## ANALISIS KEGAGALAN SOOTBLOWER
TERHADAP PERPINDAHAN PANAS DI

## PIPA BOILER
Nurul Chandra Purnama, Haris Wahyudi Program Studi Teknik Mesin, FakultasTeknik, UniversitasMercu Buana Jakarta E-mail: chandra6564@gmail.com
Abstrak-- Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) menyebut konsumsi listrik nasional saat ini masih terbilang mini, yaitu seperempat dari indikator negara maju di dunia. Dengan angka 956 per Kilowatt-hour (kWh) per kapita, konsumsi listrik Indonesia baru mencapai 23,9 persen dari konsumsi listrik  negara  maju  sebanyak  4  ribu  kWh  per  kapita.  Salah  satu  komponen  utama  pada  sistem pembangkit adalah boiler. Uap hasil produksi  Boiler  ini digunakan untuk memutar  turbine yang akan menggerakkan generator guna menghasilkan listrik. Sootblower merupakan peralatan penunjang pada boiler yang berfungsi untuk membersihkan jelaga. Oleh karena itu peranan sootblower sangat penting dalam  menjaga  effisiensi  boiler.  Tujuan  dari  dilakukan  analisis  ini  adalah  mampu  mengidentifikasi penurunan  perpindahan  panas  yang  terjadi  pada  pipa  boiler,  mengidentifikasi  faktor  penyebab kegagalan  pada  Sootblower,  mengurangi  energi  yang  terbuang  akibat  pengoperasian  Sootblower. Metode penelitian untuk melakukan pelaksanaan  analisis sootblower ini terdiri atas berbagai bagian, antara lain: studi literatur, proses pengumpulan data, kemudian data diolah dan dilakukan analisis guna mengetahui penyebab kegagalan pada sootblower. Hasil dari analisis kegagalan pada sootblower ini didapatkan  bahwa  sootblower  gagal  beroperasi  karena  ada  masalah  pada  lance  tube  yang  sering bengkok  sehingga  mempengaruhi  proses  perpindahan  panas  di  pipa  boiler,  oleh  sebab  itu  di rekomendasikan untuk penggantian material lance tube dari carbon steel A105 dengan defleksi 1,1 m menjadi chrome moly (AISI 4130) dengan defleksi 1,05 cm  dan dilakukan perawatan sootblower lebih baik dan rutin lagi.
Kata Kunci : Sootblower , boiler , lance tube , thermal e xpantion

## 1.  PENDAHULUAN
Kementerian  Energi  dan  Sumber  Daya  Mineral (ESDM) menyebut konsumsi listrik nasional  saat ini  masih  terbilang  mini,  yaitu  seperempat  dari indikator negara maju di dunia. Dengan angka 956 per  Kilowatt-hour  (KWh)  per  kapita,  konsumsi listrik  Indonesia  baru  mencapai  23,9  persen  dari konsumsi listrik negara maju sebanyak 4 ribu KWh per  kapita,  Hal  ini  diungkapkan  oleh  Gumelar Galih (2015).
Sootblower merupakan  peralatan  penunjang pada  boiler  yang  berfungsi  untuk  membersihkan jelaga/kerak/abu yang menempel pada permukaan  pipa-pipa wall  tube (Dinding  Dapur), superheater, reheater, economiser, dan air heater (Pemanas  Udara).  Proses  perpindahan  panas kurang  efektif  apabila  adanya    jelaga  yang menempel  pipa-pipa  air  atau  elemen  pada air heater .  Oleh  karena  itu  peranan sootblower sangat  penting  dalam  menjaga effisiensi  boiler . Dalam  pengoperasiannya sootblower sering mengalami banyak gangguan. Gangguan tersebut  sering  berakibat  pada  meningkatnya temperatur keluar dari boiler semakin meningkat, hal  tersebut  dapat  berpengaruh  effisiensi boiler dan  berdampak  pada  lingkungan  yang  akan mengakibatkan  hujan  asam  apabila  temperatur keluaran boiler terlalu  tinggi.  Untuk  itu  sangat dibutuhkan sootblower untuk membantu penyerapan  panas  pada  pipa boiler .  Dengan mengetahui penyebab gangguan, maka penanganan  peralatan soot blower baik  dari  sisi
mekanik, elektrik, dan juga instrument control baik secara  operasi,  perawatan,  maupun  secara design diharapkan  dapat  di  atasi  secara  tepat. Berdasarkan  Latar  Belakang  tersebut  analisis kegagalan sootblower harus diketahui, diharapkan  dengan  melakukan  analisis  tersebut dapat  meningkatkan  proses  perpindahan  panas dan  effisiensi Boiler sehingga  mendapat  hasil yang optimal
2.  METODE

## 2.1 Studi Literatur
Tahap awal dalam melakukan analisis kegagalan pada sootblower yaitu  dengan  mengumpulkan data  dan  teori  yang  berkaitan  dengan  analisis kerusakan  pada sootblower dan  dampaknya termasuk  teori  perpindahan panas  baik konveksi atau konduksi.

## 2.2 Pengambilan dan Pengolahan data
Untuk  menyelesaikan  penelitian  ini,  penulis menggunakan dua macam data yaitu data primer dan data sekunder. Data primer diperoleh secara langsung  dari  lokasi  penelitian  bersama  dengan pihak  perusahaan  terkait  tempat  diadakannya penelitian    tersebut.  Penulis  juga  menggunakan data  sekunder  yang  diperoleh  dari  pihak-pihak luar yang sudah diolah menjadi berbagai literatur dan dokumentasi yang digunakan sebagai acuan untuk  menyelesaikan  penelitian  ini.  Teknik pengambilan  data  pada  tugas  akhir  ini  yaitu dengan  mencari service request untuk  peralatan
sootblower pada aplikasi MAXIMO yang terintegrasi sistem PLTU Suralaya.
Gambar 2.1 Pengambilan data Service Request penyebab kegagalan sootblower pada Software Maximo

## 2.3 Metode Pengolahan data
Dari  pengolahan  data  akan  ditampilkan  dalam bentuk  grafik  serta  tabel,  parameter  yang  akan dihitung yaitu:
1.  Kerugian perpindahan panas akibat kegagalan sootblower yang  diukur  dari  gas buang boiler.
2.  Energi yang digunakan untuk mengoperasikan Sootblower .
3.  Defleksi  akibat  pemuaian lance  tube yang bengkok.
2.4 Data Spesifikasi Sootblower Pressure untuk  tiap  –  tiap  lokasi soot blower berbeda  –  beda  sesuai  dengan  area  kerjanya, dapat dilihat dalam tabel berikut :
Tabel  2.1  Tekanan  kerja  masing-masing  jenis sootblower
No Soot Blower No. Lokasi Tekanan uap (kgf/cm 2 ) 1 2IK: 09 s/d 16 Second. SH + SH Support 18,3 2 2IK: 17 s/d 24 Second. SH 15,8 3 2IK: 25 s/d 32 Second. SH 14,4 4 2IK: 33 s/d 40 Hot Reheat 13,4 5 2IK: 41 s/d 48 Primary SH 11,2 6 2IK: 49 s/d 56 Primary SH + Cold Reheat 11,2 7 2IK: 57 s/d 64 Cold Reheat 9,1 8 IR : 01 s/d 88 Furnace 16,1 9 3IK: 70 s/d 84 Economizer 14,1 10 4AH:  1 s/d 8 Air Heater 14,1 Tekanan rata  –  rata untuk  semua soot blower
13,77
Gambar 2.2 Desain Lance Tube Sootblower 2IK
(satuan mm)
Analisis  material Lance Tube 2  IK System Soot blower Unit  1-4  PLTU  Suralaya  yang  digunakan
adalah  material Carbon Steel A105 atau  setara ASME  SA  105.  Dengan  komposisi  material sebagai berikut:
Tabel 2.2 Kandungan Material Carbon Steel A105 (Manual Book BD 06, 1985)

## 3.  HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Perhitungan Temperature Outlet Air Heater Sebelum dan Sesudah Dilakukan Sootblower Dari  grafik  di  bawah  ini  dapat  dilihat  bahwa temperatur outlet air heater sebelum dioperasikan soottblower cenderung  mengalami  kenaikan dengan nilai tertinggi 162 o C. Setelah dioperasikan sootblower temperatur outlet air heater mengalami  penurunan  menjadi  158 o C.  Hal  ini menandakan  bahwa  penyerapan  panas  di  pipa boiler meningkat akibat dioperasikannya sootblower.
Gambar 3.1 Grafik Temperature Outlet Air Heater sebelum dan sesudah dilakukan
Sootblower
 Kondisi heat transfer sebelum soot blower dioperasikan (H 1 ): H 1 = q . Cp  (T 1 - T 2 ) Btu/jam = (3902140) x (0,320) x (2274,8 - 302,9)
Btu/ jam
= 2462281557,12 Btu/ jam
= 620484515.1 kCal/jam
 Kondisi heat transfer sesudah soot blower dioperasikan (H 2 ): H 2 = q . Cp  ( 2 - T 2 ) Btu/ jam = (3902140) x (0,320) x (2274,8  - 290,3) Btu / jam = 2478014985,6 Btu/ jam
120 130 140 150 160 130 140 150 160 170 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 Tem pe rature Ou tle t Air Heate r Se tela h dila ku ka n Soo tb low er Te m pera tu re Ou tlet Air h eate r s ebe lu m dilak u ka n Soot b lo w e r Hari (1 April 2017- 30 April 2017)
Grafik Rata-Rata Temperatur Outlet Air Heater sebelum dan sesudah Sootblower
α= 3 0 1,5m 936cm 930,5cm 1,2m α=1,5 0 = 624449272,3 Kcal/jam
Kenaikan heat transfer rate (H) adalah kondisi setelah dioperasikan soot blower dengan kondisi sebelum dioperasikan soot blower , yaitu: H  = H 2 – H 1 = 624449272,3- 620484515.1 (kCal/jam) = 3964757,2 kCal/jam
Hasil  ini  setara  dengan  daya  listrik  sebesar: 4611.012624 KW atau 4,611 MW
3.2 Analisis Penyebab Kegagalan Sootblower
Gambar 3.2 Pareto Gangguan peralatan Soot blower Unit 1-4
Dari  diagram  di  atas  diketahui  bahwa komponen  utama  terjadinya  kegagalan  pada sootblower yaitu pada lance tube dan motor listrik dengan jumlah 50 kali kasus.
 Menghitung  Besar  Defleksi  Yang  Terjadi Pada Pipa (Material Carbon Steel A105)
δ 1 = .ɑ
δ 1 = , , ,
,
= 0,954 m = 95,4 cm
δ 2 = x ( ɑ) x {L 3 +L 2 ɑ+Lɑ 2 - ɑ } δ 2 = , , x , ( , ) x{9,36 3 +
(9,36 2 x 4)+(9,36 x 4 2 ) - } = 0,557 m = 55,7 cm δ total = δ 1 + δ 2 = 95,4 cm + 55,7 cm = 151,1  cm = 1,5 m
Dari perhitungan di atas untuk pemuaian dan lendutan  material  tersebut  cukup  tinggi  yaitu sebesar 151,1 cm = 1,5 m.
 Menghitung  Besar  Defleksi  Yang  Terjadi Pada  Pipa  (Material  Chrome  Moly  (AISI
4130))
δ 1 = ɑ
δ 1 =
, , ,
,
=0,929 m = 92,9 cm
δ 2 = x ( ɑ) x {L 3 +L 2 ɑ+Lɑ 2 - ɑ }
δ 2 = , ,
x , ( , ) x {9,30 3 +(9,30 2 x 4)+(9,30 x 4 2 ) - } = 0,2808 m = 28,086 cm δtotal = δ1+ δ2 = 92,9 cm + 28,086cm=120,9cm = 1,20 m
Dari hasil analisa di atas, dapat digambarkan sketsa  perbedaan  defleksi  antara lance tube dengan  material carbon steel A105  dengan chrome moly (AISI 4130)
 Defleksi  pada  material carbon steel A105 setara ASME SA 105.
Dinding boiler  Defleksi  pada  material chrome moly (AISI 4130).
Dinding boiler
Gambar 3.3 Perbandingan defleksi antara material carbon steel A105 dengan material chrome moly (AISI 4130)
Gambar 3.4 Defleksi material A105
Gambar 3.5 Defleksi material Chrome Moly (AISI 4130)

## 4.  KESIMPULAN
Bahwa Sootblower sangat  dibutuhkan  untuk membantu  mengoptimalkan  proses heat transfer pada  pipa boiler. Hal  ini  dibuktikan  dengan indikator temperature outlet flue gas air heater sebelum dan sesudah Sootblower temperaturnya 150,5 o C menjadi 144,6 o C. Kegagalan Sootblower disebabkan oleh Lance tube yang bengkok. Untuk itu direkomendasikan material lance tube Chrome Molly (AISI 4130) dengan defleksi 1,05 m dengan Tegangan  Von  Misses  sebesar  276  N/m 2 < Tegangan  Luluh  sebesar  460  N/m 2 agar sootblower dapat  beroperasi  dengan  optimal. Energi  yang  diperlukan  untuk  mengoperasikan Sootblower dalam satu  kali operasi setara  4,607 MW. Hal ini sebanding dengan penyerapan panas yang dihasilkan pada pipa boiler.

## DAFTAR PUSTAKA
[1].  Alifiah I., & Ya’umar. (2004). Analisa Effisiensi Sistem Pembakaran Pada Boiler Di PLTU Unit
III  PT.  PJB  UP  Gresik  Dengan  Metode Statistical Process Control (SPC).  Surabaya. Jurusan  Teknik  Fisika  –  Fakultas  Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh November. Tugas Akhir.
[2].  Erwin,  Joko  A.,  dkk.  (2014).  Pengoperasian PLTU Pembidangan Prajabatan S1-D3 Indonesia Power. Jakarta. Edisi 1 [3]. Gumelar  G.,  (2017). Konsumsi  Listrik Nasional  Masih  Seperempat  Negara  Maju. Retrieved  from https://www.cnnindonesia. com.
[4].  Gowshikan  M.,  Kumar  G.,  &  Surjith.  (2014). Root  Cause  Identification  and  Elimination  of Problems  in  Sootblowers  of  Chemical
Recovery  Boilers. Coimbatore,  India. SSRG International Journal of Mechanical Engineering (SSRG-IJME)-volume 1 issue 5 .
[5].  Grunsky  A.  (2001). Sootblowing  Application and Maintenance Guide . California. Retrieved from www. epri.com.
[6].  Murdani,  Sudarwoko,  dkk.  (2014).  Modul  2
Pengoperasian (Ketel Uap dan Alat Bantunya). Jakarta. No.11206/HIS/LK/BUT/UNJ
[7].  Patel R & Chitpaiboon W. (2014). Utility Boiler Sootblower  Basics .  Retrieved  from  Diamond Power International Manual Book.
[8].  Ristyanto  N.,  Anang,  Joko  W.,  dkk.  (2011). Simulasi Perhitungan Effisensi Sistem
Pembangkit  Listrik  Tenaga  Uap  (PLTU) Rembang. Semarang. Jurusan Teknik Elektro, Universitas Diponegoro. Tugas Akhir.
[9].  Shigley,  J.E.  (1991).  Perencanaan  Teknik Mesin, “4 th edition. Jakarata. Erlangga.
[10].  Smith,  R.A.  (1984). Identification  of  Existing
Waste Heat Recovery and Process Improvement Technologies . Washington, Pacific  Northwest  Laboratory.  Manual  Book 99352.
[11].  Taufiqurrokhman. (2014). Perpindahan Panas
Konveksi. Retrieved from https://taufiqurrokhman.wordpress.com
/2014/01/27 perpindahan-panas –konveksi.
[12].  Yauri K., Hanzen, Hadi G., dkk. (2015). Kajian Efisiensi  Termal  Dari  Boiler  Di  Pembangkit Listrik  Tenaga  Uap  Amurang  Unit  1.  Jurnal Online Poros Teknik Mesin Volume 4 Nomor 2.