Download - 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).
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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.
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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.
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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.
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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:
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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)
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
13/29
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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)
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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%.
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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.
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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
-
7/26/2019 Evaluasi boiler Petrokimia Gresik IIB
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.