PRINSIP KONSERVASI ENERGI PADA SISTEM DISTRIBUSI UAP
OLEH : IR. PARLINDUNGAN MARPAUNG HIMPUNAN AHLI KONSERVASI ENERGI (HAKE)
1. Sistem Distribusi Uap
2. Prinsip Konservasi Energi pada Sistem Distribusi Uap
1. SISTEM DISTRIBUSI UAP Sistem distribusi uap dimaksudkan untuk : Menjamin supply uap memadai, kering dan bebas udara dapat mencapai plant / proses yang memerlukan dengan tekanan yang sesuai. Untuk memperkecil pressure drops, investment, dan biaya operasi, maka ukuran diameter pipa distribusi harus dibuat optimum.
Gambar : Sistem Uap
KOMPONEN SISTEM DISTRIBUSI UAP
Pipa distribusi utama, Proses/konsumen pemanfaat uap, Steam trap, Pipa dan tangki kondensat.
KELENGKAPAN SYSTEM DISTRIBUSI UAP
TIPIKAL EFISIENSI SISTEM UAP
2. PRINSIP KONSERVASI ENERGI PADA SISTEM DISTRIBUSI UAP FAKTOR BERPENGARUH PADA EFISIENSI DISTRIBUSI UAP
Kebocoran uap Penggunaan dry steam Tekanan Uap. Gunakan uap pada tekanan serendah mungkin Insolasi pipa dan peralatan proses panas Hambatan perpindahan panas (Kerak/kotoran, Kondensat dll) Pemanfaatan Kondensat Pemanfaatan Flash steam Pemilihan dan pemeliharaan steam traps Ukuran pipa steam dan kondensat yang sesuai Kerja uap (jika mungkin dikurangi). 7
UAP BOCOR Uap bocor sering terjadi dalam praktek mulai dari yang kecil ditandai dengan suara desis/pelan hingga yang cukup besar dengan semburan (steam jet) yang secara jelas terlihat seperti tampak dalam gambar berikut,
jika dihitung dalam satu tahun kerugian bahan bakar akibat uap bocor dapat mencapai hingga ratusan hingga ribuan liter bbm per tahun.
8
KEBOCORAN UAP MELALUI LUBANG
UAP BOCOR
10
Semburan Uap (Steam Jet)
GUNAKAN DRY STEAM Menggunakan dry steam utk proses bermanfaat. Yaitu Heat transfer cepat dan teratur/regular.
Menggunakan wet steam kurang menguntungkan : Kandungan kalor/Heat content kurang, Memperpanjang waktu proses, Pemanasan tidak teratur, Heat transfer terhalang, Steam traps overloading
Menggunakan superheated steam ;
Heat transfer koefisien rendah, Butuh waktu melepas panas superheat melalui konduksi. 13
DRY STEAM UNTUK PROSES Menggunakan dry steam utk proses adalah bermanfaat :
Membuat uap sedikit superheat pada boiler akan menjamin kondisi uap pada akhir proses menjadi dry saturated.
Memasang Steam Separators pada point pemamfaat steam.
15
GUNAKAN STEAM PADA TEKANAN SERENDAH MUNGKIN 2730.7 KJ/kg 2770.8 KJ/kg
2151.3 KJ/kg 2054 KJ/kg
579.4 KJ/kg
2.4 bar, 121.5oC
716.8 KJ/kg
Total kalor
Panas laten
Panas sensibel
Steam sebaiknya dibangkitkan dan didistribusikan pada tekanan setinggi mungkin, tetapi digunakan pada tekanan serendah mungkin sesuai kebutuhan.
6.8 bar, 164.3oC
16
ISOLASI OPTIMAL Pengaruh tebal isolasi pada rugi rugi panas, pipa 89 mm black steel 90 oC.
Tampa isolasi 320 W/m
Isolasi 50 mm 29 W/m
Isolasi 100 mm 19 W/m
Dibandingkan dengan pipa tampa isolasi, penghematan energi dengan isolasi : 1. Tebal ; 50 mm : 320 - 29 = 291 W, setara dengan 263 liter bbm per m panjang pipa per tahun. 2. Tebal ; 50 mm dibandingkan dengan isolasi 100 mm : 29 - 19 = 10 W, setara dengan 9 liter bbm per m panjang pipa per tahun.
17
TEBAL ISOLASI JANGAN BERLEBIHAN
Selalu ada tebal optimum dengan payback 1-3 tahun.
18
RUGI RUGI PANAS TAMPA ISOLASI PERMUKAAN Beda suhu ambient & permukaan panas (oC)
Rugi rugu panas (kCal/m2 jam)
50
500
100
1350
200
3790
400
13640
Dasar perkiraan suhu ambient 35oC dengan emissivitas factor 0,9 dan kondisi aliran udara biasa. 19
RUGI-RUGI ENERGI PADA PIPA TANPA ISOLASI
20
Contoh : Perhitungan Rugi-rugi Energi dari Pipa Panas Tanpa Isolasi
Panjang pipa tanpa isolasi 10 m Suhu permukaan pipa : 175 C. Diameter pipa 25 mm Rugi-rugi energi : Kerugian per 1m panjang pipa = 1,2 MJ/jam = 1,2 x 238,8459 kcal/jam. = 286.61 kcal/jam x 8000 jam/tahun = 2292920 kcal/tahun. = 2292920 / 0.75 kcal/tahun (0.75 adalah overall Eff )
= 3057227 kcal/tahun = 3057227/8800 liter bbm/tahun = 347 liter bbm/tahun. Kerugian pada 10 m panjang pipa = 3470 liter bbm/tahun.
RUGI-RUGI ENERGI dari FLANGE TANPA ISOLASI
Flange jika tidak diisolasi, maka rugi-rugi energi equivalent dengan 0.6 meter pipa telanjang.
22
CONTOH : Flanges diameter 25 mm tidak diisolasi, suhu permukaan 175 C, Kerugian panas yang terjadi equivalent dengan 0.6 m panjang pipa telanjang. Sama dengan 1.2 MJ/Jam equivalent setara dengan 200 litre bbm per tahun.
RUGI-RUGI PANAS dari KATUP TANPA ISOLASI
Rugi-rugi panas pada katup tanpa isolasi equivalent dengan 1 meter pipa telanjang.
KATUP TANPA ISOLASI Pipa uap diameter 25 mm terdapat 4 katup tanpa isolasi. Suhu permukaan 175 C.
Kerugian panas dari katup equivalent dengan 4 m pipa telanjang diameter yang sama 25 mm yaitu 48 MJ/Jam, atau setara dengan 1333 litre bbm per tahun.
ENERGI HILANG PADA PIPA UAP
INSTALASI UAP LUAR BANGUNAN (OUTDOOR) Isolasi pipa instalasi uap outdoor harus mendapat perhatian khusus. Selain rugi-rugi panas permukaan dapat terjadi rugi-rugi energi akibat pipa isolasi basah air hujan.
INSTALASI LUAR (OUT DOOR)
PRODUKSI DAN KONSUMSI STEAM (MUSIM HUJAN)
PRODUKSI DAN KONSUMSI STEAM (MUSIM KEMARAU)
Grafik
1 : Rugi-rugi panas pipa tanpa isolasi suhu 50
C dan dengan isolasi berbagai tebal
Grafik 2 : Rugi-rugi panas pipa tanpa isolasi suhu 75 C & dengan isolasi berbagai tebal
Grafik 3: Rugi-rugi panas pipa tanpa isolasi suhu 100 C & dengan isolasi berbagai tebal
Suhu Permukaan Pipa pada Berbagai Tekanan Kerja Uap (Tipikal)
STEAM TRAP
Membuang kondensat sesaat terbentuk. Menghindari steam keluar. Memungkinkan membuang udara dan gas lain yang tidak terkondensasi
GROUP Mekanikal
PRINSIP KERJA Beda densitas antara uap dan kondensat
SUB-GROUP
Termodinamik
Beda sifat termodinamik antara uap dan kondensat
Tipe disk Tipe Orifice
Termostatik
Beda temperatur antara uap dan kondensat
Bimetal Expansi
Tipe Bucket : Open bucket Inverted (dengan lever, tanpa lever) Float : Float dengan lever Free float
33
Bucket traps
Applikasi utama: •Process main drip traps •Jika kondensat dilepas ke dalam wet return line •Drum type roller dryers •Steam separators •Syphon type or tilting kettles
Applikasi utama Float & Termostatic Trap: •Heating main drip traps •Shell & tube heat exchangers •Tank heaters with modulating temperature regulators •Unit heaters requiring fast venting •Steam humidifiers •Air blast heating coils •Air pre-heat coils •Modulating loads
Float & Thermostatic Traps Applikasi utama: • Heating main drip traps • Shell & tube heat exchangers • Tank heaters with modulating temperature regulators
• Unit heaters requiring fast venting • Steam humidifiers • Air blast heating coils • Air pre-heat coils • Modulating loads Applikasi yang menghendaki pemanasan
cepat pada waktu start
36
Thermostatic Bellows Type Trap
Applikasi: • Radiators, convectors, unit heaters • Cooking kettles • Sterilizers • Heating coils • Tracer lines • Evaporaters
37
Disc steam trap (Thermodynamic)
38
PEMERIKSAAN STEAM TRAP Untuk mengevaluasi apakah steam trap berfungsi atau tidak/rusak.
PEMERIKSAAN VISUAL
• Metoda pemeriksaan visual adalah yang paling mudah dan murah • Adanya uap/live steam pada discharge steam trap mengindikasikan tak berfungsi/rusaknya steam trap. • Untuk steam trap sistem terbuka, observasi visual dapat digunakan, namum keputusan dapat subjektif dan kurang akurat
STEAM TRAP SISTEM TERBUKA Jika secara visual kondensat tampak mengalir ke bawah dan steam flash mengepul tampa dorongan berarti (lihat gambar ), tidak ada suara berisik maupun steam jet yang keras, maka steam trap berfunsi baik. a) Berfungsi baik
Jika kondensat tidak tampak, semburan uap kuat disertai suara keras akibat turbulensi pada orifice steam trap seperti tampak pada gambar berikut, maka steam trap telah rusak. b)Tidak berfungsi/rusak
Steam trap sistem tertutup • Pada steam trap tertutup yang bagian hilir (down stream) steam trap dipasang katup uji (lihat gambar), observasi visual DAPAT digunakan untuk memperkirakan steam trap berfungsi atau tidak. • Kondisi visual uap dan kondensat saat test valve dibuka merupakan dasar pertimbangan untuk mengetahui berfungsi tidaknya steam trap. • Dasar evaluasi bentuk visual uap & kondensat sama seperti sistem terbuka.
Pemeriksaan Suara • Metoda periksaan steam trap kedua didasarkan atas analisis suara. • Jika steam trap berfungsi dengan baik/normal, maka suara yang dihasilkan adalah siklus, • Dengan menggunakan alat pendengar (sound device) seseorang dapat mendengarkannya secara pisik. • Alat pendengar suara sangat bervariasi dalam hal kecanggihan mulai dari yang sederhana seperti handmade steel welding rod hingga yang canggih seperti ultrasonic testing equipment.
ANALISIS SUARA. • • •
Dalam kondisi operasi normal steam trap dari tipe mekanikal akan menghasilkan suara siklus secara terus menerus. Dan jika steam trap rusak, maka suara uap yang keras akan kedengaran. Suara non siklus steam trap type mekanikal mengindikasikan rusak.
PEMERIKSAAN SUHU • Suhu berkaitan dengan kondisi operasi steam trap. • Jika steam trap bekerja dengan baik, maka beda suhu inlet dan outlet steam trap berada pada kisaran tertentu. • Perbedaan suhu 50 - 70 F (tergantung tekanan uap) adalah indikasi baik.
SUHU PADA BAGIAN INLET DAN OUTLET STEAM TRAP – OPERASI BAIK/NORMAL
KURANGI KERJA UAP • Ambil rute pipa yang paling pendek • Keluarkan moisture secara mechanical sebelum pengeringan uap dilakukan • Optimise humidity drier exhaust • Explore process integration • Gunakan thermostatic controls • Hilangkan redundant lines/kosong • Gunakan machinery secara produktif (Maximise equipment loading)
• Cari alternative termurah untuk melakukan pekerjaan (waste heat boilers, thermic fluid heater etc) 47
Pemeliharaan Steam trap • Untuk mengevaluasi suatu steam trap apakah perlu dilakukan pemeliharaan atau tidak adalah berdasarkan lamanya usia operasi steam trap. • Secara umum jika usia steam trap telah lebih tiga tahun, maka kemungkinan besar steam trap memerlukan pemeliharaan atau penggantian. • Namun ini bukan berarti setiap tiga tahun operasi steam trap tersebut sudah mangalami kerusakan, tetapi dimaksudkan perlu pemeriksaan secara rutin. • Semua steam trap kecuali tipe termodinamik, dudukan dan katup adalah yang paling sering mengalami keausan, area ini umumnya mengalami degradasi fungsi setelah lebih dari tiga tahun. • Hasil penelitian pada sejumlah steam trap yang dilakukan menunjukkan bahwa steam trap rusak lebih dari 50 % setelah usia operasi 18 bulan.
INSTALASI STEAM TRAP • Live steam lolos karena valve by-pass dibuka atau steam trap rusak. • Petugas lapangan membuka valve by-pass untuk kelancaran proses. Hal ini dilakukan apabila drain point coil berada di bawah steam trap dan instalasi tidak menggunakan lift-fitting. • Jika posisi drain point berada dibawah steam trap , maka proses pemanasan tidak efektif dan berlangsung lebih lama - instalasi ini salah. Instalasi yang benar adalah dengan memasang loop seal atau lift-fitting
Gambar A: Instalasi yang salah
Gambar B : Instalasi yang benar
INSTALASI STEAM TRAP
GUNAKAN KONDENSAT
RINGKASAN PERBAIKAN EFISIENSI SISTEM UAP LANGKAH PERBAIKAN
URAIAN
Distribusi
Perbaiki uap bocor.
Minimize uap bocor yang bisa dihindari.
Kurangi vented steam (uap).
Minimize uap bocor yang bisa dihindari.
Perbaiki isolasi system pipa, katup, fitting,
Mengurangi rugi-rugi energi dari permukaan
dan vessels (drum) uap.
panas.
Lakukan program pemeliharaan steam trap
Mengurangi live steam lolos ke system kondensat
secara efektif.
dan meningkatkan efektifitas perpindahan panas
pada peralatan pemakai akhir uap.
Pisahkan (isolate) uap dari jalur uap tidak
Menghindari rugi-rugi uap dan kerugian panas dari
terpakai
pipa dan permukaan panas.
Gunakan turbin back pressure daripada
Menjadikan pemanfaatan uap lebih efisien dengan
pressure reducing valve.
metoda penurunan tekanan untuk penggunaan uap tekanan rendah.
Recovery
Optimalkan kondensat kembali.
Mengembalikan kondensat berarti mengoptimalkan pemanfaatan energi termal, make uap water, zat kimia pengolah air.
Gunakan flash steam.
Jejaki kemungkinan memanfaatkan energi yang tersedia pada kondensat (high pressure) dengan flash steam.
• Relaaax …….
TERIMAKASIH......! 53
54
