53
4.2 Pipa Air Waterwall
Waterwall terdiridari susunan pipa-pipa yang ditempatkan pada keempat sisi bidang sebelah dalamruangbakardapur. Pipa waterwall berfungsi sebagai
bidang pemanas jugaberfungsi melindungi batu tahap apidari suhu yang tinggi sekaligus mengurangi kerugian akibat radiasi.
Dalam perancanganini pipawaterwall pada ruang bakar terdiri dari 1.
Pipa waterwall pada bidang depan 2.
Pipa waterwall pada bidang sampingkanan dan kiri 3.
Pipa waterwall pada bidang belakang Bahan pipa waterwall direncanakandari bahan seamless carbon steel A53–GradeA
Diperoleh lampiran 7 allowable stress bahan pipa S
a
= 12.000 psi Nomor schedule NS adalah Woodroff, 1977, h 532:
NS =
1000.P S
a
4-3 dimana:
P = tekanan kerja ketel
= 80 bar= 1160 psi S
a
= allowable stress= 12.000 psi maka:
NS =
1000 x 1160 12.000
= 96,7 Berdasarkan dimensi pipa menurut standart ANSIlampiran7 untuk
NomorSchedule NS = 96,7direncanakan diameter nominal pipasebesar 65mm, dari lampiran8 dapat diperoleh:
Diameter luar pipa D
= 73 mm
Tebal pipa t = 7,52 mm
Tebal pipa yang mampu menahan tekanan kerjaketel dapat dihitung dengan persamaan Crokker Sabin, 1973, h 3-16:
t
m
=
D ×P
2 S + 0,8P
+C 4-4
Universitas Sumatera Utara
54
dimana: P
= 1,5 tekanan kerja ketel uap = 120 bar
= 1.740 psi S
= Tegangan tarik ijinuntuk bahan yang dipergunakan = 12.000 psi
D = Diameter luar pipa
= 73 mm = 2,87in
C = Konstanta untuk ukurandiameter pipa diatas 1 in
= 0,065 maka:
t
m
=
2,87 x 1.740 2 x 12.000+ 0,8 x 1.740
+ 0,065 t
m
= 0,26 in
t
m
= 6,64 mm
Untuk tekanan 78bartebalminimum yang dibutuhkanadalah6,64mm, maka penggunaan tebal pipa sebesar 7,52 mm adalah sesuai
4.2.1 Pipa Waterwall pada Bidang Depan Jumlah pipawaterwallpada bidang ini harus disesuaikandengan ukuran ruang
bakar ketel uap tersebut. Adapunsusunan pipa waterwall dapat dilihat pada gambar 4.3 berikut.
Gambar 4.3 Susunan Pipa Waterwall
Universitas Sumatera Utara
55
Jarak antara sumbu pipa adalah C
d
= 1,5 D
dimana: D
= Diameter luar pipa = 73 mm maka:
C
d
= 1,5 x 73 C
d
= 109,5 mm Jumlah pipa waterwallbagian depan dapat dihitung dengan persamaan Crokker
Sabin, 1973, h 3-16.: n
d
=
L C
d
4-5 dimana:
L = lebar ruang bakar
= 4000 mm C
d
= jarak antara sumbu pipa = 109,5 mm
maka: n
d
=
4000 109,5
n
d
= 36 buah Panjang pipamulai dari header sampai drum dengan melihat gambar 4.4 dapat
dihitung dengan pendekatan trigonometri berikut Crokker Sabin, 1973, h 3-16: L
d
=[ T
− t + h + d
h
] + �
P+s cos
α
� 4-6
dimana: T
= Tinggi ruang bakar = 8500 mm
t = tinggi tepi atas burner tingkatan I
= 5000 mm P
= panjang ruang bakar = 5000 mm
s = lebar laluan gasasap
= 1500 mm direncanakan
Universitas Sumatera Utara
56
d
h
= diameter luar header = 250 mm direncanakan
h = 1900 mm direncanakan
Gambar 4.4 Susunan Pipa Waterwall Bagian Depan
maka: L
d
= [8500 − 5000 + 1900 + 2500] + �
5000+1500 cos15
� L
d
=[1350 + 6729,475] mm L
d
=8079,475 mm Sehingga panjang total pipa waterwall bagian depan adalah
L
d tot
= n
d
x L
d
dimana: n
d
= jumlahpipa waterwall bagiandepan = 36 buah
L
d
= panjang pipa waterwall bagian depan = 80079,475 mm
maka: L
d tot
= 36 x 8079,475 = 290.861,1 mm
Luas efektifpipa waterwall bagian depan Babcock and Wilcox, 1969, h 4-18: A
wd
= π x D x L
d tot
x fe 4-7
dimana: D
= diameter luar pipa = 73 mm
fe = factor efektif pipa dari lampiran 5 untuk curva 2 diperoleh fe
Universitas Sumatera Utara
57
= 0, 96 L
d tot
= panjang pipa bagian depan ruang bakar = 290.861,1 mm
maka: A
wd
= 3,14 x 0,73 x 290.861, 1 x 0, 96 = 64,004 m
2
4.2.2 Pipa Waterwall Bagian Samping Kanan dan Kiri Jumlahpipawaterwall bagian samping dapat dihitung dengan persamaan
Crokker Sabin, 1973, h 3-16: n
s
= 2 ×
P C
d
4-8 dimana:
P = Panjang ruang bakar = 5000 mm
C
d
= jarak antara sumbu pipa = 109,5 mm
maka: n
s
= 2 ×
5000 109,5
= 2 x 45 = 90 buah
Gambar 4.5
Susunan Pipa Waterwall Bagian Samping
Universitas Sumatera Utara
58
Panjang satu pipa waterwallbagian samping sama dengan tinggi ruang bakar, sehingga panjang total pipa waterwall bagian samping adalah
L
s tot
= n
s
x L
s
dimana: n
s
= jumlah pipa waterwall bagian samping = 90 buah
L
s
= panjang pipa waterwall bagian samping = 8,5 m
maka: L
s tot
= 90 x 8,5 = 765 m
Luas efektif pipa waterwall bagian samping, dihitung dengan persamaan4-7 A
ws
= π x D x L
s tot
x fe dimana:
D = diameter luar pipa
= 73 mm fe = faktor efektif pipadari lampiran 5 untuk kurva 2 diperoleh fe
= 0, 96 L
s tot
= panjang pipa bagian samping ruang bakar = 765 m
maka: A
ws
= 3,14 x 0,073 x 765 x 0,96 = 168,5 m
2
4.2.3 Pipa Waterwall Bagian Belakang Jumlah pipawaterwall bagian belakang sama dengan bagian depan yaitu 36,
sehingga panjang pipa mulai dari header sampai drum atas dengan melihat gambar 4.6 dapat dihitung dengan pendekatan trigonometri berikut Crokker
Sabin, 1973, h 3-16: L
b
= T
− h + �
s cos
α
� 4-9
Universitas Sumatera Utara
59
dimana: T
= Tinggi ruang bakar s
= lebar laluan asap = 1500 mm direncanakan
h = 2100 mm direncanakan
α = 50 direncanakan
Gambar4.6
Sususnan Pipa Waterwall Bagian Belakang
Sehingga panjang pipa waterwall bagian belakang adalah: L
b
= 8,5
− 2,1 + �
1,5 cos 50
� = 8,733 m
Panjang total pipa waterwall bagian belakang adalah L
btot
= 36 x 8,733 = 314,41 m
Luas efektif pipa waterwall bagianbelakang, dihitung dengan persamaan 4-7 A
wb
= π x D x L
b tot
x fe dimana:
D = diameter luar pipa
= 73 mm fe = faktor efektif pipa dari lampiran 4 untuk curva 2 diperoleh fe
= 0, 96 L
d tot
= panjang pipa bagiandepan ruang bakar = 314,41 m
Universitas Sumatera Utara
60
Luas total pipa waterwall pada ruang bakar adalah A
w tot
= A
wd tot
+ A
ws tot
+ A
wb tot
A
w tot
= 64,004 + 168,5 + 69,2 = 301,7 m
2
4.3 Temperatur Pembakaran
Kategori