Tugas Akhir Prof.Dr.Ir. I Made Arya Djoni,M.Sc. Teknik Mesin

KONVERSI ENERGI-TEKNIK MESIN-ITS

Tugas Akhir

Teknik Mesin

FTI-ITS SURABAYA

2010

DOSEN PEMBIMBING :

Prof.Dr.Ir. I Made Arya Djoni,M.Sc.

BAB I PENDAHULUAN

LATAR BELAKANG

PERUMUSAN MASALAH

TUJUAN

BATASAN MASALAH

MANFAAT

SISTEMATIKA PENULISAN



PT .PETROKIMIA GRESIK

PUPUK

AMONIAKGAS SINTESA

(H2 , N2 , Ar , CH4)

KOMPRESOR

SURGING

LATAR BELAKANG


PERUMUSAN MASALAH

FLOW MENGALAMI PENURUNAN

MELEWATI BATAS STABIL KOMPRESOR

KOMPRESOR SURGING

1. Bagaimana surging bisa terjadi ? Apasebab dan akibatnya?

kemungkinannya:- fouling- Pressure, temperature, gas composition berubah- Putaran penggerak turun (loss of speed)- Pembatasan aliran di suction/discharge sistem- malfunction pada control valve- malfunction hardware IGV’s- maldistribution dalam operasi paralel kompresor- operator error- perakitan kompresor tidak layak, seperti mispositioned rotor

(Gas turbine Engineering Handbook,2006)

2. Bagaimana Karakteristik Kompresor dan Unjuk kerja kompresor Sentrifugal?


Kompresor

Bagan Klasifikasi kompresor (Brown,1997)


1. HEAD

lb

lbfftr

n

nTRZH n

n

totalinaktualp

.1.

1...

1

.

lb

lbfftr

k

kTRZH k

k

totalinaktualis

.1.

1...

1

.

%100

1

1 x

k

kn

n

politropis

actHmGHP

mekanik

GHPCHP

transmisi

DHPDHP

2. efisiensi

3. Daya

11

5207,14

TPSCFMICFM

4. Kapasitas

Politropis head

Isentropis head

Cubit feet per minute

Driven HorsePower

Compressor HorsePower

Gas HorsePower


komposisi gas

fraksi mol(y)

% mol

Ar0,33

N2

24,81

CH4

0,71

H2

74,15

total 100

komposisi gas sintesa


Low Pressure Casing

SUCTION DISCHARGE

(masuk 1st kompresor L.P) (keluar 1st kompresor L.P)

Ts1(Temperatur Masuk) = 43,6 0C Td1(Temperatur keluar) = 120,9 0C

Ps1(Tekanan masuk) = 29,6 kg/cm2 Pd1(Tekanan keluar) = 55 kg/cm2

Fs1(Flow masuk L.P case) = 66,41 Ton /jam

(masuk 2nd kompresor L.P) (keluar 2nd kompresor L.P)

Ts2(Temperatur Masuk) = 40 0C Td2(Temperatur keluar) = 121,4 0C

Ps2(Tekanan masuk) = 55 kg/cm2 Pd2(Tekanan keluar) = 97,5 kg/cm2

Fd2(Flow keluar L.P case) = 58,17 Ton /jam

High Pressure Casing

SUCTION DISCHARGE

(masuk 3rd compresor H.P) (keluar 3rd kompresor H.P)

Ts3(Temperatur Masuk) = 36 0C Td3(Temperatur keluar) = 51,48 0C

Ps3(Tekanan masuk) = 97,5 kg/cm2 Pd3(Tekanan keluar) = 183,9 kg/cm2

Fs3(Flow masuk H.P case) = 62,56 Ton /jam

(masuk 4th kompresor H.P) (keluar 4th kompresor H.P)

Ts4(Temperatur Masuk) = 32,02 0C Td4(Temperatur keluar) = 51,48 0C

Ps4(Tekanan masuk) = 177,3 kg/cm2 Pd4(Tekanan keluar) = 183,9 kg/cm2

FS4 (Flow keluar H.P case) = Fd4 Fd4 (Flow keluar H.P case) = 238,9 Ton /jam

Data Analisa Kompresor Gas Sintesa


komposisi gas

fraksi mol(y) MWideal

(kg/kmol)Mcp (Btu/lb.mol.R)

Tekanan Kritis

Pc (Psia)

Temperatur KritisTc (R)% mol

50 oF 300 oFTs1 (interpolasi

pada 110,5 F)

Ar 0,33 39,94 4,97 4,97 4,97 705 272

N2 24,81 28,01 6,96 7,03 6,98 492 228

CH4 0,71 16,04 8,38 10,25 8,83 673 344

H2 74,15 2,016 6,86 6,98 6,89 188 60

4.1. Properties gas kompresor

Gas Processor Supplier Asociation,


Konstanta Umum Campuran Gas

Rasio Panas Spesifik

total

idealaktual

MW

RR

Rlb

lbfftRlbmol

lbfft

Raktual

.

.79,177

69,8

.

.1546

KKg

JKKmol

KJ

R aktual

.73,956

69,8

.314,8

atau

Rlbmol

Btu

Rlbmol

BtuM

inlettotalcv.

93,4986,1.

92,6

Rlbmol

Btu

Rlbmol

BtuM

outlettotalcv.

5986,1.

986,6

4,193,4

92,6inletk

4,15

986,6outletk

4,12

outletinlet

avg

kkk


Faktor Kompresibilitas Campuran Gas

totalc

rP

PP

62,1572,268

71,435

psia

psiaP

inr

totalc

rT

TT

04,53968,104

61,526

R

RT

o

o

inr

97,2572,268

98,796

psia

psiaP

outr

79,63968,104

29,709 0

R

RT

ooutr


4.2. Perhitungan Unjuk Kerja

Kompresor Gas Sintesa

4.2.1 Perhitungan Head

1.1

...

1

.n

n

totalinaktualavgp rn

nTRZH

1

2

1

2

ln

ln

1

P

P

T

T

n

n

Nm

kgmK

Kkg

NmH o

p

102,011,86.35,0.6,316.

.73,956.03,1 54,1

154,1

kg

kgmH p 622053,1653

Head Politropis

1.1

...

1

.k

k

totalinaktualavgis rk

kTRZH

Nm

kgmK

Kkg

NmH o

is

102,011,86.

14,1

4,1.6,316.

.73,956.03,1 4,1

14,1

kg

kgmH is 21162,1284

Head isentropis


4.2.2 Perhitungan Kapasitas

AVm

mQICFM

3

6

1

57,9

6,316.

73,956

109,2

.

2

m

kg

KxKkg

Nmm

Nx

TR

P

sact

in

357,9

100041,66

m

kg

ton

kg

hour

ton

QICFM

menit

ft 3

24,4081

1

520

7,14 Tx

PxQQ in

ICFMSCFM

R

Rx

ft

lbf

ft

lbf

xmenit

ftQSCFM

15,570

520

8,2116

58,60625

24,4081

2

23

menit

ft 3

5,116887

Standard Cubic Feet per Minute

Inlet Cubic Feet per Minute


4.2.3 Perhitungan Efisiensi Kompresor

%100

1

1 x

k

kn

n

politropis

%48,818148,0%100

14,1

4,1

154,1

54,1

x

%100xpolitropisHead

isentropisHeadisentropis

%2,78782,0%100

2,22053

1,21162

x

kg

kgm

kg

kgm

politropis

isentropis


4.2.4 Daya Kompresor

•Gas Horse Power (GHP) :

kgm

Nm

kg

kgm

ton

kghour

hour

tonGHP

102,0.11,270658

1000

sec360041,66

poly

poly

act

HH

kg

kgmH act 11,270658

8148,0

2,220532

HP24,6565

•Compressor Horse Power (CHP) :

mekanik

GHPCHP

HP

HP22,6699

98,0

24,6565

•Driven Horse Power (DHP):

transmisi

CHPDHP

HP9,6835

98,0

22,6699


3rd stage compressors


Reduce Flow

to SURGE

Perubahan Tekanan,Temperatur

Komposisi Gas

Pembatasan aliran

Fouling (pengotoran)

Loss of speed

Control valve Malfunction

Error operator

Maldistribution of load

in parallel operation compressors

Improper assembly

of a compressors

Malfunction of hardware

BOYCE, 2002

Penyebab terjadinya surging


Grafik perbandingan nilai tekanan suction kompresor tiap stage kompresorpada data DCS dan data sheet

Perubahan Tekanan

TR

P

ideal

mQ


Grafik temperatur suction tiap stage kompresor dengan perbandingan data

antara DCS dan Data Sheet kompresor.

Perubahan Temperatur

TR

P

aktual

mQ


perbandingan nilai Molecular Weight pada tiap stage kompresor berdasarkan Data Sheet kompresor.

Perubahan Molecular Weight (MW)

total

idealaktual

MW

RR

TR

P

aktual

mQ


Terkikisnya sudu kompresor

ACm r ..


Inadvertent Loss of speed

Turunnya putaran penggerak

60

..2 n

Kecepatan Tangensial menurun (U)

Kecepatan radial gas menurun (Cr2)

Flow kompresor menurun2....2 rCbrQ


Improper assembly of compressors

Kesalahan perakitan

Pemampatan tidak sempurna

Vibrasi yang tinggi


Control Valve malfunction

Valve tidak berfungsi dengan baik

Aliran tidak bisa dikontrol dengan baik

Surging / Flow tidak bisa dikontrol


Malfunction hardware and error operator

Tidak berfungsinya hardware kompresor dan error operator

Aliran pada kompresor tidak bisa dikontrol dengan baik


High Vibration

Surging

Getaran yang sangat tinggi

Merusak komponen dari kompresor


Surging

Flow Produksi yang menurun

Flow produksi terganggu


KESIMPULAN

Karakteristik kompresor

Evaluasi Unjuk Kerja

Penyebab Surging

Akibat Surging

Pengaruh terhadap

Unjuk Kerja

KESIMPULAN


Penyebab surging

Reduce Flow

to SURGE

Perubahan Tekanan,Temperatur

Komposisi Gas

Pembatasan aliran

Fouling (pengotoran)

Loss of speed

Control valve Malfunction

Error operator

Maldistribution of load

in parallel operation compressors

Improper assembly

of a compressors

Malfunction of hardware


Nilai unjuk kerja tiap stage kompresor

stage kompresor 1st 2nd 3rd 4th

Head politropis (kgm/kg)

22053,16 20802,72 22159,82 1285,26

efisiensi politropis(%) 81,48148

70,58824 75,187969916,813639

Daya (CHP) 6699,220 7205,347 6990,612 7472,449

Debit masukan (m3/hour)

6939,4 3682,8 1702,8 4006,7

Tugas Akhir Prof.Dr.Ir. I Made Arya Djoni,M.Sc. Teknik Mesin

Documents

Transcript of Tugas Akhir Prof.Dr.Ir. I Made Arya Djoni,M.Sc. Teknik Mesin