## INFOMATEK
Volume 20 Nomor 2 Desember 2018

## ANALISIS KEBOCORAN BELOKAN PIPA EVAPORATOR PADA HRSG AKIBAT BEBAN TERMAL
Aa Santosa*, Iwan Nugraha
Program Teknik Mesin Fakultas Teknik – Universitas Singaperbangsa Karawang
Abstrak: HEAT  RECOVERY  STEAM  GENERATOR yang digunakan pada system Pembangkit Listrik Tenaga Gas  uap  di  suatu  pembangkit  listrik  mengalami  masalah  yang  sama  setelah  beroprasi  dalam  jangka  waktu tertentu.  Pipa-pipa  LP  evaporator  selalu  mengalami  kebocoran  di  lokasi  yang  sama  dan  kejadiannya  selalu berulang-ulang  walaupun  sudah  dilakukan  perbaikan  pada  lokasi  kebocoran  tersebut.  Pipa-pipa  tersebut berfungsi untuk menyerap panas dari gas panas untuk memproduksi uap yang kemudian disalurkan ke system turbin  uap.  Lama  kelamaan  pipa-pipa  tersebut  mengalami  penumpukan  kotoran  sehingga  menutupi  bagian permukaannya  yang  mengakibatkan  laju  perpindahan  panas  tidak  optimal  kotoran  yang  menempel  pada  pipa tersebut cenderung lebih banyak di sisi sebelah barat dari HRSG dibandingkan dengan sebelah timur, keadaan tersebut  hampir  terjadi  di  semua  unit  HRSG  di  perusahaan  pembangkit  yang  ditinjau.  Analisa  aliran  dilakukan untuk  mengetahui  kondisi  laju  alirangas  panas  di  dalam  HRSG.  HRSG  dimodelkan  dalam  bentuk  gambar SolidWork  dengan  skala  1:1  kemudian  disimulasikan  menggunakan  Software Computational  fluid  dynamic ( CFD ). Dari hasil analisis CFD terjadi ketidakseragaman aliran gas panas pada HRSG antara sisi sebelah timur dan  sebelah  barat,  aliran  sebelah  timur  cenderung  lebih  cepat  dibanding  sebelah  barat  sehingga  terjadi penumpukan kotoran pada bagian sebelah barat. Hasil pengukuran juga menunjukan adanya ketidakseragaman kecepatan aliran antara sisi sebelah barat dan sisi sebelah timur. Hasil sebanding antara proses pengukuran dan simulasi menunjukan kecepatan hasil analisis yang baik. Rekomendasi yang lainnya supaya menjaga fleksibilitas pipa-pipa header untuk  mengantisipasi  terjadinya    ekspansi  termal  yang  bisa  mengakibatkan  kebocoran  pada pipa tersebut.
Kata kunci: Evaporator, Fleksibelitas , HRSG

## I. PENDAHULUAN 1
Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU), merupakan  gabungan  antara  Pembangkit Listrik
Tenaga
Gas (PLTG) dengan Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). PLTU
beroperasi  dengan  cara  memanfaatkan  gas
*) aa_santosa72@yahoo.com
Pertama diterima : 6 Agustus 2018 Direvisi : 4 November 2018 Disetujui untuk publikasi:5 November 2018
buang  dari  PLTG  bertemperatur  484 0 C digunakan  untuk  menghasilkan  uap  yang kemudian  digunakan  sebagai  fluida  kerja untuk  memutarkan  Turbin.  Bagian  yang digunakan  untuk  menghasilkan  uap  tersebut adalah Heat  Recovary  Steam  Generator .
Bagian  (HRSG).  HRSG  ini  terdiri  dari Superhaeater , Evaporator dan Economizer , termasuk  dua  tingkat  Evaporator  yaitu HP
Evaporator dan LP  Evaporator (ASME,  1996
[1], API Standard 661, 1997 [2], Arismunandar, 1982 [3]).
PLTGU yang ada di Indonesia ada  yang telah beroperasi  selama  lebih  dari  20  tahun. kerusakan yang terjadi adalah berupa kebocoran  pada    pipa  HRSG  di  daerah LP Evaporator .  Kerusakan ini  terjadi pada ke tiga unit HRSG yang serupa (Kannapan, 1986 [4]). Pipa-pipa Evaporator dihubungkan  dengan pipa  besar  ( header )  yang  membentang  dari Barat ke Timur sepanjang 12 meter.
Kerusakan  diawali  dengan  terlihatnya  kotoran berupa  scale  (deposit)  yang  menempel  pada pipa  HRSG  di  daerah LP  Evaporator ,  Selain kotoran,  terlihat  pada  bagian  pipa  tersebut adanya  korosi  yang  bisa  mengakibatkan terhambatnya laju perpindahan panas dari gas buang  ke  pipa LP  Evaporator (Electric
General,  1997 [5],  Dietzel,  1994  [6]),  (Kays, 1964 [7]).
Dalam  kajian  ini  penelitian  difokuskan  pada daerah  HRSG  yang  mengalami  kerusakan yang  paling  sering  terjadi.  Berdasarkan informasi  yang  berhasil  dikumpulkam  dari PLTGU  yang  diamati,  kerusakan  yang  paling sering  terjadi  adalah  kebocoran  pada  pipa- pipa LP  Evaporator .  Selama  ini  penanganan yang  dilakukan  untuk  mengatasi  masalah  ini
adalah  dengan  memotong  bagian  yang  bocor dan  menggantinya  dengan  pipa  baru  yang sejenis (Munson, 2002 [8]), (Burlian, 2013 [9]). Salah  satu  usaha  yang  akan  ditempuh  dalam penelitian  ini  adalah  mencari  penyebab  dari kerusakan  tersebut  dan  mencari  solusinya agar  masa  operasi  HRSG  di  antara  jadwal maintenance menjadi lebih panjang.
Dilakukan  simulasi  dengan  menggunakan bantuan komputer untuk tegangan yang terjadi pada belokan pipa LP Evaporator tersebut.

## Gambar 1
Bocor pada sambungan pipa LP Evaporator

## II. METODOLOGI
Untuk  mencapai  tujuan  dari  penelitian  ini diperlukan  rancangan  penelitian  baik  secara experimen  maupun  secara  teoritis.  Penelitian diawali  dengan  studi  literatur  dan  survey lapangan  tentang  masalah-masalah  yang sering  timbul  didalam  HRSG,  mempelajari teknik-teknik  perbaikan,  mengamati  kondisi- kondisi operasi HRSG. Untuk meperkuat hasil
analisis dilakukan pengukuran distribusi kecepatan aliran sebelum HRSG yaitu didalam bagian  yang  menghubungkan  saluran  gas buang  dengan  HRSG  (Homan,  1988  [10]), (Abdurachim,  2002  [11]).  Analisis  aliran  gas asap dilakukan dengan menggunakan bantuan computer (Pridyatama, 2014 [12]).
Gambar 2 Flowchart pene anlisis kebocoran belokan pipa evaporator pada HRSG akibat beban termal

## III. ANALISIS DAN PEMBAHASAN
1. Analisis Perhitungan Termal
Rangkuman  proses  perhitungan  koefisien konveksi rata-rata pada pipa-pipa LP Evaporator ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1 Rangkuman proses perhitungan koefisien rata-rata eksternal pipa.
Kondisi pipa Satuan Bersih Kotor Laju alir massa 87,5 kg/s Area perpindahan panas (A) 10.179 4.590 m 2 Frontal area 107,86 m 2 Diameter luar pipa 44,5 53,5 mm Luas pipa 998,5 1.200, 5 m 2 Luas sirip 9180,5 3.389, 7 m 2 Rasio area aliran bebas/area frontal 0,482 0,388 - Laju alir massa maksimum 1,683 2,090 kg/s.m 2 Densitas gas panas 0,750 kg/m 3 Koefisien viskositas gas 26,4 x 10 -6
Ns/m 2
Kondisi pipa Satuan Bersih Kotor panas Bilangan Reynold 2.876 4.295 Bilangan Colburn 0,0167 0,012 6 Panas spesifik pada tekanan konstan ( ) 1.025,5 J/kg.K Bilangan Prandtl 0,698 Koefisien konveksi rata- rata 36,69 34,52
W/m 2 .K 2. Analisis  hasil Elbow pipa  LP Evaporator
yang mengalami kebocoran.
Gambar 3 Gas keluar pada pipa LP Evaporator

## Kondisi batas untuk gas masuk
1. Temperatur masuk 280 o C.
2. massa jenis gas masuk 0,459 /m 3.
3. Kecepatan gas masuk 10,26 m/s.
4. Jenis aliran turbulen.
5. Viskositas udara 3,63x10 -5 kg/m.s.

## IV KESIMPULAN
Setelah  melakukan  perhitungan  pada  pipa bagian  barat  maupun  bagian  timur  kemudian dibandingkan  dengan  hasil  simulasi  dengan menggunakan  CFD,  maka  kesimpulan  yang bisa dihasilkan adalah sebagai berikut:
1.  Analisis besar koefisien konveksi pada sisi  pipa-pipa  yang  permukaannya bersih  atau  tidak  tertutup  deposit sebesar      36,69  W/m2.K  sedangkan pada  sisi  pipa-pipa  yang  separuh permukaannya
tertutup deposit sebesar 34,52 W/m2.K
2.  Dari hasil perhitungan fleksibilitas pipa didapat  nilai  fleksibilitas  pipa  sebelah timur  lebih  besar  dari  0,03  yaitu  0,04. Pipa sebelah barat nilai fleksibilitasnya mencapai 0,009. Penyebab nilai fleksibilitas  yang  berbeda  karena temperatur pipa  di sebelah timur lebih besar  dibandingkan  dengan  pipa sebelah barat. Temperatur pipa
sebelah  timur  mencapai  280˚C, sedangkan  temperature  pipa  sebelah barat 90˚C.
3.  Fleksibilitas pipa antara bagian sebelah  timur  dan  barat  tidak  sama, bagian  sebelah  timur  fleksibiltasnya mencapai  0,04  selebih  besar  dari angka yang distandarkan yaitu sebesar  0,03.  Maka  terjadi  pemuaian pada  pipa  tersebut.  Pipa  sebelah barat  flesibilitas  nya  mencapai  0,009 lebih  kecil  dari  yang  distandarkan maka  kondisi  pipa  tidak  mengalami pemuaian.

## V DAFTAR PUSTAKA
1.  ASME  Code  for  Pressure  Piping,
B31.3, 1996,
Process Piping ,
American
Society of Mechanical Engineers, New York, Including ASME B31.3a-1996.
2.  API  Standard  661,  1997, Air-Cooled Heat Exchangers for General Refinery Services, American Petroleum Institute, Washington, DC.
3.  Arismunandar,  Wiranto.  Penggerak Mula, Turbin. Bandung:ITB. 1982.
4.  Kannapan,  Sam.  1986. Instroduction to  Pipe  Stress  Analysis. Jhon  Wiley
And Sons, Inc., U.S.A.
5.  Electric, General. Steam Turbin
Operation  Training  Manual  Volume  I PLN Sumitomo Tambak Lorok Indonesia.  USA  :  General  Electric Company. 1997.
6.  Dietzel,  Fritz.  Turbin  Pompa  dan Kompresor. Jakarta:Erlangga. 1994.
7.  W.M. Kays and A.L. London, Compact Heat  Exchangers ,  Second  Edition,
McGraw-Hill  Book  Co.,  New  York,
1964.
8.  B.R.  Munson,  D.F.  Young,  T.H. Okiishi, Fundamentals of Fluids Mechanics, Edisi  4,  Jhon  Wiley  &
Sons, Inc, New York, 2002.
9.  Burlian,  F.  Ghafara,  A.  Maret  2013, “Perancangan  Ulang Heat  Recovery
Steam Generator dengan Sistem Dual Pressure  Melalui  Pemanfaatan  Gas Buang  Sebuah  Turbin  Gas  Berdaya 160  MW”.  Jurnal  Rekayasa,  Volume
13, No. 1. ISSN. 233H-7089.
10.  Holman, E. Jasjfi, Terjemahan. Perpindahan  Kalor,  Penerbit  Erlangga 1988.
11.  H.  Abdurachim, Analisa  Kegagalan pada  Pipa  LP  Evaporator  HRSG  1.3,
laporan  kerja  LAPI  ITB-PT.  Indonesia Power, LAPI ITB, 2013.