PENGARUH LAPISAN ENAMEL DAN PENURUNAN TEKANAN SOOT BLOWER TERHADAP EFISIENSI AIR HEATER PLTU PAITON UNIT 3 PT.IPMOMI

KULIAH KERJA NYATA - PRAKTEK PT. Paiton Energy Company, PT. International Power Mitsui Operation & Maintenance Indonesia Jl. Raya Surabaya-Situbondo KM 141 Paiton PO BOX 78 Paiton Probolinggo 67291 BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Upaya

peningkatan

efisiensi

pada

boiler dapat

dilakukan

dengan

menggunakan supercritical boiler dan dengan meningkatkan temperatur udara sebelum masuk ke dalam boiler . Udara yang Udara yang memiliki temperatur tinggi mampu menghasilkan proses pembakaran yang sempurna. Pemanasan awal udara udara ini dapat menggunakan instrumen air heater yang memanfaatkan sistem heat exchanger antara gas buang yang akan dikeluarkan ke cerobong dengan udara yang akan dimanfaatkan untuk proses pembakaran pada furnace. furnace. Semua instrumen sistem pembangkit tenaga listrik termasuk air heater yang yang digunakan secara berkelanjutan akan mengalami performa yang semakin menurun disebabkan oleh adanya korosi, kebocoran udara ( air leakage), leakage), pressure drop, drop, heat loss loss sehingga operasinya tidak optimal seperti semula. Dalam penanganan korosi pada heating element dari air dari air heater terutama terutama bagian cold end layer dapat diatasi dengan menggunakan proses pelapisan enamel dan penurunan tekanan pada sistem soot sistem soot blower.

1.2 Rumusan Masalah

“Bagaimakah “Bagaimakah pengaruh lapisan enamel dan penurunan tekanan soot blower terhadap efisiensi air heater PLTU Paiton Unit 3 PT.IPMOMI?” PT.IPMOMI ?”

1.3 Batasan Masalah

Pada penelitian ini metode yang digunakan adalah metode eksperimental. Variabel yang digunakan dalam penelitian adalah sebagai berikut: 1. Variabel bebasnya adalah temperatur inlet dan dan outlet flue flue gas dan gas dan combustion air , tekanan soot tekanan soot blower sebelum sebelum dilapisi enamel 1 MPa dan sesudah dilapisi enamel 0,6 MPa, heating element sebelum sebelum dan sesudah dilapisi enamel. 2. Variabel terikatnya adalah efisiensi air heater pada pada sisi gas buang dan udara. udara. 3. Variabel kontrolnya adalah sebagai berikut.

1

KULIAH KERJA NYATA - PRAKTEK PT. Paiton Energy Company, PT. International Power Mitsui Operation & Maintenance Indonesia Jl. Raya Surabaya-Situbondo KM 141 Paiton PO BOX 78 Paiton Probolinggo 67291

a. Putaran rotor air heater 1 1 rpm. b. Data sebelum pelapisan enamel dan penurunan tekanan soot blower diambil rata-rata pada bulan Juni - Juli 2012 dan data sesudah pelapisan enamel dan penurunan tekanan soot tekanan soot blower diambil diambil rata-rata pada bulan Januari - Februari 2014. c. Temperature udara masuk air heater diasumsikan diasumsikan tetap 31 oC. d. Prosentase kebocoran pada air heater 3A dan 3B diasumsikan sama, hal ini diakibatkan oleh : 

Data O2 diambil dari O2 analyzer di di area output economizer output economizer dan dan output ID ID fan (FGD inlet ). ).



Kondisi seal plate antara plate antara air heater 3A 3A dan 3B sama setelah penggantian pada bulan Desember 2013.

e. Data temperature yang diambil di area air heater menggunakan probe instrument yang yang telah terpasang di area tersebut.

1.4 Tujuan Penelitian

1. Mengetahui pengaruh lapisan enamel terhadap efisiensi Air efisiensi Air heater . 2. Mengetahui pengaruh penurunan tekanan soot blower terhadap efisiensi Air heater . 3. Mengetahui perbandingan efisiensi air heater sebelum sebelum dan sesudah pelapisan enamel dan penurunan dan penurunan tekanan pada soot pada soot blower.

1.5 Manfaat Penelitian

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan ini, maka diharapkan penelitian ini dapat diambil manfaatnya, antara lain : 1. Dapat mengetahui efisiensi tertinggi dari berbagai varias i yang dilakukan. 2. Dapat diaplikasikan secara berkelanjutan dalam pemenuhan efisiensi yang maksimal.

2


a. Putaran rotor air heater 1 1 rpm. b. Data sebelum pelapisan enamel dan penurunan tekanan soot blower diambil rata-rata pada bulan Juni - Juli 2012 dan data sesudah pelapisan enamel dan penurunan tekanan soot tekanan soot blower diambil diambil rata-rata pada bulan Januari - Februari 2014. c. Temperature udara masuk air heater diasumsikan diasumsikan tetap 31 oC. d. Prosentase kebocoran pada air heater 3A dan 3B diasumsikan sama, hal ini diakibatkan oleh : 

Data O2 diambil dari O2 analyzer di di area output economizer output economizer dan dan output ID ID fan (FGD inlet ). ).



Kondisi seal plate antara plate antara air heater 3A 3A dan 3B sama setelah penggantian pada bulan Desember 2013.

e. Data temperature yang diambil di area air heater menggunakan probe instrument yang yang telah terpasang di area tersebut.

1.4 Tujuan Penelitian

1. Mengetahui pengaruh lapisan enamel terhadap efisiensi Air efisiensi Air heater . 2. Mengetahui pengaruh penurunan tekanan soot blower terhadap efisiensi Air heater . 3. Mengetahui perbandingan efisiensi air heater sebelum sebelum dan sesudah pelapisan enamel dan penurunan dan penurunan tekanan pada soot pada soot blower.

1.5 Manfaat Penelitian

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan ini, maka diharapkan penelitian ini dapat diambil manfaatnya, antara lain : 1. Dapat mengetahui efisiensi tertinggi dari berbagai varias i yang dilakukan. 2. Dapat diaplikasikan secara berkelanjutan dalam pemenuhan efisiensi yang maksimal.

2

KULIAH KERJA NYATA - PRAKTEK PT. Paiton Energy Company, PT. International Power Mitsui Operation & Maintenance Indonesia Jl. Raya Surabaya-Situbondo KM 141 Paiton PO BOX 78 Paiton Probolinggo 67291 1.6 Sistematika Penulisan

Bagian awal terdiri dari lembar pengesahan, kata pengantar, daftar isi, daftar gambar, daftar table, daftar lampiran. Bagian isi terdiri dari 5 bab, yaitu Bab I Pendahuluan berisi tentang latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika penulisan. Bab II Tinjauan Pustaka berisi tentang PLTU Paiton Unit 3 PT.IPMOMI dan teori dasar yang berhubungan dengan Air heater. heater. Bab III Metodologi Penelitian berisi spesifikasi alat, variabel penelitian, diagram alir penelitian. Bab IV Hasil dan Pembahasan berisi pengolahan data, perhitungan data, data hasil perhitungan, studi kasus dan pemecahan masalah, analisa perhitungan. Bab V Penutup berisi kesimpulan dari hasil penelitian dan saran-saran yang dapat mendukung pengembangan dalam penelitian se lanjutnya. Bagian akhir laporan berisi tentang daftar pustaka dan lampiran-lampiran yang mendukung penjelasan di dalam pembahasan.

3

KULIAH KERJA NYATA - PRAKTEK PT. Paiton Energy Company, PT. International Power Mitsui Operation & Maintenance Indonesia Jl. Raya Surabaya-Situbondo KM 141 Paiton PO BOX 78 Paiton Probolinggo 67291 BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Data Umum Perusahaan 2.1.1 Latar Belakang Perusahaan

Kebutuhan energi listrik adalah hal yang paling vital dalam seluruh aktivitas kehidupan manusia guna meningkatkan kesejahteraan dan kemakmuran hidup. Untuk memnghasilkan energi listrik harus melalui suatu proses yang panjang dan rumit. Energi listrik sangat mempermudah dalam pemenuhan kebutuhan manusia, mengingat sifat dari energi listrik yang mudah disalurkan dan dikonversikan ke dalam bentuk energi yang lain,seperti energi cahaya , energi mekanik, energi kalor, dan sebagainya. Perkembangan penduduk yang semakin pesat, mengakibatkan peningkatan konsumsi teknologi serta dunia usaha, sehingga kebutuhan akan energi listrik terus meningkat. kebutuhan ini bahkan belum mamapu dipenuhi secara optimal oleh PLN, oleh karena itu sejak diberlakukannya UU No. 15 Tahun 1985, PP No. 10 Tahun 1989 dan Keputusan Presiden Nomor 37 Tahun 1992 memberikan ijin kepada piha swasta unuk ikut berpartisipasi dalam usaha ketenagalistrikan di bidang Pembangkit Pembangkit transmisi dan Distribusi. Sesuai dengan PERPRES 71 / Thn 2006, pemerintah telah menugaskan kepada PT. PLN untuk melakukan Percepatan Pembangunan Pembangkit Tenaga Listrik yang menggunakan bahan bakar Batubara. Pembangunan PLTU Batubara dibagi menjadi 2 tahap yaitu Tahap I kapasitas sekitar 10,000 MW untuk menggantikan PLTU berbahan bakar minyak dan 10,000 MW tahap II untuk menjaga sebagian besar demand beban khususnay di Pulau Jawa Madura Bali yang akan dibangun baik oleh PT. PLN maupun Swasta. Salah satu perusahaan listrik swasta adalah PT. Paiton Energy dan PT.Edison Mission Operation ang Maintenance Indonesia yang mengoperasikan dan memelihara PLTU Paiton Unit 7 dan 8. Namun sejak Desember 2004, PT. Edison Mission Operation and Maintenance Indonesia (PT. EMOMI) digantikan

4


oleh PT. Internasional Power Mitsui Operation and Maintenance Indonesia (PT. IPMOMI). Pada proses pembangkitann tenaga listrik diperlukan kontinuitas produksi energi listrik. Hal ini disebabkan karena PT. IPMOMI sendiri merupakan salah satu Pembangkit Listrik yang mensuplai llistrik untuk wilaya Jawa dan Bali. Dengan kapasitas total 1230 MW net atau 615 Mw net untuk per unitnya, PLTU Paiton Unit 7 dan 8 diharapkan mampu memenuhi kebutuhan listrik masyarakat wilayah Jawa dan Bali. Dalam mensuplai listrik untuk kebutuhan wilayah Jawa dan Bali tersebut, PLTU PLTU Paiton Unit 7 dan dan 8 dilengkapi dengan peralatan yang mendukung dalam sistem PLTU secara keseluruhan. Untuk memenuhi target pemerintah / PLN dalam hal penyediaan tenaga listrik di Jawa Madura Bali pada percepatan pembangunan pembangkit listrik Tahap II maka PT. Paiton Energy ditunjuk pemerintah untuk projek perluasan / Expansion Project PLTU di Paiton dengan membangun PLTU Unit #3 berkapasitas 1 x 815 NMW. Sehingga total PLTU Batubara yang dikelola oleh PT. Paiton Energy adalah 2045 NMW di Paiton, Pai ton, Probolinggo 1.2 Deskripsi Umum Perusahaan Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Paiton unit 7 dan 8 merupakan dua unit pembangkit listrik yang menggunakan turbo generator berbahan bakar batubara sebagai penghasil uap panas (steam) dengan kapasitas maksimum 2 x 645 NMW (net) atau 2 x 670 GMW (gross). Kedua unit ini beroperasi dengan factor kemampuan rata – rata – rata rata 85% per tahun. Dengan memproduksi energy listrik rata – rata – rata rata 9,158,580 MWH per tahun dan mengonsumsi betubara kira – kira kira 4,6 juta ton per tahun (bila HHV : 4800 Kcal / Kg & Heat Rate 2447 Kcal/Kwh). Batubara tersebut didatangkan dari tambang batubara Adaro dan Kideco di Kalimantan Timur dengan menggunakan tongkang maupun kapal. Batubara tersebut ditampung di penimbunan batubara (coal stock pile) di lokasi PLTU Paiton. PLTU Paiton unit 7 dan 8 ini dimiliki oleh Paiton Energy Company yang dioperasikan PT. International Power Maintenance and Operation Indonesia (IPMOMI). Pembangunan proyek ini ditujukan untuk memenuhi kebutuhan energy listrik Jawa dan Bali. Proyek ini adalah implementasi dari kebiijaksanaan

5


pemerintah Indonesia dalm pertumbuhan diversifikasi energi. Dalam hal ini, kandungan batubara yang ada di Indonesia akan dimanfaatkan sebagai sumber pembangkit tenaga listrik, dan mengurangi ketergantungan terhadap minyak bumi. PLTU unit 3 Paiton merupakan salah satu proyek percepatan pembangunan pembangkit listrik tahap II dengan kapasitas 1 x 815 NMW yang berbahan bakar batubara. Bilamana kemampuan beroperasi 90% dalam setahun maka perkiraan total energy yang dihasilkan adalah : 6,425,460 MWH / tahun dan mengonsumsi batubara sebesar 3,06 juta ton pertahun (bila HHV : 4800 Kcal / Kg & Heat Rate 2286 Kcal/Kwh). Hingga saat ini Perusahaan Konsorsium dari PT. Paiton Energi yang memiliki saham dari proyek PLTU Paiton unit 7 dan 8 serta unit 3, antara la in :

Gambar 2.1 Pemegang Saham PT. Paiton Energy Sumber : PLTU Paiton Unit 3 PT.IPMOMI 2.1.2 Struktur Organisasi

Organisasi merupakan sarana dalam menunjang tercapainya suatu tujuan. Dalam pengertian dinamis, organisasi adalah tempat dan alat bagi sekelompok badan usaha baik swasta maupun instansi pemerintah yang lebih menekankan pada subyek atau pelaku yaitu interaksi antara orang-orang yang berada dalam

6


organisasi tersebut. Dengan adanya struktur organisasi akan memberikan suatu penjelasan terhadap pendelegasian tugas dan wewenang pada anggota organisasi, dengan demikian akan membantu kelancaran aktivitas organisasi tersebut. Struktur organisasi di PT. IPMOMI, PLTU Paiton unit 7 dan 8 dibagi atas delapan departemen yaitu: Fuel and Ash Department, Production Manager, Community and Human Resources Department, Healthy Safety System and Compliance Department, Procurement Department, Engineering Manager, Maintenance Manager, Finance dan Coorporate Service Department, dimana masing – masing departemen tersebut dipimpin langsung oleh seorang Manager yang membawahi Supervisor atau Shift Supervisor, Engineer, Senior Optech, Teknisi, Sekretaris serta beberapa Administrasi. Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa struktur organisasi yang efektif menjamin keberhasilan perusahaan dari mutu kerja setiap karyawan yang berusaha konsisten terhadap tujuan organisasi, yaitu perbaikan terus menerus menuju kesempurnaan operasi dan integritas. Bagan struktur organisasi PT. IPMOMI yang saat ini sudah berlaku dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 2.2 Stuktur Organisasi PT. IPMOMI Paiton Sumber : PLTU Paiton Unit 3 PT.IPMOMI

7

KULIAH KERJA NYATA - PRAKTEK PT. Paiton Energy Company, PT. International Power Mitsui Operation & Maintenance Indonesia Jl. Raya Surabaya-Situbondo KM 141 Paiton PO BOX 78 Paiton Probolinggo 67291 2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) 2.2.1 Definisi PLTU

PLTU atau Pembangkit Listrik Tenaga Uap adalah pembangkit yang mengandalkan energi kinetik dari uap untuk menghasilkan energi listrik. Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah Generator yang dihubungkan ke turbin yang digerakkan oleh tenaga kinetik dari uap panas/kering. Pembangkit listrik tenaga uap menggunakan berbagai macam bahan bakar terutama batu bara dan minyak bakar serta MFO ( Marine Fuel Oil ) untuk start up awal.

2.2.2 Prinsip Kerja PLTU Paiton Unit 3 PT.IPMOMI

Prinsip kerja PLTU Paiton Unit 3 PT.IPMOMI secara umum adalah pembakaran batubara pada boiler untuk memanaskan air dan mengubah air tersebut menjadi uap yang sangat panas yang digunakan untuk menggerakkan turbin dan menghasilkan tenaga listrik dari kumparan medan magnet di generator .

Gambar 2.3 Skema PLTU Paiton Unit 3 PT.IPMOMI Sumber : PLTU Paiton Unit 3 PT.IPMOMI

8


Proses berawal dari air yang dipompa ke condenser , kemudian dari condenser dipompa ke polisher untuk diproses agar korosi dan pengendapan hilang, setelah itu dipompa ke feed water

heater 1, 2, 3 dan 4 untuk

dipanaskan dan kemudian dialirkan ke deaerator untuk menghilangkan gas – gas O2 dan CO2 kemudian dipompa lagi menuju ke feed water heater 6, 7, 8 yang selanjutnya akan diteruskan di economizer untuk dinaikan temperaturnya dan selanjutnya menuju ke water separator untuk dipisahkan antara uap dan air, setelah itu super heated steam yang ada akan melalui first super heater , secondary super heater dan membentuk super heated steam yang akan digunakan untuk memutar HP turbine sehingga tekanan dan temperaturnya akan turun sehingga SH steamnya perlu pemanasan ulang yang terjadi di reheater , dari reheater ini SH Steam akan dikembalikan untuk memutar IP dan LP turbine. Di dalam turbine ini akan terjadi konversi energi thermal dari Steam menjadi energi mekanis berotasi yang menyebabkan rotor turbin berputar. Perputaran Rotor ini yang akan menggerakkan generator dan akhirnya oleh generator energi mekanis akan diubah menjadi energi listrik. PLTU Paiton Unit 3 PT.IPMOMI menggunakan supercritical boiler, steam turbine, generator, dll. Plant Unit 3 ini dapat menghasilkan 815 NMW dengan voltage 27 kV dan menggunakan generator step-up transformer serta terkoneksi ke 500 kV grid . Keuntungan dari penggunaan supercritical power plant ini yaitu : 1. Mengurangi emisi CO2 secara signifikan. 2. Mengurangi biaya bahan bakar guna meningkatkan efisiensi. 3. Bisa menggunakan biomassa. 4. Mengurangi emisi NOx, SOx, dll 5. Bisa dikombinasikan dengan teknologi penangkap CO 2 secara tepat. 6. Biaya plant sebanding dengan sub-critical technology. 7. Ketersediaannya sangat baik sebanding dengan sub-critical plant . Adapun spesifikasi boiler supercritical yang digunakan pada PLTU Paiton Unit 3 ini adalah sebagai berikut.

9


Tabel 2.1 Spesifikasi Boiler Supercritical Unit 3 PT.IPMOMI

Sumber : Manual system”

book “ Boiler

pressure part, main steam and reheat steam

10

KULIAH KERJA NYATA - PRAKTEK PT. Paiton Energy Company, PT. International Power Mitsui Operation & Maintenance Indonesia Jl. Raya Surabaya-Situbondo KM 141 Paiton PO BOX 78 Paiton Probolinggo 67291 2.3 Ai r heater 2.3.1 Definisi Ai r heater

Air heater (AH) adalah sebuah istilah umum yang sering digunakan untuk menggambarkan suatu perangkat/alat yang dirancang untuk memanaskan udara sebelum masuk ke furnace dengan tujuan utama untuk meningkatkan efisiensi thermal dari suatu proses yang sedang berlangsung.

Gambar 2.4 Air heater Sumber : Vendor Manual Book AH Operation & Maintenance Manual PT.IPMOMI Unit 3 2.3.2 Macam – Macam Ai r heater

Air heater memiliki 2 macam, yaitu : 1. Regenerative Air heater a) Rotation Plate Regenerative Air heater Merupakan tipe heater dengan rotating plate yang terdiri dari plat-plat yang tersusun secara sedemikian rupa dan dipasang di dalam sebuah casing yang terbagi menjadi beberapa bagian yaitu dua bagian( bi-sector type), tiga bagian (tri sector type) atau empat bagian (quart-sector type). Setiap sector dibatasi dengan seal yang berguna untuk membatasi aliran udara/gas yang mengalir. Seal memungkinkan elemen-elemen yang ada didalamnya dapat berputar pada semua sektor, tetapi tetap menjaga agar kebocoran gas/udara antar sector dapat diminimalisir sekaligus memberikan jalur pemisah antara udara bakar dengan gas buang.

11


Gambar 2.5 Air heater Tipe Tri-sector, Tipe Quart-Sector, dan Concentric-Sector Sumber : Alstom, 1998 : 3. Tri-sector adalah jenis yang paling banyak digunakan pada pembangkit modern saat ini . Dalam desain tri-sector , sektor terbesar (biasanya mencangkup sekitar setengah dari penampang casing) dihubungkan dengan outlet boiler (economizer ) berupa gas buang yang masih memiliki temperatur tinggi. Gas buang mengalir diatas permukaan elemen, kemudian mengalir menuju ke dust collectors untuk menangkap debu-debu yang terbawa oleh gas buang sebelum di buang menjadi tumpukan gas buang. Sektor kedua, yang lebih kecil dihembuskan udara ambient oleh force draft fan ( FDF) yang selanjutnya melewati elemen pemanas yang berputar dan udara mengambil panas darinya sebelum masuk ke dalam ruang bakar untuk pembakaran. Sektor ketiga, yang terkecil digunakan untuk pemanas udara ambient yang nantinya akan diarahkan ke pulverizer oleh primary air fan (PAF) membawa campuran batubara dengan udara ke boiler untuk pembakaran.

12


Gambar 2.6 Rotation Plate Regenerative Air heater Sumber : Anonymous 1, 2014

b) Stationary Plate Regenerative Air heater Prinsip heat exchanger pada tipe ini sama seperti rotation plate regenerative air heater hanya saja pada tipe ini elemen penyerap/pelepas panas bersifat statis (tak bergerak). Table di bawah ini menunjukkan perbandingan parameter desain antara rotation plate dan stationary plate.

Tabel 2.2 Perbandingan parameter desain

Some Comparisons Between Rotating-plate and Stationary -plate Regenerative Air h eater s[7] Rotating-plate Stationary -plate Revolutions per minute

1.5 – 4.0

a

0.7 – 1.4

Gas flow area, % of total

40 – 50

50 – 60

Air flow area, % of total

35 – 45

35 – 45

8 – 17

5 – 10

Seal section

area, % of total

(a) Revolutions per minute of the rotating plate element (b) Revolutions per minute of the rotating air ducts Sumber : Anonymous 2, 2014

13


Gambar 2.7 Stationary Plate Regenerative Air heater Sumber : Anonymous 3, 2014

2. Tubular Air heater Air heater jenis ini biasanya terdiri dari sejumlah tube steel dengan diameter 40 sampai 65 mm dengan cara las dalam penyambungannya atau di sambung pada tube plate di ujungnya. Baik gas ataupun udara dapat mengalir melalui tube. Tubular Preheaters terdiri dari tabung-tabung yang disusun sejajar (Straight tube bundles) melewati saluran outlet dari boiler dan terbuka pada setiap sisi akhir saluran (ducting ). Ducting atau saluran gas buang yang berasal dari furnace melewati seluruh preheaters tubes, transfer panas yang terjadi dari gas buang untuk udara bakar di dalam preheater. Udara ambient di paksa oleh fan untuk melewati di salah satu ujung pada saluran dari tubular air heater dan udara yang dipanasi pada ujung lainnya dari dalam sudah 26 berupa udara panas yang mengalir ke dalam boiler dan digunakan untuk udara guna menaikkan efisiensi thermal boiler .

14


Gambar 2.8 Tubular air heater Sumber : Anonymous 4, 2014 Air heater yang digunakan pada PLTU Paiton PT.IPMOMI unit 3 yaitu air heater Ljungstrom tipe rotation plate regenerative

air heater. Air heater ini

memiliki rotor yang tersusun oleh ribuan lembaran plate biasa disebut heating element terbagi menjadi 3 lapis (hot end layer, intermediet layer dan cold end layer ) Prinsip kerjanya yaitu rotor berputar secara perlahan (1 rpm) yang dilalui oleh 2 aliran fluida yang berlawanan arah yaitu gas buang dan udara. Gas buang dari furnace mengalir masuk ke air heater menuju ke stack dengan kondisi temperature tinggi. Gas bertemperatur tinggi tersebut diserap oleh heating element sehingga elemen menjadi panas. Kemudian heating element ini melepaskan panas pada udara dengan kondisi temperature rendah yang dihembuskan oleh FDF ( Force Draft Fan ) menuju ke furnace sebagai bahan pembakaran dan PAF ( Primary Air Fan ) menuju ke pulverizer sehingga temperature udara menjadi lebih tinggi dibandingkan sebelumnya guna meningkatkan efisiensi boiler .

15


Gambar 2.9 Prinsip kerja Air heater Sumber : Vendor Manual Book AH Operation & Maintenance Manual PT.IPMOMI Unit 3 2.3.3 Bagian dan Fungsi Ai r h eater

Gambar 2.10 Bagian Air heater Sumber : Vendor Manual Book AH Operation & Maintenance Manual PT.IPMOMI Unit 3 Bagian-bagian air heater Ljungstorm tipe rotation plate regenerative air heater PLTU Paiton PT.IPMOMI Unit 3 antara lain yaitu :

16


1. Rotor Assembly Rotor assembly merupakan struktur yang berisi elemen heat transfer (heating element ). Ini terdiri dari bagian-bagian yang tersusun secara terpusat di sekitar poros pusat yang disebut rotor post. Pembagi plate disebut diaphragms, di sisi dinding bagian ini disanggah oleh bilah axial seal dan radial seal .

Gambar 2.11 Rotor assembly Sumber : Vendor Manual Book AH Operation & Maintenance Manual PT.IPMOMI Unit 3 Lembaran heating element tersusun dalam sebuah tempat yang disebut baskets. Baskets ditempatkan di dalam rotor yang tersusun menjadi beberapa lapis yakni hot end layer, intermediet layer dan cold end layer . Basket cage terdiri dari end plate, side bars dan lifting bars yang berisi heating element . Metodenya mudah dalam pemasangan dan pelepasan heating element dari bagian-bagian rotor.

Gambar 2.12 Basket Sumber : Vendor Manual Book AH Operation & Maintenance Manual PT.IPMOMI Unit 3

17


2. Rotor Sealing System Air heater Ljungstrom ini merupakan heat exchanger dengan aliran berlawanan arah, memiliki kecenderungan mengalami energy loss selama proses heat transfer . Energy loss muncul dalam bentuk cross leakage antara arus gas dan udara. Untuk meminimalkan adanya energy loss ini maka digunakan sealing System. Seal System didesain guna menormalkan panas pada struktur air heater dan menggunakan System kombinasi rotation dan stationary agar lebih efektif. Jarak seal dapat diatur dan mudah dalam perawatannya.

Gambar 2.13 Rotor sealing System Sumber : Vendor Manual Book AH Operation & Maintenance Manual PT.IPMOMI Unit 3 3. Rotor Drive Unit Rotor drive unit air heater Ljungstrom didesain untuk operasi bebas gangguan secara terus menerus. Motor yang digunakan adalah motor AC yang dipasang untuk menggerakkan poros dengan kecepatan tinggi melalui gear reducer. Pinion gear dipasang di keluaran poros dengan kecepatan rendah yang menggunakan pin rack di sekitar lingkar rotor shell plate. Motor ini menggerakkan rotor assembly kira-kira 1 rpm. Rotor Drive Unit dilengkapi dengan auxiliary drive motor yang dipasang pada inputan poros secondary dari drive unit speed reducer . Motor ini digunakan

18


ketika terjadi emergency seperti motor AC tidak beroperasi dan selama adanya proses perawatan termasuk penempatan ulang element baskets.

Gambar 2.14 Rotor Drive Unit Sumber : Vendor Manual Book AH Operation & Maintenance Manual PT.IPMOMI Unit 3 4. Guide bearing Assembly Puncak dari rotor air heater dikendalikan oleh radial spherical rollerbearing assembly. Guide bearing Assembly digunakan untuk menyangga beban radial dari beda tekanan antara saluran flue gas dan combustion air . Guide bearing Assembly dilumasi oleh oil bath yang beroperasi secara terus menerus selama bearing masih berjalan.

19


Gambar 2.15 Guide bearing Assembly Sumber : Vendor Manual Book AH Operation & Maintenance Manual PT.IPMOMI Unit 3 5. Support Bearing Assembly Bagian dasar air heater dikendalikan oleh radial spherical roller-bearing assembly. Komponennya digunakan untuk menyangga beban dari berat heating element dan struktur penyangganya sebaik beban radial yang ditimbulkan oleh beda tekanan antara saluran flue gas dan combustion air . Support Bearing Assembly dilumasi oleh oil bath yang beroperasi secara terus menerus selama bearing masih berjalan.

Gambar 2.16 Support Bearing Asseembly Sumber : Vendor Manual Book AH Operation & Maintenance Manual PT.IPMOMI Unit 3

20


6. Retractable Soot blower Retractable Soot blower digunakan untuk membersihkan kotoran-kotoran yang terdapat pada heating element dari air heater. Pada prinsipnya, soot blower dilokasikan di sisi keluaran flue gas dari air heater untuk membersihkan tumpukan kotoran pada “cold end ” heating element . Ketika adanya kandungan yang bersifat combustible dan untuk aplikasi SCR maka soot blower dapat diinstal di sisi inlet gas dari air heater guna membersihkan “hot end ” heating element .

Gambar 2.17 Retractable Soot blower Sumber : Vendor Manual Book AH Operation & Maintenance Manual PT.IPMOMI Unit 3 21


7. Stationary Water Washing Device Water washing device digunakan ketika terjadi pembakaran pada heating element di mana soot blower tidak mampu untuk memadamkannya dan dapat juga sebagai tambahan alat pembersih air heater. Washing device terdiri dari banyak nozzle statis. Ini ditempatkan di sisi inlet gas air heater .

8. Lubricant Oil Circulation Unit Air heater dilengkapi dengan lubricant oil circulation unit di guide bearing . Thermocouple dan atau thermo-switch terpasang di bearing housing untuk mengontrol pump motor yang melewati plant DCS. Unit ini berfungsi untuk mensirkulasikan oil sebagai pendinginan ketika temperature oil di guide bearing house mencapai batas yang telah diatur sebelumnya. Ketika temperature oil mencapai batas maka pump motor berjalan. Setelah temperature oil turun dibawah batas yang telah ditentukan maka pump motor tidak berjalan / berhenti.

9. No Rotation Detecting System Air heater telah dilengkapi dengan no rotation detecting System (NRDS) untuk mendeteksi apabila rotor berhenti atau lambat dalam berotasi. Proximity switch diletakkan di bagian bawah tengah air heater dan diaktifkan oleh vane yang diletakkan di poros motor utama. Apabila vane gagal menjalankan proximity switch dalam waktu yang telah diatur sebelumnya. Penghitung di local control panel dianggap bahwa rotor telah berhenti berotasi dan menggerakkan alarm circuit . Control logic dari no rotation detecting System (NRDS) disatukan pada local control panel dari air heater .

10. Sector Plate Drive Unit Air heater Ljungstrom ini merupakan heat exchanger dengan aliran berlawanan arah, memiliki kecenderungan mengalami energy loss selama proses heat transfer . Energy loss muncul dalam bentuk cross leakage antara arus gas dan udara. Sebagian dari energy loss muncul dalam bentuk direct leakage. Tekanan

22


tinggi dari udara melintasi inlet dan outlet dari rotor dan tekanan rendah dari flue gas tanpa melewati element disebut direct radial leakage. Jumlah dari radial leakage secara langsung untuk memberikan celah antara radial seal dari rotor dan sector plate sealing surface. Pada bagian hot end dari rotor ini penting untuk meminimalkan ukuran dari celah untuk meminimalkan energy loss. Karena adanya temperature gradient yang melewati ketebalan dari rotor, rotor mengalami deformasi dari hot end sector plate sealing surface ke arah cold end sector plate sealing surface. Sedangkan radial seal clearance berkurang di bagian cold end dari rotor dan meningkat di bagian hot end ari rotor. Radial leakage meningkat pada temperature gradient dan seal clearance juga meningkat.

Gambar 2.18 Sector Plate Drive Unit Sumber : Vendor Manual Book AH Operation & Maintenance Manual PT.IPMOMI Unit 3 23


11. Fire Detective Sistem Berdasarkan pengalaman mengindikasikan bahwa sebagian besar air heater muncul api yang mula-mula pada area yang kecil dan disebabkan oleh pengapian dari bahan bakar yang terkumpul pada permukaan heating element . Laboratorium uji telah mengkonfirmasikan bahwa “hot spot ” dapat muncul akibat pengapian dari heating element . Tujuan dari fire detective System (FDD) untuk memonitor temperature gas yang keluar dari air heater . Jika “hot spot ” muncul di rotor air heater , temperature gas akan meningkat drastic. Ketika FDD mendeteksi temperature gas outlet yang meningkat drastis, System mengirim sinyal alarm ke operator. System ini didesain untuk memberitahu operator agar menginvestigasi dan memperbaiki masalah utama yang terjadi.

Gambar 2.19 Fire Detective Sistem Sumber : Vendor Manual Book AH Operation & Maintenance Manual PT.IPMOMI Unit 3 12. Fire Extingushing Device Fire extingushing device terdiri dari banyak nozzle statis yang dilokasikan di saluran inlet gas dari air heater . Alat ini digunakan untuk memadamkan api jika terjadi kebakaran dalam air heater dan dibantu oleh water washing device. System ini didesain untuk menunjukkan ketinggian volume air diatas area pusat dari permukaan heating element . 24


Gambar 2.20 Fire Extingushing Device Sumber : Vendor Manual Book AH Operation & Maintenance Manual PT.IPMOMI Unit 3 13. Ash Blow System Ash blow System membersihkan ash pada sisi hot dari sector plate yang dilokasikan antara saluran inlet gas dan saluran outlet udara primary untuk mencegah gangguan dari sisi hot sector drive System operation. System ini terdiri dari nozzles, nozzle headers, air filters, dan manual valves. Nozzle header dibagi dalam bagian dalam blower dan bagian luar blower. Kumpulan ash tergantung pada kondisi operasi boiler, jadi frekuensi operasi dan waktu blowig dari ash blowing System meninjau secara teratur jika kepentingan untuk menjaga operasi bagus dari air heater .

Gambar 2.21 Ash Blow System Sumber : Vendor Manual Book AH Operation & Maintenance Manual PT.IPMOMI Unit 3 25

KULIAH KERJA NYATA - PRAKTEK PT. Paiton Energy Company, PT. International Power Mitsui Operation & Maintenance Indonesia Jl. Raya Surabaya-Situbondo KM 141 Paiton PO BOX 78 Paiton Probolinggo 67291 2.4 L osses

Adanya kerugian-kerugian (losses) yang terjadi mengakibatkan penurunan kinerja dari air heater . Kerugian-kerugian yang sering ditemukan antara lain, adanya faktor pengotoran ( fouling factor ), kebocoran udara (air leakage), kerugian aliran, heat loss.

2.4.1 Faktor Pengotoran ( F ouling factor )

Selama dioperasikan dengan kebanyakan cairan dan gas, terbentuk suatu lapisan kotoran pada permukaan perpindahan-panas secara berangsur-angsur. Endapan ini dapat berupa abu ( ash), sulfur yang menempel, atau berbagai endapan lainnya yang berasal dari gas buang dan dapat menyebabkan kerak bahkan korosi. Efeknya, yang disebut pengotoran ( fouling ) dapat mempertinggi tahanan thermal . Tahanan thermal dapat ditentukan dari hubungan : Rd =

 



 

Keterangan : U

= konduktansi satuan penukar panas bersih,

Ud

= konduktansi setelah terjadinya pengotoran,

Rd

= tahanan termal satuan endapan.

2.4.2 Kebocoran Udara (Ai r leakage)

Kebocoran udara atau Air leakage adalah berat atau jumlah udara yang ikut terbawa keluar dari sisi udara bakar (air side) ke sisi gas buang ( gas side). Seluruh kebocoran diasumsikan terjadi di antara sisi udara masuk (air inlet ) dan sisi keluar gas buang ( gas outlet ).

26


Gambar 2.22 Jalur Aliran Kebocoran Air heater Sumber : Power-Gen, 2010 : 2 Keterangan : Jalur 1

: Aliran udara normal

Jalur 2

: Aliran gas buang normal

Jalur A

: Udara ambient dari Forced Draft Fan (FDF) keluar ( Leaking ) secara langsung ke sisi gas outlet air heater .

Jalur B

: Udara yang sudah dipanaskan keluar ke sisi gas outlet air heater.

Jalur C

: Udara ambient dari FD fan mengalami kebocoran di sekeliling air heater.

Jalur D

: Gas buang panas keluar boiler .

Prosentase (%) kebocoran udara (air leakage) air preheater didefinisikan sebagai 100 dikalikan massa udara basah yang bocor ke sisi gas buang ( gas side) dibagi dengan massa gas basah memasuki pemanas udara (air side). Perhitungan hubungan empiris menggunakan perubahan konsentrasi O2 dalam gas buang. Persamaan kebocoran udara dapat ditentukan dengan hubungan : AL =

     x 0,9 x 100%    

Keterangan : AL = Air heater Leakage (%)

  = Prosentase  masuk air heater (%)   = Prosentase  keluar air heater (%)

27

KULIAH KERJA NYATA - PRAKTEK PT. Paiton Energy Company, PT. International Power Mitsui Operation & Maintenance Indonesia Jl. Raya Surabaya-Situbondo KM 141 Paiton PO BOX 78 Paiton Probolinggo 67291 2.4.2.1 Kebocoran Cir cumf er enti al Seal

Circumferential seal adalah sealing yang terletak di seluruh bagian yang mengelilingi (circumference) rotor dari air heater , pada kedua hot end dan cold end dari air heater (Gb 2.9). Pada sisi flue gas dari air heater , semua kebocoran ( Leakage) yang melewati celah di sekitar sisi circumferential seal pada air heater (melewati elemen perpindahan panas) dan keluar melalui hilir circumferential seals. Hasil dari kebocoran ini menyebabkan hilangnya transfer enthalpi ke element bundle, dan menyebabkan naiknya temperatur (serta actual volume) pada flue gas yang memasuki Induced Draft Fan s. Sisi air side pada air heater volume kebocoran ( Leakage) yang melewati first set pada circumferential seals, akan memasuki annulus di sekeliling rotor, di mana Leakage akan terpecah/terbagi menjadi dua arah. Volume di setiap arahnya bergantung pada differential pressure antara titik keluarnya. Sebagian dari aliran akan terus mengalir lurus dan keluar melalui second set dari circumferential seals. Sisa dari aliran akan diarahkan di sekeliling rotor dan keluar ke dalam aliran/saluran gas buang (melewati axials seal ) melewati gas side-cold end circumferential seals.

2.4.2.2 Kebocoran Radial Seal

Radial sealing sistem memberikan sealing di antara rotor dan sector plates pada kedua hot-end dan cold-end . Sealing ini mengurangi kebocoran ( Leakage) udara yang digunakan untuk pembakaran dan ikut keluar bersama gas buang pada gas side. Kebocoran yang terjadi dari air side ke gas side pada air preheater melewati/melalui sela-sela di antara rotor dan sector plate pada arah radial seperti pada gambar 2.9. Ketika rotor berputar, radial seal ini bekerja dengan permukaan sector plate untuk menahan aliran yang terjadi pada air side to gas side. Kebocoran pada radial seal dinyatakan sebagai sebuah presentase. Pada dasarnya merupakan presentase suatu aliran gas ( gas flow) dari air heater yang merupakan hasil dari massa udara masuk yang mengalami kebocoran( leaks) dan melewati air heater seals dalam aliran gas outlet.

28


Gambar 2.23 Kebocoran Circumferential dan Radial Sumber : Stephen, K.S, J. Guffre, 2010 : 14 2.4.3 Pr essur e drop

Pressure drop adalah penurunan tekanan yang terjadi dalam heat exchanger apabila suatu fluida melaluinya. Pressure drop merupakan parameter penting dalam desain alat penukar panas. Penurunan tekanan ini semakin besar dengan bertambahnya fouling factor pada heat exchanger karena usia penggunaan alat terlalu lama. Dalam pemanas udara tipe rotary, penurunan tekanan pada sisi gas ( gas side) dan sisi udara (air side) muncul dari hambatan (gesek) terhadap aliran masuk dan keluar.

2.4.4 H eat l oss Rate

Heat loss rate adalah panas yang hilang selama proses perpindahan panas di dalam alat penukar kalor berlangsung, dan disebabkan oleh perbedaan suhu antara sistem penukar kalor dengan lingkungan. Persaman heat loss rate dapat ditulis sebagai berikut : qloss = qmax - qact

29

KULIAH KERJA NYATA - PRAKTEK PT. Paiton Energy Company, PT. International Power Mitsui Operation & Maintenance Indonesia Jl. Raya Surabaya-Situbondo KM 141 Paiton PO BOX 78 Paiton Probolinggo 67291 2.4.5 Korosi

Korosi adalah reaksi redoks antara suatu logam dengan berbagai zat di lingkungannya yang menghasilkan senyawa-senyawa yang tak dikehendaki. Air heater rentan terkena korosi karena adanya kondensasi asam sulfat yang terbentuk akibat adanya kandungan sulfur pada batu bara. Kandungan sulfur batu bara beroksidasi dengan oksigen menjadi sulfur dioksida. S

+

(Sulfur)

O2

=

(Oxygen)

SO2

(Sulfur dioxide)

Sebagian Sulfur dioxide (10%) beroksidasi dengan oksigen membentuk Sulfur trioxide. Sulfur trioxide bereaksi dengan air membentuk asam sulfat pada temperature dibawah titik embun dari gas buang (140 oF atau 60oC). Adapun persamaannya adalah sebagai berikut. SO2 (Sulfur dioxide)

+

 O  2

=

(Oxygen)

SO3 + H2O (Sulfur trioxide) (Water )

SO3 (Sulfur trioxide)

=

H2SO4 (Sulfuric acid )

Sulfur trioxide dihasilkan dari beberapa factor yaitu adanya kelebihan udara, konsentrasi dari Sulfur dioxide, temperature, adanya katalis. Korosi tidak dapat dicegah, tetapi dapat dikendalikan seminimal mungkin. Metode umum untuk mengendalikan korosi, yaitu pelapisan (coating ). Metode pelapisan adalah suatu upaya mengendalikan korosi dengan menerapkan suatu lapisan pada permukaan logam. Misalnya, dengan pengecatan menggunakan lapisan enamel. Lapisan ini dapat membentuk lapisan oksida yang tahan terhadap karat (pasivasi) sehingga besi terlindung dari korosi. Pasivasi adalah pembentukan lapisan film permukaan dari oksida logam hasil oksidasi yang tahan terhadap korosi sehingga dapat mencegah korosi lebih lanjut.

30

KULIAH KERJA NYATA - PRAKTEK PT. Paiton Energy Company, PT. International Power Mitsui Operation & Maintenance Indonesia Jl. Raya Surabaya-Situbondo KM 141 Paiton PO BOX 78 Paiton Probolinggo 67291 2.5 Perpindahan Panas (H eat tr ansfer )

Perpindahan

panas

(heat

transfer )

adalah

ilmu

yang

meramalkan

perpindahan energi yang terjadi karena adanya perbedaan temperatur di antara benda atau material. Berdasarkan hukum termodinamika yang telah diketahui bahwa energi yang dipindahkan itu dinamakan energi panas. Ilmu perpindahan panas tidak hanya mencoba menjelaskan bagaimana energi panas berpindah dari satu benda ke benda lain, tetapi juga untuk meramalkan laju perpindahan yang terjadi pada kondisi-kondisi tertentu. Istilah-istilah yang digunakan untuk menyatakan tiga modulus perpindahan panas antara lain, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.

2.5.1 Perpindahan Panas Konduksi 2.5.1.1 Perpindahan Panas Konduksi pada Keadaan Steady

Perpindahan panas konduksi adalah proses perpindahan panas di mana panas mengalir dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah yang bertemperatur rendah dalam suatu medium baik itu padat, cair, maupun gas atau antar medium berlainan yang bersinggungan secara langsung. Jika pada suatu benda terdapat gradien suhu (temperatur gradient ), maka akan terjadi perpindahan energi dari bagian bersuhu tinggi ke bagian bersuhu rendah. Hal ini bisa dikatakan bahwa energi berpindah secara konduksi dan laju perpindahan kalor berbanding dengan suhu normal. Dalam aliran panas konduksi, perpindahan energi terjadi karena hubungan molekul secara langsung tanpa adanya perpindahan molekul yang cukup besar. Menurut teori kinetik, suhu elemen suatu zat sebanding dengan energi kinetik rata-rata molekul-molekul yang membentuk elemen tersebut. Energi yang dimiliki oleh suatu elemen zat yang disebabkan kecepatan, dari posisi relatif molekulmolekulnya disebut energi dalam. Jadi semakin cepat molekul – molekul bergerak semakin tinggu suhu maupun energi dalam elemen tersebut. Bila molekul – molekul disuatu daerah memperoleh energi kinetik rata – rata yang lebih besar dari pada yang dimiliki oleh molekul – molekul di suatu daerah yang berdekatan, maka molekul – molekul yang memiliki energi lebih besar tersebut akan

31


memindahkan sebagian energinya kepada molekul – molekul di daerah yang bertemperatur lebih rendah. Perpindahan energi tersebut dapat berlangsung dengan tumbukan elastik (elastic impact ) atau dengan pembauran (difusi) elektron-elektron yang bergerak lebih cepat dari daerah yang bersuhu tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah. Laju perpindahan panas dari suatu medium tergantung dari dimensi, material, dan perbedaan temperatur yang terjadi pada material tersebut. Untuk kasus perpindahan panas pada dinding datar hal ini dapat dirumuskan dengan persamaan berikut:

  ̇        Keterangan : Q

= laju perpindahan panas konduksi (Watt)

k

= konduktivitas termal (Watt/moC)

A

= luas penampang pada sisi normal arah perpindahan panas (m2)

ΔX

= tebal material (m)

T1-T2 = beda temperatur pada penampang (oC)

Gambar 2.24 Perpindahan Panas Konduksi Melalui Dinding Sumber : Cengel, 2003 : 21 Sedangkan pada silinder homogen yang berlubang dan cukup panjang dengan mengabaikan pengaruh ujung-ujungnya dan suhu permukaan dalamnya konstan pada T1 sedangkan suhu luarnya dipertahankan seragam pada T 0 maka hal ini dapat dituliskan dalam rumus :

32


  

          

Keterangan : q

= laju perpindahan panas (Watt)

k

= konduktivitas termal (Watt/moC)

dT/dr = gradien suhu dalam arah radial (oC) A

= luas penampang (m2)

2.5.1.2 Perpindahan Panas Konduksi pada Keadaan Transient

Perpindahan panas konduksi pada keadaan transien terjadi ketika suhu dalam suatu objek berubah sebagai fungsi waktu. Dalam proses pemecahan masalahnya menggunakan teori yang berkaitan dengan perpindahan panas konduksi transien pada silinder yang berlubang.

Gambar 2.25 Silinder Berlubang Sumber : Dasar teori praktikum fenomena dasar mesin FT UB

Dari gambar 2.4 di atas dapat dilihat bahwasanya perpindahan panas terjadi pada silinder berlubang 3 dimensi. Pada gambar terlihat bahwa selain sumbu z dan r, pada silinder berlubang tersebut terdapat sudut θ. Namun untuk mempermudah proses perhitungannya dan pemecahannya, sudut θ diabaikan dan bernilai nol sehingga nantinya dalam pemecahannya, perpindahan panas konduksi transien pada silinder berlubang dapat dicari dengan rumus :

33


Keterangan : ρ

= massa jenis (kg/m3)

Cp

= kapasitas panas spesifik pada tekanan konstan (J/kgoC)

k

= konduktivitas termal (W/moC)

T

= temperatur (oC)

t

= waktu (s)

2.5.2 Perpindahan Panas Konveksi

Sebuah pelat logam panas akan cepat menjadi dingin apabila ditempatkan didepan sebuah kipas angin dibandingkan jika hanya dibiarkan di udara diam. Kita sebut bahwa kalor di konveksi keluar dan kita sebut prosesnya perpindahan kalor konveksi. Misalkan sebuah pelat dipanaskan seperti gambar 2.5 Suhu pelat adalah Tw dan suhu fluida T ∞ , kecepatan aliran terlihat pada gambar. Kecepatan aliran berkurang sampai nol pada pelat karena efek gaya viskos. Karena kecepatan lapisan fluida pada dinding nol, kalor hanya di transfer dengan cara konduksi pada titik ini. Karena itu kita bisa menggunakan persamaan (1.1) dengan konduktivitas termal fluida dan gradien temperatur fluida pada dinding. Namun kita tetap menyebutnya konveksi karena gradient temperatur bergantung atas laju fluida dalam mengambil kalor.

Gambar 2.26 Perpindahan kalor konveksi dari sebuah pelat Sumber : Diktat perpindahan panas dan massa FT Universitas Darma Persada Efek keseluruhan konveksi, dirumuskan dengan Hukum Newton tentang pendinginan :

34


q = hA (Tw - T ∞)

(1.1)

Keterangan : q

= laju perpindahan panas dengan cara konveksi (W)

As

= luas perpindahan panas (m2)

Tw

= Temperatur permukaan benda padat (K)

T∞

= Temperatur fluida mengalir (K)

h

= koefisien perpindahan panas konveksi (W/m 2 K)

Pada persamaan ini, laju perpindahan kalor dikaitkan dengan perbedaan temperatur menyeluruh antara dinding dan fluida dan luas permukaan. Besaran h disebut koefisien perpindahan kalor konveksi. Untuk kondisi kompleks, harga h ditentukan secara eksperimen. Koefisien perpindahan kalor kadang-kadang disebut juga konduktansi film. Satuan h adalah watt per meter kwadrat per derajat celsius, jika aliran kalor dalam watt.

2.5.3 Perpindahan Panas Radiasi

Berbeda dengan perpindahan kalor konduksi dan konveksi dimana perpindahan energi terjadi melalui media, maka kalor juga bisa dipindahkan melalui ruang vakum. Mekanisme ini disebut radiasi elektromagnetik. Radiasi elektromagnetik yang dihasilkan oleh perbedaan temperatur disebut radiasi termal. Dalam termodinamika, pembangkit panas ideal atau benda hitam akan memancarkan energi sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak benda dan berbanding lurus dengan luas permukaan, atau : q pancaran = σ AT 4 Keterangan : σ

= konstanta proporsional atau konstanta Ste fan -Boltzmann = 5,669 x 10-8 W/m 2.K 4

A

= luas permukaan (m2)

T

= temperature benda hitam (K)

Energi radiasi bisa juga dirumuskan dengan: 35


q = F ɛ F G σ A(T 14 – T 24) Keterangan : F ɛ

= fungsi emisivitas

F G

= fungsi faktor pandang geometri

2.5.4 Penukar Panas (H eat Ex changer )

Penukar panas adalah sebuah alat dimana dua aliran fluida saling bertukar panas tanpa keduanya bercampur. Contoh yang paling sederhana dari alat penukar panas adalah alat penukar panas tabung ganda (tube and shell ), yang terdiri dari dua pipa konsentrik dengan diameter yang berbeda. Panas ditranfer dari fluida panas ke fluida dingin melalui dinding pipa yang memisahkan. Persamaan konservasi massa pada kondisi steadi adalah jumlah rate massa yang memasuki sistem sama dengan rate massa yang keluar sistem. Persamaan konservasi energi dari alat penukar panas pada umumnya tidak melibatkan interaksi kerja ( w = 0), energi kinetik dan energi potensial diabaikan ( pe 

ke 

0,

0) untuk setiap aliran fluida. Pertukaran panas yang berhubungan dengan

alat penukar panas tergantung bagaimana volume atur yang dipilih (batas sistem). Pada umumnya batas yang dipilih adalah bagian diluar shell , hal tersebut untuk mencegah pertukaran panas fluida dengan lingkungan.

2.6 Hukum Termodinamika 2.6.1 Hukum Termodinamika Ke-0

Hukum ini meletakkan konsep suhu pada dasar yang kokoh, yaitu bila dua sistem ada dalam kesetimbangan termal, maka keduanya mempunyai suhu yang sama, bila tak ada dalam kesetimbangan termal maka keduanya mempunyai suhu yang berbeda.

36


Tinjau 3 sistem A, B dan C, Fakta eksperimental : bila sistem A ada dalam kesetimbangan termal dengan sistem B, dan sistem B juga ada dalam kesetimbangan termal dengan C maka A ada dalam kesetimbangan dengan C: TA = TB A

B

C

TA = TC

TB = TC

2.6.2 Hukum Termodinamika Pertama

Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Secara matematis. hukum termodinamika I pada sistem tertutup, dinyatakan sebagai: dU = d q + d w U

=q+w

Dengan kata lain, perubahan energi dalam sistem (U) setara dengan panas yang diberikan pada sistem (q) dan kerja yang dilakukan terhadap sistem (w) Jika hanya diberikan panas, berlaku : U = q Jika hanya dilakukan kerja berlaku

: U = w

2.6.3 Hukum Termodinamika Kedua

Panas secara alamiah akan mengalir dari suhu tinggi ke suhu rendah, panas tidak akan mengalir secara spontan dari suhu rendah ke suhu tinggi” (Clausius) “Tidak mungkin dalam satu siklus terdapat efisiensi 100%” (Carnot). Hukum termodinamika II diformulasikan pada tahun 1860 melalui penelitian mesin kalor Carnot, mempelajari kecenderungan arah reaksi, meramalkan spontanitas reaksi.

2.6.4 Hukum Termodinamika Ketiga

Entropi kristal murni pada suhu nol absolut adalah nol. Pada suhu nol absolut (T = 0 K) yakni : 

Tidak terjadi pergerakan atom.



Tidak ada kekacauan thermal dan struktur kristalin dianggap sempurna. 37

KULIAH KERJA NYATA - PRAKTEK PT. Paiton Energy Company, PT. International Power Mitsui Operation & Maintenance Indonesia Jl. Raya Surabaya-Situbondo KM 141 Paiton PO BOX 78 Paiton Probolinggo 67291 2.7 Hukum Kontinuitas

Disebut juga hukum kekekalan massa, bahwa laju perubahan massa fluida yang terdapat dalam ruang yang ditinjau pada selang waktu (dt) harus sama dengan perbedaan antara jumlah massa yang masuk dan laju massa yang keluar ke dan dari elemen fluida yang ditinjau. 

Persamaan kontinuitas untuk fluida tak termampatkan Pada fluida tak termampatkan, massa jenis fluida selalu sama di setiap titik

yang dilaluinya. Massa fluida yang mengalir dalam pipa dengan luas penampang A1 (diameter pipa besar) selama selang waktu tertentu:



 

   ; ̇    

;

   ;

        ;  ̇ ⁄

Mengingat bahwa dalam aliran tunak, massa fluida yang masuk sama dengan massa fluida yang keluar, maka:

   ;

         ;

    

Jadi pada fluida tak termampatkan, berlaku persamaan kontinuitas:

     Keterangan :

  Luas penampang 1   Luas penampang2   Kecepatanaliran fluida pada penampang 1   Kecepatan aliran fluida padapenampang 2   Lajualiran volume V/t alias debit 

Persamaan kontinuitas untuk fluida termampatkan Untuk kasus ini, massa jenis fluida berubah ketika dimamapatkan.

   : Selang waktu aliran fluida sama:

               

Bedanya pada fluida tak termampatkan hanya terletak pada massa jenis fluida.

38

KULIAH KERJA NYATA - PRAKTEK PT. Paiton Energy Company, PT. International Power Mitsui Operation & Maintenance Indonesia Jl. Raya Surabaya-Situbondo KM 141 Paiton PO BOX 78 Paiton Probolinggo 67291 BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Spesifikasi Alat

Tabel 3.1 Spesifikasi Air heater Ljungstrom

Sumber : Vendor Manual Book AH Operation & Maintenance Manual PT.IPMOMI Unit 3

39

KULIAH KERJA NYATA - PRAKTEK PT. Paiton Energy Company, PT. International Power Mitsui Operation & Maintenance Indonesia Jl. Raya Surabaya-Situbondo KM 141 Paiton PO BOX 78 Paiton Probolinggo 67291 3.2 Variabel Penelitian

Variabel yang digunakan dalam penelitian adalah sebagai berikut : 1. Variabel bebasnya adalah temperatur inlet dan outlet flue gas dan combustion air , tekanan soot blower sebelum coating 1 MPa dan sesudah coating 0,6 MPa, element sebelum dan sesudah coating . 2. Variabel terikatnya adalah efisiensi air heater pada sisi gas buang dan udara. 3. Variabel kontrolnya adalah sebagai berikut. a. Putaran rotor air heater 1 rpm. b. Data sebelum pelapisan enamel dan penurunan tekanan soot blower diambil rata-rata pada bulan Juni - Juli 2012 dan data sesudah pelapisan enamel dan penurunan tekanan soot blower diambil rata-rata pada bulan Januari - Februari 2014. c. Temperature udara masuk air heater diasumsikan tetap 31oC. d. Prosentase kebocoran paa air heater 3A dan 3B diasumsikan sama, hal ini diakibatkan oleh : 

Data O2 diambil dari O2 analyzer di area output economizer dan output ID fan (FGD inlet ).



Kondisi seal plate antara air heater 3A dan 3B sama setelah penggantian pada bulan Desember 2013.

e. Data temperature yang diambil di area air heater menggunakan probe instrument yang telah terpasang di area tersebut.

3.3 Rumus Perhitungan

1. Menghitung kebocoran udara ( Air leakage) AL =

     x 0,9 x 100    

Keterangan : AL

= Air heater Leakage (%)

 

= Prosentase  masuk air heater (%)

  = Prosentase  keluar air heater (%)

40


2. Menghitung temperatur gas outlet tanpa adanya kebocoran ( Leakage) Tgnl =

     + Tgl   

Keterangan : Tgnl

= Temperatur gas buang outlet tanpa adanya kebocoran ( oC)

Cpa

= Kalor spesifik antara Tae dan Tgl

Tae

= Temperatur udara inlet AH (oC)

Tgl

= Temperatur gas outlet AH (oC)

Cpg

= Kalor spesifik antara Tgl dan Tgnl

3. Menghitung efisiensi AH pada sisi gas buang berdasarkan temperatur GSE =

   x 100%   

Keterangan : GSE

= Efisiensi air heater pada sisi gas buang

Tgnl

= Temperatur gas buang outlet tanpa adanya kebocoran ( oC)

Tae


Tge

= Temperatur gas buang inlet AH (oC)

4. Menghitung efisiensi AH pada sisi udara berdasarkan temperatur ASE =

   x 100%   

Keterangan : ASE

= Efisiensi air heater pada sisi gas buang

Tal

= Temperatur udara outlet AH (oC)

Tae


Tge

= Temperatur gas buang inlet AH (oC)

41

KULIAH KERJA NYATA - PRAKTEK PT. Paiton Energy Company, PT. International Power Mitsui Operation & Maintenance Indonesia Jl. Raya Surabaya-Situbondo KM 141 Paiton PO BOX 78 Paiton Probolinggo 67291 3.4 Diagram Alir Penelitian (Flowchart )

MULAI

  ,   , Tae, Tal, Tge, Tgl

Menghitung Air leakage

AL =

     x 0.9 x 100    

Menghitung Temp. Gas Out no Leakage

Tgnl =

     + Tgl   

Menghitung Gas Side Efficiency

GSE =

   x 100%   

Menghitung Air Side Efficiency

ASE =

   x 100%   

Hasil Perhitungan AL, Tgnl, GSE, ASE

SELESAI

Gambar 3.1 Flowchart penelitian

42

KULIAH KERJA NYATA - PRAKTEK PT. Paiton Energy Company, PT. International Power Mitsui Operation & Maintenance Indonesia Jl. Raya Surabaya-Situbondo KM 141 Paiton PO BOX 78 Paiton Probolinggo 67291 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengolahan Data

Tabel 4.1 Performa AH sebelum dan sesudah dilapisi enamel dan penurunan soot blower AH

DESCRIPTION

3A

3B

BEFORE

AFTER

Tge (oC)

374.248

390.853

Tgl (oC)

156.206

163.831

Tae (oC)

31

31

Tal (oC)

336.189

355.372

O2 gl

4.38514

4.38514

O2 ge

2.64444

2.64444

Tge (oC)

361.754

384.738

Tgl (oC)

150.602

160.778

Tae (oC)

31

31

Tal (oC)

340.028

359.317

O2 gl

4.38514

4.38514

O2 ge

2.64444

2.64444

4.2 Perhitungan Data

A. Perhitungan efisiensi AH sebelum dilapisi enamel dengan tekanan soot blower 1,18 MPa. -

AH 3A :


     x 0,9 x 100    

AL =

   x 0,9 x 100   

AL = 9.4291 %

43



     + Tgl   

Tgnl =

       +   



Tgnl = 168.0114 oC

3. Menghitung efisiensi AH berdasarkan temperatur GSE =

   x 100%   

GSE =

   x 100%   

GSE = 60.0839 %


   x 100%   

ASE =

   x 100%   

ASE = 88.9121 %

-

AH 3B :


     x 0,9 x 100    

AL =

   x 0,9 x 100   

AL = 9.4291 %


     + Tgl   

Tgnl =

       + 150.602   

Tgnl = 161.879 oC

44



   x 100%   

GSE =

   x 100%   

GSE = 60.4301 %


   x 100%   

ASE =

   x 100%   

ASE = 93.4316 %

B. Perhitungan efisiensi AH sesudah dilapisi enamel dengan tekanan soot blower 0,6 MPa. -

AH 3A :


     x 0,9 x 100    

AL =

   x 0,9 x 100   

AL = 9.78488 % 2. Menghitung temperatur gas outlet tanpa adanya kebocoran ( Leakage) Tgnl =

     + Tgl   

Tgnl =

      +   



Tgnl = 176.808 oC


   x 100%   

GSE =

   x 100%   

GSE = 59.5155 %

45



   x 100%   

ASE =

   x 100%   

ASE = 90.1345 %

-

AH 3B :


     x 0,9 x 100    

AL =

  x 0,9 x 100   

AL = 11.8829 %


     + Tgl   

Tgnl =

     + 160.7784   

Tgnl = 176.056 oC


   x 100%   

GSE =

   x 100%   

GSE = 59.1955 %


   x 100%   

ASE =

   x 100%   

ASE = 92.7888 %

46

KULIAH KERJA NYATA - PRAKTEK PT. Paiton Energy Company, PT. International Power Mitsui Operation & Maintenance Indonesia Jl. Raya Surabaya-Situbondo KM 141 Paiton PO BOX 78 Paiton Probolinggo 67291 4.3 Data Hasil Perhitungan

Tabel 4.2 Data hasil perhitungan AH

DESCRIPTION BEFORE Tge (oC)

374.248

390.853

Tgl (oC)

156.206

163.831

Tae (oC)

31

31

Tal (oC) 3A

O2 ge O2 gl AL Tgnl GSE ASE

336.189 355.372 4.38514 4.38514 2.64444 2.64444 9.42906 9.42906 168.011 176.355 60.0839 59.6071 88.9121 90.1402

Tge (oC)

361.754

384.738

Tgl (oC)

150.602

160.778

Tae (oC)

31

31

Tal (oC) 3B

AFTER

O2 ge O2 gl AL Tgnl GSE ASE

340.028 359.317 4.38514 4.38514 2.64444 2.64444 9.42906 12.9661 161.879 177.606 60.4301 58.5553 93.4316 92.8135

47

KULIAH KERJA NYATA - PRAKTEK PT. Paiton Energy Company, PT. International Power Mitsui Operation & Maintenance Indonesia Jl. Raya Surabaya-Situbondo KM 141 Paiton PO BOX 78 Paiton Probolinggo 67291 4.4 Studi Kasus dan Pemecahan Masalah 

Terjadi kerusakan pada heating element (cold end layer).

Gambar 4.1 Heating element sebelum dan sesudah korosi Sumber : PLTU Paiton PT.IPMOMI Unit 3 Hal ini disebabkan karena adanya sulfur yang terkandung dalam bahan bakar bereaksi dengan H2O dari hembusan soot blower atau temperature outlet flue gas berada pada titik embunnya sehingga mengakibatkan adanya asam sulfat (H2SO4) pada heating element. Pemecahan masalah yang dapat diterapkan yaitu dengan metode pelapisan pada heating element menggunakan lapisan enamel. Lapisan ini dapat membentuk lapisan oksida yang tahan terhadap karat (pasivasi) sehingga besi terlindung dari korosi. Pasivasi adalah pembentukan lapisan film permukaan dari oksida logam hasil oksidasi yang tahan terhadap korosi sehingga dapat mencegah korosi lebih lanjut.

Gambar 4.2 Heating element dilapisi enamel Sumber : PLTU Paiton PT.IPMOMI Unit 3 48

KULIAH KERJA NYATA - PRAKTEK PT. Paiton Energy Company, PT. International Power Mitsui Operation & Maintenance Indonesia Jl. Raya Surabaya-Situbondo KM 141 Paiton PO BOX 78 Paiton Probolinggo 67291 4.5 Analisa Perhitungan

Grafik Hubungan Pengaruh Coating dan Penurunan Tekanan Soot Blower terhadap Efisiensi Air heater 3A 100 95

88.91209997

90.14017517

90 ) % ( H A i s n e i s i f E

85 80

GSE ASE

75 70 65

60.08386407

59.60707805

Sebelum coating, tekanan soot blower 1.18 MPa

Sesudah coating, tekanan soot blower 0.6 MPa

60 55 50

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Pengaruh Coating dan Penurunan Tekanan Soot blower terhadap Efisiensi Air heater 3A

Grafik Hubungan Pengaruh Coating dan Penurunan Tekanan Soot Blower terhadap Efisiensi Air heater 3B 100

93.43159989

95

92.81345908

90 ) % ( H A i s n e i s i f E

85 80

GSE ASE

75 70 65

60.43006055

58.55532668

60 55 50 Sebelum coating, tekanan soot blower 1.18 MPa

Sesudah coating, tekanan soot blower 0.6 MPa

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Pengaruh Coating dan Penurunan Tekanan Soot blower terhadap Efisiensi Air heater 3B

49


Berdasarkan gambar grafik 4.1 dan 4.2 di atas menyatakan bahwa dengan adanya lapisan enamel dan penurunan tekanan soot blower menjadi 0,6 MPa, efisiensi air heater 3A dan 3B pada sisi gas buang dan udara mengalami sedikit penurunan (0,5-1)%. Hal ini menunjukkan bahwa kondisi masih di dalam batas normal. Faktor yang menyebabkan penurunan efisiensi ini bisa disebabkan oleh waktu pengoperasian yang sudah lama sehingga timbul adanya kenaikan air leakage, kenaikan pressure drop akibat adanya fouling factor dan korosi, kenaikan heat loss. Dan juga konduktivitas thermal dari heating element menjadi rendah akibat adanya lapisan tambahan (enamel). Namun dengan adanya lapisan enamel ini mampu mengurangi tingkat korosi yang disebabkan oleh kondensasi asam sulfat yang terbentuk dari reaksi SO3 dan H2O pada temperature di bawah titik embun gas buang (140 oF atau 60 oC).

50

PENGARUH LAPISAN ENAMEL DAN PENURUNAN TEKANAN SOOT BLOWER TERHADAP EFISIENSI AIR HEATER PLTU PAITON UNIT 3 PT.IPMOMI

Recommend Documents