Optimasi Kinerja Boiler PT. Badak

LAPORAN KHUSUS KERJA PRAKTIK OPTIMASI EFISIENSI BOILER DENGAN CARA PENURUNAN O 2 EXCESS

PT BADAK NGL BONTANG-KALIMANTAN BONTANG-KALIMANTAN TIMUR

Oleh: Ahmad Kharis Nova A.

(2313100061)

Pembimbing: Prof. Ir. Renanto, M.Sc Ph.D Ronggo Ahmad Wikanswasto, S.T., M.T.

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2016

Laporan Umum Kerja Praktik Process and SHE Engineering SHE Engineering Section PT Badak NGL, Bontang, Kalimantan Timur

DAFTAR ISI HALAMAN SAMPUL.................................................. ........................................................................ ............................................ ........................ .. I DAFTAR ISI ............................................... ...................................................................... ............................................. ........................................ .................. I I DAFTAR GAMBAR..................................................... ........................................................................... ........................................... .....................IV DAFTAR TABEL....................................... TABEL............................................................. ............................................. ..........................................V ...................V BAB I PENDAHULUAN .............................. ..................................................... ............................................. ....................................... ................. 1

1.1 Latar Belakang .......................................... ............................................................... ............................................ .................................... ............. 1 1.2 Tujuan ............................................ .................................................................. ............................................ ............................................ ........................ .. 1 1.3 Ruang Lingkup Kerja Praktik ........................................................ ............................................................................ .................... 2 1.4 Metode Penulisan Laporan........................................... ................................................................. ...................................... ................ 2 1.5 Sistematika Penulisan Laporan .............................................. ..................................................................... ............................ ..... 2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA........................................... ................................................................. ...................................... ................ 3

2.1. Siklus pada Steam Plant Steam Plant -31 -31 ............................................ ................................................................... ................................... ............ 3 2.2. Siklus pada Steam Power Plant ................... Plant .......................................... ............................................. ............................... ......... 5 2.3. Pengertian Boiler .......................................... ................................................................. ............................................. ............................... ......... 7 2.3.1.

Tipe-Tipe Boiler ........................................... .................................................................. ............................................ ....................... .. 7

2.3.2.

Komponen-Komponen Komponen-Komponen pada Boiler ........................................ ............................................................ .................... 8

2.3.3.

Perpindahan Panas pada Boiler....................................... Boiler............................................................. ............................ ...... 9

2.4. Pembakaran ........................................... .................................................................. ............................................ ...................................... ................. 9 2.5. Neraca Kalor pada Boiler ............................................. ................................................................... .................................... .............. 11 2.6. Perhitungan Efisiensi Boiler ........................................... .................................................................. ................................. .......... 11 BAB III METODOLOGI ....................................................... .............................................................................. .................................. ........... 15

3.1. Langkah Pengerjaan ............................................. ................................................................... ............................................ ...................... 15 3.2. Teknik Pengumpulan Data ................................... ......................................................... ............................................ ...................... 15 3.3. Asumsi dan Pendekatan ............................................................. ................................................................................... ...................... 16 2.3.1.

Pemodelan Berdasarkan Data Desain Software Aspen Software Aspen Hysys v.8.8......... 16

2.3.2.

Validasi Model dengan Data Aktual.......................................... ......................................................... ............... 17

2.3.3.

Pendekatan pada Pengolahan Data Plant Data Plant Test .......................................... ......................................... 17

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN........ PEMBAHASAN.............................. ............................................ ..................................... ............... 18

4.1. Hasil Simulasi dengan Data Desain ............................... ...................................................... .................................. ........... 18 4.2. Data Operasi Setiap Boiler Setiap Boiler di di Mosul II .......................................... ............................................................ .................. 19 4.3. Penentuan O2 Excess Optimum ............................ .................................................. ............................................ ...................... 24 ii

Laporan Umum Kerja Praktik Process and SHE Engineering SHE Engineering Section PT Badak NGL, Bontang, Kalimantan Timur

4.4. Perhitungan Penurunan O 2 Excess dan Excess dan Efisiensi Boiler Efisiensi Boiler ................... .................................. ............... 26 4.5. Plant Test Penurunan O 2 Excess pada Excess pada Boiler Boiler Nomor Nomor 30.................................. 30.................................. 28 BAB V KESIMPULAN KESIMPULAN DAN SARAN ................................... ......................................................... ................................. ........... 32

5.1. Kesimpulan ........................................... .................................................................. ............................................ .................................... ............... 32 5.2. Saran........................................... .................................................................. ............................................ ............................................ .......................... ... 32 DAFTAR PUSTAKA ........................................................... ................................................................................. ..................................... ............... 33

iii

Laporan Umum Kerja Praktik Process and SHE Engineering Section PT Badak NGL, Bontang, Kalimantan Timur

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Distribusi Steam di PT Badak NGL .................................................. 5 Gambar 2.2 Diagram Alir dan Termodinamika Siklus Rankine ........................... 6 Gambar 2.3 Fire Tube Boiler ................................................................................ 8 Gambar 2.4 Water Tube Boiler .............................................................................. 8 Gambar 2.5 Pembakaran Sempurna .................................................................... 10 Gambar 2.6 Diagram Neraca Energi Boiler ........................................................ 11 Gambar 2.7 Skema Kehilangan Panas pada Boiler ............................................. 12 Gambar 4.1 Grafik Data Operasi pada Boiler 21 ................................................ 20 Gambar 4.2 Grafik Data Operasi pada Boiler 22 ................................................ 20 Gambar 4.3 Grafik Data Operasi pada Boiler 23 ................................................ 20 Gambar 4.4 Grafik Data Operasi pada Boiler 24 ................................................ 21 Gambar 4.5 Grafik Data Operasi pada Boiler 25 ................................................ 21 Gambar 4.6 Grafik Data Operasi pada Boiler 26 ................................................ 21 Gambar 4.7 Grafik Data Operasi pada Boiler 27 ................................................ 22 Gambar 4.8 Grafik Data Operasi pada Boiler 28 ................................................ 22 Gambar 4.9 Grafik Data Operasi pada Boiler 29 ................................................ 22 Gambar 4.10 Grafik Data Operasi pada Boiler 30 .............................................. 23 Gambar 4.11 Grafik O2 Excess Guideline untuk Boiler 21/22/26/27/28/29/30 .. 24 Gambar 4.12 Grafik O2 Excess Guideline untuk Boiler 23/24/25....................... 24 Gambar 4.13 Grafik Plot Data Aktual Boiler 21/22/26/27/28/29/30 .................. 25 Gambar 4.14 Grafik Plot Data Aktual Boiler 23/24/25 ....................................... 25 Gambar 4.15 Data Hasil Plant Test Penurunan O 2 Excess .................................. 29 Gambar 4.16 Grafik Perubahan Suhu Flue Gas dan Steam ................................. 30

iv

Laporan Umum Kerja Praktik Process and SHE Engineering Section PT Badak NGL, Bontang, Kalimantan Timur

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Spesifikasi Air Umpan Boiler ................................................................ 3 Tabel 2.2 Spesifikasi Boiler di Modul I dan II ....................................................... 4 Tabel 4.1 Variabel pada Data Desain ................................................................... 18 Tabel 4.2 Perbandingan Hasil Simulasi dan Data Desain .................................... 19 Tabel 4.3 Data Load Steam dan O2 Excess .......................................................... 25 Tabel 4.4 Data Input untuk Disimulasikan ........................................................... 26 Tabel 4.5 Perbandingan Data Hasil Simulasi dan Data Aktual ............................ 27 Tabel 4.6 Hasil Simulasi Perubahan Flow Udara................................................. 28 Tabel 4.7 Data Rata-Rata Hasil Plant Test ........................................................... 30 Tabel 4.8 Perbandingan Hasil Plant Test dengan Simulasi .................................. 31

v 1

Laporan Khusus Kerja Praktik Process and SHE Engineering Section PT Badak NGL, Bontang, Kalimantan Timur

6

BAB I

PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Perkembangan teknologi yang semakin pesat secara tidak langsung turut meningkatkan konsumsi energi. Saat ini, energi konvensional seperti minyak bumi, batubara, dan gas alam, masih menjadi sumber energi utama yang digunakan. Ironisnya, ketersediaan cadangan sumber energi konvensional yang ada tidak sebanding dengan jumlah penggunaannya sehingga pemanfaatan energi terbarukan merupakan solusi terbaik yang ada. Di dalam dunia industri, peningkatan efisiensi penggunaan teknologi untuk pemanfaatan energi terus dilakukan. Salah satu upaya yang tersebut adalah study untuk peningkatan efisiensi pada boiler . Boiler merupakan bagian penting dari utility di PT Badak untuk mengkonversi fuel gas menjadi steam yang selanjutnya digunakan sebagai penggerak kompresor sistem cryogenic dan generator listrik. Boiler ini menggunakan bahan bakar gas yang terdiri dari sebagian kecil gas umpan (feed gas), process off gas dan boil off gas. Berdasarkan kajian yang pernah dilakukan oleh PT Badak, terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi efisiensi pada boiler yaitu O2 excess, suhu keluaran flue gas, komposisi dan laju alir dari fuel gas. Oleh karena itu, laporan tugas khusus ini akan mengkaji lebih lanjut bagaimana pengaturan O 2 excess sebagai salah satu usaha untuk meningkatkan efisiensi pada boiler yang terdapat di PT Badak NGL, Bontang, Kalimantan Timur. 1.2 Tujuan

Tujuan dari penulisan tugas khusus ini adalah untuk: 1. Mengevaluasi kinerja dari boiler terutama melalui parameter O2 excess yang terbentuk di flue gas berdasarkan data operasional dari setiap boiler di modul II ataupun simulasi yang dilakukan. 2. Mengetahui bagaimana respon boiler ketika flow dari udara pembakaran diturunkan terhadap O2 excess yang terbentuk ataupun efisiensi thermal. 3. Mengetahui kondisi aktual pada boiler tertentu di modul II ketika dilakukan penurunan O2 excess yang ada.

1


1.3 Ruang Lingkup Kerja Praktik

Ruang lingkup data utama yang digunakan untuk kajian peningkatan efisiensi thermal dari boiler dalam tugas khusus ini adalah data seluruh boiler di Modul II PT Badak NGL, Bontang, Kalimantan Timur, yaitu: 31F-21, 31F-22, 21F-23, 31F24, 31F-25, 31F-26, 31F-27, 31F-28, 31F-29, dan 31F-30. Data yang digunakan berkaitan dengan laju alir, tekanan, suhu pada setiap aliran dan O2 excess yang terbentuk di flue gas. Keseluruhan data yang diperoleh berasal dari data DCS ( Distributed Control System), telaah pustaka, dan software Aspen Hysys v8.8. 1.4 Metode Penulisan Laporan

Metode yang digunakan dalam penulisan tugas khusus i ni adalah: 1. Studi pustaka dan observasi di lapangan 2. Pembuatan model operasi menggunakan software Aspen Hysys v8.8 3. Diskusi permasalahan yang ada dalam tugas khusus dengan pembimbing lapangan dan engineer di Process & SHE Engineering Section 4. Diskusi kondisi operasi aktual di lapangan dengan operator yang bertugas di Operation Department 5. Pengumpulan data operasi dan melakukan perhitungan besarn ya O2 excess yang terbentuk dengan menggunakan software Aspen Hysys v8.8 dan Microsoft Excel 2013 6. Plant Test untuk menurunkan O 2 excess yang terbentuk 7. Penulisan laporan tugas khusus dan presentasi 1.5 Sistematika Penulisan Laporan

Laporan tugas khusus ini dibagi menjadi lima bagian dengan sistematika sebagai berikut: BAB I

Pendahuluan

BAB II Tinjauan Pustaka BAB III Metodologi BAB IV Hasil dan Pembahasan BAB V Kesimpulan dan Saran

2


2

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Siklus pada Steam Pl ant -31

Plant -31 memiliki tugas sebagai penyedia tenaga uap ( steam) pada Unit ketel uap (boiler) dan tenaga listrik yang dibutuhkan di process trains. Pembagian sistem penyaluran tenaga uap dan listrik didasarkan pada Seksi Utilities I dan II. Untuk menyediakan steam yang dibutuhkan selama proses dan untuk menggerakkan turbin, air diumpankan ke dalam boiler berbahan bakar fuel gas. Terdapat 21 jenis boiler yang dapat digunakan untuk membangkitkan steam dengan 11 boiler dapat dikontrol oleh Main Control Room Module I dan sisanya dapat dikontrol oleh Main Control Room Module II. Secara umum, air yang digunakan sebagai umpan dihasilkan dari Plant -36. Produk yang berasal dari unit Demineralizer di Plant -36 masuk ke dalam Condensate Tank di Plant -31 dan kemudian air dipompa ke Deaerator . Air yang keluar dari Deaerator digunakan sebagai air umpan boiler (boiler feed water ). Spesifikasi air umpan ditunjukkan pada Tabel 2.1. Tabel 2.1 Spesifikasi Air Umpan Boiler Komponen

Batasan

pH

8,3-9

Konduktivitas

< 7,5 µmhos/cm

Oksigen Terlarut

< 10 ppb

Iron

< 20 ppb

Copper

< 15 ppb

Silikat (SiO2)

Max 0,02 ppm

[Sumber: Departemen Operasi PT Badak NGL]

Proses yang terjadi di dalam Deaerator adalah proses penghilangan gas-gas seperti O2 dan CO2 yang dilakukan baik secara mekanis maupun kimiawi. Proses mekanis dilakukan dengan pemanasan air pada Deaerator menggunakan uap tekanan rendah sehingga terjadi kenaikan temperatur yang menyebabkan kelarutan udara di dalam air berkurang. Sedangkan proses kimiawi dilakukan dengan menambahkan senyawa Cortrol yang berfungsi sebagai pengikat gas O 2 yang

3


terlarut dan Optimeen Cortrol sebagai pengikat gas CO2. Unit boiler menggunakan bahan bakar gas ( fuel gas) dan beberapa spesifikasi boiler di modul I dan II dijelaskan dalam Tabel 2.2. Dalam proses kerjanya, boiler menghasilkan steam tekanan tinggi yang digunakan sebagai sumber tenaga dan media pemanas. Distribusi steam yang dihasilkan dijelaskan pada Gambar 2.1. Namun, ketika jumlah Medium dan Low Pressure Steam dalam Steam Header berkurang, jumlah steam dapat ditambahkan dengan menggunakan Let Down Station (LDS). Let Down Station merupakan sistem penurunan tekanan yang dapat merubah steam dari tekanan tinggi (HPS) ke tekanan menengah (MPS) yang dan dari tekanan menengah (MPS) ke tekanan rendah (LPS) sehingga tekanan pada sistem MPS dan LPS dapat dikendalikan. Tabel 2.2 Spesifikasi Boiler di Modul I dan II No

1

Spesifikasi

Manufacturer

Boiler

Modul I

Modul II

Mitsubishi Co. (Jepang)

Babcock & Wilcox Co. (Kanada)

2

Jumlah

11

10

3

Kapasitas (ton/jam)

295

379

4

Train

ABCD

EFGH

5

Konfigurasi Burner

6

Bahan Bakar

7

Fuel gas

Tekanan

72 kg/cm 2g

Maksimum

8

Kondisi steam

62,5 kg/cm2g ; 450 oC

9

Tipe Boiler

Water Tube

[Sumber: Departemen Operasi PT Badak NGL]

4


Gambar 2.1 Distribusi Steam di PT Badak [Sumber: Data Departemen Operasi PT Badak NGL]

2.2

Siklus pada Steam Power Pl ant

Pada instalasi pembangkit daya yang memanfaatkan uap bertekanan tinggi untuk menggerakkan turbin uap digunakan suatu acuan siklus kerja yang menjadi dasar dari pengoperasian instalasi tersebut. Siklus kerja yang digunakan pada instalasi PLTU adalah siklus rankine. Ciri utama siklus rankine adalah fluida kerja yang digunakan yaitu air. Pada Gambar 2.2 dijelaskan bahwa proses aliran sederhana dimana uap yang dihasilkan dalam boiler diperlukan oleh turbin untuk menghasilkan kerja. Aliran yang keluar dari turbin melewati kondensor dan dipompa kembali ke boiler . Daya yang diproduksi oleh turbin lebih besar dari yang diperlukan oleh pompa dan output daya bersih sama dengan selisih ant ara kecepatan input panas dalam boiler Qm dan kecepatan penolakan panas dalam kondensor Qc (El – Wakil, 1992). Siklus yang digunakan pada umumnya untuk Steam Power Plant adalah siklus renkine, seperti yang ditunjukkan Gambar 2.2. Pertama, langkah pemanasan 1



2 berjalan dengan baik sampai melebihi penguapan sehingga untuk

memproduksi uap yang sangat panas. Kedua, langkah pendinginan 3

5



4


membawa kondensasi lengkap, menghasilkan cairan tersaturasi untuk dipompa ke boiler . Berikut penjelasan siklus rankine lebih lanjut: a.

Langkah 2  3 merupakan proses pemanasan dengan tekanan konstan. J alur yang ada di sepanjang isobar (tekanan boiler ) terdiri dari 3 bagian, yaitu pemanasan dari air sampai temperatur saturasinya, penguapan pada temperatur dan tekanan konstan, dan pemanasan tinggi dari uap sampai temperatur di atas temperatur saturasinya.

b.

Langkah 3

 4

merupakan ekspansi adiabatik (isentropik) reversibel dari

uap dalam turbin menuju tekanan kondenser. Jalur yang umumnya memotong kurva saturasi ini menghasilkan gas buang yang mengandung air. Namun pemanasan tingkat tinggi yang dicapai pada langkah 1 2 menggeser jalur cukup jauh ke kanan pada gambar dan dimana kandungan embun tidak terlalu besar. c.

Langkah 41 merupakan proses dengan suhu dan tekanan konstan dalam kondensor untuk menghasilkan cairan tersaturasi pada titik 4.

d.

Langkah 12 merupakan pemompaan adiabatik (isentropik) reversibel dari cairan terkondensasi sampai ke tekanan boiler .

Gambar 2.2 Diagram Alir dan Termodinamika Siklus Rankine

6


2.3 Pengertian Boiler

Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media yang berguna dan murah yang juga dapat mengalirkan panas ke suatu proses. Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan secara otomatis menyediakan air untuk boiler sesuai dengan kebutuhan steam. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler . Di keseluruhan proses produksi, berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan. Air umpan adalah air yang disuplai ke boiler untuk diubah kembali menjadi steam. Dua sumber air umpan adalah: (1) kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses, dan (2) air makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar ruang boiler dan plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi, economizer digunakan untuk memanaskan air umpan dengan menggunakan limbah panas pada gas buang (UNEP,2008). 2.3.1

Tipe - Tipe Boiler

Tipe-tipe boiler dapat dibedakan menurut tujuan dan konstruksinya, daerah yang mengalami pemanasan, sumber panasnya, sirkulasinya, dan dinding penyangganya. Penjelasan tipe-tipe boiler adalah sebagai berikut: a. Klasifikasi boiler berdasarkan tujuan dan konstruksinya boiler terbagi atas: 

Package boiler



Industrial boiler



Utility boiler



Circulating fluidized bed boiler



Supercritical boiler



Marine boiler

b. Klasifikasi boiler berdasarkan daerah yang mengalami pemanasan terbagi atas: 

Fire Tube Boiler

Pada fire tube boiler , gas panas melewati pipa-pipa dan air umpan boiler berada di dalam shell untuk dirubah menjadi steam. Fire tube boiler biasanya digunakan untuk kapasitas steam yang relatif kecil dengan tekanan rendah sampai sedang. 7


Gambar 2.3 F ir e Tube Boil er 

Water Tube Boiler

Pada water tube boiler , air umpan boiler mengalir melalui pipa-pipa dan masuk ke dalam drum. Air yang tersikulasi kemudian dipanaskan oleh gas pembakar membentuk steam pada daerah uap dalam drum.

Gambar 2.4 Water T ube Boi l er

c. Klasifikasi boiler berdasarkan bahan bakar yang digunakan terbagi atas: 

Solid fuel



Oil fuel



Gaseous fuel



Elektrik

2.3.2 Komponen - Komponen pada Boiler

Beberapa komponen pada boiler adalah sebagai berikut: 

Main Equipment

:

furnace, steam drum, superheater, reheater,

burner, economizer, tube water wall.

8




Auxiliary equipment : induce draft fan, force draft fan, valve, control and instrument



Balance of boiler

: deaerator, feed water heater, blow down system

2.3.3 Perpindahan Panas pada Boiler

Berikut merupakan cara perpindahan panas yang terjadi di dalam boiler : a. Radiasi

Perpindahan panas secara radiasi adalah perpindahan panas antara suatu benda ke benda lain dengan perantara gelombang elektromagnetik tanpa tergantung pada media diantara benda yang menerima pancaran panas tersebut. b.

Konveksi

Perpindahan panas secara konveksi adalah perpindahan panas yang dilakukan oleh suatu molekul-molekul fluida. Pada saat molekul tersebut bersentuhan dengan dinding atau pipa ketel maka panas tersebut sebagian akan me ngalir ke dinding atau pipa ketel sedangkan sebagian akan terbawa oleh molekul. Gerakan molekul tersebut disebabkan karena perbedaan temperatur di dalam fluida itu sendiri. c. Konduksi

Perpindahan panas secara konduksi adalah perpindahan panas dari suatu bagian benda padat ke bagian lain dari benda padat yang sama atau dari benda padat yang satu ke benda padat yang lain karena terjadinya fisik tanpa terjadinya perpindahan

panas

molekul-molekul

dari

benda

padat

itu

sendiri

(Djokosetyardjo,1999). 2.4 Pembakaran

Pembakaran terjadi secara proses kimia antara bahan-bahan yang mudah terbakar dengan oksigen dari udara untuk menghasilkan energi panas yang dapat digunakan untuk keperluan lain. Komponen utama bahan-bahan yang mudah terbakar adalah carbon, hidrogen, dan campuran laimiya. Dalam proses pembakaran, komponen terbakar menjadi karbon dioksida dan uap air. Sejumlah sulfur juga terdapat pada sebagian besar bahan bakar (Singer,1991). Proses pembakaran sempuma dapat diartikan bahwa dalam proses pembakaran senyawa-senyawa yang dihasilkan diantaranya adalah karbon dioksida (C02) dan uap air (H20). Sedangkan belerang yang ada di dalam bahan bakar akan

9


terbakar menjadi belerang dioksida (SO2). Proses pembakaran tersebut sesuai dengan persamaan kimia berikut ini: C+ O2 → CO2 2H2+O2→ 2H2O S + O2 → SO2

Terdapat beberapa hal yang perlu diketahui pada saat terjadi proses pembakaran yakni sebagai berikut: a. Pembakaran dengan udara kurang Pada proses ini tidak terjadi perpindahan karena kapasitas udara sedikit yang memungkinkan produk bereaksi dan menghasilkan produk samping, seperti CO, CO2, uap air, O2 dan N2. b. Pembakaran dengan udara berlebih Pada proses ini terjadi perpindahan panas yang akan berkurang dan panas hilang karena bahan bakar berlebih serta ada bahan bakar yang tidak terbakar yang menghasilkan produk samping, seperti CO 2, uap air, O2 dan N2. c. Pembakaran dengan udara optimum Pada proses ini terjadi perpindahan panas yang maksimum dan panas yang hilang minimum serta terdapat hasil pembakaran seperti CO 2, uap air dan N 2.

Gambar 2.5 Pembakaran Sempurna

Penilaian suatu pembakaran berlangsung efisien atau tidak dapat diketahui melalui angka perbandingan antara jumlah udara aktual dengan jumlah udara teoritisnya yang diperlukan dalam pembakaran atau dengan mel ihat seberapa besar kelebihan udara aktual dari kebutuhan udara teoritisnya (dalam persen). Untuk mengetahui jumlah udara aktual, kandungan O 2 atau CO2 dalam gas buang (persen volume basis kering) harus diketahui melalui pengukuran, sedangkan udara teoritis dihitung dari stokiometrik.

10


2.5

Neraca Kalor Pada Boiler

Parameter kinerja boiler , seperti efisiensi dan rasio penguapan, berkurang terhadap waktu disebabkan buruknya pembakaran, kotornya permukaan penukar panas, dan buruknya operasi dan pemeliharaan. Bahkan untuk boiler yang baru sekalipun, alasan seperti buruknya kualitas bahan bakar dan kualitas air dapat mengakibatkan buruknya kinerja boiler . Neraca panas dapat membantu dalam mengidentifikasi kehilangan panas yang dapat atau tidak dapat dihindari. Uji efisiensi boiler dapat membantu dalam menemukan penyimpangan efisiensi boiler dari efisiensi terbaik dan target area permasalahan untuk tindakan perbaikan. Proses pembakaran dalam boiler dapat digambarkan dalam bentuk diagram alir energi seperti Gambar 2.6. Diagram ini menggambarkan secara grafis tentang bagaimana energimasuk dari bahan bakar diubah menjadi aliran energi dengan berbagai kegunaan dan menjadi aliran kehilangan panas dan energi. Panah tebal menunjukan jumlah energi yang dikandung dalam aliran masing-masin g

Gambar 2.6 Diagram Neraca Energi Boiler

Neraca panas merupakan keseimbangan energi total yang masuk boiler terhadap yang meninggalkan boiler dalam bentuk yang berbeda. Gambar di atas memberikan gambaran berbagai kehilangan yang terjadi untuk pembangkitan steam (UNEP,2008). 2.6 Perhitungan Efisiensi Boiler

Efisiensi adalah tingkatan kemampuan kerja dari suatu alat. Sedangkan efisiensi pada boiler adalah tingkat kemampuan kerja boiler atau ketel uap yang didapatkan dari perbandingan antara energi yang dipindahkan ke atau diserap oleh

11


fluida kerja di dalam ketel dengan masukan energi kimia dari bahan bakar. Tingkat efisiensi pada boiler atau ketel uap berkisar antara 70% hingga 90%. Efisiensi pada boiler dapat dikaji dengan menggunakan dua metode sebagai berikut: 

Metode langsung : energi yang didapat dari fluida kerja (air dan steam) dibandingkan dengan energi yang terkandung dalam bahan bakar boiler .



Metode tidak langsung: efisiensi merupakan perbedaan antara kehilangan dan energi yang masuk. Efisiensi boiler merupakan nilai yang menunjukkan kemampuan boiler

dalam mengubah air menjadi uap dengan menggunakan kalor hasil pembakaran. Kehilangan - kehilangan panas yang terjadi pada boiler ditunjukkan Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Skema Kehilangan Panas pada Boiler

Dari penjelasan skema di atas dapat dijabarkan kerugian / kehilangan panas (heat loss) sebagai berikut: Kehilangan panas karena gas buang kering

Gas asap hasil pembakaran yang keluar dari boiler masih memiliki kalor yang tinggi. Kalor yang berasal dari gas buang tersebut dimanfaatkan kembali dengan menggunakan media air heater yang berfungsi untuk memanaskan udara pembakaran. Gas asap yang keluar dari air heater juga masih memiliki kalor, tetapi sudah tidak dapat dimanfaatkan kembali. Hal ini menimbulkan kerugian yang disebut kehilangan panas karena terbawa gas buang kering.

12


Kehilangan panas karena adanya kandungan air dalam bahan bakar

Air dalam bahan bakar tidak akan bereaksi dalam proses pembakaran dan akan menyerap sebagian kalor dari hasil pembakaran. Akibatnya akan mengurangi kalor yang digunakan oleh boiler untuk menguapkan air umpan (Feed Water). Kerugian ini yang disebut sebagai kehilangan panas karena adanya kandungan air dalam bahan bakar. Kehilangan panas karena kadar air untuk pembakaran hidrogen dalam bahan bakar

Unsur hidrogen yang ada di dalam bahan bakar me nyebabkan terjadinya uap air (H2O) pada proses pembakaran. Kemudian kalor yang timbul akibat pembakaran bahan bakar di boiler sebagian diserap oleh uap air ini. Hal ini yang menyebabkan terjadinya pengurangan kalor yang digunakan oleh boiler untuk menguapkan air umpan ( feed water ) sehingga menimbulkan kerugian yang berdampak terhadap penurunan effisiensi boiler . Kerugiaan ini disebut sebagai kehilangan panas karena kadar air untuk pembakaran hidrogen dalam bahan bakar. Kehilangan panas karena kandungan air di dalam udara pembakaran

Udara pembakaran yang diambil dari udara bebas selalu mengandung uap air. Uap air ini tidak bereaksi selama proses pembakaran, tetapi hanya akan bercampur dengan gas - gas asap hasil pembakaran. Uap ai r ini akan menyerap sebagian kalor yang dihasilkan oleh pembakaran dalam boiler sehingga mengurangi kalor yang digunakan oleh boiler untuk menguapkan air umpan. Kehilangan panas karena uap untuk pengabutan bahan bakar

Uap atau steam digunakan untuk menspray atau mengatomisasi bahan bakar residu sehingga dapat menyemprot ke dalam ruang bahan bakar. Akan tetapi, uap atau steam ini akan bercampur dengan gas-gas hasil pembakaran dan ikut menyerap sebagian kalor dari hasil pembakaran. Adanya uap air ini dapat mengurangi kalor yang digunakan oleh boiler untuk menguapkan air umpan (Feed Water). Kerugian ini yang disebut sebagai kehilangan panas karena uap untuk pengabutan bahan bakar. Kehilangan panas kaena terdapatnya unsur karbon monoksida

Kerugian panas yang terjadi karena abu atau terak yang masih mengandung kalor dan masih dapat digunakan. Kerugian ini disebut sebagai kehilangan panas

13


karena terdapatnya unsur karbon monoksida. Kehilangan panas karena perpindahan panas atau radiasi

Radiasi panas yang keluar dari dinding - dinding boiler ikut mengurangi kalor yang digunakan oleh boiler untuk menguapkan air umpan (feed water). Hal ini menimbulkan kerugian pula yang disebut kehilangan panas karena perpindahan panas atau radiasi.

14


3

BAB III METODOLOGI

3.1

Langkah Pengerjaan

Tahap awal pengerjaan laporan khusus ini adalah telaah pustaka mengenai neraca massa, neraca energi, dan HHV yang digunakan pada setiap boiler di modul II PT Badak NGL, Bontang, Kalimantan Timur. Tahapan selanjutnya adalah observasi lapangan terkait potensi-potensi apa saja yang dapat digunakan untuk meningkatkan efisiensi boiler . Setelah mengetahui potensi dimana saja yang dapat dioptimalkan, pemodelan

boiler dibuat berdasarkan data desain dengan

menggunakan simulator software Aspen Hysys v8.8. Tahapan setelah pembuatan simulasi adalah pengambilan data aktual selama 4 bulan untuk dapat menentukan boiler mana saja yang bisa dioptimalkan kinerjanya. Data aktual divalidasi dengan simulasi yang sebelumnya telah dibuat dan dilakukan studi. Studi berkaitan dengan pengaruh penurunan flow udara pembakaran pada masing-masing boiler terhadap penurunan O 2 excess pada flue gas sehingga efisiensi dari boiler dapat dinaikkan. Tahapan selanjutnya adalah pembuatan general procedure untuk penurunan O 2 excess pada flue gas. Terakhir, setelah mengetahui cara terbaik untuk meningkatkan efisiensi pada boiler , plant test dilakukan untuk memvalidasi studi yang telah dilakukan. 3.2

Teknik Pengumpulan Data

Data yang dibutuhkan dalam proses pengerjaan tugas khusus ini adalah data desain, data operasional, dan data hasil plant test . Data desain dibutuhkan untuk mempermudah pembuatan simulasi karena memiliki data laju alir yang paling lengkap. Data operasional dibutuhkan untuk memvalidasi simulasi dengan kondisi aktual. Sedangkan, data hasil plant test digunakan untuk memvalidasi hasil studi. Sumber data desain untuk pemodelan pada masing-masing boiler berasal dari Tecnical Data Book Boiler di Train E , No. 7608. Sedangkan data operasional diperoleh dari instrumen DCS ( Distributed Control System) mulai tanggal 1 April 2016 pukul 01.00 WITA sampai tanggal 31 Juli 2016 pukul 23.00 WITA. Dasar pengambilan data pada waktu tersebut adalah data empat bulan terakhir operasional setiap boiler di modul II. Tidak hanya data operasional, sumber data hasil plant test pada boiler 30 yang dilaksanakan pada tanggal 12 Agustus 2016 pukul 09.30 hingga 15


11.30 juga berasal dari DCS. Data-data yang diambil dari DCS meliputi flow rate udara pembakaran, fuel gas, steam yang terbentuk, dan O 2 excess yang ada di flue gas. Selain data tersebut, pengambilan data temperatur dan tekanan dari flue gas, steam, dan boiler feed water juga dilakukan. 3.3

Asumsi dan Pendekatan

3.3.1 Pemodelan Berdasarkan Data Desain Software Aspen Hysys v.8.8

Pemodelan unit-unit proses yang digunakan dalam software Aspen Hysys v.8.8 dapat dilihat pada Gambar 3.1 berikut:

Gambar 3.1 Proses Pemodelan Boiler

Dalam pembuatan simulasi yang menggunakan data desain dari Tecnical Data Book Boiler di Train E , No. 7608, beberapa pendekatan dilakukan seperti penjelasan berikut: 

Tidak ada aliran yang mengalir pada arus No Flow yang artinya seluruh produk hasil reaksi pembakaran berada pada fase uap.



Pembakaran yang terjadi di dalam boiler merupakan pembakaran sempurna dimana semua atom karbon dari fuel gas berubah menjadi CO2.



Keseluruhan panas hasil pembakaran diberikan untuk membantu konversi boiler feed water menjadi steam.



Energi yang hilang hanya terbawa oleh flue gas.

16


Data boiler feed water yang digunakan adalah data boiler feed water sebelum



masuk economizer . Suhu flue gas yang digunakan adalah suhu flue gas ketika meninggalkan



economizer . Mengasumsikan suhu dan tekanan dari fuel gas dan udara pembakaran serta



tekanan dari boiler feed water . 

Blowdown pada boiler diasumsikan tidak ada, sehingga steam yang terbentuk merupakan gabungan antara steam dan blowdown Perhitungan efisiensi boiler menggunakan rumus:



=

   −0  .  

3.3.2 Validasi Model dengan Data Aktual

Hasil simulasi harus sesuai dengan data desain dan data a ktual sehingga hasil dapat direalisasikan pada plant 31. Akan tetapi, tidak semua data bisa didapatkan secara mudah seperti yang didapatkan dari data desain pada saat pengoperasiannya. Salah satu kendala pengambilan data adalah data O2 excess yang terbentuk. Oleh karena itu, sama seperti validasi data desain, beberapa asumsi digunakan. Penentuan tekanan fuel gas dan boiler feed water diasumsikan yang ada di dalam header masing-masing. Sedangkan, data suhu dan tekanan dari udara pembakaran diasumsikan sama seperti data pada fuel gas. 3.3.3 Pendekatan pada Pengolahan Data Plant Test

Pengolahan data hasil plant test menggunakan beberapa pendekatan sebagai berikut: 

Penurunan laju udara pembakaran sebesar 1kNm 3/h akan menurunkan O 2 excess sebesar 0,072%.

17


BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Simulasi dengan Data Desain

Beberapa variabel yang ditetapkan untuk data desain ditunjukkan oleh Tabel 4.1 dengan nilai tekanan dan suhu dari udara pembakaran tidak dicantumkan sehingga nilainya diasumsikan seperti tekanan dan suhu pada fuel gas. Hasil simulasi yang dibandingkan dengan data desain dapat dikatakan valid apabila prosentase error yang diperoleh nilainya kurang dari 10%. Tabel 4.1 Variabel pada Data Desain Variabel

Keterangan Komposisi (%mol)

Jenis Gas

Fuel Gas

Air Boiler Feed Water Flue Gas

Steam

CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12

92,52 2,93 1,2 0,46 0,13

C6H14 CO2 N2 Tekanan Suhu Flow

0,24 2,32 0,2 15 psig 60 F 39,6 Mlb/hr

2,088 kg/cm 2 15,56 C 22,49 kNm 3/hr

Tekanan Suhu Flow Tekanan Suhu masuk economizer Suhu keluar economizer

15 psig 86 F 740,3 Mlb/hr 924 psig

2,088 kg/cm 2 15,56 C 260,9 kNm 3/hr 66 kg/cm 2

225 F

107,2 C

279 F

137,2 C

Suhu Tekanan Mass flow

870 F 902 psig 585 Mlb/hr

465,6 C 64,45 kg/cm 2 265,4 ton/hr

18


Tabel 4.2 Perbandingan Hasil Simulasi dan Data Desain Variabel Load steam (ton/hr) Blow Down (%) O2 Excess (%) Q loss lain (%) : Dry Gas H2 &H2O pada fuel gas Moisture pada udara Radiasi Error perhitungan

Data Desain 265,4 2,5 -NA-

3,65 10,48 0,101 0,34 1

Data Simulasi 275,3 0 2,84

Terbawa flue gas

Error (%) 3,7 -

Hasil simulasi untuk variabel jumlah steam yang terbentuk memiliki data yang akurat walaupun terdapat perbedaan hasil sekitar 9,9 ton/hr atau error sekitar 3,7% dengan data desain yang ditunjukkan oleh Tabel 4.1. Perbedaan jumlah steam yang terbentuk dihitung dari selisih antara data hasil simulasi yang sebesar 275,3 ton/hr dan data desain yang sebesar 265,4 ton/hr. Pada simulasi yang dilakukan, error terjadi karena boiler feed water yang masuk dianggap telah menjadi steam sehingga blowdown yang seharusnya ada pada boiler diabaikan pada saat simulasi. Blowdown memiliki ukuran 2,5% dari berat boiler feed water yang masuk ke dalam boiler . Oleh karena itu, dengan perhitungan 0,025x275,3 ton/hr, besar blowdown yang diperoleh adalah 6,9 ton/hr. Dari 9,9 ton/hr yang telah dikurangi oleh laju blowdown sebesar 6,9 ton/hr terdapat selisih 3 ton/hr yang disebabkan oleh asumsi pada simulasi yang hanya menetapkan energy loss pada flue gas yang keluar dan menganggap tidak ada losses lain yang muncul seperti dari radiation loss. 4.2 Data Operasi Setiap Boiler di Modul II

Pemantuan kondisi operasi setiap boiler di modul II PT Badak NGL, Bontang, Kalimantan Timur, dilakukan selama 4 bulan sejak tanggal 1 April 2016 pukul 01.00 WITA sampai tanggal 31 Juli 2016 pukul 23.00 WITA. Data operasi yang diambil berupa data O2 excess, jumlah load steam yang terbentuk, flow fuel gas, dan juga aliran udara. Data operasi tersebut kemudian dibuat menjadi grafik yang ditunjukkan oleh Gambar 4.1 sampai Gambar 4.10.

19


Boiler 21 40 300 30 200

20

100

10

0 31/03

0 20/04

10/05

Steam flow

30/05 Air flow

19/06

09/07

O2 Excess

29/07

Fuel gas

Gambar 4.1 Grafik Data Operasi pada Boiler 21

Boiler 22 350

40

300 30

250 200

20

150 100

10

50 0 31/03

0 20/04

10/05

Steam flow

30/05 Air flow

19/06 O2 excess

09/07

29/07 Fuel gas


Boiler 23 350

40

300 30

250 200

20

150 100

10

50 0 31/03

0 20/04

10/05

Steam flow

30/05 Air flow

19/06 O2 ekses

09/07

Fuel gas


20

29/07


Boiler 24 350

40

300 30

250 200

20

150 100

10

50 0 31/03

0 20/04

10/05

Steam flow

30/05 Air flow

19/06

09/07

29/07

O2 excess

Fuel gas


Boiler 25 350

40

300 30

250 200

20

150 100

10

50 0 11/03

31/03

20/04

10/05

Steam flow

30/05

Air flow

19/06

09/07

0 18/08

29/07

O2 excess

Fuel gas


Boiler 26 350

40

300

35

250

30 25

200

20

150

15

100

10

50

5

0 31/03

0 20/04 Steam flow

10/05

30/05 Air flow

19/06 O2 Excess

09/07

29/07 Fuel gas


21


Boiler 27 400

40

300

30

200

20

100

10

0 31/03

0 20/04

10/05

Steam flow

30/05 Air flow

19/06

09/07

O2 excess

29/07

Fuel gas


Boiler 28 350

40

300 30

250 200

20

150 100

10

50 0 31/03

0 20/04

10/05

Steam flow

30/05 Air flow

19/06

09/07

O2 excess

29/07 Fuel gas


Boiler 29 350

40

300 30

250 200

20

150 100

10

50 0 31/03

0 20/04 Steam flow

10/05

30/05 Air flow

19/06 O2 excess

09/07

29/07 Fuel gas


22


Boiler 30 400

40

300

30

200

20

100

10

0 31/03

0 20/04 Steam flow

10/05

30/05 Air flow

19/06

09/07

O2 excess

29/07 Fuel gas


Data operasi setiap boiler selama 4 bulan di atas ditunjukkan dengan warna berbeda pada grafik. Steam flow ditunjukkan oleh garis berwarna merah dimana titik axis untuk nilainya berada di sebelah kiri dengan range 0-350 ton/hr. Laju udara pembakaran (air flow) ditunjukkan oleh garis berwarna abu-abu dimana titik axis untuk nilainya berada di sebelah kiri dengan range 0-350 kNm 3/hr. Laju dari fuel gas ditunjukkan oleh garis berwarna kuning dimana titik axis untuk nilainya berada di sebelah kanan dengan range 0-40 kNm 3/hr. Sedangkan, O2 excess yang terbentuk ditunjukkan oleh garis berwarna biru dimana titik axis untuk nilainya berada di sebelah kanan dengan range nilai sebesar 0-5 %. Berdasarkan grafik yang diperoleh, terdapat beberapa boiler dengan kondisi operasi aliran udara pembakaran yang berlebihan yakni boiler dengan nomor 22, 28, 29, dan 30. Hal ini bisa dilihat dari flow udara yang sangat tinggi untuk pembakaran fuel gas yang hampir sama untuk boiler no 21, 23, 24, 25, 27. Indikasi dari berlebihnya flow udara pembakaran juga terlihat dari nilai O2 excess yang terbentuk. Secara umum, apabila O 2 excess yang terbentuk mempunyai nilai yang tinggi untuk jumlah load steam yang sama, maka flow udara pembakaran yang diberikan akan terlalu banyak. Akan tetapi, nilai O2 excess juga bisa dianggap konstan seperti pada boiler nomor 23 yang menunjukan nilai di sekitar 1,8% dan boiler nomor 25 yang menunjukkan nilai di sekitar 2,81%. Data operasi O 2 excess paling sedikit ditunjukkan pada boiler nomor 26 dan 27 dengan nilai sebesar 0% yang disebabkan karena error pada detector yang ada.

23


4.3 Penentuan O2 Excess Optimum

Terdapat pengaruh jumlah load steam (ton/hr) yang terbentuk dan O 2 excess (%) pada boiler PT Badak NGL, Bontang, Kalimantan Timur, dimana untuk setiap load steam yang ada terdapat nilai O 2 excess optimumnya, hal ini ditunjukkan oleh grafik di bawah ini:

O2 Excess Guideline Boiler 21/22/26/27/28/29/30 12 10

) % ( s s e c x E 2 O

8 6 4 2 0 0

100

200

300

400

500

Load Steam (ton/hr)

Gambar 4.11 Grafik O2 Ex cess Gui del i ne untuk Boiler 21/22/26/27/28/29/20

O2 Excess Guideline Boiler 23/24/25 5 ) 4 % ( s 3 s e c x 2 e 2 O

1 0 0

100

200

300

400

500

Load Steam (ton/hr)

Gambar 4.12 Grafik O2 Ex cess Gui del ine untuk Boiler 23/24/25

Pengambilan data untuk mengetahui kondisi boiler dilakukan pada tanggal 21 Juli 2016 pukul 08.00 ketika waktu sampling untuk analisis kandungan dari fuel gas yang digunakan untuk reaksi pembakaran. Data yang diperoleh disajikan dalam Tabel 4.2.

24


Tabel 4.3 Data Load Steam dan O2 Excess Nomor Boiler 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Load Steam (ton/hr)

262.27 264.38 262.08 259.68 259.10 258.48 0.00 259.70 204.09 261.80

O2 Excess (%) 2.16 3.65 1.80 2.36 2.81 0.02 0.00 2.35 4.79 3.78

Data pada Tabel 4.2 di atas kemudian diplot data pada grafik O 2 excess guideline untuk mengetahui boiler yang kondisinya belum optimal seperti pada Gambar 4.13 dan Gambar 4.14 berikut ini:

29

27

30

22

28 2

21

Gambar 4.13 Grafik Plot Data Aktual Boiler 21/22/26/27/28/29/30

Gambar 4.14 Grafik Plot Data Aktual Boiler 23/24/25

25


Kedua grafik di atas menunjukkan bahwa hampir semua nilai dari O 2 excess pada setiap boiler berada di bawah kondisi optimum yang disarankan. Hal ini berlaku dengan tidak memperhitungkan masalah error pada boiler nomor 26 (titik hijau) dan pada boiler nomor 27 (titik hitam) yang sedang mati. Sedangkan, boiler nomor 22 dan 30 dalam kondisi O 2 excess berlebih atau yang berarti di atas titik optimumnya sehingga kedua boiler tersebut dapat dioptimasi dengan menurunkan laju udara pembakaran untuk mengurangi O 2 excess yang terbentuk. 4.4 Perhitungan Penurunan O 2 Excess dan Efisiensi Boiler

Penurunan kondisi operasi O 2 excess untuk optimasi boiler nomor 22 dan 30 juga membutuhkan pengurangan laju udara pembakaran. Besarnya pengurangan laju udara pembakaran dilakukan dengan simulasi menggunakan software Aspen Hysys v.8.8. Simulasi ini menggunakan data fuel gas yang diperoleh dari hasil analisis laboratorium pada tanggal 21 Juli 2016 pukul 08.00 WITA. Sedangkan, data operasi menggunakan data pada boiler nomor 22 yang diambil dari instrumen DCS ( Distributed Control System) dengan tanggal serta waktu pengambilan data yang sama. Tabel 4.4 Data Input untuk Disimulasikan Data Operasi

Jenis Gas

Fuel Gas

Air Boiler Feed Water

CH4 C2H6 C3H8 i-C4H10 n-C4H10 i-C5H12 n-C5H12 n-C6H14 CO2 N2 Tekanan Suhu Flow Tekanan Suhu Flow Tekanan

26

Keterangan Komposisi (%mol)

0,9487 0,0209 0,0075 0,0016 0,0019 0,00008 0,00005 0,0012 0,0127 0,0042 2,55 kg/cm 2 30 C 19,72 kNm 3/hr 2,55 kg/cm 2 30 C 235,62 kNm 3/hr 66,17 kg/cm 2


Suhu masuk 108,42 C economizer Suhu keluar 163,64 C economizer Flue Gas O2 excess 3,65% Suhu 451,22 C Steam Tekanan 61,45 kg/cm 2 Mass flow 258,3 ton/hr Data pada Tabel 4.3 di atas kemudian dimasukkan ke dalam simulasi Aspen hysys v.8.8 untuk mengetahui seberapa besar penurunan flow udara pembakaran yang dapat menurunkan O 2 excess yang terbentuk. Perolehan data hasil simulasi yang ada berupa O2 excess dan flow dari steam yang terbentuk ditunjukkan pada Tabel 4.4. Tabel 4.5 Perbandingan Data Hasil Simulasi dan Data Aktual Variabel O2 excess (%) Blow Down (%) Load Steam (ton/hr) Q loss : Dry Gas H2 & H2O pada fuel gas Moisture pada udara Radiasi

Data Actual 3,65 -NA258,3

-NA-NA-NA-NA-

Data Simulasi 3,52 0 237,6

Dari Flue Gas

Error - 3,56 % -8 % -

Hasil simulasi yang ditunjukkan pada Tabel 4.4 sudah cukup valid dikarenakan prosentase error yang muncul masih di bawah 10%. Berdasarkan tabel, perbedaan O2 excess yang terjadi kemungkinan disebabkan oleh perbedaan komposisi fuel gas di setiap waktu sehingga penggunaan salah satu data sampel juga masih kurang. Selain menyebabkan nilai O2 excess yang berbeda, perbedaan komposisi fuel gas di setiap waktu juga memberikan perbedaan terhadap nilai HHV atau panas dari pembakaran itu sendiri. Hal ini menyebabkan panas yang ditransfer menuju BFW menjadi berbeda setiap waktunya dan load steam yang terbentuk menjadi lebih sedikit. Selain menggunakan variabel O 2 excess dan load steam, simulasi juga menggunakan variabel flow udara. Pengaruh pengurangan flow udara secara bertahap terhadap O2 excess yang terbentuk dan jumlah heat yang ditransfer untuk memanaskan BFW disajikan pada Tabel 4.5.

27


Tabel 4.6 Hasil Simulasi Perubahan Flow Udara (Air) H eat transfered

(kNm /hr)

O2 Excess (%)

(10 kJ/hr)

(ton/hr)

(%)

235,62

3,52

6,782

237,574

84,92

234,62

3,45

6,784

237,636

84,94

233,62

3,38

6,786

237,698

84,97

232,62

3,31

6,787

237,760

84,98

231,62

3,24

6,789

237,822

85,01

230,62

3,17

6,791

237,884

85,03

229,62

3,10

6,793

237.946

85,06

Flow Ai r 3

8

Steam

Efficiency

Hasil simulasi yang ditunjukkan Tabel 4.5 menunjukkan bahwa setiap penurunan 1 kNm 3/h flow udara pembakaran akan menurunkan 0,07% O 2 excess yang terbentuk. Besarnya penurunan flow udara untuk menurunkan O 2 excess dihitung menggunakan rumus berikut: Penurunan flow udara =

(O2 excess actual – O2 excess optimum) % 0,07 %

1 3 /ℎ

Hasil simulasi juga menunjukkan bahwa setiap penurunan 1 kNm 3/h flow udara akan menaikkan energy transfer menuju boiler feed water sebesar 0,002.108 kJ/hr atau 200 MJ/hr. Hal ini berarti, penurunan 1 kNm 3/h flow udara pembakaran akan menurunkan energi yang hilang dibawa flue gas, sehingga dengan kata lain bisa menigkatkan effisiensi dari boiler . Apabila data HHV fuel gas yang diperoleh dari hasil simulasi sebesar 5,261.104 kJ/kg dan flow dari fuel gas sebesar 1,518.10 4 kg/hr, maka nilai efisiensi dari setiap pengurangan 1 kNm 3/hr flow udara dapat dihitung. Setiap penurunan 1 kNm3/h flow udara pembakaran akan menaikkan nilai efisiensi dari boiler sebanyak 0,02% sehingga dapat disimpulkan bahwa efisiensi dari suatu boiler akan bertambah jika jumlah O2 excess yang ada dikurangi dengan cara menurunkan laju udara pembakaran. 4.5 Pl ant T est Penurunan O2 Excess pada Boiler Nomor 30

Plant test dilakukan untuk menguji coba hasil studi yang telah dilakukan pada boiler nomor 22 dan nomor 30 dengan kondisi O 2 excess di atas titik optimumnya. Namun, ketika plant test dilakukan pada tanggal 12 Agustus 2016 sekitar pukul 09.00-11.30 WITA, kondisi boiler nomor 22 sedang mati sehingga plant test hanya

28


bisa dilakukan pada boiler nomor 30. Data hasil dari plant test diberikan pada Gambar 4.15 di bawah ini.

Plant Test 245

3

kNm /hr

20 18

240 w235 o l F r 230 i A n 225 a d m220 a e t 215 S

s 16 s e

3

c

kNm /hr

14 x E

12 2 O

Ton/hr

10 n a 8 6

(%)

4

210

2

205

0 8:54

9:23

9:52

10:20

10:49

d s a G l e u F

11:18

Time (WITA) Steam Flow

Flow Air

O2 Excess

Fuel Gas

Gambar 4.15 Data Hasil Plant T est Penurunan O 2 Excess

Grafik pada Gambar 4.15 menunjukkan bahwa beberapa penjabaran penting terkait kondisi boiler nomor 30 setelah plant test . Kondisi yang pertama adalah boiler sedang berada dalam mode auto dimana pada mode ini semua laju alir fuel gas, udara pembakaran, ataupun steam diatur secara automatis berdasarkan tekanan steam header . Kondisi ini berlangsung sampai pukul 9:40, sebelum mode auto pada boiler diganti menjadi manual individual. Selanjutnya, boiler diubah menjadi mode manual individual mulai pukul 9:41-11.10. Pada mode ini, laju alir dari fuel gas, udara pembakaran, ataupun steam dapat diatur secara manual, sesuai dengan keinginan. Dalam mode manual individual ini, dilakukan penurunan laju alir udara pembakaran sebanyak dua tahap. Tahap pertama penurunan laju alir udara pembakaran hingga 231 kNm 3/hr dari yang sebelumnya sebesar 239 kNm 3/hr. Tahap pertama ini berlangsung mulai pukul 09:41-10:55. Sedangkan tahap kedua berlangsung mulai pukul 10:56-11.10. Pada penurunan tahad kedua ini laju alir udara pembakaran diturunkan hingga 224,2 kNm 3/hr. Mode manual individual ini kemudian diganti menjadi mode auto kembali setelah pukul 11.11.

29


Gambar 4.16 Grafik Perubahan Suhu F lu e Gas dan Steam

Pada gambar 4.16 dapat diketahui bahwa dengan adanya penurunan laju dari udara pembakaran, suhu dari flue gas juga menurun sedangkan suhu dari steam mengalami kenaikan walaupun terjadi fluktuasi. Penurunan dari suhu flue gas disebabkan karena panas yang keluar melalui aliran flue gas menurun akibat dari laju alir udara pembakaran yang berkurang. Sedangkan penambahan suhu dari steam dikarenakan panas yang ditransfer menuju boiler feed water menjadi bertambah sehingga membuat suhu steam bertambah walaupun tidak konstan. Lalu untuk data rata-rata hasil plant test setiap kejadian akan ditampilkan pada Tabel 4.7 di bawah ini. Tabel 4.7 Data Rata-Rata Hasil Plant T est Periode

Kondisi

09:00-09:40 09:41-10:18 10:19-10:20 10:21-10:55 10:56-11:10

Mode : Auto Penurunan 1 Tidak Stabil Penurunan 1* Penurunan 2

11:10-11:30

Mode : Auto

O2 Excess Steam Flow Fl ow Air F uel Gas (%) (ton/hr) (kNm3/hr) (kNm3/hr) 4.57 222.85 239.20 17.63

4.13 4.72 4.10 3.61

222.95 209.73 223.10 224.54

231.64 231.63 230.77 224.25

17.61 16.81 17.61 17.71

4.49

223.33

239.69

17.71

Berdasarkan data pada Tabel 4.7 di atas, penurunan flow udara pembakaran menyebabkan O2 excess yang terbentuk juga menurun. Penurunan O 2 excess yang terbentuk akan menaikkan jumlah heat transfer yang digunakan untuk memanaskan

30


boiler feed water menjadi steam. Hal ini terlihat pada mode auto awal sebelum penurunan laju alir udara pembakaran, jumlah steam yang terbentuk sekitar 22,85 ton/h. Kemudian setelah dilakukan penurunan laju alir udara terbentuklah steam dengan laju alir yang lebih banyak sebagai salah satu indikasi bahwa efisiensi dari boiler tersebut bertambah, walaupun nilainya tidak terlalu besar. Laju steam bertambah sekitar 0,3 ton/h atau 2628 ton/tahun pada saat penurunan laju alir udara pembakaran pertama dan bertambah hingga 1,21 ton/h atau 10600 ton/tahun pada laju alir udara pembakaran yang kedua. Tabel 4.8 Perbandingan Hasil Plant Test dengan Simulasi

Penurunan Flow Udara (kNm3/h) 7,55 15,43

Perubahan Actual O2 excess Steam (ton/h) (%) +0,103 -0,434 +1,205 -0,874

Perubahan Simulasi O2 excess Steam (ton/h) (%) +0,529 -0,529 +1,080 -1,080

Error (%) O2 Steam Load

excess

-80 +11

-17 -19

Dari tabel 4.8 diatas dapat diketahui bahwa hasil plant berbeda dengan hasil simulasi yang dilakukan sebelumnya untuk setiap penurunan 1 kNm 3/h laju udara pembakaran. Untuk penurunan laju udara sebesar 7,55 kNm 3/h hasil simulasi memberikan nilai pertambahan 0,529 kNm 3/h pada laju steam atau berbeda -80% dari data aktual dan juga memberikan pengurangan O 2 excess sebesar 0,529 % atau terdapat perbedaan sebesar -17% dari data aktual. Sedangkan untuk penurunan laju udara sebesar 15,43 kNm 3/h hasil simulasi memberikan nilai pertambahan 1,08 kNm3/h pada laju steam atau berbeda +11% dari data aktual dan juga memberikan pengurangan O2 excess sebesar 1,08 % atau terdapat perbedaan sebesar -19% dari data aktual. Walaupun terjadi perbedaan dengan data simulasi, namun masih dapat dikatakan bahwa pengurangan dari laju udara pembakaran dapat menambah jumlah steam yang ada. Bila persoalan yang ada di PT. Badak menginginkan untuk laju pembuatan steam tetap, maka untuk mengurangi laju steam yang bertambah ini adalah dengan mengurangi laju alir dari fuel gas sendiri. Sehingga pada akhirnya bisa diperoleh penghematan dari fuel gas yang digunakan. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa dengan pengurangan O 2 excess dengan cara mengurangi laju alir udara akan menyebabkan heat tra nsfer bertambah, laju steam meningkat, dan pada akhirnya efisiensi dari boiler itu sendiri akan bertambah.

31


5

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN 5.1

Kesimpulan

Berdasarkan hasil studi dan plant test yang telah dilakukan, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Pengoperasian beberapa boiler di modul II PT Badak NGL, Bontang, Kalimantan Timur, dengan O 2 excess yang lebih tinggi dari titik optimumnya adalah kurang optimal. 2. Berdasarkan hasil simulasi, penurunan laju alir udara pembakaran sebesar 1 kNm3/h pada boiler dapat menurunkan O 2 excess sebesar 0,07% dan mampu meningkatkan efisiensi hingga sebesar 0,02%. 3. Berdasarkan plant test yang dilakukan pada 12 Agustus 2016, penurunan O2 excess hingga titik optimumnya pada grafik guidelinenya akan memberikan jumlah steam yang lebih banyak hingga 1,2 ton/h. 5.2

Saran

Beberapa saran yang dapat penulis berikan setelah menyelesaikan laporan khusus ini adalah sebagai berikut: 1. Untuk memperakurat data yang diperoleh, plant test penurunan O 2 excess sebaiknya dilakukan dalam waktu yang lebih lama. 2. Untuk memvalidasi simulasi yang dilakukan, sehingga asumsi Qloss yang digunakan lebih akurat. 3. Untuk membantu operator dalam memaksimalkan efisiensi pada setiap boiler , kurva O2 excess optimum sebaiknya ditambahkan pada layar DCS ( Distributed Control System).

32

Optimasi Kinerja Boiler PT. Badak

Recommend Documents