Upload
irma-vania-rahma
View
225
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Designed by : Irma Vania R “Condenser dan Cooling Tower “
Reviewed by :
Approved by : Sheet 1 : Filosofi Equipment Rev : A
A. Deskripsi equipmentJelaskan mengapa memilih equipment ini
Setelah selesai memutar turbine, uap dibuang ke condenser yang posisinya tepat berada
di bawah LP Turbine. Di dalam condenser uap tersebut diubah menjadi air untuk dipompakan
kembali ke dalam boiler.
Condenser memerlukan air pendingin untk mengubah uap menjadi air. Beberapa PLTU
memanfaatkan air laut sebagai pendingin condenser, sementara PLTU yang lain mempergunakan
cooling tower untuk mendinginkan air condenser yang diputar terus menerus dalam sistem
tertutup (closed loop).
Condenser system terdiri dari beberapa peralatan utama, yaitu condenser itu sendiri,
condenser tube cleaning system, condenser vaccum system dan condensate pump. Condenser
vaccum system berfungsi untuk menjaga agar tekanan di dalam condenser selalu lebih kecil dari
tekanan atmosfer. Hal ini dilakukan untuk meningkatkan plant efficiency dari PLTU.
Water Treatment plant berfungsi untuk memproduksi semua kebutuhan air bagi
operasional PLTU. Pada dasarnya ada 2 jenis air yang dibutuhkan PLTU. Yang pertama adalah
demineralized water (demin water) untuk mensuplai boiler dalam memproduksi uap penggerak
turbin. Disebut demineralized water karena air tersebut sudah dihilangkan kandungan
mineralnya.
Yang kedua adalah raw water yang diperlukan untuk pendingin (cooling water) bagi
mesin-mesin PLTU dan untuk dipergunakan sebagai service water.
Secara umum water treatment system PLTU terdiri dari desalination plant untuk
memproses air laut atau air payau menjadi raw water, demineralized plant untuk memproduksi
demin water dan tanki-tanki atau kolam penyimpanan air.
Seperti yang sudah disebutkan sebelumnya, uap yang meninggalkan turbin masuk ke
condenser untuk diubah kembali menjadi air. Air tersebut dipompa kembali masuk ke boiler
untuk diproses menjadi superheated steam yang siap memutar turbin.
Jadi di sini terjadi closed-loop system. Air dan uap diolah terus menerus dalam sistem
tertutup untuk menggerakkan turbin uap (steam turbine). Meskipun demikian tetap ada air atau
uap yang hilang sebagai system loses dalam proses tersebut. Maka selama PLTU beroperasi selalu
diperlukan penambahan demin water baru secara kontinyu.
Air yang dipompa masuk kembali ke dalam boiler biasa dikenal dengan nama boiler
feedwater. Sistem yang mensuplai feedwater ini terdiri dari beberapa peralatan utama, yaitu :
– Feedwater pumps
– Feedwater tank yang dilengkapi dengan deaerator tank
– Feedwater heaters
Feedwater tank berfungsi untuk menampung feedwater sebelum dipompa masuk ke
boiler oleh feedwater pumps. Pada PLTU berkapasitas kecil, pompa feedwater digerakkan oleh
motor listrik, sedangkan pada PLTU berkapasitas besar mempergunakan turbin uap mini.
Untuk meningkatkan efisiensi PLTU, sebelum dipompa masuk ke boiler, feedwater harus
dipanaskan terlebih dahulu hingga mencapai suhu tertentu. Pemanasan tersebut dilakukan
dengan heater (heat exchanger), yang berlangsung secara konduksi dengan memanfaatkan uap
panas yang diambil (diektraksi) dari turbin. Jadi selain diteruskan ke condenser, ada sejumlah kecil
uap dari turbin yang diambil untuk memanaskan feedwater heater.
Designed by : Irma Vania R Condenser dan Cooling Tower
Reviewed by :
Approved by : Sheet 2 : Spesifikasi Teknis Peralatan Rev : A
Masukan Spesifikasi teknis peralatan
Gambar 1. Sistem pendingin Condenser dan Cooling Tower
Tabel 1 menunjukkan data spesifikasi dari hasil perhitungan desain kondensor yang untuk sistem cooling-tower dan didasarkan pada data input Tabel 3 yang menggunakan data dari referensi. Dalam hal ini diperlukan data asumsi dan data tambahan lain untuk parameter yang belum teridentifikasi seperti temperatur pendingin masuk dan faktor resistansi (Rd).
Tabel 1. Data Spesifikasi Hasil Desain Termal Kondensor (Sistem Cooling-Tower)
Data Parameter Desain Sisi-Uap (steam) Sisi-Pendingin (air)
Tipe Kondensor Horizontal surface condenserTotal Beban Termal, KKal/ jam 7,9.108
Laju aliran pendingin, m /jam ------ 180.700Temperatur masuk pendingin, oC ------ 32,2Temperatur keluar pendingin, oC ------ 38,8
Temperatur kondensat, oC 36 ------Tekanan Saturasi uap, KPa 5,940 ------
LMTD, oC 6,46Tube OD/18BWG, mm ------ 38,1
Tube ID, mm ------ 35,1Panjang tube, m ------ 13,28
Jumlah Tube ------ 73032Luasan transfer kalor, m 66.638
Re ------ 73837
Pr ------ 2,52Koef. transfer kalor ht , KKal/(j.m. oC) ------ 4814Koef. transfer kalor hs ,KKal/(j.m. oC) 5854 ------Koef. transfer kalor Uo ,KKal/(j.m. oC) 1264
Desain Resistansi, Rd, m . oC.j/KKal 0,0097Jumlah pass-tube ------ 2
Kalor Latent λ ,KKal/kg 582,2 ------Kecepatan pendingin, m/detik ------ 2,042
Tabel 2 adalah perolehan hasil perhitungan desain untuk temperatur air pendingin yang menggunakan dua asumsi yaitu sistem once-through dan sistem cooling tower yang mengalirkan air untuk sirkulasi pendingin. Dalam asumsi ini, dianggap temperatur pada sistem once-through 28,8 oC, sedangkan penggunaan cooling tower memiliki temperature yang lebih tinggi yaitu 32,2 oC (asumsi tersebut berdasarkan kondisi temperature bola basah di Indonesia).
Tampak bahwa hasil perhitungan desain sistem once-through pada kondensor berbeda dengan sistem cooling tower. Hal ini karena dalam perhitungan ini menggunakan beda temperatur pendingin masuk dan keluar yang berbeda. Oenentuan parameter temperatur desain kondensor sistem cooling tower, harus mempertimbangkan kinerja cooling-tower dan perubahan cuaca. Kelebihan kondensor menggunakan sistem once-through adalah tanpa cooling tower dan ketersediaan air tidak terbatas. Akan tetapi dalam penggunaan air laut memerlukan perhatian pada material sistem pendingin.
Tabel 2. Parameter kondensor Berdasarkan temperatur once-through dan cooling tower system
Data ParameterTemperatur pendingin masuk
once-through water 28,8 oC Cooling tower system 32,2 oCLMTD, oC 5,76 6,46
Jumlah Tube 64073 73032A, m2 58.463 66.638
Uo, KKal/(j.m. oC) 1217 1257Laju aliran pendingin, m3 /jam 156.261 180.700
Designed by : Irma Vania R “Condenser dan Cooling Tower”
Reviewed by :
Approved by : Sheet 3 : Detail Perhitungan peralatan Rev : A
Masukan detail perhitungan
Pada tahap awal perhitungan, yang perlu diperiksa adalah keberlakuan persamaan koefisien transfer kalor. Tercatat bahwa besarnya angka Reynolds sebagai indikasi turbulensi berada dalam rentang 10.000 – 120.000, dengan demikian nilai UO berada dalam rentang nilai standar yang berlaku. Koefisien kondensasi menggunakan mdel kondensasi film pada permukaan tube, yang memiliki angaka laju transfer kalor yang lebih rendah daripada model kondensasi tetesan/butiran (drop condensation), dengan demikian hasil perhitungan desain cenderung konservatif, hal ini ditambah dengan penggunann faktor foulung, Rd.
Menghitung koef. Transfer kalor
Menentukan jumlah tube
Menampilkan data
spesifikasi
Beban termal, Laju aliran, Temp. pendingin, Temp.
Kondensat, Diameter Tube
Menghitung LMTD Menghitung hkondensasi
Menghitung hpendingin
Gambar 2. Diagram Tata-Kerja
Tabel 3. Data Input Parameter Operasi Kondensor
Data Parameter Aliran uap
Aliran Pendingin Keterangan
Beban termal, KKal/jam 7,9.108
Laju aliran pendingin, m /jam ------ 180.700 SONS
Temperatur masuk pendingin, oC [10, 13] ------ 32.2/28.8 CTS/OTS (*)
Temperatur keluar pendingin, oC [11] ------ 38.8/35.5 CTS/OTS (*)
Temperatur kondensat, oC 36Diameter tube, mm, 18BWG ------ 31.75
Panjang tube, m ------ 9.14 Referensi (**)
(*) Asumsi menggunakan cooling tower system (CTS) dan once-through system (OTS) [9,10] Temperatur OTS berdasarkan Twet-bulk = 28,8 C, Temperatur CTS = temperatur dari cooling tower system = 32,2 oC
(**)Table of tube Commonly Used in steam condenser (Allis Chalmers Mfg.Co.)
Selanjutnya persamaan konstitutif untuk pendinginan dan perubahan temperatur keluar- masuk aliran pendingin melalui tube:
Q p=mp . c p [t o−ti ]
Q p=156261 .766 . [ 38,8−32,2 ]
Q p=7,9 x 108 kkaljam
Nilai LMTD yang merupakan beda temperatur logaritmik antar fluida diekspresikan oleh persamaan berikut:
LMTD=t o−t i
ln [ T c−t tT c−t o ]
LMTD= 38,8−32,2
ln [ 36−43,8436−38,8 ]
LMTD=6,46℃
Menghitung hpendingin menggunakan rumus bilangan nusselt, yaitu:
Nu=0,023. ℜ0.8. Pr0,4
Nu=0,023.73837 .2,5 2
Nu=4279,5 9
Nu=h t .d t
k t
ht=Nu .k t
d t
ht=4279,59.35,7231,75
ht=4814kkal
j .m .℃
Untuk menghitung koefisien kondensasi uap luar tube horisontal (sisi-shell) menggunakan korelasi kondensasi film berikut ini:
hs=0,725 [ k c3 . ρc
2 . g . γ
(t c−tw ) .d t . μc]0,25
hs=0,725 [ 56903 .130002 .9 .81.582,2(38,8−32,2 ) .31,75 .1000 ]
0,25
hs=5854kkal
j .m.℃
menghitung koef. Transfer kalor, dihitung dengan persamaan:
Uo= 11hs
+1h t
+Rd
Uo= 11
5854+
14814
+0,0097
Uo=1264kkal
j .m.℃
Jumlah tube dihitung berdasarkan nilai A dibagi luasan satu batang tube (A ) yang telah ditentukan pada awal perhitungan.
Jumlahtube= AA t
A=m p. c p
U o . LMTD.(t o−t i)
A=156261 .7661264 .6,46
.(38,8−32,2)
A=9674 8 ,38m2
Luas per-tube:
A=πD . L
A=π 0,03175. 13,28
A=1,325m2
Jumlahtube=96749,64m2
1,325m2
Jumlahtube=64073
Cooling tower mechanical draft counterflow adalah salah satu jenis dari cooling tower dimana air panas disemprotkan atau dipancarkan dari bagian atas ke bawah, sementara udara atmosfer ditarik ke atas oleh fan yang berlawanan dengan jatuhnya air panas tersebut. Luas permukaan air yang besar dibentuk dengan melewatkan air melalui kisi-kisi atau filler dan bersinggungan sehingga terjadi perpindahan panas antara air dengan udara.
Dengan data yang ada, bahwa air yang dialirkan dari cooling tower mempunyai debit 180.700 m3/jam, maka disarankan cooling tower yang dipakai mempunyai kapasitas bak penampung minimal 211.000 m3 untuk mengantisipasi rugi-rugi air. Cooling tower yang dipilih mempunyai bak dengan diameter minimal.
Menentukan laju kalor yang diserap
Q1=180700m3
jam
Dengan faktor koreksi 20% sehingga menjadi:
Q1=1,2 x180700m3
jam
Q1=216840m3
jam
Q1=60,23m3
s
Suhu air masuk heat exchanger sisi shell = 32oC
Suhu ai keluar heat exchanger sisi shell = 37oC
Laju kalor yang diserap/air pendingin dihitung dengan persamaan
q=m xcpair x ∆T
Dimana:
˙m=Q x ρ
˙m=60,23
m3
sx994,92
kgm3
m=59924,03kgs
q=59924,03 x 4,179x (37−32 )
q=1,25 MW
Dengan mengetahui kalor yang harus diserap oleh media pendingin dalam hal ini air maka dalam pemilihan cooling tower harus diperhatikan kemampuan cooling tower agar mampu menerima dan melepaskan kalor sebesar 1,25 MW ke lingkungan.
Menentukan kemampuan cooling tower
Perhitungan cooling tower dianggap terbagi-bagi, dimana setiap tingkat bagian penurunan suhu air 0.5oC. karena air jatuh melalui bagian dasar (paling bawah), t turun dari 32,5 oC menajdi 32,0 oC. suhu bola basah udara yang masuk hampir secara tepat menunjukkan entalphi udara, dengan menggunakan
grafik psikometri:
Suhu kering (Tdl) : 33 oC
Untuk suhu udara basah (Twb) : 26,4 oC
Kelembaban relatif : 62%
Entalphi : 82,20 kJ/kg
Rasio perbandingan L?G diambil = 1,2 (batasan L?G berharga 0.75 – 1,5), sedanglan dalam menentukan harga entalphi:
ha ,1−ha ,0=LG
x 4,179kJ
kg . Kx ∆ t
ha ,1−ha ,0=1,2 x 4,179 x0,5
ha ,1−ha ,0=2,5074kJkg
Entalphi udara yang meniggalkan bagian ruas paling bawah ha, adalah:
(82,20+2,5074 ) kJkg
=84,7074kJkg
Entalphi rata-rata dalam bagian ini yaitu :
82,20+84,70742
=83,4537kJkg
Air mempunyai suhu rata-rata 32,25 oC dalam bagian paling bawah dan entalphi udara jenuh pada suhu ini menggunakan perhitungan :
hi=4,7926+2,568.t−0,029834. t 2+0,0016657.t 3
hi=4,7926+2,568.(32,25)−0,029834.(32,25)2+0,0016657.(32,25)3
hi=112,45kJkg
Untuk harga (hi-ha)m dalam bagian paling bawah ini yaitu:
(hi−ha)=(112,45−83,4537) kJkg
(h i−ha )=28,9963kJkg
Perhitungan-perhitungan untuk mencari jumlah 1/(hi-ha)m digunakan untuk menentukan perhitungan performance cooling tower.
Evaporation loss (We)
Kehilangan air akibat dari ter evaporasinya sebagian kecil air akan menguap karena adanya pemanasan.
We=0,00085W c (T2−T1 ) x1,8
We=0,00085 x0,172 (37−32 ) x 1,8
We=1,3158 x10−3 m3
jam
Drift Loss (Wd)
Air yang keluar karena fan berputar, untuk ini standarnya 0,1-0,2 % jumlah air yang bersirkulasi.
W d=0,2 % x Jumlah air yangbersirkulasi
W d=0,2 % x 216840m3
jam
W d=433,68m3
jam
Blow Down (Wb)
Air terbuang yang diakibatkan sirkulasi air pada sistem pendingin. Perhitungan akibat kehilangan air tadi harus disediakan “make up” air sebagai penyuplai air tambahan sebesar:
S = cycles (harga s = 3 s/d 5)
W b=W s
(s−1)
W b=2168,4(5−1)
W b=542,1m3
jam
Jadi air yang dibutuhkan untuk penambahan adalah:
Wm=W e+W d+W b
Wm=(1,3158 x 10−3)+(433,68)+(542,1)
Wm=975,78m3
jam
Kebutuhan air akibat kehilangan pada saat bersirkulasi dan terjadinya penguapan karena pemanasan serta akibat berputarnya fan dan lainnya, dari hasil perhitungan jumlah air yang hilang
tersebut sebesar 975,78 m3/jam perlu diantisipasi untuk menjaga kestabilan air yang bersirkulasi, jika tidak diperhitungkan berkurangnya air kemungkinan akan habis dan menggangu proses pendinginan.