Bagian/Komponen Ketel Uap (Boiler
Pertemuan
:9
Mata Kuliah : Instalasi Pembangkit Tenaga Uap
Dosen
: Ir. Budi Kaliwanto, MT.
Bagian/Komponen Ketel Uap (Boiler)
1. Pendahuluan
Ketel uap (boiler) merupakan salah satu peralatan yang sangat penting di
dalam suatu pembangkit tenaga listrik, instalasi pemanas, dan tenaga
penggerak
lainnya.
Alat
ini
merupakan
penukar
kalor
untuk
menghasilkan/membangkitkan uap air (steam generator), dimana energi panas
yang dihasilkan dari pembakaran diubah menjadi energi potensial yang berupa
uap. Uap yang mempunyai tekanan dan temperatur tinggi tersebut digunakan
sebagai media penggerak utama turbin uap atau alat pemanas lainnya. Energi
panas diperoleh dengan jalan pembakaran bahan bakar di ruang bakar.
Air merupakan fluida utama sebagai media kerja di dalam boiler. Boiler
mengubah air menjadi uap melalui proses perpindahan panas. Panas dari ruang
bakar/dapur berasal dari pembakaran bahan bakar baik padat, cair maupun gas.
Sebagai perangkat yang beroperasi pada temperatur dan tenkanan yang
tinggi, boiler memiliki risiko kecelakaan seperti kebakaran dan ledakan. Oleh
karena itu boiler memiliki persyaratan-persyaratan dan baku mutu (standar
mutu) mulai dari perancangan, pengoperasian, perawatan, maupun operator
yang menjalankan.
Beberapa peraturan dan standar yang berkaitan dengan instalasi pembangkit
tenaga uap adalah sebagai berikut:
•
Undang-Undang Uap Tahun 1930
•
Peraturan Uap tahun 1930
•
Undang- undang No.1 tahun 1970
•
American Sociaty of Mechanical Engineers (ASME) Boiler and Pressure
Vessel Code, Section I, II and V
1
Proses pembangkitan uap dilakukan mulai dari pembakaran bahan bakar,
pemompaan air kedalam boiler, pemasokan uap ke peralatan yang membutuhkan.
Bagian-bagian
boiler
terdiri
dari
kompunen
utama,
peralatan
pengangan
(apendages), dan komponen bantu (auxilaries).
2. Komponen Boiler
a. Komponen utama
Komponen utama terdiri dari:
1) Dapur (furnace) atau disebut juga combustion chamber, sebagai alat
untuk mengubah energi kimia menjadi energi panas. Didalam dapur ini
terjadi pembakaran bahan bakar bercampur dengan udara. Dapur terdiri
dari ruang pembakaran dan ruang gas panas.
2) Alat penguap (eveporator) yang mengubah energi pembakaran (energi
panas) menjadi energi potensial uap. Alat ini terdiri dari pipa atau tabung
penguap (riser tube), drum uap (steam drum) dan drum air (water atau
mud drum) serta pipa penyalur turun (down comer tube). Pada bagian ini
terjadi proses perpindahan panas (heat transfer) antara gas panas dari
tungku dengan air dalam pipa-pipa yang mengubah air menjadi uap.
Sistem pemipaan tergantung tipe boiler, seperti pipa api pada boiler pipa
api, dan pipa air pada boiler pipa air
2
3) Pemanas Lanjut (Super heater)
Uap yang berasal dari penguapan di dalam drum atas belum dapat
dipergunakan oleh turbin uap, oleh karenanya harus dilakukan pemanasan
uap lanjut melalui pipa uap pemanas lanjut (Super heater Pipe), hingga uap
benar-benar kering dengan temperatur 260 oC – 340 oC. Pipa-pipa pemanas
uap
lanjut
dipasang
di
dalam
ruang
pembakaran
kedua,
hal
ini
mengakibatkan uap basah yang dialirkan melalui pipa tersebut akan
mengalami pemanasan lebih lanjut.
4) Economizer
Economizer merupakan pemanas air terakhir sebelum masuk ke drum.
Di dalam economizer air menyerap panas gas buang yang keluar dari super
heater sebelum dibuang ke atmosfir melalui cerobong.
5) Penyala (Burner)
Burner adalah salah satu komponen dari boiler yang menyediakan
input panas dengan pembakaran bahan bakar fosil (solar, batubara dll)
termasuk gas alam, dengan hembusan udara atau oksigen. Bahan bakar
dikabutkan melalui semprotan bertekanan melalui nozzle. Semprotan kabut
ini biasanya dinyalakan oleh percikan listrik.
b. Peralatan Pengaman Boiler (Apendages)
3
Apendages ketel adalah peralatan ketel yang di gunakan untuk
menjamin keselamatan ketel pada waktu beroperasi/bekerja. Apendages
ketel sudah ditetapkan oleh Undang-Undang. Berbagai appendages yang
bersinggungan dengan uap tidak boleh menggunakan bahan dari besi tuang
karena terlalu rapuh.
Berdasarkan Undang-Undang Uap tahun 1930 pasal 12 pesawat uap
harus dilengkapi dengan alat pengaman yang disesuaikan dengan
penggolongan ketel uapnya. Dengan adanya alat pengaman, maka boiler
yang dioperasikan akan aman bagi operator dan lingkungan. Alat-alat
pengaman yang ada pada boiler:
1) Katup pengaman (safety valve)
Alat ini bekerja membuang uap pada tekanan yang telah ditentukan
sesuai dengan penyetelan klep pada alat ini. Umumnya pada katup
pengaman tekanan uap basah (saturated steam) disetel pada tekanan 21
kg/cm2, sedangkan pada katup pengaman tekanan uap lanjut (superheated
steam) di setel pada tekanan 20,5 kg/cm2. Penyetelan hanya dilakukan
bersama hanya dengan petugas Badan Pembina Normal Keselamatan Kerja
(BPNKK) setelah adanya pemeriksaan berkala atau revisi besar.
Terdapat empat macam jenis katup pengaman, yaitu:
Lever safety valve
4
Berfungsi untuk menjaga tekanan boiler tetap aman. Jika ada tekanan
yang melebihi seting, maka katup akan terangkat dari kedudukannya
dan uap akan keluar secara otomatis,sehngga tekanan dalam air akan
turun.
Dead weight safety valve
Umumnya dipakai pada boiler yang diam. Pada tekanan normal
pemberat akan menyebabkan katup terletak pada kedudukannya. Jika
tekanan melebihi seting, katup akan terangkat dari kedudukannya dan
uap akan keluar sehingga tekanan normal lagi. Jumlah pemberat
disesuaikan dengan tekanan perencanaan.
High steam and lower safety valve
Katup ini terletak di puncak pada ketel uap Cornish dan Lancashire.
Katup ini digunakan jika tekanan kerja uap lebih besar daripada seting,
dan jika level air dalam boiler terlalu rendah.
Spring loaded safety valve
Biasanya dipakai pada boiler yang bergerak, misalnya pada kereta api.
Terdapat dua katup yang di tempatkan pada dudukan katup. Jika
tekanan melebihi seting, maka uap mendesak katup.
2) Gelas penduga (sight glass)
Gelas penduga atau disebut juga water level indicator adalah alat untuk
melihat tinggi air didalam drum atas, untuk memudahakan pengontrolan air
dalam ketel waktu operasi. Agar tidak terjadi penyumbatan-penyumbatan
pada kran-kran uap dan air
pada alat ini, maka perlu
diadakan spui air secara
priodik pada semua kran
minimal setiap 3 (tiga) jam.
Gelas
dilengkapi
penduga
dengan
ini
alat
pengontrol air otomatis, bel
akan berbunyi dan lampu
merah akan menyala pada waktu kekurangan air.
3) Kran penguras (blow down valve)
5
Berfungsi untuk membuang air beserta endapan-endapan yang terjadi
pada dasar drum ketel, atau digunakan untuk mengosongkan air pada saat
ketel akan over houl (perbaikan keseluruhan).
4) Pengukur tekanan (manometer)
Manometer adalah alat pengukur tekanan uap di dalam ketel yang
dipasang satu buah untuk tekanan uap di panasi lanjut dan satu buah lagi
untuk tekan uap basah. Untuk menguji kebenaran penunjuk alat ini, pada
setiap manometer di pasang kran cabang tiga yang digunakan untuk
memasang manometer penera (manometer tera).
5) Pluit bahaya (Flute)
Berfungsi untuk memberikan tanda peringatan kepada operator apabila
permukaan air dalam boiler turun sampai batas minimum agar operator dapat
mengambil tindakan pengamanan.
c. Komponen Pendukung (auxiliaries)
1) Kran uap induk
Kran uap induk berfungsi sebagai alat untuk membuka dan menutup
aliran uap keluar ketel yang terpasang pada pipa induk. Alat ini dibuat dari
bahan tahan panas dan tekanan tinggi.
2) Pemipaan
Sistem pemipaan, seperti pipa-pipa penyalur uap, pemipaan yang pada
sistem pengumpan air, dan sistem pembakaran dengan bahan bakar minyak
dan gas.
3) Pompa dan Kran pemasukan air
Pompa ini bertugas selain mengisi air kedalam boiler, juga berfungsi
untuk menaikkan tekanan air dan uap sesuai dengan ekanan kerja boiler.
6
Kran pemasukan air terdiri 2 (dua) buah kran yaitu satu buah kran ulir
dan satu buah lagi kran arah (non return valve). Kedua alat ini terbuat dari
bahan yang tahan panas dan tekanan tinggi.
4) Pemanas Udara (Air Heater)
Air heater adalah alat pemanas udara penghembus bahan bakar.
Prinsip kerja air heater yaitu memanaskan udara yang lewat disela-sela pipa
dialiran udara yang dihembus oleh forced draft fan (FDF). FDF merupakan
alat bantu ketel yang berfungsi sebagai penghembus bahan bakar supaya
mendapatkan udara penghembus yang bersuhu tinggi antara 250 - 350
derajad celsius. FDF boleh dioperasikan setelah induced draft fan (IDF)
dioperasikan terlebih dahulu. Dengan adanya udara penghembus yang
bersuhu tinggi, maka keuntungan yang di dapatkan antara lain:
Mempercepat terbakarnya bahan bakar, yang berarti
pula
memeprcepat pembuatan uap atau steam
Mengurangi jumlah bahan bakar persatuan uap, yang berarti boiler
efficiency bertambah.
Produksi uap lebih tinggi
5) Sistem Gas Buang (Flue Gas)
Gas bekas setelah ruang pembakaran kedua dihisap oleh blower isap
(IDF) melalui saringan abu (Dast Colector) kemudian dibuang ke udara
bebas melalui cerobong asap (Chimney). Pengaturan tekanan didalam dapur
dilakukan pada corong keluar Blower (Exhaust) dengan katup yang diatur
secara otomatis oleh alat hidrolis (Furnace Draft Control).
6)
Air pengisi ketel (Boiler Feed Water)
Air pengisi ketel terdapat 2 sumber antara lain : Air kondensat dan Air
bebas mineral (demineralized water).
Air kondensat, di dapatkan dari hasil kondensasi uap bekas (exhaust
steam) yang telah di gunakan sebagai pemanas pada proses produksi yang
lain. Terjadinya pengembunan uap bekas adalah sebai berikut: Steam
sebagai media dalam bentuk uap kering (super heated steam), setelah
digunakan sebagai penggerak utama, masih dalam bentuk uap, sehingga
disebut uap bekas (exhaust steam). Exhaust steam masih dapat di
manfaatkan sebagai pemanas dalam proses produksi yang lain. Dari hasil
pertukaran panas tersebut uap bekas mengalami penurrunan temperatur dan
7
tekanan, sehingga terjadi proses kondensasi yang mengubah exhaust steam
menjadi air kondensat.
Kondensat tersebut di tampung dan dialirkan ke stasiun boiler, sebagai
air pengisi ketel. Air kondensat yang memenuhi persyaratan sebagai air
pengisi ketel adalah sebagai berikut:
- pH :8.5-9.5
-Total Hardness as Ca CO3(ppm) :
:9
Mata Kuliah : Instalasi Pembangkit Tenaga Uap
Dosen
: Ir. Budi Kaliwanto, MT.
Bagian/Komponen Ketel Uap (Boiler)
1. Pendahuluan
Ketel uap (boiler) merupakan salah satu peralatan yang sangat penting di
dalam suatu pembangkit tenaga listrik, instalasi pemanas, dan tenaga
penggerak
lainnya.
Alat
ini
merupakan
penukar
kalor
untuk
menghasilkan/membangkitkan uap air (steam generator), dimana energi panas
yang dihasilkan dari pembakaran diubah menjadi energi potensial yang berupa
uap. Uap yang mempunyai tekanan dan temperatur tinggi tersebut digunakan
sebagai media penggerak utama turbin uap atau alat pemanas lainnya. Energi
panas diperoleh dengan jalan pembakaran bahan bakar di ruang bakar.
Air merupakan fluida utama sebagai media kerja di dalam boiler. Boiler
mengubah air menjadi uap melalui proses perpindahan panas. Panas dari ruang
bakar/dapur berasal dari pembakaran bahan bakar baik padat, cair maupun gas.
Sebagai perangkat yang beroperasi pada temperatur dan tenkanan yang
tinggi, boiler memiliki risiko kecelakaan seperti kebakaran dan ledakan. Oleh
karena itu boiler memiliki persyaratan-persyaratan dan baku mutu (standar
mutu) mulai dari perancangan, pengoperasian, perawatan, maupun operator
yang menjalankan.
Beberapa peraturan dan standar yang berkaitan dengan instalasi pembangkit
tenaga uap adalah sebagai berikut:
•
Undang-Undang Uap Tahun 1930
•
Peraturan Uap tahun 1930
•
Undang- undang No.1 tahun 1970
•
American Sociaty of Mechanical Engineers (ASME) Boiler and Pressure
Vessel Code, Section I, II and V
1
Proses pembangkitan uap dilakukan mulai dari pembakaran bahan bakar,
pemompaan air kedalam boiler, pemasokan uap ke peralatan yang membutuhkan.
Bagian-bagian
boiler
terdiri
dari
kompunen
utama,
peralatan
pengangan
(apendages), dan komponen bantu (auxilaries).
2. Komponen Boiler
a. Komponen utama
Komponen utama terdiri dari:
1) Dapur (furnace) atau disebut juga combustion chamber, sebagai alat
untuk mengubah energi kimia menjadi energi panas. Didalam dapur ini
terjadi pembakaran bahan bakar bercampur dengan udara. Dapur terdiri
dari ruang pembakaran dan ruang gas panas.
2) Alat penguap (eveporator) yang mengubah energi pembakaran (energi
panas) menjadi energi potensial uap. Alat ini terdiri dari pipa atau tabung
penguap (riser tube), drum uap (steam drum) dan drum air (water atau
mud drum) serta pipa penyalur turun (down comer tube). Pada bagian ini
terjadi proses perpindahan panas (heat transfer) antara gas panas dari
tungku dengan air dalam pipa-pipa yang mengubah air menjadi uap.
Sistem pemipaan tergantung tipe boiler, seperti pipa api pada boiler pipa
api, dan pipa air pada boiler pipa air
2
3) Pemanas Lanjut (Super heater)
Uap yang berasal dari penguapan di dalam drum atas belum dapat
dipergunakan oleh turbin uap, oleh karenanya harus dilakukan pemanasan
uap lanjut melalui pipa uap pemanas lanjut (Super heater Pipe), hingga uap
benar-benar kering dengan temperatur 260 oC – 340 oC. Pipa-pipa pemanas
uap
lanjut
dipasang
di
dalam
ruang
pembakaran
kedua,
hal
ini
mengakibatkan uap basah yang dialirkan melalui pipa tersebut akan
mengalami pemanasan lebih lanjut.
4) Economizer
Economizer merupakan pemanas air terakhir sebelum masuk ke drum.
Di dalam economizer air menyerap panas gas buang yang keluar dari super
heater sebelum dibuang ke atmosfir melalui cerobong.
5) Penyala (Burner)
Burner adalah salah satu komponen dari boiler yang menyediakan
input panas dengan pembakaran bahan bakar fosil (solar, batubara dll)
termasuk gas alam, dengan hembusan udara atau oksigen. Bahan bakar
dikabutkan melalui semprotan bertekanan melalui nozzle. Semprotan kabut
ini biasanya dinyalakan oleh percikan listrik.
b. Peralatan Pengaman Boiler (Apendages)
3
Apendages ketel adalah peralatan ketel yang di gunakan untuk
menjamin keselamatan ketel pada waktu beroperasi/bekerja. Apendages
ketel sudah ditetapkan oleh Undang-Undang. Berbagai appendages yang
bersinggungan dengan uap tidak boleh menggunakan bahan dari besi tuang
karena terlalu rapuh.
Berdasarkan Undang-Undang Uap tahun 1930 pasal 12 pesawat uap
harus dilengkapi dengan alat pengaman yang disesuaikan dengan
penggolongan ketel uapnya. Dengan adanya alat pengaman, maka boiler
yang dioperasikan akan aman bagi operator dan lingkungan. Alat-alat
pengaman yang ada pada boiler:
1) Katup pengaman (safety valve)
Alat ini bekerja membuang uap pada tekanan yang telah ditentukan
sesuai dengan penyetelan klep pada alat ini. Umumnya pada katup
pengaman tekanan uap basah (saturated steam) disetel pada tekanan 21
kg/cm2, sedangkan pada katup pengaman tekanan uap lanjut (superheated
steam) di setel pada tekanan 20,5 kg/cm2. Penyetelan hanya dilakukan
bersama hanya dengan petugas Badan Pembina Normal Keselamatan Kerja
(BPNKK) setelah adanya pemeriksaan berkala atau revisi besar.
Terdapat empat macam jenis katup pengaman, yaitu:
Lever safety valve
4
Berfungsi untuk menjaga tekanan boiler tetap aman. Jika ada tekanan
yang melebihi seting, maka katup akan terangkat dari kedudukannya
dan uap akan keluar secara otomatis,sehngga tekanan dalam air akan
turun.
Dead weight safety valve
Umumnya dipakai pada boiler yang diam. Pada tekanan normal
pemberat akan menyebabkan katup terletak pada kedudukannya. Jika
tekanan melebihi seting, katup akan terangkat dari kedudukannya dan
uap akan keluar sehingga tekanan normal lagi. Jumlah pemberat
disesuaikan dengan tekanan perencanaan.
High steam and lower safety valve
Katup ini terletak di puncak pada ketel uap Cornish dan Lancashire.
Katup ini digunakan jika tekanan kerja uap lebih besar daripada seting,
dan jika level air dalam boiler terlalu rendah.
Spring loaded safety valve
Biasanya dipakai pada boiler yang bergerak, misalnya pada kereta api.
Terdapat dua katup yang di tempatkan pada dudukan katup. Jika
tekanan melebihi seting, maka uap mendesak katup.
2) Gelas penduga (sight glass)
Gelas penduga atau disebut juga water level indicator adalah alat untuk
melihat tinggi air didalam drum atas, untuk memudahakan pengontrolan air
dalam ketel waktu operasi. Agar tidak terjadi penyumbatan-penyumbatan
pada kran-kran uap dan air
pada alat ini, maka perlu
diadakan spui air secara
priodik pada semua kran
minimal setiap 3 (tiga) jam.
Gelas
dilengkapi
penduga
dengan
ini
alat
pengontrol air otomatis, bel
akan berbunyi dan lampu
merah akan menyala pada waktu kekurangan air.
3) Kran penguras (blow down valve)
5
Berfungsi untuk membuang air beserta endapan-endapan yang terjadi
pada dasar drum ketel, atau digunakan untuk mengosongkan air pada saat
ketel akan over houl (perbaikan keseluruhan).
4) Pengukur tekanan (manometer)
Manometer adalah alat pengukur tekanan uap di dalam ketel yang
dipasang satu buah untuk tekanan uap di panasi lanjut dan satu buah lagi
untuk tekan uap basah. Untuk menguji kebenaran penunjuk alat ini, pada
setiap manometer di pasang kran cabang tiga yang digunakan untuk
memasang manometer penera (manometer tera).
5) Pluit bahaya (Flute)
Berfungsi untuk memberikan tanda peringatan kepada operator apabila
permukaan air dalam boiler turun sampai batas minimum agar operator dapat
mengambil tindakan pengamanan.
c. Komponen Pendukung (auxiliaries)
1) Kran uap induk
Kran uap induk berfungsi sebagai alat untuk membuka dan menutup
aliran uap keluar ketel yang terpasang pada pipa induk. Alat ini dibuat dari
bahan tahan panas dan tekanan tinggi.
2) Pemipaan
Sistem pemipaan, seperti pipa-pipa penyalur uap, pemipaan yang pada
sistem pengumpan air, dan sistem pembakaran dengan bahan bakar minyak
dan gas.
3) Pompa dan Kran pemasukan air
Pompa ini bertugas selain mengisi air kedalam boiler, juga berfungsi
untuk menaikkan tekanan air dan uap sesuai dengan ekanan kerja boiler.
6
Kran pemasukan air terdiri 2 (dua) buah kran yaitu satu buah kran ulir
dan satu buah lagi kran arah (non return valve). Kedua alat ini terbuat dari
bahan yang tahan panas dan tekanan tinggi.
4) Pemanas Udara (Air Heater)
Air heater adalah alat pemanas udara penghembus bahan bakar.
Prinsip kerja air heater yaitu memanaskan udara yang lewat disela-sela pipa
dialiran udara yang dihembus oleh forced draft fan (FDF). FDF merupakan
alat bantu ketel yang berfungsi sebagai penghembus bahan bakar supaya
mendapatkan udara penghembus yang bersuhu tinggi antara 250 - 350
derajad celsius. FDF boleh dioperasikan setelah induced draft fan (IDF)
dioperasikan terlebih dahulu. Dengan adanya udara penghembus yang
bersuhu tinggi, maka keuntungan yang di dapatkan antara lain:
Mempercepat terbakarnya bahan bakar, yang berarti
pula
memeprcepat pembuatan uap atau steam
Mengurangi jumlah bahan bakar persatuan uap, yang berarti boiler
efficiency bertambah.
Produksi uap lebih tinggi
5) Sistem Gas Buang (Flue Gas)
Gas bekas setelah ruang pembakaran kedua dihisap oleh blower isap
(IDF) melalui saringan abu (Dast Colector) kemudian dibuang ke udara
bebas melalui cerobong asap (Chimney). Pengaturan tekanan didalam dapur
dilakukan pada corong keluar Blower (Exhaust) dengan katup yang diatur
secara otomatis oleh alat hidrolis (Furnace Draft Control).
6)
Air pengisi ketel (Boiler Feed Water)
Air pengisi ketel terdapat 2 sumber antara lain : Air kondensat dan Air
bebas mineral (demineralized water).
Air kondensat, di dapatkan dari hasil kondensasi uap bekas (exhaust
steam) yang telah di gunakan sebagai pemanas pada proses produksi yang
lain. Terjadinya pengembunan uap bekas adalah sebai berikut: Steam
sebagai media dalam bentuk uap kering (super heated steam), setelah
digunakan sebagai penggerak utama, masih dalam bentuk uap, sehingga
disebut uap bekas (exhaust steam). Exhaust steam masih dapat di
manfaatkan sebagai pemanas dalam proses produksi yang lain. Dari hasil
pertukaran panas tersebut uap bekas mengalami penurrunan temperatur dan
7
tekanan, sehingga terjadi proses kondensasi yang mengubah exhaust steam
menjadi air kondensat.
Kondensat tersebut di tampung dan dialirkan ke stasiun boiler, sebagai
air pengisi ketel. Air kondensat yang memenuhi persyaratan sebagai air
pengisi ketel adalah sebagai berikut:
- pH :8.5-9.5
-Total Hardness as Ca CO3(ppm) :