Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat Nuklir PRPN-BATAN, 14 November 2013 PEREKA YASAAN KETEL UAP UTI LIT AS PABRIK ELEMEN BAKAR NUKLIR TIPE PWR 1000 MWe Sandi Parapak PRPN - SATAN, Kawasan Puspiptek, Gedung 71, Tangerang Selatan, 15310 ABSTRAK PEREKA YASAAN KETEL UAP UTILITAS PABRIK ELEMEN BAKAR NUKLIR T1PE PWR 1000 MWe. Telah direncanakan sistem ketel uap yang terdiri dari tiga komponen utama da/am rangka untuk memproduksi uap yang dibutuhkan untuk pemanasan Pabrik Elemen Bakar Nuklir PL TN-PWR1 000 Mwe Komponen utama tersebut terdiri dari sistem air umpan, sistem uap, dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan terdiri dari sistem air penambah dan sistem air kondensat, sedangkan sistem uap terdiri dari sistem pembangkit uap dan distribusi uap ke fasilitas pabrik, sementara sistem bahan bakar terdiri dari sistem burner dan sistem pembakaran. Semua sistem didukung oleh tangki- tangki utama dan pompa distribusi air maupun uap. Uap yang dihasilkan digunakan untuk pemanasan fluida pada perala tan R-0101, HE-0101 dan HE-0102. Laju produksi uap yang dibutuhkan sebesar 612,43 kg/jam dengan temperatur 132°C, tekanan 2, 1 bar. Perencanaan produksi uap dimulai dari analisis keseimbangan produksi uap dan air umpan, energi panas yang dibutuhkan untuk pembangkitan uap, dan jumlah bahan bakar yang diperlukan untuk pembakaran. Hasil analisis untuk kebutuhan air umpan 638 kg/jam, kebutuhan energi panas untuk pembangkitan 418,85 KLtv, kebutuhan bahan bakar ada/ah 12,8 gallon/jam dan untuk kebutuhan energi panas superheater ada/ah 40 KW Kata kunci: air umpan, bahan bakar, uap, ketel uap, pabrik elemen bakar nuklir ABSTRACT SCHEMING OF STEAM BOILER SYSTEM FOR NUCLEAR FUEL ELEMENT PLANT PWR 1000 MWe TYPE. Boiler design has been planned consisting of three major components in order to produce the steam needed for heating Nuclear Fuel Element Plant PWR1000 MWe NPP. The main components consist of a feedwater system, steam systems and fuel systems . Feedwater system consists of make up water system and condensate return system, while the steam system consists of steam generator and steam distribution to manufacturing facilities. Fuel system consists of burner system and combustion system . All systems are supported by the main tanks and pump water or steam distribution. The resulting steam iare used for heating the fluid in the apparatus R- 0101 , HE - 0101 and HE - 0102 . Steam production rate required is 612.43 kg/hour, temperature of 132°C, pressure of 2.1 bar. Steam production planning starts from the analysis of the balance of the production of steam and feed water, heat energy required for steam generation, and the amount of fuel required for combustion. Results of analysis for the feed water is 638 kg/hour, the energy needed for heating is 418,85 KLtv, fuel consumed is 12,8 gallon/hour and the heat energy requirement of superheater is 40 KW Keywords: feedwater, fuel, steam, steam boiler, nuclear fuel element plant. - 66-
13
Embed
- 66- - Digilib-BATAN – Informasi Pustaka Batandigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Iptek Nuklir/PRPN... · m = laju aliran uap superheated keluar superheater, kg/jam
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN-BATAN, 14 November 2013
PEREKA YASAAN KETEL UAP UTI LIT ASPABRIK ELEMEN BAKAR NUKLIR TIPE PWR 1000 MWe
Sandi Parapak
PRPN - SATAN, Kawasan Puspiptek, Gedung 71, Tangerang Selatan, 15310
ABSTRAK
PEREKA YASAAN KETEL UAP UTILITAS PABRIK ELEMEN BAKAR NUKLIR T1PEPWR 1000 MWe. Telah direncanakan sistem ketel uap yang terdiri dari tiga komponenutama da/am rangka untuk memproduksi uap yang dibutuhkan untuk pemanasan PabrikElemen Bakar Nuklir PL TN-PWR1 000 Mwe Komponen utama tersebut terdiri dari sistemair umpan, sistem uap, dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan terdiri dari sistem airpenambah dan sistem air kondensat, sedangkan sistem uap terdiri dari sistempembangkit uap dan distribusi uap ke fasilitas pabrik, sementara sistem bahan bakarterdiri dari sistem burner dan sistem pembakaran. Semua sistem didukung oleh tangkitangki utama dan pompa distribusi air maupun uap. Uap yang dihasilkan digunakan untukpemanasan fluida pada perala tan R-0101, HE-0101 dan HE-0102. Laju produksi uapyang dibutuhkan sebesar 612,43 kg/jam dengan temperatur 132°C, tekanan 2, 1 bar.Perencanaan produksi uap dimulai dari analisis keseimbangan produksi uap dan airumpan, energi panas yang dibutuhkan untuk pembangkitan uap, dan jumlah bahan bakaryang diperlukan untuk pembakaran. Hasil analisis untuk kebutuhan air umpan 638 kg/jam,kebutuhan energi panas untuk pembangkitan 418,85 KLtv, kebutuhan bahan bakar ada/ah12,8 gallon/jam dan untuk kebutuhan energi panas superheater ada/ah 40 KW
Kata kunci: air umpan, bahan bakar, uap, ketel uap, pabrik elemen bakar nuklir
ABSTRACT
SCHEMING OF STEAM BOILER SYSTEM FOR NUCLEAR FUEL ELEMENTPLANT PWR 1000 MWe TYPE. Boiler design has been planned consisting of three majorcomponents in order to produce the steam needed for heating Nuclear Fuel Element PlantPWR1000 MWe NPP. The main components consist of a feedwater system, steamsystems and fuel systems . Feedwater system consists of make up water system andcondensate return system, while the steam system consists of steam generator andsteam distribution to manufacturing facilities. Fuel system consists of burner system andcombustion system . All systems are supported by the main tanks and pump water orsteam distribution. The resulting steam iare used for heating the fluid in the apparatus R 0101 , HE - 0101 and HE - 0102 . Steam production rate required is 612.43 kg/hour,temperature of 132°C, pressure of 2.1 bar. Steam production planning starts from theanalysis of the balance of the production of steam and feed water, heat energy requiredfor steam generation, and the amount of fuel required for combustion. Results of analysisfor the feed water is 638 kg/hour, the energy needed for heating is 418,85 KLtv, fuelconsumed is 12,8 gallon/hour and the heat energy requirement of superheater is 40 KW
Keywords: feedwater, fuel, steam, steam boiler, nuclear fuel element plant.
- 66-
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
1. PENDAHULUAN
Instalasi tenaga uap dikenal dengan sebutan ketel uap yang berfungsi sebagai
sarana untuk mengubah air menjadi uap bertekanan. Ketel uap dalam bahasa inggris
disebut dengan nama boiler berasal dari kata boil yang berarti mendidihkan atau
menguapkan,sehingga boiler dapat diartikan sebagai alat pembentukan uap yang mampu
mengkonversikan energi kimia dari bahan bakar padat, bahan bakar cair, maupun bahan
bakar gas yang menjadi energi panas [1]. Energi kalor yang dibangkitkan dalam ketel uap
(steam boiler) memiliki nilai tekanan, temperatur, dan laju aliran yang menentukan
pemanfaatan uap yang akan digunakan. Berdasarkan ketiga hal tersebut sistem ketel uap
mengenal keadaan tekanan temperatur rendah , dan tekanan-temperatur tinggi, dengan
perbedaan itu pemanfaatan uap yang keluar dari ketel uap dimanfaatkan dalam suatu
proses untuk memanaskan cairan dan menjalankan suatu mesin, atau membangkitkan
energi listrik dengan merubah energi kalor menjadi energi mekanik kemudian memutar
generator sehingga menghasilkan energi listrik.
Sistem ketel uap terdiri dari sistem air umpan, sistem uap, dan sistem bahan bakar.
Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan
uap. Berbagai kran (valve) disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan dari
sistem air umpan, penanganan air umpan diperlukan sebagai bentuk pemeliharaan untuk
mencegah terjadi kerusakan dari sistem uap. Sistem uap mengumpulkan dan mengontrol
produksi uap dalam ketel uap. Uap dialirkan melalui sistem perpipaan ke titik pengguna.
Pada keseluruhan sistem, tekanan uap diatur menggunakan valve dan dipantau dengan
alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua perlatan yang digunakan
untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan
yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang
digunakan pad a sistem itu sendiri.
Secara umum ketel uap dibagi kedalam dua jenis yaitu :
a. Ketel pipa api
Pada ketel, gas panas melewati pipa-pipa dan air umpan boiler ada didalam shell
untuk dirubah menjadi steam. ketel pipa api biasanya digunakan untuk kapasitas
steam yang relatif kecil dengan tekanan uap rendah sampai sedang. Sebagai
pedoman, ketel pipa api kompetitif untuk kecepatan uap sampai 12.000 kg/jam dengan
tekanan sampai 18 kg/cm2. ketel pipa api dapat menggunakan bahan bakar minyak
bakar, gas atau bahan bakar padat dalam operasinya. Untuk alasan ekonomis,
sebagian besar ketel pipa api dikonstruksi sebagai paket boiler (dirakit oleh pabrik)
- 67 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
untuk semua bahan bakar. Gambar 1a, 1b dan 1c menunjukkan sistem kerja ketel uap
pipa api 2 pass dan 3 pass [2].
{.)
J Cerobong
&rner
...•-.._~._-------_._.-
Gambar 1a. Ketel uap pipa api 2 pass [2] Gambar 1b. Ketel uap pipa api 3 pass [2]
b. Ketel pipa air
Pada ketel pipa air proses pengapian terjadi diluar pipa, kemudian panas yang
dihasilkan memanaskan pipa yang berisi air dan sebelumnya air tersebut dikondisikan
terlebih dahulu melalui economizer, kemudian uap yang dihasilkan terlebih dahulu
dikumpulkan di dalam sebuah tangki uap. Sampai tekanan dan temperatur sesuai,
melalui tahap secondary superheater sekunder dan superheater primer
baru uap dilepaskan ke pipa utama distribusi. Didalam pipa air, air yang mengalir harus
dikondisikan terhadap mineral atau kandungan lainnya yang larut di dalam air tesebut.
Hal ini merupakan faktor utama yang harus diperhatikan terhadap tipe ini. Gambar 2
menunjukkan sistem kerja ketel uap pipa air [2].
Ruang Bakar Pipa Air
Gambar 2. Ketel uap pipa air [2]
- 68 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN- SATAN, 14 November 2013
Serkaitan dengan tujuan perekayasaan ini, maka sistem ketel uap yang direncanakan
adalah sistem ketel uap yang dapat memproduksi uap sebesar 612,43 kg/jam, temperatur
132°C dan tekanan 2,1 bar [3].
2. DASAR TEORI
Uap yang dihasilkan dari sistem ketel uap merupakan gas yang timbul akibat
perubahan fase cairan menjadi uap atau gas melalui cara pendidihan yang memerlukan
sejumlah energi dalam pembentukannya. Zat cair yang dipanaskan akan mengakibatkan
pergerakan moleku-molekul menjadi cepat, sehingga melepas diri dari lingkungannya dan
berubah menjadi uap. Air yang berdekatan dengan bidang pemanas akan memiliki
temperatur yang lebih tinggi (be rat jenis yang lebih rendah) dibandingkan dengan air yang
bertemperatur rendah, sehingga air yang bertemperatur tinggi akan naik kepermukaan
dan air yang bertemperatur rendah akan turun. Peristiwa ini akan terjadi secara terus
menerus (sirkulasi) hingga berbentuk uap. Uap yang dihasikan oleh ketel uap dapat
dimanfaatkan untuk berbagai keperluan antara lain sebagai utilitas suatu daya
pembangkit tenaga listrik dan untuk keperluan industri.
Dalam menentukan sizing sistem ketel uap sesuai dengan kapasitas uap yang
direncanakan maka perhitungan dilakukan dengan perkiraan kapasitas air umpan,
kebutuhan panas dan kebutuhan bahan bakar.
2.1 Kebutuhan Air Umpan
Kapasitas air umpan yang diperlukan sebagai air pengisi boiler dihitung
berdasarkan laju blowdown yang diperlukan dan air kondensat yang dikembalikan ke
tangki air umpan serta air penambah atau makeup water. Ke tiga komponen air umpan
pengisi boiler tersebut ditentukan dengan menghitung :
a. Laju Blowdown
Untuk menghindari masalah boiler, air harus dibuang secara berkala atau "blowdown"
dari boiler untuk mengendalikan konsentrasi padatan terlarut/TDS dan total padatan
tersuspensi dalam boiler. Slowdown dapat ditentukan dengan menghitung prosentase
berdasarkan data tabel 1 dan rumus empiris [4]:
Blow Down (%) = Feedwater TDS x % MakeUp WaterFeedwater TDS yang diizinkan
Jadi laju blowdown yang diperlukan, Qso = kapasitas uap x % blowdown, (kg/jam).
- 69 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN- BATAN, 14 November 2013
Tabel 1. TDS air boiler yang dizinkan [5]
Boiler Operating Pressure (bar) I Total Dissolved Solids(ppm)
0- 50 psig atau 0 - 3,5 bar 2500
b. Air Kondensat dan Air Penambah
Air Kondensat adalah air yang diembunkan oleh kondensor dan ditampung di dalam
tangki kondensat yang selanjutnya disirkulasikan kembali ke boiler. Prosentase air
kondensat ditentukan dengan kandungan silica dalam air umpan dan air penambah