Perhitungan efisiensi panas steam generator dengan pemanas thermal oil pada unit energy plant industri fibreboard
Linda Santia, Intan Retri Utari, Rahmatullah* Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya Jln. Raya Palembang Prabumulih Km. 32 Inderalaya Ogan Ilir (OI) 30662
Corresponding author : rrahmat83@gmail.com

## ABSTRAK
Steam generator (boiler) atau ketel uap adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam . Air panas atau steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan  untuk  mengalirkan  panas  ke  suatu  proses.  Secara  proses  konversi  energi, boiler memiliki fungsi untuk mengkonversi energi kimia yang tersimpan di dalam bahan bakar menjadi energi panas yang tertransfer ke fluida kerja. Steam generator didesain untuk menghasilkan steam dengan  tekanan  dan  temperatur  tertentu.  Kualitas steam yang  dihasilkan  sangat  dipengaruhi  oleh performa  kinerja  dari steam  generator .  Permasalahan  yang  dihadapi  pada  steam  generator  ini adalah terjadi penuruan efisiensi panas.  Adapun tujuan penelitian ini adalah  mengetahui  efisiensi maksimum  steam  generator  dan  faktor  apa  yang  mempengaruhi  penurunan  efisiensi  melalui evaluasi neraca massa dan neraca panas. Pengurangan efisiensi panas pada steam generator dapat disebabkan karena penumpukan kerak yang terdapat didalam sepanjang tube . Efisiensi panas yang di hasilkan dari steam generator di industri Fibreboard adalah kurang lebih 92-93%. Kata Kunci: Steam, Thermal Oil, Steam Generator, Efisiensi Panas Steam Generator

## ABSTRACT
Steam  generator  or  boiler  is  a  closed  vessel  where  the  combustion  heat  is  flowed  into  water  to form hot water or steam. Hot water or steam at a certain pressure is then used to transfer heat to a process. In the process of energy conversion, the boiler has a function to convert chemical energy stored  in  fuel  into  heat  energy  that  is  transferred  to  the  working  fluid.  Steam  generators  are designed  to  produce  steam  with  a  certain  pressure  and  temperature.  The  problem  of  steam generator  is  occured  in  heat  efficiency  decrease.  The  aim  of  this  work  is  knowing  the  maximum efficiency and the factor that influence steam generator performance over mass and heat balance calculation. The quality of steam produced is strongly influenced by the performance of the steam generator. The reduction in heat efficiency in the steam generator can be caused by the buildup of scale  that  is  inside  the  tube.  The  thermal  efficiency  generated  from  steam  generators  at Fibreboard industry is approximately 92-93%.
Keywords: Steam, Thermal Oil, Steam Generator, Steam Generator Heat Efficiency
1. PENDAHULUAN
Steam  generator  (boiler) atau  ketel uap  adalah  bejana  tertutup  dimana  panas pembakaran  dialirkan  ke  air  sampai  terbentuk air  panas  atau steam .  Air  panas  atau steam pada  tekanan  tertentu  kemudian  digunakan untuk  mengalirkan  panas  ke  suatu  proses. Secara proses konversi energi, boiler memiliki fungsi  untuk  mengkonversi  energi  kimia  yang tersimpan  di  dalam  bahan  bakar  menjadi energi  panas  yang  tertransfer  ke  fluida  kerja. Hampir  seluruh  industri  kimia  memanfaatkan steam  genetator untuk  menghasilkan steam yang dalam penggunaannya bervariasi.
Dalam  proses  penghasilan steam di indutri  Fibreboard  melalui  proses  setelah Water  Treatment  Plan (WTP)  yang  mana  air yang  digunakan  pada  proses  WTP  merupakan air  yang  di  ambil  dari  sumber  mata  air  sungai yang  berlokasi  di  desa  Tanjung  Seteko Kecamatan  Indralaya  Kabupaten  Ogan  Ilir atau  berjarak  sekitar  12  km  dari  industri Fibreboard.  Air  demin  kemudian  dipompakan ke  deaerator  untuk  menghilangkan  kandungan oksigen  terlarut  dengan  proses  pemanasan pada  suhu  105˚C  (min  98˚C).  Pemasanan  air demin  ini  juga  dimanfaatkan  dengan  tujuan mempercepat  proses  pembentukan steam, air demin  ditransfer  ke steam generator untuk diubah  menjadi steam dengan  tekanan  12  bar dan  suhu  180 o C  -  190 o C.  Air  yang  sudah melalui  proses treatment kemudian  dialirkan ke steam  generator yang  dipanaskan  oleh thermal  oil . Steam  generator ( boiler) yang digunakan  adalah  jenis fire  tube  boiler yang mana thermail  oil melewati tube (pipa-pipa), sedangkan  air  nya  berada  didalam shell ,  yang kemudian  diubah  menjadi steam . Steam ini akan  digunakan  untuk  tahap  selanjutnya  yaitu refiney plant .
Efisiensi panas yang dihasilkan steam generator mengalami  naik  turun.  Hal  ini disebabkan karena adanya kerak yang dihasilkan  oleh  proses-proses  sebelumnya disepanjang pipa-pipa steam generator . Untuk mengatasi  hal  tersebut,  proses  maintanace sangat  diperlukan  setiap  bulannya,  agar efisiensi panas yang dihasilkan meningkat atau stabil.
Steam  generator  (boiler) atau  ketel uap  adalah  bejana  tertutup  dimana  panas pembakaran  dialirkan  ke  air  sampai  terbentuk air  panas  atau steam .  Air  panas  atau steam pada  tekanan  tertentu  kemudian  digunakan untuk  mengalirkan  panas  ke  suatu  proses. Secara proses konversi energi, boiler memiliki fungsi  untuk  mengkonversi  energi  kimia  yang tersimpan  di  dalam  bahan  bakar  menjadi energi panas yang tertransfer ke fluida kerja.
Setiap boiler yang  telah  dibuat  oleh perusahaan perancangan boiler telah dirancang sedemikian  rupa.  Oleh  karena  itu,  sesuai dengan konstruksinya, boiler dapat diklasifikasikan sebagai berikut.
1. Fire Tube Boiler
Fire  tube  boiler adalah  jenis boiler dimana  gas  panas  melewati  pipa-pipa  dan  air umpan boiler ada di dalam shell untuk diubah menjadi steam . Fire  tube  boilers biasanya digunakan  untuk  kapasitas steam yang  relatif kecil  dengan  tekanan steam rendah  sampai sedang.  Sebagai  pedoman, fire  tube  boilers kompetitif  untuk  kecepatan steam sampai 12.000  kg/jam  dengan  tekanan  sampai  18 kg/cm 2 . Fire  tube  boilers dapat  menggunakan bahan  bakar  minyak  bakar,  gas  atau  bahan bakar  padat  dalam  operasinya.  Untuk  alasan ekonomis,  sebagian  besar fire  tube  boilers dikonstruksi  sebagai packet  boiler untuk semua bahan bakar.
2. Water Tube Boiler
Water  tube  boiler adalah  jenis boiler dimana  air  umpan boiler mengalir  melalui pipa-pipa  masuk  ke  dalam  drum.  Air  yang tersirkulasi  dipanaskan  oleh  gas  pembakar membentuk steam pada  daerah  uap  dalam drum. Boiler ini  dipilih  jika  kebutuhan steam dan  tekanan steam sangat  tinggi  seperti  pada kasus boiler untuk  pembangkit  tenaga. Water tube  boiler yang  sangat  modern  dirancang dengan  kapasitas steam antara  4.500–12.000 kg/jam, dengan tekanan  sangat tinggi. Banyak water  tube  boilers yang  dikonstruksi  secara paket  jika  digunakan  bahan  bakar  minyak bakar  dan  gas.  Untuk water  tube yang menggunakan  bahan  bakar  padat,  tidak  umum dirancang secara paket.
Prinsip kerja boiler terdiri dari sistem air  umpan,  sistem steam ,  dan  sistem  bahan bakar.  Sistem  air  umpan  menyediakan  air
untuk boiler secara  otomatis  sesuai  dengan kebutuhan steam .  Air  yang  digunakan  pada proses  pengolahan  dan  air  umpan boiler diperoleh  dari  air  sungai,  air  waduk,  sumur bor,  dan  sebagainya.  Air  umpan boiler harus memenuhi  spesifikasi  yang  telah  ditentukan agar  tidak  menimbulkan  masalah  pada pengoperasian boiler, sehingga  diperlukan proses pemurnian terlebih dahulu. Air tersebut harus bebas dari mineral yang tidak diinginkan serta pengotor lainnya yang dapat menurunkan efisiensi kerja dari boiler . Air yang tidak bebas
dari kandungan mineral
disebut
air
demineralisasi . Sistem steam
berfungsi untuk mengumpulkan  dan  mengontrol  produksi steam dalam boiler .  Air demineralisasi yang berasal  dari  sistem  air  umpan  dialirkan  ke economizer ,  untuk  memanaskan  awal  air umpan  agar  efisiensi  dari steam  generator menjadi  lebih  tinggi. Steam dialirkan  melalui sistem  pemipaan  ke  titik  pengguna.  Pada keseluruhan  sistem,  tekanan steam diatur menggunakan  kran  dan  dipantau  dengan  alat pemantau  tekanan.  Sistem  bahan  bakar  adalah semua  peralatan  yang  digunakan  untuk menyediakan  bahan  bakar menghasilkan panas. Boiler harus didesain untuk menghasilkan  jumlah  panas  yang  maksimal untuk  menghasilkan  operasi  yang  efisien. Panas  yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar  dan  udara  pada combustion  chamber boiler ditransmisikan  ke  fluida  yang  akan dipanaskan  melalui  suatu  bidang  panas  atau heating  surface pada  suatu  instalasi boiler. Panas  ini  ditransmisikan  dalam  tiga  cara, yaitu: pancaran ( radiation ), aliran ( convection ),  dan  rambatan  ( conduction ). Persentasi  masing-masing  cara  perpindahan panas  tersebut  tergantung  dari  desain boiler sebelumnya.
Efisiensi  sering  dinyatakan  dalam beberapa  cara  yang  masing-masing  memiliki perbedaan,  tetapi  semuanya  menggambarkan tingkat  penghematan  terhadap  pemakaian bahan  bakar.  Pada boiler efisiensi  dibagi  dua, yaitu: 1. Efisiensi
boiler ,
menunjukkan perbandingan jumlah
energi yang diberikan  terhadap  jumlah  energi  yang diserap dari bahan bakar.
2. Efisiensi thermal ,
menunjukkan bagaimana boiler dapat  menyerap  panas dan  menggambarkan  adanya  kehilangan panas.

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Metodologi  penyelesaian  meliputi pengumpulan data, pengolahan data, perhitungan, dan pembahasan hasil perhitungan.  Pengumpulan  data  diperoleh  dari control  room berupa  desain  aktual  dan  data aktual dari steam generator .

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Steam  generator ini  di  desain  untuk menghasilkan steam yang  bertekanan  12  bar, temperaturnya 188 o C dengan kapasitas produksi 10,47 ton/jam. Steam yang dihasilkan dari  proses  ini  dimanfaatkan  sebagai  pemanas pada  proses  pemasakan chip di refinery . Efisiensi  desain steam  generator di  line  2 adalah 98%.
Perhitungan  efisiensi  panas steam generator .  Pada  hari  pertama  dilakukan perhitungan  efisiensi  panas  pada steam generator , dimana energi total  yang  masuk ke steam generator adalah sebesar 1.039.553.287 kj/h dan digunakan sebesar 971.369.783,7 kj/h untuk  pembentukan steam ,  sedangkan  sisanya 68.183.502,92  kj/h  adalah  panas  yang  hilang diakibatkan  adanya  deposit  kerak  sepanjang tube dan  panas  yang  terbuang  melalui blowdown .
Gambar 1. Grafik Efisiensi Panas Steam Generator pada Bulan Juli 2019 85 88 91 94 97 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 Ef isi en si (% ) Data ke-
Gambar 2. Grafik Efisiensi Panas Steam Generator pada Bulan Agustus 2019
Efisiensi  panas  maksimum  yang didapatkan  dari  perhitungan  94,74%  di  bulan Juli,  sedangkan  efisiensi  panas  minimum 89,24% di bulan Agustus. Penurunan Efisiensi ini  karena  dipengaruhi  oleh  kehilangan  panas ( heat  loss )  yang  terjadi  saat Steam  Generator beroperasi.  Kehilangan  panas  yang  terjadi sangat  besar  dan  disebabkan  oleh  panas  yang terbawa  oleh  aliran blowdown , flue  gas ,  dan perpindahan  secara  konduksi  pada tube-tube dari Steam Generator , sehingga dapat mempengaruhi  efisiensi  yang  dihasilkan  (V. Ganapathy, 2015).
Faktor  lain  yang  dapat  menurunkan efisiensi,  seperti  massa  dari hot  oil sebagai sumber  panas  pada  sistem  sirkulasi Steam Generator mengalami  penurunan  massa, sehingga  proses  transfer  panasnya  juga menurun,  bahkan  banyaknya  deposit  kerak sepanjang tube yang  menghambat  proses perpindahan panas (Kenneth, 2005). Untuk  menjaga  agar  efisiensi  panas steam generator tidak  mengalami  penurunan  secara terus  menerus,  maka  perlu  dilakukan  tindakan berupa  perbaikan  dan  pembersihan  pada peralatan  serta  massa  dari hot  oil sebagai sumber  panas  pada  sistem  sirkulasi  di steam generator perlu  dijaga  konstan,  sehingga transfer  panas  terjadi  secara  maksimal.  Selain itu,  untuk  mencegah  terbentuknya  kerak  dan korosi pada logam, dapat dilakukan pencegahan  dengan  pengolahan  air  umpan, seperti  dengan  tahap  pertama  pada  bagian External Treatment, dimana pengolahan eksternal digunakan untuk membuang padatan tersuspensi,  padatan  telarut  (terutama  ion kalsium  dan  magnesium  yang  merupakan
penyebab  utama  pembentukan  kerak).  Proses perlakuan  eksternal  dapat  dilakukan  dengan cara  koagulasi,  flokulasi,  sedimentasi,  filtrasi, dan  demineralisasi.  Tahap  kedua  pada  bagian Internal  Treatment ,  yaitu  pengolahan  air umpan  yang  ditekankan  pada  penghilangan gas-gas  terlarut  terutama  O 2 dengan  proses deaerasi pada deaerator.
4. KESIMPULAN
1. Dari  hasil  perhitungan  diperoleh  efisiensi maksimum  sebesar  94,74%  di  bulan  Juli dan  minimum  sebesar  89,24%  di  bulan Agustus.  Berdasarkan  efisiensi  desain 98%,  di  bulan  juli  mengalami  penurunan sebesar  3,25%,  sedangkan  di  bulan agustus sebesar 8,75%.
2. Penurunan  efisiensi  panas  pada steam generator ini disebabkan beberapa faktor, antara lain: adanya deposit kerak sepanjang  tube  yang  menghabat  proses perpindahan  panas,  pemanasan  awal  air umpan  yang  suhunya  terlalu  rendah,  dan panas yang terbuang melalui blowdown.

## 5. DAFTAR PUSTAKA
Anonim.  2010. Shell  Heat  Transfer  Oil. ( Online ):  http//: www.heat-transfer- oil.html .  Diakses  pada  tanggal  23 Januari 2016.
Anonim.  2006. Boiler  and  Thermic  Fluid
Heaters. ( Online ): http//:
www.energyefficiencyasia.org . Diakses  pada  tanggal  26  Januari 2016. Kenneth E. 2005 . Boiler Operator’s Hanbook . Fairmont  Press  Inc:  United  State  of Amarica.
Kern,  D.Q..  1950.  “ Process  Heat  Transfer ”,
Mc.Graw  Hill  Book  Company,  Inc. New York.
Richard,  M.  Felder  and  Ronald  W.  Rousseau. 1986. Elementary Principles of Chemical  Process ,  3 th edition,  John Wiley  and  Sons.  Courier  Companies Inc: Canada.
Smith,  J.M.  and  Van  Ness,  H.C.,  1959, “ Introduction to
Chemical Engineering Thermodynamics ”, 2 ed., Mc.Graw  Hill  Book  Company,  Inc., New York.
85 88 91 94 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 Efisien si (% ) Data ke-
Team  HRD.  2018. Profil  Perusahaan  PT. Sumatera  Prima  Fibreboard. Manual Handbook.
Team  Produksi.  2018. Energy  Plant    PT. Sumatera  Prima  Fibreboard. Manual Handbook. Treybal, R.E., 1981, “ Mass Transfer
Operation ”,  3rd  ed.,  McGraw-Hill, Kogakusha, Ltd., Tokyo. V.  Ganapathy.  2015. Steam  Generator  and Waste  Heat  Boiler:  For  Process  and Plant  Engineers .  CRC  Press,  Boca Raton, FL. London, New York.