Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB

7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB

1/29

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang Masalah

PT. Petrokimia Gresik terdiri dari tiga unit produksi, yaitu Unit

produksi 1, Unit produksi II, dan Unit produksi III. Pada unit produksi II

kebutuhan steam sebagian besar dipenuhi oleh boiler Unit Batubara pabrik

III, sedangkan boiler pada utilitas II (02/03 B911) digunakan sebagai back-

up unit UBB. Boiler B911 menyediakan steam untuk keperluan proses di

plant NPK, Phonska, dan ZK. Tekanan pada boiler dijaga 7,5 kg/cm2

dengan volume boiler 33 m3. Bahan bakar yang digunakan berupa gas

alam. Pada saat start up menggunakan sebagai bahan bakar.

Untuk kelancaran proses produksi, maka perlu dilakukan

peninjauan evaluasi kerja dari boiler (03 B911) dan alat pendukung

lainnya. Evaluasi ini dilakukan dengan perhitungan efisiensi termal dariboiler dan alat-alat pendukungnya. Dasar dari perhitungan tersebut adalah

neraca massa dan neraca panas dari masing-masing alat tersebut.

I.2 Perumusan Masalah

Evaluasi kerja pada boiler dan alat pendukungnya dilakukan

dengan cara penghitungan efisiensi termal. Penghitungan ini dilakukan

untuk melihat kelayakan kerja dari boiler dan alat pendukungnya. Efisiensi

termal dihitung dengan cara menghitung terlebih dahulu umpan masuk dan

umpan keluar dari boiler dan alat pendukungnya sebagai neraca massa

dilanjutkan dengan menghitung panas yang masuk dan panas yang keluar

dari boiler sebagai neraca panas.

Data-data yang diperlukan berupa data umpan, temperature inlet

dan temperature outlet dari boiler dan ekonomizer. Data-data ini diperoleh

dari Control System (DCS).


2/29

I.3 Tujuan dan Manfaat

Evaluasi ini bertujuan untuk mengetahui kelayakan kerja dari

sebuah alat penghasil steam yaitu Boiler (03 B911) dan rangkaiannya.

Kelayakan ini ditentukan melalui beberapa metode perhitungan. Hasil

evaluasi yang diperoleh berguna sebagai rekomendasi untuk unit produksi

tentang kelayakan kerja 03 B911 dan rangkaiannya.


3/29

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 PENGERTIAN

Boiler merupakan bejana tertutup dimana panas pembakaran

dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam berupa energi kerja.

Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke

suatu proses. Air panas atau steam pada tekanan dan suhu tertentu

mempunyai nilai energi yang kemudian digunakan untuk mengalirkan

panas dalam bentuk energi kalor ke suatu proses. Jika air didihkan sampai

menjadi steam, maka volumenya akan meningkat sekitar 1600 kali,

menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak,

sehingga sistem boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga

dengan sangat baik.

II.2 PROSES KERJA

Energi kalor yang dibangkitkan dalam sistem boiler memiliki nilai

tekanan, temperatur, dan laju aliran yang menentukan pemanfaatan steam

yang akan digunakan. Berdasarkan ketiga hal tersebut sistem boiler

mengenal keadaan tekanan-temperatur rendah (low pressure/LP), dan

tekanan-temperatur tinggi (high pressure/HP), dengan perbedaan itu

pemanfaatan steam yang keluar dari sistem boiler dimanfaatkan dalam

suatu proses untuk memanasakan cairan dan menjalankan suatu mesin

(boiler komersial dan boiler industri), atau membangkitkan energi listrik

dengan merubah energi kalor menjadi energi mekanik kemudian memutar

generator sehingga menghasilkan energi listrik (power boilers). Namun,

ada juga yang menggabungkan kedua sistem boiler tersebut, yang

memanfaatkan tekanan-temperatur tinggi untuk membangkitkan energi


4/29

listrik, kemudian sisa steam dari turbin dengan keadaan tekanan-

temperatur rendah dapat dimanfaatkan ke dalam proses industri dengan

bantuan heat recovery boiler.

Sistem boiler terdiri dari sistem air umpan, sistem steam, dan

sistem bahan bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara

otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk

keperluan perawatan dan perbaikan dari sistem air umpan, penanganan air

umpan diperlukan sebagai bentuk pemeliharaan untuk mencegah terjadi

kerusakan dari sistem steam. Sistem steam mengumpulkan dan

mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem

pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam

diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan.

Sistem bahan bakar adalah semua perlatan yang digunakan untuk

menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan.

Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis

bahan bakar yang digunakan pada sistem.

II.3 KOMPONENKOMPONEN BOILER

Berikut ini merupakan komponen-komponen boiler antara lain:

Furnace

Komponen ini merupakan tempat pembakaran bahan bakar.

Beberapa bagian dari furnace diantaranya: refractory, ruang perapian,

burner, exhaust for flue gas, charge and discharge door.

Steam Drum

Komponen ini merupakan tempat penampungan air panas dan

pembangkitan steam. Steam masih bersifat jenuh (saturated steam).

Air Heater

Komponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk

memanaskan udara luar yang diserap untuk meminimalisasi udara yang

lembab yang akan masuk ke dalam tungku pembakaran.


5/29

Economizer

Komponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk

memanaskan air dari air yang terkondensasi dari sistem sebelumnya

maupun air umpan baru.

Safety valve

Komponen ini merupakan saluran buang steam jika terjadi keadaan

dimana tekanan steam melebihi kemampuan boiler menahan tekanan

steam.

Blowdown valve

Komponen ini merupakan saluran yang berfungsi membuang

endapan yang berada di dalam pipa steam.

II.4 KLASIFIKASI BOILER

Setelah mengetahui proses singkat, sistem boiler, dan komponen

pembentuk sistem boiler, perlu diketahui keanekaragaman boiler. Berbagai

bentuk boiler telah berkembang mengikuti kemajuan teknologi dan

evaluasi dari produk-produk boiler sebelumnya yang dipengaruhi oleh gas

buang boiler yang mempengaruhi lingkungan dan produk steam seperti

apa yang akan dihasilkan. Berikut klasifikasi boiler yang telah

dikembangkan:

1.

Berdasarkan tipe pipa: Fire Tube

Tipe boiler pipa api memiliki karakteristik menghasilkan kapasitas

dan tekanan steam yang rendah.

Water Tube

Tipe boiler pipa air memiliki karakteristik menghasilkan kapasitas

dan tekanan steam yang tinggi.


6/29

2. Berdasarkan bahan bakar yang digunakan :

Solid Fuel

Tipe boiler bahan bakar padat memiliki karakteristik harga bahan

baku pembakaran relatif lebih murah dibandingkan dengan boiler yang

menggunakan bahan bakar cair dan listrik. Nilai effisiensi dari tipe ini

lebih baik jika dibandingkan dengan boiler tipe listrik.

Oil Fuel

Tipe boiler bahan bakar cair memiliki karakteristik harga bahanbaku pembakaran paling mahal dibandingkan dengan semua tipe. Nilai

effisiensi dari tipe ini lebih baik jika dbandingkan dengan boiler bahan

bakar padat dan listrik.

Gaseous Fuel

Tipe boiler bahan bakar gas memiliki karakteristik harga bahan

baku pembakaran paling murah dibandingkan dengan semua tipe boiler.

Nilai effisiensi dari tipe ini lebih baik jika dibandingkan dengan semua

tipe boiler berdasarkan bahan bakar.

Electric

Tipe boiler listrik memiliki karakteristik harga bahan baku

pemanasan relatif lebih murah dibandingkan dengan boiler yang

menggunakan bahan bakar cair. Nilai effisiensi dari tipe ini paling rendah

jika dibandingkan dengan semua tipe boiler berdasarkan bahan bakarnya.

3. Berdasarkan kegunaan boiler :

Power Boiler

Tipe power boiler memiliki karakteristik kegunaan utamanya

sebagai penghasil steam sebagai pembangkit listrik, dan sisa steam

digunakan untuk menjalankan proses industri.

Industrial Boiler


7/29

Tipe industrial boiler memiliki karakteristik kegunaan utamanya

sebagai penghasil steam atau air panas untuk menjalankan proses industri

dan sebagai tambahan pemanas.

Commercial Boiler

Tipe commercial boiler memiliki karakteristik kegunaan utamanya

sebagai penghasil steam atau air panas sebagai pemanas dan sebagai

tambahan untuk menjalankan proses operasi komersial.

Residential Boiler

Tipe residential boiler memiliki karakteristik kegunaan utamanya

sebagai penghasil steam atau air panas tekanan rendah yang digunakan

untuk perumahan.

Heat Recovery Boiler

Tipe heat recovery boiler memiliki karakteristik kegunaan

utamanya sebagai penghasil steam dari uap panas yang tidak terpakai.

Hasil steam ini digunakan untuk menjalankan proses industri.

4. Berdasarkan konstruksi boiler :

Package Boiler

Tipe package boiler memiliki karakteristik perakitan boiler

dilakukan di pabrik pembuat, pengiriman langsung dalam bentuk boiler.

Site Erected Boiler

Tipe site erected boiler memiliki karakteristik perakitan boiler

dilakukan di tempat akan berdirinya boiler tersebut, pengiriman dilakukan

per komponen.

5. Berdasarkan tekanan kerja boiler :

Low Pressure Boilers

Tipe low pressure boiler memiliki karakteristik tipe ini memiliki

tekanan steam operasi kurang dari 15 psig atau menghasilkan air panas

dengan tekanan dibawah 160 psig atau temperatur dibawah 250 0F

High Pressure Boilers


8/29

Tipe high pressure boiler memiliki karakteristik tipe ini memiliki

tekanan steam operasi diatas 15 psig atau menghasilkan air panas dengan

tekanan diatas 160 psig atau temperatur diatas 250 0F

6. Berdasarkan cara pembakaran bahan bakar :

Stoker Combustion

Tipe stoker combustion memiliki karakteristik tipe ini

memanfaatkan bahan bakar padat untuk melakukan pembakaran, bahan

bakar padat dimasukkan kedalam ruang pembakaran melalui conveyor

ataupun manual. Tipe ini memiliki sisa pembakaran yang harus ditangani

berupa bottom ash atau fly ash yang dapat mencemari lingkungan.

Pulverized Coal

Proses ini menghancurkan batu bara dengan ball mill atau roller

mill sehingga batu bara memiliki ukuran kurang dari 1 mm. kemudian batu

bara berupa bubuk ini disemprotkan ke dalam ruang pembakaran.

Fluidized Coal

proses ini menghancurkan batu bara dengan crusher, sehingga batu

bara memiliki ukuran kurang dari 2 mm. Pada proses ini pembakaran

dilakukan dalam lapisan pasir, batu bara akan langsung membara jika

mengenai pasir.

Firing Combustion

Tipe firing memiliki karakteristik tipe ini memanfaatkan bahan

bakar cair, padat, dan gas untuk melakukan pembakaran, pemanasan yang

terjadi lebih merata.

7. Berdasarkan material penyusun boiler :

Steel

Tipe boiler dari bahan steel memiliki karakteristik bahan baku

utama boiler terbuat menggunakan steel pada daerah steam.

Cast Iron


9/29

Tipe boiler dari bahan cast iron memiliki karakteristik bahan baku

utama boiler terbuat menggunakan besi cor pada daerah steam.

II.5 PENGOLAHAN AIR UMPAN BOILER

Parameter Satuan Pengendalian Batas

pH Unit 10-12

Conductivity mhos/cm 5000, max

TDS Ppm 3000, max

P Alkalinity Ppm -

M Alkalinity Ppm 800, max

O Alkalinity Ppm 2.5 x SiO2, min

T. Hardness Ppm -

Silica Ppm 350, max

Besi Ppm 2, max

Phosphat residual Ppm 20 40

Sulfite residual Ppm 20 50

pH condensate Unit 8.0

9.0

Air umpan boiler atau Boiler Feed Water nantinya akan

dipanaskan hingga menjadi steam. Karena di dalam boiler terjadi

pemanasan harus diwaspadai adanya kandungan-kandungan mineral

seperti ion Ca2+ dan Mg2+. Air yang banyak mengandung ion Ca2+ dan

Mg2+ disebut sebagai air yang sadah (hard water). Ion-ion ini sangat

berpengaruh pada kualitas air yang nantinya akan digunakan sebagai


10/29

umpan boiler. Biasanya ion-ion ini terlarut dalam air sebagai garam

karbonat, sulfat, bikarbonat dan klorida. Berbeda dengan senyawa-

senyawa kimia lainnya, kelarutan dari senyawa-senyawa mengandung

unsur Ca dan Mg seperti CaCO3, CaSO4, MgCO3, Mg(OH)2, CaCl2,

MgCL2, dll; akan memiliki kalarutan yang makin kecil / redah apabila

suhu makin tinggi. Sehingga ketika memasuki boiler, air ini merupakan

masalah yang harus segera diatasi. Air yang sadah ini akan menimbulkan

kerak (scalling) dan tentu saja akan mengurangi effisiensi dari boiler itu

sendiri akibat dari hilangnya panas akibat adanya kerak tersebut. Selain itu

yang dikhawatirkan bisa menyebabkan scalling adalah adanya deposit

silika.

Dalam hal ini akan terjadi perbedaan ketika mengolah air untuk

dijadikan sebagai air minum dibandingkan dengan untuk umpan boiler.

Dalam pengolahan air minum mineral-mineral yang ada dalam air tidak

akan dihilangkan karena mineral-mineral tersebut dibutuhkan untuk tubuh

manusia. Bahkan ada perusahaan air minum yang menambahkan mineral

pada air minum produksinya. Hal itu tidak boleh terjadi dalam pengolahan

air untuk umpan boiler. Air minum juga harus dijaga agar bebas dari

kuman penyakit dengan diberi desinfektan sedangkan air umpan boiler

tidak perlu diberi desinfektan.

Adapun beberapa proses umum yang dilakukan untuk memperoleh

air umpan boiler yang baik adalah sebagai berikut:


11/29

Akibat Air Umpan Boiler yang Tidak Memenuhi Baku Mutu

Ketidaksesuaian kriteria air umpan boiler akan mempengaruhi berbagai

hal, misalnya :

Korosi

Penyebab korosi Boiler:

o Oksigen Terlarut

o Alkalinity ( Korosi pH tinggi pada Boiler tekanan tinggi )

o Karbon dioksida ( korosi asam karbonat pada jalur kondensat )

o Korosi khelate ( EDTA sebagai pengolahan pencegah kerak )

Akibat dari peristiwa korosi adalah penipisan dinding pada

permukaan boiler sehingga dapat menyebabkan pipa pecah atau bocor.

Kerak

Pengkerakan pada sistem boiler disebabkan oleh :

o Pengendapan hardness feedwater dan mineral lainnya

o Kejenuhan berlebih dari partikel padat terlarut (TDS)

mengakibatkan tegangan permukaan tinggi dan gelembung sulit

pecah.

o Kerak boiler yang lazim : CaCO3, Ca3(PO4)2, Mg(OH)2, MgSiO3,

SiO2, Fe2(CO3)3, FePO4

Endapan

Pembekuan material nonmineral pada boiler, umum berasal dari :

o Oksida besi sebagai produk korosi

o Materi organik (kotoran bio, minyak dan getah), Boiler bersifat

alkalinity jika terkena gliserida maka akan terjadi reaksi

penyabunan.

o Partikel padat tersuspensi dari feedwater (tanah endapan dan pasir)


12/29

Dari peristiwa peristiwa ini mengakibatkan terbentuknya

deposit pada pipa superheater, menyebabkan peristiwa overheating dan

pecahnya pipa, terbentuknya deposit pada sirip turbin, menyebabkan

turunnya effisiensi.

II.6 CARA KERJA BOILER

Secara umum, didalam boiler terdapat 3 proses yaitu :

o Proses air menjadi steam

o Proses bahan bakar (batu bara, limestone, oil) sampai menjadi abu

sisa pembakaran

o Proses udara sampai menjadi gas buang

Untuk dapat menghasilkan uap air tentunya diperlukan air yang sesuai

dengan kadar Ph yang telah ditetapkan sebelumnya. Air didapatkan dari

sungai Bengawan Solo daerah Gunung Sari dan Babat yang kemudian

diproses didalam chemical building (atau desalination) dan water

treatment sebelum di supply ke deaerator (untuk mengurangi kandungan

oksigen didalam air) dan disupply ke boiler melalui feed water pump.

Dengan feed water pump, air yang sudah melalui proses di deaerator

tadi memulai tahapan proses di boiler dengan urutan sebagai berikut:

Economizer

Disini BFW akan dinaikkan suhunya secara perlahan

sebelum mencapai sistem berikutnya.

Steam drum

Dari economizer, air kemudian disupply ke steam drum

melalui pipa. Diawal proses, saat steam (uap air) belum mencapai

saturated steam, maka separator (pemisah) didalam steam drum

akan melakukan bypass dan membiarkan air turun ke tahap

selanjutnya.

Downcomer


13/29


14/29

welding (pengelasan) yang semua proses tersebut mengacu kepada

international standard seperti American Welding Society (AWS),

American Society of Mechanical Engineers (ASME), American

Standard for Testing and Material (ASTM), dan lain-lain.

II.7 SPESIFIKASI BOILER (03 B911) PADA UTILITAS PABRIK II

Type : Boiler Pipa Api ( Fire Tube)

Tahun Pembuatan : 1980

Sumber Panas : Ketel Uap Firing

Bahan Bakar : Gas Alam

Economizer : Ada

Superheater : Tidak ada

Desuperheater : Tidak ada

Design Kapasitas : 12 Ton / jam

Temperatur Steam : 175 C

Manufacture : Perancis


15/29

BAB III

METODE PELAKSANAAN

III.1 CARA MEMPEROLEH DATA

Data diperoleh dengan cara pengamatan langsung di lapangan dan

studi literatur. Data-data lapangan diperoleh dari Control Room di Utilitas

II. Data yang diperoleh untuk perhitungan neraca massa dan neraca panas

Boiler (03 B911) didapat pada tanggal 16 Agustus 2015 pukul 10.00 WIB.

Data Boiler (03 B911)

Volume Boiler : 33m3

Tekanan Boiler : 7,5 kg/cm2

Temperature BFW : 65 oC

Massa BFW masuk : 6,875 Ton/jam

Temperature Steam : 185 oC

Massa Steam keluar : 4,2 Ton/jam

Temperature NG : 160 oC

Massa NG : 9693,9 m3/jam

Temperature Udara : 30 oC

Massa Udara : 113836,4 m3/jam

Kandungan O2flue gass : 1,2 %

Data Ekonomizer

Massa BFW : 6,875 Ton/jam

Temperature masuk : 100oC

Temperature keluar : 30 oC


16/29

III.2 PELAKSANAAN TUGAS KHUSUS

Tahapan-tahapan yang dilakukan dalam mengerjakan tugas khusus

menghitung efisiensi Boiler (03 B911) dan rangkaiannya adalah sebagai

berikut:

PENGAMBILAN DATA

PERHITUNGAN NERACA MASSA KOMPONENBOILER DAN RANGKAIANNYA

PERHITUNGAN NERACA PANAS KOMPONEN

BOILER DAN RANGKAIANNYA

PENGHITUNGAN EFISIENSI

PENYUSUNAN PEMBAHASAN DAN

KESIMPULAN TENTANG BOILER (03 B911)

DAN RANGKAIANNYA


17/29

BAB IV

PERHITUNGAN TUGAS KHUSUS

IV.1 Neraca Massa Pada Boiler 03 B911

IV.1.1 Neraca Massa Pada Bagian Tube

Massa Masuk:

Massa masuk fuel

Flowrate Fuel (CH4) : 9.636,6 m3/jam

Mol fuel :

n = P.V/ R.T

n = 1 atm x 9636,6 m3/jam / 0,08206 m3 . atm / K.mol x 273 K

n = 430,15965 mol/jam

Massa fuel : 6.882,5544 gram/jam

Massa masuk udara

Flowrate Udara : 113.836,4 m3/jam

Flowrate O2 : 23.905,644 m3/jam

Mol O2 :

n = P.V/ R.T

n = 1 atm x 23.905,644 m3/jam / 0,08206 m3 . atm / K.mol x 273 K

n = 1.067,1029 mol/jam

Massa O2 : 34.147,292 gram/jam

SYSTEM 03 B911

M Gas Alam M Flue Gas

M Udara


18/29

Flowrate N2 : 89.930,756 m3/jam

Mol N2 :n = P.V/ R.T

n = 1 atm x 89.930,756 m3/jam / 0,08206 m3 . atm / K.mol x 273 K

n = 4.014,3394 mol/jam

Massa N2 : 112.401,5 gram/jam

Total Massa masuk : Massa Fuel Gas + Massa O2+ Massa N2

: 153.431,35 gram/jam

Massa Keluar

Jumlah O2dalam flue gas keluar : 1,2 % volume

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

430,15965 1.067,1029

x 2x x 2x

430,15965 x 1.067,1029 2x x 2x

0,012 =.67,9x mol

5.5,69 mol

66,1392 = 1.067,1029 - 2x

x = 500,48185 mol

Sehingga,

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

430,15965 1.067,1029

500,48185 1000,9637 500,48185 1000,9637

70,3222 66,1392 500,48185 1000,9637


19/29

Dari perhitungan mol reaksi diatas diasumsikan bahwa jumlah O2

pada udara yang disuplay menuju boiler cukup untuk melakukan

pembakaran sempurna.

Jadi,

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

430,15965 1.067,1029

430,15965 860,3193 430,15965 860,3193

0 206,7836 430,15965 860,3193

Massa keluar flue gas

Mol O2 : 206,7836 mol

Massa O2 : 6.617,0752 gram

Mol CO2 : 430,15965 mol

Massa CO2 : 18.927,0246 gram

Mol H2O : 860,3193 mol

Massa H2O : 15.485,7474 gram

Massa N2 : 112.401,5 gram

Total Massa Keluar: Massa Flue Gas

: Massa O2+ Massa CO2+ Massa H2O + Massa N2

: 153.431,3472 gram

IV.1.2 Neraca Massa Bagian Shell

SYSTEM 03 B911

M BFW M Steam

M Steam (vent)


20/29

Massa Masuk :

Massa masuk Boiling Feed Water

Massa BFW : 6,875 ton

Total Massa masuk : Massa Boiling Feed Water

: 6875000 gram

Massa Keluar :

Massa keluar Steam

Massa Steam : 4,2 ton

Massa keluar Steam (vent)

Massa Steam (vent) = Massa masuk Massa Steam

= 6,875 4,2

= 2,675 ton

Total Massa Keluar : Massa Steam + Masssa Steam (Vent)

: 6875000 gram

IV.2 Neraca Panas Pada Boiler 03 B911

SYSTEM 03 B911

Q Gas Alam Q Flue Gas

Q Udara

Steam

BFW


21/29

PANAS MASUK (Q in)

Komponen Massa (mol) Suhu (K) Cp/R Cp Qreaktan(J)

CH4 430,15965 433 638,378 5307,4788 9,885x108

N2 4.014,3394 303 442,4304 3678,367 6,394x109

O2 1.067,1029 303 684,3804 5689,9391 1,839x109

PANAS KELUAR (Q out)

Komponen Massa (mol) Suhu (K) Cp/R Cp Qproduk(J)

N2 4.014,3394 458 535,6636 4453,5158 4,469x108

O2 206,7836 458 754,7178 6274,7245 3,243x108

CO2 430,15965 458 1659,4466 13796,639 1,484x108

H2O 860,3193 458 567,271 4716,2910 1,014x108

Panas yang dilepas = 8,492 x 109 Joule/jam

Panas yang dibutuhkan untuk menguapkan air :

Cp air(l) = 75,24 J/mol K

Cp air(g) = 37,44 J/mol K

Kalor uap air = 37,8 J/mol K

Massa air = 381944,44 mol

T BFW = 338 K

T Steam = 458 K

q = (m x cp air(l)x dT1) + (m x U) + (m x cp air(g)x dT2)

q = 5,1644 x 109Joule/jam


22/29

Heat Loss = Panas yang dilepas Panas untuk menguapkan air

= 8,492 x 109joule/jam 5,1644 x 109joule/jam

= 3,328 x 109joule/jam

Effisiensi Boiler (03 B911)

Effisiensi =

100%

=9,3,38

9,100%

= 63,91 %

IV.3 Neraca Massa Pada Economizer

Neraca Massa Bagian Tube

Massa Masuk

1. Boiler Feed Water

Boiler Feed Water : 6875000 gram

Massa Keluar

2. Boiler Feed Water

Boiler Feed Water : 6875000 gram

SYSTEM

Economizer

Flue GasFlue Gas

BFW

BFW


23/29

Neraca Massa Bagian Shell

Massa Masuk

Mol O2 : 206,7836 mol

Massa O2 : 6617,075 gram

Mol CO2 : 430,1597 mol

Massa CO2 : 18927,02 gram

Mol H2O : 860,3193 mol

Massa H2O : 15485,75 gram Massa N2 : 112401,5 gram

Total Massa masuk : Massa O2+ Massa CO2+ Massa H2O + Massa

N2

: 153431,345 gram

Massa Keluar

Mol O2 : 206,7836 mol

Massa O2 : 6617,075 gram

Mol CO2 : 430,1597 mol

Massa CO2 : 18927,02 gram

Mol H2O : 860,3193 mol

Massa H2O : 15485,75 gram

Massa N2 : 112401,5 gram

Total Massa keluar : Massa O2+ Massa CO2+ Massa H2O + Massa

N2

: 153431,345 gram


24/29

IV.4 Neraca Panas Ekonomizer

Panas Masuk (Qin)

Komponen Massa (mol) Suhu (K) Cp/R Cp (J/mol K) H (J)

N2 4.014,3394 373 207,588 1725,8868 2,584x109

O2 206,7836 373 588,323 4891,324 3,773x108

CO2 430,15965 373 1978,236 16447,058 2,638x109

H2O 860,3193 373 135,4022 1125,7346 3,612x108

Panas Keluar (Qout)

Komponen Massa (mol) Suhu (K) Cp/R Cp (J/mol K) H (J)

N2 4.014.463,69 305 -547,217 -4549,562 -1,241x109

O2 206.789,969305

3269,398 27181,775 3,822x108

CO2 430.172,975305

16568,975 137754,46 4,029x109

H2O 860.345,949305

-1701,221 -14143,95 -8,274x108

SYSTEM

Economizer

Q Flue Gass Q Flue Gass

BFW

BFW


25/29

Panas yang dibutuhkan untuk menaikkan T air:

Massa air : 381944,44 mol

Cp air : 75,24 J/mol K

T awal : 373 K

T akhir : 305 K

Q = m x Cp x dT

= 381944,44 mol x 75,24 J/mol K x (373 K 305 K)

= 1,95 x 109Joule

Heat Loss = Qin Qout - Qair

= 1,665 x 109 Joule/jam


26/29

BAB V

PEMBAHASAN

Evaluasi kinerja Boiler 03 B 911 menunjukan efisiensi sebesar 63,91%,

pada Economizer menunjukan kehilangan panas (Heat Loss) sebanyak 1,665x109

Joule/jam. Evaluasi ini didasarkan pada perhitungan neraca panas dan neraca

massa pada setiap laju alir yang ada pada Boiler 03 B 911 dan Economizer.

Bagian Tube Boiler 03 B 911

Pada bagian tube gas alam masuk dengan flowrate 9.636,6 m3/jam

dan massa sebesar 6.882,5544 gram/jam. Gas alam ini dikontakkan dengan

udara 113.836,4 m3/jam dan massa sebesar 146548,79 gram/jam. Reaksi

pembakaran ini ditambah dengan udara berlebih (excess) dimaksudkan

supaya terjadi pembakaran sempurna antara gas alam dengan oksigen di

dalam udara sehingga menghasilkan kalor pembakaran maksimal.

Dari lapangan diperoleh data kandungan oksigen dalam flue gas

keluar boiler sebesar 1,2% volume total, dengan perhitungan diperoleh

mol reaksi pembakaran CH4lebih besar dari mol CH4masuk, maka dapat

disimpulkan bahwa jumlah O2 pada udara yang disuplay menuju boiler

cukup untuk melakukan pembakaran sempurna.

Dari perhitungan diperoleh total massa masuk yang terdiri dari gas

alam dan udara sama dengan massa keluar yaitu sebesar 153.431,35 gram.

Bagian Shell Boiler 03 B 911

Massa Boiling Feed Water masuk boiler adalah sebesar 6.875.000

gram dipanaskan dengan kalor pembakaran pada bagian tube sehingga

dihasilkan steam sebanyak 4.200.000 gram, adapun steam yang

dikeluarkan lewat steam vent untuk menjaga tekanan adalah sebesar

2.675.000 gram.

Heat loss pada boiler 03 B 911 sebesar 3,328x109 Joule/jam

sedangkan panas masuk sebesar 9,222x109Joule/jam sehingga didapatkan

efisiensi boiler 03 B 911 sebesar 63,91%.


27/29

Bagian Shell Ekonomizer

Bahan pemanas untuk memanaskan air umpan boiler adalah flue

gas keluaran dari boiler 03 B 911. Massa flue gas sebesar 153.431,35 gram

dengan suhu 373 K, keluar dari ekonomizer dengan suhu 305 K.

Bagian Tube Ekonomizer

Air umpan boiler yang akan dipanaskan pada ekonomizer

dilewatkan di dalam tube. Massa air masuk adalah sebesar 381944,44 mol.

Dari perhitungan didapat jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikan

suhu air umpan boiler sebesar 1,954x109Joule/jam sedangkan panas yang

dilepas oleh flue gas adalah sebesar 3,619x109 Joule/jam, sehingga heat

loss pada economizer sebesar 1,665x109 Joule/jam.


28/29

BAB VI

KESIMPULAN

Dari perhitungan dan pembahasan pada bab sebelumnya didapatkan hasil

sebagai berikut:

Boiler 03 B911

Keterangan Jumlah

Massa Natural Gas dan Udara masuk Boiler

03 B911153.431,345 gram/jam

Massa Boiling Feed Water masuk Boiler 03

B9116.875.000 gram/jam

Massa Steam yang keluar Boiler 03 B911 4.200.000 gram/jam

Panas yang diperlukan Boiling Feed Water

untuk menjadi Steam5,164 x 109Joule/jam

Panas Boiler 03 B911 yang hilang ke

lingkungan3,328 x 109Joule/jam

Efisiensi Boiler 03 B911 63,91 %

Economizer

Keterangan Jumlah

Massa Flue Gas masuk dan keluar Economizer 153.431,345 gram / jam

Massa Boiling Feed Water masuk dan keluar

Economizer6.875.000 gram / jam

Panas yang dilepas Flue Gas 3,619 x 109Joule / jam

Panas yang diterima Boiling Feed Water 1,954 x 109Joule / jam

Panas Economizer yang hilang ke lingkungan 1,665 x 109Joule / jam


29/29

Boiler 03 B911 sudah dalam kondisi kurang baik dikarenakan effisiensinya

sebesar 63,91%, di mana boiler dikatakan baik apabila memiliki effisiensi

>75%

Selain itu air umpan boiler juga mempengaruhi. Saat ini boiler 03 B911

menggunakan hard water sebagai umpan boiler, hal tersebut dapat

menimbulkan lapisan kerak pada dinding boiler sehingga perpindahan

panasnya tidak sempurna.

Pada ekonomizer panas yang hilang (Heat Loss) tergolong besar, hal ini

dikarenakan pada saat pengambilan data, keadaan ekonomizer sedang

mengalami kebocoran.

Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB

Documents

Transcript of Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB