Pengaruh Pemakaian Fosfat Treatment Dalam Mengontrol pH vs Fosfat Pada Package Boiler (53-BF-4001) Dan Waste Heat Boiler (53-BF-4002) Di Unit Utility-1 PT. Pupuk Iskandar Muda

PENGARUH PEMAKAIAN FOSFAT TREATMENT DALAM

MENGONTROL pH VS FOSFAT PADA PACKAGE BOILER

(53-BF-4001), DAN WASTE HEAT BOILER (53-BF-4002) DI UNIT

UTILITY-1 PT. PUPUK ISKANDAR MUDA

KARYA ILMIAH

M. FAHRIZA SYAHPUTRA

072409057

PROGRAM STUDI DIPLOMA-III KIMIA INDUSTRI

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2010

PENGARUH PEMAKAIAN FOSFAT TREATMENT DALAM

MENGONTROL pH VS FOSFAT PADA PACKAGE BOILER

(53-BF-4001), DAN WASTE HEAT BOILER (53-BF-4002) DI UNIT

UTILITY-1 PT. PUPUK ISKANDAR MUDA

KARYA ILMIAH

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Ahli Madya

M. FAHRIZA SYAHPUTRA 072409057

PROGRAM STUDI DIPLOMA-III KIMIA INDUSTRI

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2010

PERSETUJUAN

Judul :PENGARUH PEMAKAIAN FOSFAT

TREATMENT DALAM MENGONTROL pH VS FOSFAT PADA PACKAGE BOILER ( 53-BF-4001 ) DAN WASTE HEAT BOILER ( 53-BF-4002 ) DI UNIT UTILITY-1 PT. PUPUK ISKANDAR MUDA

Katagori : KARYA ILMIAH

Nama : M. FAHRIZA SYAHPUTRA

Nomor induk mahasiswa : 072409057

Program studi : D-3 KIMIA INDUSTRI

Departemen : KIMIA

Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Disetujui di

Medan, Juni 2010

Diketahui / Disetujui oleh

Departemen Kimia FMIPA USU Pembimbing

Ketua,

Dr. Rumondang Bulan, MS Drs. Firman Sebayang, MS

PERNYATAAN

PENGARUH PEMAKAIAN FOSFAT TREATMENT DALAM MENGONTROL pH VS FOSFAT PADA PACKAGE BOILER (53-BF-4001), DAN WASTE HEAT BOILER (53-BF-4002) DI UNIT UTILITY-1 PT. PUPUK ISKANDAR MUDA

TUGAS AKHIR

Saya mengakui bahwa tugas akhir ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing – masing disebutkan sumbernya.

Medan, Juni 2010

M. FAHRIZA SYAHPUTRA 072409057

PENGHARGAAN

Syukur Alhamdulillah kehadirat Allah SWT atas segala limpahan serta curahan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan karya ilmiah yang berjudul “ Pengaruh Pemakaian Fosfat Treatment Dalam Mengontrol pH Vs Phosphate Pada Package Boiler 4001), Dan Waste Heat Boiler (53-Bf-4002) Di Unit Utility-1 PT. Pupuk Iskandar Muda “.

Penulisan karya ilmiah ini merupakan salah satu persyaratan untuk menyelesaikan studi program Diploma-III Kimia Industri pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam di Universitas Sumatera Utara.

Penulis menyadari karya ilmiah ini tidak luput dari kekurangan dan kelemahan dalam penulisannya, untuk itu penulis sangat mengharapkan masukkan yang bermanfaat dari pembaca demi kesempurnaan penulisan karya ilmiah ini. Dalam kesempatan ini penulis menghaturkan terima kasih yang tak terhingga dan terkhusus kepada Ayahanda M. SYAHRUL CHAZALI dan Ibunda ROSMAWATY tercinta yang tak pernah surut menyayangi dan mengasihi ananda dan anak-anaknya serta tulus memberikan dukungan moril maupun materil hingga selesainya studi ananda. Dan tak lupa juga terima kasih kepada adik-adikku Wawan, Salim, dan Fina yang telah banyak mendoakan dan memberikan dukungan hinggan selesainya penulisan karya ilmiah ini. Penulis juga ingin menyampaikan rasa terima kasih kepada :

1. Bapak Drs. Firman Sebayang, MS selaku dosen pembimbing yang selalu memberikan bimbingan dan saran kepada penulis.

2. Ibu Dr. Rumondang Bulan, MS selaku Ketua Departemen Kimia Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam.

3. Bapak Prof.Dr. Harry Agusnar, M.Sc, M.Phil, selaku Ketua Program Studi D3Kimia Industri Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.

4. Seluruh dosen khususnya dosen-dosen kimia industry serta para staf tata usaha.

5. Teman-teman seperjuangan di Kimia Industri stambuk 07 yang banyak membantu dalam suka maupun duka.

Akhir kata, penulis berharap semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi para pembaca. Medan, Juni 2010

ABSTRAK

PT. Pupuk Iskandar Muda menggunakan fosfat treatment untuk mengontrol pH pada sistem boiler water. fosfat treatment dipilih karena lebih menguntungkan dibanding caustic soda (NaOH) treatment yang telah dikenal lebih dulu. Pada fosfat treatment, konsentrasi fosfat dan pH dikontrol dengan penggunaan campuran disodium fosfat (Na2HPO4, Na/PO4=2.0) dan trisodium fosfat (Na3PO4, Na/PO4=3.0), sehingga target pH dan fosfat pada boiler water bisa tercapai, dengan tetap secara efektif mempertahankan konsentrasi free caustic dalam nilai yang sangat rendah.

THE EFFECT OF USE FOSFAT TREATMENT IN CONTROLLING THE pH VS FOSFAT IN PACKAGE BOILER (53-BF-4001), AND WASTE HEAT

BOILER (53-BF-4002) IN-1 UNIT UTILITY PT. ISKANDAR MUDA FERTILIZER

ABSTRACT

PT. Iskandar Muda fertilizer using a fosfat treatment to control pH in boiler water systems. Fosfat treatment was chosen because it is more profitable than caustic soda (NaOH) treatment which was already known in advance. In the fosfat treatment, fosfat concentration and pH is controlled with the use of a mixture of disodium fosfat (Na2HPO4, Na/PO4 = 2.0) and trisodium fosfat (Na3PO4, Na/PO4 = 3.0), so that the target pH and fosfat in boiler water can be achieved, keeping in effectively maintain the concentration of free caustic in a very low value.

DAFTAR ISI

Halaman

PERSETUJUAN ... i

PERNYATAAN ... ii

PENGHARGAAN ... iii

ABSTRAK ... iv

ABSTRACT ... v

DAFTAR ISI ... vi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan ... 3

1.4 Manfaat ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengenalan Boiler ... 4

2.2 Kondisi Umpan Boiler ... 6

2.3 Masalah-Masalah Pada Boiler ... 7

2.3.1 Pembentukan Kerak ... 8

2.3.3 Peristiwa Pembentukan Deposit ... 11

2.3.4 Kontaminasi uap ... 12

2.4 Pengolahan Eksternal Air Umpan Boiler ... 17

2.4.1 Koagulasi Dan Flokulasi... 17

2.4.2 Sedimentasi ... 19

2.4.3 Filtrasi ... 19

2.4.4 Demineralisasi ... 20

2.4.5 Deaerasi ... 23

2.5 Pemeliharaan Boiler ... 23

2.5.1 Proses Commisioning Awal ... 24

2.5.2 Operasi Pada Keadaan Normal Dan Darurat ... 25

2.5.3 Pembersihan Boiler ... 25

2.6 Spesifikasi Air Umpan Boiler ... 26

BAB III ALAT DAN BAHAN 3.1 Alat ... 27

3.2 Bahan ... 27

BAB IV HASIL EVALUASI DATA DAN PEMBAHASAN 3.1 Hasil Evaluasi Data ... 28

3.2 Pembahasan... 31

3.3 Fenomena Fosfat Hide Out ... 33

3.3.1 Faktor Penyebab Terjadinya Fosfat Hide Out ... 33

3.3.3 Solusi Terjadinya Fosfat Hide Out ... 36

BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN

4.1 Kesimpulan ... 38 4.2 Saran ... 39

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

ABSTRAK

PT. Pupuk Iskandar Muda menggunakan fosfat treatment untuk mengontrol pH pada sistem boiler water. fosfat treatment dipilih karena lebih menguntungkan dibanding caustic soda (NaOH) treatment yang telah dikenal lebih dulu. Pada fosfat treatment, konsentrasi fosfat dan pH dikontrol dengan penggunaan campuran disodium fosfat (Na2HPO4, Na/PO4=2.0) dan trisodium fosfat (Na3PO4, Na/PO4=3.0), sehingga target pH dan fosfat pada boiler water bisa tercapai, dengan tetap secara efektif mempertahankan konsentrasi free caustic dalam nilai yang sangat rendah.

THE EFFECT OF USE FOSFAT TREATMENT IN CONTROLLING THE pH VS FOSFAT IN PACKAGE BOILER (53-BF-4001), AND WASTE HEAT

BOILER (53-BF-4002) IN-1 UNIT UTILITY PT. ISKANDAR MUDA FERTILIZER

ABSTRACT

PT. Iskandar Muda fertilizer using a fosfat treatment to control pH in boiler water systems. Fosfat treatment was chosen because it is more profitable than caustic soda (NaOH) treatment which was already known in advance. In the fosfat treatment, fosfat concentration and pH is controlled with the use of a mixture of disodium fosfat (Na2HPO4, Na/PO4 = 2.0) and trisodium fosfat (Na3PO4, Na/PO4 = 3.0), so that the target pH and fosfat in boiler water can be achieved, keeping in effectively maintain the concentration of free caustic in a very low value.

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Kegunaan air dalam proses industri sangat banyak sekali, selain sebagai air baku pada industri air minum dan pemutar turbin pada pembangkit tenaga listrik, juga sebagai alat bantu utama dalam kerja pada proses – proses industri. Selain itu juga air digunakan sebagai sarana pembersihan ( cleaning ) baik itu pembersihan area atau alat – alat produksi yang tidak memerlukan air dengan perlakuan khusus atau cleaning dengan menggunakan air dengan kualitas dan prasyarat tertentu yang membutuhkan sterilisasi dan ketelitian yang tinggi. Air juga berperan sebagai media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses yaitu dalam bentuk steam.

Boiler adalah tungku dalam berbagai bentuk dan ukuran yang digunakan untuk menghasilkan uap lewat penguapan air untuk dipakai pada pembangkit tenaga listrik lewat turbin, proses kimia, dan pemanasan dalam produksi. Didalam boiler, air dididihkan sampai menjadi steam, maka volumnnya akan meningkat sampai 1600

kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik.

Air baku yang digunakan untuk menghasilkan steam ini harus murni dan tidak mengandung garam-garam kalsium dan magnesium (air sadah). Air yang mengandung garam-garam ini dapat mengganggu sistem kerja boiler. Garam-garam ini biasanya berupa garam bikarbonat, klorida, sulfat, dan nitrat. Kalsium sulfat, karbonat, dan silikat dapat membentuk kerak yang mempunyai konduktivitas termal rendah di dalam boiler. Magnesium silikat dan kalsium karbonat juga dapat menghambat perpindahan kalor di dalam boiler. Akibat dari kualitas air baku yang buruk, dapat menyebabkan masalah seperti korosi, pembentukan kerak, kontaminasi uap, deposit dan keretakan oleh basa.

Kerugian yang ditimbulkan dari masalah ini yaitu dapat menghambat perpindahan panas karena kerak yang terbentuk pada permukaan boiler akan menghalangi transfer panas sehingga pemanasan jadi tidak efisien. Hal ini dapat juga menyebabkan kelebihan panas pada logam dan mempercepat korosi. Pembusaan pada air boiler dapat terjadi pada permukaan air dan menyebabkan pencemaran uap yang disebabkan oleh garam-garam dalam sistem uap.

(Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia www.energyefficiencyasia.org/2010/01/20/)

1.2Perumusan Masalah

Pengolahan air boiler yang tidak memenuhi spesifikasi dapat mengakibatkan beberap masalah seperti korosi, pembentukan kerak dan keretakan oleh basa. Keretakan oleh basa ini disebabkan oleh kandungan basa (NaOH) yang terdapat dalam boiler. Kondisi yang menyebabkan terjadinya keretakan basa ini adalah logam mendapat tekanan. Kandungan basa air, trace silika dalam air ketel dan beberapa mekanisme seperti kebocoran kecil untuk membiarkan air ketel menjadi terpusat pada logam yang mengalami tekanan. Kelebihan hidroksida dalam air ketel adalah hasil dari pirolisa Natrium fosfat yang ditambahkan untuk pengaturan pH atau pengurangan kalsium dan magnesium.

1. Untuk mengetahui tahap-tahap pengolahan air umpan boiler di PT. Pupuk Iskandar Muda

2. Untuk mengetahui pengaruh pengaturan fosfat treatment terhadap air umpan boiler di PT. Pupuk Iskandar Muda.

1.4 Manfaat

Dengan menjaga kualitas serta pengaturan pH yang baik pada air umpan boiler, akan mencegah dan mengurangi terjadinya korosi dan pembentukan kerak serta pembentukan deposit. Sehingga dapat meningkatkan efisiensi kerja dari boiler.

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengenalan Boiler

Boiler merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk menghasilkan steam (uap) dalam berbagai keperluan. Air di dalam boiler dipanaskan oleh panas dari hasil pembakaran bahan bakar (sumber panas lainnya) sehingga terjadi perpindahan panas dari sumber panas tersebut ke air yang mengakibatkan air tersebut menjadi panas atau berubah wujud menjadi uap. Air yang lebih panas memiliki berat jenis yang lebih rendah dibanding dengan air yang lebih dingin, sehingga terjadi perubahan berat jenis air di dalam boiler. Air yang memiliki berat jenis yang lebih kecil akan naik, dan sebaliknya air yang memiliki berat jenis yang lebih tinggi akan turun ke dasar.

(Djokosetyardjo,,M.J.1990)

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.

Jenis-jenis boiler : I Berdasarkan bahan

Jenis boiler berdasarkan bahan bakar dapat dikelompokkan menjadi : - Boiler bahan bakar padat

- Boiler bahan bakar cair - Boiler bahan bakar gas

II. Berdasarkan posisi air dan gas panas

Jenis boiler berdasarkan posisi air dan gas panas dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

- Boiler pipa air ( water tube ) - Boiler pipa api ( fire tube ) - Boiler kombinasi

III. Berdasarkan tekanan

Jenis boiler berdasarkan tekanan dapat dibagi menjadi : - Boiler tekanan rendah

- Boiler tekanan sedang - Boiler tekanan tinggi

IV. Berdasarkan sirkulasi

Jenis boiler berdasarkan sirkulasi air dapat dibagi atas : - Boiler sirkulasi alami

- Boiler sirkulasi paksa

2.2 Kondisi Air Umpan Boiler

Air yang digunakan pada proses pengolahan dan air umpan boiler diperoleh dari air sungai, air waduk, sumur bor dan sumber mata air lainnya. Kualitas air tersebut tidak sama walaupun menggunakan sumber air sejenis, hal ini dipengaruhi oleh lingkungan asal air tersebut. Sumber mata air sungai umumnya sudah mengalami pencemaran oleh aktivitas penduduk dan kegiatan industri, oleh sebab itu perlu dilakukan pemurnian. (Santika,Sri.1984)

Air umpan boiler harus memenuhi spesifikasi yang telah ditentukan agar tidak menimbulkan masalah-masalah pada pengoperasian boiler. Air tersebut harus bebas dari mineral-mineral yang tidak diinginkan serta pengotor-pengotor lainnya yang dapat menurunkan efisiensi kerja dari boiler.

Feed water harus memenuhi prasyarat tertentu seperti yang diuraikan dalam tabel di bawah ini :

Parameter Satuan Pengendalian Batas

pH Unit 10.5 – 11.5

Conductivity µ mhos/cm 5000, max

TDS Ppm 3500, max

P – Alkalinity Ppm -

M – Alkalinity Ppm 800, max O – Alkalinity Ppm 2.5 x SiO2, min

T. Hardness Ppm -

Silica Ppm 150, max

Besi Ppm 2, max

Phosphat residual Ppm 20 – 50 Sulfite residual Ppm 20 – 50 pH condensate Unit 8.0 – 9.0

NALCOH. Reference

2.3 Masalah-masalah pada Boiler

Suatu boiler atau pembangkit uap yang dioperasikan tanpa kondisi air yang baik , cepat atau lambat akan menimbulkan masalah-masalah yang berkaitan dengan kinerja dan kualitas dari sistem pembangkit uap. Banyak masalah-masalah yang ditimbulkan akibat dari kurangnya penanganan dan perhatian khusus terhadap penggunaan air umpan boiler.

Akibat dari kurangnya penanganan terhadap air umpan boiler akan menimbulkan masalah-masalah sebagai berikut :

1. Pembentukan kerak 2. Peristiwa korosi 3. Pembentukan deposit

2.3.1. Pembentukan kerak

Terbentuk kerak pada dinding boiler terjadi akibat adanya mineral-mineral pembentukan kerak, misalnya ion-ion kesadahan seperti Ca2+ dan Mg2+ dan akibat pengaruh gas penguapan. Diamping itu pula dapat disebabkan oleh mekanisme pemekatan didalam boiler karena adanya pemanasan. Jenis-jenis kerak yang umum dalam boiler adalah kalsium sulfat, senyawa silikat dan karbonat. Zat-zat dapat membentuk kerak yang keras dan padat sehingga bila lama penanganannya akan sulit sekali untuk dihilangkan. Silika diendapkan bersama dengan kalsium dan magnesium sehingga membuat kerak semakin keras dan semakin sulit untuk dihilangkan.

( Gaffert,Gustaf A. 1974 ).

Kerak yang menyelimuti permukaan boiler berpengaruh terhadap perpindahan panas permukaan dan menunjukkan dua akibat utama yaitu berkurangnya panas yang dipindahkan dari dapur ke air yang mengakibatkan meningkatkan temperatur disekitar dapur, dan menurunnya efisiensi boiler.

Untuk mengurangi terjadinya pembentukan kerak pada boiler dapat dilakukan pencegahan-pencegahan sebagai berikut :

- Mengurangi jumlah mineral dengan unit softener - Melakukan blowdown secara teratur jumlahnya

- Memberikan bahan kimia anti kerak

Zat terlarut dan tersuspensi yang terdapat pada semua air alami dapat dihilangkan/dikurangi pada proses pra-treatment ( pengolahan awal ) yang terbukti ekonomis. Penanggulangan kerak yang sudah ada dapat dilakukan dengan cara :

- On-line cleaning yaitu pelunakan kerak-kerak lama dengan bahan kimia

selama Boiler beroperasi normal.

- Off-line cleaning ( acid cleaning ) yaitu melarutkan kerak-kerak lama

dengan asam-asam khusus tetapi Boiler harus berhenti beroperasi. - Mechanical cleaning : dengan sikat, pahat, scrub, dan lain-lain.

( Gaffert,Gustaf A. 1974 ).

2.3.2 Peristiwa Korosi

Korosi dapat disebabkan oleh oksigen dan karbon dioksida yang terdapat dalam uap yang terkondensasi. Korosi merupakan peristiwa logam kembali kebentuk asalnya di alam misalnya besi menjadi oksida besi, alumunium dan lain-lain. Peristiwa korosi dapat terjadi disebabkan oleh :

- Gas-gas yang bersifat korosif seperti O2, CO2, H2S - Kerak dan deposit

- Perbedaan logam ( korosi galvanis ) - pH yang terlalu rendah dan lain-lain

Jenis korosi yang dijumpai pada boiler dan sistem uap adalah general

corrosion, pitting ( terbentuknya lubang ) dan embrittlement ( peretakan baja ).

Adanya gas yang terlarut, oksigen dan karbon dioksida pada air umpan boiler adalah penyebab utama general corrosion dan pitting corrosion ( tipe oksigen elektro kimia dan diffrensial ). Kelarutan gas-gas ini di dalam air umpan boiler menurun jika suhu naik. Kebanyakan oksigen akan memisah pada ruang uap, tetapi sejumlah kecil residu akan tertinggal dalam larutan atau terperangkap pada kantong-kantong atau dibawah deposit, hal ini dapat menyebabkan korosi pada logam-logam boiler. Karena itu pentinguntuk melakukan proses deoksigenasi air boiler.

Jumlah rata-rata korosi atau serangan elektrokimia akan naik jika nilai pH air menurun. Selain itu air umpan boiler akan dikondisikan secara kimia mencapai nilai pH yang relatif tinggi. Bentuk korosi yang tidak umum tetapi berbahaya adalah bentuk korosi embrittlement atau keretakan inter kristalin pada baja yang terjadi jika berada pada tekanan yang tinggi dan lingkungan kimia yang tidak sesuai. Caustic

embrittlement atau keratakan inter kristalin pada baja yang terjadi jika berada pada

terjadi pada sambungan penyumbat dan meluas pada ujung tabung dimana celah memungkinkan perkembangan suatu lingkungan caustic yang terkonsentrasi.

( Diilon,C.P. 1989)

Hidrogen embrittlement adalah bentuk lain dari retakan interkristalin yang

terjadi pada tabung air boiler yang disebabkan tekanan tinggi dan kondisi temperatur yang tertentu.

Untuk mengurangi terjadinya peristiwa korosi dapat dilakukan pencegahan sebagai berikut :

- Mengurangi gas-gas yang bersifat korosif

- Mencegah terbentuknya kerak dan deposit dalam boiler - Mencegah korosi galvanis

- Menggunakan zat yang dapat menghambat peristiwa korosif - Mengatur pH dan alkalinitas air boiler dan lain-lain

2.3.3. Peristiwa Pembentukan Deposit

Deposit merupakan peristiwa penggumpalan zat dalam air umpan boiler yang disebabkan oleh adanya zat padat tersuspensi misalnya oksida besi, oksida tembaga dan lain-lain. Peristiwa ini dapat juga disebabkan oleh kontaminsi uap dari produk hasil proses produksi. Sumber deposit didalam air seperti garam-garam yang terlarut

dan zat-zat yang tersuspensi didalam air umpan boiler. Pemanasan dan dengan adanya zat tersuspensi dalam air pada boiler menyebabkan mengendapnya sejumlah muatan yang menurunkan daya kelarutan , jika temperaturnya dinaikkan. Hal ini menjelaskan mengapa kerak dan sludge (lumpur) terbentuk. Kerak merupakan bentuk deposit-deposit yang tetap berada pada permukaan boiler sedangkan sludge merupakan bentuk deposit-deposit yang tidak menetap atau deposit lunak. ( Milton, J.H. 1990 )

Pada ketel bertekanan tinggi, silika muda mengendap dengan uap dan dapat membentuk deposit yang menyulitkan pada daun turbin.

Pencegahan – pencegahan yang dapat dilakukan untuk mengurangi terjadinya peristiwa deposit dapat dilakukan diantaranya :

- Meminimalisasi masuknya mineral-mineral yang dapat menyebabkan deposit seperti oksida besi, oksida tembaga dan lain – lain

- Mencegah korosi pada sistem kondensat dengan proses netralisasi ( mengatur pH 8,2 – 9,2 ) dapat juga dilakukan dengan mencegah terjadinya kebocoran udara pada sistem kondensat.

- Mencegah kontaminasi uap selanjutnya menggunakan bahan kimia untuk mendispersikan mineral-mineral penyebab deposit.

Penanggulangan terjadinya deposit yang telah ada dapat dilakukan dengan acid

cleaning, online cleaning, dan mechanical cleaning.

2.3.4. Kontaminasi Uap

Ketika air boiler mengandung garam terlarut dan zat tersuspensi dengan konsentrasi yang tinggi, ada kecendrungan baginya untuk membentuk busa secara berlebihan sehingga dapat menyebabkan steam carryover zat-zat padat dan cairan pengotor kedalam uap.

Steam carryover terjadi jika mineral-mineral dari boiler ikut keluar bersama

dengan uap ke alat-alat seperti superheater, turbin, dan lain-lain. Kontaminasi-kontaminasi ini dapat diendapkan kembali pada sistem uap atau zat-zat itu akan mengontaminasi proses atau material-material yang diperlukan steam.

( Naibaho, P.M. 1996 )

Steam carryover dapat dihindari dengan menahan zat-zat padat terlarut pada

air boiler dibawah tingkat tertentu melalui suatu analisa sistematis dan kontrol pada pemberian zat-zat kimia dan blowdown. Carryover karbon dioksida dapat mengembalikan uap dan asam-asam terkondensasi.

Tabel 2 . Kecenderungan Masalah yang Timbul Akibat Tekanan Operasi Boiler.

Masalah

Tekanan Boiler Rendah (< 20 kgf/cm2)

Fenomena Penyebab 1. Kerak ฀Sebagian besar

pembentukan kerak terjadi sebagai komponen hardness atau silika pada permukaan pemanasan dan di dalam drum (*)

฀ Kadang-kadang menjadi

penyebab terjadinya perapuhan dan peretakan tube evaporasi

฀ Kualitas air yang buruk

dan ion resin exchange yang kotor

฀Kondisi yang buruk dan pengontrolan pelunakan yang tidak sempurna (*) ฀Pengontrolan boiler

water yang tidak komplit (kekurangan blow down, dsb.)(*)

฀ Jumlah injeksi bahan

kimia yang tidak mencukupi 2. Korosi ฀Korosi pada permukaan

pemanasan dan pipa

฀Kurangnya

umpan maupun kondensat yang

melarutkan gas (O2, CO2) (*)

฀Deposit korosi terakumulasi dengan oksida logam dan hidratnya pada

permukaan pemanasan (*)

oxygen scavenging (*) ฀Recovery dari kondensat

yang mengandung produk korosi (*)

฀ Terjadinya korosi pada

saat shutdown atau periode idling (rate operasi rendah)

3. Carryover ฀ Penurunan kemurnian

steam

฀ Berpengaruh pada

kualitas produk

฀ Perubahan load secara

mendadak

฀ Kurangnya

pengontrolan operasi boiler

฀ Kegagalan pemakaian

separator steam dan sistem pengontrolan feedwater

dari proses produksi ke dalam boiler

Masalah

Tekanan Boiler

Tinggi (>75 kg/cm2)/ Sedang(20-75 kg/cm2)

Fenomena Penyebab 1. Kerak ฀ Sebagian besar deposit

dari oksida logam, seperti besi oksida pada seksi loading panas tinggi, sering menjadi pemicu perapuhan dan peretakan (*)

฀ Kualitas air yang buruk

dan ion resin exchange yang kotor

฀ Terjadi kontaminasi

oleh hidrat logam (contohnya, Al(OH)3) menyebabkan kondisi yang buruk pada peralatan pre-treatment

฀ Produk korosi terbawa ke dalam boiler melalui umpan dan pipa kondensat (*)

฀ Kebocoran impuritas

dari proses produksi

฀ Letak penginjeksian

chemical (bahan kimia) yang kurang tepat

2. korosi ฀ Deposit korosi terakumulasi dengan oksida logam dan hidratnya pada permukaan pemanasan

(*)

฀ Terjadinya korosi kaustik

฀Terjadinya korosi pada pipa umpan dan kondensat yang keduanya melarutkan gas (*)

฀Produk korosi di dalam pipa umpan dan pipa kondensat yang terbawa masuk ke boiler (*)

฀ Kurangnya pengontrolan pH dan oxygen scavenging (*) ฀Kurangnya pengontrolan

pH dan alkalinitas pada boiler water

฀ Kenaikan pH boiler

water yang disebabkan oleh terikutnya Na+ dari unit demineralisasi

saat shutdown atau periode idling (rate operasi rendah)

3. Carryover ฀ Terjadinya perapuhan pada Superheater

฀ Terbentuknya kerak

pada turbin blades dan turunnya efisiensi turbin

฀ Kualitas boiler water

yang abnormal, khususnya ditandai dengan kenaikan dari silika

฀ Suspended solids dan

hidrat logam terbawa ke dalam boiler karena terjadi kesalahan pemakaian peralatan feedwater treatment

฀ Letak penginjeksian

chemical (bahan kimia) yang kurang tepat

฀ Perubahan load secara mendadak

dari proses produksi ke boiler

2.4 Pengolahan Eksternal Air Umpan Boiler

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: • Koagulasi dan Flokulasi

• Sedimentasi • Filtrasi

• Demineralisasi

• Softening • Deaerasi

Metode pengolahan awal adalah sedimentasi sederhana dalam tangki pengendapan ataupengendapan dalam clarifiers dengan bantuan koagulan dan flokulan. Penyaring pasirbertekanan, dengan aerasi untuk menghilangkan karbon dioksida dan besi.

2.4.1 Koagulasi dan Flokulasi

Koagulasi dan flokulasi yaitu proses pemberian bahan-bahan koagulan dan flokulan kedalam air umpan boiler dengan cara penginjeksian. Koagulasi merupakan proses netralisasi muatan sehingga partikel-partikel dapat saling berdekatan satu dengan yang lainnya. Flokulasi merupakan proses penyatuan antar partikel-partikel yang sudah saling berdekatan satu dengan yang lain sehingga partikel-partikel akan saling menarik dan membentuk flok. Untuk menurunkan turbidity pada inlet clarifier diinjeksikan bahan kimia, yaitu :

a. Alum Sulfat (Al2(SO4)3 . 18 H2O)

Berfungsi untuk membentuk gumpalan dari partikel yang tersuspensi dalam air. Bila alum dikontakkan dengan air maka akan terjadi hidrolisa yang menghasilkan alumunium hidroksida dan asam sulfat. Penambahan alum tergantung pada turbidity dan laju alir air.

Reaksi yang terjadi adalah :

Al2(SO4)3 . 18 H2O + 6 H2O  2 Al(OH)3 + 3H2SO4 + 18 H2O

Al(OH)3 yang berupa koloid akan mengendap bersama kotoran lain yang terikut ke dalam air sedangkan H2SO4 akan mengakibatkan air bersifat asam.

b. Caustik Soda (NaOH)

Berfungsi untuk menetralkan asam akibat reaksi pada proses sebelumnya, konsentrasi caustik soda yang ditambahkan bergantung pada keasaman larutan. PH diharapkan antara 6 – 8.

Reaksi yang terjadi adalah :

H2SO4 + 2 NaOH  Na2SO4 + 2 H2O c. Klorin (Cl2)

Penambahan klorin ini bertujuan untuk mematikan mikroorganisme dalam air, disamping itu juga untuk mencegah tumbuhnya lumut pada dinding clarifier yang dapat mengganggu proses selanjutnya.

d. Coagulant Aid (Polymer)

Berfungsi untuk mempercepat proses pengendapan, karena penambahan bahan ini akan mengikat partikel-partikel yang menggumpal sebelumnya menjadi gumpalan yang lebih besar (flok) sehingga lebih mudah dan cepat mengendap.

Tujuan sedimentasi adalah memberikan kesempatan kepada partikel-partikel besar untuk mengendap dan partikel yang lebih halus akan membutuhkan waktu endap yang lebih lama.

2.4.3 Filtrasi

Pengolahan dengan cara filtrasi dapat dilakukan dengan cara penyaringan zat padat tersuspensi didalam air sebelum air diisikan kedalam boiler. Efisiensi saringan paling baik bila unit beroperasi pada kecepatan aliran terkecil, padatan akan melalui media membawa padatan bersamanya. Demikian pada tekanan yang tinggi dapat memecahkan media akan keluar pada saat dilakukan backwash.

2.4.4 Demineralisasi

Demineralisasi berfungsi untuk membebaskan air dari unsur-unsur silika, sulfat,

chloride (klorida) dan karbonat dengan menggunakan resin. Diagram Alir proses

Gambar 2.4 Diagram Alir Demineralizer

a. Cation Tower

Proses ini bertujuan untuk menghilangkan unsur-unsur logam yang berupa ion-ion positif yang terdapat dalam air dengan menggunakan resin kation-ion R-SO3H (type

Dowex Upcore Mono A-500). Proses ini dilakukan dengan melewatkan air melalui

bagian bawah, dimana akan terjadi pengikatan logam-logam tersebut oleh resin. Resin R-SO3H ini bersifat asam kuat, karena itu disebut asam kuat cation exchanger resin. Reaksi yang terjadi adalah :

CaCl2 + 2 R – SO3H  (R – SO3)2Ca + 2 HCl

MgCl2 + 2 R – SO3H  (R – SO3)2Mg + 2 HCl

NaCl2 + 2 R – SO3H  (R – SO3)2Na + 2 HCl CaSO4 + 2 R – SO3H  (R – SO3)2Ca + H2SO4

NaSO4 + 2 R – SO3H  2R – SO3Na + H2SO4 Na2SiO4 + 2 R – SO3H  2R – SO3Na + H2SiO3

CaCO3 + 2 R – SO3H  (R – SO3)3Ca + H2CO3

Proses ini menghasilkan asam seperti asam seperti HCl, H2SO4 dan asam-asam lain. Keasaman berkisar antara Ph 2,8 – 3,5. untuk memperoleh resin aktif kembali, dilakukan regenerasi dengan menambahkan H2SO4 pada resin tersebut.

b. Degasifier

Dari cation tower air dilewatkan ke degasifier yang berfungsi untuk menghilangkan gas CO2 yang terbentuk dari asam karbonat pada proses sebelumnya. Reaksi yang terjadi adalah :

H2CO3  H2O + CO2

Proses di degasifier ini berlangsung pada tekanan vakum 740 mmHg dengan menggunakan steam ejektor, di dalam tangki ini terdapat netting ring sebagai media untuk memperluas bidang kontak sehingga air yang masuk terlebih dahulu diinjeksikan dengan steam.. Sedangkan keluaran steam ejektor dikondensasikan dengan menginjeksi air dari bagian atas dan selanjutnya ditampung dalam seal pot sebagai umpan recovery tank, maka CO2 akan terlepas sebagai fraksi ringan dan air akan turun ke bawah sebagai fraksi berat.

c. Anion Tower

Berfungsi untuk menyerap atau mengikat ion-ion negatif yang terdapat dalam kandungan air yang keluar dari degasifier. Resin pada anion exchanger adalah R = NOH (Tipe Dowex Upcore Mono C-600).

Reaksi yang terjadi adalah :

H2SO4 + R = N – OH  (R = N)SO4 + 2 H2O HCl + R = N – OH  R = N – Cl + H2O H2SiO3 + R = N – OH  (R = N)SiO3 + 2 H2O H2CO3 + R = N – OH  R = N – NO3 + H2O HNO3 + R = N – OH  R = N – NO3 + H2O

Reaksi ini menghasilkan H2O, oleh karena itu air demin selalu bersifat netral. Selanjutnya air outlet anion tower masuk ke mix bed polisher dari bagian atas. Air keluar tangki ini memiliki pH = 7,5 – 8,5. Untuk memperoleh resin aktif kembali, dilakukan regenerasi dengan menambahkan NaOH pada resin tersebut.

a. Mix Bed Polisher

Berfungsi untuk menghilangkan sisa-sisa logam atau asam dari proses sebelumnya, sehingga diharapkan air yang keluar dari mix bed polisher telah bersih

dari kation dan anion. Di dalam mix bed polisher digunakan dua macam resin yaitu resin kation dan resin anion yang sekaligus keduanya berfungsi untuk menghilangkan sisa kation dan anion, terutama natrium dan sisa asam sebagai senyawa silika, dengan reaksi sebagai berikut :

Reaksi Kation :

Na2SiO3 + 2 R – SO3H  2 RSO3Na + H2SiO3 Reaksi Anion :

H2SiO3 + 2 R = N – OH  2 R=N-SiO3 + H2O

Air yang telah bebas mineral tersebut dimasukkan ke polish water tank dan digunakan untuk air umpan boiler. Air yang keluar dari mix bed polisher ini memiliki pH antara 6 – 7. ( Anonymous. 1994 )

2.4.5 Deaerasi

Dalam de-aerasi, gas terlarut, seperti oksigen dan karbon dioksida, dibuang dengan pemanasan awal air umpan sebelum masuk ke boiler. Seluruh air alam mengandung gas terlarut dalam larutannya. Gas-gas tertentu seperti karbon dioksida dan oksigen, sangat meningkatkan korosi. Bila dipanaskan dalam sistim boiler, karbon dioksida

(CO2) dan oksigen (O2) dilepaskan sebagai gas dan bergabung dengan air (H2O) membentuk asam karbonat (H2CO3).

Penghilangan oksigen, karbon dioksida dan gas lain yang tidak dapat terembunkan dari air umpan boiler sangat penting bagi umur peralatan boiler dan juga keamanan operasi. Asam karbonat mengkorosi logam menurunkan umur peralatan dan pemipaan. Asam ini juga melarutkan besi (Fe) yang jika kembali ke boiler akan mengalami pengendapan dan meyebabkan terjadinya pembentukan kerak pada boiler dan pipa. Kerak ini tidak hanya berperan dalam penurunan umur peralatan tapi juga meningkatkan jumlah energi yang diperlukan untuk mencapai perpindahan panas.

2.5 Pemeliharaan Boiler

Boiler yang berperan dalam proses pengubahan air menjadi uap memerlukan perlakuan dan perawatan khusus. Masalah yang timbul pada boiler umumnya disebabkan oleh perlakuan air umpan boiler yang tidak memenuhi persyaratan. Untuk perawatan dan pemeliharaan boiler dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut :

1. Proses Commisioning awal

2. Operasi pada keadaan normal dan emergency (darurat) 3. Pengawasan dan perawatan

2.5.1 Proses Commisioning Awal

Proses persiapan awal yang dilakukan baik terhadap boiler yang baru ataupun boiler yang sudah lama adalah suatu pemeriksaan utama yang terdiri dari proses penghilangan kerak ataupun material asing pada boiler setelah uji hidrostatik dan pemeriksaan pada kebocoran boiler. Ketel dioperasikan dengan cara pendidihan yang menggunakan larutan alkali untuk menghilangkan material-material yang mengandung minyak dan deposit-deposit yang lain. Selama pendidihan, boiler dioperasikan pada tekanan rendah yang dijaga setengah dari tekanan penuh. Waktu pendidihan lebih kurang 24 jam. Untuk boiler tekanan tinggi pembersihan secara kmia dengan mengurangi zat-zat dilakukan untuk menghilangkan kerak. Setelah pendidihan atau pembersihan secara asam (acid cleaning) boiler dikosongkan, diisi kembali dan dicuci dengan air segar. Boiler kemudian siap untuk beroperasi pada tekanan uap optimal dan menggunakan tombol pengaman.

Pengoperasian pada keadaan normal dilakukan oleh pabrik-pabrik ketel yang memerlukan pemeliharaan dan kondisi air ketel yang baik untuk mencegah timbulnya kerak atau korosi. Untuk memeriksa secara benar/baik perlu diperhatikan uap dan temperature uap yang dihasilkan serta menjaga kebersihan gas. Jangka waktu untuk memulai dan untuk pendinginan boiler setelah dimatikan, ditetapkan dalam petunjuk manual ketel dan harus diikuti/ dipatuhi dengan baik.

Pengoperasian pada keadaan darurat, merupakan hal yang penting untuk diperhatikan. Keadaan ini dapat berupa kesalahan pada sediaan air umpan atau sediaan bahan bakar. Kehilangan udara atau kesalahan pada api pembakaran. Unit boiler yang modern dilengkapi dengan kunci pengaman yang otomatis untuk aliran sediaan bahan bakar dan pada saat ketel berhenti beroperasi., jika terjadi keadaan yang membahayakan.

2.5.3 Pembersihan Boiler

Pembersihan eksternal sering dilakukan dengan penyiaktan dan pengaliran gas atau dengan air mengalir. Pembersihan internal dengan air dan uap dilakukan dengan cara manual jika mungkn dan dapat juga dengan menggunakan pembersih kimia secara otomatis untuk ketel yang modern pada unit boiler terutama pada bagian ketel yang tidak semuannya dapat dijangkau oleh tangan.

Pembersihan secara kimia harus dilakukan dibawah pengawasan supervisor. Kebanyakan asam hidroklorik digunakan bersama-sama dengan zat kimia untuk menghilangkan kerak-kerak yang keras. Pembersihan asam jika dibuat oleh orang yang tidak kompeten dapat menyebabkan kelebihan zat-zat kimai pada boiler. Setelah pencucian dengan asam, dinetralkan dengan larutan alkali dan terakhir kali boiler dioperasikan pada pemanasan tekanan rendah dengan larutan inert.

Pada saat ketel dihentikan uttuk periode yang lama sekitar 1 atau 2 bulan. Metode storage kering dianjurkan untuk melindungi boiler dari serangan korosi. Ini memerlukan pembersihan dan pengeringan yang seksama terhadap boiler dan penutup semua lubang juga menghilangkan air dan udara diruangan boiler dan alat-alat pengukur tekanan. Penampang material penyerap air ditempatkan untuk membersihkan kelembapan yang rendah.

(Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia www.energyefficiencyasia.org/2010/01/20/)

Untuk boiler tekanan tinggi ( modern ) memerlukan air umpan boiler dengan spesifikasi yang telah ditentukan, karena dengan tingginya tekanan material yang ditinggalkan semakin besar, hal ini tentu mempengaruhi efisiensi boiler.

Tabel 2.6 Karakteristik Air Filter

BAB 3

ALAT DAN BAHAN

3.1 Alat - alat - Package Boiler - Waste Heat Boiler - pH meter

3.2 Bahan - bahan - Disodium fosfat - Trisodium fosfat - NaOH

BAB 4

HASIL EVALUASI DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Evalusasi Data

Berikut ini adalah hasil evaluasi data pada Boiler Water unit Utility-1 PT. Pupuk Iskandar Muda yang meliputi Deaerator, Package Boiler, dan Waste Heat Boiler. Data ini diambil pada Periode November 2009 pada saat pelaksanaan Praktek Kerja Lapangan di PT. Pupuk Iskandar Muda.

Tabel 4.1 Presentase Data Parameter Control Utility – 1 Periode November 2009

BOILER ITEM

DEAERATOR ( EG-4001 )

AVE MAX MIN STANDARD pH (unit) 8.9 9.9 7.6 8.0 - 9.5 El.Cond.(µS/Cm) 6.09 16.9 0.09 - Silica (ppm as SiO2 - - - -

Phosphate (ppm as PO4)

- - - -

Hydrazine (ppm as N2H4)

0.09 0.18 0 > 0.07

BOILER ITEM

PACKAGE BOILER ( BF-4001 )

AVE MAX MIN STANDARD

pH (unit) 10 10.5 9.1 9.4 - 11

El.Cond.(µS/Cm) 71.3 327 10.2 < 800 Silica (ppm as SiO2 1.36 2.62 0.07 < 20 Phosphate (ppm as

PO4)

9.7 24.5 1.72 5.0 - 15.0

Hydrazine (ppm as N2H4)

- - - -

BOILER ITEM

WASTE HEAT BOILER ( BF-4002 )

AVE MAX MIN STANDARD

pH (unit) 10 10.9 9.3 9.4 - 11

Silica (ppm as SiO2 0.43 3.83 0.03 < 20 Phosphate (ppm as

PO4)

11.9 72.8 0.54 5.0 - 15.0

Hydrazine (ppm as N2H4)

- - - -

Deaerator ( EG-4001 )

1) pH pada Boiler Water Water masih dalam keadaan normal, walaupun didapati nilai tertinggi berada di luar batas kendali. Tercatat pH tertinggi 9.9 dan terendah 7.6 dengan rata – rata 8.9

2) Konsentrasi hidrazine terkendali cukup baik. Tercatat nilai tertinggi 0.18 dan terendah 0 dengan rata – rata 0.09.

Package Boiler ( BF-4001 )

1) pH pada Boiler Water masih berada dalam batas kendali, walaupun didapati nilai terendah di luar batas kendali. Tercatat pH tertinggi 10.5 dan terendah 9.1 dengan rata – rata 10.

2) Electrical Conductivity sangat memuaskan. Tercatat nilai tertinggi 327 dan terendah 10.2 dengan kondisi rata –rata 71.3.

3) Silica pada Boiler Water masih terkendali dengan baik. Tercatat nilai tertinggi 2.62 dan terendah 0.07 dengan rata – rata 1.36.

4) Phosphate pada Boiler Water masih dalam keadaan normal, walau didapati nilai tertinggi dan nilai terendah berada di luar batas kendali. Tercatat nilai tertinggi 24.5 dan terendah 1.72 dengan rata – rata 9.7.

Waste Heat Boiler ( BF-4002 )

1) pH pada Boiler Water masih berada dalam batas Kendali, walaupun didapati nilai terendah di luar batas kendali. Tercatat pH tertinggi 10.9 dan terendah 9.3 dengan rata – rata 10.

2) Electrical Conductivity sangat memuaskan. Tercatat nilai tertinggi 447 dan terendah 1.55 dengan kondisi rata –rata 447 .

3) Silica pada Boiler Water masih terkendali dengan baik. Tercatat nilai tertinggi 3.83 dan terendah 0.03 dengan rata – rata 0.43.

4) Phosphate pada Boiler Water masih dalam keadaan normal, walaupun didapati nilai tertinggi dan nilai terendah berada di luar batas kendali. Tercatat nilai tertinggi 72.8 dan terendah 0.54 dengan rata – rata 11.9

Berdasarkan data – data yang diperoleh dilapangan , dan membandingkan dengan parameter control yang direkomendasikan dalam pengolahan air boiler pada unit utility-1 selama periode November 2009, parameter kritikal terkendali cukup baik walau terdapat beberapa penyimpangan nilai batas tertinggi dan terendah dari batas kendali yang direkomendasikan. Jika situasi seperti ini berlanjut, maka memungkinkan tinggat efisiensi boiler akan berkurang dan mempercepat korosi di dinding boiler.

Dari data diatas,perlu kita kaji penyebab korosi, timbulnya kerak sampai endapan yang mengakibatkan terbentuknya deposit pada pipa superheater, menyebabkan peristiwa overheating dan pecahnya pipa, terbentuknya deposit pada sirip turbin, menyebabkan turunnya effisiensi.

1. Kerak/Deposit Kerak pada boiler disebabkan oleh terbentuknya endapan dari air, langsung pada permukaan pemindah panas atau oleh suspensi air yang menempel pada permukaan logam sehingga menjadi keras dan lengket. Penguapan pada boiler juga akan menyebabkan memperbanyak kontaminan ( kotoran ).

2. Korosi adalah kerusakan-kerusakan yang timbul pada logam yang disebabkan karena terjadinya reaksi kimia antara permukaan logam dengan media

sekelilingnya. Peristiwa korosi ini dapat menjadi lebih cepat dengan meningkatnya konsentrasi oksigen.

3. Keretakan oleh Basa Keretakan ini disebabakan oleh kandungan basa (NaOH) yang terdapat dalam air boiler. Kondisi yang menyebabkan terjadinya keretakan basa ini adalah karena logam mendapat tekanan. Kandungan basa air, trase silica dalam air boiler dan beberapa mekanisme seperti kebocoran kecil untuk membiarkan air boiler untuk menjadi terpusat pada logam yang mengalami tekanan. Kelebihan hidroksida dalam air boiler adalah hasil dari pirolisa natrium fosfat yang ditambahkan untuk pengaturan pH atau pengurangan kalsium dan magnesium.

Keretakan Karena Basa

3 ( tiga ) kondisi menyebabkan keretakan basa : 1. Stress Dari dalam maupun dari luar akibat ekspansi.

2. Adanya kebocoran air boiler pada daerah yang mengalami stress Hasilnya uap akan menghilang dan tinggal air yang mengandung banyak zat padat pada titik kebocoran. 3. NaOH bebas dalam air ketel terkumpul pada daerah kebocoran dan menyebabkan kerusakan terhadap logam.

PT. Pupuk Iskandar Muda menggunakan phosphate treatment untuk mengontrol pH pada sistem boiler water. Phosphate treatment dipilih karena lebih menguntungkan dibanding caustic soda (NaOH) treatment yang telah dikenal lebih dulu. Dengan caustic treatment, resiko terjadinya korosi di boiler drum sangat tinggi.

Namun dengan phosphate treatment pada boiler tekanan tinggi saat kondisi pembebanan berubah-ubah fluktuatif yang mengharuskan boiler sering online-offline, dapat berpotensi menimbulkan terjadinya fenomena phosphate hide-out. Phosphate

hide-out yang muncul dapat menyebabkan sulitnya mengontrol pH vs phosphate

sesuai target sehingga dapat terjadi serious corrosion pada boiler dan overheating akibat deposition dari phosphate.

Pada phosphate treatment, konsentrasi phosphate dan pH dikontrol dengan penggunaan campuran disodium phosphate (Na2HPO4, Na/PO4=2.0) dan trisodium phosphate (Na3PO4, Na/PO4=3.0), sehingga target pH dan phosphate pada boiler water bisa tercapai, dengan tetap secara efektif mempertahankan konsentrasi free caustic dalam nilai yang sangat rendah. Free caustic terbentuk dengan reaksi sbb : Na3PO4 +

H2O ↔ Na2HPO4 + NaOH Secara teori, perbandingan mol Na:PO4 dikontrol pada

nilai maksimum 3:1. Jika Na:PO4 > 3:1, akan terbentuk free caustic. Coordinated phosphate program menggunakan acuan Na:PO4 sedikit di bawah 2.8, sedangkan congruent program sedikit di bawah 2.6.

4.3 Fenomena Phosphate Hide-Out

4.3.1 Faktor Penyebab Terjadinya Phosphate Hide-Out

Fenomena phosphate hide-out terjadi pada boiler tekanan tinggi , pada kondisi pembebanan yang fluktuatif dan pada siklus beban yang mengharuskan boiler sering online-offline. Perubahan pola pembebanan ini menyebabkan temperature dan pressure boiler tube metal berubah-ubah, hal tersebut menyebabkan kelarutan dan fasa kesetimbangan phosphate antara yang terdeposit vs yang terlarut berubah-ubah. Akibatnya konsentrasi phosphate di bulk water dan yang terdeposit menjadi berubah-ubah, mengakibatkan sulitnya mengontrol pH dan konsentrasi phosphate sesuai target. Saat boiler pressure naik ke full load, phosphate akan hilang dari larutan, menempel pada dinding metal, diikuti dengan naiknya pH dan alkalinity boiler water sampai > 11. Saat load berkurang atau shutdown, phosphate akan terlepas dan muncul lagi di boiler water menyebabkan pH drop,bisa sampai <9.0.

Fenomena hide-out terjadi melalui mekanisme reaksi reversible antara phosphate yang terlarut di boiler water dengan magnetite (lapisan passive Fe3O4 yang memang diharapkan terbentuk di dinding metal boiler) membentuk senyawa sodium

iron phosphate. Reaksi ini bisa terjadi pada kondisi tekanan tinggi, dan lebih karena adanya disodium phosphate (Na2HPO4) dan monosodium phosphate (NaH2PO4).

4.3.2 Dampak Phosphate Hide-Out Terhadap Material

Phosphate hide-out tidak diinginkan karena bisa menyebabkan sulitnya mengontrol

pH vs phosphate sesuai target, hingga menyebabkan terjadinya serious corrosion pada boiler yang dikenal sebagai acid phosphate corrosion. Disamping juga deposition dari phosphate yang bisa menyebabkan overheating. Saat load naik, phosphate seakan-akan seperti hilang dari larutan. Padahal sebenarnya phosphate ini terlepas dari larutan, menempel pada surface metal (hide-out), melalui mekanisme reaksi bolak-balik (kesetimbangan).

1) Deposition (Caustic Gouging Attack)

Jika ratio Na/PO4 naik di atas keseimbangannya (>2.8), maka akan terbentuk free caustic, biasanya di daerah high heat flux (wall tube), di posisi-posisi tube horizontal/melintang, di bawah deposit, atau di area-area dengan water flow yang terganggu (weld area, dll). Pada area-area tersebut, free caustic berpotensi

terkonsentrasi secara local, sehingga mencapai ribuan ppm. Ini yang kemudian menyebabkan caustic gouging. Mekanisme reaksinya : 4NaOH + Fe3O4 → 2NaFeO2 + Na2FeO2 + 2H2O Setelah lapisan magnetite (Fe3O4) ini rusak, lebih lanjut NaOH bereaksi dengan base metal, menyebabkan attack yang dikenal sebagai caustic gouging. 2NaOH + Fe → Na 2FeO2 + H2 Keberadaan H2 ini yang selanjutnya bisa menyebabkan hydrogen damage jika lebih lanjut terdifusi ke struktur batas butir metal. Jika ada indikasi hydrogen damage, biasanya boiler perlu dilakukan acid cleaning.

2) Corrosion (Acid Phosphate Attack)

Jika ratio Na/PO4 di bawah kesetimbangannya (<2.8), free caustic tidak terbentuk. Akan tetapi disodium dan mono sodium phosphate yang ditambahkan untuk menurunkan ratio Na/PO4 berpotensi mengendap dan menyerang (merusak) lapisan magnetite membentuk senyawa Sodium Iron Phosphate, dan terjadi acid phosphate attack. Mekanisme reaksinya : 2NaHPO4 + Fe2O3 → NaFeO4 + Na3PO4 +Fe2O3 + H2O Saat load turun, kesetimbangannya mengarah kembali ke aqueous phosphate, sehingga phosphate yang menempel tadi, lepas lagi, dan terlarut ke dalam boiler water, diikuti dengan turun dan stabilnya kembali pH boiler water. Kesimpulannya, caustic gouging terjadi jika ratio Na/PO4 di atas kesetimbangannya (>2.8). Oleh karena itu, coordinated & congruent phosphate program membatasi ratio ini maksimal 2.8 & 2.6. Akan tetapi dengan ratio ini, kemungkinan yang terjadi adalah

acid phosphate attack. Dalam kaitan ini, secara umum acid phosphate attack lebih sering terjadi dibanding caustic attack mengingat NaOH mempunyai kelarutan yang lebih tinggi dan cenderung tinggal di larutan dibanding phosphate (disodium & mono sodium).

4.3.3 Solusi Terjadinya Phosphate Hide-Out

Pada saat terjadi gejala phosphate hide-out, secepat mungkin menstabilkan pembebanan panas di boiler. Perlu dihindari untuk tidak mis-persepsi (menaikkan dosing phosphate saat diketahui konsentrasinya rendah), yang bisa menyebabkan overdose phosphate.

Equilibrium phosphate program selanjutnya dikembangkan menggantikan coordinated/congruent program, dimana treatment hanya dengan trisodium phosphate (Na3PO4) dengan konsentrasi yang relatif rendah dan mengontrol sedikit alkalinity hydroxide (OH). pH dikontrol antara 9.4 - 11, dengan konsentrasi phosphate dikontrol antara 5 - 15 ppm. Penggunaan Na2HPO4 dan NaH2PO4 dihilangkan sehingga mengurangi kemungkinan terjadinya hide-out.

Dengan penambahan Na3PO4 saja, ratio Na/PO4 teorinya jadi sekitar 3. Jika terjadi hide-out, karena PO4 mengendap, maka ratio-nya bisa naik >3, dan

pembentukan free caustic bisa excessive. Hanya saja, pada Equilibrium Phosphate Treatment (EPT), konsentrasi PO4 dikontrol di bawah nilai kesetimbangannya, sehingga phosphate hide-out tidak terjadi. Akibatnya konsentrasi PO4 di boiler water akan stabil meskipun load berfluktuasi. Free NaOH yang terbentuk jadinya juga stabil, umumnya pada konsentrasi rendah, yang tidak menyebabkan localized concentration. Reaksi berikut :

Na3PO4 + H2O ↔ Na2HPO4 + NaOH

Tiap mol Na3PO4 akan menghasilkan 1 mol NaOH yang dihasilkan di sini sebagai “captive” NaOH, pada saat larutan terevaporasi, tidak terjadi pemekatan konsentrasi, karena kesetimbangan akan bergeser ke kiri.

Berikut contoh acuan EPT untuk boiler tekanan tinggi : pH 9.4 - 11 Free OH (as CaCO3) max 1 ppm PO4 Equilibrium (bervariasi sekitar 5 - 15 ppm, tergantung karakteristik tiap boiler).

Cara mendapatkan nilai kesetimbangan ini mudah saja, tambahkan PO4 secara berlebih ke boiler water untuk mendapatkan konsentrasi PO4 di atas kesetimbangannya. Hentikan penambahan, dan ikuti penurunan konsentrasi PO4 di bulk boiler water sample (karena hide-out).

Saat kesetimbangan PO4 tercapai, penurunan konsentrasi PO4 akan berhenti, dan inilah nilai kesetimbangan PO4 tersebut. Nilai ini dijadikan maksimum konsentrasi PO4 di boiler water. Konsentrasi PO4, pH, dan ratio Na/PO4 akan stabil pada range di bawah maksimum konsentrasi PO4 ini, meskipun beban boiler berfluktuasi.

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari data yang telah diperoleh dan dari pembahasan yang telah diuraikan, dapat disimpulkan :

1. pH di Deaerator ( EG-4001 ), Package Boiler ( BF-4001 ), Waste Heat Boiler ( BF-4002 ) pada Periode November tercatat masih dalam keadaan normal, walaupun didapati di beberapa kondisi, pH mengalami nilai tertinggi dan terendah di luar batas kendali.

2. Konsentrasi hydrazine pada Deaerator terkendali dengan cukup baik, walaupun didapati di beberapa kondisi, konsentarasinya mengalami nilai tertinggi dan terendah di luar batas kendali

3. Electrical Conductivity pada Package Boiler dan Waste Heat Boiler sangat memuaskan, dan secara keseluruhan berada di dalam batas kendali yaitu mempunyai nilai berkisar < 800 (µS/Cm)

4. Silica pada Package Boiler dan Waste Heat Boiler masih terkendali dengan baik, tercatat nilai keseluruhannya masih berada di dalam batas kendali yaitu berkisar < 20 (ppm)

5. Phosphate pada Package Boiler dan Waste Heat Boiler tercatat masih berada di luar batas kendali. Ini memungkinkan terjadinya Free caustik pada boiler.

5.2 Saran

Optimalisasi controling terhadap Boiler system sangat penting, agar tidak menyebabkan korosi pada bejana dan pipa ,sehingga tidak menimbulkan kerak pada dasar bejana (boiler). Untuk hal tersebut ada beberapa langkah yang perlu ditingkatkan untuk menghasilkan steam yang bagus, dan mencegah korosi serta kerak pada boiler, yaitu :

1. Memeriksa air umpan boiler secara teratur untuk menghindari pembentukan kerak atau lumpur dalam bejana Package Boiler dan Waste Heat Boiler atau memeriksa TDS air umpan boiler setiap sift.

2. Penambahan Hidrazin pada deaerator harus dijaga pada kondisi > 0.07 ppm 3. pH di control pada range 9.4-11 agar tidak bersifat korosif. pH dibawah 7

4. Air harus bersifat basa –dibawah 150 ppm CaCO3 dan diatas 50 ppm CaCO3 pada pH 8,3.

5. Nilai alkalinitas/kebasaannya harus lebih kecil dari 120.

6. Padatan totalnya harus dijaga dibawah nilai dimana pencemaran steam menjadi berlebihan, untuk menghindari pendinginan berlebih dan bahaya pengendapan pada pemanasan berlebih, pipa saluran steam dan sistim penggerak.

7. Posfat harus tidak kurang dari 5 ppm dan tidak lebih dari 15 ppm.

8. Kandungan silika pada air umpan make up harus kurang dari 20 ppm dalam air boiler dan 0,02 ppm dalam steam, sebagai SiO2. Jumlah yang besar dapat terbawa ke sudut-sudut turbin.

9. Pada saat terjadi gejala phosphate hide-out, secepat mungkin menstabilkan pembebanan panas di boiler. Perlu dihindari untuk tidak mis-persepsi (menaikkan dosing phosphate saat diketahui konsentrasinya rendah), yang bisa menyebabkan overdose phosphate.

DAFTAR PUSTAKA

Anonynous. 1994. Prinsip-Prinsip Dasar dan Operasi. PT. Pupuk Iskandar Muda. Lhokseumawe.

Austin, George T. 1996. Industri Proses Kimia. Edisi Kelima. Jilid1. Erlangga. Jakarta.

Diilon, C.P. 1989. Corrosion Control In The Process IndustriesI. Mc Graw Hill Book & Co. New York.

Djokosetyardjo,M.J. 1990. Penjelasan Lebih Lanjut Tentang Ketel Uap. P.T. Pradya Paramitha. Jakarta.

Gaffert, Gustaf A. 1974. Steam Power Boiler. Fourth Edition. International Stevent Edition. USA.

Milton, J.H. 1980. Marine Steam Boiler . Fourth Edition. Butter Worths. London. Naibaho, P.M. 1996. Teknologi Pengolahan Kelapa Sawit . Pusat Penelitian Kelapa

Sawit. Medan.

pembentukan free caustic bisa excessive. Hanya saja, pada Equilibrium Phosphate Treatment (EPT), konsentrasi PO4 dikontrol di bawah nilai kesetimbangannya, sehingga phosphate hide-out tidak terjadi. Akibatnya konsentrasi PO4 di boiler water akan stabil meskipun load berfluktuasi. Free NaOH yang terbentuk jadinya juga stabil, umumnya pada konsentrasi rendah, yang tidak menyebabkan localized concentration. Reaksi berikut :

Na3PO4 + H2O ↔ Na2HPO4 + NaOH

Tiap mol Na3PO4 akan menghasilkan 1 mol NaOH yang dihasilkan di sini sebagai “captive” NaOH, pada saat larutan terevaporasi, tidak terjadi pemekatan konsentrasi, karena kesetimbangan akan bergeser ke kiri.

Berikut contoh acuan EPT untuk boiler tekanan tinggi : pH 9.4 - 11 Free OH (as CaCO3) max 1 ppm PO4 Equilibrium (bervariasi sekitar 5 - 15 ppm, tergantung karakteristik tiap boiler).

Cara mendapatkan nilai kesetimbangan ini mudah saja, tambahkan PO4 secara berlebih ke boiler water untuk mendapatkan konsentrasi PO4 di atas kesetimbangannya. Hentikan penambahan, dan ikuti penurunan konsentrasi PO4 di bulk boiler water sample (karena hide-out).

Saat kesetimbangan PO4 tercapai, penurunan konsentrasi PO4 akan berhenti, dan inilah nilai kesetimbangan PO4 tersebut. Nilai ini dijadikan maksimum konsentrasi PO4 di boiler water. Konsentrasi PO4, pH, dan ratio Na/PO4 akan stabil pada range di bawah maksimum konsentrasi PO4 ini, meskipun beban boiler berfluktuasi.

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari data yang telah diperoleh dan dari pembahasan yang telah diuraikan, dapat disimpulkan :

1. pH di Deaerator ( EG-4001 ), Package Boiler ( BF-4001 ), Waste Heat Boiler ( BF-4002 ) pada Periode November tercatat masih dalam keadaan normal, walaupun didapati di beberapa kondisi, pH mengalami nilai tertinggi dan terendah di luar batas kendali.

2. Konsentrasi hydrazine pada Deaerator terkendali dengan cukup baik, walaupun didapati di beberapa kondisi, konsentarasinya mengalami nilai tertinggi dan terendah di luar batas kendali

3. Electrical Conductivity pada Package Boiler dan Waste Heat Boiler sangat memuaskan, dan secara keseluruhan berada di dalam batas kendali yaitu mempunyai nilai berkisar < 800 (µS/Cm)

4. Silica pada Package Boiler dan Waste Heat Boiler masih terkendali dengan baik, tercatat nilai keseluruhannya masih berada di dalam batas kendali yaitu berkisar < 20 (ppm)

5. Phosphate pada Package Boiler dan Waste Heat Boiler tercatat masih berada di luar batas kendali. Ini memungkinkan terjadinya Free caustik pada boiler.

5.2 Saran

Optimalisasi controling terhadap Boiler system sangat penting, agar tidak menyebabkan korosi pada bejana dan pipa ,sehingga tidak menimbulkan kerak pada dasar bejana (boiler). Untuk hal tersebut ada beberapa langkah yang perlu ditingkatkan untuk menghasilkan steam yang bagus, dan mencegah korosi serta kerak pada boiler, yaitu :

1. Memeriksa air umpan boiler secara teratur untuk menghindari pembentukan kerak atau lumpur dalam bejana Package Boiler dan Waste Heat Boiler atau memeriksa TDS air umpan boiler setiap sift.

2. Penambahan Hidrazin pada deaerator harus dijaga pada kondisi > 0.07 ppm 3. pH di control pada range 9.4-11 agar tidak bersifat korosif. pH dibawah 7

4. Air harus bersifat basa –dibawah 150 ppm CaCO3 dan diatas 50 ppm CaCO3 pada pH 8,3.

5. Nilai alkalinitas/kebasaannya harus lebih kecil dari 120.

6. Padatan totalnya harus dijaga dibawah nilai dimana pencemaran steam menjadi berlebihan, untuk menghindari pendinginan berlebih dan bahaya pengendapan pada pemanasan berlebih, pipa saluran steam dan sistim penggerak.

7. Posfat harus tidak kurang dari 5 ppm dan tidak lebih dari 15 ppm.

8. Kandungan silika pada air umpan make up harus kurang dari 20 ppm dalam air boiler dan 0,02 ppm dalam steam, sebagai SiO2. Jumlah yang besar dapat terbawa ke sudut-sudut turbin.

9. Pada saat terjadi gejala phosphate hide-out, secepat mungkin menstabilkan pembebanan panas di boiler. Perlu dihindari untuk tidak mis-persepsi (menaikkan dosing phosphate saat diketahui konsentrasinya rendah), yang bisa menyebabkan overdose phosphate.

DAFTAR PUSTAKA

Anonynous. 1994. Prinsip-Prinsip Dasar dan Operasi. PT. Pupuk Iskandar Muda. Lhokseumawe.

Austin, George T. 1996. Industri Proses Kimia. Edisi Kelima. Jilid1. Erlangga. Jakarta.

Diilon, C.P. 1989. Corrosion Control In The Process IndustriesI. Mc Graw Hill Book & Co. New York.

Djokosetyardjo,M.J. 1990. Penjelasan Lebih Lanjut Tentang Ketel Uap. P.T. Pradya Paramitha. Jakarta.

Gaffert, Gustaf A. 1974. Steam Power Boiler. Fourth Edition. International Stevent Edition. USA.

Milton, J.H. 1980. Marine Steam Boiler . Fourth Edition. Butter Worths. London. Naibaho, P.M. 1996. Teknologi Pengolahan Kelapa Sawit . Pusat Penelitian Kelapa

Sawit. Medan.