Top Banner

Click here to load reader

BOILER FEED WATER Permasalahan

Oct 24, 2015

ReportDownload

Documents

Boiler Feed Water

Sistem Utilitas PabrikBOILER FEED WATER: PERMASALAHAN DAN PENGENDALIAN

PENDAHULUAN

Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Alat ini terdiri atas tiga sistem, yaitu sistem air umpan, bahan bakar, dan sistem steam. Sistem air umpan digunakan untuk menyediakan air boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Sistem bahan bakar merupakan semua perlatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan steam. Sementara sistem steam merupakan sistem untuk mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boilerAir yang digunakan pada proses pengolahan dan air umpan boiler diperoleh dari air sungai, air waduk, sumur bor dan sumber mata air lainnya. Kualitas air tersebut tidak sama walaupun menggunakan sumber air sejenis, hal ini dipengaruhi oleh lingkungan asal air tersebut. Sumber mata air sungai umumnya sudah mengalami pencemaran oleh aktivitas penduduk dan kegiatan industri, oleh sebab itu perlu dilakukan pemurnian.Air umpan boiler harus memenuhi spesifikasi yang telah ditentukan agar tidak menimbulkan masalah-masalah pada pengoperasian boiler. Air tersebut harus bebas dari mineral-mineral yang tidak diinginkan serta pengotor-pengotor lainnya yang dapat menurunkan efisiensi kerja dari boiler. Persyaratan air boiler tergantung pada tekanan operasi boiler tersebut. Semakin tinggi tekanan operasi boiler semakin tinggi tingkat kemurnian air umpan dan air boiler yang disyaratkan.Feed water harus memenuhi prasyarat tertentu seperti yang diuraikan dalam tabel di bawah ini :

Drum Pressure, (psig)Range Total Dissolved Solids 1 Boiler Water (PPM)Range Total Alkalinity 2,5

Suspended Solids Boiler Water (PPM)Range Total Dissolved Solids 2,4 Steam PPM (max expected value)

0 - 300700 - 3500140 - 700150.2 - 1.0

301-450600 - 3000120 - 600100.2 - 1.0

451-600500 - 2500100 - 50080.2 - 1.0

601-750200 - 100040 20030.1 - 0.5

75-900150 - 75030 15020.1 - 0.5

901-1000125 - 62525 1251

PERMASALAHAN-PERMASALAHAN PADA BOILER FEED WATER

Air yang digunakan sebagai feed water pada boiler dapat berasal dari berbagai sumber dan biasanya mengandung beberapa komponen seperti padatan terlarut, padatan tersuspensi, dan gas. Penggunaan raw water tanpa pretreatment dapat mengakibatkan beberapa permasalahan seperti kerak, korosi, dan carryover pada boiler.

1. KERAKKerak disebabkan oleh adanya mineral-mineral pembentukan kerak, misalnya ion-ion kesadahan seperti Ca2+ dan Mg2+ dan akibat pengaruh gas penguapan. Kerak yang menyelimuti permukaan boiler berpengaruh terhadap perpindahan panas permukaan dan menunjukkan dua akibat utama yaitu berkurangnya panas yang dipindahkan dari dapur ke air yang mengakibatkan meningkatkan temperatur disekitar dapur, dan menurunnya efisiensi boiler. KALSIUM: Pengendapan kalsium karbonat membentuk kerak berjalan cepat bila air umpan boiler mengandung kalsium bikarbonat Hadirnya garam kalsium sulfat (lebih mudah larut dibanding kalsium karbonat) menandakan perlakuan (treatment) air boiler kurang memadai Semua tata cara internal treatment bertumpu pada pengendapan garam kalsium dalam bentuk selain kalsium sulfatMAGNESIUM: Pembentukan kerak oleh garam magnesium biasanya lebih mudah dicegah dari pada garam kalsium Secara normal magnesium mengendap dalam bentuk magnesium hidroksida Garam magnesium yang dijumpai pada kerak boiler adalah magnesium hidroksida, magnesium silikat, dan magnesium fosfat Kerak magnesium fosfat tidak terlalu keras tetapi magnesium silikat sangat keras dan terbentuk di daerah perpindahan panas tinggi SILIKA Kerak silikat sangat keras dan menjadi penghalang perpindahan panas. Konsumsi bahan bakar meningkat 3 kali lebih banyak dari konsumsi bila jenis kerak normal pada tebal yang sama

1.1 Kerak pada Boiler Tekanan RendahKarena kebanyakan boiler tekanan rendah menggunakan fresh water atau softened water sebagai air umpan, maka zat yang menyebabkan kerak di boiler terutama komponen kesadahan dan silika. Ketika air yang mengandung komponen kesadahan dan silika dimasukkan ke boiler, akan dihasilkan zat-zat tidak larut dan zat ini mengendap dalam pipa internal air umpan dan di sekitarnya.Konsentrasi padatan terlarut dalam boiler menjadi lebih tinggi pada permukaan pemanasan daripada bagian lain. Zat dengan kelarutan rendah mengendap dan membentuk kerak pada permukaan pemanas ketika konsentrasinya melebihi kelarutannya. Ketika bagian yang tertutupi kerak mengalami pemanasan, kekuatan mekanis tube material berkurang dan dapat terjadi ledakan. Hal ini dapat dijelaskan dengan persamaan: (1.1)Di mana: t2= suhu permukaan dalam tube (0C)t4 = suhu air boiler (0C) = koefisien perpindahan panas pada permukaan yang mendidih (kcal/m2.h.0C)D = ketebalan kerak (m)k2 = konduktivitas panas pada kerak (kcal/m.h.0C)Q = fluks panas ((kcal/m2.h)Gambar 1 menunjukkan model pada permukaan pemanasan yang dilingkupi dengan kerak.

Dari persamaan (1.1) dapat diketahui bahwa apabila ketebalan kerak (D) semakin besar maka suhu pada permukaan dalam tube boiler (t2) juga semakin tinggi dan inilah yang dapat menyebabkan ledakan. Oleh karena itu, suhu dinding tube harus dijaga di bawah 4500C untuk pengoperasian boiler yang aman dan ketabalan kerak pada tube harus dikontrol agar lebih rendah dari 1-2 mm.Langkah-langkah berikut ini diterapkan untuk mencegah masalah kerak yang disebabkan oleh komponen kesadahaan, silika dan lain-lain dalam boiler tekanan rendah;1 Penghilangan kesadahan dengan menggunakan softener,2 Penggunaan senyawa boiler dan sludge dispersant3 Pengendalian konsentrasi air boiler.

1.2 Kerak pada Boiler Tekanan Sedang/TinggiSecara umum, boiler tekanan tinggi memiliki kapasitas yang lebih besar dan fluks panas yang lebih tinggi. Pengaruh yang buruk dari kotoran dalam air umpanpada operasi boiler meningkat seiring tingginya tekanan. Demineralized water digunakan sebagai air umpan boiler tekanan sedang atau tinggi. Dalam kasus itu, zat yang menyebabkan masalah kerak terutama produk korosi yang terbentuk dalam boiler atau datang ke boiler dari air umpan dan condensate line. Komponen kerak biasanya ada;ah besi oksida. Dalam kasus di mana tembaga dan campuran tembaga digunakan untuk peralatan tambahan di air umpan dan condensate line, kerak mengandung tembaga, nikel, seng dan lain sebagainya sebagai korosi produk dari campuran tembaga dan tembaga.Selama periode operasi boiler tahunan sekitar 8.000 jam, kerak 8 sampai 10 mg/cm2 umumnya melekat pada tabung penguapan, bahkan pada boiler yang telah menerapkan treatment yang sesuai. Oleh karena itu, perhatian yang cukup harus dilakukan untuk pengolahan air untuk feed water dan memperbaiki kondensat boiler tekanan tinggi untukmeminimalkan tingkat kerak.Untuk mencegah masalah yang disebabkan kerak oleh pengotor dalam air umpan, tindakan berikut harus diambil:1. mengurangi pengotor yang masuk ke boiler dengan menggunakan kontrol pH, penghilangan besi, demineralisasi dan sebagainya dari air umpan dan kondensat2. Penentuan waktu untuk pembersihan kimiawi dan penerapan pembersihan secara berkala untuk memeriksa kondisi adhesi kerak pada tabung penguapan yang diambil dari bagian boiler yang bermuatan panas tinggi.Ketika zat organik, seperti asam humat dan asam fulvat terkandung dalam air baku, sebagian besar akan hilang oleh pretreatment, seperti koagulasi-sedimentasi, filtrasi dan demineralisasi. Namun, masih ada sedikit zat organik masuk ke dalam boiler. Zat organik dalam boiler sebagian terurai menjadi asam organic yang mengurangi pH air boiler dan sebagian lainnya berkarbonisasi pada permukaan pemanasan untuk membentuk kerak karbon. Karbon ini sangat mengganggu transfer panas dan meningkatkan suhu permukaan tube.

Gambar 2. Permukaan pemanas yang dilingkupi kerak yang membentuk 2 lapisan.

Ketika lapisan kerak karbon dan kerak besi oksida secara terpisah menempel pada permukaan pemanas, suhu permukaan tube di bawah kerak dapat dihitung dengan persamaan berikut : (2.2)Dimana: t1 = suhu permukaan tube di bawah kerak (0C)t2 = suhu air (0C) = koefisien perpindahan panas pada permukaan mendidih (kcal/m2.h.0C)Dc = ketebalan kerak karbon (m)Ds = ketebalan kerak besi oksida (m)Kc = konduktivitas panas pada kerak karbon (kcal/m.h.0C)Ks = konduktivitas panas pada kerak besi oksida (kcal/m.h.0C)Q = fluks panas ((kcal/m2.h)Dengan demikian, ketika komponen organik terkandung dalam raw water, langkah-langkah berikut perlu diterapkan:1. Menghilangkan senyawa organik pada raw water dengan menerapkan coagulasi,filtrasi, oksidasi, dan adsorpsi.2. Kontrol ketat pada pH air boiler.3. Pengambilan sample kerak karbon secara berkala dan analisa untuk penentuan waktu pembersihan dengan bahan kimia. Zat terlarut dan tersuspensi yang terdapat pada semua air alami dapat dihilangkan/dikurangi pada proses pre-treatment (pengolahan awal) yang terbukti ekonomis. Penanggulangan kerak yang sudah ada dapat dilakukan dengan cara : - On-line cleaning yaitu pelunakan kerak-kerak lama dengan bahan kimia selama boiler beroperasi normal. - Off-line cleaning ( acid cleaning ) yaitu melarutkan kerak-kerak lama dengan asam-asam khusus tetapi boiler harus berhenti beroperasi. - Mechanical cleaning : dengan sikat, pahat, scrub, dan lain-lain.

2. KOROSIKorosi merupakan peristiwa logam kembali ke bentuk asalnya di alam misalnya besi menjadi oksida besi, alumunium dan lain-lain. Hal ini dapat disebabkan oleh gas-gas yang bersifat korosif seperti O2, CO2, atau H2S, kerak dan deposit, perbedaan logam (korosi galvanis ), serta pH yang terlalu rendah.

2.1 Korosi pada Boiler Tekanan RendahBerbagai faktor, seperti pH, gas terlarut (oksigen, karbon dioksida, dll), jenis dan konsentrasi zat terlarut, suhu, dan laju aliran air, mempengaruhi reaksi korosilogam. Dalam kasus boiler tekanan rendah, faktor yang paling penting adalah