277 dalam pada penukar panas menyebabkan kondensat tidak boleh dikembalikan ke
boiler
6.5.5. Perhitungan Biaya Pembangkitan Uap
Untuk perhitungan biaya pembangkitan uap maka terdapat beberapa komponen yang mempengaruhinya, antara lain:
1. Bahan BakarCF 2. Air umpanCW
3. Pengolahan Air Umpan Boiler CBFW 4. Daya listrik Pompa Air umpan Boiler CP
5. Daya listrik blower udara pembakaranFD or ID CA 6. Buangan blowdown CB
7. AbuAsh disposal CD 8. Environmental emissions control CE
9. Maintenance materials and labor CM
Perhitungan harga uap relatif mudah. Total variabel biaya, CG adalah merupakan penjumlahan dari beberapa variabel yang dinyatakan dalam kilo-Pound uap yang
dibangkitkan: CG
=
CF + CW+CBFW +CP +CA + CB + CD+ CE + CM Biaya bahan bakar merupakan komponen yang paling dominan, kontribusinya kurang
lebih sekitar 90 dari total variabel yang mempengaruhi harga uap: C
F
= a
F
x H
S
– h
W
1000η
B
Keterangan: a
F
= Biaya Bahan Bakar, [MMBtu] H
S
= entalpi uap, [Btulb] h
W
= entalpi air umpan boiler, [Btulb] η
B
= Efisiensi Boiler, [] Efisiensi boiler didasarkan pada pasokan udara pembakaran pada temperatur
ambient dan temperatur air umpan boiler masuk deaerator. Diasumsikan bahwa pemanasan air umpan boiler dari ambien ke temperatur kondensat biasanya sekitar
200 °F dilakukan melalui pertukaran panas terhadap aliran proses. Penggunaan steam untuk memanaskan air umpan boiler umum dilakukan saat
energi murah, tetapi menggunakan panas berlebih dari proses merupakan alternatif peluang yang sangat besar untuk meningkatkan efisiensi siklus. Efisiensi boiler secara
keseluruhan menjadi 80 sampai 85 ketika rasio udara berlebih mendekati optimal.
278 Pada prinsipnya, komponen biaya individu harus dihitung secara seksama untuk
kondisi lokasi spesifik. Dalam prakteknya, biasanya cukup dengan menggunakan pendekatan:
C
G
= C
F
1 + 0,30 Angka 0,30 merupakan nilai yang umum untuk jumlah komponen biaya 2 sampai 9
di atas di fasilitas minyak dan berbahan bakar gas. Namun, bisa lebih besar untuk fasilitas yang lebih kecil, atau pada penggunaan batubara dan biomassa. Biasanya,
biaya pemeliharaan dapat dianggap tetap, bukan variabel. Jika pabrik memiliki beberapa boiler, dan ada pilihan untuk tidak mengoperasikan satu atau lebih boiler
karena berkurangnya kebutuhan uap, maka biaya pemeliharaan akan lebih tepat bila dianggap sebagai variabel.
Langkah kedua adalah menghitung biaya steam pada tingkat tekanan yang lebih rendah. Hal ini tidak mudah, karena biaya tergantung pada distribusi uap dari
pembangkitan ke titik pengguna. Uap tekanan rendah yang dihasilkan melalui unit penurun tekanan, biasanya PRV, secara substansi memiliki entalpi sama dengan
entalpi sumber uap tekanan tingginya. Sehingga uap menjadi superheated, dan pada praktek yang normal untuk desuperheat menggunakan kondensat. Biaya uap tekanan
rendah kemudian dihitung dari biaya uap bertekanan tinggi sebagai berikut:
C
L
= C
H
x H
SL
– h
W
H
SH
– h
W
Keterangan: H
SL
= entalpi uap tekanan rendah, [Btulb] H
SH
= entalpi uap tekanan tinggi, [Btulb] Uap tekanan rendah yang dihasilkan melalui PRV tidak efisien. Untuk uap di atas
50.000 lbh, biasanya jauh lebih efektif dengan mengekstrak uap melalui turbin. Biaya uap tekanan rendah yang dihasilkan melalui turbin, dihitung sebagai:
C
L
= C
H
– 1000 x a
E
x H
SH
– H
SL
3413η
T
η
G
Keterangan: a
E
= Biaya listrik, [kWh] H
SL
= entalpi uap tekanan rendah dari ekspansi isentropik dari tekanan tinggi uap, [Btulb]
η
T
= Efisiensi isentropik turbin uap, fraksional η
G
= efisiensi pembangkit, fraksional Kesulitannya adalah menetapkan biaya yang benar untuk kenaikan atau
penurunan konsumsi uap tekanan rendah, yang tergantung pada jalur yang dilalui oleh uap dari titik pembangkitan ke titik penggunaan misalnya, PRV atau turbin.
Satu-satunya cara untuk menentukan nilai yang benar adalah dengan mengembangkan model simulasi neraca panas dan material sistem.
279
6.5.6. Potensi Penghematan Energi
Dari hasil analisis data dan pengukuran pada sistem distribusi uap kemudian disusun satu kesimpulan dan rekomendasi terhadap temuan hasil audit energi.
Beberapa rekomendasi potensi penghematan energi pada sistem distribusi uap di antaranya adalah:
a Perbaikan kebocoran uap dan kebocoran kondensat setiap 3 mm diameter lubang pipa pada tekanan 7 kgcm
2
uap akan membuang 33 kiloliter bahan bakar minyak per tahun.
Perbaikan kebocoran uap dan kebocoran kondensat pada umumnya memerlukan biaya investasi yang tidak besar dan waktu pengembalian modal
cepat sekitar 0,4 hingga 0,5 tahun.
b Menggunakan back pressure steam turbine untuk memproduksi uap tekanan rendah.
Dengan mengganti PRV dengan turbin back pressure, exhaust uapnya digunakan untuk proses pabrik, energi dalam steam inlet dapat secara efektif
diserap dan diubah menjadi listrik. Ini berarti exhaust uap memiliki suhu lebih rendah daripada jika tekanannya telah dikurangi melalui pressure reducing
valve PRV.
c Memanfaatkan kembali kondensat dan flash steam. Mengoptimalkan pemanfaatan kembali kondensat dimulai dengan mengevaluasi
jumlah kondensat yang dikembalikan. Kondensat dikembalikan harus dievaluasi berdasarkan tingkat header uap yang berbeda. Pada level industri besar yang
memiliki distribusi uap yang kompleks dan banyak peralatan pengguna uap, pemanfaatan kembali kondensat tergantung pada faktor-faktor berikut:
o Tingkat kontaminasi; o Biaya peralatan pemulihan uap condensate recovery;
o Biaya perpipaan kondensat.
Pemanfaatan flash steam. Pada industri yang menggunakan uap tekanan tinggi, terbuka peluang untuk
memanfaatkan flash steam dari kondensat uap tekanan tinggi untuk memenuhi kebutuhan uap tekanan rendah. Dengan pemanfaatan flash steam
tersebut maka akan menggantikan penggunaan uap tekanan rendah yang seharusnya dipasok dari header uap.
d Pemanfaatan kembali panas buang blowdown boiler. Pemanfaatan kembali panas buang blowdown bisa dengan me-recovery flash
steam dari blowdown boiler steam tekanan tinggi dan memanfatkan kondensat dari blowdown untuk memanaskan make up water. Jika laju alir
blowdown boiler 5, maka potensi pemanfaatan kembali panas buang
blowdown akan signifikan.
280 Gambar 6-24. Pemanfaatan kembali panas blowdown.
Sumber: US DOE. e Perbaikan sistem isolasi pipa uap dan peralatan pengguna uap.
Area yang pada umumnya terjadi permasalahan dengan isolasi pada sistem distribusi uap adalah:
- header uap - Katupvalve
- Peralatan pengguna akhir uap - Tanki penampung
- Pipa kondensat
Isolasi dapat mengurangi kehilangan energi sebesar 90 dibandingkan tanpa isolasi dan membantu menjaga tekanan uap pada plant.
f Pengecekan berkala steam trap dan mengganti steam trap yang tidak berfungsi.
6.5.7. Analisis Sistem Uap dengan Pemodelan Modelling
Setelah memahami sistem uap pada plant dan mengidentifikasi potensi penghematan energinya maka langkah berikutnya dalam optimasi sistem steam
keseluruhan adalah untuk mengembangkan Sistem Steam Model yang secara akurat mencerminkan keseimbangan sistem uap keseluruhan, dengan mengembangkan
model semua komponen dan dampaknya.
Ada beberapa perangkat lunak yang tersedia secara komersial yang dapat mengembangkan model sistem steam industri yang sangat akurat di industri. Tapi ini
juga mungkin sangat mahal dan pasti akan membutuhkan pelatihan untuk membangun model sistem steam yang mencerminkan sistem uap di industri.
Selain itu, mungkin ada beberapa perangkat lunak yang tersedia dari internet gratis yang dapat digunakan untuk sistem pemodelan uap seperti SSAT yang
Gas Buang Air Umpan Masuk
Uap Keluar Ke Sistem Uap
Tekanan Rendah
Bahan Bakar
dan Udara
Air Tambahan Make-up Water
Blowdown Tekanan Tinggi
Uap
Flash Vessel
Tekanan Rendah
Cairan
281 dikembangkan oleh DOE Amerika Serikat. Dengan bantuan piranti lunak ini kita bisa
memodelkan sistem uap di industri dengan cepat, mudah, dan akurat. Dengan bantuan piranti lunak SSAT kita bisa memodelkan sistem uap dalam tiga kategori,
yaitu: 1 header, 2 header, atau 3 header uap.
Pada model ini disediakan 18 jenis project optimasi sistem uap dan dampaknya akan diketahui, di antaranya adalah:
- meminimumkan kebutuhan uap - switching bahan bakar
- peningkatan efisiensi boiler - optimalkan laju alir blowdown
- implementasi blowdown flash steam recovery untuk membangkit uap tekanan
rendah - meng-instal steam turbine untuk menurunkan tekanan uap
- meng-instal penukar kalor pada blowdown boiler - meningkatkan recovery kondensat
- melaksanakan manajemen pemeliharan steam trap dengan baik - meningkatkan sistem isolasi pipa uap dan kondensat
Gambar 6-25 memperlihatkan contoh model eksisting sistem distribusi uap pada suatu industri yang terdiri dari 3 header uap.
Dari model eksisting tersebut kemudian dilakukan optimasi dengan melakukan beberapa usaha peningkatan efisiensi energi, yaitu dengan beberapa cara, antara
lain: Meningkatkan efisiensi boiler dari 76 menjadi 80
Meningkatkan condensate recovery dari 75 menjadi 90 Setting laju alir blowdown dari 4 menjadi 1
Perbaikan steam trap yang rusak Perbaikan isolasi pipa uap
Beberapa usaha optimasi tersebut kemudian di-input-kan ke dalam model eksisting sehingga setelah melakukan berbagai usaha penghematan energi tersebut
model sistem steam akan menjadi seperti pada Gambar 6-26.
282 Gambar 6-25. Contoh Model Eksisting Sistem Distribusi Uap Pada Suatu Industri
283 Gambar 6-26. Contoh Optimasi Model Eksisting Sistem Distribusi Uap Pada Suatu Industri
284 Ringkasan hasil yang diperoleh dengan melakukan optimasi pada sistem uap
ditunjukkan pada rangkuman Tabel 6-9. Total penghematan energibiaya yang didapatkan dengan melakukan optimasi tersebut adalah sebesar 7,8.
Tabel 6-9 Ringkasan hasil kajian sistem uap
Model 3 Header
6.5.8. Pengamatan Best Practices Pada Sistem Pembangkitan, Distribusi, dan Pengguna Uap
Beberapa usaha atau pola operasi yang baik yang telah dilakukan pada industri tersebut juga akan dipaparkan pada laporan hasil audit energi. Pemaparan ini akan
memotivasi kepada pihak industri untuk lebih meningkatkan apa yang telah diraih selama ini. Beberapa contoh best practice yang biasa dilakukan pada sistem uap
dapat diklasifikasikan berdasarkan areanya, yaitu pada: sistem pembangkitan uap, sistem distribusi uap, dan pengguna akhir uap.
285
6.5.8.1. Pembangkitan Uap
Meminimalkan udara berlebih Pemasangan peralatan pengambil kembali panas
Pembersihan permukaan penukar panas boiler Meningkatkan pengolahan air untuk mengurangi blowdown boiler
Pengambilan kembali energi dari blowdown boiler Penambahanpemasangan kembali refraktori boiler
Meminimalkan jumlah boiler yang beroperasi Optimasi laju pelepasan deaerator
6.5.8.2. Distribusi Uap
Meminimalkan uap yang dilepas vented Memastikan bahwa sistem perpipaan, katup-katup, sambungan-sambungan, dan
bejana uap diisolasi dengan baik Isolasi uap dari jalur pipa yang tidak digunakan
Meminimalkan aliran yang melalui stasiun pengurang tekanan Mengurangi kehilangan tekanan dalam header
Kosongkan kondensat dari header uap
6.5.8.3. Pengguna Akhir Uap
Mengurangi penggunaan uap oleh sebuah proses Meningkatkan efisiensi proses
Menggeser kebutuhan uap ke sumber-sumber limbah panas Mengurangi kebutuhan tekanan yang diperlukan oleh proses, terutama dalam
sistem kogenerasi Memperbaiki uap tekanan rendah atau limbah uap untuk memasok kebutuhan
proses Integrasi proses untuk menuju optimisasi energi secara keseluruhan di pabrik
6.5.9. Rekomendasi
Dari hasil analisis terhadap data dan pengamatan selama audit energi, maka auditor energi menyusun rekomendasi berupa beberapa potensi penghematan energi
yang bisa diimplementasikan pada plant tersebut. Contoh rekomendasi secara kuantitatif seperti pada Tabel 6-10.
286 Tabel 6-10
Contoh rekomendasi secara kuantitatif
Potensi Estimasi Penghematan Tahunan
Simple Pay
Back, [tahun]
No Rekomendasi
Potensi MWh
kW GJ
CO
2
Metric Ton
Penghematan Biaya, [USD]
1 Tidak
mengoperasikan package boiler
dan mengoptimalkan
HRSG Boiler 36.040
1.910,12 375.428,68
0,44
2 Meningkatkan
recovery kondensat
10.830 573,97
112.811,36 0,74
3 Mengganti steam
trap yang tidak berfungsi
17.007 901,37
177.161,92 0,26
4 Pemanfaatan uap
tekanan rendah untuk aplikasi
chiller absorpsi pada proses
produksi 2,190 250
1.357.800 196.187,50
2.12
Total -
- 63.876,54 1.361.185,46
861.589,46 0,89
Selain rekomendasi yang bersifat kuantitatif, biasanya juga disusun rekomendasi yang bersifat kualitatif yang dapat ditindaklanjuti dengan beberapa informasi data
dan pengamatan lebih lanjut. Contoh rekomendasi kualitatif adalah sebagai berikut:
1. Kalibrasi secara berkala instrumentasi pengukuran seperti pressure, thermometer, dan flowmeter
2. Mengoptimalkan kinerja WHRB dan HRSG Boiler dengan menjaga tekanan header uap
3. Pengurangan kebocoran energi pada jalur distribusi dengan pemasangan isolasi pipa uap yang rusak dan pipa kondensat
4. Monitoring secara berkala efisiensi peralatan pengguna uap.
6.5.10. Definisi Sistem Uap
Million Metric British Thermal Units MMBtu: 1 Btu adalah jumlah panas yang
dibutuhkan untuk menaikkan suhu dari 1 lb air cair oleh 1
o
F. MMBtu mengukur satu juta Btu.
Enthalpy: Total kandungan panas dari sistem. Energi Dalam = Tekanan x Volume.