 kg/jam x 0,2404 kcal/kgoC x (30,2-0)oC

= 47514,908 kcal/jam

7. Panas Sensibel Air karena Kelembapan Udara (Q7)

WA = Kebutuhan udara sebenarnya (seluruhnya)

Ma = Berat air dalam udara kering= 0,027 (Humidity Chart)

E. Perhitungan Panas Keluar Furnace

Setelah di dapat besarnya masing-masing panas masuk ke sistem,

selanjutnya menghitung besarnya panas keluar dari sistem. Panas keluar

sistem meliputi:

89

1. Panas Yang Hilang Melalui Gas Asap (Qa, Qb, Qc, dan Qd)

Sebelum melakukan perhitungan panas keluar dapur. Pertama-tama

kita harus menghitung Cp gas asap dari masing-masing komponen gas

asap dan kemudian menentukan berat gas asap keseluruhan.

Menghitung Cp Gas Asap

Tabel 16. Analisa Panas jenis Komponen Flue Gas

CO

₂

44 11,57 5,091 0,169 0,2105 0,034O

₂

32 5,6 1,792 0,060 0,2191 0,013CO 28 0 0 0 0 0N

₂

28 82,83 23,192 0,771 0,2483 0,191Jumlah 30,075 1 ∑F = 0,238

Cp flue gas (F) = D x E

KomponenBM (A)

% mol (B)

Berat Proporsional (C)=

(AxB)/100

Fraksi Mol (D)= C/∑C

Cp komponen

(E)

Menghitung berat gas asap per kg bahan bakar

Diketahui :

- Panas pembakaran fuel gas = 1532170,993 kcal/jam

= 6082457,297 btu/jam

- LHV fuel oil = 18005,926 btu/lb

Jika bahan bakar fuel gas di konversikan ke fuel oil

Jadi penggunaan bahan bakar berupa fuel oil seluruhnya :

= 404,985 lb/jam + 337,803 lb fuel oil/jam

= 742,788 lb/jam x

= 336,926 kg/jam

90

Besarnya gas asap per kg bahan bakar

Diketahui :

% C = 0,8729 WA = 19,356

% H2 = 0,122 x = 34,55

% S = 0,00354 Wa = 14,386

= 20,35 kg/kg bahan bakar

Jadi, berat gas asap keseluruhan

Dari data diatas dapat dihitung

a. Panas Yang Terbawa Gas Asap Kering ( Qa)

b. Panas yang keluar karena terbawa oleh uap air dalam gas asap

karena kandungan (H2O dalam bahan bakar (Qb)

91

Dimana :

W = Water Content = 0,001

Hsup = Entalphy uap air pada T = 127,3oC dan P = 1 atm

= 1193,9 btu/lb (lampiran 6)

Penggunaan bahan bakar = 336,926 kg/jam = 742,788 lb/jam

c. Panas Yang Terbawa Oleh Uap Dalam Gas Asap Karena Adanya

H2 Dalam Bahan Bakar (Qc)

Dimana :

H2 = %wt H2= 0,1222

Hsup = 1193,9 btu/lb

Penggunaan bahan bakar = 742,788 lb/jam

92

d. Panas Yang Terbawa Oleh Uap Air dalam gas asap karena

kelembapan udara dalam bahan bakar (Qd)

Dimana :

WA = Penggunaan Bahan Bakar sebenarnya

=19,356 kg/kg bahan bakar

Ma = kelembapan udara = 0,027

Hsup = 1193,9 Btu/lb

= 663,229 kcal/kg

Penggunaan bahan bakar = 336,926 kg/jam

= 116782,404 kcal/jam

2. Panas yang hilang melalui dinding Furnace (Qe)

Dimana :

A = Luas Permukaan dinding Furnace

= 2πr (r+t)

93

= 2 x 3,14 x 4,593 ft (4,593 ft+24,442 ft)

= 837,4867 ft2

Hi = Koefisien perpindahan panas lewat dinding furnace

T1 = temperature lingkungan (oF)

T2 = Temperatur dinding luar furnace (oF)

Menghitung H =

Dimana :

E = Emisivity = 0,80

T2 & T1 = Temperature (oR)

V = kecepatan angin (ft/s)

T1 = 30 oC = 86 oF = 546 oR

T2 = 60 oC = 140 oF = 600 oR

Kecepatan angin diasumsikan 10 km/jam

Sehingga,

Untuk mengetahui Hi yaitu dengan persamaan berikut :

94

Kemudian dari data hasil perhitungan di atas, di dapat Qe sebesar

F. Effisiensi Furnace

Tabel 17. Analisa Panas Masuk dan Panas Keluar

Panas Masuk (kcal/jam) Panas Keluar (kcal/jam)

Q1 = 8428,533 Qa = 207732,426

Q2 = 1837470,903 Qb = 223,459

Q3 = 53481,89 Qc = 245760,803

Q4 = 788,805 Qd = 116782,404

95

Q5 = 1532170,993 Qe = 49844,416

Q6 = 47514,908

Q7 = 5336,533

∑Qin = 3485192,565 ∑Qloss = 620343,508

Dari data yang telah dihitung, maka dapat diperoleh :

Panas yang termanfaatkan = Panas masuk-Panas keluar

= 3485192,565 kcal/jam – 620343,508 kcal/jam

= 2864849,057 kcal/jam

Sehingga, didapatkan efisiensi furnace dengan menggunakan persamaan (1)

Efisiensi Furnace =

= 82,20 %