Januari 2017 Website : www.journal.unsika.ac.id Email : barometer_ftusk@staff.unsika.ac.id

## ANALISIS ECONOMIZER#2 PADA HEAT RECOVERY STEAM GENERATION (HRSG) DI TURBIN GAS#2 UNTUK PROSES MAINTENANCE DI PT. XXX
Jojo Sumarjo 1 , Chandrasa Soekardi 2 1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Singaperbangsa Karawang
2 Fakultas Teknik,Universitas Mercubuana Jakarta Email: jojosumarjo@gmail.com, csoekardi@gmail.com

## I. PENDAHULUAN
Riset ini dilakukan berangkat dari motivasi untuk mencari solusi  atas  sebuah  masalah  industri,  yaitu  masalah  yang dihadapi  oleh    instalasi  industri  pembangkit  tenaga  gas-uap, khususnya  pada  alat economizer#2 yang  terpasang  di  bagian komponen HRSG (Heat Recovery Steam Generator) di Turbin Gas#2.
Permasalahan  utama  yang  dihadapi  oleh  instalasi pembangkit  energi  tersebut  adalah  alat economizer yang  ada pada  bagian  instalasi  tersebut  lebih  sering  harus  mengalami maintenance untuk cleaning daripada seharusnya.
Menurut  spesifikasi  alat  tersebut  seharusnya cleaning dilakukan satu kali per tahun dengan kondisi alat yang masih baru.  Namun  dalam  praktek  pengoperasian cleaning rata-rata dilakukan lebih dari dua kali per tahunnya.
Hal tersebut tentu  menyebabkan biaya maintenance alat tersebut menjadi tinggi sekali, yaitu menjadi lebih dari dua kali lipat lebih tinggi dari semestinya.
Pada  saat  yang  bersamaan,  seringnya maintenance mengakibatkan instalasi juga mengalami kehilangan produksi yang  berdampak  pada  kerugian  yang  lebih  besar  secara keseluruhan.
Economizer alat yang fungsi  utamanya  adalah memastikan  terjadinya  perubahan  tingkat  keadaan  aliran  air dari  tingkat  keadaan  sub-dingin  setelah  keluar  dari  pompa menjadi  tingkat  keadaan  cair  jenuh  sebelum  kemudian diuapkan pada alat evaporator . Proses pemanasan pada
Uap  bertekanan  yang  kemudian  dihasilkan  oleh  sistem economizer-evaporator-superheater yang  terdapat  di  dalam HRSG dipergunakan  untuk  menghasilkan  daya  turbin penggerak generator listrik  dan  dipergunakan  untuk  proses pamanasan pada pembuatan kertas
Peranan  alat economizer tersebut  sangat  vital,  karena apabila performance  of  economizer mengalami  gangguan sehingga  kinerjanya  menurun,  maka  dapat  mengakibatkan daya yang dihasilkan oleh turbin tersebut menjadi lebih rendah karena  tekanan  dan  temperatur  aliran  uap  masuk  turbin  lebih rendah  dari  yang  seharusnya,  kemudian  proses  pemanasan pada  proses  pembuatan  kertas  menjadi  terganggu  juga,  yang semua itu akan mengakibat kerugian yang sangat besar.
Penurunan  kinerja economizer tersebut,  di  luar  masalah gangguan pada sistem mekaniknya, pada umumnya disebabkan oleh  penurunan  efektifitas  perpindahan  panas  yang  terjadi  di dalam alat tersebut akibat terjadinya pengotoran permukaan.
Pertumbuhan deposit di  kedua  sisi  permukaan  tersebut akibat  proses  pengotoran  permukaan  tentu  saja  berlangsung secara  bertahap.  Tahanan  termal  akibat  terjadinya deposit di permukaan  menyebabkan laju pertukaran energi panas antara gas  panas  dengan  aliran  air  menjadi  menurun  sehingga efektifitas perpindahan panas di dalam pipa economizer lebih rendah dari seharusnya.
Economizer sebenarnya  adalah  Alat  Penukar  Kalor  atau APK,  salah  satu  studi  atau  riset  tentang  APK  sudah dilaksanakan  oleh I. Bizzy dan R. Setiadi [14] yang membahas tentang  perhitungan  APK  shell  and  Tube  antara  gas  panas sebagai  fluida  panas  dan  air  sebagai  fluida  dingin, membandingkan koefisien perpindahan kalor global

## I N F O  A R T I K E L
Diterima : 14 Novemner 2016 Direvisi : 15 Desember 2016 Disetujui : 21 Januari 2017
Kata Kunci : Economizer , performa, faktor pengotor, cleaning interval

## ABSTRAK
Economizer #2  pada  Instalasi  Pembangkit  Daya  yaitu  pada HRSG  (Heat  Recovery Steam Generator) di Turbin Gas#2, sering mengalami maintenance atau cleaning dari pada seharusnya  (tidak  sesuai  dengan  spesifikasi  dari  alat  tersebut)  hal  ini  mengakibatkan performanya  menurun  dan  biaya maintenance meningkat.  Evaluasi  performa  pada  alat tersebut telah dilakukan dengan pengujian pada skala industri yang dilaksanakan selama 5 bulan dengan interval waktu selama 48 jam (2 hari).Terjadi penurunan performa pada alat tersebut akibat dari bertambahnya faktor pengotor ( fouling factor )  yang merupakan fungsi dari waktu, dengan tahanan termal asimtotis aktual akibat faktor pengotor sebesar 0.01689 (m 2 K)/W  dan cleaning  interval nya  hampir  selama  5  bulan  untuk  proses maintenance , mengurangi lose  time pada  produksi  kertas,  dan  menekan maintenance  cost secara signifikan.
(keseluruhan)  dan  faktor  pengotor,  membandingkan  hasil perhitungan  manual  dan  dengan  perhitungan  komputerisas. Dalam  hal  ini  tidak  dibahas  tentang  peranan  faktor  pengotor ( fouling ) terhadap performa APK, dan efek dari performa APK terhadap peralatan yang lainnya pada instalasi industri.
Tujuan penelitian atau riset  ini adalah mengevaluasi alat economizer#2 yang  ada  pada  bagian  instalasi  pembangkit tenaga  uap  tersebut  adalah  faktor  apa  yang  menyebabkan performa economizer#2 ini menurun sehingga berakibat buruk pada proses perpindahan energi panas pada sistem HRSG, dan berapa  lama cleaning  interval -nya  sehingga maintenance schedule bisa  diestimasi  dan  diprediksi  supaya  operasional produksi  kertas  tidak  terganggu,  juga maintenance  cost bisa ditekan secara signifikan.

## II. METODE  PENELITIAN
Metode  yang  dipergunakan  dalam  penelitian  ini  adalah melakukan  wawancara  dengan  personel  setempat  dan pengamatan  langsung  pada  obyek  yang  diteliti  pada  saat operasional  ,  dengan  jalan  monitoring  selama  24  jam  dalam sehari. Dengan Peralatan dan instrument yang sudah tersedia di industri,  data  yang  diperlukan  diperoleh  dari  monitor  di DCS(Distributed  Control  System)  Room ,  dicatat  setiap  jam dalam work  sheet  Daily  Monitoring  Report ,  kemudian  untuk penelitian  ini,  data  tersebut  dikoleksi  untuk interval waktu  5 bulan.  Untuk  fluida  yang  dipanaskan  ( feedwater  atau  H 2 O ) data yang diperoleh adalah temperatur inlet , temperatur outlet dan flow .  Sedangkan  untuk  fluida  yang  melepaskan  panas adalah flow dan temperatur outlet . Data dimensi dan material Economizer#2 diperoleh dari drawing yang  sudah disediakan vendor .  Data  kuantitatif  yang  diperoleh  dari  hasil  pengujian pada skala industri diolah dengan menggunakan formulasi dan stimulasi numeric yang diperoleh dari buku-buku referensi dan sumber  lain  yang  relevan  dengan  penelitian  ini,  sehingga didapatkan  nilai  tertentu  dan  dituangkan  dalam  bentuk  tabel dan grafik.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Economize#2  yang  diteliti  adalah  merk  DELTAK  dengan spesifikasi (untuk load generator 100%) sebagai berikut :
T abel-I. Spesifikasi Economizer#2 pada Load generator 100% (dari Manual Book HRSG)
T ABEL I S PESIKIKASI ECONOMIZER #2 PADA LOAD GENERATOR 100% HEATING SIDE DATA :
Fluid : Turbine Exhaust Gas (TEG) Fouling Factor (ft 2 . o F.hr/BTU) : 0,0010 Flow Rate (lb/hr) : 878204 Inlet Temperature (Design) ( o F) : 475 Outlet Temperature (Design) ( o F) : 272 Temperature Drop (rise) ( o F) : 203 Average Specific Heat (BTU/lb. o F) : 0,263 Heat release (MBTU/hr) : 46,86 Flow Pattern : COUNTER COOLING SIDE DATA : Fluid : Water (H 2 O) Fouling Factor (ft 2 . o F.hr/BTU) : 0,0010 Flow Rate (lb/hr) : 263158 Inlet Temperature (Design) ( o F) : 227 Outlet Temperature (Design) ( o F) : 398 Temperature Drop (rise) ( o F) : 171 Heat absorbed (MBTU/hr) : 46,39 EQUIPMENT DATA : Heating surface (ft 2 ) : 115660 Tube Diameter x min. thickness (in) : 2,0 x 0,105 Tube Length (nominal) (ft) : 38 Tube Material : SA-178-C
Data  hasil  pengukuran  (dengan  load  generator  60%)  tersebut diperoleh  dengan  mencatat  setiap  2  hari  sekali  dari  Daily Monitoring  Report  selama  5  bulan  dengan  interval  waktu selama 48 jam, yang disajikan dalam Tabel II sebagai berikut ini :
T ABEL II D ATA HASIL PENGUJIAN No
Waktu (jam) T ci ( o C) T co ( o C) m c (ton/hr) T ho ( o C) 1 0 112 260 57 190 2 48 113 263 46 200 3 96 113 263 54 196 4 144 112 264 48 203 5 192 112 261 50 193 6 240 112 266 48 203 7 288 112 261 59 193 8 336 112 259 55 190 9 384 112 260 57 190 10 432 112 260 51 194 . . . . . . 20 912 112 264 37 212 . . . . . . 30 1392 111 265 38 212 . . . . . . 50 2352 112 262 35 204 . . . . . . 60 2832 114 263 37
208 . . . . . . 75 3552 111 265 39 209
Jika data hasil pengujian untuk setiap parameter dari  Table II diatas disajikan dalam bentuk grafik, diperoleh :
Gambar 1. Karakteristik hasil pengujian temperature fluida dingin masuk economizer#2
Gambar 2. Karakteristik hasil pengujian temperature fluida dingin keluar economizer#2
Gambar 3.  Karakteristik hasil pengujian temperature fluida panas keluar economizer#2
Gambar 4. Karakteristik hasil pengujian laju aliran fluida dingin di
economizer#2
Dari tabel dan grafik hasil pengujian dapat beberapa hal sebagai berikut :
a) Harga  T ci (temperature  inlet  fluida  dingin)  relative konstan  (lihat  Gambar.  1),  kecuali  pada  jam-jam tertentu ada terjadi penyimpangan, hal ini kemungkinan besar disebabkan oleh pembacaan yang tidak normal oleh sensor temperature, sedangkan T co (Gambar.  2)  seiring  dengan  berjalannya  waktu pengoperasian mengalami perubahan yang signifikan, hal  ini  diakibatkan  oleh  ketidakstabilan  pembacaan temperature  akibat  mulai  atau  sudah  terbentuknya deposit (faktor pengotor).
b) Harga T ho (temperature outlet fluida panas) pada awal pengoperasian  perubahan  harganya  tidak  stabil (Gambar.  3),  pada  waktu  576  jam  sampai  dengan waktu 864 jam terjadi peningkatan harga yang tinggi, kemudian  sampai  dengan  akhir  pengoperasian mengalami perubahan yang signifikan dan cenderung relative  konstan,  ini  disebabkan  oleh deposit (faktor pengotor)  sudah mulai  terbentuk  dari  awal pengoperasian  sampai  dengan  waktu  864  jam,  dan sampai dengan akhir pengoperasian jumlah penumpukan deposit relative  mendekati  harga  yang konstan.
c) Harga  m c (laju  aliran  fluida  dingin)  pada  wal pengoperasian  cenderung  relative  pada  kisaran  55 ton/hr  (lihat  Gambar.  4),  namun  setelah  sekian  jam operasi harganya menurun, hal ini disebabkan karena proses  autovalve  untuk  menyesuaikan  laju  aliran massa  fluida  dingin  supaya  laju  perpndahan  energy panas di economizer#2 mendekati relative konstan.
Beban  termal  untuk  setiap  pengukuran  yang  diterima  oleh fluida dingin di economizer yaitu Q c , adalah diperoleh dengan menggunakan pers. (2) dalam bentuk grafik (Gambar.5) adalah :
Gambar. 5  Karakteristik hasil pengujian beban termal fluida dingin di economizer#2
Dari  Gambar.  5  (Karakteristik  hasil  pengujian  beban  termal fluida  dingin  di economizer#2 )  terlihat  pada  awal pengoperasian  harganya  cenderung  pada  kisaran  10000  kW, kemudian  setelah  waktu  864  jam  samapai  dengan  akhir pengujian  terlihat  haranya  menurun  dan  relative  konstan, karakteristik beban fluida dingin ini hamper sama dengan harga m c (laju aliran fluida dingin), ini disebabkan oleh deposit yang menempel pada permukaan meningkat kemudian ketebalannya konstan sampai dengan akhir pengujian Dengan menganggap economizer adalah adiabatic , maka laju energi  panas  yang  dilepas  oleh  fluida  panas  (dari Turbine Exhaust  Gas atau TEG ),  untuk  setiap  pengukuran  adalah diperoleh dalam bentuk grafik (Gambar. 6) :
Gambar. 6  Karakteristik panas yang dilepas oleh fluida panas di economizer#2
Karakteristik  Panas  yang  dilepas  oleh  fluida  panas  (Q h )  di economizer    adalah  sama  dengan  karakteristik  beban  termal pada fluida dingin (Q c )
Harga  temperature  inlet  fluida  panas  (T hi )  untuk  setiap pengukuran diperoleh dalam bentuk grafik (Gambar. 7) :
Gambar. 7  Karakteristik temperatur  inlet fluida panas di economizer#2
Karakteristik temperatur  inlet fluida panas (T hi ) di economizer adalah mirip dengan karakteristik T ho
Beda temperature rata-rata logaritmik  yaitu  T m untuk setiap pengukuran  yaitu diperoleh dalam bentuk grafik (Gambar. 8) sebagai berikut :
Gambar. 8  Karakteristik beda temperature rata-rata logaritmik di economizer#2
Dari  awal  pengujian  karatersitik  beda  temperatur  rata-rata logaritmik  harganya  terlihat  signifikan  atau  relative  konstan pada  harga  kisaran  55  K  (lihat  Gambar.  8),  kemudian  pada waktu 864 jam terjadi penyimpangan harga yang paling tinggi, setelah  itu  harganya  menurun  cenderung  pada  kisaran  50  K sampai  dengan  akhir  pengujian,  ini  disebabkan  oleh  deposit yang  menempel  pada  permukaan  meningkat  kemudian ketebalannya konstan sampai dengan akhir pengujian
Koefisien  perpindahan  panas  global  untuk  setiap  pengukuran didalam  economizer#2  yaitu  U,  adalah  diperoleh  dengan menggunakan pers.(5) yaitu dalam bentuk grafik (Gambar 15) sebagai berikut :
Gambar. 9  Karakteristik koefisien perpindahan panas global (U) di economizer#2
Pada  Gambar.9  terlihat  bahwa  harga  koefisien  perpindahan panas  global  (U)  di economizer#2 pada  awal  pengujian cenderung  berada  pada  kisaran  0,0150  kW/(m 2 K),  kemudian setelah  waktu  kisaran  960  jam  terjadi  penurunan    cenderung pada  kisaran  harga  0,0130  kW/(m 2 K)  ,  harga  ini  terlihat signifikan  atau  hamper  konstan  sampai  dengan  akhir pengujian.
Tahanan  termal  akibat  factor  pengotor  ( fouling) untuk  setiap pengukuran  pada economizer#2 yaitu  R f diperoleh  dalam bentuk grafik (Gambar.10) sebagai berikut :
Gambar 10. Karakteristik aktual hasil pengujian factor pengotor (  R f ) di economizer#2
Jika  karakteristik  factor  pengotor  tersebut  ,  masa  jenis  dan konduktivitas termalnya dianggap relative konstan maka untuk setiap  pengukuran  factor  pengotor  terhadap  waktu  dapat didekati dengan fungsi asymptot , ini diperoleh dalam bentuk grafik (Gambar. 11) sebagai berikut :
Gambar 11. Karakteristik hasil pendekatan asymptotic untuk faktor pengotor di economizer
Kurva  karakteristik  faktor  pengotor( fouling )  actual  hasil pengujian  selama  5  bulan  dengan  dengan  kurva  karakteristik faktor  pengotor(fouling)  yang  membentuk  kurva  asimtotis (hasil perhitungan dengan data dari hasil pengujian). Dari kurva asimtotis (Gambar 11.) terlihat tahan termal akibat faktor  pengotor  (  R f )  pada  akhir  waktu  mulai  3456  jam  atau lebih  dari  harga  itu  kurva  pada  grafik  berbentuk  asimtotis, artinya harga tahanan termal mulai konstan

## IV. KESIMPULAN
Permasalahan  yang  dihadapi  oleh  Instalasi  Pembangkit Daya  adalah Economizer (yang  ada  pada  instalasi  tersebut), sering  mengalami maintenance atau cleaning dari  pada seharusnya (tidak sesuai dengan spesifikasi dari alat tersebut) hal  ini  mengakibatlan  time  efisiensi  menurun  dan  biaya maintenance meningkat. Evaluasi performa pada alat tersebut yaitu Economizer#2 telah  dilakukan  dengan  pengujian  pada skala industri yaitu dengan pengamatan kemudian pengambilan  data  yang  dilaksanakan  selama  5  bulan  dengan interval  waktu  selama  48  jam  (2  hari),  setelah  itu  dilakukan pengolahan data dan analisis cleaning interval yang aktual Hasil  evaluasi  performa  pada  alat  tersebut  secara  detil  dapat disimpulkan sebagai berikut :
Telah terjadi penurunan performa untuk
Economizer#2 tersebut  akibat  dari  bertambahnya  faktor pengotor  yang merupakan fungsi dari waktu, dengan tahanan termal asimtotis aktual akibat faktor pengotor sebesar 16.88824 (m 2 K)/kW atau 0.01689 (m 2 K)/W. Economizer#2 ,  dengan  tahanan  termal  akibat  faktor pengotor sebesar 16.88824 (m 2 K)/kW atau 0.01689 (m 2 K)/W, adalah mempunyai cleaning interval aktual sebesar 3456 jam atau  kurang  lebih  5  bulan.  Jadi  Jadual maintenance untuk Economizer#2 bisa dilakukan 2 kali dalam setahun, tidak perlu lebih dari 2 kali dalam setahun.

## DAFTAR RUJUKAN
[1] Sumarjo, Jojo & Soekardi, Chandrasa, 2010, Analisis Economizer#2 Pada Heat Recovery generator Steam generator  (HRSG) di  Turbin  Gas#2 dengan  Daya keluaran 32 MW , Tesis, Magister Teknik Mesin UP [2] Soekardi,  Chandrasa,  2001,Prediksi  Karakteristik Termal  Sebuah  Penukar  Kalor  Dampak  Pemilihan
Faktor Pengotoran Konstan, Poros, Vol. 4
[3] Soekardi,  Chandrasa,  2002,  Implikasi  Perancangan Sebuah Penukar Kalor Dengan Faktor Pengotoran dan Fungsi  Waktu  Terhadap  Kinerja  pada  Kondisi Operasi Beban Termal Konstan, Poros, Vol. 5
[4] Yulianto,  Sulis,2010,  Analisis  Perancangan  alat Pendingin  Jenis Shell  and  Tube dengan Cleaning Interval yang  Bervariasi,  Tesis,  Magister  Teknik Mesin UP
[5] Kakac, Sadik & Liu, Hongtan, 2002. Heat Exchanger: Selection,  Rating,  and  Thermal Design,USA,  CRC Press
[6] HRSG,melalui <http://en.wikipedia.org/wiki/File:HRSGPoster.jpg> [10 Juli 2010]
[7] HRSG,melalui <http://www.hrsgdesign.com/design0.htm>>[10  Juli 2010]
[8] IHI- manual book for HRSG
[9] El-Wakil,  M.  M,  1985. Power  Plant  Technology , Singapore, McGraw-Hill Book Co . [10] Kreith, Frank & Z. Black, William, 1980. Basic Heat Transfer , New York, HARPER & ROW. PUBLISHER [11] Cengel,  Yunus  A.  &  Boles,  Michael  A.,  2007. Thermodynamics:  An  Engineering  Approach ,  New York, McGraw-Hill [12] Potter,  Merle  C.  &  Wiggert,  David  C.  2002,
Mechanics of Fluids , USA, BROOKS/COLE [13] Reynolds,  William  C.  &  Perkins,  Henry  C.  1987, Engineering Thermodynamics, New York, McGraw- Hill [14] I. Bizzy, R. Setiadi, Studi Perhitungan Alat Penukar Kalor Shell and Tube dengan Program Heat Transfer Research  Inc.  (HTRI) ,  JURNAL  REKAYASA MESIN Vol. 13 No.1, Hal 67-77, Maret 2013