BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Masalah Bahan bakar fosil merupakan salah satu sumber energi yang membutuhkan
proses hingga dapat dikonsumsi oleh masyarakat. Salah satu bahan bakar fosil yaitu minyak. Minyak fosil berasal dari perut bumi yang diangkat menuju permukaan bumi (eksploitasi) dan diolah menjadi minyak mentah (crude oil) yang siap untuk diproses lebih lanjut. Proses untuk memperoleh jenis-jenis bahan bakar yang diinginkan dari crude oil disebut dengan oil refinery. Oil refinery atau disebut petroleum refinery merupakan sebuah proses industri dimana minyak mentah (crude oil) diproses atau disuling menjadi produk yang lebih berguna seperti bensin, solar, aspal, kerosin, dan Liquid Petroleum Gas (LPG). Didalam oil refinery banyak terdapat unit-unit produksi yang saling menunjang satu sama lainnya seperti desalter, vacuum distillation, hydrocracker, cooking unit, dsb. Salah satu proses yang sering terjadi kegagalan adalah coking unit yaitu memproses minyak residu menjadi neftan dan minyak solar, dan menghasilkan petroleum coke sebagai produk sisanya. Pada coking unit terdapat lagi beberapa komponen yang proses produksinya berhubungan satu sama lain, beberapa diantaranya seperti furnace , fractionation column, feed pump,dsb. Salah satunya adalah coke drum yang fungsinya memisahkan fraksi berat (petroleum coke) dan fraksi ringan yang masing-masing menuju drain sump dan fractional tower. Proses pada coke drum dibagi atas beberapa tahap, coke drum kosong pada temperatur lingkungan dipanasi hingga 350 oC dengan menginjeksikan uap panas ke dalam drum, tahap ini disebut preheating stage. Kemudian minyak panas dengan temperatur 440oC hingga 500oC diinjeksikan. Tekanan dalam coke drum mencapai 300 hingga 350 kPa, tahap ini disebut filling stage. Dalam tahap ini terjadi thermal cracking dan fraksi ringan yang dihasilkan dikirimkan menuju fractional tower dimana dipisahkan menjadi gas, bensin, dan hasil produksi yang memilki nilai jual lebih tinggi.
1
Universitas Sumatera Utara
Pada akhir filling stage, material karbon yang terkonsentrasi dihasilkan dan mengisi bagian yang tersisa pada drum. Setelah fraksi berat mengisi 80 % dari kapasitas drum, material ini kemudian dialirkan menuju coke drum lainnya sedangkan drum yang berisi coke mengalami proses pendinginan dengan air dan uap air. Dengan adanya beberapa tahap ini menunjukkan bahwa coke drum mengalami beban berulang karna adanya pemanasan yang membuat dinding drum mengembang dan diikuti dengan pendinginan yang membuat dinding drum menyusut (tarikan dan tekanan). Sedangkan coke drum didesain dan dibuat berdasarkan ASME Boiler dan Pressure Vessel. Dalam kata lain, kebanyakan coke drum tidak didesain untuk beban berulang, sehingga umur coke drum akan lebih singkat dibandingkan peralatan bertekanan lainnya pada oil refineries. Berdasarkan survey API, kerusakan pada coke drum muncul setelah mengalami 3000 – 5000 siklus (16 - 27 tahun). Satu kali siklus pada coke drum berlangsung selama 48 jam yang dimulai dari proses pemanasan awal selama 460 menit yang dilanjutkan dengan tahap pengisian selama 1540 menit, tahap selanjutnya adalah pendinginan selama 400 menit dan yang terakhir adalah proses pengeluaran material coke keluar drum selama 400 menit. Salah satu bagian yang paling riskan akan kerusakan pada coke drum adalah bagian sambungan shell skirt. Hal ini dapat dilihat dari berbagai penelitian sebelumnya sebagai berikut : Ramos et al, melakukan uji fatigue siklus rendah pada bagian sambungan pengelasan. Hasilnya adalah intensitas tegangan maksimum pada skirt bergantung pada pemanasan dan laju pendinginan. Antalffy et al. Melakukan investigasi terhadap empat jenis skirt pada coke drum. Menunjukkan intensitas tegangan termal pada keempat jenis skirt mengalami peningkatan ketika subjek diberikan pemanasan yang lebih tinggi dan dipengaruhi laju pendinginan. Masaaki Oka et al, melakukan penilitian pengaruh switching temperatur pada sambungan shell skirt coke drum. Hasilnya adalah peningkatan switching temperatur dapat meningkatkan umur pakai hingga 9000 siklus. Skripsi ini merupakan kelanjutan dari analisa yang dilakukan oleh Masaaki Oka et al, dimana data-data perbandingan eksperimen berasal dari penelitian sebelumnya,
2
Universitas Sumatera Utara
tetapi penelitian kali ini tidak lagi berfokus kepada pengaruh switching temperatur melainkan kepada pengaruh hot box dan pemanasan awal pada coke drum
1.2
Perumusan Masalah Dalam masalah coke drum ini, terdapat beberapa hal-hal yang timbul
untuk dianalisa, yaitu : 1. Bagaimana cara menentukan umur pemakaian dari coke drum, sehingga kerusakan dapat diprediksi. Peramalan kerusakan pada coke drum sangat penting agar mencegah terjadi kerusakan fatal seperti dinding bocor maupun kebakaran yang berdampak lanjut pada unit oil refinery lainnya. 2. Memodelkan keadaan perpindahan panas transien dengan perangkat lunak yang terjadi pada drum sesuai dengan keadaan sebenarnya. 3. Beban berulang (cyclic load) pada dinding drum akibat dari proses pemanasan dan pendinginan yang bekerja didalam drum mengakibatkan adanya regangan elastis dan menimbulkan kelelahan material. 4. Memodifikasi proses kerja coke drum untuk melihat pengaruh umur pakai.
1.3
Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelititan ini sebagai berikut :
1. Melakukan analisis perpindahan panas akibat fluida-fluida yang bekerja pada coke drum dengan menggunakan software FLUENT 2. Menentukan umur pakai dari coke drum dengan menggunakan hot box dan tidak menggunakan hot box 3. Membandingkan antara analisa numerik maupun perhitungan dilapangan terhadap perpindahan panas dan regangan 4. Menganalisa regangan pada bagian sambungan dinding dengan skirt dengan software ANSYS Mechanical 5. Menentukan pengaruh pemanasan awal untuk menentukan umur pakai alat
3
Universitas Sumatera Utara
1.4
Luaran Yang Diharapkan Adapun luaran yang diharapkan dari penelitian ini adalah :
1. Data dan grafik perbandingan antara perhitungan secara numerik dan perhitungan secara manual dilapangan, sehingga didapatkan perbandingan hasil antara kedua metode tersebut 2. Data dan grafik regangan aksial dan temperatur yang terjadi pada bagian shell skirt junction coke drum 3. Data dan grafik hasil eksperimen perubahan waktu pemanasan awal terhadap umur pakai Analisa data penelitian ini dapat dibuat dalam bentuk laporan hasil penelitian yang kemudian dapat digunakan sebagai acuan dan pedoman dalam menganalisa umur kelelahan termal pada sambungan shell-skirt coke drum
1.5
Kegunaan Penelitian Penelitian yang dilakukan ini kiranya dapat bermanfaat bagi penulis
tersendiri, bagi para pembaca atau pihak-pihak yang berkepentingan. Manfaat penelitian ini adalah : 1. Aspek keilmuan atau akademis Penelitian ini berhubungan dengan mata kuliah Computational Fluid Dynamic (CFD), Metode Elemen Hingga, serta Mekanika Kekuatan Bahan, sehingga dengan dilakukannya penelitian ini diharapkan dapat memberikan wawasan yang luas bagi peneliti serta mengembangkan ilmu pengetahuan dibidang perminyakan 2. Aspek praktik atau implementasi Berfokus kepada peningkatan umur pakai coke drum, sehingga perusahaan dapat menghemat biaya perawatan dan perbaikan coke drum tersebut. 3. Analisa dengan menggunakan software analisa akan menghemat biaya penelitian dibandingkan menggunakan peralatan yang lebih mahal
4
Universitas Sumatera Utara
1.6
Sistematika Penulisan Skripsi ini disusun atas beberapa bab dengan garis besar tiap bab sebagai
berikut : BAB I
PENDAHULUAN Pada bab ini membahas latar belakang penulisan skripsi, tujuan penelitian,
batasan masalah dan manfaat penelitian. BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Pada bab ini membahas teori-teori yang dapat mendukung dan menjadi pedoman dalam penyusunan skripsi. Pada bab ini dibahas tentang rumus-rumus perhiutungan CFD dan MEH, perpindahan panas serta proses dan hasil coke drum BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
Pada bab ini membahas tentang alur kerja serta kondisi-kondisi batas yang digunakan dalam perhitungan BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA Pada bab ini membahas tentang data yang didapat dari pengujian dan perhitungan hasilnya. BAB V KESIMPULAN Pada bab ini berisikan tentang kesimpulan dari penelitian yang telah selesai dilakukan dan saran-saran yang diperlukan untuk perbaikan penelitian selanjutnya. Daftar Pustaka Daftar pustaka berisikan literatur-literatur yang digunakan dalam penyusunan laporan ini. Lampiran Lampiran berisikan data dari hasil penelitian yang didapatkan, serta gambar-gambar pendukung laporan skripsi
5
Universitas Sumatera Utara
