BAB I

PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Uap air yaitu gas yang timbul akibat perubahan fase air menjadi uap

dengan 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 dapat

digunakan untuk membangkitkan listrik, menggerakkan turbin dan sebagianya.

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. Air

adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses.

Jika air dididihkan sampai menjadi steam, volumnya 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.

2. Tujuan

Tujuan dari makalah ini yaitu:

1. Mengetahui dan memahami tentang boiler.

2. Mengetahui dan memahami fungsi boiler.

3. Mengetahui macam-macam boiler.

4. Memahami prinsip kerja boiler.

BAB II

PEMBAHASAN

A. 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

Container adalah tempat untuk memanaskan air menjadi uap air.

2. Air

Air adalah bahan untuk membuat steam sesudah dipanaskan.

3. Panas

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.

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 dan (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.

B. JENIS-JENIS BOILER

Berdasarkan Type Pipa Boiler dibagi menjadi 2, yaitu:

1. Fire Tube Boiler

Terdiri dari tangki air yang dilubangi dan dilalui pipa-pipa, dimana gas panas yang

mengalir pada tanki tersebut digunakan untuk memanaskan air di tanki. Air yang

dipanaskan menghasilkan uap panas yang dapat digunakan untuk memanaskan air di

kamar 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 dalam operasinya.

2. Water Tube Boiler

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 didih mendapat pemanasan, air dalam pipa

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 boiler 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

Berdasarkan bahan bakar yang digunakan boiler dibagi menjadi 4, yaitu:

1. Solid Fuel

Pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara pencampuran bahan bakar padat

(batu bara, sampah kota, kayu) dengan oksigen dan sumber panas.

2. Oil Fuel

Pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara pencampuran bahan bakar cair

(solar, residu, kerosin) dengan oksigen dan sumber panas.

3. Gaseous Fuel

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

Pemanasan yang terjadi akibat sumber listrik yang menyuplai sumber panas.

Berdasarkan kegunaannya boiler dibagi menjadi 2, 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 mampu

memutar 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.

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.

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 temperature dibawah 250 F.

2. High Pressure Boiler

Tipe ini memiliki steam operasi lebih dari 15 psi, menghasilkan air dengan tekanan di

atas 160 psi dan temperature di atas 250 F.

C. Pengkajian Boiler

1. Evaluasi Kinerja Boiler

Parameter kinerja boiler, seperti efisiensi dan rasio penguapan, berkurang

terhadap waktu disebabkan buruknya pembakaran, kotornya permukaan penukar

panas dan buruknya operasi dan pemeliharaan. Bahkan untuk boiler yang baru

sekalipun, alasan seperti buruknya kualitas bahan bakar dan kualitas air dapat

mengakibatkan buruknya kinerja boiler. Neraca panas dapat membantu dalam

mengidentifikasi kehilangan panas yang dapat atau tidak dapat dihindari. Uji

efisiensi boiler dapat membantu dalam menemukan penyimpangan efisiensi

boiler dari efisiensi terbaik dan target area permasalahan untuk tindakan

perbaikan.

a) Neraca panas

Proses pembakaran dalam boiler dapat digambarkan dalam bentuk diagram alir

energi. Diagram ini menggambarkan secara grafis tentang bagaimana energi

masuk dari bahan bakar diubah menjadi aliran energi dengan berbagai kegunaan

dan menjadi aliran kehilangan panas dan energi. Panah tebal menunjukan jumlah

energi yang dikandung dalam aliran masing-masing.

Gambar 10. Diagram neraca energi boiler

Neraca panas merupakan keseimbangan energi total yang masuk boiler terhadap

yang meninggalkan boiler dalam bentuk yang berbeda. Berikut memberikan

gambaran berbagai kehilangan yang terjadi untuk pembangkitan steam.

Gambar 11. Kehilangan pada Boiler yang Berbahan Bakar Batubara

Kehilangan energi dapat dibagi kedalam kehilangan yang tidak atau dapat

dihindarkan. Tujuan dari Produksi Bersih dan/atau pengkajian energi harus

mengurangi kehilangan yang dapat dihindari, dengan meningkatkan efisiensi

energi. Kehilangan berikut dapat dihindari atau dikurangi:

1. Kehilangan gas cerobong:

- Udara berlebih (diturunkan hingga ke nilai minimum yang tergantung dari

teknologi burner, operasi (kontrol), dan pemeliharaan)

- Suhu gas cerobong (diturunkan dengan mengoptimalkan perawatan

(pembersihan), beban; burner yang lebih baik dan teknologi boiler)

2. Kehilangan karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam cerobong dan

abu (mengoptimalkan operasi dan pemeliharaan; teknologi burner yang lebih

baik)

3. Kehilangan dari blowdown (pengolahan air umpan segar, daur ulang

kondensat)

4. Kehilangan kondensat (manfaatkan sebanyak mungkin kondensat)

5. Kehilangan konveksi dan radiasi (dikurangi dengan isolasi boiler yang lebih

baik)

b) Efisiensi Boiler

Efisiensi termis boiler didefinisikan sebagai persen energi (panas) masuk yang

digunakan secara efektif pada steam yang dihasilkan.

Terdapat dua metode pengkajian efisiensi boiler:

Metode Langsung: energi yang didapat dari fluida kerja (air dan steam)

dibandingkan dengan energi yang terkandung dalam bahan bakar boiler.

Metode Tidak Langsung: efisiensi merupakan perbedaan antara kehilangan dan

energi yang masuk.

Metode langsung dalam menentukan efisiensi boiler

Metodologi

Dikenal juga sebagai ‘metode input-output’ karena kenyataan bahwa metode ini

hanya memerlukan keluaran/output (steam) dan panas masuk/input (bahan bakar)

untuk evaluasi efisiensi. Efisiensi ini dapat dievaluasi dengan menggunakan rumus:

Efisiensi Boiler (h) = Panas Keluar x 100

Panas Masuk

Efisiensi Boiler (h) = Q x (hg – hf) x 100

q x GCV

Parameter yang dipantau untuk perhitungan efisiensi boiler dengan metode langsung

adalah:

Jumlah steam yang dihasilkan per jam (Q) dalam kg/jam

Jumlah bahan bakar yang digunakan per jam (q) dalam kg/jam

Tekanan kerja (dalam kg/cm2(g)) dan suhu lewat panas (oC), jika ada

Suhu air umpan (oC)

Jenis bahan bakar dan nilai panas kotor bahan bakar (GCV) dalam kkal/kg

bahan Bakar

Dimana

hg –Entalpi steam jenuh dalam kkal/kg steam

hf –Entalpi air umpan dalam kkal/kg air

Keuntungan metode langsung

Pekerja pabrik dapat dengan cepat mengevaluasi efisiensi boiler

Memerlukan sedikit parameter untuk perhitungan

Memerlukan sedikit instrumen untuk pemantauan

Mudah membandingkan rasio penguapan dengan data benchmark

Kerugian metode langsung

Tidak memberikan petunjuk kepada operator tentang penyebab dari efisiensi sistem

yang lebih rendah

Tidak menghitung berbagai kehilangan yang berpengaruh pada berbagai tingkat

efisiensi

Metode tidak langsung dalam menentukan efisiensi boiler

Metodologi

Standar acuan untuk Uji Boiler di Tempat dengan menggunakan metode tidak

langsung adalah British Standard, BS 845:1987 dan USA Standard ASME PTC-4-1

Power Test CodeSteam Generating Units.

Metode tidak langsung juga dikenal dengan metode kehilangan panas. Efisiensi dapat

dihitung dengan mengurangkan bagian kehilangan panas dari 100 sebagai berikut:

Efisiensi boiler (n) = 100 - (i + ii + iii + iv + v + vi + vii)

Dimana kehilangan yang terjadi dalam boiler adalah kehilangan panas yang

diakibatkan oleh:

i. Gas cerobong yang kering

ii. Penguapan air yang terbentuk karena H2 dalam bahan bakar

iii. Penguapan kadar air dalam bahan bakar

iv. Adanya kadar air dalam udara pembakaran

v. Bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu terbang/ fly ash

vi. Bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu bawah/ bottom ash

vii. Radiasi dan kehilangan lain yang tidak terhitung

Kehilangan yang diakibatkan oleh kadar air dalam bahan bakar dan yang disebabkan

oleh pembakaran hidrogen tergantung pada bahan bakar, dan tidak dapat dikendalikan

oleh perancangan. Data yang diperlukan untuk perhitungan efisiensi boiler dengan

menggunakan metode tidak langsung adalah:

Analisis ultimate bahan bakar (H2, O2, S, C, kadar air, kadar abu)

Persentase oksigen atau CO2 dalam gas buang

Suhu gas buang dalam oC (Tf)

Suhu ambien dalam oC (Ta) dan kelembaban udara dalam kg/kg udara kering

GCV bahan bakar dalam kkal/kg

Persentase bahan yang dapat terbakar dalam abu (untuk bahan bakar padat)

GCV abu dalam kkal/kg (untuk bahan bakar padat)

Keuntungan metode tidak langsung

Dapat diketahui neraca bahan dan energi yang lengkap untuk setiap aliran, yang

dapat memudahkan dalam mengidentifikasi opsi-opsi untuk meningkatkan

efisiensi boiler.

Kerugian metode tidak langsung

Perlu waktu lama

Memerlukan fasilitas laboratorium untuk analisis

Blowdown Boiler

Jika air dididihkan dan dihasilkan steam, padatan terlarut yang terdapat dalam air

akan tinggal di boiler. Jika banyak padatan terdapat dalam air umpan, padatan

tersebut akan terpekatkan dan akhirnya akan mencapai suatu tingkat dimana

kelarutannya dalam air akan terlampaui dan akan mengendap dari larutan. Diatas

tingkat konsenrasi tertentu, padatan tersebut mendorong terbentuknya busa dan

menyebabkan terbawanya air ke steam. Endapan juga mengakibatkan terbentuknya

kerak di bagian dalam boiler, mengakibatan pemanasan setempat menjadi berlebih

dan akhirnya menyebabkan kegagalan pada pipa boiler. Oleh karena itu penting

untuk mengendalikan tingkat konsentrasi padatan dalam suspensi dan yang terlarut

dalam air yang dididihkan. Hal ini dicapai oleh proses yang disebut blowing down,

dimana sejumlah tertentu volume air dikeluarkan dan secara otomatis diganti dengan

air umpan. Dengan demikian akan tercapai tingkat optimum total padatan terlarut

(TDS) dalam air boiler dan membuang padatan yang sudah rata keluar dari larutan

dan yang cenderung tinggal pada permukaan boiler.

Blowdown penting untuk melindungi permukaan penukar panas pada boiler. Walau

demikian, blowdown dapat menjadi sumber kehilangan panas yang cukup berarti, jika

dilakukan secara tidak benar. Pengendalian blowdown boiler yang baik dapat secara

signifikan menurunkan biaya perlakuan dan operasional yang meliput:

Biaya perlakuan awal lebih rendah

Konsumsi air make-up lebih sedikit

Waktu penghentian untuk perawatan menjadi berkurang

Umur pakai boiler meningkat

Pemakaian bahan kimia untuk pengolahan air umpan menjadi lebih rendah

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 sistem boiler, yang menerima semua bahan pencemar dari

sistem 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 partikulat, 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.

a) Pengendalian endapan

Endapan dalam boiler dapat diakibatkan dari kesadahan air umpan dan hasil

korosi dari sistem kondensat dan air umpan. Kesadahan air umpan dapat terjadi

karena kurangnya sistem 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.

b) 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 lumpur lunak, yang kemudian mengendap. Hal ini disebut

dengan kesadahan sementara (kesadahan yang dapat dibuang dengan pendidihan).

Kalsium dan magnesium sulfat, klorida dan nitrat, jika dilarutkan dalam air secara

kimiawi akan menjadi netral dan dikenal dengan kesadahan nonalkali. 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.

c) Silika

Keberadaan silika dalam air boiler dapat meningkatkan pembentukan kerak silika

yang keras. Silika dapat juga berinteraksi dengan garam kalsium dan magnesium,

membentuk silikat kalsium 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.

d) 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.

e) Pengolahan Air Eksternal

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:

Pertukaran ion

Deaerasi (mekanis dan kimia)

Osmosis balik (reverse osmosis)

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 non-sadah. Penghilangan hanya garam

sadah disebut pelunakan, sedangkan penghilangan total garam dari larutan disebut

penghilangan mineral atau demineralisasi.

f) Rekomendasi untuk boiler dan kualitas air umpan

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.

Air Boiler

Rekomendasi untuk boiler dan kualitas air umpan

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

REKOMENDASI BATAS AIR UMPAN (IS 10392, 1982)

Faktor Hingga 20 kg/cm2

21 - 39 kg/cm2

40- 59 kg/cm2

Total besi (maks.) ppm 0.05 0.02 0.01

Total tembaga (maks.) ppm 0.01 0.01 0.01

Total silika (maks.) ppm 1 0.3 0.1

Oksigen (maks.) ppm 0.02 0.02 0.01

Residu hidrasin ppm - - -0.02 - 0.04

pH pada 250C 8.8 - 9.2 8.8 - 9.2 8.2 - 9.2

Kesadahan, ppm 1 0.5 -

REKOMENDASI BATAS AIR BOILER (IS 10392, 1982)

Faktor Hingga 20 kg/cm2

21 - 39 kg/cm2

40- 59 kg/cm2

TDS, ppm 3000 - 3500 1500 - 2500 500 - 1500

Total padatan besi terlarut 500 200 150

konduktivitas listrik spesifik pada 250C

1000 400 300

Residu fosfat, ppm 20 -40 20 - 40 15 - 25

pH pada 250C 10 - 10.5 10 - 10.5 9.8 - 10.2

Silika (maks), ppm 25 15 10

Air yang dipakai untuk pembuatan steam harus 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.

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:

1. Kesulitan membaca tinggi permukaan air didalam boiler

2. Karena buih dapat menciptakan percikan yang kuat sehingga mengakibatkan

adanya solid yang menempel dan akan mengakibatkan terjadinya korosi

dengan adanya pemanasan lebih lanjut

Cara-cara mengetahui (menentukan) busa:

Cara menentukan busa dengan dua cara yaitu:

1. Salt Content

1.1 Ditambah Natrium Karbonat (pelunakan sebagian). Dengan penguapan

sampai separuh volume air tersebut dilihat apakah timbul busa atau tidak.

1.2 Dihilangkan Suspendid solid, dengan penguapan sampai 1/6nya apakah

timbul busa atau tidak

1.3 Menghilangkan hardness sampai 0.560D, dengan penguapan sampai

1/6nya apakah timbul busa atau tidak

1.4 Semua dihilangkan kecuali salt content, dengan penguapan sampai 1/20

volum bisa dilihat timbul busa atau tidak.

2. Critical Consentration

Critical Consentration adalah suatu ukuran yang ditentukan secara empiris

kapan air tersebut mulai membusa. Ukuran tersebuat adalah konsentrasi air

yang diukur.

Solid content dan salt content masih ada hubungan. Oleh karena itu untuk

menentukan critical consentration cukup mengukur dari salt content air tersebut.

Apabila air sudah mencapai salt content yang maksimum, air tersebut tidak boleh

dipakai lagi karena salt content yang maksimum menyebabkan terjadinya 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:

1. Pemberian asam organic dan Castrol oil.

2. Barium salt.

3. Polyamide, poly alkylene glycol.

4. Kontrol adanya lumpur dan kerak.

5. Control alkalinitas dari air tersebut.

Priming

Priming adalah keluarnya air bersama-sama dengan uap secara tiba-tiba dank eras

dari boiler. Priming terjadi karena ketinggian air didalam boiler. Akibat priming akan

merusak mesin-mesin atau turbin-turbin.

Priming disebabkan persoalan mekanis dan sebagian persoaalan kimia yang

disimpulkan sebagai berikut:

1. Ketinggian air dalam boiler terlalu tinggi

2. Konsentrasi tinggi dari bahan kimia dalam air

3. Kotoran-kotoran yang menyebabkan naiknya tegangan permukaan

4. Pembukaan katup uap terlalu cepat.

Pencegahannya

Kalau penyebabnya adalah persoalan mekanik maka pencegahannya meliputi:

1. Design boiler harus tepat

2. Dijaga ketinggian air

3. Metode penyalaan

4. Over loading

5. Perubahan yang sangat menyolok

6. Steam storage diatas water level harus tepat

7. Ukuran steam header

8. Kecepatan uap meninggalkan boiler

Kalau penyebabnya adalah zat kimia, maka perlu adanya control solid yang ada

didalam air boiler tersebut.

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, keran-keran,

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.

Scale (kerak)

Kerak didalam boiler disebabkan oleh garam Ca++ dan Mg ++. Scale yang terbentuk

akan menyebabkan :

Isolasi terhadap panas sehingga energi dari bahan bakar tertolak

Scale ini kadang-kadang tiba-toba pecah, sehingga air langsung berhubungan

dengan ketel yang akan menimbulkan pecahan (kebocoran) karena boiler

mendapat tekanan yang kuat.

Ada 2 macam kerak boiler yaitu :

1. Sludge (lumpur)

Kerak ini tidak mengganggu terlalu banyak. Dengan blow down lumpur-

lumpur tadi bisa dikurangi. Selain dari maksud diatas blow down berguna

untuk :

a. Mengontrol ketinggian air.

b. Mengontrol konsentrasi bahan kimia pada air.

c. Pembuangan pada waktu pembersihan.

2. Scale yang melekat pada dindingh boiler

Kerak ini lebih sukar dibersihkan sebab melekat pada dinding. Ada 2 macam

type dari kerak ini, yaitu :

A. Scale porous

Sifatnya lebih merusak boiler sebab didalam scale tersebut mengurung

steam. Dimana akan terjadi gelembung-gelembung steam yang akan

merusak dinding karena adanya peristiwa kelewat panas.

Contohnya : scale calcife

B. Scale solid

Scale ini sifatnya lebih padat dibandingkan dengan scale porous.

Dibandingkan scale porous ini kurang daya rusaknya terhadap ketel.

Contohnya : aragonate scale

Selain garam-garam Ca dan Mg, olie dapat juga merusak boiler sebab oxide

besi dengan olie akan membentuk lumpur yang akan menghalangi daya serap

panas oleh boiler.

Yang menyebabkan scale adalah :

Garam-garam Ca dan Mg , sulfat dan Silicat.

Contohnya : CaSO4 ; Mg silicat ; Ca silicat

Garam-garam ini solubilitinya berkurang sehingga mengendap pada

dinding dinding yang panas. Scale ini terjadi karena peristiwa fisika.

Garam-garam Carbonat

Contohnya : CaCO3 , HgCO3

Garam-garam ini akan mengendap pada temperature tinggi, sehingga

mengendap pada dinding ketel

Air yang diambil dari sumber air biasanya mengandung CaHCO3 yang

terurai pada pemanasan sampai 70° C.

Jadi sewaktu dimasukkan kedalam ketel CaCO3 sudah merupakan butiran-

butiran kecil sehingga CaCO3 tidak merupakan scale pada dinding ketel,

tetapi merupakan sludge pada air yang dipanasi.

SiO2 : Al2O3 dan Mg(OH)2

Cara pencegahannya

Ion-ion Mg dan Ca yang selalu membuat scale dapat di cegah dengan

menurunkan hardnessnya. Untuk boiler-boiler lama masih bisa 10 D°. tetapi

untuk type boiler yang sekarang birnya harus mempunyai kesadahan jauh

dibawah 10 D°.

Untuk penghilangan atau pengurangan kesadahan tersebut dapat dilakukan

dengan :

External softening

External softening adalah cara pelunakan air yang dilakukan diluar boiler.

Misalnya :

Line soda softening

Phosphate softening

Deminerallisation

Silica removal

Oil removal

Internal softening

Internal softening adalah cara pelunakan air yang dilakukan di dalam

boiler. Misalnya :

Penambahan soda

Penambahan phosphate

Penambahan organic substance

Penambahan algor

Corrosi

Corrosi adalah perusakan pada metal boiler. Perusakan yang cukup besar bisa

menyebabkan reparasi yang berat bahkan kadang-kadang boiler tersebut harus

diberhentikan pemakaiannya.

Penyebab corrosi

1. Keasaman atau pH rendah

Pada keasman dapat menyebabkan ion hydrogen cukup besar yang akan

melapisi permukaan metal yang bisa menimbulkan gas yang meninggalkan

permukaan metal yang akan menyebabkan terjadinya corrosi

2. Adanya oxygen

Adanya oxygen yang terlarut akan menyebabkan corrosi sebagai berikut :

Oxygen mengoksidasi ferrohydroxida Fe(OH)2 menjadi ferrihydroxida

Fe(OH)3 dimana Fe(OH)3 akan mudah larut didalam air.

Oxygen akan bereaksi dengan hydrogen ion yang melapisi permukaan metal.

Ion hydrogen tersebut terjadi karena adanya reaksi Fe++ dengan air. Dengan

hilangnya lapisan tadi membuka kemungkinan corrosi.

3. Adanya bicarbonate

Adanya bikarbonat didalam air boiler akan menyebabkan terjadinya CO2,

karena pemanasan dan adanya tekanan. CO2 yang terjadi bereaksi dengan air

menjadi asam carbonat. Asam ini pelan-pelan akan bereaksi dengan metal dan

besi membentuk garam bicarbonate.

Garam bicarbonate ini dengan pemanasan akan membentuk CO2 lagi. Sekali

lagi CO2 bereaksi dengan air membentuk asam, demikian terus menerus

sehingga bisa merupakan syklus.

4. Adanya gas : H2S , SO2 , dan NH3

Adanya gas : H2S , SO2 , dan NH3 bisa menyebabkan corrosi, tetapi tidak

sehebat yang disebabkan oleh gas O2 atau CO2.

5. Adanya bahan-bahan organik

Adanya bahan-bahan organik yang berupa asam organic yang masuk kedalam

boiler akan menyebabkan terjadinya corrosi.

6. Adanya minyak dan gemuk

Minyak dan gemuk yang berasal dari minyak bumi, binatang dan tumbuh-

tumbuhan akan menghasilkan asam organic dan glyserine. Asam organik akan

bereaksi dengan besi yang kadang-kadang CO2 juga bisa terbentuk dari

senyawa organic sehingga merupakan salah satu penyebab terjadinya corrosi.

Pencegahan corrosi

Untuk mencegah terjadinya corrosi dapat dikerjakan seperti berikut :

1. Pengaturan alkalinity dan pembentukan lapisan film, dimana pH air boiler

diharapkan lebih besar dari 9,5 dan kecil kandungan hydroxide alkalinity.

Alkalinity bisa diatur dengan penambahan caustic soda dan trisodiom

phosphate.

2. Untuk menghilangkan O2 dapat dilakukan dengan deaerasi, sedangkan untuk

menghilangkan CO2 dapat dilakukan dengan pemanasan dengan cara

pemanasan pendahuluan secara terbuka pada boiler feed water. Dapat juga

dengan penambahan bahan-bahan kimia, misalnya: tannin, turunan glucose.

3. Memberikan perlindungan dengan pembentukan film dengan memakai :

tannin, turunan lignin turunan glucose.

4. Kalau penyebab corrosi karena kondensat bisa dicegah dengan : senyawa

amina atau ammonia.

C. Caustic embrittlement

Salah satu penyebab kerapukan dari metal adlah adanya NaOH bebas didalam

boiler yang terkonsentrasi pada suatu titik kebocoran dan secara kimia akan

menyerang metal tersebut. Dengan adanya serangan bahan kimia tersebut akan

timbul retakan yang tidak beraturan apalagi pada metal yang terkena tekanan.

Pencegahan Caustic Embrittlement

a) Mencegah kebocoran pada daerah metal yang mengalami tekanan.

b) Penambahan inhibitor

c) Menjaga alkalinitas hydroxide yang rendah pada air boiler dengan cara:

Mengontrol pH dengan menggunakan phosphate. pH dari air boiler

terkontrol dengan cara melihat endapan trisodium phosphate.

Penambhan bahan-bahan kimia untuk mencegah ombrittlement yaitu :

lignin , tannin , sodium intrate.

D. Panas

Panas dipakai untuk merubah air menjadi steam. Panas bisa didapatkan dari

matahari, listrik, gas, minyak, batubara dan kayu. Pemakaian bahan-bahan tersebut

tergantung dari besar kecilnya steam yang akan dihasilkan. Untuk pemakaian yang

sifatnya komersial dipakai bahan bakar minyak, batubara atau gas.

Bahan Bakar

Bahan bakar untuk ketel bisa dibagi menjadi 3 zat, yaitu :

1. Bahan bakar padat (solid), misalnya batubara atu kayu. Untuk bahan bakar

padat dikenal stoker untuk mengefisiensikan pembakaran. Dikenal beberapa

macam stoker, tergantung dari mekanisme jalannya bahan bakar tersebut.

Macam-macam stoker antara lain :

Scrow food stoker

Ram food stoker

2. Bahan bakar cair

Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan bahan bakar cair

yaitu :

Heating value dari bahan bakar

Flash point

Firo point

3. Bahan bakar gas

Untuk bahan bkar gas cara penyalaan lebih mudah dibandingkan dengan

kedua bahan bakar yang lainnya. Yang perlu diperhatikan adalah campuran

antara minyak dan udara untuk menyempurnakan pembakaran.