bab iv 2 (1) furnace
Post on 11-Jan-2016
328 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
BAB IV
PEMBAHASAN
A. Spesifikasi Furnace-05
Furnace-05 terletak di unit kilang Pusat Pendidikan dan Pelatihan
Minyak dan Gas Bumi digunakan untuk memanaskan crude yang berasal
dari Kawengan dan Ledok. Furnace-05 memiliki kapasitas 2200 bbl/day dan
merupakan furnace yang beroperasi untuk menggantikan operasi dari empat
furnace box type yang ada sebelumnya. ( furnace-01, furnace-02, furnace-
03, furnace-04 )
Gambar 3. Furnace-05Sumber: Dokumentasi Pribadi (2015)
73
74
Spesifikasi dari Furnace-05 dapat dilihat pada tabel berikut:
Tabel 7. Spesifikasi Furnace-05
Tipe Vertical Cylinder furnace
Bahan Bakar Fuel Oil dan Fuel Gas (LPG)
Jumlah Tube 48 buah
Diameter Tube 2 inch
Draft Forced Draft
Sumber : Data design Furnace-05
B. Data Kondisi Operasi Furnace-05
Data kondisi operasi kilang ± 7 hari dapat dilihat pada lampiran 14
Data kondisi operasi Furnace-05 tanggal 10 februari 2015 dapat dilihat
pada tabel berikut:
Tabel 8. Kondisi Operasi Furnace-05 (10 Feb 2015)
KONDISI OPERASI DATAFurnace Suhu Stack,oC
Suhu Dinding dalam, oCSuhu dinding luar, oC
127.3684.1
60Umpan Suhu Inlet Furnace, oC
Suhu Outlet Furnace, oCFlowrate, m3/hari
110,2288.8205
Fuel Oil Suhu,oCTekanan, Kg/cm2
Jumlah Pemakaian, m3/jam
1133,60,2
Fuel Gas Suhu, oCTekanan, Kg/cm2
29,70,3
Steam Suhu,oCTekanan, Kg/cm2
2205
Udara Pembakaran
Suhu ,oC 30,2
Sumber ; Data kontrol kilang PUSDIKLAT MIGAS
75
C. Data Komposisi Bahan Bakar
1. Fuel Oil
Data spesifikasi bahan bakar Fuel Oil sebagai berikut:
Tabel 9. Data Spesifikasi Fuel Oil
Parameter Komposisi
Density pada 15oC,gr/cm3 0,9185oAPI 22,56
Pour Point, oF 107,6
Flash Point,oF 280,4
Sulfur Content, %wt 0,354
Ash Content, %wt 0,0268
Water Content, %vol 0,1
Net Heating Value,Btu/lb 18005,926
Sumber : Data Lab PUSDIKLAT MIGAS (2015)
2. Fuel Gas
Data spesifikasi Fuel gas dapat dilihat pada tabel berikut:
Tabel 10. Data Spesifikasi Fuel Gas
Komponen BM %mol Berat
Proposional
C3H8 44 49 21,56
C4H10 58 49 28,42
C5H10 72 2 1,44
Jumlah 100 51,42
76
D. Perhitungan Panas Masuk Furnace
Langkah-langkah untuk menghitung effisiensi dari furnace-05 yaitu
menghitung neraca panas meliputi panas masuk sistem dan panas keluar dari
sistem. Panas yang masuk sistem meliputi :
1. Panas Sensibel Fuel Oil (Q1)
Berdasarkan data operasi diketahui,
Pemakaian Fuel Oil = 0,2 m3/jam
Suhu Fuel Oil = 113 oC = 235,4 oF
Suhu Basis = 60 oF
SG = 0,9185
oAPI = 22,56
Dari grafik fig 5-1 Nelson W.L (lampiran 6) di dapat:
Cp pada 60 oF = 0,430 Btu/lboF
Cp pada 235,4 oF = 0,530 Btu/lboF
Cprata-rata = = 0,480 Btu/lboF
Dari tabel 5-1 Nelson W.L (lampiran 5) diasumsikan fuel oil
sebagai reduced oil sehingga didapat slope = 5, dan MABP = 800 oF.
Didapat koreksi = -72oF, sehingga didapat harga MABP = 728 oF.
Dengan menggunakan data tersebut dapat dihitung harga KUOP
dengan persamaan (2) :
..................................................................(2)
= 11,53
77
Setelah didapat harga KUOP = 11,53, dari grafik fig. 5-1 Nelson
W.L (lampiran 6) didapat faktor koreksi Cp = 0,98 maka Cp terkoreksi
= 0,98 x 0,48 Btu/lboF = 0,4704 Btu/lboF
Pemakaian minyak bakar dihitung dengan persamaan (3)
.............................................................................................(3)
Kandungan air dalam Fuel Oil dapat dihitung dengan cara
Cp air rata-rata = 0,45 Btu/lboF
Panas sensibel Fuel Oil dapat diperoleh dari persamaan (4)
.............................................................................(4)
78
Panas sensibel kandungan air dapat diperoleh dari
...............................................................................(4)
Sehingga panas sensibel Fuel Oil adalah
2. Panas Pembakaran Fuel Oil (Q2)
Panas pembakaran fuel oil diperoleh dari persamaan:
....................................................................................(5)
3. Panas Steam Atomizing (Q3)
Dalam menghitung panas steam atomizing, sebelumnya harus
mengetahui pemakaian steam untuk atomizing. Jumlah pemakaian
79
steam didapat melalui grafik “Tekanan Minyak vs Kebutuhan Steam
Atomizing” (lampiran 9) dimana data tekanan fuel oil dipergunakan
untuk menentukan jumlah pemakaian steam.
Pemakaian Fuel Oil = 183,7 kg/jam
Tekanan = 5 kg/jam g
= 71,115 Psi + 14,7 = 85,82 Psia
Suhu basis = 60oF
Suhu Steam Atomizing = 220oC = 428oF
Dari Tabel 7 D.Q Kern “Process Heat Transfer” (lampiran 7 & 8)
didapatkan entalphy steam pada
Suhu basis = 60oF = 28,06 Btu/lb
Suhu Steam Atomizing = 428oF = 1279,1 Btu/lb
Dari grafik kemudian didapatkan kebutuhan steam sebesar 0,42 kg
steam/ kg oil.
Setelah didapat jumlah kebutuhan steam atomizing, maka dapat
dihitung pemakaian steam.
Pemakaian Steam = pemakaian Fuel Oil x keb. steam atomizing
= 183,7 kg Oil/jam x 0,42 kg steam/ kg Oil
= 77,154 kg steam/jam x 2,2046 lb/kg
= 170,094 lb steam/jam
80
Panas Steam Atomizing (Q3)
Q3 = Pemakaian Steam x Entalphy Steam …………………(6)
= 170,094 lb steam/jam x (1279,1-28,06) Btu/lb
= 212313,998 Btu/jam x 0,2519 kcal/Btu
= 53481,89 kcal/jam
4. Panas Sensibel Fuel Gas (Q4)
Sebelum mencari besarnya panas sensibel fuel gas yang harus di
lakukan adalah mencari pemakaian bahan bakar gas terlebih dahulu.
Tabel 11. Tabel Analisa LHV dari Fuel Gas
Komponen BM %mol Fraksi
Mol
D= A x C
Lb/lb mol
LHV*
Btu/cuft
F= CxE
Btu/cuft
C3H8 44 49 0,49 21.56 2371 1161,79
C4H10 58 49 0,49 28,42 2977 1458,73
C5H10 72 2 0,02 1,44 3679 73,58
Jumlah 100 ∑D=
51,42
∑F=
2694,1
*LHV di dapat dari tabel pada lampiran 10
∑F adalah LHV dari fuel gas = 2694,1 btu/cuft
∑D adalah BM rata-rata fuel gas = 51,42 lb/lb mol
Suhu fuel gas masuk dapur = 29,7oC = 85,46 oF = 545,46oR
Tekanan fuel gas masuk dapur = 0,3 kg/cm2 g
= 4,2669 psig +14,7
= 18,96 psia
81
Sebelum menghitung pemakaian fuel gas, terlebih dahulu menghitung
SG fuel gas tersebut dengan persamaan gas ideal sebagai berikut:
Diketahui :
- P fuel gas = 18,96 Psia
- R = 10,731 Psia. cuft/lb moloR
- BM rata-rata = 51,42 lb/lb mol
- Tabs Fuel Gas= 545,6 oR
Untuk mencari jumlah pemakaian fuel gas dapat dihitung dengan
persamaan berikut
Dimana :
Ws = gas flow (SCF/day)
d = internal diameter (inch)
82
P1 = Inisial Pressure (Psi)
P2 = Final Pressure (Psia)
L = Length of Line (miles)
S.G= Spesific gravity of gas
T = Absolute temperature of flowing gas (oR)
Ts = Standart absolute temperature (32oF+460) (oR)
Ps = Standart Pressure
Data perhitungan Ws
T = 545,6 oF
Ts = 492 oR
P1 = 18,96 psia
P2 = 14,7 psia
Ps = 14,7 Psia
d = 0,945 inch
L = 0,006 mile
SG = 2,69
Maka,
Diketahui dalam kondisi standart (T= 32oF dan P = 14,7 psi), setiap1 lb
mol gas = 359 cuft, maka fuel gas dalam berat adalah:
Pemakaian Fuel Gas =307,41 lb/jam
Tbasis = 60 oF
T Fuel Gas = 29,7 oF
83
= 85,45 oF
Tabel 12. Tabel Analisa Panas Jenis Komponen Fuel Gas
Komp. BM %mol Berat
prop.
%berat Cp Cprata-
rata
C3H8 44 49 21,56 41,93 0,389 0,407 0,398
C4H10 58 49 28,42 55,27 0,395 0,409 0,402
C5H12 72 2 1,44 2,8 0,383 0,407 0,395
Jumlah 51,42
Cp tiap komponen didapat dari Lampiran 11 dan 12. Kemudian
hasil dari tabel di bagi dengan berat molekul masing-masing
komponen. Sebelum menghitung panas sensibel fuel gas maka
sebelumnya menghitung berat masing-masing komponen fuel gas
Sehingga, panas sensibel dari masing-masing komponen fuel gas
adalah
84
5. Panas Pembakaran Fuel gas (Q5)
Dengan menggunakan tabel 9-18 “combustions constant”-Robert
Perry (lampiran 13) maka akan di dapat LHV ( Lower Heating Value )
dari masing-masing komponen fuel gas seperti pada tabel berikut:
Tabel 13. Tabel Analisa LHV Komponen Fuel Gas (btu/lb)
Komp. BM %mol Berat
prop.
%berat LHV
(Btu/lb)
LHV
(Btu/lb)
C3H8 44 49 21,56 41,93 19944 8362,52
C4H10 58 49 28,42 55,27 19680 10877,14
C5H12 72 2 1,44 2,8 19517 546,476
Jumlah 51,42 19786,14
Dari tabel diatas di dapatkan LHV Fuel Gas adalah 19786,14
Btu/lb. Sehingga panas pembakaran Fuel Gas (Q5) dapat dihitung
dengan persamaan:
..................................................(10)
85
6. Panas Udara Pembakaran (Q6)
Tekanan udara = 1 atm
Suhu udara masuk = 29oC = 84,2
Untuk menghitung panas udara pembakaran diperlukan data untuk
kebutuhan udara Fuel Oil dan kebutuhan udara Fuel Gas sehingga
didapat kebutuhan udara seluruhnya.
a. Kebutuhan Udara Pembakaran Fuel Oil
SG Fuel Oil = 0,9185
Water content = 0,1 %
Sulfur Content = 0,354 %
Ash Content = 0,0268%
Dari data diatas selanjutnya melakukan perhitungan %H dan %C
yang terkandung dalam Fuel Oil
86
Jika 1 kg fuel oil maka berat H2 = 0,122 kg, C= 0,8729 kg, S=
0,00354 kg. Sehingga, kebutuhan udara teoritis (Wa) Fuel Oil
dalam adalah:
Kemudian kebutuhan udara sebenarnya Fuel Oil, terlebih dahulu
menghitung Excess Air
Tabel 14. Tabel Analisa Flue Gas
Komponen %vol
CO2 11,57
O2 5,6
CO 0
N2 82,83
Sumber : Data emisi Flue Gas (lampiran
Dari persamaan berikut, Excess Air dapat dihitung :
Dimana : O2 dalam %volume dan K nernilai 0.95 (untuk oil) :
Untuk menghitung kebutuhan udara fuel oil sebenarnya WA:
87
Pengguanaan Fuel Oil = 3555,697 kg/jam
Maka kebutuhan udara pembakaran Fuel Oil
= 183,7 kg/jam x 19,356 kg/kg bahan bakar
= 3555,697 kg/jam
b. Kebutuhan Udara Fuel Gas
Menghitung udara pembkaran fuel gas teoritis :
Tabel 15. Kebutuhan Udara Pembakaran Fuel Gas
Komponen Berat
Komponen
(lb/Jam)
Kebutuhan
Udara
lb/lb pembakaran
Udara
Pembakara
n
lb/jam
C3H8 128,897 15,70 2023,683
C4H10 169,906 15,49 2031,844
C5H12 8,607 15,35 132,117
307,41 46,54 4787,644
Kebutuhan udara dapat dilihat dari tabel “Combustion Constant
9-18” (lampiran 13)
Sehingga kebutuhan udara fuel gas sebenarnya
= 4787,644 lb/jam x 1,3455
88
= 6441,775 lb/jam x 0,464 kg/lb
= 2988,984 kg/jam
Kebutuhan udara seluruhnya
= kebutuhan udara fuel oil + kebutuhan udara fuel gas
= 355,697 kg/jam + 2988,984 kg/jam
= 6544,681 kg/jam
Diketahui Cp udara = 0,2404 kcal/kgoC
Q6 = m . Cp . ∆T
= 6544,681 kg/jam x 0,2404 kcal/kgoC x (30,2-0)oC
= 47514,908 kcal/jam
7. Panas Sensibel Air karena Kelembapan Udara (Q7)
WA = Kebutuhan udara sebenarnya (seluruhnya)
Ma = Berat air dalam udara kering= 0,027 (Humidity Chart)
E. Perhitungan Panas Keluar Furnace
Setelah di dapat besarnya masing-masing panas masuk ke sistem,
selanjutnya menghitung besarnya panas keluar dari sistem. Panas keluar
sistem meliputi:
89
1. Panas Yang Hilang Melalui Gas Asap (Qa, Qb, Qc, dan Qd)
Sebelum melakukan perhitungan panas keluar dapur. Pertama-tama
kita harus menghitung Cp gas asap dari masing-masing komponen gas
asap dan kemudian menentukan berat gas asap keseluruhan.
Menghitung Cp Gas Asap
Tabel 16. Analisa Panas jenis Komponen Flue Gas
CO
₂
44 11,57 5,091 0,169 0,2105 0,034O
₂
32 5,6 1,792 0,060 0,2191 0,013CO 28 0 0 0 0 0N
₂
28 82,83 23,192 0,771 0,2483 0,191Jumlah 30,075 1 ∑F = 0,238
Cp flue gas (F) = D x E
KomponenBM (A)
% mol (B)
Berat Proporsional (C)=
(AxB)/100
Fraksi Mol (D)= C/∑C
Cp komponen
(E)
Menghitung berat gas asap per kg bahan bakar
Diketahui :
- Panas pembakaran fuel gas = 1532170,993 kcal/jam
= 6082457,297 btu/jam
- LHV fuel oil = 18005,926 btu/lb
Jika bahan bakar fuel gas di konversikan ke fuel oil
Jadi penggunaan bahan bakar berupa fuel oil seluruhnya :
= 404,985 lb/jam + 337,803 lb fuel oil/jam
= 742,788 lb/jam x
= 336,926 kg/jam
90
Besarnya gas asap per kg bahan bakar
Diketahui :
% C = 0,8729 WA = 19,356
% H2 = 0,122 x = 34,55
% S = 0,00354 Wa = 14,386
= 20,35 kg/kg bahan bakar
Jadi, berat gas asap keseluruhan
Dari data diatas dapat dihitung
a. Panas Yang Terbawa Gas Asap Kering ( Qa)
b. Panas yang keluar karena terbawa oleh uap air dalam gas asap
karena kandungan (H2O dalam bahan bakar (Qb)
91
Dimana :
W = Water Content = 0,001
Hsup = Entalphy uap air pada T = 127,3oC dan P = 1 atm
= 1193,9 btu/lb (lampiran 6)
Penggunaan bahan bakar = 336,926 kg/jam = 742,788 lb/jam
c. Panas Yang Terbawa Oleh Uap Dalam Gas Asap Karena Adanya
H2 Dalam Bahan Bakar (Qc)
Dimana :
H2 = %wt H2= 0,1222
Hsup = 1193,9 btu/lb
Penggunaan bahan bakar = 742,788 lb/jam
92
d. Panas Yang Terbawa Oleh Uap Air dalam gas asap karena
kelembapan udara dalam bahan bakar (Qd)
Dimana :
WA = Penggunaan Bahan Bakar sebenarnya
=19,356 kg/kg bahan bakar
Ma = kelembapan udara = 0,027
Hsup = 1193,9 Btu/lb
= 663,229 kcal/kg
Penggunaan bahan bakar = 336,926 kg/jam
= 116782,404 kcal/jam
2. Panas yang hilang melalui dinding Furnace (Qe)
Dimana :
A = Luas Permukaan dinding Furnace
= 2πr (r+t)
93
= 2 x 3,14 x 4,593 ft (4,593 ft+24,442 ft)
= 837,4867 ft2
Hi = Koefisien perpindahan panas lewat dinding furnace
T1 = temperature lingkungan (oF)
T2 = Temperatur dinding luar furnace (oF)
Menghitung H =
Dimana :
E = Emisivity = 0,80
T2 & T1 = Temperature (oR)
V = kecepatan angin (ft/s)
T1 = 30 oC = 86 oF = 546 oR
T2 = 60 oC = 140 oF = 600 oR
Kecepatan angin diasumsikan 10 km/jam
Sehingga,
Untuk mengetahui Hi yaitu dengan persamaan berikut :
94
Kemudian dari data hasil perhitungan di atas, di dapat Qe sebesar
F. Effisiensi Furnace
Tabel 17. Analisa Panas Masuk dan Panas Keluar
Panas Masuk (kcal/jam) Panas Keluar (kcal/jam)
Q1 = 8428,533 Qa = 207732,426
Q2 = 1837470,903 Qb = 223,459
Q3 = 53481,89 Qc = 245760,803
Q4 = 788,805 Qd = 116782,404
95
Q5 = 1532170,993 Qe = 49844,416
Q6 = 47514,908
Q7 = 5336,533
∑Qin = 3485192,565 ∑Qloss = 620343,508
Dari data yang telah dihitung, maka dapat diperoleh :
Panas yang termanfaatkan = Panas masuk-Panas keluar
= 3485192,565 kcal/jam – 620343,508 kcal/jam
= 2864849,057 kcal/jam
Sehingga, didapatkan efisiensi furnace dengan menggunakan persamaan (1)
Efisiensi Furnace =
= 82,20 %
top related