Ketel Uap

BOILER

BOILER

Tujuan dari percobaan Analisa Air Ketel ini adalah untuk menentukan pH, kandungan TDS, Ca hardness, total hardness, P alkalinitas, dan M alkalinitas dari sample Boiler Feed Water dan Boiler Water PT. Smart Tbk serta Boiler Feed Water dan Boiler Water PT. Likuu Telaga Gresik.

Ketel uap diklasifikasikan dalam kelas, yaitu :

1. Berdasarkan fluida yang mengalir dalam pipa, maka ketel diklasifikasikan sebagai :

a. Ketel pipa api, fluida yang mengalir dalam pipa adalah gas nyala, yang membawa energi panas, yang segera mentransfernya ke air ketel melalui bidang pemanas.

b. Ketel pipa air, fluida yang mengalir dalam pipa adalah air,energi panas ditransfer dari luar pipa ke air ketel.

2.  Berdasarkan  pemakaiannya, ketel dapat diklasifikasikan sebagai :

a.  Ketel stasioner, ketel-ketel yang didudukkan di atas fundasi yang tetap.

b.  Ketel mobil, ketel yang dipasang pada fundasi yang berpindah-pindah.

3.  Berdasarkan  letak dapur (furnace positition), ketel diklasifikasikan sebagai :

a. Ketel dengan pembakaran di dalam, dalam hal ini pembakaran terjadi di bagian dalam ketel. Kebanyakan ketel pipa api memakai sistem ini.

b. Ketel dengan pembakaran di luar, dalam hal ini pembakaran di bagian luar ketel. Kebanyakan ketel pipa air memakai sistem ini.

4.  Menurut sistem peredaran air ketel (water   circulation), ketel diklasifikasikan sebagai :

a. Ketel dengan peredaran alam, peredaran air dalam ketel terjadi secara alami, yaitu air yang ringan naik sedang air yang berat turun, sehingga terjadilah aliran konveksi alami.

b. Ketel dengan peredaran paksa, aliran paksa diperoleh dari sebuah pompa sentrifugal yang digerakkan dengan elektrik motor misalnya.

Teknik Pengolahan Air Ketel

1.     External Treatment (perawatan luar)

Pengolahan eksternal digunakan untuk membuang padatan tersuspensi, padatan telarut (terutama ion kalsium dan magnesium yang merupakan penyebab utama pembentukan kerak) dan gas- gas terlarut (oksigen dan karbon dioksida).

Proses perlakuan eksternal yang ada adalah :

a.     Koagulasi dan Flokulasi

Koagulasi adalah peristiwa penggumpalan partikel-partikel yang terdapat di dalam air. Untuk melakukan proses ini kita memerlukan zat penggumpal, dimana zat yang ditambahkan harus merupakan zat yang tak dapat larut dalam air dan juga merupakan penyerap yang kuat. Proses penggumpalan ini tidak dapat dilakukan secara pasti, semuanya dilakukan secara empiris karena perbandingan jumlah zat penggumpal dan jumlah partikel yang harus digumpalkan tidak dapat diketahui secara pasti.

Proses presipitasi ialah proses dimana partikel-partikel yang terdapat di dalam air dipisahkan dengan menambahkan bahan anorganik ataupun organik yang mempercepat peristiwa agretasi dari partikel menjadi agregat yang lebih besar dari semula. Pada proses ini ada dua macam bahan kimia yang digunakan ialah ion-ion logam seperti aluminium atau besi, yang mana dapat menghidrolisa dengan cepat untuk membentuk presipitat yang tidak dapat melarut, dan dengan menggunakan zat organik polyelektrolite alami ataupun sintetis yang mana dapat mengadsorbsi dengan cepat patikel-partikel. Kedua zat kimia yang dipakai di atas ditujukan untuk mempercepat kecepatan terjadinya agregat-agregat partikel, kemudian agregat-agregat ini dipisahkan dari air secara fisika yaitu pengendapan secara gravitasi, flotasi, atau filtrasi.

b. Sedimentasi

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

c.   Filtrasi

Filtrasi adalah unit proses yang secara luas dipergunakan pada pengolahan air dan air buangan bagi pemisahan partikel material yang biasanya ditemukan di dalam air. Di dalam proses ini air melewati sebuah medium filter. Partikel-partikel akan berakumulasi pada permukaan medium atau terkumpul dan mengendap di dalam filter. Filter sudah sejak lama ditemukan sebagai alat yang efektif untuk memisahkan partikel segala ukuran bahkan termasuk alga, virus dan lain-lain.

d.     Demineralisasi

Demineralisasi merupakan penghilangan lengkap seluruh garam. Hal ini dicapai dengan menggunakan resin “kation”, yang menukar kation dalam air baku dengan ion hidrogen 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.

(www.energyefficiencyasia.org)

e.     Softening

Pelunakan atau softening adalah penghapusan ion – ion tertentu yang ada dalam air dan dapat bereaksi dengan zat – zat lain hingga distribusi air dan penggunaannya terganggu.

(Softening reactions)

R(-SO₃Na)₂ + Ca²⁺ → R(-SO₃)₂Ca + 2Na⁺

R(-SO₃Na)₂ + Mg²⁺ → R(-SO₃)₂Mg + 2Na⁺

R(-SO₃)₂Ca + 2Na⁺ → R(-SO₃Na)₂ + Ca2⁺

R(-SO₃)₂Mg + 2Na⁺ → R(-SO₃Na)₂ + Mg2⁺

Gambar II.1.1 Softening Treatment

f. Deaerasi

Deaerasi untuk menghilangkan gas terlarut yang korosif (oksigen dan karbon dioksida). Kelarutan gas terlarut akan rendah pada titik didih air. Dilakukan pemanasan dengan steam untuk membuang oksigen dan karbon dioksida terlarut. Performa deaerator rendah pada saat start‐up, sehingga dibutuhkan oxygen scavenger. Temperatur feed water naik sehingga CO₂ dan O2 terlicuti dari feed water. CO2 and O2 dibuang melalui venting deaerator.

2. Internal Treatment (perawatan dalam)

Adalah pengolahan air didalam boiler dengan cara pembubuhan/penambahan bahan-bahan kimia (chemicals) ke dalam boiler dengan maksud untuk mencegah terjadi endapan kerak, korosi dan sebagainya didalam boiler. Para ahli berpendapat bahwa antara pretreatment dan internal treatment harus saling menunjang agar hasil yang dicapai sesuai apa yang di harapkan dimana pipa-pipa api/air tidak mengalami endapan sehingga transfer panas dari panas ke air mencapai tingkat Efisiensi yang tinggi. Internal treatment di bagi 2 cara:

1. Organik treatment

Dalam hal ini orang menggunakan bahan organik seperti tannin sebagai pencegah kerak dan penyerap oksigen.

2. Inorganik treatment

          Dalam hal ini orang menggunakan bahan – bahan non-organik seperti : Polyphospate sebagai pencegah kerak dan sodium sulphite /  hydrazine sebagai penyerap oksigen, amine sebagai pencegah karat pada pipa uap, pipa condensate dan sebagainya.

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. Senyawa yang digunakan seperti sodium karbonat, sodium aluminat, sodium fosfat, sodium sulfit dan senyawa inorganik.

Beberapa Problema pada Ketel

1.     Problema Kerak

Scaling / Kerak adalah Konsentrasi padatan terlarut (dissolved solid) pada zona heating lebih tinggi dari pada bagian lain, sehingga terbentuk lapisan film (concentrated film) yang kemudian menjadi scale. Konduktivitas thermal pada scale / kerak rendah, sehingga mengakibatkan efisiensi boiler.

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

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.

2.     Problema Korosi

Korosi dapat disebabkan oleh oksigen dan karbon dioksida yang terdapat dalam uap yang terkondensasi. Korosi merupakan peristiwa logam kembali kebentuk asalnya di alam misalnya besi menjadi oksida besi, alumunium dan lain-lain. Peristiwa korosi dapat terjadi disebabkan oleh : gas-gas yang bersifat korosif seperti O2, CO₂, H₂S, kerak dan deposit, perbedaan logam ( korosi galvanis ), pH yang terlalu rendah dan lain-lain.

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

Jumlah rata-rata korosi atau serangan elektrokimia akan naik jika nilai pH air menurun. Selain itu air umpan boiler akan dikondisikan secara kimia mencapai nilai pH yang relatif tinggi. Bentuk korosi yang tidak umum tetapi berbahaya adalah bentuk korosi embrittlement atau keretakan inter kristalin pada baja yang terjadi jika berada pada tekanan yang tinggi dan lingkungan kimia yang tidak sesuai. Caustic embrittlement atau keratakan inter kristalin pada baja yang terjadi jika berada pada tekanan yang tinggi dan lingkungan kimia yang tidak sesuai. Caustic embrittlement terjadi pada sambungan penyumbat dan meluas pada ujung tabung dimana celah memungkinkan perkembangan suatu lingkungan caustic yang terkonsentrasi.

3.     Carry - Over

Lolosnya silika / salt pada boiler water bersama steam. Hal ini diakibatkan kurangnya menjaga konsentrasi silika. Carry over silika menyebabkan scalling pada heat exchanger (reboiler, heater, dsb).

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

Steam carryover terjadi jika mineral-mineral dari boiler ikut keluar bersama dengan uap ke alat-alat seperti superheater, turbin, dan lain-lain. Kontaminasi-kontaminasi ini dapat diendapkan kembali pada sistem uap atau zat-zat itu akan mengontaminasi proses atau material-material yang diperlukan steam.