ANALISA PERFORMANSI KETEL UAP DENGAN KAPASITAS 260 TON/JAM DAN TEKANAN 86 BAR DI UNIT 3 PADA PLTU SEKTOR PEMBANGKIT BELAWAN

Transkripsi

1 ANALISA PERFORMANSI KETEL UAP DENGAN KAPASITAS 260 TON/JAM DAN TEKANAN 86 BAR DI UNIT 3 PADA PLTU SEKTOR PEMBANGKIT BELAWAN LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Pendidikan Program Diploma III Program Studi Teknik Konversi Energi oleh ROBERTO BAGIO SIMANJUNTAK JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2016

2 ii

3 iii

4 iv

5 v

6 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan karunia-nya yang sampai saat ini selalu melimpah terutama selama proses penyusunan Tugas Akhir ini hingga akhirnya dapat diselesaikan dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan Pendidikan Program Diploma III Program Studi Teknik Konversi Energi di Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan dengan judul Analisa Performansi Ketel Uap Dengan Kapasitas 260 Ton/Jam Dan Tekanan 86 Bar Di Unit 3 Pada Pltu Sektor Pembangkit Belawan. Pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan motivasi, bimbingan dan pengarahan selama penyusunan laporan Tugas Akhir ini. Penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. M. Syahruddin, S.T., M.T., Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. Idham Kamil, S.T., M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan; 3. Ir. Abdul Razak, M.T., Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan; 4. Ir. Rufinus Nainggolan, M.T., dosen pembimbing penulis; 5. Ir. Hairanus Tarigan, M.T., dosen wali kelas EN-6B; 6. Seluruh Dosen, Staff dan Karyawan Progam Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan; 7. Seluruh Staff dan Karyawan PLTU Sicanang PT PLN Sektor Pembangkitan Belawan 8. Orang tua penulis, Ayahanda Parsaoran Simanjuntak dan Ibunda Mastina br. Sihombing yang telah memberikan motivasi, materi, doa, dan juga kasih sayang yang tiada hentinya; 9. Saudara penulis Ade Berliana br.simanjuntak serta Maya Anzelina br. Simanjuntak, S.psi. sebagai kakak dari penulis serta Pasto Josua Simanjuntak vi

7 dan Eko Amos Simanjuntak sebagai adik daripenulis yang telah memberikan motivasi, doa, dan juga kasih sayang yang tiada hentinya; 10. Untuk Seluruh Teman-teman Praktek kerja Lapangan di PT PLN Sicanang Ady, Hendro, Puji dan Juga Unedo Yang telah turut membantu Penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 11. Untuk seluruh Teman-teman dari kelas En-6b Terimakasih untuk 3 tahun yang sudah kita lewati baik suka maupun duka dan terimakasih juga kepada Elisanti Sugitha Ginting yang telah turut banyak membantu Penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 12. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Program Studi Teknik Konversi Energi, khususnya kepada teman-teman angkatan 2013 yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah banyak membantu dan memberi masukan yang berguna demi kelengkapan Tugas Akhir ini, juga terimakasih atas kebersamaannya. Penulis menyadari bahwa masih banyak terdapat kekurangan dalam penulisan Tugas Akhir ini. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari semua pihak demi kesempurnaan Tugas Akhir ini dikemudian hari. Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih dan semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Medan, 7 Agustus 2016 Hormat Penulis, Roberto Bagio Simanjuntak NIM: vii

8 DAFTAR ISI SPESIFIKASI TUGAS AKHIR... ii LEMBAR PERSETUJUAN... iii LEMBAR PENGESAHAN... iv LEMBAR KEASLIAN TUGAS AKHIR.. KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI. DAFTAR GAMBAR... DAFTAR LAMPIRAN... INTISARI... ABSTRACT V vi viii xi xii xii xiv BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Batasan Masalah Tujuan Tugas Akhir Manfaat Tugas Akhir Teknik Pengumpulan Data... 4 BAB II TEORI DASAR Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Komponen-Komponen PLTU Defenisi Ketel Uap Klasifikasi Ketel Uap Berdasarkan fluida yang mengalir didalam pipa Berdasarkan pemakaiannya Berdasarkan letak dapur Menurut jumlah lorong Tergantung kepada poros Menurut bentuk dan letak pipa Menurut system peredaran air ketel Tergantung sumber panasnya. 14 viii

9 2.5 Prinsip Kerja ketel Uap Teori Terjadinya Uap Proses Produksi Uap Panas Lanjut Evaluasi Kinerja Ketel Uap Neraca Kalor Proses Pembakaran Nilai Kalor Kebutuhan Bahan Bakar Kebutuhan Energi Panas Kebutuhan Udara Pembakaran Suplai Energi Perhitungan Effisiensi Ketel Uap. 24 BAB III KOMPONEN PADA PLTU SICANANG DAN TAHAP PENGOPERASIANNYA Spesifikasi Ketel Uap Komponen Utama Ketel Uap Furnace Burner Economizer Low Temperature Superheater High Temperature Superheater Down Comer Boiler Drum Tahap Pengoperasian Ketel Uap PLTU Sicanang Tahap persiapan Tahap pengoperasian Shutdown Boiler 36 BAB IV ANALISA DATA Klasifikasi Bahan Bakar Sifat-sifat kimia residu.. 38 ix

10 4.2 Nilai Kalor Pembakaraan High heating Value Low Heating Value Konsumsi Bahan Bakar Kebutuhan Energi Panas Pada Feed Water Tank Pada Ketel Uap Panas Pembakaran Effisiensi Ketel Uap Analisa Udara Pembakaran Analisa Gas Asap. 47 BAB V PENUTUP A. Simpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA x

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Proses Konversi Energi di PLTU... 5 Gambar 2.2. Siklus Fluida Kerja Sederhana Di PLTU... 6 Gambar 2.3. Turbin Uap... 7 Gambar 2.4. Kondensor... 8 Gambar 2.5. Generator... 8 Gambar 2.6. Ketel Pipa Api Gambar 2.7. Ketel Pipa Air Gambar 2.8. (A) Ketel Stasioner (B) ketel mobil Gambar 2.9. (A) Internally fired Steam Boiler (B) Outernally fired steam boiler Gambar (A) Single tube steam Boiler (B) multi tube steam boiler Gambar (A) Vertical Steam Boiler (B) Horizontal Steam boiler Gambar (A) Ketel Pipa Lurus (B) Ketel Pipa Miring Gambar Aliran Uap Pada Ketel Uap Gambar Perubahan Temperatur Pada Tekanan Tetap Saat Pemanasan Air Gambar Diagram Neraca Panas Gambar Segitiga Api 21 Gambar 3.1. Boiler PLTU Sicanang Gambar 3.2. Ruang bakar/furnace Gambar 3.3. Burner Secara Keseluruhan Gambar 3.4. Economizer Gambar 3.5. Low Temperatur Superheater Gambar 3.6. High Temperatur superheater Gambar 3.7. Down Comer Gambar 3.8. Boiler drum. 31 Gambar 4.1. Balans Massa Pembakaran.. 49 xi

12 DAFTAR LAMPIRAN Data Performansi Unit 3 PLTU Sicanang 5 April 2016 Gambar Konstruksi Ketel Uap Unit 3 dan 4 PLTU Sicanang Tabel Uap A-4 dan A-6. xii

13 INTISARI Ketel Uap adalah suatu Bejana tertutup yang mampu mengubah energy kimia dari bahan bakar menjadi energy panas. Dimana panas pembakaran digunakan untuk memanaskan air sampai terbentuknya uap atau steam. Di PLTU Sicanang Sektor Pembangkitan Belawan Uap yang dihasilkan dengan tekanan 86 Bar dan temperature 510 C akan digunakan sebagai penggerak turbin untuk menghasilkan listrik. Ketel Uap yang digunakan adalah ketel uap pipa air kapasitas 260 ton/jam dengan bahan bakar utama minyak residu (MFO) dan bahan bakar untuk start yaitu solar (HSD). Proses pembakaran terjadi di ruang bakar (Furnace), dengan bahan bakar yang dibutuhkan sebesar ,35 kg/jam dengan panas pembakaran sebesar ,155 kj/jam dan menghasilkan gas asap sebesar ,6647 kg asap/jam. Dari proses pembakaran tersebut diperoleh effisiensi 75,04% Kata kunci: Ketel uap,pembakaran,uap,effisiensi xiii

14 ABSTRACT The boiler is a closed vessel capable of converting chemical energy of a fuel into heat energy. Where the heat of combustion is used to heat the water up to the formation of vapor or steam. In the Power Plant Steam of Sicanang Sector Belawan generated by the pressure of 86 bar and a temperature of 510 C will be used as the driving turbines to generate electricity. The boiler is used as turbines for a capacity of 260 tons / hour with the primary fuel residual oil (MFO) and fuel to start is diesel (HSD). The combustion process occurs in the combustion chamber (Furnace), with the fuel needed for 12, kg / h with the heat of combustion of 544,918, kj / h and produce gas fumes of smoke 232, kg / hour. Obtained from the combustion process efficiency 75.04%. Keywords: boiler, combustion, steam, efficiency. xiv

15 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang Sekarang ini kebutuhan akan energi listrik seakan sudah menjadi kebutuhan primer, dari kalangan masyarakat dengan ekonomi tinggi menengah bahkan kecil sekalipun membutuhkan energi istrik. Hal ini menyebabkan kebutuhan akan energi listrik pun sangat besar, untuk dapat memenuhi keperluan energi listrik tersebut diperlukan unsur-unsur yang cukup memadai agar dapat memproduksi listrik tersebut baik dari segi Peralatan, Sumber daya Alam, maupun Sumber Daya Manusia. Untuk saat ini Indonesia masih dikatakan mengalami krisis Listrik khususnya daerah-daerah di luar pulau Jawa tak terkecuali provinsi Sumatera Utara yang saat ini tercatat pada tahun ini masih mengalami minus 9,54% kekurangan energi listrik. Untuk itu diperlukan lagi tambahan suplai energi listrik dengan membangun pembangkit-pembangkit listrik baru atau pun mengoptimalkan daya di pembangkit yang sudah ada agar kebutuhan energi listrik tersebut dapat terpenuhi. PLN Sicanang Sektor Belawan merupakan salah satu Pembangkit listrik yang terdapat di Sumatera Utara dan Penyuplai utama kebutuhan Energi listrik di Sumatera Utara untuk saat ini. Terdapat 4 unit Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dengan kapasitas 4 x 65 MW dan 2 unit Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU) dengan kapasitas terpasang 270 MW dan 5 unit Pembangkit Listrik Tenaga Gas dengan kapasitas terpasang 626,3 MW. Namun pada kenyataannya sumber listrik yang dihasilkan terkhusus untuk PLTU jauh dari ketetapan yang sudah ada, salah satu penyebab utama terjadinya hal ini dikarenakan usia Unit yang sudah tua, mengakibatkan unit tidak lagi handal dan performanya menurun dan sering mengalami perawatan dikarenakan seringnya terjadi gangguan. 1

16 Ketel uap merupakan suatu Bejana tertutup yang didalamnya berisi air atau fluida dan merupakan salah satu komponen utama yang sangat penting yang terdapat pada PLTU. Ketel Uap digunakan untuk menghasilkan uap melalui proses Konversi Energi pada umumnya uap yang dihasilkan digunakan sebagai pembangkit energi utama untuk memproduksi energi listrik. Di PLTU Sicanang sendiri terdapat tipe ketel uap yang digunakan adalah Ketel uap pipa Air buatan yang resmi mulai beroperasi pada tahun 1984 sampai saat ini. Di PLTU Sicanang bahan bakar utama yang digunakan untuk memanaskan air adalah residu yang disuplai dari PT Sucifindo secara berkala dengan pengiriman 2 hari sekali mengguunakan kapal tengker. Uap yang dihasilkan oleh ketel uap akan digunakan untuk memutar turbin yang telah dikopel dengan generator saat turbin berputar maka generator juga ikut berputar, Dari generator inilah akan menghasilkan energi listrik. Setelah Uap tersebut digunakan untuk memutar turbin maka sebagian besar dari uap tersebut akan menuju kondensor disini uap akan didinginkan dengan menggunakan media air laut dari sini uap akan berubah fasa menjadi air setelah melalui proses kondensasi. Tahapan selanjutnya adalah mengirimkam air hasil kondensasi tadi ke unit dearator untuk mengurangi kandungan udara dalam air, dari sini air akan digunakan sebagai feed water pada Ketel Uap untuk dipanaskan kembali. Dan begitulah siklus yang terjadi secara terus-menerus dimana ketel uap akan terus bekerja untuk memproduksi uap secara rutin dan terus-menerus. Dari pemaparan diatas, peran ketel uap sangat penting sebagai penghasil uap untuk proses produksi energi listrik. Kondisi inilah yang mendasari penyusunan Tugas Akhir berjudul ANALISA PERFORMANSI KETEL UAP DENGAN KAPASITAS 260 TON/JAM DAN TEKANAN 86 BAR DI UNIT 3 PADA PLTU SEKTOR PEMBANGKIT BELAWAN 2

17 1.2 Batasan Masalah Topik bahasan atau permasalahan yang akan dibahas dalam laporan tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Apa saja komponen-komponen pada PLTU? 2. Bagaimana prinsip kerja ketel uap? 3. Berapa jumlah kebutuhan bahan bakar pada ketel uap? 4. Berapa jumlah kebutuhan Uap pada ketel uap? 1.3 Tujuan Penulisan Laporan Tugas Akhir Adapun tujuan penulisan dan pembuatan dari laporan Tugas Akhir ini adalah sebagi berikut: 1. Untuk mengetahui dan memahami komponen-komponen pada PLTU serta prinsip kerjanya 2. Untuk mengetahui komponen-komponen utama pada Ketel Uap serta Prinsip Kerjanya 3. Untuk mengetahui jumlah kebutuhan bahan bakar serta kebutuhan uap pada ketel uap. 1.4 Manfaat Penulisan laporan Tugas Akhir: Adapun manfaat dari penulisan dan pembuatan laporan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Sebagai wahana untuk menambah pengetahuan dan pengalaman penulis mengenai ketel uap 2. Dunia industri atau perusahaan menjadi suatu refrensi untuk pengoperasian ketel uap yang lebih efektif dan efesien 3. sebagai masukkan bagi para pembaca yang akan membahas masalah yang sama yaitu ketel uap. 3

18 1.5 Metode Pengumpulan Data Untuk melakukan penulisan laporan Tugas Akhir ini maka metode pengumpulan data-data dan bahan-bahan yang berhubungan adalah sebagai berikut: 1. Membaca dan memahami materi yang terkandung dalam literature yang ada di perpustakaan, Buku pegangan, akses internet dan sumber-sumber buku lain 2. Mengadakan peninjauan secara langsung ketel pipa air tipe pipa air serta ketel-ketel jenis lainnya, termaksuk ketel uap yang ada di laboratorium Politeknik Negeri Medan 3. Melakukan tanya-jawab dengan operator ketel uap dan manajemen perusahaan P.T PLN (sektor) Pembangkit Belawan 4. Melakukan asistensi dan diskusi tanya-jawab dari dosen pembimbing dan dosen-dosen pengajar di Konversi Energi. 4