KALKULASI KEBUTUHAN UDARA PEMBAKARAN PADA TURBIN GAS PG- 9001A SEBAGAI PENYEDIA PANAS UNTUK PEMBANGKITAN STEAM DI HRSG B-9203A BERDASARKAN KONDISI FIRED MODE
M. Fiqih Alif Utama 1 , Zulkifli 2
1,2 Jurusan Teknik Kimia Politeknik i Negeri i Lhokseumawe Jln. B. Aceh-Medan Km. 280 NBuketrata 24301 INDONESIA
1 muhammadfiqihalif@gmail.com

## ABSTRAK
Instalasi  Kombinasi  ( Combyne  Cylcle )  adalah  sebuah  proses  pembangkitan  energi yang  menggabungkan  turbin  gas,  yang  bertugas  membangkitkan  energi  listrik  dan Boiler untuk pembangkitan steam, dimana gas bekas yang keluar dari turbin gas yang masih  memiliki  enthalpy  dan  temperatur  yang  cukup  tinggi  dimanfaatkan  sebagai energi  atau  udara  pembakaran  (tambahan  burner)  pada  boiler  untuk  mengubah  air menjadi  uap  ( steam ).  Pengamatan  ini  bertujuan  untuk  menghitung    seberapa  besar kontribusi  gas  buang  dari  turbin    terhadap  efisiensi  dari boiler melalui  perhitungan neraca  massa  dan  neraca  energi  dari  gas  buang  dan  air  umpan boiler .  Perhitungan kebutuhan  udara  pembakaran  pada turbin  menjadi  salah satu  hal  yang penting  guna melihat  seberapa  besar  laju  alir  massa  dari  gas  buang  dan  pengaruhnya  terhadap pengoptimalan  panas  pada  HRSG.  Dari  hasil  perhitungan  didapat  kebutuhan  udara pembakaran   pada   turbin   sebesar   72.668,2657   Kg/h   dan   pada   burner   sebesar 3.862,6548   Kg/h,   sehingga   total   laju   aliran   massa   gas   buang   didapat   sebesar 279.787,7544 Kg/h, untuk total laju aliran energi panas gas buang turbin dan burner yang  diberikan  terhadap  HRSG  sebesar  268.980.660,5674  kJ/h  dengan  laju  aliran energi panas  yang diterima HRSG sebesar 201.081.031,4 kJ/h dan besar panas  yang hilang  mencapai  67.899.629,1674  kJ/h.  Sehingga  didapatlah  efisiensi  HRSG berdasarkan kondisi fired mode sebesar 74,76 %. Keyword : Boiler, Burner, HRSG, Steam dan Turbin.

## ABSTRACT
Combination  Installation  (Combyne  Cylcle)  is  an  energy  generation  process  that combines gas turbines, which are tasked with generating electrical energy and boilers for  steam  generation,  where  used  gas  coming  out  of  gas  turbines  that  still  have enthalpy  and high temperatures  are utilized as energy or combustion air  (additional burner) in boilers to convert water into steam.This observation aims to calculate how much exhaust gas from turbines contributes to the efficiency of the boiler through the calculation  of  the  mass  balance  and  energy  balance  of  exhaust  gas  and  boiler  feed water.Calculating  the  need  for  combustion  air  in  turbines  is  one  of  the  important things  to  see  how  much  mass  flow  rate  from  exhaust  gases  and  its  effect  on  heat optimization  in  HRSG.From  the  calculation  of  combustion  air  needs  in  turbines amounting to 72,668,2657 Kg / h and on the burner of 3,862,6548 Kg / h, so that the total  flow  rate  of  exhaust  gas  mass  obtained  by  279,787,7544  Kg  /  h,  for  the  total flow  rate  of  turbine  exhaust  gas  and  burner  heat  energy  provided  to  HRSG  of 268,980,660,5674  kJ/h  with  the  rate  of  thermal  energy  flow  received  by  HRSG  of 201,081,031.4  kJ/h  and  the  amount  of  heat  lost  reaching  67,899,629,1674  kJ/h.So that hrsg efficiency is obtained based on fired mode condition of 74.76%. Keyword : Boiler, Burner, HRSG, Steam dan Turbine.

## PENDAHULUAN
Suatu  industri  pengolahan  minyak dan  gas  bumi  tidak  lepas  dari  bantuan unit  penunjang  jalannya  proses  utama pabrik agar dapat berjalan lebih maksimal.  Pada  PT.  Perta  Arun  Gas, Utilities adalah  salah  satu  bagian didalam  departement  operasi  disamping bagian-bagian  lain  seperti LNG  Proses , Storage & Loading , dan SRU . Sebagaimana fungsi umum dari departement  operasi  adalah  bertanggung jawab  atas  operasi  dari  pabrik,  maka fungsi  dan  tugas  dari  bagian utilities adalah  bertanggung  jawab  atas  operasi dari  unit-unit  penunjang  untuk  proses utama  pabrik,  yaitu  proses  pengolahan gas    alam    menjadi    produk    yang berkualitas    untuk    keperluan    industri pemakai. Didalam proses pengolahan ini, diperlukan  adanya  tenaga  listrik,  air pendingin,    steam,    nitrogen,    dan    lain- lain    yang    bersifat    membantu    proses utama pabrik.
Salah  satu  unit  penunjang  yang paling berperan besar bagi jalanya proses pabrik,  yaitu Power  Generator  unit  90 . Unit ini berfungsi untuk membangkitkan tenaga  listrik  yang  dipakai  peralatan pabrik  dan  perumahan  PT.  Perta  Arun Gas.  Saat  ini,  Unit  90  mempunyai  6 generator  dengan  turbin  gas  sebagai penggeraknya  yang  akan  dioperasikan sesuai  kebutuhan  atau  pemuatan load . Seiring  dengan  bertambahnya  usia  dan lamanya  beroperasi, performance turbin gas dalam mengkompresi udara menurun dikarenakan  timbunan deposit berupa kotoran atau jelaga  yang menempel pada rotor  blade kompresor,  sehingga  output produk (load) dari  generator  akan menurun.  Indikasi  penurunan  kinerja ditandai  oleh  suatu  penurunan output power secara  bersangsur-angsur  dan disertai  peningkatan  konsumsi fuel  gas . Dengan meningkatnya konsumsi fuel gas , kinerja  ruang  pembakaran  menjadi  lebih terbebani.  Kotornya blade kompresor juga  mengakibatkan  penurunan  flow
udara,  efisiensi  kompresor  turun  dan pressure ratio kompresor juga turun.
Salah satu permasalahan yang paling utama  juga  disebabkan  tidak  adanya indikasi  pembacaan  seberapa  besar  laju alir udara yang masuk menuju kompresor dan  menjadi  udara  pembakaran  pada Combustion Chamber turbin gas. Pembakaran tidak akan terjadi jika udara yang  masuk  tidak  mencukupi,  begitu pula sebaliknya. Bahkan, tidak  menutup kemungkinan terjadinya ledakan. Sehingga  pengaturan  kebutuhan  udara pembakaran yang tepat sangat diperlukan  untuk  mendapatkan  hasil panas  yang  optimum  dan  perlu  adanya penelitian  lebih  lanjut  mengenai  berapa besar  udara  yang  terpakai  sebagai  udara pembakaran turbin gas.
Berkurang dan menipisnya cadangan gas kilang menjadi salah satu permasalahan  besar  yang  dialami  PT. Arun  NGL  pada  tahun  2003,  sehingga munculah  ide  dari  pengkajian  para engineer  untuk  memanfaatkan  gas  panas buangan  turbin.  Gas  buangan  tersebut memiliki  suhu  berkisar  antara  400- 450oC.  Gas  buangan  memiliki  potensi besar  untuk  dimanfaatkan,  sehingga dibangunlah Heat Recovery Steam Generation .  Dengan  adanya  unit  ini, maka  pemakaian  bahan  bakar  dan emisi lingkungan  dapat  diminimalkan  serta meningkatkan plant  thermal  eficiency .
Steam  yang  dihasilkan  dialirkan  ke beberapa  unit  sebagai  media  pemanas  di boiler-boiler pada  unit  proses  kilang. Menurunnya  efisiensi  turbin  terutama pada proses pembakaran tentu berdampak negatif bagi proses pembentukan steam di HRSG .  Panas exhaust turbin gas yang kurang maksimal dapat menambah beban burner dalam  membantu  pemanasan boiler . Steam yang  dihasilkan  bergantung  pada temperatur turbin, dimana jika temperatur  turbin  rendah  maka steam yang dihasilkan rendah.
Berdasarkan hal tersebut, perlu adanya  informasi  tentang  seberapa  besar kontribusi  gas  buangan  turbin  gas  dan burner  sebagai  media  pemanasan  pada boiler dalam  pembentukan  steam  dan efisiensi dari unit HRSG .

## METODE PENELITIAN
Pengamatan akan dilakukan di Utilities Power Plant PT Perta Arun Gas selama 4 bulan dengan rentang  waktu mulai  bulan Desember  2016–Januari  2017.  Peralatan utama  proses  yang  diamati  adalah  unit Turbin gas Power Generator PG-9001  A dan Boiler  HRSG B-9203  A.  Indikator Kinerja  sebagai  bahan  kajian  hasil pengamatan  yang  akan  dilakukan  yaitu
Temperatur,  Laju  Alir  (Flow),  Tekanan (Pressure),  Data  Hp  dan  Lp Fuel  ga s analisis  dan  Data Flue  gas analisis.
Dalam  indikator  Temperatur  terdapat Temperatur  udara  masuk,  Temperatur  air umpan ( Boiler feed water ) dan
Temperatur saturated  steam .  Laju  Alir terdiri  dari  Flow  air  umpan  ( Boiler  feed water) ,  Flow saturated  steam dan    Flow
Hp  dan  Lp fuel  gas .    Indikator  Tekanan ( Pressure )  berupa  Tekanan  air  umpan ( Boiler  feed  water )  dan  Tekanan Steam .
Perhitungan  Neraca  massa  dan  neraca energi dihitung berdasarkan diagram pada gambar 2 dan gambar 3.
Gambar 1. Batasan Sistem

## Gambar 3 Blok Diagram Neraca Energi

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Instalasi  Kombinasi  ( Combyne  Cylcle ) adalah  sebuah  proses  pembangkitan energi  yang  meng  gabungkan  turbin  gas, yang  bertugas  membangkitkan  energi listrik  dan  Boiler  untuk  pembangkitan steam, dimana gas bekas  yang keluar dari turbin  gas  yang  masih  memiliki  enthalpy dan  temperatur yang  cukup  tinggi dimanfaatkan  sebagai  energi  atau  udara pembakaran  (tambahan  burner)  pada boiler untuk mengubah air menjadi uap.
Hampir seluruh sistem turbin gas  yang tersedia  saat  ini  beroperasi  pada  siklus Bryton terbuka dimana kompresor mengambil  udara  dari  atmosfir  dan membawanya  pada  tekanan  yang  lebih tinggi ke ruang bakar sehingga suhu udara juga  meningkat  karena  kompresi.  Udara dikirimkan  melalui  sebuah  diffuser  ke ruang pembakaran yang bertekanan konstan,  dimana  bahan  bakar  diinjeksi dan dibakar. Diffuser menurunkan kecepatan  udara  ke  nilai  yang  dapat diterima dalam ruang pembakaran.
Pembakaran  merupakan  oksidasi  cepat bahan  bakar  disertai  dengan  produksi panas,  atau  panas  dan  cahaya.  Udara pembakaran  disini  adalah  sejumlah  udara yang  diperlukan  untuk  bereaksi  dengan bahan  bakar,  sehingga  terciptanya  suatu proses  pembakaran.  Pada  penelitian, kebutuhan  udara  teoritis  pada  sistem dihitung  dengan  asumsi  pembakaran
sempurna  ( stoikiometrik ),  yaitu  reaksi pembakaran  dimana  semua  hidrogen  dan karbon  di  dalam  bahan  bakar  teroksidasi seluruhnya  menjadi  H2O  dan  CO2.  Pada kenyataanya, tidak mungkin terjadi proses  pembakaran  sempurna  jika  hanya didasarkan  kebutuhan  udara  teoritis  saja. Oleh  karena  itu  udara  perlu  diberikan dalam  jumlah  berlebih  untuk  memastikan terjadinya  pembakaran  secara  sempurna seluruh bahan bakar yang ada.
Pada  penelitian  ini  kebutuhan  udara teoritis  untuk  proses  pembakaran  pada turbin    gas    di    dapat    sebesar 72.668,2657    Kg/h    dengan    konsumsi fuel    sebesar  4.287,8255  Kg/h.  Udara berlebih  yang  berasal  dari  turbin  gas dimanfaatkan kembali untuk proses pembakaran  pada  burner  HRSG  dengan LP  fuel  gas  sebagai  bahan  bakarnya. Kebutuhan udara untuk proses pembakaran pada burner sebesar
3.862,6548  Kg/h  dengan  konsumsi  fuel sebesar 227,9587 Kg/h. Besarnya kebutuhan  udara  pembakaran  sangat tergantung  pada  konsumsi  bahan  bakar. Semakin  besar  fuel  gas,  maka  semakin besar  pula  udara  yang  dibutuhkan  untuk pembakaran.  Pada  turbin  gas,  konsumsi fuel  gas  sangat  tergantung  dari  beban ( load ) yang terpakai. Semakin  besar  daya listrik yang terpakai oleh user mendorong generator  harus  bekerja  pada  kerja idealnya,  yaitu  pada  putaran  3000  rpm
dengan frekuensi 50 Hz. Jika penggunaan daya  listrik  meningkat,  putaran  generator akan  turun  disertai  frekuensinya.  Hal  ini mendorong  turbin  harus  berputar  lebih
besar  lagi  untuk  memutar  generator melalui penambahan fuel pembakaran.
Gas    buang hasil    pembakaran menuju    turbin    gas    dan    menghasilkan kerja mekanis untuk menggerakkan beban (generator  listrik).  Gas  hasil  pembakaran diekspansikan  melalui  sudu  turbin  gas sehingga  menghasilkan  momen  putar pada  poros  turbin  gas.  Momen  tersebut dipergunakan  untuk  memutar  generator. Gas  buang  setelah  berekspansi  dalam turbin meninggalkan turbin pada temperatur yang cukup besar (400-600oC) yang  ideal  untuk  dimanfaatkan  kembali untuk pemanfaatan kembali panas (HRSG).
Pada  PT.  Perta  Arun  Gas,  Steam merupakan  salah  satu  kebutuhan  pokok yang harus dipenuhi untuk berlangsungnya  proses  pengolahan  gas dengan  baik  berupa  pemanasan  pada beberapa  proses. Boiler adalah  jenis  alat penukar  panas  antara  gas  dengan  cairan, dimana  dengan  sistem  ini  panas  dari  gas buang turbin dimanfaatkan sebagai pemanas air  untuk  menjadi Steam. Boiler merupakan salah satu bagian alat penukar panas  pada HRSG.  Boiler memiliki peranan penting dalam penentuan
efisiensi thermal boiler secara keseluruhan. Boiler bekerja dengan mengambil panas ( heat recovery ) dari gas buang  ( flue  gas ) yang  keluar  dari Turbin Exhaust  Gas dan  burner  (Pembakaran internal)  apabila  kebutuhan  akan  steam sangat dibutuhkan besar.
Prinsip kerja dari sistem HRSG adalah perpindahan  panas,  dimana  air  yang masuk  menyerap  panas  yang  berasal  dari gas  buang  turbin  di  sertai  pembakaran internal hingga terbentuk uap. Steam yang terbentuk  pada  HRSG  adalah Saturated Steam (uap  jenuh).  Efisisensi  dari HRSG harus diperhatikan dengan baik. Untuk itu perlu  diketahui  seberapa  besar  energi panas  yang  dihasilkan  oleh  exhaust  gas dan  burner  serta  energi  panas  yang diterima  air  umpan  untuk  dapat  menjadi uap atau  steam.  Berdasarkan  hasil perhitungan,  Jumlah  laju  aliran  massa gas  buang  (mTEG)  yang  dihasilkan  oleh turbin  gas  adalah  sebesar  279.787,7544 Kg/h,  Laju  aliran  massa  yang    diberikan burner    adalah    sebesar    14.666,5623 Kg/h    dan    laju    aliran    massa blowdown (mB) sebesar 3.390 Kg/h.
Dari  hasil  perhitungan  laju  aliran energi  panas  gas  buang  turbin  (QTEG) yang  diberikan  kepada HRSG adalah sebesar  249.716.363,8074  kJ/h  dan  laju aliran  energi  panas  yang  diberikan  oleh burner  sebesar  19.264.296,76    kJ/h. Sedangkan  besarnya  energi  panas    yang diterima  air    umpan  pada  boiler    untuk menjadi    steam    adalah  185.083.922  kJ/h dan  ekonomizer  sebesar  15.997.109,35 kJ/h  dengan  besar  panas  yang  hilang mencapai
67.899.629,1674
kJ/h.
Berdasarkan perhitungan tersebut, Besarnya  efisiensi  HRSG  (B-9203A) berdasarkan  pada  kondisi  fired  mode adalah  sebesar  74,76  %.  Penurunan kondisi  operasi  berupa  efisiensi  dari HRSG  disebabkan  oleh  beberapa  faktor diantaranya  lamanya  waktu  beroperasi, usia dari alat, serta keausan dari pipa-pipa boiler  yang  ditimbulkan  oleh  adanya kerak-kerak  ( Scaling )  atau  endapan  pada dinding pipa.
Endapan dalam boiler dapat diakibatkan dari kesadahan  air umpan dan hasil korosi dari  sistem  kondensat  dan  air  umpan. Kesadahan air umpan  dapat  terjadi  karena kurangnya sistem pelunakan. Endapan dan korosi  menyebabkan  kehilangan  efisiensi yang dapat menyebabkan kegagalan dalam pipa boiler dan ketidakmampuan memproduksi steam .  Endapan  bertindak sebagai isolator dan memperlambat perpindahan panas. Sejumlah besar endapan diseluruh boiler dapat mengurangi perpindahan  panas  yang  secara  signifikan. Efek  pengisolasian  terhadap  endapan menyebabkan  naiknya  suhu  pipa  boiler dan mungkin dapat menyebabkan kegagalan  pipa  berupa  kebocoran  atau pecah karena pemanasan berlebih. Penambahan bahan kimia dapat menyebabkan terbentuknya endapan (Lihat lampiran  L.5.16).  Bahan  kimia  yang mempengaruhi pembentukan endapan dalam  boiler  adalah  garam  kalsium  dan magnesium  yang  dikenal  dengan  garam sadah.
Kehilangan energi panas juga disebabkan  oleh  adanya  sistem  blowdown yang  dilakukan  secara  kontinyu  pada steam  drum.  Jika  air  dididihkan  untuk menghasilkan steam, padatan terlarut  yang terdapat  dalam  air  akan  mengendap  di boiler.  Diatas  tingkat  konsentrasi  tertentu, padatan  tersebut  mendorong  terbentuknya busa dan menyebabkan  terbawanya  air  ke steam.  Endapan juga  mengakibatkan terbentunya  kerak  dibagian  dalam  boiler, mengakibatan pemanasan setempat menjadi berlebih dan akhirnya
menyebabkan  kegagalan  pada  pipa  boiler. Oleh karena itu penting untuk mengendalikan tingkat konsentrasi padatan dalam suspensi dan yang terlarut dalam air yang dididihkan, sehingga perlu  dilakukan
‘ blowdown ’,  dimana  sejumlah  tertentu volume  air dikeluarkan dan secara otomatis  diganti  dengan  air  umpan. Dengan  demikian  akan  tercapai  tingkat optimum  total  padatan  terlarut  ( TDS ) dalam  air  boiler  dan  membuang  padatan yang  sudah  rata  keluar  dari  larutan  dan yang  cenderung  tinggal  pada  permukaan boiler. Blowdown penting untuk melindungi  permukaan  penukar  panas pada boiler.
Untuk mendapatkan  perpindahan  panas yang  baik  maka  endapan  maupun  kerak yang  terjadi  pada  pipa-pipa boiler dan economizer
harus benar-benar diperhatikan.  Hal  ini  dapat  dilakukan dengan mengoptimalkan proses penghilangkan  sifat  kesadahan  pada  air umpan  dan  juga  penghilangan  kadar oksigen  pada  unit  sebelumnya,  sehingga penggunaan  bahan  kimia  yang  diberikan pada  steam  drum  tidak  terlalu  berlebihan karena  penambahan  bahan  kimia  dapat menyebabkan terbentuknya kerak.  Dengan berkurangnya  endapan  ataupun  kerak dalam  pipa-pipa boiler dan economizer maka perpindahan panas akan terjadi lebih baik.

## SIMPULAN
Berdasarkan  hasil  perhitungan  dan pembahasan, maka dapat diambil beberapa  kesimpulan,  yaitu  Kebutuhan udara pembakaran pada turbin gas sebesar 72.668,2657  Kg/h  dan  kebutuhan  udara pembakaran pada burner sebesar 3.862,6548  Kg/h.  Besar  laju  aliran  massa exhaust  turbin  gas  sebesar  279.787,7544 Kg/h  dan  besar  laju  aliran  massa  burner sebesar  14.666,5623  Kg/h.  Besar  laju aliran  energi  panas  yang  diberikan  oleh exhaust turbin gas sebesar 249.716.363,8074  kJ/h  dan  besar  laju aliran  energi  panas  yang  diberikan  oleh burner sebesar 19.264.296,76  kJ/h. Besar laju  aliran  energi  panas  yang  diterima  air umpan  pada  boiler  adalah  sebesar 185.083.922  kJ/h      dan  ekonomizer sebesar 15.997.109,35 kJ/h dengan besar  panas  yang  hilang  mencapai 67.899.629,1674  kJ/h.  Efisiensi  HRSG berdasarkan  kondisi  fired  mode  sebesar 74,76 %.

## DAFTRA PUSTAKA
Agus,  A,  dkk,  2007. Utilities  Theory  of Process Volume II . Blang Lancang: Lhokseumawe. PT. Arun NGL. Co.
Azwar, L. 1985. Teori Proses Perpindahan  Panas  dan  Proses Pembakaran . Blang Lancang:
Lhokseumawe. PT. Arun NGL. Co.
Deltak, LLC. 2002. Operating Manual and
Data  Design .  Minneapolis,  USA.
Geankoplis,  C.  J.  1993. Transport Processes  and  Unit  Operation . Englewood  Cliffs,  NJ  :  Prentice
Hall, Inc.
Habiba,  H.M.S  &  Suryani,  F.C.  2006.
Analisis Efektivitas Sistem Pembangkitan Listrik  Tenaga  Gas  dan  Uap  (PLTGU)
Pada PT. Energi Sengkang. J. Iltek Vol 1 (2), Hal. 1-17. Himmelblau,  D.M.  2004. Basic  Principles and Calculation in Chemical
Engineering
(Seventh Edition).
Upper  Saddle  River,  NJ :  Prentice Hall. Himmelblau, D.M. 2012. Basic Principles and Calculation in Chemical Engineering (Eighth  Edition).  USA
: Pearson Education, Inc.
Kern,  D.Q.  1965. Process  Heat  Transfer . Singapore : McGraw-Hill Company.
Perry,  R.H  and  Green,  D.  1999. Perry’s Chemical  Engineers’  Handbook,
7th  edition .  Singapore  :  McGraw- Hill Book Co.
Setyoko,  B.    2005. Analisa    Efisiensi Peforma  HRSG  (Heat    Recovery Steam Generation)  pada  PLTGU . Traksi. Vol 4 (2), Hal  2-3. Sugiantoro,  B.  2004. Analisis  Teknik Proses Pembakaran Fosil Fuel dan Penggunaan  Fame  Fatty  Acid Methyl  ester  (Bio  Fuel)  Sebagai Peluang  Efisiensi  Energi  dan Peningkatan  Performasi  Engine, ISSN 1978-2497. hal 134-138. Tekad,  S.  &  Sahala,  H.P.S.      2014.
Perancangan Heat
Recovery Steam  Generator  (HRSG)  yang memanfaatkan  gas  buang  turbin gas di PLTG PT. PLN (PERSERO) Pembangkitan dan Penyaluran Sumatera  Bagian  Utara  Sektor Belawan. J.  E-Dinamis  Vol  8  (4), Hal 231.