PEMANFAATAN BOIL-OFF GAS (BOG) PADA COMBINED CYCLE PROPULSION PLANT UNTUK LNG CRRIER Tugas Akhir Ini Didedikasikan Untuk Pengembangan Teknologi LNG di Indonesia TRANSPORT Disusun oleh : PRATAMA NOTARIZA 4206 100 023
Outline 1. Pendahuluan Page 4 2. Metodologi Penelitian Page 12 3. Analisa Data dan Pembahasan Page 16 4. Kesimpulan dan Saran Page 38
Outline focus 1. Pendahuluan Page 4 2. Metodologi Penelitian Page 12 3. Analisa Data dan Pembahasan Page 16 4. Kesimpulan dan Saran Page 38
Latar Belakang masalah LNG Carrier merupakan alat transportasi LNG yang sangat diandalkan di seluruh dunia. Setiap LNG carrier akan menghasilkan Boil-off Gas sebagai akibat dari panas yang masuk ke tangki ruang muat. Jumlah BOG yang dihasilkan rata-rata 0,15% dari kapasitas tangki ruang muat per hari
Latar Belakang masalah Treatment BOG memiliki 3 opsi yaitu : 1. Di-flare ke udara luar 2. Di cairkan kembali dengan re- liquefaction plant 3. Dimanfaatkan sebagai bahan bakar Market Analysis P&S- 5
Latar Belakang masalah Terdapat kesempatan besar dari pemanfaatan BOG untuk menghemat bahan bakar. CCPP memiliki efisiensi yang tinggi dan merupakan tipe propulsion plant yang juga mampu memanfaatkan BOG. Dengan pengaplikasian CCPP pada LNG carrier, diharapkan terjadi penurunan konsumsi bahan bakar. Market Analysis P&S- 6
Perumusan Masalah 1. Bagaimana mendapatkan kombinasi yang tepat dari pemilihan Gas turbine dan steam turbine pada CCPP 2. Mengetahui penghematan bahan bakar dari peng-aplikasian CCPP pada LNG Carrier.
Batasan Masalah 1. Objek yang dikaji terbatas pada analisa penggunaan sistem penggerak Combined Cycle Propulson Plant pada LNG carrier. 2. Sistem pendukung dan sistem control tidak diperhitungkan. 3. Tidak membahas perubahan pada layout engine room. 4. LNG carrier yang dianalisa berupa: LNG Carrier : 138.000 m 3 LOA : 284,4 m LPP : 271 m B : 42,5 m H : 25,4 m T : 11,4 m Vs : 19,5 knots Power : 28.000 kw, (83 RPM) M/T : Cross compound marine steam turbine SFOC : 288,3 gr/kw/hr
Tujuan Penulisan 1. Mendapatkan optimasi dari gas turbine dan steam turbine pada combined cycle propulsion plant. 2. Untuk lebih mengetahui tentang konsep pembakaran pada dual fuel gas turbine. 3. Mengetahui penghematan bahan bakar yang dapat diperoleh dari aplikasi CCPP di LNG carrier
Manfaat Penulisan 1. Pengembangan dari design sistem penggerak LNG carrier dengan menggunakan Combined Cycle Propulsion Plant. 2. Mengetahui konsumsi bahan bakar dari penggunaan BOG dan exhaust gas dari gas turbine.
Outline Focus 1. Pendahuluan Page 4 2. Metodologi Penelitian Page 12 3. Analisa Data dan Pembahasan Page 16 4. Kesimpulan dan Saran Page 38 Market Analysis P&S- 11
Flowchart Tugas Akhir
Flowchart Tugas Akhir
Flowchart Tugas Akhir Market Analysis P&S- 14
Outline focus 1. Pendahuluan Page 4 2. Metodologi Penelitian Page 12 3. Analisa Data dan Pembahasan Page 16 4. Kesimpulan dan Saran Page 38
Data Kapal LNG Carrier 138.000 m 3 LOA : 284,4 m LPP : 271 m B : 42,5 m H : 25,4 m T : 11,4 m Vs : 19,5 knots Power : 28.000 kw, (83 RPM) M/T : Cross compound marine steam turbine SFOC : 288,3 gr/kw/hr
Ketersediaan BOG LNG Carrier Cargo volume capacity 138.000 m 3 Specific gravity 0,47 Cargo Capacity 90692 Ton Boil-off gas assumed 0,15% /day Boil-off gas capacity 136,038 Ton / day Boil-off gas capacity 5,67 Ton / hour Market Analysis P&S- 17
Alternatif Kombinasi Tenaga Penggerak No CCPP Power GT (kw) Power ST (kw) Power Total (kw) 1 Variasi 1 25.060 5.000 30.060 2 Variasi 2 22.346 7.500 29.846 3 Variasi 3 23.060 7.000 30.060 4 Variasi 4 21.818 8.000 29.818 5 Variasi 5 19.105 10.000 29.105 6 Variasi 6 14.900 15.000 29.900 Diambil Power CCPP +2000 kw untuk mengatasi Shaft losses, mechanical losses, electrical losses, kemungkinan penurunan power akbat menggunakan 2 tipe pant yang berbeda dan untuk suplai listrik ke generator set utama. Market Analysis P&S- 18
Technical Specification Gas Turbine Market Analysis P&S- 19 Specific data LM 2500 LM 2500 PE LM 2500 PE Output 25060 22346 23060 Heat rate (Btu/kW.h) 9200 9360 10041 Pressure Ratio 1:18 1:18 1:18 Turbine speed (RPM) 3600 3000 3000 Exhaust flow (lb/sec) 155 154 158 Exhaust Temperature (C) 566,1 538,3 517,2 Specific data LM 2500 PJ LM 1600 PE LM 1600 Output 21818 19105 14900 Heat rate (Btu/kW.h 9655 5232 9290 Pressure Ratio 1:18 1 : 20,2 1:22 Turbine speed (RPM) 3000 7900 7000 Exhaust flow (lb/sec) 152 104,3 104 Exhaust Temperature (C) 535 490,6 510
Technical Specification Steam Turbine SG Series : Geothermal Steam Rurbines Key Features : Single Flow/Double Flow Impulse/Reaction blades Sliding and/or fixed pressure control Axial or Radial (up/down) exhaust Foundation mounting Market Analysis P&S- 20 Product Characteristic Power Rating : 5 to 10 MW Speed Range : 3000 3600 RPM Rated Steam condition : 30 Bar : 300 0 C Arrangement : Single Casing
Perhitungan Q Secara garis besar, perencanaan CCPP terkait dengan perhitungan Q Energi kalor pada CCPP terdiri atas 1. Energi kalor yang terkandung pada exhaust gas Turbin gas 2. Energi kalor yang dibutuhkan oleh steam turbine 3. Energi kalor yang dibangkitkan di HRSG Market Analysis P&S- 21
Perhitungan Q Karena fungsi HRSG adalah sebagai penghasil uap maka dalam kerjanya terdapat tekanan dan suhu yang spesifik agar terjadi penguapan. Suhu dan tekanan tersebut direncanakan dengan bantuan www.hrsgdesign.com. Dengan demikian, dapat direncanakan heat balance dari HRSG: No Temperatur Tekanan ( 0 C) Mpa Fase 1 191 3,3 Cair Kompresi 2 236 3,2 Cair Kompresi 3 264 3,2 Uap Jenuh Market Analysis P&S- 22 4 264 3,2 Cair Jenuh 5 247 3,2 Uap Jenuh 6 310 3,1 Uap Superpanas
Perhitungan Q Market Analysis P&S- 23 Kandungan Q pada exhaust Gas Alternatif 1 Alternatif 2 Alternatif 3 Alternatif 4 Alternatif 5 Alternatif 6 m (kg/s) 70,37 69,916 71,732 69,008 47,3522 47,216 Cp gas buang (kj/kg.k) 1,0035 1,0035 1,0035 1,0035 1,0035 1,0035 Temp gas buang ( 0 C) 566,3 538,5 517,4 535,2 490,7 510,2 T s ( 0 C) 150 150 150 150 150 150 Q (KJ/s) 29394,8 27256,2 26444,6 26671,5 16189,6 17064,4 Kebutuhan Q Steam turbine adalah : Power yang dihasilkan (kw) Q yang dibutuhkan (kj/s) Alternatif 1 Alternatif 2 Alternatif 3 Alternatif 4 Alternatif 5 Alternatif 6 5000 7500 7000 8000 10000 15000 13218,7 19828 18506 21149 26437 39656
Perhitungan Q Pada HRSG - - Alternatif 1 Alternatif 2 Alternatif 3 Alternatif 4 Alternatif 5 Alternatif 6 Q calculation (kw) 27697 24982 23646 24356 13956 15118 Q kebutuhan (kj/s) 13218 19828 18506 21149 26437 39656 - eff burner 55% 55% 55% 55% 55% 55% Q real - (kj/s) 24032 36050 33647 38452 48067 72101 Q burner - (kj/s) - 11069 10001 14097 34111 56984 LHV HFO - (kj/gram) - 40,98 40,98 40,98 40,98 40,98 Market Analysis P&S- 24 - - - m bb (gr/s) - 270,1 244,1 344,0 832,4 1390,5 LHV NG (kj/gram) - 38,1 38,1 38,1 38,1 38,1 m NG (gr/s) - 290,5 262,5 370,0 895,3 1495,6
Design Tubing HRSG Dari Q yang didesain berdasarkan tabel dan juga temperatur yang dihasilkan, maka dapat dicari desain tube HRSG Pertama adalah menetukan dimensi, diameter tube dan juga materialnya Setelah data tube diketahui maka dapat dihitung koefisien perpindahan panas konveksi menyeluruh Market Analysis P&S- 25
Design Tubing HRSG kemudian menghitung perubahan temperatur rata-rata pada masing-masing sistem penukar panas Dengan memanfaatkan rumus : Q = U x A x T T dimana A = luas permukaan panas =π D L n Maka dapat dicari banyak tube (n) masing-masing penukar panas Market Analysis P&S- 26
Design Tubing HRSG Market Analysis P&S- 27 Alternatif 1 Alternatif 2 Alternatif 3 Alternatif 4 Alternatif 5 Alternatif 6 m gb (kg/s) 70,3 69,9 71,7 68,9 47,3 47,2 m air (kg/s) 115,0 170,0 160,0 180,0 225,0 335,0 U sph (W/m 2 0 F) 40,7 40,6 41,0 40,4 35,3 35,3 U evap (W/m 2 0 F) 82,6 79,6 82,2 79,1 70,0 71,9 U econ (W/m 2 0 F) 28,5 28,1 28,5 27,8 21,9 21,8 T sph ( 0 F) 464,9 408,7 397,0 395,4 208,2 195,4 T evap ( 0 F) 371,1 285,6 292,3 260,2 136,8 162,9 T econ ( 0 F) 270,2 223,0 214,0 211,5 93,8 90,4 Q spht (kj/s) 7270,4 7676,8 7225,2 8128,4 10160,4 15127,8 Q Evap (kj/s) 3231,3 4776,7 4495,7 5057,6 6322,1 9412,8 Q Econ (kj/s) 5193,1 7676,8 7225,2 8128,4 10160,4 15127,8 Q Total (kj/s) 15694,7 20130,2 18946,1 21314,3 26642,9 39668,4 harp sph 5 6 6 7 17 26 harp evap 1 2 2 2 5 10 harp econ 8 15 15 17 59 92
Grafik Panjang Tubing HRSG Market Analysis P&S- 28
Konsumsi bahan Bakar ST Plant LNG Carrier Cargo volume capacity 138.000 m 3 Specific gravity 0,47 Cargo Capacity 90692 Ton Boil-off gas assumed 0,15% /day Trip assumed 180 days / year Boil-off gas capacity 136,038 Ton / day Boil-off gas capacity 5,67 Ton / hour SFOC 288,3 gr/(kw.h) Power 28000 kw Fuel Consumption 193,7376 Ton / day Fuel Consumption 34872,768 Ton / year Market Analysis P&S- 29
Konsumsi Bahan Bakar CCPP Alternatif 1 Alternatif 2 Alternatif 3 Alternatif 4 Alternatif 5 Alternatif 6 Market Analysis P&S- 30
Biaya operasional Bahan Bakar Alternatif 1 Fuel Cons additional firing Fuel type Cost ton/day ton/day (US$) Steam Turbine Plant HFO 193,7-94707,1 CCPP MDO 75,8-48589,3 CCPP BOG 120,3-38234,4 Alternatif 2 Fuel Cons additional firing Fuel type Cost ton/day ton/day (US$) Steam Turbine Plant HFO 193,7-94707,1 CCPP MDO 67,6 - HFO 23,3 54730,8 CCPP BOG 107,3 25,1 42067,6 Alternatif 3 Fuel Cons additional firing Fuel type Cost ton/day ton/day (US$) Steam Turbine Plant HFO 193,7-94707,1 CCPP MDO 69,7 - HFO 21,1 55017,0 CCPP BOG 110,7 22,7 42388,3 Market Analysis P&S- 31
Biaya operasional Bahan Bakar Alternatif 4 Fuel Cons additional firing Fuel type Cost ton/day ton/day (US$) Steam Turbine Plant HFO 193,7-94707,1 CCPP MDO 66,0 - HFO 29,7 52608,9 CCPP BOG 104,8 32,0 43444,2 Alternatif 5 Fuel Cons additional firing Fuel type Cost ton/day ton/day (US$) Steam Turbine Plant HFO 193,7-94707,1 CCPP MDO 58,2 - HFO 71,9 72477,3 CCPP BOG 91,7 77,4 53724,0 Alternatif 6 Fuel Cons additional firing Fuel type Cost ton/day ton/day (US$) Steam Turbine Plant HFO 193,7-94707,1 CCPP MDO 45,4 - HFO 120,2 182970,2 CCPP BOG 71,6 129,2 63786,0 Market Analysis P&S- 32
Biaya operasional Bahan Bakar Market Analysis P&S- 33
Dual Fuel gas Turbine Dual fuel gas turbine adalah tipe turbin gas yang mampu menggunakan 2 tipe bahan bakar, bisa berupa liquid maupun gas. Gagasan ini timbul dengan tujuan optimalisasi operasional gas turbine dalam kondisi tertentu. Penggunaan dual fuel gas turbine akan sangat berarti apabila dalam suatu kondisi lingkungan operasi, tersedia kedua tipe bahan bakar tersebut. Proses utamanya adalah switching bahan bakar baik dari fuel ke gas maupun sebaliknya Market Analysis P&S- 34
Fuel Switching (Liquid to Gas)
Fuel Switching (Gas to Liquid)
Outline Focus 1. Pendahuluan Page 4 2. Metodologi Penelitian Page 12 3. Analisa Data dan Pembahasan Page 16 4. Kesimpulan dan Saran Page 38 Market Analysis P&S- 37
Kesimpulan 1. Dengan mengajukan 6 alternatif konfigurasi gas dan steam turbine, maka diambil kesimpulan bahwa konfifurasi CCPP alternatif ke 1 adalah yang paling optimal dengan power gas dan steam turbine masingmasing adalah 25.060 kw dan 5.000 kw. Power stem turbine ±20% dari power gas turbine. Market Analysis P&S- 38 2. Dari perhitungan didapatkan desain tube masingmasing penukar panas yaitu : Superheater jumlah tube = 210 tube Jumlah harp = 5 Evaporator jumlah tube = 42 tube Jumlah harp = 1 Economiser jumlah tube = 336 tube Jumlah harp = 8
Kesimpulan 3. Dengan memodifikasi ST plant menjadi CCPP pada kapal yang dianalisa, maka didapat penghematan bahan bakar sebesar US$ 46.117,80 untuk CCPP dengan bahan bakar MDO. 4. Sedangkan CCPP yang memanfaatkan BOG sebagai bahan bakar, dapat dilakukan penghematan sebesar US$ 56.472,70 Market Analysis P&S- 39
Saran Beberapa saran yang dapat digunakan sebagai referensi agar pada perencanaan selanjutnya diperoleh hasil yang lebih baik antara lain: 1. Perlu diadakan studi lebih dalam mengenai penggunaan CCPP dari sisi rute untuk optimasi dari penggunaan bahan bakar. 2. Ke depannya, desain HRSG nantinya harus dilakukan secara lengkap dengan semua instrumen-instrumennya agar dapat diketahui desain yang mendekati dimensi nyata-nya. Market Analysis P&S- 40
TERIMA KASIH