Makalah Water Treatment for Boiler Feed Water (1)

MAKALAH PENGOLAHAN AIR INDUSTRI

WATER TREATMENT FOR BOILER FEED WATER

Dosen Pembimbing : Bambang S

Tanggal tugas : 23 Februari 2012

Tanggal pengumpulan : 6 April 2012

Oleh :

Kelas 2C

Dwi Chandara Ramdani 101411071

Uka Megantari Dewi 101411094

TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2012

BOILER FEED WATER

A. BOILER

Boiler adalah alat untuk menghasilkan steam. Boiler ada dua jenis, yaitu :

a. Water tube boiler

Prinsip kerjanya, air masuk melalui tube dalam boiler. Dipanaskan oleh steam yang

ada di seluruh bagian boiler, sehingga saat keluar dari chimney sudah menjadi uap.

b. Steam tube boiler

Prinsip kerjanya steam masuk ke dalam tube boiler. Air dialirkan ke seluruh bagian

boiler. Terjadi perpindahan panas antara steam dalam tube dan air yang ada di seluruh

bagian dalam boiler.

Steam yang dihasilkan dalam boiler berasal dari pembakaran suatu bahan bakar, seperti batu

bara, kayu bakar, solar, dan lain-lain.

Gambar steam tube boiler

Prinsip kerja boiler

B. AIR UMPAN BOILER

Air umpan untuk boiler bisa berasal dari sungai, danau, sumur, dan lain lain. Biasanya

kandungan air dari danau, sungai, dan sumur, memiliki karaktersitik sebagai berikut :

Dalam air umpan itu ada kandungan zat yang berbahaya saat mengendapa atau terakumulasi

dalam boiler, diantaranya :

a. Silika (SiO2) dapat membentuk scale di bawah tekanan 600 psig. Di atas 600 psig,

silika mulai menguap. Uap ini berpotensi membentuk endapan pada diafragma turbin.

Uap ini dapat mengakibatkan kerugian energi. Tingkat kerugian tergantung pada

banyaknya uap, ketebalan, dan derajat kekasaran dari uap. Misal jika energi di jalur

pertama telah berkurang sebesar 10%, output dari turbin uap sekitar 3% lebih sedikit.

b. Besi (Fe) adalah senyawa yang tidak larut dalam air. Kadar besi dalam jumlah banyak

tidak ditemukan dalam air alami, tetapi konsentrasi besi yang tinggi bisa berasal dari

pipa berkarat dan pengelupasan kulit tabung boiler. Besi juga bisa ditemukan dalam

kondensat dalam bentuk partikel, karena besi tidak larut dalam air. Besi ini

menyebabkan erosi yang signifikan pada turbin uap.

c. Calsium bereaksi dengan sulfat untuk membentuk kalsium sulfat dan juga

membentuk senyawa lain, seperti kalsium bikarbonat, kalsium karbonat, dan kalsium

nitrat. Selama penguapan bahan kimia ini memenuhi dinding boiler membentuk scale.

Laju penguapan meningkat sebanding dengan tingginya suhu. Scale adalah bahan

nonkonduktor yang menurunkan perpindahan panas dari tabung boiler. Penumpukan

scale juga dapat menyumbat sistem perpipaan.

d. Magnesium juga dapat bereaksi dengan sulfat membentuk magnesium sulfat.

e. Natrium dapat bergabung dengan ion hidroksida memebentuk natrium hidroksida.

Natrium hidroksida dapat menekan bidang pada pipa boiler dan turbin uap, sehingga

meneyebabkan korosi.

Klorida, Kalsium klorida, Magnesium, dan natrium, biasa ditemukan di sumber air

alami. Semua zat tersebut sangat larut dalam air alami, karena itu dapat terbawa oleh uap

ke dalam turbin uap.

f. Asam Karbonat, terbentuk dari reaksi antara gas karbondioksida (CO2) dengan air.

Selain itu juga asam karbonat bisa berasal dari air yang alkalinitasnya tinggi. Asam

karbonat akan menyebabkan korosi.

g. Oksigen juga terdapat pada air umpan. Oksigen saat bereaksi dengan air dan besi

akan membentuk besi hidroksida yang sangat larut dalam air. Endapan besi yang larut

disebut karat.

Reaksi antara endapan besi, oksigen, dan air

h. pH adalah ukuran kebasaan atau keasaman dan memiliki pengaruh langsung

terhadapa korosif. Semua air megandung basa (ion OH-) dan ion hidrogen (H+). pH

dibawah 7 menunjukan keasaman. Lebih dari 7 menunjukan kondisi basa. pH asam

menyebabkan korosi pada boiler yang terbuat dari stainless steel , sehingga baja

menjadi lunak.

Foam adalah pembentukan gelembung atau buih di permukaan air. Hal ini disebabkan

tigginya jumlah padatan yang ditangguhkan. Busa akan mengisi area permukaan dan

meningkatkan kecepatan lokal dan membentuk uap boiler yang berlebih.

Priming adalah keluarnya cairan yang hardness bersamaan dengan uap ke dalam

ruang uap. Priming menyebabkan kerusakan pada turbin uap.

Carryover, yaitu ketika air padatan boiler bercampur dengan uap. Carryover adalah

hasil dari aliran uap yang tinggi yang diakibatkan pengering. Pengering bekerja dengan tiba-

tiba merubah kecepatan sehingga partikel asing keluar oleh gaya sentrifugal.

C. AIR BOILER

Air boiler ini adalah air yang akan digunakan sebagai water make up, sehingga kadar

zat yang terkandung dalam boiler juga harus diperhatikan. Zat yang harus diperhatikan

dalam air boiler, yaitu :

Oksigen

Oksigen akan ditemukan dalam kondensat dan dalam water make up. Biasanya

metode yang umum dilakukan untuk mencegah adanya oksigen adalah dengan menggunakan

kondensor vakum. Sebuah kondensor vakum dengan steam jet ejector pump mencegah

terserapnya oksigen oleh air, karena saat kondisi vakum akan menurunkan tekanan parsial

oksigen dalam air. Metode lain adalah dengan menggunakan daerator terpisahkan. Daerator

diletakan di atas drum dalam kondisi tekanan yang rendah dan air dari pemanas umpan

(HRSG) dikirim ke daerator. Air bercampur dengan uap jenuh karena tekanan yang rendah

didrum sehingga menghilangkan oksigen.

Padatan terlarut

Selama proses penguapan, padatan paling hanya ada di air yang dari drum. Sedangkan

uap dikirim ke superheater. Sebagian padatan yang tertinggal dalam air dihilangkan dengan

mengirim air (biasanya 1-2% dari laju alir umpan) dari pipa blowdown ke tangki blowdown.

Air ini paling sering dibuang ke slauran pembuangan.

D. WATER TREATMENT AIR UMPAN BOILER

Tujuan dilakukannya water treatment untuk air umpan boiler :

1. Membantu memastikan umur maksimum dari boiler tersebut, turbin uap, kondensor,

dan pompa.

2. Mengurangi biaya pemeliharaan

3. Menjaga efisiensi boiler

Aerifikasi

Proses ini menghilangkan gas yang tidak diinginkan, seperti karbondioksida dan

hidrogen sulfat, dengan cara mencampur air dengan udara. Pencampuran dilakukan dengan

menambahkan oksigen ke dalam air, karbondioksida dan hidrogen sulfida lepas. Peningkatan

suhu, waktu aerasi, dan luas permukaan air dapat menghilangkan kadar gas tersebut.

Koagulasi

Koagulasi adalah proses penambahan bahan kimia untuk menguragi padatan

tersuspensi yang hardness, kekeruhan, lanau, dan koloid. Koagulasi ini dilakukan dalam

sebuah clarifier. Beberapa bahan kimia yang biasa digunakna untuk koagulasi adalah tawas,

natrium, filter aluminat, copperas, ferrisul, silika, dan senyawaorganik yang bervariasi.

Filtrasi

Filter dapat menghilangkan padatan hardness yang tersuspensi dan menghilangkan

flok atau lumpur dari koagulasi, atau proses sistem pelunakan. Bed nya terbuat dari antrasit

kerikil kasar. Filter precoated dapat juga digunakan untuk menghilangkan minyak dan

mengurangi warna.

Pelunakan

Ada beberapa metode untuk menghilangkan kalsium, magnesium, silika,dan lumpur

(pelunakan), diantaranya :

- Pelunakan soda kapur

Kalsium karbonat (kapur) ditambahkan ke air umpan untuk mengendapkan

kalsium bikarbonat, kalsium karbonat, dan garam magnesium hidroksida. Natrium

karbonat (soda abu) ditambahkan ke kalsium klorida dan sulfat lalu bereaksi dengan

kalsium karbonat. Proses ini lebih efisien pada suhu yang panas. Setelah proses soda

apur, hardness sisa sekitar 17 sampai 25 ppm.

- Hot proses pelunakan fosfat

Fosfat ditambahkan untuk menghilangkan kalsium dan magnesium. Proses ini

menghasilkan endapan trikalsium fosfat dan magnesium hidroksida. Reaksi kimianya

terjadi di atas 212 F dan akan mengurangi hardness sampai mendekati nol.

- Pelunakan zeolit

Zeolit adalah kelompok senyawa mineral kristalin yang bentuk atomnya

mikroskopis dan berongga. Struktur internal zeolit membuat zeolit berfungsi sebagai

filter dan katalis. Pada proses pelunakan air, zeolit digunakan untuk pertukaran ion

kalsium dan magnesium, dengan ion natrium yang ada dalam zeolit. Kalsium dan

magnesium dilewatkan dan jadi limbah, sedangkan zeolit direcycle dengan

melewatkan natrium klorida (garam) melalui softener.

- Demineralisasi

Demineralisasi digunakan untuk menghilangkan garam mineral yang

terionisasi. Kalsium, magnesium, dan natrium, kation ini dipisahkan di dalam penukar

kation hidrogen dengan sulfonat, karboksilat, dan senyawahidroksil fenolik. Anion

dari bikarbonat, sulfat, klorida, dan silika larut, lalu dikeluarkan oleh nitrogen amino

atau kuartener.

- Reverse Osmosis

Reverse osmosis yaitu menjalankan air dari larutan yang lebih pekat yang

kurang terkonsentrasi melalui membran semipermeabel dibawah tekanan atmosfer.

Tekanan diperlukan untuk membalikkan proses osmosis dengan cara mengatasi

tekanan osmotiknya. Tekanan osmotik yang cukup berkaitan dengan konsentrasi.

Semakin tinggi konsentrasi garam, maka tekanan osmotiknya tinggi. Tekanan osmotik

termasuk tekanan nyata.

Contohnya, air laut berisi 3,5% atau 35000 mg/l garam. Memiliki tekanan 410 psi

(28,3 bar). Sebelum desalting terjadi, sistem RO harus ditekan minimal 410 psi (28,3

bar) untuk mengatasi tekanan osmotik yang ada pada larutan. Dua tahap RO

menjalankan dua sistem RO secara seri dengan produk (permeat) dari RO tahap 1. RO

tahap 1 dijadikan umpan RO tahap 2. RO dilakukan 2 tahap ketika RO 1 tahap tidak

menghasilkan kualitas yang diinginkan.

Zat kimia yang biasa digunakan dalam treatment, diantaranya :

Sulfit

Sulfit digunakan untuk mengkonsumsi oksigen terlarut dalam air. Lokasi

penyimpanan sulfit yang tepat, yaitu dari bagian DA, agar jauh dari aliran umpan untuk

meningkatkan waktu reaksi antara sulfit dengan oksigen.

Phosfat

Phosfat digunakan untuk bereaksi dengan kalsium dan magnesium untuk

menghasilkan kekerasan bahan yang terkendali (hidroksiapatit dan serpentin) yang kana

dilepas oleh blowdown. Fosfat ditambahkan pada boiler bertekanan rendah dan

mempertahankan fosfat sekitar 30-60 ppm sebagai ortho phosfat. Pengujian fosfat dapat

dilakukan dengan penyaringan saat fosfat presipitat sudah terbentuk. Setiap saat fosfat akan

menetralisir Mg dan Ca.

Dispersan

Endapan fosfat (sludge) harus tersebar secara merata untuk mencegah kenaikan suhu.

Lignosulfat dan dispersan tidak dapat digunakan bersamaan karena bisa bereaksi membentuk

zat yang tidak diinginkan.

Amina

pH air yang murni mudah menurun karena adanya karbondioksida. Karbondioksida

larut dalam air membentuk asam karbonat. Oksigen juga mudah larut dalam air murni. Amina

digunakan untuk menetralkan karbonat, sehingga pH stabil. Kadar amina yang digunakan

dinilai dari rasio distribusi (s DR). Semakin tinggi DR, kadar affintias amina makin besar.

E. DATA

Tabel antara tekanan dan kadar zat dalam boiler feed water dan air boiler