Makalah Steam & Boiler
-
Upload
yusep-setiana -
Category
Documents
-
view
259 -
download
21
Transcript of Makalah Steam & Boiler
BAB I
PENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Uap air yaitu gas yang timbul akibat perubahan fase air menjadi uap
dengan cara pendidihan (boiling). Untuk melakukan proses pendidihan diperlukan
energi panas yang diperoleh dari sumber panas, misalnya dari pembakaran bahan
bakar (padat, cair, gas), tenaga listrik dan gas panas sebagai sisa proses kimia
serta tenaga nuklir.
Sudah beribu-ribu tahun tahun manusia melakukan proses pendidihan
(boiling) air menjadi uap air, tetapi baru dua abad ini mereka baru menemui
bagaimana untuk mempergunakan uap untuk kepentingan mereka yaitu dengan
diciptakannya boiler. Boiler menghasilkan uap dan uap yang dihasilkan ini dapat
digunakan untuk membangkitkan listrik, menggerakkan turbin dan sebagianya.
Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke
air sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan
tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air
adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses.
Jika air dididihkan sampai menjadi steam, volumnya akan meningkat sekitar
1.600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah
meledak, sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga
dengan sangat baik.
2. Tujuan
Tujuan dari makalah ini yaitu:
1. Mengetahui dan memahami tentang boiler.
2. Mengetahui dan memahami fungsi boiler.
3. Mengetahui macam-macam boiler.
4. Memahami prinsip kerja boiler.
BAB II
PEMBAHASAN
A. Definisi Boiler
Boiler adalah suatu alat yang menghasilkan uap (steam) dari air dengan jalan
pemanasan. Steam yang dihasilkan pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk
mengalirkan panas ke suatu proses.
Dengan adanya perubahan air menjadi steam maka ada 3 hal yang perlu
diperhatikan:
1. Container
Container adalah tempat untuk memanaskan air menjadi uap air.
2. Air
Air adalah bahan untuk membuat steam sesudah dipanaskan.
3. Panas
Panas adalah energi yang digunakan untuk merubah air menjadi steam.
Dengan memperhatikan ketiga hal tersebut diharapkan akan dihasilkan steam yang
cukup, serta segala permasalahan misalnya masalah air yang akan merusak tempat
karena korosi atau mengurangi effisiensi penyerapan panas akibat timbulnya kerak
dapat diatasi dengan baik.
Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan
bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan
kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan
perbaikan. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam
boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan
sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau
tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua peralatan 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 pada sistem.
Air yang disuplai ke boiler untuk dirubah menjadi steam disebut air umpan.
Dua sumber air umpan adalah: (1) Kondensat atau steam yang mengembun yang
kembali dari proses dan (2) Air makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus
diumpankan dari luar ruang boiler dan plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi
boiler yang lebih tinggi, digunakan economizer untuk memanaskan awal air umpan
menggunakan limbah panas pada gas buang.
B. JENIS-JENIS BOILER
Berdasarkan Type Pipa Boiler dibagi menjadi 2, yaitu:
1. Fire Tube Boiler
Terdiri dari tangki air yang dilubangi dan dilalui pipa-pipa, dimana gas panas yang
mengalir pada tanki tersebut digunakan untuk memanaskan air di tanki. Air yang
dipanaskan menghasilkan uap panas yang dapat digunakan untuk memanaskan air di
kamar mandi ataupun laundry. Fire tube boilers biasanya digunakan untuk kapasitas
steam yang relative kecil dengan tekanan steam rendah sampai sedang. Sebagai
pedoman, fire tube boilers kompetitif untuk kecepatan steam sampai 12.000 kg/jam
dengan tekanan sampai 18 kg/cm2. Fire tube boilers dapat menggunakan bahan bakar
minyak bakar, gas dalam operasinya.
2. Water Tube Boiler
Air mengalir melalui susunan pipa yang terletak di dalam gas panas yang dihasilkan
dari pembakaran. Pada boiler water tube, air panas tidak berubah menjadi uap,
sehingga bisa langsung digunakan untuk keperluan seperti air panas di kamar mandi,
laundry. Ketika air dalam pipa-pipa didih mendapat pemanasan, air dalam pipa
mendidih sehingga air mengandung uap dan berat jenis air berkurang, air dan uap
mengalir ke atas. Air yang berat jenisnya lebih besar akan turun dan menggantikan
posisi air yang menuju ke atas. Pada drum atas air dan uap berpisah menjadi uap
jenuh, kemudian uap jenuh disalurkan ke superheater untuk diubah menjadi uap
panas lanjut. Uap panas lanjut yang keluar dari superheater inilah yang akan
dimanfaatkan sebagai penggerak mesin uap.
Karakteristik water tube boiler sebagai berikut :
· Forced, induced dan balanced draft membantu untuk meningkatkan efisiensi
pembakaran
· Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant pengolahan air
· Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi
Berdasarkan bahan bakar yang digunakan boiler dibagi menjadi 4, yaitu:
1. Solid Fuel
Pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara pencampuran bahan bakar padat
(batu bara, sampah kota, kayu) dengan oksigen dan sumber panas.
2. Oil Fuel
Pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara pencampuran bahan bakar cair
(solar, residu, kerosin) dengan oksigen dan sumber panas.
3. Gaseous Fuel
Pemanasan yang terjadi antara pembakaran antara LNG (Liquid Natural Gas) dengan
oksigen dan sumber panas. Harga bahan baku pembakarannya lebih murah diantara
semua boiler yang lain.
4. Electric
Pemanasan yang terjadi akibat sumber listrik yang menyuplai sumber panas.
Berdasarkan kegunaannya boiler dibagi menjadi 2, yaitu:
1. Power Boiler
Steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan tipe water tube boiler, hasil steam
yang dihasilkan memiliki tekanan dan kapasitas yang besar, sehingga mampu
memutar turbin dan menghasilkan listrik dari generator. Kegunaan utamanya sebagai
penghasil steam untuk menghasilkan listrik dari generator.
2. Industrial Boiler.
Steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan watertube boiler atau firetube boiler.
Kegunaannya untuk menjalankan proses industri dan sebagai tambahan panas. Steam
memiliki tekanan yang sedang dan kapasitas yang besar.
3. Commercial Boiler
Steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan watertube boiler atau firetube boiler.
Kegunaannya untuk menjalankan proses operasi komersial. Tekanan yang dimiliki
rendah.
4. Residential Boiler
Steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan boiler tipe firetube boiler. Boiler ini
memiliki tekanan dan kapasitas yang rendah, biasanya digunakan pada perumahan.
5. Heat Recovery Boiler
Steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan boiler tipe watertube boiler atau
firetube boiler. Steam yang dihasilkan memiliki kapasitas dan tekanan yang besar,
kegunaan utamanya sebagai penghasil steam dari uap panas yang tidak terpakai. Hasil
steam ini digunakan untuk menjalankan proses industri.
Berdasarkan Tekanan kerjanya, boiler dibagi menjadi 2 yaitu:
1. Low Pressure Boiler
Tipe ini memiliki steam operasi kurang dari 15 psi, menghasilkan air dengan tekanan
dibawah 160 psi dan temperature dibawah 250 F.
2. High Pressure Boiler
Tipe ini memiliki steam operasi lebih dari 15 psi, menghasilkan air dengan tekanan di
atas 160 psi dan temperature di atas 250 F.
C. Pengkajian Boiler
1. Evaluasi Kinerja Boiler
Parameter kinerja boiler, seperti efisiensi dan rasio penguapan, berkurang
terhadap waktu disebabkan buruknya pembakaran, kotornya permukaan penukar
panas dan buruknya operasi dan pemeliharaan. Bahkan untuk boiler yang baru
sekalipun, alasan seperti buruknya kualitas bahan bakar dan kualitas air dapat
mengakibatkan buruknya kinerja boiler. Neraca panas dapat membantu dalam
mengidentifikasi kehilangan panas yang dapat atau tidak dapat dihindari. Uji
efisiensi boiler dapat membantu dalam menemukan penyimpangan efisiensi
boiler dari efisiensi terbaik dan target area permasalahan untuk tindakan
perbaikan.
a) Neraca panas
Proses pembakaran dalam boiler dapat digambarkan dalam bentuk diagram alir
energi. Diagram ini menggambarkan secara grafis tentang bagaimana energi
masuk dari bahan bakar diubah menjadi aliran energi dengan berbagai kegunaan
dan menjadi aliran kehilangan panas dan energi. Panah tebal menunjukan jumlah
energi yang dikandung dalam aliran masing-masing.
Gambar 10. Diagram neraca energi boiler
Neraca panas merupakan keseimbangan energi total yang masuk boiler terhadap
yang meninggalkan boiler dalam bentuk yang berbeda. Berikut memberikan
gambaran berbagai kehilangan yang terjadi untuk pembangkitan steam.
Gambar 11. Kehilangan pada Boiler yang Berbahan Bakar Batubara
Kehilangan energi dapat dibagi kedalam kehilangan yang tidak atau dapat
dihindarkan. Tujuan dari Produksi Bersih dan/atau pengkajian energi harus
mengurangi kehilangan yang dapat dihindari, dengan meningkatkan efisiensi
energi. Kehilangan berikut dapat dihindari atau dikurangi:
1. Kehilangan gas cerobong:
- Udara berlebih (diturunkan hingga ke nilai minimum yang tergantung dari
teknologi burner, operasi (kontrol), dan pemeliharaan)
- Suhu gas cerobong (diturunkan dengan mengoptimalkan perawatan
(pembersihan), beban; burner yang lebih baik dan teknologi boiler)
2. Kehilangan karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam cerobong dan
abu (mengoptimalkan operasi dan pemeliharaan; teknologi burner yang lebih
baik)
3. Kehilangan dari blowdown (pengolahan air umpan segar, daur ulang
kondensat)
4. Kehilangan kondensat (manfaatkan sebanyak mungkin kondensat)
5. Kehilangan konveksi dan radiasi (dikurangi dengan isolasi boiler yang lebih
baik)
b) Efisiensi Boiler
Efisiensi termis boiler didefinisikan sebagai persen energi (panas) masuk yang
digunakan secara efektif pada steam yang dihasilkan.
Terdapat dua metode pengkajian efisiensi boiler:
Metode Langsung: energi yang didapat dari fluida kerja (air dan steam)
dibandingkan dengan energi yang terkandung dalam bahan bakar boiler.
Metode Tidak Langsung: efisiensi merupakan perbedaan antara kehilangan dan
energi yang masuk.
Metode langsung dalam menentukan efisiensi boiler
Metodologi
Dikenal juga sebagai ‘metode input-output’ karena kenyataan bahwa metode ini
hanya memerlukan keluaran/output (steam) dan panas masuk/input (bahan bakar)
untuk evaluasi efisiensi. Efisiensi ini dapat dievaluasi dengan menggunakan rumus:
Efisiensi Boiler (h) = Panas Keluar x 100
Panas Masuk
Efisiensi Boiler (h) = Q x (hg – hf) x 100
q x GCV
Parameter yang dipantau untuk perhitungan efisiensi boiler dengan metode langsung
adalah:
Jumlah steam yang dihasilkan per jam (Q) dalam kg/jam
Jumlah bahan bakar yang digunakan per jam (q) dalam kg/jam
Tekanan kerja (dalam kg/cm2(g)) dan suhu lewat panas (oC), jika ada
Suhu air umpan (oC)
Jenis bahan bakar dan nilai panas kotor bahan bakar (GCV) dalam kkal/kg
bahan Bakar
Dimana
hg –Entalpi steam jenuh dalam kkal/kg steam
hf –Entalpi air umpan dalam kkal/kg air
Keuntungan metode langsung
Pekerja pabrik dapat dengan cepat mengevaluasi efisiensi boiler
Memerlukan sedikit parameter untuk perhitungan
Memerlukan sedikit instrumen untuk pemantauan
Mudah membandingkan rasio penguapan dengan data benchmark
Kerugian metode langsung
Tidak memberikan petunjuk kepada operator tentang penyebab dari efisiensi sistem
yang lebih rendah
Tidak menghitung berbagai kehilangan yang berpengaruh pada berbagai tingkat
efisiensi
Metode tidak langsung dalam menentukan efisiensi boiler
Metodologi
Standar acuan untuk Uji Boiler di Tempat dengan menggunakan metode tidak
langsung adalah British Standard, BS 845:1987 dan USA Standard ASME PTC-4-1
Power Test CodeSteam Generating Units.
Metode tidak langsung juga dikenal dengan metode kehilangan panas. Efisiensi dapat
dihitung dengan mengurangkan bagian kehilangan panas dari 100 sebagai berikut:
Efisiensi boiler (n) = 100 - (i + ii + iii + iv + v + vi + vii)
Dimana kehilangan yang terjadi dalam boiler adalah kehilangan panas yang
diakibatkan oleh:
i. Gas cerobong yang kering
ii. Penguapan air yang terbentuk karena H2 dalam bahan bakar
iii. Penguapan kadar air dalam bahan bakar
iv. Adanya kadar air dalam udara pembakaran
v. Bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu terbang/ fly ash
vi. Bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu bawah/ bottom ash
vii. Radiasi dan kehilangan lain yang tidak terhitung
Kehilangan yang diakibatkan oleh kadar air dalam bahan bakar dan yang disebabkan
oleh pembakaran hidrogen tergantung pada bahan bakar, dan tidak dapat dikendalikan
oleh perancangan. Data yang diperlukan untuk perhitungan efisiensi boiler dengan
menggunakan metode tidak langsung adalah:
Analisis ultimate bahan bakar (H2, O2, S, C, kadar air, kadar abu)
Persentase oksigen atau CO2 dalam gas buang
Suhu gas buang dalam oC (Tf)
Suhu ambien dalam oC (Ta) dan kelembaban udara dalam kg/kg udara kering
GCV bahan bakar dalam kkal/kg
Persentase bahan yang dapat terbakar dalam abu (untuk bahan bakar padat)
GCV abu dalam kkal/kg (untuk bahan bakar padat)
Keuntungan metode tidak langsung
Dapat diketahui neraca bahan dan energi yang lengkap untuk setiap aliran, yang
dapat memudahkan dalam mengidentifikasi opsi-opsi untuk meningkatkan
efisiensi boiler.
Kerugian metode tidak langsung
Perlu waktu lama
Memerlukan fasilitas laboratorium untuk analisis
Blowdown Boiler
Jika air dididihkan dan dihasilkan steam, padatan terlarut yang terdapat dalam air
akan tinggal di boiler. Jika banyak padatan terdapat dalam air umpan, padatan
tersebut akan terpekatkan dan akhirnya akan mencapai suatu tingkat dimana
kelarutannya dalam air akan terlampaui dan akan mengendap dari larutan. Diatas
tingkat konsenrasi tertentu, padatan tersebut mendorong terbentuknya busa dan
menyebabkan terbawanya air ke steam. Endapan juga mengakibatkan terbentuknya
kerak di bagian dalam boiler, mengakibatan pemanasan setempat menjadi berlebih
dan akhirnya menyebabkan kegagalan pada pipa boiler. Oleh karena itu penting
untuk mengendalikan tingkat konsentrasi padatan dalam suspensi dan yang terlarut
dalam air yang dididihkan. Hal ini dicapai oleh proses yang disebut blowing down,
dimana sejumlah tertentu volume air dikeluarkan dan secara otomatis diganti dengan
air umpan. Dengan demikian akan tercapai tingkat optimum total padatan terlarut
(TDS) dalam air boiler dan membuang padatan yang sudah rata keluar dari larutan
dan yang cenderung tinggal pada permukaan boiler.
Blowdown penting untuk melindungi permukaan penukar panas pada boiler. Walau
demikian, blowdown dapat menjadi sumber kehilangan panas yang cukup berarti, jika
dilakukan secara tidak benar. Pengendalian blowdown boiler yang baik dapat secara
signifikan menurunkan biaya perlakuan dan operasional yang meliput:
Biaya perlakuan awal lebih rendah
Konsumsi air make-up lebih sedikit
Waktu penghentian untuk perawatan menjadi berkurang
Umur pakai boiler meningkat
Pemakaian bahan kimia untuk pengolahan air umpan menjadi lebih rendah
Pengolahan Air Umpan Boiler
Memproduksi steam yang berkualitas tergantung pada pengolahan air yang benar
untuk mengendalikan kemurnian steam, endapan dan korosi. Sebuah boiler
merupakan bagian dari sistem boiler, yang menerima semua bahan pencemar dari
sistem didepannya. Kinerja boiler, efisiensi, dan umur layanan merupakan hasil
langsung dari pemilihan dan pengendalian air umpan yang digunakan dalam boiler.
Jika air umpan masuk ke boiler, kenaikan suhu dan tekanan menyebabkan komponen
air memiliki sifat yang berbeda. Hampir semua komponen dalam air umpan dalam
keadaan terlarut. Walau demikian, dibawah kondisi panas dan tekanan hampir seluruh
komponen terlarut keluar dari larutan sebagai padatan partikulat, kadang-kadang
dalam bentuk kristal dan pada waktu yang lain sebagai bentuk amorph. Jika kelarutan
komponen spesifik dalam air terlewati, maka akan terjadi pembentukan kerak dan
endapan. Air boiler harus cukup bebas dari pembentukan endapan padat supaya
terjadi perpindahan panas yang cepat dan efisien dan harus tidak korosif terhadap
logam boiler.
a) Pengendalian endapan
Endapan dalam boiler dapat diakibatkan dari kesadahan air umpan dan hasil
korosi dari sistem kondensat dan air umpan. Kesadahan air umpan dapat terjadi
karena kurangnya sistem pelunakan.Endapan dan korosi menyebabkan kehilangan
efisiensi yang dapat menyebabkan kegagalan dalam pipa boiler dan
ketidakmampuan memproduksi steam. Endapan bertindak sebagai isolator dan
memperlambat perpindahan panas. Sejumlah besar endapan diseluruh boiler dapat
mengurangi perpindahan panas yang secara signifikan dapat menurunkan efisiensi
boiler. Berbagai jenis endapan akan mempengaruhi efisiensi boiler secara
berbeda-beda, sehingga sangat penting untuk menganalisis karakteristik endapan.
Efek pengisolasian terhadap endapan menyebabkan naiknya suhu logam boiler
dan mungkin dapat menyebabkan kegagalan pipa karena pemanasan berlebih.
b) Kotoran yang mengakibatkan pengendapan
Bahan kimia yang paling penting dalam air yang mempengaruhi pembentukan
endapan dalam boiler adalah garam kalsium dan magnesium yang dikenal dengan
garam sadah. Kalsium dan magnesium bikarbonat larut dalam air membentuk
larutan basa/alkali dan garam-garam tersebut dikenal dengan kesadahan alkali.
Garam-garam tersebut terurai dengan pemanasan, melepaskan karbon dioksida
dan membentuk lumpur lunak, yang kemudian mengendap. Hal ini disebut
dengan kesadahan sementara (kesadahan yang dapat dibuang dengan pendidihan).
Kalsium dan magnesium sulfat, klorida dan nitrat, jika dilarutkan dalam air secara
kimiawi akan menjadi netral dan dikenal dengan kesadahan nonalkali. Bahan
tersebut disebut bahan kimia sadah permanen dan membentuk kerak yang keras
pada permukaan boiler yang sulit dihilangkan. Bahan kimia sadah non-alkali
terlepas dari larutannya karena penurunan daya larut dengan meningkatnya suhu,
dengan pemekatan karena penguapan yang berlangsung dalam boiler, atau dengan
perubahan bahan kimia menjadi senyawa yang kurang larut.
c) Silika
Keberadaan silika dalam air boiler dapat meningkatkan pembentukan kerak silika
yang keras. Silika dapat juga berinteraksi dengan garam kalsium dan magnesium,
membentuk silikat kalsium dan magnesium dengan daya konduktivitas panas
yang rendah. Silika dapat meningkatkan endapan pada sirip turbin, setelah
terbawa dalam bentuk tetesan air dalam steam, atau dalam bentuk yang mudah
menguap dalam steam pada tekanan tinggi.
d) Pengolahan air internal
Pengolahan internal adalah penambahan bahan kimia ke boiler untuk mencegah
pembentukan kerak. Senyawa pembentuk kerak diubah menjadi lumpur yang
mengalir bebas, yang dapat dibuang dengan blowdown. Metode ini terbatas pada
boiler dimana air umpan mengandung garam sadah yang rendah, dengan tekanan
rendah, kandungan TDS tinggi dalam boiler dapat ditoleransi, dan jika jumlah
airnya kecil. Jika kondisi tersebut tidak terpenuhi maka laju blowdown yang
tinggi diperlukan untuk membuang lumpur. Hal tersebut menjadi tidak ekonomis
sehubungan dengan kehilangan air dan panas.
Jenis sumber air yang berbeda memerlukan bahan kimia yang berbeda pula.
Senyawa seperti sodium karbonat, sodium aluminat, sodium fosfat, sodium sulfit
dan komponen sayuran atau senyawa inorganik seluruhnya dapat digunakan untuk
maksud ini. Untuk setiap kondisi air diperlukan bahan kimia tertentu. Harus
dikonsultasikan dengan seorang spesialis dalam menentukan bahan kimia yang
paling cocok untuk digunakan pada setiap kasus. Pengolahan air hanya dengan
pengolahan internal tidak direkomendasikan.
e) Pengolahan Air Eksternal
Pengolahan eksternal digunakan untuk membuang padatan tersuspensi, padatan
telarut (terutama ion kalsium dan magnesium yang merupakan penyebab utama
pembentukan kerak) dan gas-gas terlarut (oksigen dan karbon dioksida).
Proses perlakuan eksternal yang ada adalah:
Pertukaran ion
Deaerasi (mekanis dan kimia)
Osmosis balik (reverse osmosis)
Penghilangan mineral/demineralisasi
Sebelum digunakan cara diatas, perlu untuk membuang padatan dan warna dari
bahan baku air, sebab bahan tersebut dapat mengotori resin yang digunakan pada
bagian pengolahan berikutnya. Metode pengolahan awal adalah sedimentasi
sederhana dalam tangki pengendapan atau pengendapan dalam clarifiers dengan
bantuan koagulan dan flokulan. Penyaring pasir bertekanan, dengan aerasi untuk
menghilangkan karbon dioksida dan besi, dapat digunakan untuk menghilangkan
garam-garam logam dari air sumur. Tahap pertama pengolahan adalah
menghilangkan garam sadah dan garam non-sadah. Penghilangan hanya garam
sadah disebut pelunakan, sedangkan penghilangan total garam dari larutan disebut
penghilangan mineral atau demineralisasi.
f) Rekomendasi untuk boiler dan kualitas air umpan
Kotoran yang ditemukan dalam boiler tergantung pada kualitas air umpan yang
tidak diolah, proses pengolahan yang digunakan dan prosedur pengoperasian
boiler. Sebagai aturan umum, semakin tinggi tekanan operasi boiler akan semakin
besar sensitifitas terhadap kotoran.
Air Boiler
Rekomendasi untuk boiler dan kualitas air umpan
Kotoran yang ditemukan dalam boiler tergantung pada kualitas air umpan yang tidak
diolah, proses pengolahan yang digunakan dan prosedur pengoperasian boiler.
Sebagai aturan umum, semakin tinggi tekanan operasi boiler akan semakin besar
sensitifitas terhadap kotoran
REKOMENDASI BATAS AIR UMPAN (IS 10392, 1982)
Faktor Hingga 20 kg/cm2
21 - 39 kg/cm2
40- 59 kg/cm2
Total besi (maks.) ppm 0.05 0.02 0.01
Total tembaga (maks.) ppm 0.01 0.01 0.01
Total silika (maks.) ppm 1 0.3 0.1
Oksigen (maks.) ppm 0.02 0.02 0.01
Residu hidrasin ppm - - -0.02 - 0.04
pH pada 250C 8.8 - 9.2 8.8 - 9.2 8.2 - 9.2
Kesadahan, ppm 1 0.5 -
REKOMENDASI BATAS AIR BOILER (IS 10392, 1982)
Faktor Hingga 20 kg/cm2
21 - 39 kg/cm2
40- 59 kg/cm2
TDS, ppm 3000 - 3500 1500 - 2500 500 - 1500
Total padatan besi terlarut 500 200 150
konduktivitas listrik spesifik pada 250C
1000 400 300
Residu fosfat, ppm 20 -40 20 - 40 15 - 25
pH pada 250C 10 - 10.5 10 - 10.5 9.8 - 10.2
Silika (maks), ppm 25 15 10
Air yang dipakai untuk pembuatan steam harus memenuhi beberapa persyaratan,
yaitu:
1. Tidak boleh berbuih,
2. Tidak boleh membentuk scale (kerak),
3. Tidak boleh menyebabkan terjadinya korosi pada pipa-pipa.
Zat-zat yang terkandung didalam air boiler yang dapat menyebabkan kerusakan
boiler adalah:
1. Kadar Soluble matter yang tinggi,
2. Suspended solid,
3. Garam-garam Ca dan Mg,
4. Silika, sulfate, asam bebas (free acid) dan oxide,
5. Organik matter.
Buih atau Busa
Busa disebabkan oleh surface active agent (misalnya sabun); juga ada hubungannya
dengan salt content.
Yang menyebabkan busa adalah:
1. Solid matter
2. Suspendid matter
3. Suatu kebasaan yang tinggi sekali
Kesulitan-kesulitan yang dihadapi karena adanya busa:
1. Kesulitan membaca tinggi permukaan air didalam boiler
2. Karena buih dapat menciptakan percikan yang kuat sehingga mengakibatkan
adanya solid yang menempel dan akan mengakibatkan terjadinya korosi
dengan adanya pemanasan lebih lanjut
Cara-cara mengetahui (menentukan) busa:
Cara menentukan busa dengan dua cara yaitu:
1. Salt Content
1.1 Ditambah Natrium Karbonat (pelunakan sebagian). Dengan penguapan
sampai separuh volume air tersebut dilihat apakah timbul busa atau tidak.
1.2 Dihilangkan Suspendid solid, dengan penguapan sampai 1/6nya apakah
timbul busa atau tidak
1.3 Menghilangkan hardness sampai 0.560D, dengan penguapan sampai
1/6nya apakah timbul busa atau tidak
1.4 Semua dihilangkan kecuali salt content, dengan penguapan sampai 1/20
volum bisa dilihat timbul busa atau tidak.
2. Critical Consentration
Critical Consentration adalah suatu ukuran yang ditentukan secara empiris
kapan air tersebut mulai membusa. Ukuran tersebuat adalah konsentrasi air
yang diukur.
Solid content dan salt content masih ada hubungan. Oleh karena itu untuk
menentukan critical consentration cukup mengukur dari salt content air tersebut.
Apabila air sudah mencapai salt content yang maksimum, air tersebut tidak boleh
dipakai lagi karena salt content yang maksimum menyebabkan terjadinya busa.
Pencegahan terjadinya buih.
Foaming terjadi karena tingginya caustic soda, garam-garam sodium lainnya. Selain
itu foaming juga bisa disebabkan adanya minyak-minyak atau kontaminasi organik.
Pencegahan dapat dilakukan dengan:
1. Pemberian asam organic dan Castrol oil.
2. Barium salt.
3. Polyamide, poly alkylene glycol.
4. Kontrol adanya lumpur dan kerak.
5. Control alkalinitas dari air tersebut.
Priming
Priming adalah keluarnya air bersama-sama dengan uap secara tiba-tiba dank eras
dari boiler. Priming terjadi karena ketinggian air didalam boiler. Akibat priming akan
merusak mesin-mesin atau turbin-turbin.
Priming disebabkan persoalan mekanis dan sebagian persoaalan kimia yang
disimpulkan sebagai berikut:
1. Ketinggian air dalam boiler terlalu tinggi
2. Konsentrasi tinggi dari bahan kimia dalam air
3. Kotoran-kotoran yang menyebabkan naiknya tegangan permukaan
4. Pembukaan katup uap terlalu cepat.
Pencegahannya
Kalau penyebabnya adalah persoalan mekanik maka pencegahannya meliputi:
1. Design boiler harus tepat
2. Dijaga ketinggian air
3. Metode penyalaan
4. Over loading
5. Perubahan yang sangat menyolok
6. Steam storage diatas water level harus tepat
7. Ukuran steam header
8. Kecepatan uap meninggalkan boiler
Kalau penyebabnya adalah zat kimia, maka perlu adanya control solid yang ada
didalam air boiler tersebut.
Carry Over
Carry over terjadi karena adanya zat padat yang ada didalam air boiler ikut dengan
air atau steam keluar boiler dan akan mengendap pada pipa-pipa uap, keran-keran,
superheater, mesin atau turbin.
Padatan ini akan merusak sudut-sudut turbin dan pelumasan dari mesin-mesin. Selain
itu akibat adanya pemanasan maka zat padat yang ada didalam air akan timbul dan
melekat pada metal kemudian dengan pemanasan lanjut akan pecah atau lepas
sehingga bisa merusak benda-benda yang dilekati zat padat tadi.
Carry over dari air boiler merupakan persoalan mekanis atau sebagian persoaalan
kimia. Kalau penyebabnya masalah mekanis meliputi: deficiency pada boiler design,
ketinggian air, penyalaan yang tidak benar, over loading dan perubahan yang
menyolok. Kalau penyebabnya masalah kimia, disebabkan adanya kandungan zat-zat
kimia yang melebihi critical consentrationnya.
Pencegahannya:
1. Boiler design haruslah yang baik
2. Kalau penyebabnya adalah masalah kimia, maka perlu diperhatikan keadaan
dan jumlah zat padat yang ada dalam air boiler.
Scale (kerak)
Kerak didalam boiler disebabkan oleh garam Ca++ dan Mg ++. Scale yang terbentuk
akan menyebabkan :
Isolasi terhadap panas sehingga energi dari bahan bakar tertolak
Scale ini kadang-kadang tiba-toba pecah, sehingga air langsung berhubungan
dengan ketel yang akan menimbulkan pecahan (kebocoran) karena boiler
mendapat tekanan yang kuat.
Ada 2 macam kerak boiler yaitu :
1. Sludge (lumpur)
Kerak ini tidak mengganggu terlalu banyak. Dengan blow down lumpur-
lumpur tadi bisa dikurangi. Selain dari maksud diatas blow down berguna
untuk :
a. Mengontrol ketinggian air.
b. Mengontrol konsentrasi bahan kimia pada air.
c. Pembuangan pada waktu pembersihan.
2. Scale yang melekat pada dindingh boiler
Kerak ini lebih sukar dibersihkan sebab melekat pada dinding. Ada 2 macam
type dari kerak ini, yaitu :
A. Scale porous
Sifatnya lebih merusak boiler sebab didalam scale tersebut mengurung
steam. Dimana akan terjadi gelembung-gelembung steam yang akan
merusak dinding karena adanya peristiwa kelewat panas.
Contohnya : scale calcife
B. Scale solid
Scale ini sifatnya lebih padat dibandingkan dengan scale porous.
Dibandingkan scale porous ini kurang daya rusaknya terhadap ketel.
Contohnya : aragonate scale
Selain garam-garam Ca dan Mg, olie dapat juga merusak boiler sebab oxide
besi dengan olie akan membentuk lumpur yang akan menghalangi daya serap
panas oleh boiler.
Yang menyebabkan scale adalah :
Garam-garam Ca dan Mg , sulfat dan Silicat.
Contohnya : CaSO4 ; Mg silicat ; Ca silicat
Garam-garam ini solubilitinya berkurang sehingga mengendap pada
dinding dinding yang panas. Scale ini terjadi karena peristiwa fisika.
Garam-garam Carbonat
Contohnya : CaCO3 , HgCO3
Garam-garam ini akan mengendap pada temperature tinggi, sehingga
mengendap pada dinding ketel
Air yang diambil dari sumber air biasanya mengandung CaHCO3 yang
terurai pada pemanasan sampai 70° C.
Jadi sewaktu dimasukkan kedalam ketel CaCO3 sudah merupakan butiran-
butiran kecil sehingga CaCO3 tidak merupakan scale pada dinding ketel,
tetapi merupakan sludge pada air yang dipanasi.
SiO2 : Al2O3 dan Mg(OH)2
Cara pencegahannya
Ion-ion Mg dan Ca yang selalu membuat scale dapat di cegah dengan
menurunkan hardnessnya. Untuk boiler-boiler lama masih bisa 10 D°. tetapi
untuk type boiler yang sekarang birnya harus mempunyai kesadahan jauh
dibawah 10 D°.
Untuk penghilangan atau pengurangan kesadahan tersebut dapat dilakukan
dengan :
External softening
External softening adalah cara pelunakan air yang dilakukan diluar boiler.
Misalnya :
Line soda softening
Phosphate softening
Deminerallisation
Silica removal
Oil removal
Internal softening
Internal softening adalah cara pelunakan air yang dilakukan di dalam
boiler. Misalnya :
Penambahan soda
Penambahan phosphate
Penambahan organic substance
Penambahan algor
Corrosi
Corrosi adalah perusakan pada metal boiler. Perusakan yang cukup besar bisa
menyebabkan reparasi yang berat bahkan kadang-kadang boiler tersebut harus
diberhentikan pemakaiannya.
Penyebab corrosi
1. Keasaman atau pH rendah
Pada keasman dapat menyebabkan ion hydrogen cukup besar yang akan
melapisi permukaan metal yang bisa menimbulkan gas yang meninggalkan
permukaan metal yang akan menyebabkan terjadinya corrosi
2. Adanya oxygen
Adanya oxygen yang terlarut akan menyebabkan corrosi sebagai berikut :
Oxygen mengoksidasi ferrohydroxida Fe(OH)2 menjadi ferrihydroxida
Fe(OH)3 dimana Fe(OH)3 akan mudah larut didalam air.
Oxygen akan bereaksi dengan hydrogen ion yang melapisi permukaan metal.
Ion hydrogen tersebut terjadi karena adanya reaksi Fe++ dengan air. Dengan
hilangnya lapisan tadi membuka kemungkinan corrosi.
3. Adanya bicarbonate
Adanya bikarbonat didalam air boiler akan menyebabkan terjadinya CO2,
karena pemanasan dan adanya tekanan. CO2 yang terjadi bereaksi dengan air
menjadi asam carbonat. Asam ini pelan-pelan akan bereaksi dengan metal dan
besi membentuk garam bicarbonate.
Garam bicarbonate ini dengan pemanasan akan membentuk CO2 lagi. Sekali
lagi CO2 bereaksi dengan air membentuk asam, demikian terus menerus
sehingga bisa merupakan syklus.
4. Adanya gas : H2S , SO2 , dan NH3
Adanya gas : H2S , SO2 , dan NH3 bisa menyebabkan corrosi, tetapi tidak
sehebat yang disebabkan oleh gas O2 atau CO2.
5. Adanya bahan-bahan organik
Adanya bahan-bahan organik yang berupa asam organic yang masuk kedalam
boiler akan menyebabkan terjadinya corrosi.
6. Adanya minyak dan gemuk
Minyak dan gemuk yang berasal dari minyak bumi, binatang dan tumbuh-
tumbuhan akan menghasilkan asam organic dan glyserine. Asam organik akan
bereaksi dengan besi yang kadang-kadang CO2 juga bisa terbentuk dari
senyawa organic sehingga merupakan salah satu penyebab terjadinya corrosi.
Pencegahan corrosi
Untuk mencegah terjadinya corrosi dapat dikerjakan seperti berikut :
1. Pengaturan alkalinity dan pembentukan lapisan film, dimana pH air boiler
diharapkan lebih besar dari 9,5 dan kecil kandungan hydroxide alkalinity.
Alkalinity bisa diatur dengan penambahan caustic soda dan trisodiom
phosphate.
2. Untuk menghilangkan O2 dapat dilakukan dengan deaerasi, sedangkan untuk
menghilangkan CO2 dapat dilakukan dengan pemanasan dengan cara
pemanasan pendahuluan secara terbuka pada boiler feed water. Dapat juga
dengan penambahan bahan-bahan kimia, misalnya: tannin, turunan glucose.
3. Memberikan perlindungan dengan pembentukan film dengan memakai :
tannin, turunan lignin turunan glucose.
4. Kalau penyebab corrosi karena kondensat bisa dicegah dengan : senyawa
amina atau ammonia.
C. Caustic embrittlement
Salah satu penyebab kerapukan dari metal adlah adanya NaOH bebas didalam
boiler yang terkonsentrasi pada suatu titik kebocoran dan secara kimia akan
menyerang metal tersebut. Dengan adanya serangan bahan kimia tersebut akan
timbul retakan yang tidak beraturan apalagi pada metal yang terkena tekanan.
Pencegahan Caustic Embrittlement
a) Mencegah kebocoran pada daerah metal yang mengalami tekanan.
b) Penambahan inhibitor
c) Menjaga alkalinitas hydroxide yang rendah pada air boiler dengan cara:
Mengontrol pH dengan menggunakan phosphate. pH dari air boiler
terkontrol dengan cara melihat endapan trisodium phosphate.
Penambhan bahan-bahan kimia untuk mencegah ombrittlement yaitu :
lignin , tannin , sodium intrate.
D. Panas
Panas dipakai untuk merubah air menjadi steam. Panas bisa didapatkan dari
matahari, listrik, gas, minyak, batubara dan kayu. Pemakaian bahan-bahan tersebut
tergantung dari besar kecilnya steam yang akan dihasilkan. Untuk pemakaian yang
sifatnya komersial dipakai bahan bakar minyak, batubara atau gas.
Bahan Bakar
Bahan bakar untuk ketel bisa dibagi menjadi 3 zat, yaitu :
1. Bahan bakar padat (solid), misalnya batubara atu kayu. Untuk bahan bakar
padat dikenal stoker untuk mengefisiensikan pembakaran. Dikenal beberapa
macam stoker, tergantung dari mekanisme jalannya bahan bakar tersebut.
Macam-macam stoker antara lain :
Scrow food stoker
Ram food stoker
2. Bahan bakar cair
Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan bahan bakar cair
yaitu :
Heating value dari bahan bakar
Flash point
Firo point
3. Bahan bakar gas
Untuk bahan bkar gas cara penyalaan lebih mudah dibandingkan dengan
kedua bahan bakar yang lainnya. Yang perlu diperhatikan adalah campuran
antara minyak dan udara untuk menyempurnakan pembakaran.