PRAKOMISIONING DAN PENGUJIAN SUBSISTEM CUT PILOT PLANT

Transkripsi

1 PRAKOMISIONING DAN PENGUJIAN SUBSISTEM CUT PILOT PLANT TUGAS SARJANA Karya ilmiah sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik dari Institut Teknologi Bandung Oleh Bimo Prawisudho P.K.P PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

2 Lembar Pengesahan Tugas Sarjana Prakomisioning dan Pengujian Subsistem CUT Pilot Plant Oleh Bimo Prawisudho P.K.P. NIM Program Studi Teknik Mesin Instutut Teknologi Bandung Disetujui Tanggal: 12 Februari 2008 Pembimbing Utama Pembimbing Kedua Pembimbing Ketiga Prof. Dr. Ir. Aryadi Suwono NIP Dr. Ir. Toto Hardianto NIP Dr. Ir. Willy Adriansyah NIP

3 Tugas Sarjana Judul Prakomisioning dan Pengujian Subsistem CUT Pilot Plant Bimo Prawisudho P.K.P. Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung Abstrak Indonesia merupakan negara yang kaya akan batubara. Namun, sebagian besar batubara di Indonesia justru merupakan batubara berkualitas rendah. Coal Upgrading Technology (CUT) merupakan salah satu teknologi peningkatan kualitas batubara yang prinsip kerjanya merupakan pengeringan menggunakan uap superpanas. Saat ini pengembangan CUT sudah memasuki tahap pilot plant yang dirancang untuk beroperasi dengan kapasitas 7 ton/jam dan menghasilkan batubara dengan kandungan air 5%. Pembangunan CUT Pilot Plant itu sendiri sudah memasuki tahap komisioning. Proses komisioning merupakan suatu rangkaian proses yang sistematik yang bertujuan untuk memastikan bahwa CUT Pilot Plant dapat berjalan sesuai dengan desain yang diinginkan. Pelaksanaan proses ini diawali dari prakomisioning, pengujian subsistem dengan acuan keberfungsian masing-masing subsistem dalam CUT Pilot Plant, diakhiri dengan pengujian sistem keseluruhan yang meliputi kualitas, kapasitas dan efisiensi pilot plant itu sendiri. Hasil pengujian subsistem pilot plant menunjukkan beberapa parameter dalam subsistem belum dapat dicapai. Diameter partikel dan kapasitas produksi subsistem persiapan dan transportasi batubara masih jauh dari desain. Sementara itu, kondisi operasi pada subsistem pengeringan belum tercapai sepenuhnya terutama tekanan dan laju aliran medium fluidisasi. Di lain pihak, hasil uji coba mesin briket menggunakan campuran batubara-tanah liat menunjukkan bahwa cetakan mesin briket tersebut perlu dimodifikasi untuk memungkinkan briket yang terbentuk terlepas. Untuk mendapatkan hasil yang baik dari CUT Pilot Plant ini, modifikasi pada subsistem-subsistem tersebut perlu dilakukan hingga parameter desain tercapai.

4 Final Project Title Precommissioining and Subsystem Trial of CUT Pilot Plant Bimo Prawisudho P.K.P. Major Mechanical Engineering Faculty of Mechanical Engineering and Aerospace Institut of Technology Bandung Abstract Indonesia is a country that has abundant coal resources. Nevertheless, most of these coals are classified as low rank coal. Coal Upgrading Technology (CUT) is one of technology that can be used to improve the quality of coal by superheated steam drying technique. Recently, the development of this technology has already entered the pilot scale phase which is designed to be operated at capacity 7 ton/h and produce 5% moisture dried coal. The commissioning stage of CUT Pilot Plant has already started. Commissioning is a sistematic process to ensure that CUT Pilot Plant system is worked well refers to the design. The process itself divided into three phases: precommissioning, subsystems test, and then system tests which include quality, capacity and efficiency of the system. The commissioning results of CUT Pilot Plant show that some of the parameters in the subsystem is not achieved. The particle size and the capacity of coal preparation and transportation plant are still not match with the design. Besides that, the operating condition of drying plant are not fully achieved, especially the operating pressure and flow of fluidization medium. Also, the result of briquetting plant trial using coal and clay shows that the briquette cavity need to be modified to enable the briquette formed dropped off from the cavity. In order to get a good result from this pilot plant, some modification and improvement need to be done until the parameters of each subsystem are achieved.

5 Untuk Bapak dan Ibu tercinta Thanks for everything.

6 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah membimbing dan memberikan petunjuk tiada henti kepada makhluknya yang sangat lemah. Hanya dengan bimbingan dan pentunjuk-nya-lah penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir Prakomisioning dan Pengujian Subsistem CUT Pilot Plant hingga ke tahap akhir. Pada kesempatan ini penulis ingin menghaturkan rasa terimakasih kepada pihak-pihak yang telah membantu penulis dari awal hingga akhir proses tugas akhir ini, yaitu: 1. Prof. Dr. Ir. Aryadi Suwono, selaku Pembimbing I, yang telah banyak meluangkan waktu serta mencurahkan banyak perhatian dengan penuh kesabaran dalam membimbing kami untuk menyelesaikan penelitian ini 2. Dr. Ir. Toto Hardianto dan Dr. Ir. Willy Adriansyah, selaku Pembimbing II dan III, atas saran, masukan, serta perhatiannya dalam menyelesaikan tugas akhir ini 3. Segenap dosen Teknik Mesin ITB yang telah banyak memberikan ilmu dan pengalamannya selama kurang lebih 4,5 tahun penulis berada di ITB 4. Pihak PAMA, kontraktor, serta seluruh tim CUT yang telah banyak membantu dan memberi kesempatan untuk mendapatkan pengalaman kerja lapangan yang sangat membantu dalam penulisan tugas akhir ini 5. Adik-adikku, Bram dan Mellya, terima kasih atas dukungan semangat dan doanya selama ini 6. Teman-teman Mesin 2003: Eureka, Arnold, Riza, Tetuko, Arno, Faiza, Hanifan, William, Riri dan juga yang lainnya tanpa terkecuali 7. Teman-teman alumni SMU Regina Pacis: Ina, Ricky, Yanti, Chintya, Merlin, Nikko, Isa, Anita dan juga yang lainnya yang selalu memberi semangat dan dukungan kepada penulis. 8. Pihak-pihak lain yang namanya tidak dapat disebutkan satu-persatu namun memberi banyak kontribusi berarti dalam hal sekecil apapun.

7 Penulis menyadari bahwa yang penulis selesaikan ini baru merupakan tahap awal dari sebuah pembelajaran yang lebih besar lagi di kemudian hari. Tiada gading yang tak retak, penulis mengetahui masih banyak kekurangan yang terdapat dalam tulisan ini, meskipun demikian, penulis berharap karya ini akan bermanfaat bagi ITB pada khususnya, serta untuk kemajuan Indonesia di masa depan pada umumnya. Bandung, Februari 2008 Penulis

8 Daftar Isi Kata Pengantar... i Daftar Isi... iii Daftar Tabel... v Daftar Gambar... vi Daftar Notasi dan Simbol... viii Bab I Pendahuluan Latar Belakang Maksud dan Tujuan Manfaat Batasan Masalah Sistematika Penulisan... 5 Bab II Teknologi CUT Peningkatan Kualitas Batubara Pengantar Batubara Konsep Teknologi Peningkatan Kualitas Batubara Peningkatan Kualitas Batubara dengan Teknologi CUT Perbandingan CUT dengan Teknologi Lain Pengembangan CUT Bab III CUT Pilot Plant Sistem CUT Pilot Plant Subsistem Persiapan dan Transportasi Batubara (Coal Preparation and Transportation Plant) Subsistem Penyuplai Panas (Hot Utility Plant) Subsistem Pengeringan (Drying Plant) Subsistem Pembriketan (Coal Briquetting Plant) Subsistem Pengolahan Air (Water Treatment Plant) Bab IV Proses Komisioning pada CUT Pilot Plant Pengertian Umum Definisi Tujuan Komisioning... 30

9 4.1.3 Metodologi Proses Prakomisioning Pengujian Subsistem Pengujian Subsistem Persiapan dan Transportasi Batubara Pengujian Subsistem Penyuplai Panas Pengujian Subsistem Pengeringan Pengujian Subsistem Pembriketan Komisioning dan Pengujian Sistem CUT Pilot Plant Bab V Analisis Hasil Komisioning CUT Pilot Plant Hasil Komisioning dan Pengujian Subsistem Analisis Kinerja Subsistem Persiapan dan Transportasi Batubara Analisis Kinerja Subsistem Penyuplai Panas Analisis Kinerja Subsistem Pengeringan Analisis Kinerja Subsistem Pembriketan Hasil Komisioning dan Pengujian Sistem CUT Pilot Plant Bab VI Kesimpulan dan Saran Kesimpulan Saran Daftar Pustaka Lampiran Lampiran A Process Flow Diagram dan Process & Instrumentation Diagram Lampiran B Desain Tangki Pengeringan Lampiran C Spesifikasi Teknis Lampiran D Data dan Perhitungan Hasil Komisioning CUT Pilot Plant

10 Daftar Tabel Tabel 1.1 Potensi Bahan Bakar Fosil Indonesia Tahun Tabel 2.1 Pembagian peringkat batubara menurut ASTM... 8 Tabel 2.2 Karakteristik Batubara Indonesia... 9 Tabel 2.3 Hasil upgrading batubara Tabel 3.1 Kondisi operasi proses pengeringan Tabel 3.2 Spesifikasi mesin briket Tabel 4.1 Variasi frekuensi motor cage mill pada pengambilan sampel Tabel 4.2 Parameter-parameter operasi subsistem penyuplai panas Tabel 4.3 Data-data operasi pada CUT Pilot Plant Tabel 5.1 Hasil pengujian distribusi ukuran diameter partikel batubara Tabel 5.2 Kondisi operasi dan sifat-sifat medium fluidisasi Tabel 5.3 Karakteristik batubara Tabel 5.4 Kisaran diameter partikel pada masing-masing tangki pengeringan untuk proses fluidisasi Tabel 5.5 Spesifikasi chain grate Tabel 5.6 Sifat-sifat oli termal pada kondisi 300 o C, 5 Bar Tabel 5.7 Prediksi hasil pengujian subsistem penyedia panas dengan kondisi terbebani Tabel 5.8 Perbandingan laju aliran blower desain dengan laju aliran yang terukur 66

11 Daftar Gambar Gambar 1.1 Perbandingan biaya produksi pembangkit listrik untuk beberapa bahan bakar yang berbeda...1 Gambar 1.2 Distribusi kualitas batubara Indonesia berdasarkan kalori, tahun Gambar 2.1 Skema proses coalification... 6 Gambar 2.2 Proses perubahan peringkat batubara... 7 Gambar 2.3 Ilustrasi proses ekstraksi tar Gambar 2.4 Diagram proses metode Encoal Gambar 2.5 Skema proses UBC Gambar 2.6 Perbandingan kondisi operasi beberapa metode peningkatan kualitas batubara Gambar 3.1 Skema proses CUT...15 Gambar 3.2 Rangkaian subsistem persiapan dan transportasi batubara Gambar 3.3 Roll Crusher Gambar 3.4 Cage Mill Gambar 3.5 Rangkaian sistem conveyor dan bucket elevator CUT Pilot Plant Gambar 3.6 Skema sirkulasi subsistem penyuplai panas (thermal oil heater) Gambar 3.7 Pompa sentrifugal Gambar 3.8 Skema pengeringan di salah satu tangki pengeringan Gambar 3.9 Rangkaian tangki pengering dan siklon Gambar 3.10 Rotary Vane Gambar 3.11 Rangkaian blower dan preheater Gambar 3.12 Konstruksi mesin briket Gambar 3.13 Roll Press mesin briket Gambar 3.14 Rangkaian conveyor subsistem pembriketan Gambar 3.15 Desain subsistem pengolahan air CUT Pilot Plant Gambar 3.16 Kolam-kolam penampungan pada subsistem pengolahan air Gambar 4.1 Tahapan proses komisioning CUT Pilot Plant Gambar 4.2a Diagram alir proses komsioning CUT Pilot Plant Gambar 4.2b Diagram alir proses komisioning CUT Pilot Plant... 34

12 Gambar 4.3 Diameter partikel vs kecepatan minimum fluidisasi Gambar 4.4 Kecepatan terminal vs Diameter partikel Gambar 4.5 Alat uji ayak (sieving) Gambar 4.6 Pengaturan bukaan hopper gate Gambar 5.1 Grafik temperatur subsistem penyuplai panas Gambar 5.2 Konstruksi chain grate Gambar 5.3 Temperatur kerja subsistem pengeringan Gambar 5.4 Grafik temperatur jalur steam recovery Gambar 5.5 Grafik tekanan operasi masing-masing tangki pengeringan Gambar 5.6 Hasil simulasi rugi-rugi tekanan pada distributor Gambar 5.7 Desain awal distributor tangki pengeringan Gambar 5.8 Desain baru distributor tangki pengeringan Gambar 5.9 Briket yang terbentuk menempel pada roll mesin briket Gambar 5.10 Proses pembersihan cavity mesin briket... 68

13 Daftar Notasi dan Simbol Simbol Keterangan Satuan Notasi Latin A Luas m 2 Ar Bilangan Archimedes - c p Panas spesifik kj/kg K d Diameter m g Gravitasi m/s 2 H Tinggi m h Entalpi kj/kg k Konduktivitas termal W/m K L Panjang m m Massa kg m Laju aliran massa kg/s n Putaran rpm P Tekanan Bar Q Energi panas per satuan waktu kw t Waktu s T Temperatur u Kecepatan m/s v Volume m 3 v Laju aliran volume m 3 /s o C Notasi Yunani Fraksi kosong (void fraction) - Viskositas Pa.s Sphericity - Massa jenis kg/m 3 Efisiensi -

14 Subscript g p mf app true bb cg mcg in out TOH gas partikel Minimum fluidisasi Appearance true batubara Chain grate Motor chain grate input output Themal oil heater