Pengaruh Bahan Bakar dan Excess O 2 Terhadap Effisiensi Boiler Ridho Maulana Putra,Aryo Kintamani, Reni Desmiarti, Silvi Octavia Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri Universitas Bung Hatta Jl. Gajah Mada No.19, Olo Nanggalo Padang-25143 E-mail :
[email protected],
[email protected]
Abstrak Boiler adalah suatu alat/bejana tertutup yang digunakan untuk mengubah air menjadi uap (steam) dengan cara pemanasan dari reaksi pembakaran bahan bakar yang berlangsung di dalam ruang bakar. Parameter yang dijadikan tolak ukur kinerja sebuah boiler adalah Steam Quality, Excess Oxygen dan Thermal Efficiency. Seiring dengan berjalannya waktu, ditemukan beberapa permasalahan pada unit boiler dalam menghasilkan steam sebagai bahan pembantu pengangkatan minyak yaitu mendapatkan steam quality sebesar 73-74% dan efisiensi diatas 80% dengan excess oxygen sebesar 0.5-2%. Maka diperlukan komposisi yang tepat antara bahan Bakar dan debit udara untuk menaikkan nilai effisiensi ke titik optimum serta mengetahui pengaruh dari excess oksigen terhadap Effisiensi Boiler dengan melakukan beberapa percobaan variasi nilai debit bahan bakar dan udara (dalam batas operasi), mencatat data parameter dan melakukan analisa data. Kata kunci: Boiler, Excess Oxygen, Thermal Efficiency, Bahan Bakar, debit udara
Abstract
Boiler is defined as an equipment or an enclosed vessel which used to convert water to vapor (Steam) by Heat from fuel combustion which was held in combustion chamber. The parameters to be a benchmark performance of a boiler is Steam Quality, Excess Oxygen and Thermal Efficiency. As time goes by, some issues was found on the boiler operation in producing steam as an oil enhanced recovery method is to get of 73-74% steam quality and above 80% efficiency with excess oxygen in range 0.5 – 2%. It seems need to determine the exact Composition of the fuel and combustion air to raise the value of the Optimum point to the efficiency as well as knowing the influences from excess oxygen Efficiency of boilers with doing some variation of the value of the fuel and combustion air based on the limits the value of boiler operation, noting the operating parameter and analyze the data. Keyword: Boiler, Steam Quality, Excess Oxygen, Thermal Efficiency, Fuel, Combustion air Steam
1. Pendahuluan
yang
dibutuhkan
dalam
proses
Heavy oil merupakan jenis minyak
pengangkatan minyak dihasilkan oleh boiler.
mentah di lapangan minyak duri adalah
Di lapangan minyak Duri terdapat 2 blok
berjenis heavy oil, oleh karena itu keberadaan
Steam Station, dan 3 blok Central Steam
Steam
untuk
Station untuk menghasilkan steam yang akan
mempermudah proses pengangkatan minyak.
didistribusikan melalui jaringan pipa ke
sangat
dibutuhkan
beberapa area yang kemudian diinjeksikan ke
langsung maupun tidak langsung.Secara
dalam perut bumi melalui Injector Well.
langsung,
Untuk kebutuhan operasi Boiler, ada beberapa
parameter
kualitasnya
di
yang
samping
harus target
dijaga jumlah
dapat
digunakan
dengan
membandingkan hasil atau tracking data sebelumnya
yang
dapat
dijadikan
perbandingan rasio antara bahan bakar,
produksi steam untuk kebutuhan operasi
udara,
dan
parameter
antara lain steam quality sebesar 73-74%,
diperlukan. Namun dalam penelitian ini,
excess oxygen sebesar 0.5-2%, dan efisiensi
dilakukan dengan percobaan langsung pada
di atas 80%. Secara teoritis, excess oxygen
alat/Boiler di CSS 4B PT CPI, agar
yang digunakan akan mempengaruhi jumlah
mendapatkan hasil data yang lebih akurat dan
heating value yang dihasilkan oleh boiler.
absah. Pengaturan
Seiring dengan berjalannya waktu,
lainnya
jumlah
atau
yang
rasio
ditemukan beberapa permasalahan pada unit
maksimum penggunaan udara, bahan bakar
boiler dalam menghasilkan steam sebagai
gas, dan air akan menjadi objek yang diteliti.
bahan
Dengan menggunakan metoda trial and error
pembantu
minyakdiantaranya.
pengangkatan Kesulitan
untuk
dan
pengambilan
data
secara
periodik
mendapatkan steam quality sebesar 73-74%
diharapkan akan mendapatkan komposisi
dan efisiensi diatas 80% dengan excess
yang tepat antara bahan bakar dan udara
oxygen
untuk menghasilkan nilai efisiensi dari Boiler
sebesar
0.5-2%
menjadi
permasalahan utama. Usaha dari operator
yang Optimum.
lapangan yang sudah dilakukan saat ini
Bahan
adalah
a. Air umpan dari CGS-3
mempertahankan
steam
quality
sebesar 73-74% dengan hanya mengatur
b. Bahan bakar gas (Methane)
jumlah bahan bakar gas yang dikonsumsi
c. Udara lingkungan
tanpa memperhatikan excess oxygen yang
d. TDS Solution Standard
dihasilkan. Dari data bulan September dan Oktober 2013, didapatkan rata-rata efisiensi
Alat
sebesar 77.98 % dengan rata-rata excess
a. TDS meter
oxygen sebesar 2.75 %.
b. Sample container (1 sampling glass) c. Oxygen analyzer d. Boiler
2. Metodologi Penelitian Ada beberapa metode yang dapat digunakan dalam penelitian ini, baik secara
e. Fuel gas flow meter f. Water flow meter g. Thermometer
h. Pressure gauge
6.
Mencatat
seluruh
parameter
yang
i. Flow rate bias
diukur sesuai dengan lembar kerja
j. Fuel gas regulator
setelah boiler beroperasi selama 1 jam.
Penelitian
ini
dilakukan
dengan
7.
menvariasikan laju alir volumentrik bahan
dengan variasi sebagai berikut:
bakar dan laju alir udara yang dipakai.
a) Jumlah bahan bakar gas 1050 MSCFD dengan variasi bukaan
Parameter terukur
louver70%, 75%, 80%, 85%, dan
a. Persentase oksigen dalam gas buang.
90%.
b. Temperatur gas buang.
b) Jumlah bahan bakar gas 1070
c. Temperatur uap.
MSCFD dengan variasi bukaan
d. Tekanan uap.
louver70%, 75%, 80%, 85%, dan
e. TDS out .
90%.
f. Temperatur air umpan.
c) Jumlah bahan bakar gas 1090
g. TDS in .
MSCFD dengan variasi bukaan louver 70%, 75%, 80%, 85%, dan
Percobaan 1.
Menyiapkan seluruh alat yang
2.
dibutuhkan.
2.
Menghidupkan dijadikan
boiler
objek
dengan
yang
penelitian
Standard
90%. d) Jumlah bahan bakar gas 1110 MSCFD dengan variasi bukaan
akan
louver 70%, 75%, 80%, 85%, dan
sesuai
90%.
Operating
e) Jumlah bahan bakar gas 1130
Procedures. 3.
MSCFD dengan variasi bukaan
Mencatat seluruh data awal dari kinerja
louver 70%, 75%, 80%, 85%, dan
boiler setelah beroperasi selama 1 jam sesuai dengan lembar kerja penelitian. 4.
Mengatur variasi bukaan regulator fuel gas untuk mengatur variasi pasokan bahan bakar.
5.
Mengulangi langkah no.4 sampai 6
Mengatur variasi bukaan louver untuk mengatur pembakaran.
variasi
pasokan
udara
90%. 8.
Melakukan analisa perhitungan
Keterangan: Sesuai dengan spesifikasi blower, berikut ini adalah Tabel 1 bukaan louver dibandingkan dengan jumlah udara yang dihembuskan.
Tabel 1 Perbandingan bukaan louver dan jumlah udara
Bukaan louver (%)
Jumlah
Jumlah Oksigen
udara
(21%)
(MSCFD)
70
10080
2116.8
75
10800
2268
80
11520
2419.2
85
12240
2570.4
90
12960
2721.6
80-90%. Untuk nilai tertinggi terjadi pada
3. Hasil dan Pembahasan Penelitian
dilakukan
terhadap
Steam
generator nomor 15 di train 4B. Adapun pemilihan unit tersebut karena SG 15B baru menyelesaikan General Inspection, yaitu Inspeksi Overall dari sebuah Boiler/Steam Generator setiap 2 tahun sekali (sesuai
rate gas 1200 mscfd dengan bukaan louver 85% dengan nilai Steam Quality 74%. Sehingga
dapat
disimpulkan
bahwa
untukkomposisi bahan bakar dan udara yang tepat untuk Steam Quality adalah pada range 1150-1250 dengan bukaan louver 80-90 %.
undang-undang uap). Sehingga diharapkan mendapatkan bacaan parameter operasi yang 80
lebih akurat.
dengan pengaturan rate Bahan bakar dan udara dan pengaruhnya terhadap Steam
Steam Quality (%)
Berikut hasil pengujian yang didapat
75
Bahan Bakar (MSCFD)
70
1050
65
1100
60
1150 1200
55
Quality, Excess Oksigen dan thermal Effisiensi.
1250
50 60
70
80 90 Bukaan Louver (%)
100
Gambar 1 Pengaruh Bahan Bakar (MSCFD) 3.1 Pengaruh Bahan Bakar (MSCFD) dan
dan Louver terhadap Steam Quality
Louver terhadap Steam Quality Nilai steam Quality di atas 70% didapat dengan rate gas 1150-1250 mscfd, dengan bukaan louver 70-90 %. Sementara Steam Quality 73-74 % didapat pada rate gas
3.2Pengaruh Bahan Bakar (MSCFD) dan
1150 mscfd dengan bukaan louver 80% dan
Louver terhadap Excess O 2
rate gas 1200 mscfd dengan bukaan louver
Untuk nilai Excess Oksigen 0.5 -2.0
90
%, tercapai pada kondisi rate gas 1150 mscfd
86
Efficiency (%)
dengan bukaan louver 75-90 % dan rate gas
88
82
1200 mscfd dengan bukaan louver 70-90 %, serta rate gas 1250 mscfd dengan bukaan
74
nilai
excess
oxygen
terendah tercapai pada rate gas 1200 mscfd
1100 1150
76
1200 1250 60
70
80
90
100
Bukaan Louver (%)
louver 70-90 % ditampilkan pada Gambar 2. untuk
1050
80 78
Sementara
Bahan Bakar (MSCFD)
84
Gambar 3 Pengaruh Bahan Bakar(MSCFD) dan Louver terhadap Thermal Effisiensi Dari data-data hasil penelitian dapat
dengan bukaan Louver 85%, yaitu sebesar
ditarik nilai effisiensi di atas 80 % terjadi
1.56%.
pada rate gas 1150 – 1200 mscfd yang mencapai standar Steam Quality 73-74 %
4
Excess O2 (%)
3,5
dan Excess Oxygen 0.5-2.0 %, dimana
3
Bahan Bakar (MSCFD)
2,5
puncak nya terdapat pada Rate Gas 1150
1050 2
1100 1150
1,5
1200 1
1250 60
70
80
90
dengan bukaan louver 80 % yaitu dengan nilai Effisiensi 88.60 %.
100
Untuk nilai Steam Quality dan Nilai
Bukaan Louver (%)
Excess Oxygen terbaik terdapat pada Rate Gambar 2 Pengaruh Bahan Bakar(MSCFD) dan Louver terhadap Excess Oxygen
Gas 1200 mscfd dengan bukaan louver 85% yaitu SQ 74.89, Excess Oxygen 1.56, dan Thermal Effisiensi 85.80 % (lihat lampiran
3.3Pengaruh Bahan Bakar (MSCFD) dan Louver terhadap Thermal Efficiency
table hasil analisa penelitian). Sehingga dapat di simpulkan bahwa kondisi ideal untuk nilai Effisiensi Optimum dengan Standar Steam
Dari Gambar 3 menunjukkan nilai thermal Efficiency di atas 80 % terjadi pada
Quality dan Excess Oxygen pada percobaan ini adalah Pada Rate gas
rate gas 1100 mscfd dengan bukaan louver 85%, rate gas 1150 mscfd dengan bukaan louver 70-90% dan rate gas 1200 mscfd
3.4Profil Thermal Efficiency pada Bulan November dan Desember 2013
dengan bukaan louver 70-90%. Sementara puncaknya terjadi pada rate gas 1150 pada bukaan louver 80% yaitu sebesar 88%.
Setelah didapat Range ideal untuk operasi boiler/ Steam Generator maka di aplikasikan pada satu train Boiler di CSS 4B, untuk
melihat
trending
data
dan
membandingkan Perubahan nilai effisiensi
bakar gas dan udara pada Boiler di CSS 4B,
sebelum dan setelah Improvement.
PT CPI, adalah antara 1150 – 1200 mscfd
Berikut perbandingan data Thermal
dengan bukaan louver 80 – 85 %, dengan
Effisiensi CSS 4B bulan November dan
tetap menjaga Steam Quality sebesar 73-74
Desember 2013
%, excess Oksigen 0.5 – 2.0 %, untuk menghasilkan effisiensi pembakaran tertinggi 84- 88%.
Gambar 4 Perbandingan Thermal Effisiensi bulan November dan Desember 2013 Dari
Gambar
4
dapat
ditarik
kesimpulan, bahwa Setelah Di Set Rate gas dalam range 1150 – 1200 mscfd dengan
Gambar 5 Excess Oksigen Desember 2013 Kesimpulan
bukaan louver 80 – 85 % maka di dapat kenaikan nilai Effisiensi dengan rata-rata 85 % (start improvement 15 desember 2013).
a. Nilai Effisiensi Pembakaran pada Boiler dipengaruhi oleh Komposisi yang tepat antara bahan bakar dengan udara, pada penelitian ini di dapat Range yang paling
4.5 Profil Excess O 2 pada Bulan Desember
effisien untuk Boiler di CSS 4B , PT CPI
2013
adalah 1150 -1200 mscfd dengan bukaan Berikut data Excess Oksigen
Louver
sebesar
80-85
%
untuk
bulan Desember dalam bentuk Gambar 5.
meningkatkan effisiensi sebesar rata-rata
Dari data-data di atas dapat disimpulkan
84%.
Boiler
b. Pengaturan rate udara yang tepat akan
dipengaruhi oleh nilai dari Steam Quality dan
berpengaruh pada Nilai Excess Oksigen,
Excess Oksigen, sehingga diperlukan range
dimana
yang tepat antara Bahan bakar dan udara
menunjukkan besar nya oksigen yang
untuk
membawa
bahwa
Thermal
Effisiensi
mendapatkan
pada
Pembakaran
yang
nilai
panas
excess
keluar,
oksigen
sehingga
sempurna (lebih effisien). Dari Penelitian ini
mempengaruhi Suhu gas buang pada
didapat bahwa range yang tepat antara bahan
boiler. Semakin rendah nilai eksess
oksigen (dalam range 0.5 – 2%) maka
d. Komposisi bahan bakar dan udara yang
akan semakin menurunkan suhu gas
tepat pada Boiler akan mempengaruhi
buang sehingga tidak banyak oksigen
nilai Thermal Effisiensi, Steam Quality
yang membawa keluar panas.
dan Excess Oksigen dimana parameter
c. Nilai Steam Quality di pengaruhi oleh
lain saling keterkaitan.
debit air umpan dengan debit bahan bakar.
Daftar Pustaka
excess air for fuel oil / gas-fired steam
Djokosetyardjo, Ir, M.J, 1993, “ketel uap,
boilers”, Soul.
edisi
tiga”,
penerbit
PT
Pradnya
Paramita, Jakarta. eoff , David, Understanding fuel savings in
Pratama, derry hanriansyah, 2009, Analisa Effisiensi Boiler, Penelitian, Duri.ziddin,Syaiful dkk, 2010, “Module 6
the boiler room, ASHRAE journal des
steam generator: Operator and
2008, California
technician certification”, PT Chevron
H. Durkin, Thomas, ,2006, Boiler System Efficiency, Published in ASHRAE Journal (Vol 48, July, 2006) Heselton, Kenneth, 2005 Boiler operator’s handbook , Fairmont press inc. http//id.wikipedia.org/wiki/Methane, 08 Februari 2014 http://asepsaiba.wordpress.com/2008/04/21/n ilai-kalori-gas-bumi/, 08 Februari 2014 Kuprianov , Vladimir I. , 1999, Journal of Research “Cost based optimization of
Pacific Indonesia, Duri.
