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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
2/70
2Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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.
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
3/70
3Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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.
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
4/70
4Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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.
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
5/70
5Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
6/70
6Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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).
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
7/70
7Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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:
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
8/70
8Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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.
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
9/70
9Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
10/70
10Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
11/70
11Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
12/70
12Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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.
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
13/70
13Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
14/70
14Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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.
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
15/70
15Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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.
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
16/70
16Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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.
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
17/70
17Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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.
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
18/70
18Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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.
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
19/70
19Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
20/70
20Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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.
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
21/70
21Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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 .
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
22/70
22Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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.
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
23/70
23Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
24/70
24Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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.
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
25/70
25Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
26/70
26Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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)
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
27/70
27Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
28/70
28Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
= 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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
29/70
29Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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.
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
30/70
30Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
31/70
31Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
32/70
32Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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.
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
33/70
33Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
34/70
34Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
35/70
35Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
36/70
36Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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.
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
37/70
37Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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).
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
38/70
38Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
39/70
39Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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.
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
40/70
40Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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.
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
41/70
41Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
42/70
42Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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 :
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
43/70
43Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
= 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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
44/70
44Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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 :
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
45/70
45Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
Tabel 2.3 Material Pipa
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
46/70
46Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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).
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
47/70
47Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
48/70
48Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
49/70
49Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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 °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.
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
50/70
50Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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.
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
51/70
51Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
52/70
52Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
= 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%
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
53/70
53Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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.
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
54/70
54Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
55/70
55Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
56/70
56Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
57/70
57Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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
8/18/2019 Analisa Energi Dan Equipment
58/70
58Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Lampung
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