Pemanfaatan Gas Engine Marine Tanker
PENDAHULUAN
Latar belakang penelitian ini adalah tentang kapal tanker dipergunakan untuk mengangkut berbagai bahan kimia cair, misalnya; bahan bakar minyak, baik berupa minyak mentah maupun yang sudah olahan, cairan kimia, merupakan material yang memiliki sifat mudah terbakar dan mudah meledak (ekplosif). Pengiriman bahan bakar dengan menggunakan kapal tanker, dimana bahan bakar tersebut diangkut di dalam tangki-tangki yang terdapat di dalam lambung kapal. Pada setiap kapal tanker selalu ada ruang antara permukaan bahan bakar dengan dinding bagian atas tangki, yang disebut dengan rongga tangki.. Rongga tangki ini memiliki faktor risiko yang tinggi dan memerlukan perlakuan khusus karena bersifat mudah terbakar atau combustible. Artinya kalau ada penyulut/sumber programming interface di dalam ruang tersebut, maka akan mudah terbakar, karena pada tempat tersebut ada unsur-unsur terjadinya kebakaran, yaitu berupa bahan yang mudah terbakar dan oksigen yang terkandung dalam udara (21%). Sesuai peraturan yang tertuang dalam Amandement SOLAS reg 1-2/4.5.5 International Maritime Organization (IMO) bahwa kadar oksigen di dalam rongga tangki tidak boleh lebih dari 8 persen dalam volume dan harus pada tekanan positif.
Sehingga semua kapal tanker diharuskan dilengkapi dormant gas framework yang berfungsi untuk menjaga rongga udara yang ada di dalam tangki agar memiliki jumlah oksigen sesuai dengan ketentuan International Maritime Organization (IMO) tersebut. Tujuan dari batas oksigen adalah agar isi tangki tidak mudah terbakar pada saat pengiriman maupun bongkar muatan, kecuali bila tangki akan diperlukan untuk bebas (gas liberating), sedangkan tekanan harus positif untuk mencegah udara masuk, serta membantu pemompaan untuk bongkar muatan. Jika tidak dapat tercapai kondisi tersebut, maka kapal tidak diperbolehkan melakukan pembongkaran kargo maupun pembersihan tangki kargo. Bertambahnya volume rongga tangki akibat pembongkaran muatan harus, diimbangi dengan jumlah gas lembam yang harus dimasukkan ke dalam tangki agar tekanan dan kadar gas lembam tetap terjaga. Kapal Motor tanker Gandini mempunyai kapasitas angkut 42.875 m3 dengan kapasitas bongkar muatan sebesar 1200 m3/h. Latent gas framework yang digunakan adalah Daewoo Heavy Ind. Ltd dengan Nozel measure m14, konsumsi bahan bakar 20 US lady/h. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui jumlah bahan bakar yang harus dibakar pada latent gas framework MT. Gandini pada saat bongkar muatan.
Metode yang digunakan adalah kajian kepustakaan dengan pendekatan secara eksploratif deskriptif. PEMBAHASAN Kebakaran dan Proses Pembakaran Pada saat melakukan aktivitas bongkar kargo tidak tertutup kemungkinan terjadi gesekan/benturan antara logam-logam yang dapat menimbulkan percikan bunga programming interface. Jika percikan tersebut terjadi dan rongga udara di atas minyak memiliki kandungan oksigen yang cukup tinggi (21%), maka percikan bunga programming interface tersebut dapat menyulut bahan bakar sehingga menimbulkan kebakaran maupun ledakan. Untuk itu diperlukan suatu sistem yang mengatur kandungan oksigen hingga kandungannya berada di bawah 8%, sesuai Standar for latent gas frameworks yaitu dengan menggunakan sistem pembangkit gas lembam (Inert Gas System,IGS,1984:2) berupa CO2 dan gas lainlain hasil pembakaran, yang tidak mendukung expositions terjadinya kebakaran. Fungsi gas lembam yang lain adalah untuk menjaga agar tekanan di atas rongga muatan kapal tetap positif agar isi kargo mudah dipompakan dan menghindari udara luar masuk ke dalam tangki. Tiga unsur penyebab kebakaran yang berada pada suatu tempat secara bersamaan adalah: (1) Material yang mudah terbakar, sebagai bahan bakar, (2) Sumber programming interface (start source), (3) Oksigen (yang cukup). Menurut Efisiensi Energi Untuk Industri Asia www.energyefficiencyasia (2006:13)
komposisi bahan bakar dari analisis laboratorium sebagai berikut: Sedangkan information analisis dengan jumlah sampel minyak bakar 100 kg, maka reaksi kimianya adalah sebagai berikut: Reaksi Kimia Pembakaran C + O2 – > CO2 2 + 1/2O2 – > H2O S + O2 – > SO2 Unsur Bahan Bakar: 1. Untuk pembentukan CO2 C + O2 – > CO2 12 + 32 – > 44 atau 1 (C) + 32/12 (O2) – > 44/12 (CO2) 12 kg karbon memerlukan 32 kg oksigen membentuk 44 kg karbon dioksida. Oleh karena itu 1 kg karbon memerlukan 32/12 kg atau 2,67 kg oksigen. Sehingga untuk 85.9 C: (85,9) C + (229,07) O2 – > (314.97) CO2 2. Untuk pembentukan H2O 2H2 + O2 – > 2H2O 4 + 32 – > 36 4 kg hidrogen memerlukan 32 kg oksigen membentuk 36 kg air. Oleh karena itu 1 kg hidrogen memerlukan 32/4 kg atau 8 kg oksigen. Sehingga untuk 1 kg Hidrogen persamaannya adalah: Inert Gas System Kapal Motor Tanker Gandini Unsur Berat (%) Karbon 85,9 Hidrogen 12 Oksigen 0,7 Nitrogen 0,5 Sulfur 0,5 H2O 0,35 Abu 0,05 GCV bahan bakar 10880 kcal/kg Tabel 1. Komposisi Bahan Bakar dari Analisis Laboratorium Unsur Berat Molekul (kg/kg mol) C 12 O2 32 H2 2 S 32 N2 28 C 44 SO2 64 H2O 18
H2 + 8 O2 – > 9 H2O Untuk 12 kg unsur H2 (12) H2 + (96) O2 – > (108 ) H2O 3. Untuk pembentukan SO2 S + O2 – > SO2 32 + 32 – > 64 32 kg sulfur memerlukan 32 kg oksigen membentuk 64 kg sulfur dioksida. Oleh karena itu 1 kg sulfur memerlukan 32/32 kg atau 1 kg oksigen (0,5) S + (0,5 x 1) O2 ® 1,0 SO2. Sehingga add up to oksigen yang dibutuhkan untuk membakar 100 kg bahan bakar adalah 325,57 kg (229,07 + 96 + 0,5) kg. Oksigen yang sudah ada dalam100 kg bahan bakar = 0,7 kg. Sehingga Oksigen tambahan yang diperlukan = 325,57 – 0,7 = 324,87 kg. Jumlah udara kering yang diperlukan untuk pembakaran 100 kg bahan bakar adalah = (324,87)/0,23 = 1412,45 kg (udara mengandung 23% berat oksigen) Sehingga udara teoritis yang diperlukan = (1412,45)/100=14,12 kg udara/kg b.bakar. Jadi untuk membakar setiap kg minyak bakar, diperlukan udara 14,12 kg. Sistem Gas Lembam Prinsip kerja dari pemakaian sistem gas lembam ini pada kapal tangker adalah untuk menjaga agar udara yang berada di dalam rongga tangki penyimpan minyak memiliki kandungan Oksigen (O2) maksimum 8% dan memiliki tekanan positip (di atas tekanan atmosfir). Cara untuk menjaga agar kandungan Oksigen rongga udara di atas minyak rendah, yaitu dengan cara mendorong udara tersebut dengan gas lembam. Kapasitas bongkar kapal tangker dipengaruhi oleh kapasitas gas lembam yang disuplai ke rongga kargo. Klasifikasi status kadar karbon di ruang kargo sebagai berikut:
No Kadar O2 Status 1 11% Max.Oxygen Level 2 8% Max. Oxygen Level Allowed 3 5% Satisfactory Oxygen Level 4 < 3% Best Oxygen Level T
Menurut Smith (1985:412) bahwa Gas lembam dapat diperoleh dari berbagai cara, yaitu: (1) Pemanfaatan Gas buang evaporator, (2) Nitrogen, (3) Gas pembakaran burner, (4) Gas buang mesin diesel Masing-masing gas lembam yang dihasilkan oleh berbagai cara di atas memiliki kelebihan dan kekurangan. Kerugian dan keuntungan memperoleh gas lembam yang diperoleh dari berbagai cara di atas adalah: 1. Gas buang heater; memiliki sifat yang korosif tetapi tidak perlu mengeluarkan biaya operasi tambahan untuk dapat memperoleh gas lembam karena pada kapal tangker selalu dilengkapi evaporator 2. Nitrogen; adalah gas yang tidak dapat terbakar, akan tetapi di kapal jumlahnya sangat terbatas dan harus mengeluarkan biaya untuk mendapatkannya. Untuk kargo berupa cairan kimia, maka dormant gas yang dipergunakan adalah Nitrogen. Hal tersebut dikarenakan tidak ada carbon/kotoran gas yang dihasilkan 3. Gas buang mesin diesel; meskipun diperoleh dengan cara memanfaatkan gas sisa pembakaran akan tetapi kandungan Oksigennya masih cukup tinggi, yaitu sekitar 12%. 4. Gas hasil pembakaran bahan bakar dengan burner; cara ini diperlukan biaya tambahan untuk bahan bakar, akan tetapi nilai positifnya adalah jumlah gas lembam yang dihasilkan dapat diatur dengan mudah. Dari berbagai cara memperoleh gas lembam di atas, yang withering banyak dijumpai pada kapal tangker adalah yang menggunakan burner. Hal tersebut dikarenakan fleksibel pengaturannya. Kondisi Gas lembam yang dihasilkan dari inactive gas framework dengan menggunakan burner, adalah: 1. CO2 sebesar 13.76% dari volume. Sifatnya dormant dan toxid (beracun). Gas ini juga tidak perlu diragukan karena walaupun beracun, hanya dimasukkan dalam tangki dan yang penting tidak akan membantu memicu terjadinya kebakaran dan tidak korosif. 2. H2O sebesar 4.7% dari volume, bersifat Inert dan dapat diterima karena kadarnya rendah. 3. O2 sebesar 7.8% dari volume. Kadar O2 sebesar 7.5% di bawah upper – combustible.
4. CO sebesar 0,1% dari volume. CO merupakan toxid tapi kadarnya rendah. 5. Nitrogen sekitar 73.7% Temperatur gas pembakaran dari inactive gas berkisar 300 oC sampai 350oC. Temperatur tersebut terlalu tinggi untuk dapat dipergunakan sebagai gas lembam, sehingga harus didinginkan terlebih dahulu sebelum digunakan. Elemen-elemen Inert Gas System Secara skematis compositions latent gas framework dengan menggunakan burner adalah seperti terlihat pada Gambar 1 berikut: Gambar 1. Skema Aliran Kerja Inert Gas System Keterangan: A. Blower; Ruang pembakaran adalah ruang tertutup, sehingga diperlukan suplai udara untuk expositions pembakaran. Fungsi dari blower adalah untuk menyuplai udara pembakaran pada burner B. Burner; Fungsi burner adalah untuk membakar bahan bakar agar diperoleh gas lembam C. Pompa air laut; Untuk memompa air laut yang dipergunakan untuk menurunkan temperatur gas hasil pembakaran dan untuk mencegah programming interface agar tidak keluar dari ruang pembakaran. D. Nozel Penyemprot Air Pendingin; Temperatur yang tinggi pada udara lembam sangat berbahaya, maka perlu untuk dinginkan. Pendinginan dilakukan dengan menyemprot udara lembam dengan air melalui nozel. E. Scrubber; Scrubber (Gambar 2) adalah tangki penghasil gas lembam yang di dalamnya berisi ruang bakar, alat pembakar/burner, saringan-saringan untuk menyaring gas hasil pembakaran serta nozel yang memancarkan air untuk mendinginkan.
Menurut Smith (1985:414) analisis berdasarkan volume kondisi unsur-unsur gas sesudah masuk scrubber adalah sebagai berikut: F. Filter Demister; Fungsi dari filter ini adalah untuk menghindari kotoran dari hasil pembakaran masuk ke dalam tangki. G. Pompa Bahan Bakar; Fungsi dari pompa ini adalah untuk memompakan bahan bakar ke burner agar memiliki tekanan penyemprotan yang sesuai, sehingga pembakaran dapat terjadi dengan sempurna. I. Level Switch; Untuk mengatur ketinggian air pada scrubber. Jika ketinggian air berkurang, maka aliran listrik untuk pompa dialirkan, sehingga pompa akan berjalan dan air akan mengisi scrubber sampai pada batas ketinggian yang telah ditetapkan. H. Katup Cerat (Drain Valve); Fungsinya adalah untuk menguras/ mengeluarkan cairan J. Pengukur kadar O2 (Analyzer O2); Alat ini berfungsi untuk mengetahui kandungan Oksigen di dalam tangki. Inert Gas System Kapal Motor Tanker Gandini Jenis Gas Kandungan Carbon dioxide, CO2 12% Oxygen, O2 4.5% Sulphur dioxide, SO2 0.02% Nitrogen, N2 77%
Mengingat pentingnya fungsi alat ini, maka secara periodic dilakukan kalibrasi. K. Pressure Connection; Fungsi alat ini adalah untuk mengukur tekanan udara di dalam tangki kargo. L. Deck Water Seal; Pada tangki ini supplay air akan berlangsung selama inert gas system beroperasi. Air ini berfungsi mencegah aliran balik dari udara lembam yang akan dialirkan ke tangki cargo. Pada tanki ini terpasang sebuah sight glass yang berfungsi mengetahui ketinggian (volume ) air yang ada di dalam tangki secara periodik agar tidak terjadi kesalahan dalam melihat tinggi permukaan air, sebab kalau kondisi air kurang maka udara lembam akan kembali ke ruang pembakaran di inert gas sistem. Beberapa jenis deck water seal, berdasarkan standar inert gas system yang diterbitkan oleh Transport Canada, seperti terlihat pada gambar 3, yaitu: (1) Wet type, (2) Semi dry type, (3) Dry type, seperti terlihat pada gambar 3 berikut: Gambar 3. Pipe line Inert Gas System di dek Kapal Dasar Perhitungan 1. Inert gas system Massa aliran gas lembam (mgl, kg/h) yang dihasilkan oleh inert gas system : (1) Keterangan Kbb : Konsumsi bahan bakar, kg/h Kud : Konsumsi udara per kg bahan bakar
- Kalor Yang Dihasilkan di Furnace Jumlah kalor yang dihasilkan oleh pembakaran: (2) Dimana: Kbb : Konsumsi bahan bakar, kg/h : Nilai kalor bahan bakar, kcal/kg 3. Kalor yang Harus Dilepas Untuk memperoleh temperatur gas lembem yang sesuai untuk disuplai ke rongga tangki, maka gas hasil pembakaran harus didinginkan. Jumlah kalor yang harus dikeluarkan/dilepas dari gas lembam adalah: (3) 4. Kebutuhan Air Untuk Pendingin Kebutuhan air pendingin untuk keperluan pendinginan. atau (4) Dimana: ma : Massa aliran air pendingin (kg/h) ∆Tair : Perbedaan temperature air pendingin cp : Kapasitas panas air pendingin, kJ/kg.oC Hasil Pengolahan Data dan Pembahasan Data Hasil Kapal Tanker MT. GANDINI 1. Bendera : Indonesia 2. DWT(MT) : 32.04 (MT) 3. Tonage : 23.328 4. Kecepatan : 14 knot 5. Total isi tangki : 42.875 m3 6. Jenis muatan : Residual Marine, RMF 7. Jumlah tangki : 12 8. Kapasitas pompa kargo : 1.200 (m3 /h) Inert Gas System 1. Merek : Daewoo Heavy Ind. Ltd 2. Nozel size : m14 3. Konsumsi b.b : 20 US galon/h 4. Bahan bakar : Fuel oil Air laut sebagai pendingin, 1.Tmasuk : 25oC, 2. Tkeluar : 48oC Gas Lembam 1. Temp. gas keluar dari furnace : 350oC 2. Temperatur keluar pendinginan : 50oC (standar operasi) Inert Gas System Kapal Motor Tanker Gandini mgi = kbb + (kbb x kud) q = kbb x GCV q = kbb x GCV qcool = ma.cp.∆Tair ma = qcool ma.cp.∆Ta
Perhitungan Inert gas system Bahan bakar : Fuel Oil Massa jenis : 0.95 kg/l Konsumsi bahan bakar : 20 US galon/h = 75,708 l/h atau = 0.95 kg/l x 75,708 l/h = 71,92 kg/h Massa Aliran Gas Lembam Untuk proses pembakaran standar, kebutuhan udara untuk membakar 1 kg bahan bakar adalah sebesar 14.1245 kg udara. Akan tetapi untuk menghindari adanya bahan bakar yang tidak terbakar udara yang masuk ditambah dengan 55% Maka massa aliran gas lembam (mgl) yang dihasilkan setiap jam adalah: Dimana: Kbb : 71,92 kg/h Kud : 1.22 x 14.12 kg udara per kg bahan bakar. Maka massa aliran gas lembam adalah : Menurut Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia diperoleh bahwa gas hasil pembakaran atas dasar prosentase massa, terdiri dari: CO2: 13.76% H2O: 4.7% SO2 : 0.04% O2 : 7.8% N2 : 73.7% Massa aliran masing-masing unsur gas hasil pembakaran adalah: Kapasitas Aliran Gas Lembam Pada temperatur 50oC density dan kapasitas aliran untuk masing-masing unsur adalah: E-Journal WIDYA Eksakta 39 Volume 1 Nomor 1 September 2015 Sri Endah Susilowati, 34 – 40 Kapastas produksi gas lembam 1.505,3 m3 /h dengan kandungan O2 sebesar 7,8%, artinya inert gas system tidak perlu dioperasikan secara penuh. Karena kebutuhannya hanya 1.200 m3 /h. Jadi cukup dioperasikan 80% saja. Pendinginan Gas Lembam Jumlah kalor yang dihasilkan oleh pembakaran: q = kbb x GCV Dimana : q : Kalor hasil pembakaran (kcal/h) Kbb : Konsumsi bahan bakar : 71,92 kg/h GCV : Nilai kalor b.bakar : 10.880 kcal/kg Maka : q = 71.62 x 10.880 = 779.226 (kcal / h) Temperatur udara luar 25oC, temperatur gas keluar dari furnace 350oC, sedangkan temperature akhir pendinginan 50oC (standar inert gas). Untuk mencapai temperatur gas lembam sebesar 50oC, maka kalor yang harus dikeluarkan dari sistem adalah sekitar 90% dari kalor yang dihasilkan pada proses pembakaran. Sehingga kalor yang harus dikeluarkan dari gas lembam: qcool = 90% x q = 90% x 779.226 qcool = 701.303 (kcal / h) Kebutuhan Air Pendingin Kebutuhan air pendingin untuk keperluan pendinginan gas lembam: Dimana : ma : Massa aliran air pendingin (kg/h) qcool = 701.303 (kcal / h) ∆Tair: Selisih temperature air pendingin TMasuk 25oC dan Tkeluar 48oC cp : pada Trata-rata 37.5oC = 4.174 kJ/kg.oC = 0.9971 kcal/kgoC Maka: Inert Gas System Kapal Motor Tanker Gandini mgi = 71.92 + (14.12 x 1.55 x 71.92) = 1646(kg/h) Usur Prosentase Massa Aliran (kg/h) CO2 13.76% 226 H2O 4.70% 77 SO2 0.04% 1 O2 7.80% 128 N2 73.70% 1,213 Tabel 5. Massa Gas Hasil Pembakaran Usur Density Massa Kapasitas (kg/m3) Aliran (kg/h) Aliran (m3/h) CO2 1.6597 226 136.5 H2O 0.6794 77 113.9 SO2 2.9270 1 0.2 O2 1.2068 128 106.4 N2 1.0564 1,213 1148.3 Total Kapasitas Aliran 1505.3 Tabel 6. Density dan Kapasitas Aliran untuk masing-masing Unsur ma = qcool ma.cp.∆Tair ma = = 30.580 (kg / h) 701.303 0.9971 x (48 – 25)
Massa jenis air (ρa) pada 37.5oC = 989 kg/m3 Maka kapasitas aliran air pendingin (Qcool) Berdasarkan data yang diperoleh di lapangan dan hasil perhitungan diperoleh bahwa: 1. Pada saat kapal tanker bongkar muatan, keluarnya isi kargo mengakibatkan bertambahnya volume rongga di atas permukaan cairan di dalam tangki, besarnya sesuai dengan volume isi kargo yang dipompakan keluar kapal. 2. Untuk menjaga agar jumlah oksigen di rongga tangki tetap berada dibawah 8% dari keseluruhan volume rongga, maka gas lembam harus dimasukkan/dialirkan ke dalam tangki untuk mencegah timbulnya kebakaran. Dari hasil perhitungan diperoleh: 1. Untuk pemakaian bahan bakar sebesar 20 US gal/jam, gas lembam yang dihasilkan adalah sebesar 1505,3 m3 /h, dengan kadar oksigen 7,8% 2. Untuk menjaga agar gas lembam yang masuk ke ruang tangki memiliki temperature 50oC, gas lembam yang keluar dari ruang bakar harus didinginkan. Besar kalor yang harus dikeluarkan adalah 701.303 kcal/h dengan cara menyemprotkan air laut sebanyak 31 m3 /h. 3. Untuk bongkar kargo dengan kapasitas 1.200 m3 /h, inert gas system cukup dioperasikan sebesar 80% saja. E-Journal WIDYA Eksakta 40 Volume 1 Nomor 1 September 2015 Sri Endah Susilowati, 34 – 40 PENUTUP Kesimpulan 1. Dengan konsumsi bahan bakar sebesar 20 US gal/h, kapasitas produksi gas lembam adalah sebesar 1.505,3 m 3 /h. 2. Untuk memperoleh temperatur standar gas lembam, gas hasil pembakaran furnace di dalam scrubber, gas didinginkan dengan menggunakan air laut dengan kapasitas aliran 31 m3 /h. Saran Pada pengoperasian inert gas system jika kondisi tekanan, jumlah masing-masing unsure tidak sesuai komposisinya, terutama kadar oksigen maksimum 8%, serta temperature yang terlalu tinggi, maka disarankan dilakukan pengecekan pada elemen-elemen inert gas generator. DAFTAR PUSTAKA Chruch, Austin H.. Pompa dan Blower Sentrifugal. Terjemahan Zulkifli Harahap, Erlangga. Jakarta. 1995. Holman. Perpindahan Kalor. Terjemahan E. Jasjfi. Erlangga. Jakarta. 1997. Kreith, Frank, Perpindahan Panas. Terjemahan Arko Prijono. Erlangga. Jakarta. 1997. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia Smith David W. Marine Auxiliary Machinery, 6th Edition. Butterworths, London, Boston, Durban, Singapore, Sydney, Toronto, Welington. 1985. Streeter, Victor L., Benjamin Wylie. Mekanika Fluida. Terjem
About Author
