ANALISA PERANCANGAN SISTEM SEA WATER INTAKE PADA PEMBANGUNAN LPG REFRIGERATED NASIONAL JAWA TIMUR, TUBAN TAHAP 2

Abstract

Penulisan Tugas akhir ini bertujuan untuk merancang sistem pemompaan dan perpipaan yang komprehensif, khususnya untuk pengambilan air laut, serta pemanfaatan pendingin air laut dalam proses produksi Liquified Petroleum Gas (LPG) pada Proyek Pembangunan Terminal LPG Refrigerated Jawa Timur Tahap 2. Sistem perpompaan dan perpipaan yang dibutuhkan untuk membawa air laut yang berfungsi sebagai pendingin maupun pemanas menuju alat penukar kalor (Heat Exchanger & Condenser). Sistem ini akan fokus pada metode pengambilan air laut untuk proses pendinginan dan pemanasan dari temperatur propana -41,20^oC menjadi propane 5^oC dan dari butana -1,73^oC menjadi butana 5^oC.Selain itu, desain ini akan menggabungkan teknologi canggih untuk memaksimalkan potensi pendinginan air laut, sehingga meningkatkan efisiensi proses produksi LPG secara keseluruhan. Proyek ini akan mempertimbangkan faktor lingkungan, efektivitas biaya, dan keandalan operasional dalam pengembangan sistem pemompaan dan perpipaan, selaras dengan standar industri dan persyaratan spesifik PT Wijaya Karya (Persero) Tbk. Sistem sea water intake ini menggunakan pompa bertipe vertical pump dengan impeller terendam di dalam air dan mampu menghasilkan daya hidrolic Pompa (liquid hydraulic power) sebesar 206.68KW. Pipa yang digunakan berukuran 20 inci dan berbahan GRE (Glass Reinforced Epoxy) atau FRP (Fiber Renforced Plastic) didapatkan tekanan desain sebesar 8,83 bar. Dengan analisa sistem perpipaan pada sistem sea water intake menggunakan software Caesar II untuk memastikan tidak ada kegagalan seperti Overstress.

Kata kunci: Pompa, pipa, heater Exchanger, LPG

Pendahuluan

Proyek Pembangunan Terminal LPG Refrigerated Jawa Timur (Tahap-2) Lingkup Terminal Sisi Darat & Jetty yang biasa disebut Proyek LPG Tuban 2 terletak di Tuban Jawa Timur yang berjarak 121 km dari Surabaya. Terminal ini milik PT Pertamina Energi Terminal yang dibangun oleh PT Wijaya Karya (Persero) Tbk. Pembangunan terminal ini bertujuan untuk memenuhi kebutuhan masyarakat terhadap LPG yang semakin besar tiap tahunnya dan menjamin pasokan LPG kepada masyarakat tetap aman. Terminal ini berfungsi sebagai menerima, menyimpan dan menyalurkan ke berbagai daerah di Indonesia bagian timur. Terminal penampungan LPG dalam skala besar ini mampu menampung 44.000 MT (Metric Ton) Propana dan 44.000 MT Butana. Dengan adanya terminal ini PT Pertamina (Persero) akan mampu mengolah sendiri bahan baku gas LPG.

Saat ini terdapat floating storage dengan 3 kapal very large gas carrier  (VLGL) yang terletak di Pelabuhan Kalbut Situbondo Jawa Timur  dan beroperasi untuk memasok kebutuhan LPG di Wilayah Jawa Timur, Bali, Nusa Tenggara Timur, Nusa Tenggara Barat, Kalimantan dan Sulawesi. Biaya operasional floating storage cukup mahal sehingga perlu dibangun Terminal LPG Refrigerated di Jawa Timur untuk menggantikan floating storage yang dimaksud. Pembangunan fasilitas terminal ini untuk penyimpanan dan penyaluran LPG refrigerated & pressurized dalam rangka memenuhi kebutuhan LPG di Masyarakat dengan kapasistas storage refrigerated 88.000 MT (2 x 44.000 MT) & storage pressurized 5.000 MT (2 x 2500 MT) untuk mendaratkan floating storage LPG di Pelabuhan Kalbut. Terminal LPG Refrigerated Jawa Timur didesain untuk thruput 3.000.000 MT/tahun, dengan operasi unloading/ tank to tank unloading LPG refrigerated propana & Butana (C3 & C4) secara simultan dari (VLGC) ke tangki refrigerated dan transfer LPG mix ke pressurized tank setelah dilakukan mixing (C3 & C4) dari tangki refrigerated (C3 &C4). Konstruksi pipa untuk menyalurkan produk propane dan butane dari jetty ke tangki LPG Refrigerated dan sebaliknya masing-masing sepanjang kurang lebih ±3.5 Km per jalur termasuk piping system di area Terminal sisi darat. Untuk kebutuhan dari pada Konstruksi pompa, heat exchanger, BOG compressor, enclosed
ground flare, substation, filling shed, metering of incoming & outgoing, dan fasilitas-fasilitas lainnya

Gambar 1. Skematik Lokasi Proyek Pembangunan Terminal

LPG Refrigerated Tuban Jawa Timur

Pada Gambar 1.1 secara filosofi operasional Terminal LPG Refrigerated Jawa Timur didesain untuk kuantitas bahan mentah (thruput) 3.000.000 MT/tahun, dengan operasi sebagai berikut:

- Mode operasi Unloading/ Tangki to Tangki:

1. Unloading LPG refrigerated (Pronapa & Butana) secara simultan dari very large gas carrier (VLGC) ke tangki refrigerated.
2. Transfer LPG Mix ke Pressurized Tank setelah dilakukan mixing (Propana & Butana), dari tangki refrigerated (Propana & Butana).

- Mode Operasi Backloading/Filling:

1. Backloading LPG refrigerated (Propana & Butana) secara simultan dari tangki refrigerated ke fully refrigerated coastal tanker.
2. Backloading LPG refrigerated (Propana & Butana) secara simultan dari tangki refrigerated ke semi refrigerated coastal tanker.
3. Backloading LPG mix dari tangki refrigerated ke fully pressurized coastal tanker.
4. Backloading LPG mix dari tangki pressurized ke fully pressurized coastal tanker.
5. Filling propana refrigerated dari tangki refrigerated propana ke propana truck tangki.
6. Filling butana refrigerated dari tangki refrigerated butana ke butana truck tangki.
7. 7. Filling LPG mix dari tangki pressurized ke truck

- Mode Operasi Downtime (No Unloading and Backloading)

1. Resirkulasi jalur Propana & Butana

Studi Pustaka

1. konversi energi

Teknologi CNG (gas alam terkompresi) adalah cara transportasi lainnya dan menyimpan gas alam dalam jumlah kecil melalui bahan bakar terkompresi gas. Prinsip teknis CNG adalah mengangkut gas alam dengan kecepatan tinggi tekanan  (15–25 MPa) dan suhu atmosfer atau sesuai mengurangi suhu untuk mengurangi tekanan penyimpanan dan transportasi. Namun masalah keamanan, alat berat, dan volumetrik kurang menyediakan kapasitas penyimpanan merupakan kelemahan khas teknologi ini. (Fan, S., Wang, Y., Wang, Y., Lang, X., & Wang, S. (2021))

Pemanfaatan Perbedaan suhu pada air laut yang akan digunakan pada sistem sea water intake ini sangat menentukan efisiensi siklus. Lebih signifikan perbedaan suhu, semakin tinggi efisiensinya. Di berbagai wilayah Di dunia, suhu air berbeda-beda, bergantung pada kedalamannya ditemukan; terutama di daerah tropis, dimana tiga lapisan termal dapat dibedakan (Herrera, J., Siera, S., & Ibeas, A. (2021)):

1. Permukaan: Kedalaman 100 hingga 200 m, yang berfungsi sebagai pengumpul panas, dengan suhu berkisar antara 25^oC dan 30^oC.
2. Perantara: Kedalaman antara 200 dan 400 m, dengan variasi suhu yang cepat dan bertindak sebagai penghalang termal antara lapisan atas dan bawah.
3. Daerah dalam: Suhu menurun secara bertahap, mencapai 4^oC pada ketinggian 1000 m dan 2^oC pada ketinggian 5000m.
4. Penukar Kalor

Pada sistem ini menggunakan 1 type aliran yaitu Counter current flow sedangkan berdasarkan profil konstruksi permukaan menggunakan 2 jenis heat exchanger Shell & tube dan Plate Welded, shell and cube terdiri atas suatu bundle pipa yang dihubungkan secara paralel dan ditempatkan dalam sebuah pipa mantel (cangkang). Fluida yang satu mengalir di dalam bundle pipa, sedangkan fluida yang lain mengalir di luar pipa pada arah yang sama, berlawanan, atau bersilangan. Tipe shell & cube ini digunakan untuk proses kondensasi butana atau propana yang mengalami kenaikan temperaure serta perubahan fasa, Seperti pada gambar 2 dibawah ini

Gambar 2. Shell & Cube Heat Exchanger

Alat penukar kalor tipe pelat memiliki tingkat kekompakkan yang tinggi. Alat penukar kalor ini terdiri dari pelatpelat yang sudah dibentuk dan ditumpuk sedemikian rupa sehingga alur aliran untuk suatu fluida akan terpisahkan oleh pelat itu sendiri terhadap aliran fluida satunya dipisahkan dengan gasket. Jadi kedua fluida yang saling dipertukarkan energinya tidak saling bercampur. Tipe plate welded ini digunakan sebagai heater propana dan butana yang masih dalam kondisi refrigerated Seperti gambar 3 dibawah ini

Gambar 3. Plate Welded heat exchanger

Dimana penukar kalor pada sistem sea water intake ini digunakan untuk memanaskan dan mendinginkan propana dan butana dengan media air laut sampai dengan Jumlah kalor yang dipindahkan, kapasitas air laut, laju aliran air laut sebagai media fluida pemanas/pendingin dan menentukan LMTD (Log Mean Temperature Difference) yang sesuai kebutuhan sistem.

Q_cs= w_cs * cp_cs * ΔT_cs                                                                 (1)

V_cs = W_cs / r_cs                                                                           (2)

LMTD = (DT₁ - DT₂) / Ln (DT₁ / DT₂)                                         (3)

1. Pompa Sentrifugal (Vertical Pump)

Pompa yang digunakan pada sistem sea water intake ini adalah pompa sentrifugal bertipe vertical pump dimana, untuk impeller tercelup ke ait laut sedangkan rumah pompa beserta engine berada di jetty atau di dermaga dengan minimal tercelup nya impeller 1,758m dan maksimal 3,568m dari tinggi desain jetty 5m.

Gambar 4. Sentrifugal vertical pump

Perhitungan pada bagian pompa mulai dari kerugian gesek aliran (friction loss) jalur masuk pompa (suction pump) (S) sampai dengan jalur keluar (discharge pump) (D) sehingga didapat pressure drop dari sistem perpipaan nya. Sehingga didapat NSPHa (Net Suction Positive Head Available) dan Daya Hidrolic Pompa (liquid hydraulic power) LHP

Q_pompa:                                                                       (4)

                                                                         (5)

Gambar 5. Diagram Moody

                                                                            (6)

Relative pipe roughness (e/d)    :                                             (7)

                                                                            (8)

                                                               (9)

NPSHA = hp – hvpa + hst  – hf – hvh – hA                                (10)

LHP = (Q x H x g x ) / (3600000)                                            (11)

1. Pipa FRP (Fiber Renforced Pipe)

FRP atau GRP jenis pipa yang terbuat dari bahan komposit yang menggabungkan serat kaca dengan resin epoksi atau poliester. Jenis pipa ini semakin populer dalam aplikasi transportasi air laut dan limbah. Pipa-pipa ini menawarkan sifat ketahanan korosi yang sangat baik dibandingkan semua jenis pipa lainnya. Yang nantinya dicari ketebalan pipa yang digunakan agar tidak mengalami overstress.

                                                                            (12)

                                                             (13)

1. Software Caesar II

CAESAR II adalah perangkat lunak yang sangat populer untuk analisis tegangan pipa di industri. Dengan CAESAR II, pengguna dapat membangun, mengevaluasi, dan melaporkan sistem perpipaan dengan ukuran atau kompleksitas apa pun sesuai dengan kode dan standar industri. Berikut Gambar mengenai aplikasi pada Caesar II. Dengan menggunakan kode desain : ISO 14692

Gambar 6. Tampilan mode input pada software Caesar II