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


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


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

Optimasi Kinerja Boiler PT. Badak

Recommend Documents