J.Tek.Ling Edisi Khusus Hal. 23-27 Jakarta, Juli.. 2006 ISSN 1441 318X PENGARUH KEBOCORAN VAKUM TERHADAP EFISIENSI ENERGI DI PABRIK SEMEN Wiharja dan Widiatmini Sih Winanti Peneliti di Pusat Teknologi Lingkungan Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi Abstract Equipments for cement production such as kiln, pre-heater and raw mill was operated in vacuum pressure with the range of -2 until -1000 mm WG. It is quite often that inside of those equipments has been cracked and worn out. This situation will allow air ingression to the system which is called false air. False air is also known as vacuum leak. False air in cement kiln can contribute to higher consumption of fuel, as for increasing air infiltration temperature from ambient to the system will need more fuel. Key words: Vacuum leak, false air, cement, fuel saving 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sejak lama, para praktisi industri di lapangan berupaya untuk mengurangi pemakaian energi pada proses produksi dengan tetap menjaga bahkan meningkatkan kualitas produknya. Demikian juga yang terjadi pada pabrik semen. Kebocoran pada unit proses dapat terjadi pada setiap titik peralatan misalnya sambungan las pipa, flange, sampling point/ man hole, sistem pemipaan, indikator tekanan (pressure indicator), isolating valve, sealing pot dan lain-lain. Kebocoran pada tekanan di atas tekanan atmosfir (positive pressure) sangat mudah dideteksi dengan : a. gelembung larutan sabun (soap solution bubling) b. suara yang dihasilkan oleh media yang keluar dari unit peralatan yang dapat dideteksi dengan sound level meter c. secara visual berdasarkan cairan bertekanan yang keluar dari unit peralatan yang bocor. Kebocoran tekanan vakum terkadang susah terdeteksi, kebocoran vakum pada suatu titik akan menyebabkan udara tersedot masuk ke dalam sistim atau unit proses. Untuk kebocoran yang besar akan dengan mudah dideteksi dari suara bising yang ditimbulkan oleh perbedaan tekanan yang sangat besar antara unit proses, sedangkan yang kecil, sering sangat sulit ditentukan letak kebocorannya. Produksi semen merupakan konversi kimia bahan-bahan baku yang terjadi pada rotary kiln pada suhu tinggi. Untuk memanaskan sampai suhu tinggi yang ditentukan, biasanya digunakan bahan bakar fosil padat (batubara), cair (solar), atau bahan bakar alternatif. Batubara merupakan bahan bakar yang paling umum dipergunakan karena murah. Pengaruh Kebocoran... J. Tek. Ling. PTL-BPPT. Edisi Khusus: 23-27 23
Banyak perlengkapan proses pembuatan semen, seperti alat pendingin, kiln, pemanas awal dan raw mill, bekerja dengan tekanan vakum, berkisar dari 2 mm WG sampai dengan 1.000 mm WG. Vacuum leak menyebabkan udara ambien merembes ke dalam perlengkapan proses, yang disebut juga false air. Gambar 1. Keretakan peralatan menyebabkan infiltrasi udara ke dalam sistim mengurangi efisiensi termal, karena udara ambien dingin yang masuk akan menurunkan panas sistem. Sehingga untuk menjaga suhu tetap pada suhu standar, dibutuhkan lebih banyak konsumsi bahan bakar. Sudah sejak lama dikenal program produksi bersih yaitu suatu strategi berkelanjutan untuk meningkatkan kualitas produk dan proses dengan tujuan untuk mereduksi jumlah polutan dan limbah pada sumbernya. 3) Program lain yang baru dikembangkan yaitu Program Produksi bersih untuk Efisiensi Energi merupakan program penghematan energi pada industri yang dilakukan melalui kegiatan produksi bersih. Kegiatan ini dilakukan dengan perbaikan proses dan manajemen produksi untuk mengurangi bahan baku, air, udara tekan, steam dan limbah yang secara tidak langsung mengurangi konsumsi bahan bakar dan emisi gas rumah kaca. 1.2. Tujuan Penelitian ini bertujuan untuk melakukan penerapan produksi bersih untuk efisiensi energi dengan mengurangi false air yang akan mampu menguragi konsumsi bahan bakar pada industri semen. 2. METODOLOGI 2.1. Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian dilakukan di salah satu pabrik semen di Indonesia. Pengambilan data dilakukan pada tahun 2005. ditekankan pada lokasi sekitar rotary kiln. Gambar 2. Penutup lubang kontrol yang kurang sempurna Jumlah kebocoran udara vakum yang dapat diterima pada proses industri semen berkisar antara 8 10%. Infiltrasi udara ambien kedalam suatu sistim yang mempunyai suhu lebih tinggi akan 2.2. Pengambilan Data Pengambilan data untuk pengkajian kebocoran vakum dilakukan dengan melakukan pengukuran lapangan secara langsung dan dari data Pusat Kontrol/ Central Control Room (CCR). 24 Wiharja dan W.S, Winanti. 2006
Pengukuran false air di lapangan dilakukan pada ujung Separate Line String (SLC), In Line String (ILC) dengan menggunakan probe yang telah terpasang. Probe ini dihubungkan dengan layar monitor di ruang pusat kontrol (Central Control Room/ CCR). Sebenarnya pengambilan data akan lebih baik jika dilakukan secara langsung di lapangan pada setiap titik tertentu sehingga akan mencerminkan keadaan yang sesungguhnya dan mengetahui letak kebocoran. Tetapi hal ini tidak dapat memungkinkan untuk dilakukan karena kondisi suhu lokasi yang sangat tinggi dari setiap area dan keterbatasan peralatan yang dimiliki. Gambar berikut menunjukkan SLC dan ILC: SLC (Separate Line Calciner) ILC (In Line Calciner) KILN Gambar 3. Lokasi kemungkinan kebocoran vakum pada SLC dan ILC Sedangkan data pengukuran pada ruang kontrol terlihat pada tabel dibawah ini. Tabel 1. Data dari ruang kontrol No Item Nilai 1 Kecepatan alir gas pada (SLC) 261,260 Nm 3 /h 2 Kecepatan alir gas pada 264,520 Nm 3 /h 3 Produksi klinker 7,922 ton/hari (330,083 kg/jam) 4 Suhu rata-rata 614 0 C antara udara keluar kiln dengan siklon paling atas 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Hasil Perhitungan Untuk mengetahui ada tidaknya kebocoran vakum dalam kiln dilakukan perhitungan jumlah udara berlebih yang keluar dari cerobong dibandingkan dengan udara berlebih pada kondisi standard. Untuk mengetahui jumlah udara berlebih keadaan standard, dilakukan perhitungan stoichiometri pada basis produksi 1 kg klinker, sebagai berikut: Dibutuhkan batubara 135 gr untuk menghasilkan 1 kg klinker secara teoritis. Pengaruh Kebocoran... J. Tek. Ling. PTL-BPPT. Edisi Khusus: 23-27 25
Dari hasil perhitungan dapat dihitung jumlah gas hasil pembakaran secara teoritis adalah sebagai berikut: Gas CO 2 = 149.18 liter Gas H 2 O = 68.80 liter Gas SO 2 = 0.74 liter Uap air = 5.21 liter Gas O 2 dlm batubara = 18.99 liter Gas N 2 dalam batubara = 1.05 liter Gas O 2 dari udara = 165.32 liter Gas N 2 dari udara = 0.74 liter Total Gas buang dari pembakaran batubara = 886.27 liter Total Gas buang = 1196.30 liter O 2 berlebih dalam gas buang 4% = 49.84 liter Udara berlebih (pembakaran) = 249.19 liter Total gas buang = 1445.29 liter = 1.45 Nm 3 /kg Klinker Dari data ruang kontrol dapat dihitung jumlah gas buang aktual yang keluar dari kiln semen, dengan menghirung gas aktual keluar dari SLC dan ILC sebagai berikut: (SLC + ILC) Total Gas Buang =...(1) Klinker Dimana: SLC : Kecepatan aliran gas pada SLC ILC : Kecepatan aliran gas pada ILC Total Gas Buang = (261,260 + 264,520) 330,083 = 1,59 Nm 3 / kg Klinker Jumlah gas buang aktual yang keluar kiln lebih besar dari stabdar perhitungan teoritis, hal ini menunjukkan adanya kebocoran udara vakum atau fase air. Jumlah false air dapat dihitung sebagai berikut: Jumlah False air = Total Gas Buang actual stoikiometris =(1.59 1.45) Nm 3 /kg klinker = 0.14 Nm 3/ kg klinker = 46.211,62 Nm 3 /jam Adanya false air mengakibatkan peningkatan konsumsi batubara, yang dapat dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut: Q = m air Cp udara dt...(2) Q = m coal Hv...(3) Dari dua persamaan diatas dapat disederhanakan menjadi : m air Cp uara dt = m coal Hv.(4) Asumsi: Suhu Ambient : 35 O C Nilai kalor batubara : 6,000 kkal/kg Cp udara pada 614 O C : 0.38 kkal/nm3/ O C Maka jumlah kelebihan batubara yang dibutuhkan karena adanya false air adalah: m air Cp uara dt = m coal Hv 46.211,62 x 0.38 x (614-35) = m coal 6,000 m coal = 12.210 ton/tahun Jumlah tambahan konsumsi batubara yang diperlukan akibat adanya false air adalah 12.210 ton/ tahun. Jika harga batubara adalah Rp. 300.000,- per ton, maka total tambahan harga batubara karena adanya false air adalah sebesar Rp. 3.663.000.000,-. 26 Wiharja dan W.S, Winanti. 2006
4. KESIMPULAN DAN SARAN 4.1. Kesimpulan 1. Kebocoran vakum atau false air yang terjadi pada peralatan-peralatan proses pembuatan semen biasanya dikarenakan keretakan, maupun kelalaian dalam mentup man hole. 2. Kebocoran vakum akan meningkatkan konsumsi batubara yang dipergunakan untuk memanaskan udara yang menerobos masuk rotary kiln pada suhu ambient untuk dinaikkan pada suhu proses. 3. Kebocoran udara vakum pada suatu pabrik kimia sebanyak 46.211,62 Nm3/jam telah menyebabkan penambahan konsumsi batubara sebanyak 12.210 ton dengan nilai Rp.3.663.000.000,-/ tahun. 4.2. Saran 1. Terkadang perusahaan atau industri kurang memperhatikan hal-hal yang sepele, seperti misalnya kurang rapatnya tutup man hole, adanya kebocoran-kebocoran pada peralatan, dan lain-lain yang menyebabkan banyak udara yang masuk ke dalam sistim. 2. Diperlukan perawatan yang baik dan kontinyu pada peralatan proses industri semen untuk mengefisienkan konsumsi batubara yang pada akhirnya dapat menurunkan biaya produksi. DAFTAR PUSTAKA 1. Agra S.W. 1988, Perpindahan Panas, Fakultas Teknik UGM 2. Brown G G, 1978, Unit Operation, Modern Asia Edition, New York 3. United Nation Environmental Program (UNEP), website http://www.uneptie.org/ 4. United Nation Environmental Program (UNEP), Energy Efficiency Guide for Industry in Asia, www.energy efficiencyasia.org Pengaruh Kebocoran... J. Tek. Ling. PTL-BPPT. Edisi Khusus: 23-27 27