Download pdf - Laporan Kkn-p Fauzi

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

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 memiliki temperatur tinggi mampu

menghasilkan proses pembakaran yang sempurna. Pemanasan awal 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.

Semua instrumen sistem pembangkit tenaga listrik termasuk air heater yang

digunakan secara berkelanjutan akan mengalami performa yang semakin menurun

disebabkan oleh adanya korosi, kebocoran udara (air leakage), pressure drop,

heat loss sehingga operasinya tidak optimal seperti semula. Dalam penanganan

korosi pada heating element dari air heater terutama bagian cold end layer dapat

diatasi dengan menggunakan proses pelapisan enamel dan penurunan tekanan

pada sistem soot blower.

1.2 Rumusan Masalah

“Bagaimakah pengaruh lapisan enamel dan penurunan tekanan soot blower

terhadap efisiensi air heater PLTU Paiton Unit 3 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 outlet flue gas dan combustion

air, tekanan soot blower sebelum dilapisi enamel 1 MPa dan sesudah dilapisi

enamel 0,6 MPa, heating element sebelum dan sesudah dilapisi enamel.

2. Variabel terikatnya adalah efisiensi air heater pada sisi gas buang dan udara.

3. Variabel kontrolnya adalah sebagai berikut.






2

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 pada 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.

1.4 Tujuan Penelitian

1. Mengetahui pengaruh lapisan enamel terhadap efisiensi Air heater.

2. Mengetahui pengaruh penurunan tekanan soot blower terhadap efisiensi Air

heater.

3. Mengetahui perbandingan efisiensi air heater sebelum dan sesudah pelapisan

enamel dan penurunan tekanan 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 variasi yang dilakukan.

2. Dapat diaplikasikan secara berkelanjutan dalam pemenuhan efisiensi yang

maksimal.






3

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. 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 selanjutnya.

Bagian akhir laporan berisi tentang daftar pustaka dan lampiran-lampiran

yang mendukung penjelasan di dalam pembahasan.






4

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 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






5

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 Paiton Unit 7 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, 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 85% per tahun. Dengan memproduksi energy listrik

rata – rata 9,158,580 MWH per tahun dan mengonsumsi betubara 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






6

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 lain :

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






7

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







8

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







9

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 CO2 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.






10

Tabel 2.1 Spesifikasi Boiler Supercritical Unit 3 PT.IPMOMI

Sumber : Manual book “Boiler pressure part, main steam and reheat steam

system”






11

2.3 Air heater

2.3.1 Definisi Air 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 Air 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.






12

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.






13

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 heater s[7]

Rotating-plate Stationary-plate

Revolutions per minute 1.5 – 4.0 (a) 0.7 – 1.4 (b)

Gas flow area, % of total 40 – 50 50 – 60

Air flow area, % of total 35 – 45 35 – 45

Seal section area, % of total 8 – 17 5 – 10

(a) Revolutions per minute of the rotating plate element (b) Revolutions per minute of the rotating air ducts


http://en.citizendium.org/wiki/File:Rotating-plate_regenerative_air_preheater.png


http://en.citizendium.org/wiki/Air_preheater#cite_note-6







14

Gambar 2.7 Stationary Plate Regenerative Air heater


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.

http://en.citizendium.org/wiki/File:Stationary-plate_regenerative_air_preheater.png








15

Gambar 2.8 Tubular air heater


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.

http://en.citizendium.org/wiki/File:Tubular_air_preheater.png








16

Gambar 2.9 Prinsip kerja Air heater


PT.IPMOMI Unit 3

2.3.3 Bagian dan Fungsi Air heater

Gambar 2.10 Bagian Air heater


PT.IPMOMI Unit 3

Bagian-bagian air heater Ljungstorm tipe rotation plate regenerative air

heater PLTU Paiton PT.IPMOMI Unit 3 antara lain yaitu :






17

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


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


PT.IPMOMI Unit 3






18

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


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






19

ketika terjadi emergency seperti motor AC tidak beroperasi dan selama adanya

proses perawatan termasuk penempatan ulang element baskets.

Gambar 2.14 Rotor Drive Unit


PT.IPMOMI Unit 3

4. Guide bearing Assembly

Puncak dari rotor air heater dikendalikan oleh radial spherical roller-

bearing 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.






20

Gambar 2.15 Guide bearing Assembly


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


PT.IPMOMI Unit 3






21

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


PT.IPMOMI Unit 3






22

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






23

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


PT.IPMOMI Unit 3






24

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


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.






25

Gambar 2.20 Fire Extingushing Device


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


PT.IPMOMI Unit 3






26

2.4 Losses

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 (Fouling 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 (Air 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).






27

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 (%)






28

2.4.2.1 Kebocoran Circumferential 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.






29

Gambar 2.23 Kebocoran Circumferential dan Radial

Sumber : Stephen, K.S, J. Guffre, 2010 : 14

2.4.3 Pressure 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 Heat loss 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






30

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 + O2 = SO2

(Sulfur) (Oxygen) (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 (140oF atau 60

oC). Adapun

persamaannya adalah sebagai berikut.

SO2 +

O2 = SO3

(Sulfur dioxide) (Oxygen) (Sulfur trioxide)

SO3 + H2O = H2SO4

(Sulfur trioxide) (Water) (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.






31

2.5 Perpindahan Panas (Heat transfer)

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 molekul-

molekulnya 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






32

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 T0 maka hal

ini dapat dituliskan dalam rumus :






33

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 :






34

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 ditransfer 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 :






35

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/m2 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 :

qpancaran = σAT4

Keterangan :

σ = konstanta proporsional atau konstanta Stefan -Boltzmann

= 5,669 x 10-8 W/m2.K

4

A = luas permukaan (m2)

T = temperature benda hitam (K)

Energi radiasi bisa juga dirumuskan dengan:






36

q = Fɛ FG σA(T14 – T2

4)

Keterangan :

Fɛ = fungsi emisivitas

FG = fungsi faktor pandang geometri

2.5.4 Penukar Panas (Heat Exchanger)

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 ( ke 0,

pe 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.






37

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 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 = dq + dw

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.

A B C






38

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.






39

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Spesifikasi Alat

Tabel 3.1 Spesifikasi Air heater Ljungstrom


PT.IPMOMI Unit 3






40

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 (%)






41

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)


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)


Tge = Temperatur gas buang inlet AH (oC)






42

3.4 Diagram Alir Penelitian (Flowchart)

Gambar 3.1 Flowchart penelitian

MULAI

, ,

Tae, Tal, Tge,

Tgl

Menghitung Air leakage

AL =

x 0.9 x 100

Hasil Perhitungan

AL, Tgnl, GSE, ASE

SELESAI

Menghitung Temp. Gas Out no Leakage

Tgnl =

+ Tgl

Menghitung Gas Side Efficiency

GSE =

x 100%

Menghitung Air Side Efficiency

ASE =

x 100%






43

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 BEFORE AFTER

3A

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

3B

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 :


AL =

x 0,9 x 100

AL =

x 0,9 x 100

AL = 9.4291 %






44


Tgnl =

+ Tgl

Tgnl =

+

Tgnl = 168.0114 oC

3. Menghitung efisiensi AH berdasarkan temperatur

GSE =

x 100%

GSE =

x 100%

GSE = 60.0839 %


ASE =

x 100%

ASE =

x 100%

ASE = 88.9121 %

- AH 3B :


AL =

x 0,9 x 100

AL =

x 0,9 x 100

AL = 9.4291 %


Tgnl =

+ Tgl

Tgnl =

+ 150.602

Tgnl = 161.879 oC






45


GSE =

x 100%

GSE =

x 100%

GSE = 60.4301 %


ASE =

x 100%

ASE =

x 100%

ASE = 93.4316 %

B. Perhitungan efisiensi AH sesudah dilapisi enamel dengan tekanan soot blower

0,6 MPa.

- AH 3A :


AL =

x 0,9 x 100

AL =

x 0,9 x 100

AL = 9.78488 %


Tgnl =

+ Tgl

Tgnl =

+

Tgnl = 176.808 oC


GSE =

x 100%

GSE =

x 100%

GSE = 59.5155 %






46


ASE =

x 100%

ASE =

x 100%

ASE = 90.1345 %

- AH 3B :


AL =

x 0,9 x 100

AL =

x 0,9 x 100

AL = 11.8829 %


Tgnl =

+ Tgl

Tgnl =

+ 160.7784

Tgnl = 176.056 oC


GSE =

x 100%

GSE =

x 100%

GSE = 59.1955 %


ASE =

x 100%

ASE =

x 100%

ASE = 92.7888 %






47

4.3 Data Hasil Perhitungan

Tabel 4.2 Data hasil perhitungan

AH DESCRIPTION BEFORE AFTER

3A

Tge (oC) 374.248 390.853

Tgl (oC) 156.206 163.831

Tae (oC) 31 31

Tal (oC) 336.189 355.372

O2 ge 4.38514 4.38514

O2 gl 2.64444 2.64444

AL 9.42906 9.42906

Tgnl 168.011 176.355

GSE 60.0839 59.6071

ASE 88.9121 90.1402

3B

Tge (oC) 361.754 384.738

Tgl (oC) 150.602 160.778

Tae (oC) 31 31

Tal (oC) 340.028 359.317

O2 ge 4.38514 4.38514

O2 gl 2.64444 2.64444

AL 9.42906 12.9661

Tgnl 161.879 177.606

GSE 60.4301 58.5553

ASE 93.4316 92.8135






48

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






49

4.5 Analisa Perhitungan

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Pengaruh Coating dan Penurunan Tekanan Soot

blower terhadap Efisiensi Air heater 3A

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Pengaruh Coating dan Penurunan Tekanan Soot

blower terhadap Efisiensi Air heater 3B

60.08386407 59.60707805

88.91209997 90.14017517

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

Sebelum coating, tekanan sootblower 1.18 MPa

Sesudah coating, tekanan sootblower 0.6 MPa

Efis

ien

si A

H (

%)

Grafik Hubungan Pengaruh Coating dan Penurunan

Tekanan Soot Blower terhadap Efisiensi Air heater 3A

GSEASE

60.43006055 58.55532668

93.43159989 92.81345908

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

Sebelum coating, tekanan sootblower 1.18 MPa

Sesudah coating, tekanan sootblower 0.6 MPa

Efis

ien

si A

H (

%)

Grafik Hubungan Pengaruh Coating dan Penurunan

Tekanan Soot Blower terhadap Efisiensi Air heater 3B

GSE

ASE






50

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).






51

BAB V

PENUTUP

5.1 KESIMPULAN

1. Dengan adanya lapisan enamel pada heating element 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.

2. Faktor yang mempengaruhi penurunan efisiensi air heater yaitu disebabkan

oleh 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 enamel.

3. Pengambilan data pada penelitian ini disesuaikan berdasarkan instrument yang

telah terpasang pada area tertentu, sehingga mempengaruhi tingkat

keakurasian hasil analisa.

5.2 SARAN

1. Pemberian lapisan enamel sebaiknya lapisan yang memiliki konduktivitas

thermal tinggi agar mampu menghantarkan panas dengan baik.

2. Frekuensi soot blower sebaiknya ditingkatkan menjadi 4 kali dalam sehari

guna mengurangi pressure drop akibat dari fouling factor dan korosi.

3. Ketika melakukan pengambilan data, sebaiknya dilakukan pada semua area

air heater agar data penelitian yang diperoleh lebih akurat dan teliti.