Analisa Energi Dan Equipment

8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment

1/70

1Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pemerintah telah menerbitkan Peraturan Pemerintah No. 70 Tahun 2009

tentang Konservasi Energi yang dalam hal pelaksanaannya, konservasi energi

mencakup seluruh tahap pengelolaan energi meliputi penyediaan energi,

pengusahaan energi, pemanfaatan energi dan konservasi sumber daya energi. Salah

satu pelaksana konservasi energy adalah kelompok industri yaitu industri pulp and

paper, kilang minyak,tekstil, gula, pupuk dan baja.

PT Pertamina (Persero) RU VI Balongan merupakan salah satu perusahaan

BUMN yang bergerak di bidang industri kilang minyak dan beroperasi sejak tahun

1994 dengan hasil produksinya berupa BBM, BBK, dan NBBM. RU VI Balongan berkontribusi 11% dari supply BBM Nasional dan 40% untuk supply BBM DKI

Jakarta jika dibandingkan dengan RU lain. RU VI didesain untuk mengolah bahan

baku minyak mentah sebanyak 125,000 barel/hari atau sekitar 828,1 m3/jam dengan

unit proses utama adalah Crude Distillation Unit (CDU).

Crude Distillation Unit (CDU) merupakan primary processing atau proses

utama yang paling penting karena pada CDU merupakan unit proses pertama yang

mengolah crude untuk dipisahkan berdasarkan titik didih dan titik embun nya

sehingga menjadi produk-produk yang akan diolah diunit selanjutnya. Di dalam

produksinya, kilang didukung dengan beberapa mesin-mesin produksi utama, yakni

furnace (fire heater), heat exchanger, pompa dan motor , kompresor, fin-fan dan

lain-lain.

Dalam pelaksanaan operasinya unit-unit tersebut merupakan unit utama yang

menunjang variabel proses yang dibutuhkan. Salah satunya adalah Temperatur dan


2/70


pressure. Pada unit CDU alat yang berfungsi untuk mengalirkan crude dengan

tekanan dan flow yang diinginkan yaitu feed pump 11-P-101 sedangkan untuk

meningkatkan variabel temperatur salah satunya adalah furnace atau fire heater 11-

F-101

Pompa 11-P-101 berfungsi untuk mengalirkan fluida dari suatu tempat ke

tempat lainnya dengan memberikan gaya tekan terhadap zat yang akan dipindahkan

denggan tipe pompa sentrifugal. Efisiensi pompa akan berpengaruh terhadap

tekanan crude yang nantinya akan di proses pada kolom main fraksionasi. Dan

furnace berfungsi untuk meningkatkan temperature yang dibutuhkan pada main

fraksionator di CDU yaitu sekitar 369 oC. Untuk mendapatkan temperature dan

heat flux yang tinggi dengan biaya yang cukup ekonomis, maka biasanya dapat

menggunakan furnace karena dapat secara langsung memperoleh panas/kalor yang

dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar.

Saat ini terdapat indikasi terjadinya penurunan performance beberapa main

equipment di CDU karena proses produksi yang berjalan tanpa henti. Khususnya

pompa yang mengalirkan crude crude yang masih mengandung banyak pengotor,

dan akan menurunkan efisiensi dari kinerja pompa tersebut sehingga berpotensiCDU tidak dapat beroperasi normal, akibatnya supply produk intermedia untuk feed

unit RCC (money maker RU VI Balongan) terganggu sehingga menimbulkan biaya

operasi yang membengkak dan menyebabkan produksi BBM, BBK dan NBBM

tidak dapat memenuhi permintaan pasar.

Oleh sebab itu dibuthkan analisa energy pada unit CDU, perhitungan efisiensi

dari beberapa unit CDU yang diduga mengalami penurunan, yaitu pompa P]11-P-

101 dan furnace 11-F-101 agar dapat diketahui kinerja alat tersebut. Jika efisiensi

energy dan alat menurun maka dapat dilakukan konservasi ulang dan upaya untuk

meningkatkan efisiensinya, misalnya dengan melakukan maintenance pada pompa

atau PCM ( Plant Corrective Maintenance) untuk furnace.


3/70


1.2. Rumusan Masalah

Dari latar belakang yang telah di sampaikan, dapat disimpulkan bahwa

rumusan masalah pada tugas khusus ini yaitu:

Analisa kebutuhan energy di unit CDU.

Berapa efisiensi aktual pompa dan efisiensi aktual furnace.

Bagaimana perhitungan dalam mengevaluiasi kinerja atau efisiensi

dari pompa 11-P-101 A/B dan Furnace 11-F-101 dengan

menggunakan direct method dan loss method

1.3.

Tujuan

Tujuan dari tugas khusus ini yaitu :

menganalisa performance unit CDU ditinjau dari intensitas energy

dan performance equipment yang hasilnya akan bisa dijadikan

rekomendasi/acuan untuk peningkatan penghematan energy.

Dapat mengetahui efisiensi Pompa 11-P-101 dan furnace 11-F-101

Dapat membandingkan efisiensi aktual pompa dan furnace dengan

efisiensi desain.

1.4. Ruang Lingkup

Analisa energy terdiri dari beberapa tingkat yaitu audit energy singkat (walk

through), audit energy awal (preliminary), audit energy rinci (detailed). Audit saat

ini yang digunakan adalah audit awal yang terdiri dari :

a. pengumpulan data awal yang sudah tersedia

b. pengamatan kondisi umum operasi peralatan

c. standard pemeliharaan dan tingkat pengendalian manajemen terhadap

operasi

Targetnya adalah mengetahui intensitas energy (fuel, steam dan listrik) unit CDU

dan performance main equipment seperti pompa feed dan Furnace ( fire heater )

selama 24 jam tanggal 1 Januari-31 Januari 2016. Efisiensi furnace dilakukan

dengan menggunakan direct method dan loss method . Serta membandingkan

efisiensi data desain dan data aktual dari pompa dan furnace.


4/70


1.5. Manfaat

Mengetahui kebutuhan energy di unit CDU, kinerja Pompa 11-F-101 A/B

furnace F-101 di CDU (Crude Distillation unit ) atau unit 11 dan dijadikan pertimbangan dalam mengoperasikan atau menjaga pengoperasian equipment secara

efisien dan penghematan energy.


5/70


BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Energy

Penghematan energi atau konservasi energi adalah tindakan mengurangi

jumlah penggunaan energi. Penghematan energi dapat dicapai dengan penggunaan

energi secara efisien dimana manfaat yang sama diperoleh dengan menggunakan

energi lebih sedikit, ataupun dengan mengurangi konsumsi dan kegiatan yangmenggunakan energi. Penghematan energi dapat menyebabkan berkurangnya

biaya, serta meningkatnya nilai lingkungan, keamanan negara, keamanan pribadi,

serta kenyamanan. Organisasi-organisasi serta perseorangan dapat menghemat

biaya dengan melakukan penghematan energi, sedangkan pengguna komersial dan

industri dapat meningkatkan efisiensi dan keuntungan dengan melakukan

penghemaan energi. Penghematan energi adalah unsur yang penting dari sebuah

kebijakan energi. Penghematan energi menurunkan konsumsi energi dan permintaan energi per kapita, sehingga dapat menutup meningkatnya kebutuhan

energi akibat pertumbuhan populasi.

Hal ini mengurangi naiknya biaya energi, dan dapat mengurangi kebutuhan

pembangkit energi atau impor energi.Berkurangnya permintaan energi dapat

memberikan fleksibilitas dalam memilih metode produksi energi. Selain itu, dengan

mengurangi emisi, penghematan energi merupakan bagian penting dari mencegah

atau mengurangi perubahan iklim. Penghematan energi juga memudahkandigantinya sumber-sumber tak dapat diperbaharui dengan sumber-sumber yang

dapat diperbaharui. Penghematan energi sering merupakan cara paling ekonomis

dalam menghadapi kekurangan energi, dan merupakan cara yang lebih ramah

lingkungan dibandingkan dengan meningkatkan produksi energi. Terdapat tiga

macam energi yang digunakan di PT PERTAMINA RU VI Balongan , yaitu listrik,

fuel dan steam .

https://id.wikipedia.org/wiki/Energihttps://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Efisien&action=edit&redlink=1https://id.wikipedia.org/wiki/Lingkunganhttps://id.wikipedia.org/wiki/Keamanan_negarahttps://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Keamanan_pribadi&action=edit&redlink=1https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kebijakan_energi&action=edit&redlink=1https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Pembangkit_energi&action=edit&redlink=1https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Emisi&action=edit&redlink=1https://id.wikipedia.org/wiki/Perubahan_iklimhttps://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Energi_tak_terbaharui&action=edit&redlink=1https://id.wikipedia.org/wiki/Energi_terbaharuihttps://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kekurangan_energi&action=edit&redlink=1https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kekurangan_energi&action=edit&redlink=1https://id.wikipedia.org/wiki/Energi_terbaharuihttps://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Energi_tak_terbaharui&action=edit&redlink=1https://id.wikipedia.org/wiki/Perubahan_iklimhttps://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Emisi&action=edit&redlink=1https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Pembangkit_energi&action=edit&redlink=1https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kebijakan_energi&action=edit&redlink=1https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Keamanan_pribadi&action=edit&redlink=1https://id.wikipedia.org/wiki/Keamanan_negarahttps://id.wikipedia.org/wiki/Lingkunganhttps://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Efisien&action=edit&redlink=1https://id.wikipedia.org/wiki/Energi


6/70


2.1.1 Fuel (Bahan bakar)

Terdapat tiga jenis bahan bakar, yaitu bahan bakar cair atau fuel oil , bahan

bakar padat (batu bara) dan bahan bakar gas. Namun bahan bakar yang digunakan

di PT Pertamina RU VI balongan adalah bahan bakar berupa fuel oil dan fuel gas.

a. Fuel oil

Bahan bakar cair seperti minyak tungku/ furnace oil dan LSHS (low

sulphur heavy stock) terutama digunakan dalam penggunaan industri.

Berbagai sifat bahan bakar cair yang perlu diperhitungkan adalah densitas,

spesifik gravity, viscositas, titik nyala , titik tuang, panas jenis, nilai kalor,

sulphur, kadar abu, residu karbon dan kadar air.

b. Fuel gas Bahan bakar gas merupakan bahan bakar yang sangat memuaskan

sebab hanya memerlukan sedikit handling dan sistim burner nya sangat

sederhana dan hampir bebas perawatan.

Berikut ini adalah daftar jenis-jenis bahan bakar gas:

a. Bahan bakar yang secara alami didapatkan dari alam:

- Gas alam

- Metan dari penambangan batubara b. Bahan bakar gas yang terbuat dari bahan bakar padat

- Gas yang terbentuk dari batubara

- Gas yang terbentuk dari limbah dan biomasa

- Dari proses industri lainnya (gas blast furnace)

c. Gas yang terbuat dari minyak bumi

- Gas Petroleum cair (LPG)

-

Gas hasil penyulingan- Gas dari gasifikasi minyak

d. Gas-gas dari proses fermentasi

Bahan bakar bentuk gas yang biasa digunakan adalah gas petroleum cair (LPG), gas

alam, gas hasil produksi, gas blast furnace, gas dari pembuatan kokas, dll. Nilai

panas bahan bakar gas dinyatakan dalam Kilokalori per normal meter kubik

(kKal/Nm3) ditentukan pada suhu normal (20 0C) dan tekanan normal (760 mm

Hg).


7/70


Karena hampir semua peralatan pembakaran gas tidak dapat menggunakan

kadungan panas dari uap air, maka perhatian terhadap nilai kalor kotor (GCV)

menjadi kurang. Bahan bakar harus dibandingkan berdasarkan nilai kalor netto

(NCV). Hal ini benar terutama untuk gas alam, dimana kadungan hidrogen akan

meningkat tinggi karena adanya reaksi pembentukan air selama pembakaran. Sifat-

sifat fisik dan kimia berbagai bahan bakar gas diberikan dalam Tabel 2.1

Tabel 2.1 Sifat-Sifat Fisik Dan Kimia Berbagai Bahan Bakar Gas

Tabel 2.2 Perbandingan Kandungan Kimia Dalam Bahan Bakar.

2.1.2 Steam

Steam telah mengalami perjalanan jauh dari mulai hubungan tradisionalnya

dengan lokomotif dan Revolusi Industri. Sampai kini steam merupakan bagian penting

dan tidak terpisahkan dari teknologi modern. Tanpa steam, maka industri tidak akan

ada atau muncul seperti sekarang ini. Steam memberikan suatu cara pemindahansejumlah energi yang terkendali dari suatu pusat, ruang boiler yang otomatis, dimana

energi dapat dihasilkan secara efisien dan ekonomis, sampai ke titik penggunaan. Steam

yang bergerak mengelilingi pabrik dianggap sama dengan transportasi dan penyediaan

energi. Untuk beberapa alasan, steam merupakan komoditas yang paling banyak

digunakan untuk membawa energi panas. Penggunaannya terkenal diseluruh industri

untuk pekerjaan yang luas dari produksi daya mekanis sampai penggunaan proses dan

pema nasan ruangan. Alasan dari penggunaan steam adalah:


8/70


Steam efisien dan ekonomis untuk dihasilkan

Steam dapat dengan mudah dan murah untuk didistribusikan ke titik

penggunaan

Steam mudah dikendalikan

Energinya mudah ditransfer ke proses

Plant steam yang modern mudah untuk dikendalikan

Steam bersifat fleksibel

Kandungan panas tinggi Panas latennya kira-kira 2 100 kJ/kg

Murah Biaya untuk pemgolahan air

Koefisien perpindahan panasnya baik

Tidak diperlukan pompa sirkulasi Pipa-pipanya kecil

Mudah untuk mengendalikan dengan kran dua arah

Penurunan suhunya mudah dilakukan melalui kran

Tidak ada resiko kebakaran

Seluruh tiga fase untuk bahan tertentu hanya dapat ada secara bersamaan dalam

suatu kesetimbangan pada suhu dan tekanan tertentu, dan hal ini dikenal dengan titik

triple. Titik triple H2O, dimana tiga fase es, air dan steam berada dalam kesetimbangan,

terjadi pada suhu 273,16 K dan tekanan absolut 0,006112 bar. Tekanan ini sangat dekat

ke kondisi vakum sempurna. Jika pada suhu ini tekanannya terus diturunkan, es akan

mencair, menguap langsung menjadi steam. Di RU VI Balongan terdapat tiga jenis steam

yang dihasilkan yaitu :

1. High Pressure (HP) Steam (43 kg/cm2)

HP steam digunakan untuk tenaga penggerak pada STG, FDF boiler ,

HBW pump, compressor , dan cooling water , serta juga untuk berbagai

unit proses, diantaranya adalah RCC, H2 plant , GO/LCO HTU, danAHU.

2. Medium Pressure (MP) Steam (19 kg/cm2)

MP steam digunakan sebagai tenaga penggerak pompa steam turbine

dan steam jet ejector. Digunakan pada MBW pump, automizing boiler,

fuel oil pump, demin water pump, dan condensate pump, serta juga

untuk berbagai unit proses, diantaranya adalah RCC, GO/LCO HTU,

CDU, AHU, Amine/SWS, sulphur plant,offsite dan flare.


9/70


3. Low Pressure (LP) Steam (3,5 kg/cm2)

LP steam digunakan sebagai media pemanas pada berbagai unit utilitas

seperti deaerator, KO drum, dan juga untuk berbagai unit proses, yaitu

H2 plant , GO/LCO HTU, CDU, AHU, Amine/SWS, sulphur plant, dan

offsite area.

2.1.3 Listrik

Untuk mendapatkan energi listrik dari energi primer dikenal 2 cara yaitu :

Pembangkit listrik yang konvensional, pembangkit untuk mendapatkan

energi listrik dari energi primer menggunakan media perantara (turbin

air, turbin uap, turbin gas, motor bakar). Pembangkit listrik yang nonkonvensional, pembangkit untuk

mendapatkan energi listrik dari energi primer langsung tanpa

menggunakan media perantara

Kilang minyak PT Pertamina (Persero) RU VI Balongan didesain dengan

kapasitas pengolahan 125,000 BPSD. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut, PT

Pertamina (Persero) dilengkapi dengan PLTU di unit utilitas yang terdiri dari 5 unit

Steam Turbin Generator (STG) dan PLTD yang berupa 1 unit Emergency Diesel

Generator (EDG). Masing-masing turbin memiliki kapasitas 27,500 KVA/22,000

KW dengan penggerak HP steam dari unit 52, sehingga total kapasitas terpasang

sebesar 4 x 22,000 KW = 88,000 KW. Emergency Diesel Generator (EDG)

memiliki kapasitas 3.6 MW dan mempunyai fungsi untuk initial start-up dan Auto

start jika terjadi kegagalan total pada STG. Pendistribusian listrik di kilang RU VI

Balongan ini dilakukan melalui beberapa sub station. Dengan sistem ini, maka

distribusi listrik menjadi lebih baik. Penyaluran listrik dari sub station 1 ke sub

station yang lain menggunakan saluran underground cable kecuali untuk SS 31

yang memakai saluran over head .

Bahan bakar berupa minyak, gas, batubara dibakar untuk memanaskan air yang ada

didalam boiler atau ketel sampai menghasilkan uap. Uap yang terbentuk ditampung

sampai mencapai suhu dan tekanan yang didinginkan kemudian baru dialirkan

untuk menggerakkan turbin uap. Turbin uap ini akan menggerakkan sebuah

generator yang akan menghasilkan tenaga listrik. Uap yang meninggalkan turbin

didinginkan dalam kondensor, kemudian air yang meninggalkan kondensor


10/70


dipompa kembali ke boiler. Skema pembangkit listrik tenaga uap dapat dilihat pada

gambar berikut:

Gambar 2.1 Skema Pembangkit listrik tenaga Uap

1. Circulating water pump : untuk mencampur air

2. Desalination evaporator

3. Destilate pump

4. Make up water tank

5. Denim water tank

6. Condensor : mengembunkan uap menjadi cair

7. Low heater pressure

8. Deserator: untuk mendapatkan tambahan air akibat kebocoran dan juga

9. mengolah air agar memenuhi mutu air ketel (NaCl, ClO2 & PH)

10. Boiler feed pump

11. High pressure heater

12. economizer

13. Steam drum

14. Boiler

15. Super heater

16. Steam turbin

17. Burge / kapak : alat pengangkut bahan bakar minyak

18. Pumping house


11/70


19. Fuel oil tank

20. Fuel oil heater

21. Burner

22. Forced draught fan : menghasilkan udara untuk pembakaran

23. Air heater : pemanas udara

24. Smoke stack : membua

25. ng sisa gas

26. Generator

27. Main transformer

28. Switch yard

29. Transmission line

2.2 Furnace

Berikut ini merupakan pengertian furnace, prinsip kerja furnace, klasifikasi furnace,

bagia-bagan furnace dan hal-hal yang mempengaruhi efisiensi dari furnace.

2.2.1 Pengertian Dasar Furnace

Dalam suatu industri pengolahan minyak bumi dibutuhkan suatu peralatan

yang digunakan untuk memanaskan minyak yang disebut Furnace. Furnace atauheater atau sering disebut fired heater , adalah suatu peralatan yang digunakan

untuk memanaskan cairan di dalam tube, dengan sumber panas yang berasal dari

proses pembakaran yang menggunakan bahan bakar gas atau cairan secara

terkendali di dalam burner . Panas kemudian dipindahkan ke aliran fluida dalam

susunan pipa-pipa di ruang bakar secara radiasi dan konveksi. Tujuan pemanasan

ini adalah agar diperoleh kondisi operasi (suhu) yang diinginkan pada proses

berikutnya dalam suatu peralatan yang lain. Furnace terdiri dari struktur bangunanyang berdinding plat baja yang bagiannya dalamnya dilapisi oleh material tahan

api. Panas yang digunakan dalam furnace berasal dari panas pembakaran secara

langsung dan juga radiasi-radiasi panas yang dipantulkan kembali ke tube-tube

yang ada dalam furnace sehingga mengurangi kelebihan panas.

Furnace didesain untuk dapat menggunakan fuel oil atau fuel gas atau

keduanya-duanya dan ada pula yang menggunakan air preheater. Ruang utama

didalam furnace disebut fire box (combustion chamber ) yang merupakan tempat


12/70


terjadinya pembakaran bahan bakar. Untuk memberikan panas sebanyak-

banyaknya kepada fluida yang mengalir dalam tube maka perlu diusahakan agar

pembakaran yang terjadi dapat berlangsung secara sempurna dan mereduksi atau

menekan panas yang hilang melalui stack dan dinding furnace seminimal mungkin.

Indikasi suatu furnace dapat berfungsi dengan baik dapat diketahui apabila:

a. Sistem penyalaan api burner baik.

b. Reaksi pembakaran sempurna.

c. Pembakaran baik dalam periode waktu yang lama.

d. Panas hasil pembakaran dari fuel gas maupun fuel oil dapat tersalur dengan

baik pada cairan yang dipanaskan.

e. Permukaan tube furnace bersih.f. Dapat memperkecil panas yang hilang baik melalui stack /cerobong maupun

dinding furnace.

Fungsi furnace yang utama dalam suatu industri kimia diantaranya :

1. Menaikkan temperatur minyak untuk dipisahkan dikolom destilasi.

2. Menaikkan temperatur minyak untuk mencapai reaksi thermal .

3. Menaikkan temperatur minyak untuk mencapai reaksi catalityc.

4. Pemanas media hot oil .5. Sebagai dapur reaksi.

Furnace yang akan dievaluasi kinerjanya adalah 11-F-101 pada unit CDU. Secara

garis besar informasi pada Furnace 11-F-101 adalah :

erletak di unit CDU (Crude Distilation Unit )

Mempunyai tipe multi cell vertical tube heater dengan dilengkapi dengan

fasilitas air preheater .

Dan berdasarkan pemasukan udara pembakarannya furnace ini memiliki tipeinduction draft . Pada salah satu vessel unit CDU (11-V-102) terjadi pemisahan 3

fraksi, yaitu fraksi gas, fraksi minyak, dan fraksi air, dan gas yang terkondensasi

dilewatkan ke off gas KO drum (11-V-103) kemudian ke furnace (11-F-101) untuk

bahan bakar furnance.


13/70


2.2.2 Prinsip Kerja Furnace

Pada dasarnya proses perpindahan panas yang terjadi lebih banyak

menggunakan panas radiasi menuju feed yang mengalir dalam tube-tube. Ruang

utama yang terbuka didalam heater adalah radian fire box (ruang bakar), dimana

didalam ruangan ini terjadi pembakaran fuel . Bahan bakar cair atau gas atau

kombinasi keduanya dimasukkan kedalam furnace setelah dicampur dengan udara

pembakaran didalam burner kemudian dinyalakan. Feed yang dipanaskan dialirkan

melalui bagian dalam tube yang tersusun secara horizontal atau vertikal disepanjang

lantai, didinding samping, atau diatas dari ruang pembakaran, tergantung pada

konfigurasi perencanaan letak yang memungkinkan perencanaan secara langsung

panas radiasi dari nyala api pembakaran serta pemantulan kembali panas dari permukaan dinding ke permukaan tube.

Fluida yang dipanaskan umumnya dialirkan terlebih dahulu melalui seksi

konveksi yang terletak diantara ruang bakar dan cerobong, agar dapat

memanfaatkan panas yang terdapat dalam gas hasil pembakaran. Selanjutnya

melalui pipa cross over , fluida dialirkan kedalam radiant fire box. Berdasarkan

ukuran, kapasitas dan temperature yang diperlukan terdapat berbagai variasi desain

furnace dan jenis material konstruksi yang digunakan. Namun pada dasarnya furnace dioperasikan bedasarkan prinsip-prinsip yang sama. Besarnya beban panas

yang harus diberikan oleh furnace kepada fluida yang dipanaskan bergantung pada

jumlah umpan dan perbedaan suhu inlet dan outlet umpan yang ingin dicapai.

Semakin besar perbedaan suhu semakin banyak pula jumlah umpan, maka beban

furnace semakin tinggi.

2.2.3

Klasifikasi Furnace Furnace berdasarkan metoda pembangkitan panasnya dapat dibagi menjadi dua

kategori, yaitu : furnace pembakaran yang menggunakan bahan bakar dan furnace

listrik yang menggunakan listrik. Furnace pembakaran dapat digolongkan menjadi

beberapa bagian seperti, jenis bahan bakar yang digunakan, cara pembuatan bahan

baku, cara perpindahan panasnya dan cara pemanfaatan kembali


14/70


limbah panasnya. Tetapi, dalam prakteknya tidak mungkin menggunakan

penggolongan ini sebab furnace dapat menggunakan berbagai jenis bahan bakar,

cara pemuatan bahan ke f urnace yang berbeda.

2.3.1

Furnace Berdasarkan Bentuk Konstruksi dan Susunan Tube

Furnace Berdasarkan Bentuk Konstruksi dan Susunan Tube dapat dibedakan

menjadi 4, yaitu:

1. Furnace Tipe Box

Furnace tipe box mempunyai bagian radiant (radiant section) dan

bagian konveksi (convection section) yang dipisahkan oleh dinding batu

tahan api yang disebut bridge wall . Dimana burner dipasang pada ujung

furnace dan api diarahkan tegak lurus dengan pipa pembuluh (tube coil )ataupun dinding samping furnace. Aplikasi furnace tipe box biasanya

digunakan pada instalasi-instalasi lama dan juga dipakai pada instalasi baru

dengan beban kalor berkisar antara 15 – 20 MMkcal/jam bahkan bisa lebih

tergantung kebutuhan. Furnace tipe ini dapat digunakan pada proses dengan

kapasitas besar dan umumnya menggunakan bahan bakar fuel oil dan fuel gas.

a. Keuntungan menggunakan furnace tipe box yaitu:

Dapat dikembangkan sehingga bersel tiga atau empat. Distribusi panas (fluks kalor) merata disekeliling pipa.

Ekonomis digunakan pada beban kalor diatas 20 MMkcal/jam.

b. Kerugian menggunakan furnace tipe box :

Apabila salah satu aliran fluida dihentikan, maka seluruh operasi

furnace harus dihentikan, maka seluruh operasi furnace harus

dihentikan juga, hal ini dilakukan untuk mencegah pecahnya pipa.

Tidak dapat digunakan untuk memanaskan fluida pada suhu

relatif tinggi dan aliran fluida singkat.

Harga relatif mahal.

Membutuhkan area relatif luas.

Pemeliharaan lebih sulit karena tube tersusun mendatar.


15/70


Gambar 2.2 Jenis-jenis Furnace Tipe Box (a) Arbor Coil , (b) Vertical Tube

Oil , (c) Horizontal Tube Oil

2.

Furnace Tipe Silindris Tegak /Vertikal

Furnace tipe silindris tegak mempunyai bentuk konstruksi silindris

dengan bentuk lantai (alas) bulat, tube coil dipasang vertikal. Burner dipasang

pada lantai sehingga arah pancaran apinya vertikal, sedangkan dapur tipe ini

dirancang tanpa ruang konveksi (convection section). Bagian bawah (bottom)

dibuat jarak kurang lebih 7ft dari dasar lantai atau disesuaikan untuk

memberikan keleluasaan bagi operator pada saat pengoperasian furnace.

Aplikasi furnace tipe silinder tegak yaitu digunakan untuk pemanasan fluidayang mempunyai perbedaan suhu antara sisi masuk (inlet) dan sisi keluar

(outlet) tidak terlalu besar sekitar 90˚C dengan beban kalor antara 2,5 s/d 20

MMkcal/jam. Furnace tipe ini mumnya digunakan untuk pemanas fluida

umpan reaktor.

a. Keuntungan menggunakan furnace silinder tegak :

Konstruksi sederhana sehingga harga relatif lebih murah.

Area yang digunakan lebih kecil. Luas permukaan pipa tersusun lebih besar sehingga efisiensi

thermalnya lebih tinggi.

Ekonomis untuk beban pemanasan antara 15 – 20 MMkcal/jam.

b. Kerugian menggunakan furnace silinder tegak :

Kapasitas feed relatif kecil.

Plot area minimal dan perlu pengoperasian lebih hati – hati.

Pada kasus dimana kapasitas furnace kecil, kurang efisien.


16/70


Gambar 2.3 Jenis-jenis Furnace Tipe Silindris (a) Vertical Tube oil dan (b)

Helical Tube Oil

Pada gambar diatas ditunjukkan semua pipa radiasi sama jauhnya dari

burner , untuk meyakinkan distribusi panas yang baik, tetapi flux mungkin

bervariasi sesuai dengan jarak antara bagian bawah pipa dengan bagian

atasnya. Furnace ini penyalaannya dari bagian bawah dan mempunyai

permukaan konveksi yang lebih kecil sehingga diperlukan pemanas awal

( preheater ) udara untuk meningkatkan efisiensinya.

3. Furnace Tipe Kabin

Furnace tipe kabin mempunyai bagian radiasi (radiant section) pada

sisi-sisi samping dan sisi kerucut furnace, sedangkan bagian konveksi

(convection section) ada dibagian atas furnace, pipa konveksi pada baris

pertama dan kedua disebut shield section (pelindung) . Burner dipasang pada

lantai furnace dan menghadap keatas, sehingga arah pancaran api maupun

flue gas tegak lurus dengan susunan pipa, ada kalanya burner dipasang

horizontal.

a. Keuntungan furnace tipe kabin :

Bentuk konstruksi kompak dan mempunyai efisiensi thermal

tinggi.

Beban panas antara 5 – 7 MMkcal/jam.


17/70


Pada f urnace tipe karbin multi cell, memungkinkan pengendalian

operasi terpisah (fleksibel).

Gambar 2.4 Jenis Furnace Tipe Kabin

4. Furnace Temperatur Tinggi / Reaktor

Berfungsi sebagai reaktor , tube – tube yang ada berisi katalis dan

temperatur kabinnya mencapai >1000˚C. Contoh Hydrogent Plant (22-F-

101).

2.2.4 Berdasarkan cara pemasukan udara pembakaran

Berdasarkan cara pemasukan udara pembakaran (draft ) dan buangan gas

bakar, furnace diklasifikasikan menjadi :

1. Natural Draft

Perbedaan tekanan inlet dan outlet air register yang disebabkan oleh

perbedaan berat antar bagian flue gas yang panas didalam stack dan udara

diluar stack . Natural draft ini akan menghisap udara pembakaran masuk

keruang dan membawa gas hasil pembakaran keluar. Kebocoran pada stack

akan mengurangi draft tersebut, natural draft biasanya dipakai pada furnace

yang memiliki ciri-ciri resistannya yang kecil terhadap aliran flue gas, tanpa

menggunakan air preheater , serta mempunyai stack yang cukup tinggi.

2. Induction Draft

Gas hasil pembakaran keluar melalui stack dengan tarikan blower

karena furnace jenis ini memiliki stack yang pendek. Tarikan blower ini

menyebabkan tekanan didalam dapur lebih rendah dari tekanan atmosfir

sehingga udara luar masuk kedalam dapur.


18/70


3. Forced Draft

Tekanan inlet pada suplai udara melalui air register diperbesar dengan

bantuan blower sehingga draft menjadi besar. Forced draft biasanya dipakai

untuk furnace yang memiliki ciri-ciri resistannya kecil terhadap aliran flue

gas dan mempunyai stack yang rendah.

4. Balance Draft

Merupakan kombinasi dari forced draft dan induction draft . Balance

draft ini memperbesar tekanan dengan air register dan mengurangi tekanan

outlet. Penambahan dan pengurangan tekanan tersebut masing-masing

dilakukan dengan bantuan sebuah blower . Balance draft ini dipakai pada

heater yang mempunyai ciri-ciri resistennya besar terhadap aliran flue gas,menggunakan air preheater , dan mempunyai stack yang cukup rendah.

2.2.5 Klasifikasi menurut perancangannya

Klasifikasi menurut perancangannya furnace diklasifikasikan menjadi tiga

macam yaitu :

1. Furnace tanpa Air Preheater

Tipe furnace ini hampir sama dengan natural draft dimana udara pembakaran masuk kedalam ruang pembakaran dan hasil pembakaran

langsung dibuang keluar.

2. Furnace dengan Air Preheater menggunakan Pemanas Internal.

Pada tipe ini digunakan air preheater , dimana untuk pemanas udara

pembakaran yang digunakan memanfaatkan panas dari flue gas furnace itu

sendiri.

3

Furnace dengan Air Preheater menggunakan Pemanas Eksternal Furnace ini menggunakan air preheater dimana untuk pemanasan udara

pembakaran menggunakan sumber panas dari luar.


19/70


2.2.6 Komponen Pada Furnace

Gambar 2.5 Komponen Furnace

(Sumber : Handbook of Fired Heater s for General Refinery Service)

Keterangan gambar :

1. Access Door 12. Return Bend

2. Arch 13. Header Box

3. Breaching 14. Radiant Section

4. Bridgewall 15. Shield Section

5. Burner 16. Observation Door

6. Casing 17. Tube Support

7. Convection Casing 18. Refractory Lining

8. Corbel 19. Tube Sheet

9. Cross Over 20. Pier

10. Tube 21. Stack/Duct

11. Extended Surface 22. Platform


20/70


Dari gambar diatas, furnace terdiri dari beberapa bagian yaitu diantaranya stack ,

damper, arch, convention tubes, shock bank, radian tube, refactory lining, fire box

dan burner .

1. Access Door

Merupakan sebuah pintu yang berfungsi agar orang dapat masuk untuk

melakukanperbaikan dan pemeliharaan.

2. Arch

Merupakan sudut atau lekukan pada casing Furnace pembakaran

3. Bridgewall

Merupakan dinding pemisah yang terbuat dari batu tahan api yang berfungsi

sebagai pemisah dua daerah.4. Burner

Burner merupakan alat pembakar bahan bakar ( fuel ) sistem pengapian dan

pencampuran bahan bakar dan udara dengan udara primer/sekunder serta

sistem atomizing steam sehingga bahan bakar ( fuel ) dapat terbakar dengan

sempurna.

Gambar 2.6 Skema burner

Beberapa macam Burner :

Pilot burner adalah burner kecil yang menggunakan gas sebagai

penyalaan awal pada furnace. Untuk menaikkan suhu fluida selanjutnya

menggunakan burner bahan bakar gas ataupun bahan bakar minyak.

Gas burner adalah burner dengan mempergunakan bahan bakar gas.

Oil burner adalah burner dengan mempergunakan bahan bakar minyak.

Dual burner adalah burner dengan mempergunakan bahan bakar gas

dan bahan bakar minyak.


21/70


5. Convection Section

Merupakan bagian dari Furnace dimana terjadi pemanasan tube dengan

sistem konveksi. Tube menerima panas dari fuel gas hasil pembakaran

melalui dinding luar tube. Fungsi dari section ini adalah untuk mendapatkan

panas secara bertahap agar terhindar dari proses tehermally shock sebelum

masuk ke radian section.

6. Casing (Dinding Furnace)

Dinding furnace terbuat dari baja (carbon steel ) sebagai penahan struktur

yang dilapisi dengan isolasi, batu tahan api dan refractory sebagai pendukung

untuk pemanfaatan panas secara maksimal serta untuk mencegah terjadinya

kehilangan panas.

a b c d

Gambar 2.7 Konstruksi dinding dapur

Keterangan Gambar :

a. Plat Baja b. Isolasic. Batu tahan api d. Refractory

7. Cross Over

Merupakan pipa-pipa yang saling berhubungan antara dua bagian heater coil.

8. Refractory Lining

Berupa lapisan dinding tahan panas yang berfungsi sebagai isolasi panas agar

dapur kehilangan panas sekecil mungkin.

9.

Stack Alat ini berfungsi untuk mengalirkan Flue gas hasil pembakaran dari dalam

furnace keluar furnace (atmosfir Umumnya terbuat dari carbon steel , suhu

stack perlu dijaga antara 350 – 500 oF. Bila suhu stack terlalu tinggi akan

mengakibatkan banyak panas terbuang dan bisa mengakibatkan stack rusak.

Jika suhu stack < 350 oF kemungkinan akan terjadi kondensasi dari air dan

gas SO2 yang terbawa oleh flue gas sehingga terbentuk H2SO4 yang sangat

korosif dan merusak semen lining maupun metal stack .


22/70


10. Damper

Plat logam untuk mengatur tekanan di excess udara pembakaran.

11. Draft Gage

Tempat pengaturan tekanan di area stack .

12. Sample Connection

Tempat untuk mengambil sampel flue gas untuk analisa laboratorium.

13. Inlet From Process

Merupakan tempat masuknya steam.

14. Tube Pulling Door

Pintu untuk mengeluarkan tube-tube.

15. Peep Door

Merupakan lubang untuk mengintip nyala api.

16. Snuffing Steam

Berfungsi untuk menghilangkan gas-gas yang ada didalam ruang pembakaran

pada saat start up.

17. Cast Burner Block

Tempat terjadinya proses pembakaran.

18. Header Box DrainTempat untuk mengkondensat steam.

19. Radian Section

Merupakan bagian Furnace dimana pemanasan tube dengan steam radiasi.

Tube menerima panas dari nyala api di ruang pembakaran maupun pantulan

panad dari batu tahan api.

2.2.7 Pembakaran

Pembakaran merupakan reaksi antara oksigen dengan bahan bakar disertai

timbul panas. Untuk terjadinya pembakaran harus tersedia unsur-unsur yang

dibutuhkan antara lain:

a. Bahan bakar : Bahan bakar adalah semua benda yang dapat mendukung

terjadinya pembakaran. Ada tiga wujud bahan bakar, yaitu padat, cair dan gas.


23/70


Untuk benda padat dan cair dibutuhkan panas pendahuluan untuk mengubah

seluruh atau sebagian darinya, ke bentuk gas agar dapat mendukung

terjadinya pembakaran.

b. Oksigen : Kebutuhan oksigen untuk pembakaran diambil dari udara

sekitar/bebas, dimana dibutuhkan paling sedikit sekitar 15% volume oksigen

dalam udara agar terjadi pembakaran.

c. Panas : Sumber panas diperlukan untuk mencapai suhu penyalaan sehingga

dapat mendukung terjadinya pembakaran.

Pembakaran pada furnace terjadi karena reaksi pembakaran antara fuel gas

maupun fuel oil dengan udara (oksigen). Fuel yang digunakan akan bereaksi dengan

oksigen yang diambil dari udara atmosferik, untuk itu mekanisme pembakaran

dibedakan menjadi tiga macam yaitu :

a. Pembakaran lengkap dan sempurna

atom “C” yang dibakar membentuk Karbon dioksida serta atom “H2” menjadi

air. Contoh reaksi pembakaran secara lengkap dan sempurna yaitu :

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O

b. Pembakaran Lengkap tapi Tidak SempurnaHasil pembakaran masih ada udara yang tersisa atau tidak semua oksigen

bereaksi. Contoh reaksi pembakaran secara lengkap tapi tidak sempurna yaitu :

CH4 + 3 O2 → CO2 + 2 H2O + O2

c. Pembakaran Tak Sempurna

Udara tidak cukup untuk proses pembakaran sehingga beberapa atom karbon

membentuk karbon monoksida. Contoh reaksi pembakaran tidak sempurna yaitu:

3CH4 + 5 O2 → CO2 + 2 CO + 6 H2O

Jumlah oksigen pada reaksi pembakaran ini dilakukan berlebih agar dapat

meyakinkan bahwa fuel dapat bereaksi secara sempurna. Reaksi yang sempurna

sesuai dengan stoikiometri dari reaksi pembakaran fuel .

C + O2 → CO2

H2 + 1/2 O2 → H2O

Pada proses transfer panas yang dihasilkan dari pembakaran sangat perlu untuk

dipertahankan kondisi di sekitar Tube agar tetap bersih dari kerak sehingga transfer


24/70


panas berlangsung dengan baik. Untuk mencapai kondisi optimal dalam

pembakaran terdapat beberapa persyaratan, antara lain :

Berada dalam “ explosion limit “

Bahan bakar dalam fase gas dan oksigen harus tercampur secara

sempurna.

Terdapatnya energy untuk penyalanya (ignition energy)

Jika panas yang dibutuhkan kecil, maka percikan api dari busi sudah

cukup, sedangkan jika panas yang dibutuhkan besar karena bahan bakar

harus diuapkan maka diperlukan nyala api yang cukup besar.

Fire Triangle

Dalam hal ini bahan bakar yang panas dapat menyebar ke lingkungan

di sekitarnya.

Agar pembakaran dapat terus berlangsung, maka syarat-syarat berikut harus

terpenuhi :

Bahan bakar yang cukup

Oksigen yang cukup

Temperatur yang cukup tinggi

Bila salah satu faktor diatas tidak terpenuhi, maka proses pembakaran tidak

mungkin terjadi.

2.2.8 Panas Pembakaran

Panas pembakaran adalah panas yang dihasilkan dari proses pembakaran bahan

bakar yang dinyatakan sebagai nilai kalori ( Heating Value) dari bahan bakar padat,

cair atau gas dapat dikatakan sebagai jumlah panas yang dihasilkan dari

pembakaran setiap kilogram bahan bakar, yang dinyatakan dalam satuan kcal/kg,kcal/m3 atau btu/lb. Nilai kalori dibedakan menjadi dua, yaitu: Higher Heating

Value (HHV) dan Lower Heating Value (LHV). Higher Heating Value (HHV)

adalah nilai panas/kalori dari hasil pembakaran bahan bakar yang tidak

memperhitungkan panas penguapan air. Lower Heating Value (LHV) adalah nilai

panas dari hasil pembakaran bahan bakar yang dikoreksi dengan memperhitungkan

panas penguapan air.


25/70


2.2.9 Perpindahan Panas

Pertukaran panas yang terjadi pada furnace terjadi secara konduksi, radiasi, dan

konveksi, yaitu :

a. Konduksi

Proses perpindahan panas secara konduksi adalah proses perpindahan

panas melalui suatu media tanpa partikel dari media tersebut ikut

bergerak. Proses ini terjadi pada dinding tube, dimana panas yang

diperoleh dari radiasi pada dinding bagian luar akan ditransfer sampai

ke dalam dinding tube aliran yang dipanaskan.

b. Radiasi

Proses perpindahan panas secara radiasi adalah proses pepindahan panas dari sumber panas ke penerima panas yang dilakukan melalui

pancaran gelombang panas. Bagian yang terkena radiasi adalah bagian

dimana nyala api dipancarkan ke arah tube.

c. Konveksi

Proses perpindahan panas secara konveksi adalah proses pepindahan

panas melalui suatu media dimana partikelnya dapat mengalir. Di

dalam furnace proses ini terjadi pada aliran udara yang dipanaskan.Panas yang diterima dari dinding bagian dalam tube akan ditrasfer ke

seluruh elemen di furnace.

Gambar 2.8 Proses perpindahan panas


26/70


2.2.10 Efisiensi Furnace

Performance suatu alat dinilai berdasarkan efisiensinya. Furnace yang baik

adalah furnace yang efisiensinya tinggi. Efisiensi tinggi dapat dicapai bila panas

yang diberikan oleh bahan bakar diserap sebanyak mungkin dan hilangnya panas

dapat ditekan pada batas minimal. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi

efisiensi furnace adalah :

1. Udara Excess

Untuk mencegah terjadinya pembakaran tidak sempurna, pada furnace

diinjeksikan udara berlebih dari kebutuhan udara teoritis. Udara excess

yang rendah akan mengakibatkan pembakaran tidak sempurna. Udara

berlebih yang tinggi juga dapat menurunkan efisiensi karena dapatmenghasilkan volume flue gas yang besar, serta pembakaran yang akan

diserap untuk menaikkan temperatur udara.

2. Panas Hilang

Kehilangan panas dapat terjadi didalam furnace, berikut beberapa hal

yang menyebabkan panas hilang didalam furnace, antara lain :

Pembakaran tidak sempurna dari fuel gas yang mengakibatkan

komponen yang tidak terbakar atau terbakar tidak sempurnaterbawa flue gas.

Temperatur flue gas yang tinggi sehingga menyebabkan panas

terbuang melalui flue gas, atau dapat dikarenakan faktor casing

furnace.

3. Peralatan Furnace

Efisiensi pada furnace dipengaruhi oleh pengoperasian alat-alat bantu

pada furnace.

Selain ketiga faktor di atas, performa furnace juga dipengaruhi oleh kondisi

operasional di lapangan. Beberapa masalah yang sering timbul dalam operasional

di lapangan antara lain :

1. Burner mati

2. Gas buang ( flue gas) berasap

3. Temperatur stack tinggi

4. Nyala api flash back (membalik)


27/70


5. Nyala api pendek

6. Panas tidak tercapai

7. Suhu permukaan tube naik

8. Nyala api miring

9. Nyala api bergelombang

10. Lidah api menyentuh tube

Beberapa permasalahan di atas dapat diketahui secara visual maupun dengan

alat ukur (indikator) yang tersedia dan harus selalu dilakukan pengecekan dan

memperhatikan kondisi operasional di lapangan sehingga apabila ditemukan.

Efisiensi secara umum dapat dikatakan sebagai perbandingan antara jumlah energi

yang diserap dengan energi yang diberikan. Salah satu metode yang digunakan

untuk menghitung nilai efisiensi pada furnace yaitu menggunakan metode efisiensi

thermal. Metode efisiensi thermal yang dilakukan menggunakan dua metode yaitu

direct method dan loss method. Loss method terdapat 2 macam versi untuk

mendapatkan efisiensi dari furnace yaitu versi API dan versi british.

Dimana untuk menghitung efisiensi tersebut digunakan cara sebagai berikut :

1.

Direct Metodh memiliki rumus

= ℎ × 1 0 0 =∑ × × ∆

∑ × ×100Keterangan :

m = mass flow, ton/hour

Cp = Specific heat , kcal/kg

ΔT = Perbedaan temperatur fuel , ˚C

HHV = Higher Heating Value dari fuel gas yang dibakar, kcal/kg fuel

2. Loss method

Terdapat dua macam versi untuk mengitung efisiensi dengan menggunakan

loss metodh yaitu

a. Loss Metodh versi british mempunyai rumus

= 100% % % % % = −

30,6 1 2 /

= + 4,2 25 – 2 2442 1,88 1 2 5


28/70


= 33820 Radiation & Convection Loss

= 1,88 – 0,4288

Keterangan :

CO2 & CO = % V di flue gas

C & S = % M di fuel

CiA = % C di Ash

T1 = Temperatur stack , ˚C

T2 = Temperatur udara (30˚C)

M = % moisture di fuelH = % hidorgen di fuel

T2 = Temperatur ambient (32˚C)

i = % C di ash

A = % dry ash terhadap fuel

Lrc = % loss

Ms = kapsitas boiler , kg/s

b.

Sedangkan loss method versi API mempunyai rumus= ×100

atau,

ℎ

Sehingga dapat dihitung nilai efisiensinya yaitu :

= ×100 Keterangan :

eff = efficiency, %

LHV = Lower Heating Value dari fuel gas yang dibakar, btu/lb fuel

Ha = koreksi panas udara, btu/lb fuel

Hf = koreksi panas fuel , btu/lb fuel

Hm = koreksi panas atomizing medium, lb medium/lb fuel fuel


29/70


Qr = panas yang hilang karena radiasi, btu/lb fuel

Qm = Stack Heat Losses, btu/lb fuel

Untuk optimasi opersasi efisiensi furnace bisa dengan beberapa cara, sebagai

berikut :

Pengaturan Flame Pattern

Pengaturan nyala api sangat penting, karena apa bila nyala api tidak baik

akan mengakibatkan lidah api menjilat tube coil, refractory atau plate

( flame impingement ) sehingga menimbulkan hot spot pada tube oil bahkan

akibat lebih lanjut menimbulkan kerusakan

Pengaturan Pressure Atomizing Steam Dan Fuel oil

Untuk memperoleh operasi pembakaran burner fuel oil yang baik perlu

dilakukan pengaturan pressure atomizing steam dan fuel oil . Beda tekanan

(diff pressure) antara steam atomizing dengan fuel oil diatur sekitar dua

sampai dua setengah kg/cm2 dengan tekanan 1 atm. Steam lebih tinggi dari

fuel oil akan mendapatkan flame yang baik dan optimum.

Pengolahan Bahan Bakar

Sumber fuel gas berdasarkan dari refinary off gas kilang itu sendiri dan

natural gas ex lapangan hulu sebagai back up bila terjadi kekurangan

pasokan atau pada saat start up operasi. Dan untuk pengolahan fuel oil

sistem dirancang untuk menjamin kontuniunitas pasokan fuel oil ke furnace

dengan fasilitas tangki timbun fuel oil , peralatan pompa yang dilengkapi

strainer, dan heat exchanger untuk menjaga temoperatur fuel oil sesuai

dengan kondisi yang diinginkan.


30/70


2.3 Pompa

Pompa digunakan untuk mengalirkan aliran fluida cair berupa crude di CDU,

pompa yang digunkan adalah tipe pompa sentrifugal. Oleh karena itu, dalam bab

ini akan dijabarkan tentang deskripsi umum pompa dan pompa sentrifugal.

2.3.1 Deskripsi Umum Pompa

A. Pengertian Pompa

Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan suatu

fluida dari suatu tempat ke tempat yang lain dengan memberikan gaya tekan

terhadap zat yang akan dipindahkan. Pompa menaikkan tekanan fluida antara

bagian masuk ( suction) dengan bagian keluar (discharge) yang fungsinya

mengubah energi mekanis dari suatu sumber tenaga (penggerak) menjadienergi kinetis (kecepatan), dimana energi ini berguna untuk mengalirkan

cairan dan mengatasi hambatan yang ada sepanjang pengaliran. Kenaikan

tekanan fluida tersebut digunakan untuk mengatasi hambatan- hambatan

pengaliran. Hambatan-hambatan pengaliran itu dapat berupa perbedaan

tekanan, perbedaan ketinggian atau hambatan gesek.

B. Fungsi Pompa

Memindahkan fluida dari suatu tempat ke tempat lain yang lebih

tinggi tekanannya.

Memindahkan fluida dari suatu tempat ke tempat lain dengan jarak

tertentu.

Untuk sirkulasi, pompa merupakan alat untuk memindahkan fluida

yang paling efektif sehingga penggunaannya cukup luas, khususnya

pada sektor industri kimia, industri minyak, industri kertas, industri

tekstil dan lain-lain. Pompa juga dipakai pada motor bakar yaitu sebagai pompa pelumas, bensin atau air pendingin. Jadi pompa sangat penting

untuk kehidupan manusia secara langsung yang dipakai di rumah

tangga atau tidak langsung seperti pada pemakaian pompa di industri.

C. Cara Kerja Pompa

Cara kerja pompa, yaitu cairan masuk ke impeller dengan arah

aksial melalui mata impeller (impeller eye) dan bergerak ke arah radial

diantara sudu-sudu impeller (impeller vanes), hingga cairan tersebut keluar


31/70


dari diameter luar impeller . Ketika cairan tersebut meninggalkan impeller ,

cairan tersebut dikumpulkan didalam rumah pompa (casing ). Salah satu

desain casing dibentuk seperti spiral yang mengumpulkan cairan dari

impeller dan mengarahkannya ke discharge nozzle. Discharge nozzle

dibentuk seperti suatu kerucut sehingga kecepatan aliran yang tinggi dari

impeller secara bertahap turun. Kerucut ini disebut diffuser . Pada waktu

penurunan kecepatan di dalam diffuser , energi kecepatan pada aliran cairan

diubah menjadi energi tekanan.

D. Klasifikasi Pompa

Pompa dapat diklasifikasikan dalam beberapa cara yang berbeda,misalnya berdasarkan kondisi kerjanya, cairan yang dilayani / dipindahkan,

bentuk elemen yang bergerak, jenis penggeraknya, serta berdasarkan cara

menghantar fluida dari pipa hisap ke pipa tekan. Namun secara umum

pompa dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

Gambar 2. 9 Bagan Klasifikasi Pompa

1. Pompa Kerja Dinamik

Pompa ini disebut juga dengan “ Non Positive Displacement Pump“,

pompa tekanan dinamis terdiri dari poros, sudu-sudu impeler, rumah volute,

dan saluran keluar. Energi mekanis dari luar diberikan pada poros pompa

untuk memutar impeler. Akibat putaran dari impeler menyebabkan head dari

fluida menjadi lebih tinggi karena mengalami percepatan. Dua jenis pada


32/70


pompa dinamik ini antara lain:

a. Pompa Sentrifugal

Jenis pompa sentrifugal merupakan pompa yang sangat umum

dikalangan masyarakat dan digunakan untuk pemompaan fluida dalam

berbagai penggunaan industri. Pompa sentrifugal biasanya lebih dari

75% dipasang disebuah industri. Pada pompa sentrifugal, energi

penggerak dari bagian luar diberikan kepada poros dan kemudian

berfungsi untuk menggerakkan baling-baling pada bagian dalam pompa

yang disebut impeler.

b. Pompa Pengaruh Khusus

Selain pompa sentrifugal, pada bagian pompa dinamik juga terdapat

pompa dengan pengaruh khusus atau special effect pump yang

digunakan untuk keperluan terntentu. Contohnya seperti: pompa jet,

pompa gas lift, pompa hidrolik ram.

2. Pompa Kerja Positif

Pompa perpindahan positif atau positive displacement pump adalah

perpindahan fluida dari suatu tempat ke tempat lain disebabkan perubahan

volume ruang kerja pompa yang diakibatkan oleh gerakan elemen pompayaitu maju-mundur (bolak-balik) atau berputar (rotary). Dengan perubahan

volume tersebut maka fluida pada bagian keluar (discharge) mempunyai

tekanan yang lebih besar dibanding pada bagian masuk ( suction) dan

konsekuensinya kapasitas yang dihasilkan sesuai volume yang dipindahkan.

Pompa ini disebut juga dengan pompa aksi positif. Energi mekanik dari

putaran poros pompa dirubah menjadi energi tekanan untuk memompakan

fluida. Pada pompa jenis ini dihasilkan head yang tinggi tetapi kapasitasyang dihasilkan rendah. Ciri-ciri umum pompa positif adalah:

Head yang dihasilkan relatif tinggi dibanding dengan kapasitas.

Mampu beroperasi pada suction yang kering, sehingga tidak

memerlukan proses priming.

Kapasitas atau aliran zat cair tidak berkelanjutan.

Adapun yang termasuk dalam jenis positive displacement pump atau

pompa perpindahan positif ini dijelaskan sebagai berikut.


33/70


a. Pompa Reciprocating

Pompa Reciprocating, perpindahan dilakukan oleh maju mundurnya

jarum piston. Pompa reciprocating merupakan pompa bolak-balik

yang dirancang untuk menghasilkan kapasitas yang cukup besar dan

merupakan pompa yang mengubah energi mekanis penggeraknya

menjadi energi aliran fluida dengan menggunakan bagian pompa

yang bergerak bolak-balik di dalam silinder.

b. Pompa Rotary

Pompa Rotary merupakan salah satu pompa positive displacement

pumps dimana energi ditransmisikan dari motor penggerak ke fluida

oleh suatu bagian (elemen) yang mempunyai gerakan berputar di

dalam rumah pompa. Pompa jenis ini sebagai ganti penerus

fluida pompa sentrifugal, pompa berputar akan merangkap

fluida, mendorongnya melalui rumah pompa yang tertutup.

Hampir sama dengan piston pompa torak akan tetapi tidak seperti

pompa torak ( piston), pompa berputar mengeluarkan fluida dengan

aliran yang lancar ( smooth).

2.3.2 Pompa Sentrifugal

A. Pengertian Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal merupakan salah satu jenis pompa kerja dinamis

yang prinsip kerjanya mengubah energi kinetik (kecepatan) cairan

menjadi energi potensial melalui suatu impeller yang berputar dalam casing.

Gaya sentrifugal yang timbul karena adanya gerakan sebuah benda atau

partikel melalui lintasan lengkung (melingkar). Pompa sentrifugal merupakan pompa kerja dinamis yang paling banyak digunakan karena mempunyai

bentuk yang sederhana dan harga yang relatif murah. Keuntungan pompa

sentrifugal dibandingkan jenis pompa perpindahan positif adalah gerakan

impeler yang kontinyu menyebabkan aliran tunak dan tidak berpulsa,

keandalan operasi tinggi disebabkan gerakan elemen yang sederhana dan

tidak adanya katup- katup, kemampuan untuk beroperasi pada putaran tinggi,

yang dapat dikopel dengan motor listrik, motor bakar atau turbin uap ukuran


34/70


kecil sehingga hanya membutuhkan ruang yang kecil, lebih ringan dan biaya

instalasi ringan, harga murah dan biaya perawatan murah.

Gambar 2. 10 Lintasan Aliran Cairan Pompa Sentrifugal

B.

Cara Kerja Pompa Sentrifugal Multistage

Pompa sentrifugal digunakan untuk memberikan atau menambah

kecepatan pada cairan dan kemudian merubahnya menjadi energi tekan.

Pompa sentrifugal, seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 1.1 dibawah ini.

Gambar 2.11 Arah Aliran Fluida Dalam Pompa Sentrifugal

Pompa jenis ini dipilih bila diperlukan head pemompaan yang tinggi

dimana single stage pump tidak ekonomis. Pompa ini mampu beroperasi

sampai head 3000 psia dan kapasitas pemompaan sampai 3000 gallon per

menit. Dalam pompa terdapat beberapa buah impeller yang dipasang secara

seri dalam satu poros. Total head yang ditimbulkan oleh pompa jenis ini sama


35/70


dengan jumlah head yang dihasilkan masing-masing impeller. Tetapi

kapasitasnya sama dengan kapasitas yang melalui satu buah impeller.

Cairan dipaksa masuk ke sebuah impeller. Daya dari luar diberikan

kepada poros pompa untuk memutar impeller yang ada berada dalam cairan

tadi. Apabila impeller berputar maka zat cair yang ada dakam impeller akan

ikut berputar akibat dorongan sudu – sudu pada impeller . Karena timbul gaya

sentrifugal maka zat cair mengalir dari tengah impeller menuju keluar

melalui saluran diantara sudu – sudu dengan kecepatan tinggi. Zat

cair yang meninggalkan impeller tersebut dikumpulkan di dalam rumah

pompa (casing ) yang berbentuk spiral atau biasanya disebut volut yang

tugasnya mengumpulkan cairan dari impeller dan mengarahkan ke discharge

nozzel . Discharge nozzel berbentuk seperti kerucut sehingga kecepatan aliran

yang tinggi dari impeller bertahap turun, kerucut ini disebut diffuser . Papa

waktu penurunan kecepatan di dalam diffuser energi kecepatan pada aliran

cairan diubah menjadi energi tekan.

Jadi impeller pompa berfungsi memberikan kerja pada zat cair sehingga

energi yang dikandungnya akan menjadi lebih besar. Selisih energi per satuan

berat atau head total zat cair antara flens isap dan flens keluar pompa disebuthead total pompa.

Gambar 2.12 Nomenklatur Impeller


36/70


C. Komponen-Komponen Pompa Sentrifugal

Secara umum bagian – bagian utama pompa sentrifugal dapat

dilihat seperti gambar berikut :

Gambar 2.13 Komponen Utama Pompa Sentrifugal

a. Stuffing Box

Stuffing Box berfungsi untuk menerima kebocoran pada daerah dimana poros pompa menembus casing

b. Packing

Digunakan untuk mencegah dan mengurangi bocoran cairan dari casing

pompa melalui poros.

c. Shaft (poros)

Poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak

selama beroperasi dan tempat kedudukan impeller dan bagian – bagian berputar lainnya.

d. Shaft sleeve

Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan

keausan pada stuffing box.

e. Vane

Sudu dari impeller sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller.


37/70


f. Casing

Merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai

pelindung elemen yang berputar, tempat kedudukan diffuser (guide

vane), inlet dan outlet nozel serta tempat memberikan arah aliran dari

impeller dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi

dinamis (single stage).

g. Eye of Impeller

Bagian sisi masuk pada arah isap impeller.

h. Impeller

Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa

menjadi energi kecepatan pada cairan yang dipompakan secarakontinyu, sehingga cairan pada sisi isap secara terus menerus akan

masuk mengisi kekosongan akibat perpindahan dari cairan yang

masuk sebelumnya.

i. Chasing Wear Ring

Chasing Wear Ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan

yang melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang

impeller, dengan cara memperkecil celah antara casing denganimpeller.

j. Discharge Nozzle

Discharge Nozzle berfungsi untuk mengeluarkan cairan dari impeller.

Di dalam nosel ini sebagian head kecepatan aliran diubah menjadi

head tekanan.

D. Klasifikasi Pompa Sentrifugal

1. Menurut jenis aliran dalam impeller

a. Pompa aliran radial

Pompa ini mempunyai konstruksi sedemikian sehingga aliran zat cair

yang keluar dari impeler akan tegak lurus poros pompa (arah radial).


38/70


Gambar 2.13 Pompa sentrifugal aliran radial

b. Pompa aliran campur

Aliran zat cair didalam pompa waktu meninggalkan impeler

akan bergerak sepanjang permukaan kerucut (miring) sehingga

komponen kecepatannya berarah radial dan aksial.

Gambar 2.14 Pompa sentrifugal aliran campur .

a. Pompa aliran aksial

Aliran zat cair yang meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang

permukaan silinder (arah aksial)

Gambar 2.15 Pompa aliran aksial


39/70


2. Menurut Jenis Impeler

a. Impeler tertutup

Sudu-sudu ditutup oleh dua buah dinding yang merupakan satu

kesatuan, digunakan untuk pemompaan zat cair yang bersih atau sedikitmengandung kotoran.

Gambar 2. 16 Impeler

b. Impeler setengah terbuka

Impeler jenis ini terbuka disebelah sisi masuk (depan) dan tertutup di

sebelah belakangnya. Sesuai untuk memompa zat cair yang sedikit

mengandung kotoran misalnya : air yang mengandung pasir, zat cair yangmengauskan, slurry, dll

c. Impeler terbuka

Impeler jenis ini tidak ada dindingnya di depan maupun di belakang.

Bagian belakang ada sedikit dinding yang disisakan untuk memperkuat

sudu. Jenis ini banyak digunakan untuk pemompaan zat cair yang banyak

mengandung kotoran.

3. Menurut Bentuk Rumah

a. Pompa volute

Bentuk rumah pompanya seperti rumah keong/siput (volute), sehingga

kecepatan aliran keluar bisa dikurangi dan dihasilkan kenaikan tekanan.


40/70


Gambar 2. 17 Pompa volut

b. Pompa diffuser

Pada keliling luar impeler dipasang sudu diffuser sebagai pengganti

rumah keong.

Gambar 2. 18 Pompa difuserc. Pompa aliran campur jenis volut

Pompa ini mempunyai impeler jenis aliran campur dan sebuah rumah

volut.

4. Menurut jumlah tingkat

a. Pompa satu tingkat

Pompa ini hanya mempunyai satu impeler. Head total yang ditimbulkan

hanya berasal dari satu impeler, jadi relatif rendah. b. Pompa bertingkat banyak

Pompa ini menggunakan beberapa impeler yang dipasang secara

berderet (seri) pada satu poros. Zat cair yang keluar dari impeler

pertama dimasukkan ke impeler berikutnya dan seterusnya hingga

impeler terakhir. Head total pompa ini merupakan jumlahan dari head

yang ditimbulkan oleh masing ‐ masing impeler sehingga relatif tinggi.


41/70


5. Menurut letak poros

Menurut letak porosnya, pompa dapat dibedakan menjadi poros

horisontal dan poros vertikal seperti pada gambar berikut ini:

a. (b)

Gambar 2. 19 Poros Pompa (a) Poros Vertikal dan (b) Poros Horisontal

E. Efisiensi Pompa

Parameter unjuk kerja pompa berdasarkan sistem perpompaan terdiri

dari Kapasitas, Head sistem , Daya, Efisiensi dan NPSHa.

Gambar 2. 20 Instalasi Sistem Pemompaan


42/70


Keterangan gambar :

Zs (-) : Tinggi hisap statis / statis suction lift (m)

Zs (+) : Tinggi hisap dinamis / statis suction head (m)

Zd : Tinggi tekan statis / statis discharge head (m)

Zt : Tinggi total statis / statis total head (m)

Pa : Tekanan udara luar, 1 atm = 1,033 (

)

Md : Manometer discharge / discharge pressure gauge (

)

Ms : Manometer suction / suction pressure discharge (

Y : Beda tinggi antara Md dan Ms (m)

Po : Bila tekanan dalam bejana tertutup ( a. Kapasitas

Kapasitas pompa adalah sejumlah volume cairan yang dihasilkan

pompa secara continue dalam tiap satuan waktu. Kapasitas yang dihasilkan

pompa ditentukan berdasarkan kebutuhan proses dengan mempertimbangkan

operasi jangka panjang. Dinyatakan dalam satuan volume per satuan waktu,

seperti Barel per day (BPD), Galon per menit (GPM) dan Cubic meter per

hour (m3/hr)

b. Head

Head adalah energi setiap satuan berat dengan unit satuan panjang.

Sedangkan yang dimaksud head pompa adalah head total yaitu head pada sisi

discharge dengan sisi suction. Atau juga dapat diartikan sebagai tinggi energi

angkat atau dapat dinyatakan sebagai satuan untuk energi pompa per satuan

berat fluida, sehingga persamaannya sebagai berikut:

=

2 Dan

=

2

Head total pompa dinyatakan dengan satuan panjang / tinggi kolom

cairan. Berdasarkan sistem perpompaan terdapat beberapa head dan

dihitung berdasarkan instalasi, sebagai berikut :


43/70


= ɳ =∆ɳ

ɳ =

2 ℎ

c. Daya Pompa

Daya pompa adalah besarnya energi persatuan waktu atau kecepatan

melakukan kerja. Pada instalasi pompa ada beberapa pengertian daya, yaitu :

Daya Fluida / Water Horse Power

Daya fluida / daya hidrolik adalah daya yang dibutuhkan untuk

mengalirkan sejumlah zat cair. Daya fluida dapat dihitung dengan

rumus : = ̇ ∆ Daya Poros Pompa/ Brake Horse Power

Daya poros pompa adalah daya diberikan kepada impeller

atau daya yang harus disediakan oleh mesin penggerak pompa

(motor) untuk memindahkan fluida ke suatu tempat. Besarnya daya

poros dapat dihitung dengan rumus :

= ̇ = ̇ɳ ∆ Daya Penggerak

Daya penggerak adalah daya yang dikeluarkan oleh penggerak.

d. Efisiensi Pompa

Efisiensi pompa sentrifugal adalah perbandingan antara daya fluida

dengan daya poros. Sehingga dapat dihitung dengan rumus :

ɳ =

atau ɳ = 100%

e. Net Positive Suction Head (NPSH)

NPSH merupakan head netto pada suction flange suatu pompa setelah

head positif yang menyebabkan cairan masuk ke dalam pompa dikurangi


44/70


semua head negatif yang menghalangi masuknya cairan tersebut. NPSHa

dapat dihitung menggunakan rumus :

=1 (

ℎ)

Atau

= (

ℎ) Satuan NPSH adalah meter (m). agar pompa dapat beroperasi dengan

baik, maka dalam pemilihan pompa dipersyaratkan NPSHr < NPSHa atau

NPSHa > NPSH.

f. Head Loss Pipa

Friction loss pipa terjadi karena disebabkan gesekan antara air dengan

permukaan dalam pipa, sehingga menimbulkan gaya gesek dan gaya gesek

inilah yang meyebabkan hambatan pada tekanan pompa. Besarnya friction

loss pipa tergantung dari jenis material, diameter, dan panjang pipa.

Dengan menggunakan pendekatan metode Hazen William maka formulasi

untuk menentukan besarnya friction loss adalah sebagai berikut :


45/70


Tabel 2.3 Material Pipa


46/70


BAB III

METODOLOGI PERHITUNGAN

3.1. Pengumpulan Data

Langkah awal penulis adalah pengumpulan data primer dan data sekunder.

Data tersebut didapatkan dari data PI, data lapangan, data dari energy con and loss

dan dari Distributed Control System (DCS).a. Alat Ukur yang Digunakan

Pengukuran data di lapangan dapat dilakukan dengan 2 (dua) metode :

Manual (thermo gun atau indicator temperatur, pressure gauge atau

indicator tekanan, flowmeter, amperemeter, dan voltameter)

Automatic (data diambil dari PI)

b. Prosedur Pengukuran dan Pengambilan Data

Pengukuran dan pengambilan data dilakukan dengan beberapa parametersebagai berikut :

Memperhatikan prosedur operasi yang dijalankan

Kondisi CDU normal operasi pada tanggal 1-31 Januari 2016 (kapasitas

data diambil harian selama 1 bulan)

Fire heater (11-F-101), data diambil menggunakan alat ukur automatic

(PI) berupa laju alir (crude, fuel oil, fuel gas), temperature (inlet, outlet,

stack fire heater), konsentrasi O2, data properties (crude, fuel oil, fuelgas).

Pompa utama yaitu feed pump (11-P-101), data diambil dengan alat

ukur manual berupa indicator yang terpasang di pompa (ampere,

voltase, beban, tekanan suction dan discharge, temperatur) dan alat ukur

automatic berupa PI untuk laju alir fluida.

Data konsumsi total steam CDU diambil menggunakan alat ukur

automatic (PI).


47/70


Data Energy

Berikut adalah data energy rata-rata elama bulan Januari yang akan ditampilkan

pada table berikut:

Tabel 3.1 konsumsi energy unit CDU pada bulan Januari 2016

Crude (MB/hr) 4.92

Steam (ton/hr)

MP (ton/hr) 22.05

LP (ton/hr) 11.01

total (ton/hr) 33.06

Intensitas steam (ton/MB) 6.727237996

Listrik (MW/hr) 3.26

intensitas listrik (MW/MB) 0.66

fuel (Kcal/hr) 49921276.58

intensitas fuel (Kcal/MB) 10156275.23

Produksi steam (ton/hr) 1008.179332

produksi fuel (kcal/jam) 1880789799

Tabel 3.2 Data Primer Pompa 11-P101

Tanggal

Flow

(ton/hr)

T

(oC)

SG

crude

P disch

kg/cm2g

P suct

kg/cm2g

Amper

(A)

Volt

(kV) cos Q

1/1/2016 705.588 53.14 0.8922 25 2.2 141 3.1 0.85

1/2/2016 700.282 53.23 0.8932 22.8 2.2 142 3.1 0.85

1/3/2016 706.452 54.97 0.8947 22.6 2.1 142 3.1 0.85

1/4/2016 682.888 55.56 0.8973 22.9 2.3 141 3.1 0.85

1/5/2016 686.251 55.45 0.8961 23.5 2.4 142 3.1 0.85

1/6/2016 691.424 54.37 0.898 22.8 2.5 143 3.1 0.85

1/7/2016 695.26 53.19 0.8964 24.1 2.6 142 3.1 0.85

1/8/2016 697.484 52.55 0.8966 24.9 2.3 142 3.1 0.85

1/9/2016 698.59 52.23 0.8928 22.6 2.2 144 3.1 0.85

1/10/2016 699.588 52.13 0.8908 22.8 2.2 142 3.1 0.85

1/11/2016 700.283 52.27 0.8914 23.4 2.1 142 3.1 0.85

1/12/2016 698.999 52.57 0.8905 23.7 2.9 143 3.1 0.85

1/13/2016 699.265 52.85 0.8921 25 2.8 142 3.1 0.85

1/14/2016 699.65 53.09 0.8906 23.2 2.3 141 3.1 0.85

1/15/2016 698.668 53.36 0.8895 23.1 2.1 142 3.1 0.85

1/16/2016 699.023 53.48 0.8918 22.6 2.1 142 3.1 0.85


48/70


Tanggal

Flow

(ton/hr)

T

(oC)

SG

crude

P disch

kg/cm2g

P suct

kg/cm2g

Amper

(A)

Volt

(kV) cos Q

1/17/2016 699.358 53.47 0.8895 22.8 2.1 143 3.1 0.85

1/18/2016 699.654 53.52 0.8854 22.6 2.3 142 3.1 0.851/19/2016 699.574 53.61 0.881 22.6 2.4 142 3.1 0.85

1/20/2016 699.311 53.64 0.8856 23.6 2.5 141 3.1 0.85

1/21/2016 699.394 53.62 0.8948 23.8 2.1 141 3.1 0.85

1/22/2016 699.579 53.51 0.8966 23.2 2.1 142 3.1 0.85

1/23/2016 699.893 53.41 0.8958 22.9 2.2 143 3.1 0.85

1/24/2016 700.111 53.31 0.8948 23.3 2.2 142 3.1 0.85

1/25/2016 700.471 53.25 0.8885 22.7 2.6 142 3.1 0.85

1/26/2016 700.555 53.19 0.8874 22.6 2.4 145 3.1 0.85

1/27/2016 700.661 53.21 0.8902 22.7 2.5 144 3.1 0.85

1/28/2016 700.77 53.24 0.8909 22.7 2.8 144 3.1 0.85

1/29/2016 700.022 53.29 0.8895 22.8 2.9 145 3.1 0.85

1/30/2016 700.083 53.33 0.8935 22.8 2.4 142 3.1 0.85

1/31/2016 700.283 53.37 0.8913 22.9 2.3 142 3.1 0.85

Average 698.69 53.40 0.89 23.19 2.36 142.35 3.10 0.85

Data Furnace:

Tabel 3.3 Komposisi pada fuel gas dan fuel oilParameter Satuan *Average

Analisa Fuel Gas

NH3. % vol -

H2S. % vol 15.63

H2 % vol 44.65

Oxygen/Argon. % vol 0.01

N2 % vol 3.10

CO % vol 0.42

CO2 % vol 1.08

CH4 % vol 34.64

C2H6 % vol 5.84

C2H6 % vol 1.54

C3H8 % vol 3.02

C3H6 % vol 1.14

iC4H10 % vol 1.34

nC4H10 % vol 2.03

1C4H8 % vol 0.15


49/70


Parameter Satuan *Average

iC4H8 % vol 0.18

tC4H8 % vol 0.19

cC4H8 % vol 0.10

1,3C4H7 % vol -

iC5H12 % vol 0.28

nC5H12 % vol 0.13

C6H14 % vol 0.17

Total Normalisasi 116.52

NHV Gas BTU/CUFT 793.32

GHV Gas BTU/CUFT 880.03

Kcal/kg 11,953.35

Molecular Weight gr/mol 14.64Moisture ppm 100

% 0.01

SG 0.51

Analisa Fuel Oil

Low Heating Value (LHV) BTU_LB 18283.83871

High Heating Value (HHV) BTU_LB 19477.19355

Kcal/kg 10907.22839

Density 15 Â°C of sample KG_M3

Specific Grafity, 60/60°F 0.93

API 20.29

Ash Content, % Wt % Wt 0.02

Sulphur Content, % Wt % Wt 0.26

Water Content, % Vol % Vol 0.203225806

Visco Kinematic 50°C C

Visco Kinematic 100°C C

C/H Ratio 7.32% Carbon 87.73

% Hydrogen 11.98

Ket : * Average merupakan nilai-nilai dari parameter yang dirata-ratakan dari

tanggal 1-31 Januari 2016.


50/70


Tabel 3.4 Merupakan data Tambahan Untuk perhitungan Efisiensi Furnace

Parameter Satuan *Nilai

Data-data Stream

Temp. Crude Oil Inleto

C 237.14Temp. Crude Oil Outlet oC 354.76

Flow Crude Oil Ton/hr 652.97

Cp Crude Oil kCal/kg 0.58

SG Crude Oil 0.892

Temp. Stack oC 237.14

Temp. Fuel oC 117.62

Fuel Oil Ton/hr 0.74

Fuel Gas NM3/hr 5536.37

Cp Crude Oil kCal/kg 0.58

Ket : *Nilai dari parameter-parameter diatas merupakan nilai dari data yang dirata-

ratakan dari tanggal 1-31 Januari 2016.

3.2 Perhitungan dan Pengolahan Data

A. Energi

Mencari intensitas energi = B. Feed Pump 11-P-101

1. Menghitung Daya

= × ×cos ×3/ 2. Menghitung Power (HP)

= 2.361 × – × . × /39603. Menghitung efisiensi

= 100 × × 0.746/

C. Furnace 11-F-101

Pengolahan data diawali dengan menyusun neraca massa dan energi, kemudian

dilanjutkan dengan menghitung efisiensi. Langkah perhitungannya, sebagai

berikut:

1. Menentukan basis

2. Menentukan sistem dan membuat skemanya.


51/70


3. Menghitung efisiensi dengan menggunakan direct methods dan loss method

versi british

Berikut adalah uraian dari langkah-langkahnya yaitu :

1. Menentukan Basis Operasi

Basis yang dipilih adalah 1 jam operasi untuk memudahkan

perhitungan.

2. Menentukan Sistem dan Membuat Skema

Pada tabel 3.1 telah dicantumkan data tambahan furnace untuk menunjang

perhitungan pada langkah berikutnya. Pada tabel tersebut, diketahui bahwa flow

fuel gas masih dalam satuan Nm3/jam. Untuk memudahkan perhitungan, maka

satuan tersebut diubah menjadi satuan mol : Flow fuel gas = 5536,37 Nm3/Jam

=5536.37 3

22,4 3/ =247,16

ℎ

Sehingga didapatkan flow dari fuel gas adalah :

× ℎ = 247,16 ℎ × 14.64 /

= 3618,4224 /ℎ = 3,618 /ℎ

Gambar 3.1 Skema Sistem Furnace

3. Menghitung Efisiensi

a. Direct Method

= ℎ

× 1 0 0 = ∑ × × ∆

∑ × ×100


52/70


= 652.97 ton/hr×1000× 0.58kcal/kg×3552380.74ton/hr×19477.19355 3,618

ℎ× 880.03×1000

= 4454236251322560 =86,87%

b. loss Metodh versi british

= 100% % % % % = −

30,6 1 2 /

= + 4,2 25 – 2 2442 1,88 1 2 5

= 33820 Radiation & Convection Loss

= 1,88 – 0,4288

Dengan menggunakan data yang telah diketahui diats dan dengan menggunakan

rumus yang sudah diketahui untuk mencari effisiensi loss method diatas maka akan

didapat effisiensi rata-rata sebesar 87.57%


53/70


BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Distribusi Pemakaian Energi

4.1.1 Hasil Pemakaian energi pada unit CDU

Crude (MB/hr) 4.92

Steam (ton/hr)MP (ton/hr) 22.05LP (ton/hr) 11.01total (ton/hr) 33.06Intensitas steam (ton/MB) 6.727237996Listrik (MW/hr) 3.26intensitas listrik (MW/MB) 0.66fuel (Kcal/hr) 49921276.58intensitas fuel (Kcal/MB) 10156275.23

Produksi steam (ton/hr) 1008.179332 produksi fuel (kcal/jam) 1880789799

Tabel 4.1 Pemakaian energi rata-rata tanggal 1-31 Januari 2016

4.1.2 Pembahasan Konversi Energi

1. Energi Fuel

Rata-rata konsumsi fuel per hari adalah 49.92 juta kCal/jam (fuel oil

17.02% dan fuel gas 82.98%) Intensitas fuel mengalami fluktuasi setiap harinya, intensitas paling

tinggi yaitu pada tanggal 3 januari sebesar 10.8 kCal/hr dan yang

terendah pada tanggal 12 januari yaitu sebesar 9.94 kCal/hr, hal ini

sejalan dengan fluktuasi dari feed (crude) setiap harinya.


54/70


Gambar 4.1 Grafik hubungan antara Crude (MB/hr) VS Durasi (hr)

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara intensitas (kcalx106/MB) VS Durasi(hr)

Rata-rata intensitas fuel 10.16 kCal/MB dengan kecenderungan

intensitas energy R 2 yaitu 0.3404 dengan indikasi kinerja pengelolaan

energy tidak terlalu baik.

48,000,000

48,500,000

49,000,000

49,500,000

50,000,000

50,500,000

51,000,000

51,500,000

52,000,000

5.20

5.22

5.24

5.26

5.28

5.30

0 5 10 15 20 25 30

F u e l ( k C a l / h )

C r u d e ( M B / h )

Durasi (hari)

Fuel

9.80

10.00

10.20

10.40

10.60

0 5 10 15 20 25 30

I n t e n s i t a s ( k C

a l x 1 0 ^ 6 / M B )

Durasi (hari)

Fuel


55/70


Gambar 4.3 Grafik hubungan antara intensitas fuel (Kcalx106/MB) VS produksi

fuel (kcal/jam)

2. Energy SteamKonsumsi energy steam rata-rata per hari di CDU adalah 33.06 ton/jam dengan

perbandingan untuk MP dan LP steam yaitu 66.69% dan 33.31% dengan konsumsi

steam terbesar digunakan untuk 11-P-109 (AR pump) yaitu 55% (18.02 ton/jam)

Gambar 4.4 Konsumsi Energi Steam Total

Intensitas steam rata-rata CDU per hari adalah 6.73 ton/MB dimana

terdapat trending fluktuasi yang cenderung mengalami penurunan saat

durasi ke 1 hingga 17 hal ini sejalan dengan pemakaian steam di kolom

dan pompa yang mengikuti perubahan kondisi operasi unit yang sejalan

dengan jumlah crude yang masuk.

y = 0.1027x + 5.0306R² = 0.3404

9.80

9.90

10.00

10.10

10.20

10.30 10.40

10.50

10.60

48.00 48.50 49.00 49.50 50.00 50.50 51.00 51.50 52.00 I n t e n s i t a s ( 1 0 ^ 6 k C a l / M

B )

Produksi (10^6 kCal/jam)

Intensitas vs Produksi

MPS to 11-P-104 (TPA

Pump), 12%

MPS to 11-P-109 (AR pump), 55%

Stripping steam to 11-C-101, 28%

Stripping steam to

11-C-102, 3%

Stripping steam to 11-C-103, 2%

Konsumsi Energi Steam Total


56/70


Gambar 4.5 Konsumsi Steam Total

Gambar 4.6 Grafik Hubungan Antara intensitas Steam (ton/MB) VS Durasi (hari)

Kecenderungan intensitas energy per produksi yaitu R 2 0.5762

mengindikasikan kinerja pengelolaan energy kurang efisien karena (R 2 < 0.7)

31.00

32.00

33.00

34.00

35.00

5.20

5.22

5.24

5.26

5.28

5.30

0 5 10 15 20 25 30

S t e a m ( t o n

/ h )

C r u d e ( M B / h )

Durasi (hari)

Steam

6.19

6.39

6.59

6.79

6.99

7.19

7.39

0 5 10 15 20 25 30

I n t e n s i t a s ( t o n / M B )

Durasi (hari)

Steam

y = 0.1791x + 0.8048R² = 0.5762

6.000

6.300

6.600

6.900

7.200

7.500

30.00 31.00 32.00 33.00 34.00 35.00 36.00

I n t e n s i t a s ( t o n / M B )

Produksi (ton/jam)

Intensitas vs Produksi


57/70


Gambar 4.7 Grafik hubungan antara intensitas listrik (ton/MB) VS produksi

(ton/jam)

3. Energy Listrik

Konsumsi listrik rata-rata yang digunakan di CDU adalah 3.26 MW/jam

Pada gambar 5.7 terdapat trending penurunan dari durasi ke-4 hingga

20 sebesar 0.39 MW/jam dan mengalami kenaikan kembali pada durasi

ke 21 Hal ini juga selaras dengan penurunan pada totsl konsumsi listrik

terhadap crude.

Gambar 4.8 Total konsumsi listrik dan crude

Gambar 4.9 Grafik hubungan antara intensitas listrik (MW/MB) VS Durasi (hari)

2.90

3.00

3.10

3.20

3.30

3.40

3.50

3.60

5.20

5.22

5.24

5.26

5.28

5.30

0 5 10 15 20 25 30

L i s t r i k ( M w / h )

C r u d e ( M B / h )

Durasi (hari)

Listrik

0.60

0.63

0.66

0.69

0.72

0.75

0 5 10 15 20 25 30

I n t e n s i t a

s ( M W / M B )

Durasi (hari)

Listrik


58/70


Intensitas listrik rata-rata CDU adalah 0.66 MW/MB dengan

kecenderungan intensitas energy per produksi yaitu R 2 0.9284

mengindikasikan kinerja pengelolaan energy masih baik (R 2

Documents

Analisa Energi Dan Equipment