BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Air merupakan zat yang sangat dibutuhkan di setiap sektor industri termasuk pemanfaatan untuk kebutuhan energi dan pemanasan. Kebutuhan energi dan pemanasan di industri umumnya dipenuhi dengan cara memanfaatkan steam yang dibangkitkan pada suatu ketel (boiler). Dalam suatu proses produksi dalam industri, boiler merupakan suatu pembangkit panas yang penting. Sesuai dengan namanya maka fungsi dari boiler ini adalah memanaskan kembali. Boiler harus dijaga agar effisiensinya cukup tinggi. Oleh sebab itu adalah penting untuk menjaga kualitas air yang diumpankan untuk boiler, karena akan berhubungan dengan effisiensi dari boiler tersebut. Boiler merupakan bagian dari sistem boiler yang menerima semua bahan pencemar dalam air seperti logam mineral dan gas-gas terlarut. Kinerja, efisiensi, dan umur layanan boiler merupakan hasil langsung dari pemilihan dan pengendalian air umpan boiler. Oksigen merupakan salah satu gas terlarut yang bersifat korosif. Air umpan boiler atau boiler feed water nantinya akan dipanaskan hingga menjadi steam. Karena di dalam boiler terjadi pemanasan harus diwaspadai adanya kandungan- 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Air merupakan zat yang sangat dibutuhkan di setiap sektor industri termasuk
pemanfaatan untuk kebutuhan energi dan pemanasan. Kebutuhan energi dan
pemanasan di industri umumnya dipenuhi dengan cara memanfaatkan steam yang
dibangkitkan pada suatu ketel (boiler).
Dalam suatu proses produksi dalam industri, boiler merupakan suatu
pembangkit panas yang penting. Sesuai dengan namanya maka fungsi dari boiler ini
adalah memanaskan kembali. Boiler harus dijaga agar effisiensinya cukup tinggi.
Oleh sebab itu adalah penting untuk menjaga kualitas air yang diumpankan untuk
boiler, karena akan berhubungan dengan effisiensi dari boiler tersebut. Boiler
merupakan bagian dari sistem boiler yang menerima semua bahan pencemar dalam
air seperti logam mineral dan gas-gas terlarut. Kinerja, efisiensi, dan umur layanan
boiler merupakan hasil langsung dari pemilihan dan pengendalian air umpan boiler.
Oksigen merupakan salah satu gas terlarut yang bersifat korosif.
Air umpan boiler atau boiler feed water nantinya akan dipanaskan hingga
menjadi steam. Karena di dalam boiler terjadi pemanasan harus diwaspadai adanya
kandungan-kandungan mineral seperti ion Ca2+ dan Mg2+. Air yang banyak
mengandung ion Ca2+. dan Mg2+ disebut sebagai air sadah (hard water). Ion-ion ini
sangat berpengaruh pada kualitas air yang nantinya akan digunakan sebagai umpan
boiler. Biasanya ion-ion ini terlarut dalam air sebagai garam karbonat, sulfat,
bikarbonat dan klorida. Berbeda dengan senyawa-senyawa kimia lainnya, kelarutan
dari senyawa-senyawa mengandung unsur Ca dan Mg seperti CaCO3, CaSO4,
MgCO3, Mg(OH)2, CaCl2, MgCl2, dll ; akan memiliki kelarutan yang makin
kecil/rendah apabila suhu semakin tinggi. Sehingga ketika memasuki boiler, air ini
merupakan masalah yang harus segera diatasi. Air yang sadah ini akan menimbulkan
kerak (scalling) dan tentu saja akan mengurangi effisiensi dari boiler itu sendiri
1
akibat dari hilangnya panas akibat adanya kerak tersebut. Selain itu yang
dikhawatirkan bisa menyebabkan scalling adalah adanya deposit silika.
Dalam hal ini akan terjadi perbedaan ketika mengolah air untuk dijadikan
sebagai air minum dibandingkan dengan untuk umpan boiler, sebagai salah satu unit
pendukung yang penting dalam industri proses. Boiler berfungsi untuk menyediakan
kebutuhan panas di pabrik dengan mengubah air menjadi steam. Dalam pengolahan
air minum mineral-mineral yang ada dalam air tidak akan dihilangkan karena
mineral-mineral tersebut dibutuhkan untuk tubuh manusia. Bahkan ada perusahaan
air minum yang menambahkan mineral pada air minum produksinya. Hal itu tidak
boleh terjadi dalam pengolahan air untuk umpan boiler. Air minum juga harus dijaga
agar bebas dari kuman penyakit dengan diberi desinfektan sedangkan air umpan
boiler tidak perlu diberi desinfektan. Penggunaan air umpan boiler yang tidak
memenuhi persyaratan akan menimbulkan beberapa masalah, seperti korosi,
pengerakan, dan busa. Salah satu penyebab terjadinya korosi pada boiler adalah
oksigen dalam air umpan boiler. Oleh karena itu, oksigen harus disingkirkan sebelum
air diumpankan ke dalam boiler. Air yang digunakan sebagai umpan boiler dapat
diperoleh dari berbagai sumber, yaitu danau, sungai, laut, maupun sumur.
Dalam pengolahan internal, pengikatan oksigen terlarut dalam air dilakukan
dengan penambahan bahan kimia. Hal ini perlu dilakukan mengingat kemampuan
deaerasi sebagai pengolahan eksternal dibatasi oleh kelarutan oksigen dalam air.
Walaupun kelarutan oksigen dalam air dapat diturunkan ke level ppb. Namun, pada
level itupun masih belum diperbolehkan untuk boiler tekanan tinggi. Untuk boiler
tekanan tinggi oksigen terlarut disarankan mencapai nilai O (trace). Level ini hanya
bisa dicapai dengan penambahan bahan kimia dalam pengolahan internal.
Air umpan yang tidak memenuhi persyaratan dapat menimbulkan masalah
selama pengoperasian boiler. Oleh karena itu, perlu dilakukan pengolahan air
terlebih dahulu sebelum diumpankan kedalam boiler. Permasalahan seperti
pembentukan kerak atau deposit, korosi akibat oksigen yang terlarut di air yang tidak
memenuhi persyaratan yang ditentukan. Karena air umpan harus memenuhi
persyaratan agar tidak merusak boiler, maka diperlukan suatu pengolahan yang benar
sehingga hal yang tidak diharapkan tidak terjadi, seperti pembentukan buih atau
2
pengerakan pada boiler. Atas dasar itulah diperlukan suatu teknologi yang mampu
memecahkan permasalahan dalam suatu proses industri.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang diatas, maka permasalahan yang muncul
sebagai berikut :
Apa yang dimaksud dengan air umpan boiler, dan apa hubungannya dengan
pengolahan internal ?
Mengapa penting dilakukan suatu pengolahan terhadap air umpan boiler ?
Bagaimana pengolahan secara internal mampu memperbaiki kualitas air
umpan boiler ?
Apa teknologi terbarukan dari pengolahan terhadap air boiler, khususnyan
pada pengolahan secara internal ?
Bagaimana aplikasi teknologi terbarukan tersebut pada industri?
1.3 Tujuan Penulisan
Penulisan makalah ini bertujuan untuk memenuhi salah satu tugas mata
kuliah “Utilitas” yang diberikan oleh Ibu Herawati sebagai mata kuliah pendukung
proses industri. Selain itu, makalah ini dapat menambah pengetahuan secara khusus,
baik bagi penulis maupun bagi pembaca. Adapun tujuan lain yang dapat diperoleh,
yaitu penulis dapat mengetahui tahapan-tahapan dari pengolahan air umpan boiler,
dalam hal ini pengolahan yang digunakan yaitu pengolahan secara internal.
1.4 Manfaat Penulisan
Melalui penulisan makalah ini, penulis dan pembaca dapat mengetahui bahwa
dengan pengendalian kualitas air umpan yang baik, dapat mengurangi kerusakan
pada boiler dan menghasilkan kualitas steam yang baik.
1.5 Cara Memperoleh Data
Cara memperoleh data dalam penulisan makalah ini yaitu dengan melakukan
studi pustaka dan mencari pengetahuan lain di internet atau dikenal dengan browsing
3
untuk memperoleh data yang lebih lengkap dengan menyesuaikan pada judul
makalah yang diambil oleh penulis.
1.6 Sistematika Penulisan
Makalah ini disusun menjadi 3 bab, yaitu bab 1 yang merupakan
pendahuluan, bab 2 studi pustaka yang menjelaskan mengenai teori-teori yang
digunakan, serta bab 3 yang mencakup pembahasan mengenai pengolahan air umpan
boiler secara internal dan teknologi terbarukan yang diaplikasikan di industri. Pada
bab 1 terdiri dari latar belakang penulisan makalah, masalah-masalah yang
dirumuskan, tujuan dan penulisan makalah, cara memperoleh data serta sistematika
penulisan makalah. Bab 2 berisi tentang pengenalan dan jenis-jenis boiler yang
digunakan di industri, kondisi air umpan boiler, masalah-masalah pada boiler serta
pengolahan internal yang berlangsung pada boiler. Dan terakhir pada bab 3 akan
ditemui metodologi yang paling baru dari pengolahan internal terhadap air umpan
untuk boiler yaitu
4
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Pengolahan Internal
Pengolahan internal merupakan suatu cara pengelolaan yang dilakukan di
suatu proses industri. Pada umumnya pengolahan internal dilakukan untuk air boiler
dengan tujuan untuk menyempurnakan pengolahan air sebelumnya (eksternal
treatment) agat air umpan boiler memenuhi kualitas yang dipersyaratkan. Proses
pengolahan secara internal biasanya merupakan proses penghilangan atau
pengubahan sejumlah kecil senyawa kimia dalam air boiler yang terbentuk karena
kondisi dalam boiler atau yang tidak bisa dilakukan dalam pengolahan eksternal.
2.2 Syarat Air Umpan Boiler
Kualitas air umpan boiler yang digunakan harus memenuhi syarat sebagai
berikut :
1. Tampak : Jernih dan tidak berwarna
2. Oksigen : 0,02 mg/Liter
3. Kesadahan : Tak terdeteksi (sangat kecil)
4. Besi : 0,02 mg/Liter
5. Karbondioksida : Sangat kecil
6. Daya hantar listrik pada 25oC : 0,2 mikroS/cm
7. Angka permanganat : 5
8. Minyak : 0,5 mg/Liter
5
9. pH pada 25oC : 9
10. Silikat : 0.02 mg/Liter
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.
2.3 Sistem 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 dirubah menjadi steam
disebut air umpan. Dua sumber air umpan adalah :
1) Kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses
2) Air makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar
ruang boiler dan plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih
tinggi, digunakan economizer untuk memanaskan awal air umpan
menggunakan limbah panas pada gas buang
2.4 Jenis Boiler
Fire Tube Boiler
Pada fire tube boiler, gas panas melewati pipa-pipa dan air umpan boiler
ada di dalam shell untuk dirubah menjadi steam Fire tube boilers biasanya
digunakan untuk kapasistas steam yang relative kecil dengan tekanan steam
rendah sampai sedang.
6
Water Tube Boiler
Pada water tube boiler, 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.
Karakteristik water tube boilers sebagai berikut:
- Forced, induced dan balanced draft membantu untuk meningkatkan
efisiensi pembakaran
- Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant
pengolahan air
- Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi
7
Diagram Sederhana Water
Tube Boiler
Paket Boiler
Disebut boiler paket sebab sudah tersedia sebagai paket yang lengkap.
Pada saat dikirim ke pabrik, hanya memerlukan steam, pipa air, suplai bahan
bakar dan sambungan listrik untuk dapat beroperasi. Paket boiler biasanya
merupakan tipe shell and tube dengan rancangan fire tube dengan transfer
panas baik radiasi maupun konveksi yang tinggi.
Ciri-ciri dari packaged boilers adalah:
- Kecilnya ruang pembakaran dan tingginya panas yang dilepas
menghasilkan
penguapan yang lebih cepat.
- Banyaknya jumlah pipa yang berdiameter kecil membuatnya memiliki
perpindahan panas konvektif yang baik.
- Sistim forced atau induced draft menghasilkan efisiensi pembakaran yang
baik.
- Sejumlah lintasan/pass menghasilkan perpindahan panas keseluruhan
yang lebih baik.
8
- Tingkat efisiensi thermisnya yang lebih tinggi dibandingkan dengan
boiler lainnya.
Jenis Paket Boiler 3 Pass, bahan bakar Minyak
(Spirax Sarco)
2.5 Proses Memperoleh Air Umpan Boiler
Dalam suatu proses produksi dalam industri, boiler merupakan suatu
pembangkit panas yang penting. Sesuai dengan namanya maka fungsi dari boiler ini
adalah memanaskan kembali. Dalam suatu proses industri boiler harus dijaga agar
effisiensinya cukup tinggi. Oleh sebab itu adalah penting untuk menjaga kualitas air
yang diumpankan untuk boiler, karena akan berhubungan dengan effisiensi dari
boiler tersebut.
Air umpan boiler atau Boiler Feed Water nantinya akan dipanaskan hingga
menjadi steam. Di dalam boiler terjadi pemanasan yang harus diwaspdai karena
adanyakandungan-kandungan mineral seperti ion Ca2+ dan Mg2+. Air yang banyak
mengandung ion Ca2+ dan Mg2+ disebut sebagai air yang sadah (hardwater). Ion-ion
ini sangat berpengaruh pada kualitas air yang nantinya akan digunakan sebagai
umpan boiler. Biasanya ion-ion ini terlarut dalam air sebagai garam karbonat, sulfat,
bikarbonat dan klorida. Berbeda dengan senyawa-senyawa kimia lainnya, kelarutan
dari senyawa-senyawa mengandung unsur Ca dan Mg seperti CaCO3, CaSO4,
9
MgCO3, Mg(OH)2, CaCl2, MgCl2, dll; akan memiliki kelarutan yang makin
kecil/rendah apabila suhu makin tinggi. Sehingga ketika memasuki boiler, air ini
merupakan masalah yang harus segeradiatasi. Air yang sadah ini akan menimbulkan
kerak (scalling) dan tentu saja akan mengurangi effisiensi dari boiler itu sendiri
akibat dari hilangnya panas akibat adanya kerak tersebut. Selain itu yang
dikhawatirkan bisa menyebabkan scalling adalah adanya deposit silika.
Dalam hal ini akan terjadi perbedaan ketika mengolah air untuk dijadikan
sebagai air minum dibandingkan dengan untuk umpan boiler. Dalam pengolahan air
minum mineral-mineral yang ada dalam air tidak akan dihilangkan karena mineral-
mineral tersebut dibutuhkan untuk tubuh manusia. Bahkan ada perusahaan air minum
yang menambahkan mineral pada air minum produksinya. Hal itu tidak boleh terjadi
dalam pengolahan air untuk umpan boiler. Air minum juga harus dijaga agar bebas
dari kuman penyakit dengan diberi desinfektan sedangkan air umpan boiler tidak
perlu diberi desinfektan.
10
BAB III
PEMBAHASAN
3.1 Pengolahan Air Boiler
Dalam suatu industri, pengolahan air umpan boiler harus memenuhi 3 kriteria
utama yaitu :
Menghasilkan pertukaran panas secara terus menerus dan effisien
Memberikan perlindungan korosi
Menghasilkan kemurnian uap yang baik
Pengolahan air pada sistem boiler dibagi menjadi dua bagian, yaitu external
treatment dan internal treatment.
1. Perawatan Eksternal
Perawatan eksternal (External Treatment) adalah segala sesuatu yang
dilakukan pada semua sistem pendukung boiler (sistem yang berhubungan
dengan boiler). Maksud dan tujuan dari suatu external treatment adalah untuk
menghasilkan air dengan kualitas yang sesuai dengan persyaratan dari air
umpan boiler (boiler feed water). Dalam hal ini termasuk penghilangan zat
tersuspensi, pengurangan/penghilangan kadar kesadahan,
pengurangan/penghilangan kadar Silika, pengurangan /penghilangan kadar
oksigen terlarut (dissolved oxygen), dsb. Beberapa contoh dari fasilitas
external treatment antara lain: Clarifier, Filters, Softener, Demin, Reverse
Osmosis, Deaerator, dsb.
2. Perawatan Internal
Pengolahan internal (Internal Treatment) adalah pengkondisian air boiler
dengan bahan kimia treatment & pengaturan lainnya dengan tujuan agar
korosi, pengerakan dapat dihindari dan kemurnian uap terjaga dengan baik.
Beberapa mekanisme yang terjadi dalam Internal Treatment, antara lain:
11
1. Mereaksikan kesadahan dengan bahan kimia, agar kerak kalsium karbonat
yang keras berubah menjadi endapan yang lunak berlumpur sehingga bisa
dibuang melalui blow down
2. Mengkondisikan pH/Alkalinitas air boiler untuk menghindarkan
pengerakan silica
3. Penggunaan anti-busa (anti foam) untuk mencegah potensi pembusaan
yang akan mengakibatkan terjadinya carry over dan menurunkan
kemurnian uap
Beberapa jenis bahan kimia yang umum dipergunakan dalam perawatan
internal adalah sebagai berikut :
Fosfat (jenis ortho ataupun polifosfat)
Bereaksi dengan kesadahan kalsium untuk menetralisir kesadahan air
dengan membentuk trikalsium fosfat hidrat yang berbentuk lumpur dan
dapat dibuang melalui blow down secara terus-menerus atau secara
berkala melalui bawah ketel
Dispersan sintetik dan alami
Meningkatkan sifat dispersif air boiler. Beberapa contoh Polymeric