MAKALAH SISTEM UTILITAS BOILER DAN STEAM
MAKALAH SISTEM UTILITAS
BOILER DAN STEAM
Oleh:
Whindy Pradita S.
1214012
Rina Eka M.
1214016
Regina Berliana
1214050
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL MALANG
2014
KATA PENGANTAR
Segala Puji syukur kepada Allah SWT atas Rahmat dan hidayah-Nya, sehingga
kami masih diberi kesehatan dan kesempatan untuk menyusun makalah sistem utilitas
tentang boiler dan steam ini. Makalah ini dibuat untuk memahami pengertian boiler,
komponen, jenis-jenis, prinsip kerja, air umpan boiler, syarat-syarat air umpan boiler
serta pengendaliannya. Makalah ini disusun dari berbagai sumber. Makalah ini berisi
tentang uraian–uraian yang berhubungan dengan komponen, jenis-jenis, prinsip kerja,
air umpan boiler, syarat-syarat air umpan boiler serta pengendaliannya. Semoga
makalah ini bermanfaat bagi yang membacanya.
Sesuai pepatah yang mengatakan “tak ada gading yang tak retak”, kami pun
menyadari bahwa makalah yang kami buat ini masih banyak kesalahan dan kekurangan,
karena kami maih dalam tahap pembelajaran, maka dari itu kami mengharapkan kritik
dan saran bagi pembaca demi kesempurnaan dalam penyusunan makalah ini.
Penulis
1
DAFTAR ISI
Kata Pengantar.....................................................................................................................1
Daftar isi..............................................................................................................................2
BAB I Pendahuluan
1.1. Latar Belakang Masalah ..............................................................................................3
1.2. Rumusan masalah.........................................................................................................3
1.3. Batasan masalah...........................................................................................................3
1.4. Tujuan penulisan...........................................................................................................3
1.5. Manfaat penulisan.........................................................................................................3
BAB II Pembahasan
2.1. Definisi boiler...............................................................................................................4
2.2. Fungsi boiler.................................................................................................................5
2.3. Prinsip kerja boiler........................................................................................................5
2.4. Komponen boiler..........................................................................................................6
2.5. Jenis-jenis boiler...........................................................................................................6
2.6. Steam boiler..................................................................................................................12
2.7. Pengolahan air umpan boiler........................................................................................13
2.8. Syarat-syarat Air umpan boiler.....................................................................................17
2.9. Kerusakan air umpan boiler dan pencegahannya.........................................................18
2.10. Aplikasi boiler pada Industri......................................................................................19
2
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Uap air yaitu gas yang timbul akibat perubahan fase air menjadi uapdengan
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 dapatdigunakan untuk membangkitkan listrik,
menggerakkan turbin dan sebagianya.
Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan keair sampai
terbentuk air panas atau Steam. Air panas atau steam pada tekanantertentu 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, volumenya 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.
1.2. Batasan Masalah
Agar pembahasan materi yang diuraikan dalam makalah ini tetap terarah
dan tidak simpang siur, maka penulis membatasi masalahnya yaitu hanya
menguraikan tentang definisi, fungsi, macam-macam, serta prinsip kerja boiler,
steam boiler, dan pengendalian air umpan boiler.
1.4. Tujuan Penulisan
Adapun yang menjadi tujuan penulisan makalah ini diantaranya:
1. Menjelaskan tentang definisi boiler dan jenis-jenisnya
2. Menjelaskan tentang
3. Menjelaskan
4. Menjelaskan
1.5. Manfaat Penulisan
3
BAB II
PEMBAHASAN
2.1. 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 adalah tempat untuk memanaskan air menjadi uap air.
2. Air adalah bahan untuk membuat steam sesudah dipanaskan.
3. 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. Bahan bakar boiler bermacam-macam dari yang
populer seperti batu bara, bahan bakar minyak, gas, nuklir dan lain-lain. Boiler
merupakan bagian terpenting dari penemuan mesin uap yang merupakan pemicu
lahirnya revolusi industri.
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.
Bagian-bagian boiler seperti gambar di atas adalah sebagai berikut :
1. Flame tube yang memiliki diameter besar yang akan menghasilkan pembakaran yang
sempurna. Combustion Chamber memiliki dimensi yang berbeda-beda disesuaikan
dengan jenis boiler.
4
2. Man Hole dan lubang inspeksi untuk mengetahui kondisi boiler secara cepat
seperti kondisi air.
3. “Wet-back” desain boiler dengan ruangan pembalik air dingin
4. Sight holes untuk mengamati pembakaran boiler dari sisi belakang tabung.
5. Safety flap untuk menghindari kerusakan akibat pembakaran tidak sempurna.
6. Tempat pembersihan cepat
7. Eksploitasi bahan bakar fase 2 dan 3 yang akan mempengaruhi efisiensi
pembakaran.
8. Lubang kaca untuk mengamati pembakaran dari sisi depan tabung.
9. Sirkulasi natural air boiler.
10. Steady capacity dan tekanan untuk ruang air dan uap.
11. High grade insulation untuk meminimalkan panas yang terbuang (heat loss).
12. Steam drier, permukaan evaporasi.
2.2. Fungsi Boiler
Boiler berfungsi sebagai pesawat konversi energi yang mengkonversikan
energi kimia (potensial) dari bahan bakar menjadi energi panas. Boiler terdiri dari dua
komponen utama yaitu :
1. Dapur (furnace), sebagai alat untuk mengubah energi kimia menjad energi panas.
2. Alat penguap (eveporator) yang mengubah energi pembakaran (energi panas)
menjadi energi potensial uap.
Kedua komponen tersebut di atas telah dapat untuk memungkinkan sebuah
boiler untuk berfungsi. Sedangkan komponen lainnya adalah :
1.
Corong asap dengan sistem tarikan gas asapnya, memungkinkan dapur berfungsi
secara efektif.
2.
Sistem perpipaan, seperti pipa api pada boiler pipa api, pipa air pad boiler pipa
air memungkinkan sistem penghantaran kalor yang efektif antara nyala api atau gas
panas dengan air boiler.
3.
Sistem pemanas uap lanjut, sistem pemanas udara pembakaran serta sistem
pemanas air pengisi boiler berfungsi sebagai alat untuk menaikan efisiensi boiler.
Agar sebuah boiler dapat beropersi dengan aman, maka perlu adanya sistem
pengamanan yang disebut apendasi.
2.3. Prinsip Kerja Boiler
Prinsip kerja boiler secara umum adalah pengubahan dan pemindahan energi
yangdikandung bahan bakar menjadi energi yang dikandung uap air. Proses pelepasan
energi bahan bakar dilakukan dengan cara mereaksikan bahan bakar dengan oksigen
yang diambil dari udara. Pencampuran antara unsur-unsur yang dapat terbakar pada
bahan bakar dengan oksigen akan menyebabkan terlepasnya energi yang dikandung
bahan bakar. Energi tersebut akan menaikkan tingkat energi gas asap sehingga
temperatur gas tersebut naik. Kenaikan temperatur gas yang tinggi menyebabkan
terjadinya perpindahan energy panas baik radiasi maupun konveksi dari gas asap ke
dindng air. Air tersebut diperlukan untuk menaikkan temperatur air menjadi uap.
Energi kalor yang dibangkitkan dalam sistem boiler memiliki nilai tekanan,
temperatur, dan laju aliran yang menentukan pemanfaatan steam yang akan digunakan.
5
Berdasarkan ketiga hal tersebut sistem boiler mengenal keadaan tekanan-temperatur
rendah (low pressure/LP), dan tekanan-temperatur tinggi (high pressure/HP),
dengan perbedaan itu pemanfaatansteam yang keluar dari sistem boiler dimanfaatkan
dalam suatu proses untuk memanasakan cairan dan menjalankan suatu mesin
(commercial and industrial boilers), atau membangkitkan energi listrik dengan
merubah energi kalor menjadi energi mekanik kemudian memutar generator sehingga
menghasilkan energi listrik (power boilers). Namun, ada juga yang menggabungkan
kedua sistem boiler tersebut, yang memanfaatkan tekanan-temperatur tinggi untuk
membangkitkan energi listrik, kemudian sisa steam dari turbin dengan keadaan tekanantemperatur rendah dapat dimanfaatkan ke dalam proses industri dengan bantuan heat
recovery boiler.
2.4. Komponen – Komponen umum Boiler
Berikut ini merupakan komponen-komponen secara umum boiler antara lain:
1. Furnace
Komponen ini merupakan tempat pembakaran bahan bakar. Beberapa bagian dari
furnace siantaranya : refractory, ruang perapian, burner, exhaust for flue gas, charge and
discharge door.
2. Steam Drum
Komponen ini merupakan tempat penampungan air panas dan pembangkitan
steam. Steam masih bersifat jenuh (saturated steam).
3. Superheater
Komponen ini merupakan tempat pengeringan steam dan siap dikirim melalui
main steam pipe dan siap untuk menggerakkan turbin uap atau menjalankan proses
industri.
4. Air Heater
Komponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan
udara luar yang diserap untuk meminimalisasi udara yang lembab yang akan masuk ke
dalam tungku pembakaran.
5. Economizer
Komponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan
air dari air yang terkondensasi dari sistem sebelumnya maupun air umpan baru.
6. Safety valve
Komponen ini merupakan saluran buang steam jika terjadi keadaan dimana
tekanan steam melebihi kemampuan boiler menahan tekanan steam.
7. Blowdown valve
Komponen ini merupakan saluran yang berfungsi membuang endapan yang
berada di dalam pipa steam.
2.5. Jenis-Jenis Boiler
2.5.1. Berdasarkan Tipe Pipa Boiler dibagi menjadi 2, yaitu:
1. Fire Tube Boiler
Fire tube boiler adalah jenis boiler dimana gas panas melewati pipa-pipa dan
air umpan boiler ada didalam shell untuk dirubah menjadi steam. Terdiri dari tangki air
yang dilubangi dan dilalui pipa-pipa, dimana gas panas yang mengalir pada tanki
6
tersebut digunakan untuk memanaskan air di tanki. Air yang dipanaskan menghasilkan
uap panas yang dapat digunakan untuk memanaskan air dikamar 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 atau bahan
bakar padat dalam operasinya. Untuk alasan ekonomis, sebagian besar fire tube boilers
dikonstruksi sebagai “paket” boiler (dirakit oleh pabrik) untuk semua bahan bakar.
2. Water Tube Boiler
Water tube boiler adalah jenis boiler dimana air umpan boiler mengalir melalui
pipa-pipa masuk kedalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakar
membentuk steam pada daerah uap dalam drum. Boiler ini dipilih jika kebutuhan steam
dan tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus boiler untuk pembangkit tenaga.
Water tube boiler yang sangat modern dirancang dengan kapasitas steam antara 4.500 –
12.000 kg/jam, dengan tekanan sangat tinggi. Banyak water tube boilers yang
dikonstruksi secara paket jika digunakan bahan bakar minyak bakar dan gas. Untuk
water tube yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum dirancang secara paket.
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 yang didih mendapat pemanasan, air dalam
pipa menjadi 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 boilers sebagai berikut:
7
- 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.
2.5.2. Berdasarkan bahan bakar yang digunakan boiler dibagi menjadi 4, yaitu:
1. Solid Fuel
Tipe boiler yang bahan bakarnya padat memiliki karakteristik: harga bahan baku
pembakaran relatif lebih murah dibandingkan dengan boiler yang menggunakan
bahan bakar cair dan listrik. Nilai effisiensi dari tipe ini lebih baik jika dibandingkan
dengan boiler tipe listrik. Pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara
percampuran bahan bakar padat (batu bara, baggase, rejected product,sampah kota,
kayu) dengan oksigen dan sumber panas.
2. Oil Fuel
Tipe boiler yang bahan bakarnya cair memiliki karakteristik: harga bahan baku
pembakaran paling mahal dibandingkan dengan semua tipe. Nilai effisiensi dari tipe
ini lebih baik jika dibandingkan dengan boiler bahan bakar padat dan listrik.
Pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara percampuran bahan bakar cair
(solar, IDO, residu, kerosin) dengan oksigen dan sumber panas.
3. Gaseous Fuel
Tipe boiler yang bahan bakarnya gas memiliki karakteristik: harga bahan baku
pembakaran paling murah dibandingkan dengan semua tipe boiler. Nilai effisiensi
dari tipe ini lebih baik jika dibandingkan dengan semua tipe boiler berdasarkan
bahan bakar. 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
Tipe boiler listrik memiliki karakteristik: harga bahan baku pemanasan relatif lebih
murah dibandingkan dengan boiler yang menggunakan bahan bakar cair. Nilai
8
effisiensi dari tipe ini paling rendah jika dibandingkan dengan semua tipe boiler
berdasarkan bahan bakarnya. Pemanasan yang terjadi akibat sumber listrik yang
menyuplai sumber panas.
2.5.3. Berdasarkan kegunaannya boiler dibagi menjadi 5, 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
mampumemutar 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.
9
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.
10
2.5.4. 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 temperatur dibawah 250 F.
2. High Pressure Boiler
Tipe ini memiliki steam operasi lebih dari 15 psi, menghasilkan air dengan tekanan
diatas 160 psi dan temperature di atas 250 F.
11
2.6. Steam Boiler
Steam 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.
2.6.1. Sistem Steam Boiler
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 diubah menjadi steam disebut air umpan. Ada
dua sumber air umpan: 1. Kondensat atau steam yang mengembun ke proses. 2. Air
make up (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar ruang boiler ke
plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi, digunakan
economizer untuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas
buang.
Air umpan sebelum masuk ke steam boiler (1), untuk meningkatkan efisiensi
boiler air umpan tersebut dipanasi terlebih dahulu melalui economizer (5), dengan
bantuan circulating pump (4). Setelah temperature air umpan meningkat, air dari
economizer masuk ke steam boiler untuk diproduksi sehingga menghasilkan steam,
yang mana steam tersebut akan didistribusikan ke berbagai keperluan dalam menunjang
operasional kapal. Dari steam boiler uap tersebut menuju daerator (2), Setelah itu
melewati dump condenser. Dari dump condenser masuk ke system, diantaranya to
supply module (SULZER), to tracing pipeline,bahan bakar HFO dan lain sebagainya.
Uap jenuh hasil kerja dari deaerating ditampung di expansion tank (3).
12
Pada gambar diatas, terdapat beberapa komponen seperti :
1) Steam boiler. Merupakan alat yang digunakan untuk memberi panas pada fluida (air)
2) Deaerator. Merupakan alat yang digunakan untuk memisahkan uap dengan fluidanya.
3) Expansion tank. Merupakan tanki yang berfungsi untuk menampung uap jenuh yang
berasal dari kerja deaerator.
4) Circulating pump. Pompa yang digunakan untuk mensirkulasi fluida yang berasal
dari proses menuju steam boiler.
5) Economizer. Alat ini digunakan supaya steam boiler lebih efesien dimana fluida
yang akan masuk ke steam boiler akan dipanaskan terlebih dahulu.
2.7. 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 sistim boiler, yang menerima semua bahan pencemar dari sistim
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 partikuat, 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.
Berbagai macam pengolahan air umpan boiler:
1. Pengendalian endapan
Endapan dalam boiler dapat diakibatkan dari kesadahan air umpan dan hasil
korosi dari sistim kondensat dan air umpan. Kesadahan air umpan dapat terjadi karena
kurangnya sistim 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.
2. 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
13
lumpur lunak, yang kemudian mengendap. Hal ini disebut dengan kesadahan sementara
yaitu kesadahan yang dapat dibuang dengan pendidihan. Kalsium dan magnesium
sulfat, klorida dan nitrat, dll., jika dilarutkan dalam air secara kimiawi akan menjadi
netral dan dikenal dengan kesadahan non-alkali. 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.
3. Silika
Keberadaan silika dalam air boiler dapat meningkatkan pembentukan kerak
silika yang keras. Silika dapat juga berinteraksi dengan garam kalsium dan magnesium,
membentuk silikat bkalsium 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. Dua jenis utama pengolahan air boiler adalah pengolahan air
internal dan eksternal.
4. 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.
5. Pengolahan Air Eksternal
Reaksi pelunakan:
Na2R + Ca(HCO3)2
CaR + 2 Na(HCO3)
Reaksi regenerasi
CaR + 2 NaCl
Na2R + CaCl2
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).
14
Proses perlakuan eksternal yang ada adalah:
- Pertukaran ion
- De-aerasi (mekanis dan kimia)
- Osmosis balik
- 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 nonsadah. Penghilangan hanya garam sadah disebut pelunakan, sedangkan penghilangan
total garam dari larutan disebut penghilangan mineral atau demineralisasi. Proses
pengolahan air eksternal dijelaskan dibawah ini.
- Proses pertukaran ion (Plant Pelunakan)
Pada proses pertukaran ion, kesadahan dihilangkan dengan melewatka air pada
bed zeolit alam atau resin sintetik dan tanpa pembentukan endapan. Jenis paling
sederhana adalah ‘pertukaran basa’ dimana ion kalsium dan magnesium ditukar dengan
ion sodium. Setelah jenuh, dilakukan regenerasi dengan sodium klorida. Garam sodium
mudah larut, tidak membentuk kerak dalam boiler. Dikarenakan penukar basa hanya
menggantikan kalsium dan magnesium dengan sodium, maka tidak mengurangi
kandungan TDS, dan besarnya blowdown. Penukar basa ini juga tidak menurunkan
alkalinitasnya. Demineralisasi merupakan penghilangan lengkap seluruh garam. Hal ini
dicapai dengan menggunakan resin “kation”, yang menukar kation dalam air baku
dengan ion hydrogen menghasilkan asam hidroklorida, asam sulfat dan asam karbonat.
Asam karbonat dihilangkan dalam menara degassing dimana udara dihembuskan
melalui air asam. Berikutnya, air melewati resin “anion”, yang menukar anion dengan
asam mineral (misalnya asam sulfat) dan membentuk air. Regenerasi kation dan anion
perlu dilakuakan pada jangka waktu tertentu dengan menggunakan asam mineral dan
soda kaustik. Penghilangan lengkap silika dapat dicapai dengan pemilihan resin anion
yang benar. Proses pertukaran ion, jika diperlukan, dapat digunakan untuk
demineralisasi yang hampir total, seperti untuk boiler pembangkit tenaga listrik.
- De-aerasi
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 teremb unkan dari air umpan boiler sangat penting bagi umur
peralatan boiler dan juga keamanan operasi. Asam karbonat mengkorosi logam
15
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. De-aerasi dapat dilakukan dengan de-aerasi mekanis, deaerasi kimiawi, atau dua-duanya.
- De-aerasi mekanis
De-aerasi mekanis untuk penghilangan gas terlarut digunakan sebelum
penambahan bahan kimia untuk oksigen. De-aerasi mekanis didasarkan pada hukum
fisika Charles dan Henry. Secara ringkas, hukum tersebut menyatakan bahwa
penghilangan oksigen dan karbon dioksida dapat disempurnakan dengan pemanasan air
umpan boiler, yang akan menurunkan konsentrasi oksigen dan karbon dioksida di
sekitar atmosfir air umpan.
De-aerasi mekanis dapat menjadi yang paling ekonomis, beroperasi pada titk
didih air pada tekanan dalam de-aerator. Deaerasi mekanis dapat berjenis vakum atau
bertekanan. De-aerator jenis vakum beroperasi dibawah tekanan atmosfir, pada suhu
sekitar 82 oC, dan dapat menurunkan kandungan oksigen dalam air hingga kurang dari
0,02 mg/liter. Pompa vakum atau steam ejectors diperlukan untuk mencapai kondisi
vakum. De-aerator jenis bertekanan beroperasi dengan membiarkan steam menuju air
umpan melalui klep pengendali tekanan untuk mencapai tekanan operasi yang
dikehendaki, dan dengan suhu minimum 105oC. Steam menaikan suhu air menyebabkan
pelepasan gas O2 dan CO2 yang dikeluarkan dari sistim. Jenis ini dapat mengurangi
kadar oksigen hingga 0,005 mg/liter.
Bila terdapat kelebihan steam tekanan rendah, tekanan operasi dapat dipilih
untuk menggunakan steam ini sehingga akan meningkatkan ekonomi bahan bakar.
Dalam sistim boiler, steam lebih disukai untuk de-aerasi sebab:
Steam pada dasarnya bebas dari O2 dan CO2
Steam tersedia dengan mudah
Steam menambah panas yang diperlukan untuk melengkapi reaksi
- De-aerasi kimiawi
Sementara deaerators mekanis yang paling efisien menurunkan oksigen hingga
ke tingkat yang sangat rendah (0,005 mg/liter), namun jumlah oksigen yang sangat kecil
sekalipun dapat menyebabkan bahaya korosi terhadap sistim. Sebagai akibatnya,
praktek pengoperasian yang baik memerlukan penghilangan oksigen yang sangat sedikit
tersebut dengan bahan kimia pereaksi oksigen seperti sodium sulfit atau hidrasin.
Sodium sulfit akan bereaksi dengan oksigen membentuk sodium sulfat yang akan
meningkatkan TDS dalam air boiler dan meningkatkan blowdown dan kualitas air
make-up. Hydrasin bereaksi dengan oksigen membentuk nitrogen dan air. Senyawa
tersebut selalu digunakan dalam boiler tekanan tinggi bila diperlukan air boiler dengan
padatan yang rendah, karena senyawa tersebut tidak meningkatkan TDS air boiler.
16
- Osmosis balik
Osmosis balik menggunakan kenyataan bahwa jika larutan dengan konsentrasi
yang berbedabeda dipisahkan dengan sebuah membran semi-permeable, air dari larutan
yang berkonsentrasi lebih kecil akan melewati membran untuk megencerkan cairan
yang berkonsentrasi tinggi. Jika cairan yang berkonsentrasi tinggi tersebut diberi
tekanan, prosesnya akan dibalik dan air dari larutan yang berkonsentrasi tinggi mengalir
ke larutan yang lebih lemah. Hal ini dikenal dengan osmosis balik. Membran semipermeable lebih mudah melewatka air daripada bahan mineral yang terlarut. Air pada
larutan yang kurang pekat mengalir melalui membran kearah larutan yang lebih pekat
menghasilkan perbedaan head yang nyata diantara dua larutan. Perbedaan head ini
merupakan ukuran perbedaan konsentrasi dua larutan dan menunjukan perbedaan
tekanan osmosis.
Jika tekanan diberikan ke larutan yang pekat, yang kemudian lebih besar dari
padaperbedaan tekanan osmosis, arah lintasan air melalui membran dibalik dan terjadi
prosesyang disebut sebagai osmosis balik. Dimana, kemampuan membran melewatkan
air secara selektif tidak berubah, hanya arah aliran air yang dirubah Air umpan dan
konsentrat (aliran reject) pada sisi kiri menggambarkan sistim RO yang beroperasi
secara sinambung. Kualitas air yang dihasilkan tergantung pada konsentrasi larutan
pada sisi tekanan tinggi dan perbedaan tekanan yang melintasi membran. Proses ini
cocok untuk air yang memiliki TDS yang sangat tinggi, seperti air laut.
2.8. Syarat-syarat Air Umpan Boiler
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.
17
Air yang dipakai untuk pembuatan steamharus 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
2.9. Kerusakan pada Air Boiler dan Pencegahannya
1. 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:
- Kesulitan membaca tinggi permukaan air didalam boiler
- Karena buih dapat menciptakan percikan yang kuat sehingga mengakibatkan
adanya solid yang menempel dan akan mengakibatkan terjadinya korosi dengan
adanya pemanasan lebih lanjut.
18
Cara-cara mengetahui (menentukan) 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:
- Pemberian asam organic dan Castrol oil
- Barium salt
- Polyamide, poly alkylene glycol
- Kontrol adanya lumpur dan kerak.
- Control alkalinitas dari air tersebut.
2. 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, kerankeran, 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.
2.10. Aplikasi Boiler pada Industri
Aplikasi Boiler pada Imdustri Pembangkit Listrik
Setelah kita mengetahui jenis dan tipe boiler serta fungsi boiler dan
komponennya dari uraian di atas, maka akan menjadi lebih jelas lagi bagaimana cara
kerja boiler dalam suatu sistem pembangkit listrik. Dalam makalah ini sistem yang kita
ambil sebagai aplikasi contoh adalah sistem pada PLTU Paiton khususnya pada PT.
YTL Jawa Timur
Proses Dasar Produksi Listrik
Di dalam PLTU batubara atau coal fired power plant, energi panas batubara
dikonversikan ke dalam energi listrik dengan bantuan boiler, turbin dan generator.
Batubara dari tempat penyimpanannya di bawa ke tempat penampungan batubara di
area boiler setelah terlebih dahulu dihancurkan di ruangan penghancur batubara.
Batubara tersebut kemudian disalurkan ke pengumpan batubara (coal feeder) yang
dilengkapi alat pengatur aliran untuk dihaluskan pada mesin penghalus (pulveriser atau
coal mill) sehingga dihasilkan tepung batubara yang halus. Batubara halus di dorong
dengan udara panas yang dihasilkan dari Primary Air Fan dan dibawa ke pembakar
19
batubara dengan cara di injeksikan ke ruang bakar boiler (furnace). Di sini tepung
batubara yang keluar dari corner (sudut–sudut boiler) dibakar bersama- sama dengan
udara panas dan api yang di injeksikan ke ruang bakar secara bersamaan. Udara panas
yang masuk ke furnace dihasilkan dari fan yang disebut Forced Draft Fan , sedangkan
api di hasilkan dari pemantik api atau ignitor.
Panas yang di hasilkan dari proses pembakaran ini melalui proses perpindahan
panas secara konveksi akan mengubah air yang mengalir dalam pipa–pipa yang ada di
dalam boiler menjadi uap jenuh (saturated steam) . Uap panas ini kemudian di panaskan
lebih lanjut oleh super heater sampai menjadi uap panas kering (dry super heated
steam) sehingga efisiensi boiler makin tinggi. Uap panas kering kemudian disalurkan ke
turbin bertekanan tinggi dengan bantuan pipa–pipa tebal bertekanan tinggi dimana
steam itu dikeluarkan lewat nozzle–nozzle mengenai baling –baling turbin. Saat
mengenai baling–baling, energi kalor yang dimiliki steam akan berubah menjadi energi
kinetik dan menggerakkan baling–baling turbin dan shaft turbin yang
disambungkan dengan generator ikut berputar.
Shaft yang disambungkan dengan generator berupa silinder elektromagnetik
besar sehingga ketika turbin berputar generator ikut berputar ,yaitu bagian
rotor.Rotor generator tergabung dengan stator. Stator adalah bagian generator yang
tidak ikut berputar, berupa gulungan yang menggunakan batang tembaga sebagai
pendingin internal.Listrik dihasilkan dalam batang–batang tembaga stator dengan
elektostatik di dalam rotor melalui putaran magnet. Listrik yang dihasilkan bertegangan
21 kV dan dengan trafo step up dinaikkan menjadi 500 kV, sesuai tegangan yang
diminta PLN.
Boiler Master System
Coal fired power
plant atau
pembangkit
listrik tenaga
uap
merupakan pembangkit listrik dengan menggunakan uap sebagai tenaga
pembangkitnya.Untuk fungsi ini powerplant ini dapat dibagi menjadi dua bagian
penting yaitu boiler master dan turbine master. Uap yang digunakan untuk pembangkit
listrik ini dihasilkan dari proses perubahan wujud dari air ke uap yang dilakukan oleh
boiler yang merupakan bagian dari boiler master .Sehingga boiler merupakan suatu
komponen dalam power plant yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap melalui
serangkaian proses yang kompleks dimana didalamnya terjadi perpindahan panas dan
konversi energi dari kimia ke panas
Jenis boiler yang digunakan berupa tipe menggantung dengan pengontrol
sirkulasi (controlled circulation) yaitu sirkulasi air dan uap pada boiler tidak terjadi
secara naturaltapi dipaksa dengan pompa BWCP (Boiler water Circulating Pump) , hal
ini memudahkan dalam pengoperasian boiler untuk menyesuaikan dengan kebutuhan air
dan uap agar sesuai dengan beban yang diinginkan. Boiler ini didesain dengan satu kali
proses pemanasan kembali (reheat) Boiler merupakan .suatu komponen besar yang
terdiri dari komponen-komponen utama dan komponen pembantu agar dalam proses
kerjanya mencapai efisiensi optimum.
20
BOILER DAN STEAM
Oleh:
Whindy Pradita S.
1214012
Rina Eka M.
1214016
Regina Berliana
1214050
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL MALANG
2014
KATA PENGANTAR
Segala Puji syukur kepada Allah SWT atas Rahmat dan hidayah-Nya, sehingga
kami masih diberi kesehatan dan kesempatan untuk menyusun makalah sistem utilitas
tentang boiler dan steam ini. Makalah ini dibuat untuk memahami pengertian boiler,
komponen, jenis-jenis, prinsip kerja, air umpan boiler, syarat-syarat air umpan boiler
serta pengendaliannya. Makalah ini disusun dari berbagai sumber. Makalah ini berisi
tentang uraian–uraian yang berhubungan dengan komponen, jenis-jenis, prinsip kerja,
air umpan boiler, syarat-syarat air umpan boiler serta pengendaliannya. Semoga
makalah ini bermanfaat bagi yang membacanya.
Sesuai pepatah yang mengatakan “tak ada gading yang tak retak”, kami pun
menyadari bahwa makalah yang kami buat ini masih banyak kesalahan dan kekurangan,
karena kami maih dalam tahap pembelajaran, maka dari itu kami mengharapkan kritik
dan saran bagi pembaca demi kesempurnaan dalam penyusunan makalah ini.
Penulis
1
DAFTAR ISI
Kata Pengantar.....................................................................................................................1
Daftar isi..............................................................................................................................2
BAB I Pendahuluan
1.1. Latar Belakang Masalah ..............................................................................................3
1.2. Rumusan masalah.........................................................................................................3
1.3. Batasan masalah...........................................................................................................3
1.4. Tujuan penulisan...........................................................................................................3
1.5. Manfaat penulisan.........................................................................................................3
BAB II Pembahasan
2.1. Definisi boiler...............................................................................................................4
2.2. Fungsi boiler.................................................................................................................5
2.3. Prinsip kerja boiler........................................................................................................5
2.4. Komponen boiler..........................................................................................................6
2.5. Jenis-jenis boiler...........................................................................................................6
2.6. Steam boiler..................................................................................................................12
2.7. Pengolahan air umpan boiler........................................................................................13
2.8. Syarat-syarat Air umpan boiler.....................................................................................17
2.9. Kerusakan air umpan boiler dan pencegahannya.........................................................18
2.10. Aplikasi boiler pada Industri......................................................................................19
2
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Uap air yaitu gas yang timbul akibat perubahan fase air menjadi uapdengan
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 dapatdigunakan untuk membangkitkan listrik,
menggerakkan turbin dan sebagianya.
Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan keair sampai
terbentuk air panas atau Steam. Air panas atau steam pada tekanantertentu 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, volumenya 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.
1.2. Batasan Masalah
Agar pembahasan materi yang diuraikan dalam makalah ini tetap terarah
dan tidak simpang siur, maka penulis membatasi masalahnya yaitu hanya
menguraikan tentang definisi, fungsi, macam-macam, serta prinsip kerja boiler,
steam boiler, dan pengendalian air umpan boiler.
1.4. Tujuan Penulisan
Adapun yang menjadi tujuan penulisan makalah ini diantaranya:
1. Menjelaskan tentang definisi boiler dan jenis-jenisnya
2. Menjelaskan tentang
3. Menjelaskan
4. Menjelaskan
1.5. Manfaat Penulisan
3
BAB II
PEMBAHASAN
2.1. 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 adalah tempat untuk memanaskan air menjadi uap air.
2. Air adalah bahan untuk membuat steam sesudah dipanaskan.
3. 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. Bahan bakar boiler bermacam-macam dari yang
populer seperti batu bara, bahan bakar minyak, gas, nuklir dan lain-lain. Boiler
merupakan bagian terpenting dari penemuan mesin uap yang merupakan pemicu
lahirnya revolusi industri.
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.
Bagian-bagian boiler seperti gambar di atas adalah sebagai berikut :
1. Flame tube yang memiliki diameter besar yang akan menghasilkan pembakaran yang
sempurna. Combustion Chamber memiliki dimensi yang berbeda-beda disesuaikan
dengan jenis boiler.
4
2. Man Hole dan lubang inspeksi untuk mengetahui kondisi boiler secara cepat
seperti kondisi air.
3. “Wet-back” desain boiler dengan ruangan pembalik air dingin
4. Sight holes untuk mengamati pembakaran boiler dari sisi belakang tabung.
5. Safety flap untuk menghindari kerusakan akibat pembakaran tidak sempurna.
6. Tempat pembersihan cepat
7. Eksploitasi bahan bakar fase 2 dan 3 yang akan mempengaruhi efisiensi
pembakaran.
8. Lubang kaca untuk mengamati pembakaran dari sisi depan tabung.
9. Sirkulasi natural air boiler.
10. Steady capacity dan tekanan untuk ruang air dan uap.
11. High grade insulation untuk meminimalkan panas yang terbuang (heat loss).
12. Steam drier, permukaan evaporasi.
2.2. Fungsi Boiler
Boiler berfungsi sebagai pesawat konversi energi yang mengkonversikan
energi kimia (potensial) dari bahan bakar menjadi energi panas. Boiler terdiri dari dua
komponen utama yaitu :
1. Dapur (furnace), sebagai alat untuk mengubah energi kimia menjad energi panas.
2. Alat penguap (eveporator) yang mengubah energi pembakaran (energi panas)
menjadi energi potensial uap.
Kedua komponen tersebut di atas telah dapat untuk memungkinkan sebuah
boiler untuk berfungsi. Sedangkan komponen lainnya adalah :
1.
Corong asap dengan sistem tarikan gas asapnya, memungkinkan dapur berfungsi
secara efektif.
2.
Sistem perpipaan, seperti pipa api pada boiler pipa api, pipa air pad boiler pipa
air memungkinkan sistem penghantaran kalor yang efektif antara nyala api atau gas
panas dengan air boiler.
3.
Sistem pemanas uap lanjut, sistem pemanas udara pembakaran serta sistem
pemanas air pengisi boiler berfungsi sebagai alat untuk menaikan efisiensi boiler.
Agar sebuah boiler dapat beropersi dengan aman, maka perlu adanya sistem
pengamanan yang disebut apendasi.
2.3. Prinsip Kerja Boiler
Prinsip kerja boiler secara umum adalah pengubahan dan pemindahan energi
yangdikandung bahan bakar menjadi energi yang dikandung uap air. Proses pelepasan
energi bahan bakar dilakukan dengan cara mereaksikan bahan bakar dengan oksigen
yang diambil dari udara. Pencampuran antara unsur-unsur yang dapat terbakar pada
bahan bakar dengan oksigen akan menyebabkan terlepasnya energi yang dikandung
bahan bakar. Energi tersebut akan menaikkan tingkat energi gas asap sehingga
temperatur gas tersebut naik. Kenaikan temperatur gas yang tinggi menyebabkan
terjadinya perpindahan energy panas baik radiasi maupun konveksi dari gas asap ke
dindng air. Air tersebut diperlukan untuk menaikkan temperatur air menjadi uap.
Energi kalor yang dibangkitkan dalam sistem boiler memiliki nilai tekanan,
temperatur, dan laju aliran yang menentukan pemanfaatan steam yang akan digunakan.
5
Berdasarkan ketiga hal tersebut sistem boiler mengenal keadaan tekanan-temperatur
rendah (low pressure/LP), dan tekanan-temperatur tinggi (high pressure/HP),
dengan perbedaan itu pemanfaatansteam yang keluar dari sistem boiler dimanfaatkan
dalam suatu proses untuk memanasakan cairan dan menjalankan suatu mesin
(commercial and industrial boilers), atau membangkitkan energi listrik dengan
merubah energi kalor menjadi energi mekanik kemudian memutar generator sehingga
menghasilkan energi listrik (power boilers). Namun, ada juga yang menggabungkan
kedua sistem boiler tersebut, yang memanfaatkan tekanan-temperatur tinggi untuk
membangkitkan energi listrik, kemudian sisa steam dari turbin dengan keadaan tekanantemperatur rendah dapat dimanfaatkan ke dalam proses industri dengan bantuan heat
recovery boiler.
2.4. Komponen – Komponen umum Boiler
Berikut ini merupakan komponen-komponen secara umum boiler antara lain:
1. Furnace
Komponen ini merupakan tempat pembakaran bahan bakar. Beberapa bagian dari
furnace siantaranya : refractory, ruang perapian, burner, exhaust for flue gas, charge and
discharge door.
2. Steam Drum
Komponen ini merupakan tempat penampungan air panas dan pembangkitan
steam. Steam masih bersifat jenuh (saturated steam).
3. Superheater
Komponen ini merupakan tempat pengeringan steam dan siap dikirim melalui
main steam pipe dan siap untuk menggerakkan turbin uap atau menjalankan proses
industri.
4. Air Heater
Komponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan
udara luar yang diserap untuk meminimalisasi udara yang lembab yang akan masuk ke
dalam tungku pembakaran.
5. Economizer
Komponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan
air dari air yang terkondensasi dari sistem sebelumnya maupun air umpan baru.
6. Safety valve
Komponen ini merupakan saluran buang steam jika terjadi keadaan dimana
tekanan steam melebihi kemampuan boiler menahan tekanan steam.
7. Blowdown valve
Komponen ini merupakan saluran yang berfungsi membuang endapan yang
berada di dalam pipa steam.
2.5. Jenis-Jenis Boiler
2.5.1. Berdasarkan Tipe Pipa Boiler dibagi menjadi 2, yaitu:
1. Fire Tube Boiler
Fire tube boiler adalah jenis boiler dimana gas panas melewati pipa-pipa dan
air umpan boiler ada didalam shell untuk dirubah menjadi steam. Terdiri dari tangki air
yang dilubangi dan dilalui pipa-pipa, dimana gas panas yang mengalir pada tanki
6
tersebut digunakan untuk memanaskan air di tanki. Air yang dipanaskan menghasilkan
uap panas yang dapat digunakan untuk memanaskan air dikamar 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 atau bahan
bakar padat dalam operasinya. Untuk alasan ekonomis, sebagian besar fire tube boilers
dikonstruksi sebagai “paket” boiler (dirakit oleh pabrik) untuk semua bahan bakar.
2. Water Tube Boiler
Water tube boiler adalah jenis boiler dimana air umpan boiler mengalir melalui
pipa-pipa masuk kedalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakar
membentuk steam pada daerah uap dalam drum. Boiler ini dipilih jika kebutuhan steam
dan tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus boiler untuk pembangkit tenaga.
Water tube boiler yang sangat modern dirancang dengan kapasitas steam antara 4.500 –
12.000 kg/jam, dengan tekanan sangat tinggi. Banyak water tube boilers yang
dikonstruksi secara paket jika digunakan bahan bakar minyak bakar dan gas. Untuk
water tube yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum dirancang secara paket.
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 yang didih mendapat pemanasan, air dalam
pipa menjadi 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 boilers sebagai berikut:
7
- 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.
2.5.2. Berdasarkan bahan bakar yang digunakan boiler dibagi menjadi 4, yaitu:
1. Solid Fuel
Tipe boiler yang bahan bakarnya padat memiliki karakteristik: harga bahan baku
pembakaran relatif lebih murah dibandingkan dengan boiler yang menggunakan
bahan bakar cair dan listrik. Nilai effisiensi dari tipe ini lebih baik jika dibandingkan
dengan boiler tipe listrik. Pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara
percampuran bahan bakar padat (batu bara, baggase, rejected product,sampah kota,
kayu) dengan oksigen dan sumber panas.
2. Oil Fuel
Tipe boiler yang bahan bakarnya cair memiliki karakteristik: harga bahan baku
pembakaran paling mahal dibandingkan dengan semua tipe. Nilai effisiensi dari tipe
ini lebih baik jika dibandingkan dengan boiler bahan bakar padat dan listrik.
Pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara percampuran bahan bakar cair
(solar, IDO, residu, kerosin) dengan oksigen dan sumber panas.
3. Gaseous Fuel
Tipe boiler yang bahan bakarnya gas memiliki karakteristik: harga bahan baku
pembakaran paling murah dibandingkan dengan semua tipe boiler. Nilai effisiensi
dari tipe ini lebih baik jika dibandingkan dengan semua tipe boiler berdasarkan
bahan bakar. 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
Tipe boiler listrik memiliki karakteristik: harga bahan baku pemanasan relatif lebih
murah dibandingkan dengan boiler yang menggunakan bahan bakar cair. Nilai
8
effisiensi dari tipe ini paling rendah jika dibandingkan dengan semua tipe boiler
berdasarkan bahan bakarnya. Pemanasan yang terjadi akibat sumber listrik yang
menyuplai sumber panas.
2.5.3. Berdasarkan kegunaannya boiler dibagi menjadi 5, 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
mampumemutar 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.
9
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.
10
2.5.4. 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 temperatur dibawah 250 F.
2. High Pressure Boiler
Tipe ini memiliki steam operasi lebih dari 15 psi, menghasilkan air dengan tekanan
diatas 160 psi dan temperature di atas 250 F.
11
2.6. Steam Boiler
Steam 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.
2.6.1. Sistem Steam Boiler
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 diubah menjadi steam disebut air umpan. Ada
dua sumber air umpan: 1. Kondensat atau steam yang mengembun ke proses. 2. Air
make up (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar ruang boiler ke
plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi, digunakan
economizer untuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas
buang.
Air umpan sebelum masuk ke steam boiler (1), untuk meningkatkan efisiensi
boiler air umpan tersebut dipanasi terlebih dahulu melalui economizer (5), dengan
bantuan circulating pump (4). Setelah temperature air umpan meningkat, air dari
economizer masuk ke steam boiler untuk diproduksi sehingga menghasilkan steam,
yang mana steam tersebut akan didistribusikan ke berbagai keperluan dalam menunjang
operasional kapal. Dari steam boiler uap tersebut menuju daerator (2), Setelah itu
melewati dump condenser. Dari dump condenser masuk ke system, diantaranya to
supply module (SULZER), to tracing pipeline,bahan bakar HFO dan lain sebagainya.
Uap jenuh hasil kerja dari deaerating ditampung di expansion tank (3).
12
Pada gambar diatas, terdapat beberapa komponen seperti :
1) Steam boiler. Merupakan alat yang digunakan untuk memberi panas pada fluida (air)
2) Deaerator. Merupakan alat yang digunakan untuk memisahkan uap dengan fluidanya.
3) Expansion tank. Merupakan tanki yang berfungsi untuk menampung uap jenuh yang
berasal dari kerja deaerator.
4) Circulating pump. Pompa yang digunakan untuk mensirkulasi fluida yang berasal
dari proses menuju steam boiler.
5) Economizer. Alat ini digunakan supaya steam boiler lebih efesien dimana fluida
yang akan masuk ke steam boiler akan dipanaskan terlebih dahulu.
2.7. 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 sistim boiler, yang menerima semua bahan pencemar dari sistim
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 partikuat, 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.
Berbagai macam pengolahan air umpan boiler:
1. Pengendalian endapan
Endapan dalam boiler dapat diakibatkan dari kesadahan air umpan dan hasil
korosi dari sistim kondensat dan air umpan. Kesadahan air umpan dapat terjadi karena
kurangnya sistim 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.
2. 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
13
lumpur lunak, yang kemudian mengendap. Hal ini disebut dengan kesadahan sementara
yaitu kesadahan yang dapat dibuang dengan pendidihan. Kalsium dan magnesium
sulfat, klorida dan nitrat, dll., jika dilarutkan dalam air secara kimiawi akan menjadi
netral dan dikenal dengan kesadahan non-alkali. 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.
3. Silika
Keberadaan silika dalam air boiler dapat meningkatkan pembentukan kerak
silika yang keras. Silika dapat juga berinteraksi dengan garam kalsium dan magnesium,
membentuk silikat bkalsium 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. Dua jenis utama pengolahan air boiler adalah pengolahan air
internal dan eksternal.
4. 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.
5. Pengolahan Air Eksternal
Reaksi pelunakan:
Na2R + Ca(HCO3)2
CaR + 2 Na(HCO3)
Reaksi regenerasi
CaR + 2 NaCl
Na2R + CaCl2
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).
14
Proses perlakuan eksternal yang ada adalah:
- Pertukaran ion
- De-aerasi (mekanis dan kimia)
- Osmosis balik
- 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 nonsadah. Penghilangan hanya garam sadah disebut pelunakan, sedangkan penghilangan
total garam dari larutan disebut penghilangan mineral atau demineralisasi. Proses
pengolahan air eksternal dijelaskan dibawah ini.
- Proses pertukaran ion (Plant Pelunakan)
Pada proses pertukaran ion, kesadahan dihilangkan dengan melewatka air pada
bed zeolit alam atau resin sintetik dan tanpa pembentukan endapan. Jenis paling
sederhana adalah ‘pertukaran basa’ dimana ion kalsium dan magnesium ditukar dengan
ion sodium. Setelah jenuh, dilakukan regenerasi dengan sodium klorida. Garam sodium
mudah larut, tidak membentuk kerak dalam boiler. Dikarenakan penukar basa hanya
menggantikan kalsium dan magnesium dengan sodium, maka tidak mengurangi
kandungan TDS, dan besarnya blowdown. Penukar basa ini juga tidak menurunkan
alkalinitasnya. Demineralisasi merupakan penghilangan lengkap seluruh garam. Hal ini
dicapai dengan menggunakan resin “kation”, yang menukar kation dalam air baku
dengan ion hydrogen menghasilkan asam hidroklorida, asam sulfat dan asam karbonat.
Asam karbonat dihilangkan dalam menara degassing dimana udara dihembuskan
melalui air asam. Berikutnya, air melewati resin “anion”, yang menukar anion dengan
asam mineral (misalnya asam sulfat) dan membentuk air. Regenerasi kation dan anion
perlu dilakuakan pada jangka waktu tertentu dengan menggunakan asam mineral dan
soda kaustik. Penghilangan lengkap silika dapat dicapai dengan pemilihan resin anion
yang benar. Proses pertukaran ion, jika diperlukan, dapat digunakan untuk
demineralisasi yang hampir total, seperti untuk boiler pembangkit tenaga listrik.
- De-aerasi
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 teremb unkan dari air umpan boiler sangat penting bagi umur
peralatan boiler dan juga keamanan operasi. Asam karbonat mengkorosi logam
15
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. De-aerasi dapat dilakukan dengan de-aerasi mekanis, deaerasi kimiawi, atau dua-duanya.
- De-aerasi mekanis
De-aerasi mekanis untuk penghilangan gas terlarut digunakan sebelum
penambahan bahan kimia untuk oksigen. De-aerasi mekanis didasarkan pada hukum
fisika Charles dan Henry. Secara ringkas, hukum tersebut menyatakan bahwa
penghilangan oksigen dan karbon dioksida dapat disempurnakan dengan pemanasan air
umpan boiler, yang akan menurunkan konsentrasi oksigen dan karbon dioksida di
sekitar atmosfir air umpan.
De-aerasi mekanis dapat menjadi yang paling ekonomis, beroperasi pada titk
didih air pada tekanan dalam de-aerator. Deaerasi mekanis dapat berjenis vakum atau
bertekanan. De-aerator jenis vakum beroperasi dibawah tekanan atmosfir, pada suhu
sekitar 82 oC, dan dapat menurunkan kandungan oksigen dalam air hingga kurang dari
0,02 mg/liter. Pompa vakum atau steam ejectors diperlukan untuk mencapai kondisi
vakum. De-aerator jenis bertekanan beroperasi dengan membiarkan steam menuju air
umpan melalui klep pengendali tekanan untuk mencapai tekanan operasi yang
dikehendaki, dan dengan suhu minimum 105oC. Steam menaikan suhu air menyebabkan
pelepasan gas O2 dan CO2 yang dikeluarkan dari sistim. Jenis ini dapat mengurangi
kadar oksigen hingga 0,005 mg/liter.
Bila terdapat kelebihan steam tekanan rendah, tekanan operasi dapat dipilih
untuk menggunakan steam ini sehingga akan meningkatkan ekonomi bahan bakar.
Dalam sistim boiler, steam lebih disukai untuk de-aerasi sebab:
Steam pada dasarnya bebas dari O2 dan CO2
Steam tersedia dengan mudah
Steam menambah panas yang diperlukan untuk melengkapi reaksi
- De-aerasi kimiawi
Sementara deaerators mekanis yang paling efisien menurunkan oksigen hingga
ke tingkat yang sangat rendah (0,005 mg/liter), namun jumlah oksigen yang sangat kecil
sekalipun dapat menyebabkan bahaya korosi terhadap sistim. Sebagai akibatnya,
praktek pengoperasian yang baik memerlukan penghilangan oksigen yang sangat sedikit
tersebut dengan bahan kimia pereaksi oksigen seperti sodium sulfit atau hidrasin.
Sodium sulfit akan bereaksi dengan oksigen membentuk sodium sulfat yang akan
meningkatkan TDS dalam air boiler dan meningkatkan blowdown dan kualitas air
make-up. Hydrasin bereaksi dengan oksigen membentuk nitrogen dan air. Senyawa
tersebut selalu digunakan dalam boiler tekanan tinggi bila diperlukan air boiler dengan
padatan yang rendah, karena senyawa tersebut tidak meningkatkan TDS air boiler.
16
- Osmosis balik
Osmosis balik menggunakan kenyataan bahwa jika larutan dengan konsentrasi
yang berbedabeda dipisahkan dengan sebuah membran semi-permeable, air dari larutan
yang berkonsentrasi lebih kecil akan melewati membran untuk megencerkan cairan
yang berkonsentrasi tinggi. Jika cairan yang berkonsentrasi tinggi tersebut diberi
tekanan, prosesnya akan dibalik dan air dari larutan yang berkonsentrasi tinggi mengalir
ke larutan yang lebih lemah. Hal ini dikenal dengan osmosis balik. Membran semipermeable lebih mudah melewatka air daripada bahan mineral yang terlarut. Air pada
larutan yang kurang pekat mengalir melalui membran kearah larutan yang lebih pekat
menghasilkan perbedaan head yang nyata diantara dua larutan. Perbedaan head ini
merupakan ukuran perbedaan konsentrasi dua larutan dan menunjukan perbedaan
tekanan osmosis.
Jika tekanan diberikan ke larutan yang pekat, yang kemudian lebih besar dari
padaperbedaan tekanan osmosis, arah lintasan air melalui membran dibalik dan terjadi
prosesyang disebut sebagai osmosis balik. Dimana, kemampuan membran melewatkan
air secara selektif tidak berubah, hanya arah aliran air yang dirubah Air umpan dan
konsentrat (aliran reject) pada sisi kiri menggambarkan sistim RO yang beroperasi
secara sinambung. Kualitas air yang dihasilkan tergantung pada konsentrasi larutan
pada sisi tekanan tinggi dan perbedaan tekanan yang melintasi membran. Proses ini
cocok untuk air yang memiliki TDS yang sangat tinggi, seperti air laut.
2.8. Syarat-syarat Air Umpan Boiler
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.
17
Air yang dipakai untuk pembuatan steamharus 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
2.9. Kerusakan pada Air Boiler dan Pencegahannya
1. 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:
- Kesulitan membaca tinggi permukaan air didalam boiler
- Karena buih dapat menciptakan percikan yang kuat sehingga mengakibatkan
adanya solid yang menempel dan akan mengakibatkan terjadinya korosi dengan
adanya pemanasan lebih lanjut.
18
Cara-cara mengetahui (menentukan) 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:
- Pemberian asam organic dan Castrol oil
- Barium salt
- Polyamide, poly alkylene glycol
- Kontrol adanya lumpur dan kerak.
- Control alkalinitas dari air tersebut.
2. 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, kerankeran, 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.
2.10. Aplikasi Boiler pada Industri
Aplikasi Boiler pada Imdustri Pembangkit Listrik
Setelah kita mengetahui jenis dan tipe boiler serta fungsi boiler dan
komponennya dari uraian di atas, maka akan menjadi lebih jelas lagi bagaimana cara
kerja boiler dalam suatu sistem pembangkit listrik. Dalam makalah ini sistem yang kita
ambil sebagai aplikasi contoh adalah sistem pada PLTU Paiton khususnya pada PT.
YTL Jawa Timur
Proses Dasar Produksi Listrik
Di dalam PLTU batubara atau coal fired power plant, energi panas batubara
dikonversikan ke dalam energi listrik dengan bantuan boiler, turbin dan generator.
Batubara dari tempat penyimpanannya di bawa ke tempat penampungan batubara di
area boiler setelah terlebih dahulu dihancurkan di ruangan penghancur batubara.
Batubara tersebut kemudian disalurkan ke pengumpan batubara (coal feeder) yang
dilengkapi alat pengatur aliran untuk dihaluskan pada mesin penghalus (pulveriser atau
coal mill) sehingga dihasilkan tepung batubara yang halus. Batubara halus di dorong
dengan udara panas yang dihasilkan dari Primary Air Fan dan dibawa ke pembakar
19
batubara dengan cara di injeksikan ke ruang bakar boiler (furnace). Di sini tepung
batubara yang keluar dari corner (sudut–sudut boiler) dibakar bersama- sama dengan
udara panas dan api yang di injeksikan ke ruang bakar secara bersamaan. Udara panas
yang masuk ke furnace dihasilkan dari fan yang disebut Forced Draft Fan , sedangkan
api di hasilkan dari pemantik api atau ignitor.
Panas yang di hasilkan dari proses pembakaran ini melalui proses perpindahan
panas secara konveksi akan mengubah air yang mengalir dalam pipa–pipa yang ada di
dalam boiler menjadi uap jenuh (saturated steam) . Uap panas ini kemudian di panaskan
lebih lanjut oleh super heater sampai menjadi uap panas kering (dry super heated
steam) sehingga efisiensi boiler makin tinggi. Uap panas kering kemudian disalurkan ke
turbin bertekanan tinggi dengan bantuan pipa–pipa tebal bertekanan tinggi dimana
steam itu dikeluarkan lewat nozzle–nozzle mengenai baling –baling turbin. Saat
mengenai baling–baling, energi kalor yang dimiliki steam akan berubah menjadi energi
kinetik dan menggerakkan baling–baling turbin dan shaft turbin yang
disambungkan dengan generator ikut berputar.
Shaft yang disambungkan dengan generator berupa silinder elektromagnetik
besar sehingga ketika turbin berputar generator ikut berputar ,yaitu bagian
rotor.Rotor generator tergabung dengan stator. Stator adalah bagian generator yang
tidak ikut berputar, berupa gulungan yang menggunakan batang tembaga sebagai
pendingin internal.Listrik dihasilkan dalam batang–batang tembaga stator dengan
elektostatik di dalam rotor melalui putaran magnet. Listrik yang dihasilkan bertegangan
21 kV dan dengan trafo step up dinaikkan menjadi 500 kV, sesuai tegangan yang
diminta PLN.
Boiler Master System
Coal fired power
plant atau
pembangkit
listrik tenaga
uap
merupakan pembangkit listrik dengan menggunakan uap sebagai tenaga
pembangkitnya.Untuk fungsi ini powerplant ini dapat dibagi menjadi dua bagian
penting yaitu boiler master dan turbine master. Uap yang digunakan untuk pembangkit
listrik ini dihasilkan dari proses perubahan wujud dari air ke uap yang dilakukan oleh
boiler yang merupakan bagian dari boiler master .Sehingga boiler merupakan suatu
komponen dalam power plant yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap melalui
serangkaian proses yang kompleks dimana didalamnya terjadi perpindahan panas dan
konversi energi dari kimia ke panas
Jenis boiler yang digunakan berupa tipe menggantung dengan pengontrol
sirkulasi (controlled circulation) yaitu sirkulasi air dan uap pada boiler tidak terjadi
secara naturaltapi dipaksa dengan pompa BWCP (Boiler water Circulating Pump) , hal
ini memudahkan dalam pengoperasian boiler untuk menyesuaikan dengan kebutuhan air
dan uap agar sesuai dengan beban yang diinginkan. Boiler ini didesain dengan satu kali
proses pemanasan kembali (reheat) Boiler merupakan .suatu komponen besar yang
terdiri dari komponen-komponen utama dan komponen pembantu agar dalam proses
kerjanya mencapai efisiensi optimum.
20