PT PLN (Persero) UIP Nusa Tenggara : 2019

Perhitungan Efisiensi Boiler ( Metode Losses )

1. Pendahuluan

Terdapat 2 metode perhitungan performance test boiler yaitu :

a. Metode langsung ( input - out put )

b. Metode tdk langsung ( Heat losses flue gas duct )

Pada perhitungan ini akan dilakukan pengujian dg metode losses flue gas duct

Standard Pengujian = ASME PTC 4 Tahun 2008

Data yg diperlukan :

Spesifikasi Boiler

Batu bara Udara

C = 51,54 % T = 39,43 C
H = 2,91 % Moisture = 1,69 %
N = 0,94 %
S = 11,01 % Flue Gas
Ash = 4,7 % T = 143 C
Bottom ash = 15 % O2 = 3,49 %
Fly ash = 85 % CO2 = 16,16 %
Moisture = 28,3 % CO = 0 %
HHV = 20.553 kJ/kg N2 = 80,35 %

Flue Gas analisis

a. Combustion of carbon

C + O2 = CO2

12 32 44

0,5154 kg 1,3744 kg 1,8898 kg

b. Combustion of Hydrogen

H + O2 = H2O

2 16 18

0,0291 kg 0,2328 kg 0,2619 kg

c. Combustion of sulfur

S + O2 = SO2

32 32 64

0,1101 kg 0,1101 kg 0,2202 kg

O2 teoritis = 1,3744 kg + 0,2328 kg + 0,1101 kg

= 1,7173 kg

N2 teoritis = 77/23 x 1,7179

= 5,749 kg

Udara teoritis = 1,7173 kg + 5,749 kg = 7,4663 kg

Jadi udara teori yg diperlukan untuk pembakaran 1 kg batu bara adalah 7,4663 kg

excess air = 3,49 ( 21 - 3,49 ) x 100 %

= 19,93 %

udara aktual = ( 1 + EA ) x Udara teoritis

= (1119,93 /100) x 7,4663

= 8,954 kg

Jadi udara aktual yg diperlukan untuk pembakaran 1 kg batu bara adalah 8,954 kg

1. Loses akibat dry flue gass

- Kerugian ini disebabkan karena adanya kalor yang ikut terbawa bersama aliran gas asap kering yang meninggalkan air heater.

- Losses ini merupakan losses terbesar pada boiler.

- Massa gas asap kering ditentukan dengan cara menjumlahkan massa tiap-tiap komponen hasil pembakaran dalam gas asap dikurangi dengan massa H₂O yang dihasilkan dari pembakaran

(m CO₂ + m H₂O + m O₂ + m N₂ + m SO₂ - mH₂O).

Dimana :

m_g,dry= massa flue gas kering (kg/kg bahan bakar)

T_fluegas= Temperatur flue gas keluar air heater (^oC)

T_air,ref= Temperatur udara referensi (^oC)

HHV = Higher Heating Value Bahan Bakar (kJ/kg)

Cp_gas = Kalor jenis flue gas pada tekanan Konstan (kJ/kg ^oC)

= 4,27 %

2. Loses akibat penguapan H20 produk pembakaran

- Pembakaran H₂ yang terkandung dalam bahan bakar akan menghasilkan H₂O.

- Dari perhitungan analisa kimia pembakaran, setiap pembakaran 1 kg H₂ akan 9 kg H₂O. H₂O

yang dihasilkan dari proses pembakaran ini akan menyerap kalor untuk berubah menjadi uap dan menyebabkan losses.

Dimana :

m_H2= massa H₂ dalam 1 kg bahan bakar (kg/kg bahan bakar)

h_vgo = Entalphy uap jenuh pada temperatur flue gas keluar air heater (kJ/kg)

h_wa= Entalphy air jenuh pada temperature ambient (kJ/kg)

HHV = Higher Heating Value Bahan Bakar (kJ/kg)

= 3,30 %

3. Loses akibat moisture dalam bahan bakar

- Moisture yang terkandung dalam bahan bakar akan keluar bersama flue gas dalam keadaan

superheat.

- Moisture dalam bahan bakar akan menyerap sebagian energy pembakaran dalam bentuk kalor

sensible untuk menaikkan temperature ke titik didih, kalor latent untuk merubah fase menjadi uap

jenuh, dan kalor superheat untuk menaikkan temperatur uap.

Dimana :

m_H2O= massa moisture (H₂O) dalam 1 kg bahan bakar (kg/kg bahan bakar)

h_vgo = Entalphy uap jenuh pada temperatur flue gas keluar air heater (kJ/kg)

h_wa= Entalphy air pada temperature ambient (kJ/kg)

HHV = Higher Heating Value Bahan Bakar (kJ/kg)

= 3,30 %

4. Loses akibat moisture dalam udara

- Moisture yang terkandung udara sebagai kelembaban udara akan berubah menjadi uap superheat ketika keluar dari cerobong

- Perubahan fasedari moisture ini menyerap energy panas dari pembakaran dan dihitung sebagai

losses boiler

Dimana :

m_dry,air= massa udara pembakaran (kg/kg bahan bakar)

m_moist= kandungan moisture dalam udara (kg/kg udara)

h_vgo = Entalphy uap jenuh pada temperatur flue gas keluar air heater (kJ/kg)

h_va= Entalphy uap air pada temperatur ambient (kJ/kg)

HHV = Higher Heating Value Bahan Bakar (kJ/kg)

= 1,92 %

Jadi Efisiensi Boiler = 100 % - ( L1 + L2 + L3 + L4 )

= 100 - 4,27 - 3,30 - 3,30 - 1,92

= 87,21 %

Pengujian Laju Korosi Stainless steel vs Carbon steel

1. Latar Belakang

Terdapat pekerjaan penyambungan pipa HDPE dengan pipa stainless intake water way, dimana metode joint yg dipakai adalah flange dengan maerial stub end dri stainless dan slip on flange dari carbon. Pengujian dilakukan untuk mengetahui life time dari desain apabila di rendam di air laut.

2. Referensi

Standar pengujian : ASTM G 31 “ Satndard Practice for Laboratory Immersion Corrosion Testing of Metals “

Laju Korosi : (K x W) (A x T x D)

- K = konstanta

Satuan Laju korosi	Konstanta
mpy	3,45 x10⁶
ipy	3,45 x10³
ipm	2,87 x 10²
mm/y	8,76 x 10⁴
µm/y	8,76 x 10⁷

- W = Pengurangan berat ( gram )

- A = Luas permukan sampel uji ( cm² )

- T = Waktu pencelupan ( hour )

- D = Density ( g/cm³ )

3. Prosedur Pengujian

a. Pembuatan 9 sampel uji

No	Jenis Material	Dimension (mm)	Berat awal (gr)	Luas Permukaan (cm2)
1	SS 316 - 1	60 x 49 x 8	179,3051	76,24

2	SS 316 - 2	59 x 50 x 8	178,2688	76,44
3	SS 304 L - 1	59 x 50 x 8	181,3397	76,44
4	SS 304 L - 2	60 x 50 x 8	183,0232	77,60
5	SS 304 - 1	62 x 52 x 4	100,5242	73,60
6	SS 304 - 2	62 x 53 x 4	100,1193	74,92
7	Carbon steel - 1	73 x 54 x 3,5	108,5922	87,73
8	Carbon steel - 2	71 x 57 x 3,5	112,8876	89,90
9	Carbon steel - 3	58 x 45 x 3,5	70,0568	59,41

b. Sampel direndam ke dalam air laut selama 8 hari ( 192 hour )

c. Setelah 8 hari sampel di ambil dan di bersihkan dengan amplas halus (200) , di ukur pengurangan berat akibat korosi.

4. Hasil Pengujian

No	Jenis Material	Mass Loss ( gr )	Laju Korosi ( mm/y)
1	SS 316 - 1	0,0270	0,0202
2	SS 316 - 2	0,0511	0,0381
3	SS 304 L - 1	0,0432	0,0322
4	SS 304 L - 2	0,0407	0,0299
5	SS 304 - 1	0,0057	0,0044
6	SS 304 - 2	0,0412	0,0314
7	Carbon steel - 1	0,6613	0,4409
8	Carbon steel - 2	0,5015	0,3263
9	Carbon steel - 3	0,3807	0,3748

5. Kesimpulan

Dari pengujian di atas di dapat data :

- Laju korosi terbesar yaitu Carbon steel dg laju korosi 0,4409 mm/y

Life time Power plant adalah 20 tahun, maka untuk menentukan tebal material yg digunakan adalah = t design + corrosion allowance

t design flange carbon (ANSI class 150) = 40 mm

corrosion allowance = 20 x 0,4409 = 8,8 mm

fabrication flange = 40 + 8,8

= 48,8 mm

Procedure Start Up Boiler

A. Persiapan sebelum start up boiler

- Permukaan traveling garate harus bersih, tidak ada kotoran dan alat kerja yang tertingggal
- Air duct PA, SA dan ID Fan tidak ada kotoran dan alat kerja yang tertingggal
- Setiap Compartment di bawah traveling grate bersih dan tidak ada kotoran.
- Periksa tension dari chain grate, pastikan kekencangan rantai.

B. Persiapan pengisian air Boiler

- Pastikan semua valve drain closed

- Pastikan semua venting boier open untuk mengeluarkan udara yg terjebak

- Boiler water quality :

pH : 6,5 - 7

Conductivity : 0,5 micro s

Dissolve silica : < 0,015 ppm

Dissolve oxygen : < 0,3 ppm

- Isi drain tank dengan demin water pump

- Isi Drum boiler menggunakan drain pump sampai level +150 mm

- Periksa jika terjadi kebocoran

C. Initial Firing

- Spread batu bara secara merata di atas grate 50 - 100 mm

- Letak kan kayu atau batok kelapa di atas batu bara dengan dibahasahi solar agar mudah dinyalakan

- Gunakan obor untuk menyalakan api dalam furnace

- Buka damper ID Fan 100 % dan damper PA fan 50 % tanpa menjalankan motor, biarkan pembakaran secara natural.

- Setelah pembakaran merata dan temperatur stabil, tutup smua damper

- Start ID Fan dengan minimum opening damper, perhatikan tekanan furnice tetap pada negatif pressure

- Start PA Fan dengan minimum opening, jika pressure furnace positif, tambah opening damper ID Fan

- Start traveling grate dengan kecepatan minimum

- Start Ash cooler

- Apabila bara api sudah terbentuk dalam ruang bakar, start SA Fan agar api tidak mengarah langsung ke pipa water wall

- Tambah opening damper PA dan ID fan secara bertahap, pastikan kenaikan temperature < 70 C

D. Build Up Pressure & Temperature

Pressure boiler 2 bar

- Tutup semua venting boiler

- Tutup drain valve superheater

Pressure 2,5 - 4 bar

- Warming up pipa main steam 15 - 30 menit

- Open by pass Main Steam valve MOV Boiler full open dan pastikan drain valve sblm MSV turbine terbuka

- Setelah tidak ada air dari drain valve sblm MSV, Buka MOV Boiler main steam 15 %

- Setelah temperature stabil lanjutkan dengan membuka MOV Boiler 100 %