5-6 Air Utilitas Air Umpan Boiler

AIR A IR UMPA UMPA N BOIL B OILER ER

UTILITAS ANDI M IQBAL A ASF ASFAR AR

SASARAN PEMBELAJARAN

Dapa Da patt me menj njel elas aska kan n ka kara rakt kter eris isti tik k ai airr ump umpan an bo boililer er

Dapatt me Dapa menje njelas laska kan n me meto tode de pr pros oses es pe peng ngola olaha han n air um umpa pan n bo boile iler r Dapatt me Dapa menj njel elas aska kan n ko kons nsep ep penuru pen urunan nan/pe /pengh nghila ilanga ngan n gas dala dalam m air ump umpan an boiler ANDI M IQBAL A ASF ASFAR AR

SASARAN PEMBELAJARAN

Dapa Da patt me menj njel elas aska kan n ka kara rakt kter eris isti tik k ai airr ump umpan an bo boililer er

Dapatt me Dapa menje njelas laska kan n me meto tode de pr pros oses es pe peng ngola olaha han n air um umpa pan n bo boile iler r Dapatt me Dapa menj njel elas aska kan n ko kons nsep ep penuru pen urunan nan/pe /pengh nghila ilanga ngan n gas dala dalam m air ump umpan an boiler ANDI M IQBAL A ASF ASFAR AR

•

Sistem penyediaan air umpan boiler penting untuk menjaga kelancaran operasi boiler dengan hasil kualitas uap seperti yang diharapkan. Akibat mutu air umpan boiler yang kurang memenuhi syarat akan menimb menimbulka ulkan n kerusakan kerusakan dan penurunan kinerja (performance) boiler .

ANDI M IQBAL A ASF ASFAR AR

AIR UMPAN UMPAN BOILER Tujuan water treatment adalah •

•

•

Untuk meminimisasi akumulasi produk korosi seperti metal oxides (iron, copper, atau nickel dari pre ‐boiler piping system), Mengontrol impurities seperti calcium, magnesium dan silica yang terkandung di feedwater atau make up water yang bisa menyebabkan scale, mencegah carryover carryover dari partikel solid ke superheater atau downstream equipment seperti turbine atau process, untuk mencegah korosi.

ANDI M IQBAL A ASF ASFAR AR

Karakteristik Air Umpan Boiler •

•

•

•

pH : Derajat ke-ASAM-an air (Skala : 0 – 14) pH = 7 (netral), pH < 7 (asam => korosif) pH > 7 (basa => scale/kerak) Conductivity : Jumlah DS (mineral yg larut di dalam air), tidak tergantung jenis DS tsb. Semakin banyak DS, maka conductivity semakin besar. Conductivity >>, maka air semakin KOROSIF Satuan : mS/cm, atau mmhos/cm => Berdasarkan kemampuan daya hantar listrik Calcium Hardness (CaH) : Konsentrasi >>, maka kecenderungan terbentuk SCALE – yaitu CaCO3. HARDNESS = KESADAHAN Total Hardness (TH), terdiri dari Ca + Magnesium (Mg). Bila TH >>, maka kecenderungan terbentuk SCALE – CaCO3, Mg(OH)2 & MgSiO3 ANDI M IQBAL A ASFAR

Karakteristik Air Umpan Boiler -

2-

-

Alkalinity : CO2, HCO3 , CO3 & OH (P, M, O Alkalinity)

•

KESETIMBANGAN

–

Tergantung pH air

a. pH < 4.3 => CO 2 b. pH : 4.3 c. pH : 8.3

-

–

8.3 => HCO3 & sedikit CO3

–

10.3 => CO3 & sedikit OH

d. pH > 10.3 => OH

2-

2-

-

-

pH >>, maka ALKALINITY juga >> & cenderung membentuk SCALE, spt CaCO3, Mg(OH)2 Chloride : Semakin >>, maka air cenderung semakin KOROSIF

•

Silica : Semakin >>, maka cenderung membentuk SCALE (MgSiO 3)

•

Iron : Sebagai bentuk produk korosi, bila trend naik terus maka menunjukkan kecenderungan korosi di dalam sistem. •

ANDI M IQBAL A ASFAR

Pembentukan kerak (scaling) Garam-garam seperti kalsium dan magnesium dlm bentuk bikarbonat yg larut dlm air, pada suhu tinggi (diatas 100C), akan terurai membentuk endapan dan gas seperti reaksi berikut: Ca HCO3 2 Mg  HCO3 2



panas  CaCO3



CO2



H 2 O

panas  MgCO3



CO2



H 2 O




Jenis-jenis kerak yang dapat timbul adalah: •kerak karbonat CaCO 3 •kerak gipsa CaSO 4 •kerak silikat CaSiO3 •endapan/kerak lumpur •kerak analciet Na 2O, Al2O3 2H2O, dsb Diantara kerak diatas yang paling berbahaya dan harus dihindari adalah kerak analciet dikarenakan mudah sekali melekat menjadi satu dengan dinding pipa/boiler sehingga sukar dibersihkan. ANDI M IQBAL A ASFAR

Korosi Korosi adalah perusakan logam akibat peristiwa oksidasi atau perusakan logam akibat unsur-unsuk perusak lainnya. Air yang dapat menimbulkan percepatan korosi adalah air yang bersifat asam, mengandung O2 dan CO2 serta Cl2. Oksigen yang terlarut didalam air merupakan faktor utama dalam pembentukan korosi. Kandungan oksigen yang terlarut di didalam air boiler tidak boleh melebihi 0,03 mg/ltr. Reaksi korosi karena keberadaan oksigen dalam air adalah sebagai berikut: ANDI M IQBAL A ASFAR

Katoda:

1,5O2

Anoda:

2 Fe

Korosi:

 3 H 2 O  

2 Fe

2

2 Fe

2

2 Fe

 

2

2 Fe



 3



6 OH



6e  6OH 



4e 

2e



Fe2 O3  3 H 2 O

Sehingga reaksi secara keseluruhan adalah 1,5O2  3 H 2 O  2 Fe  Fe2 O3  3 H 2 O NaOH biasanya ditambahkan kedalam air umpan boiler untuk menjaga atau mengatur pH air didalam boiler sehingga tidak bersifat asam (yg cenderung mempercepat terjadinya korosi) terutama untuk boiler bertekanan tinggi. ANDI M IQBAL A ASFAR

Namun, korosi juga bisa saja terjadi dengan diawali oleh adanya penumpukan NaOH pada tempat-tempat tertentu akibat sirkulasi air yang tidak merata sehingga bagianbagian tertentu pada pipa akan menjadi rapuh. Korosi semacam ini biasa dikenal dengan istilah caustic embrittlement (perapuhan metal karena kaustik soda). Korosi terutama disebabkan oleh: 1. pH air yang rendah 2. gas yang larut dalam air seperti O2 dan CO2 3. garam-garam MgCl2 dan FeSO4 yang kadarnya terlalu tinggi


Proses foaming, Priming, dan Carry over Saat proses produksi uap berlangsung, dapat pula timbul pembusaan (foaming) yang berlebihan. Jika foaming ini disertai dengan loncatan air boiler bersama-sama dengan uap maka terjadilah priming dan jika proses ini dilanjutkan dengan loncatan kecil air boiler dengan uap yang sifatnya tetap maka proses carry over terjadi. Sebenarnya ketiga proses tersebut terjadi secara berurutan dan akibatnya adalah kualitas uap yang dihasilkan tidak sesuai dengan diharapkan dan berdampak pada letupan tekanan yang tidak merata sehingga berbahaya bagi kondisi alat dan manusia.


Air umpan yang digunakan dalam boiler memiliki karakteristik tertentu sesuai dengan boiler yang digunakan. Produsen boiler akan menetapkan kandungan-kandungan didalam air umpan boiler yang diperbolehkan. Namun pada intinya, air umpan boiler harus bersih dengan kandungan partikel-partikel yang sangat minimal sehingga proses pembentukan kerak didalam boiler akan berjalan sangat lambat.


Kesadahan Kesadahan disebabkan karena air mengandung garam-garam dari kation logam bervalensi dua dalam jumlah berlebihan. Kesadahan dalam air terutama disebabkan oleh ion-ion Ca2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+, dan semua kation yang bermuatan dua yang terlarut dalam air.


Perbandingan nilai kesadahan total dalam berbagai derajat kesadahan dapat dilihat pada table berikut ini. Tabel Perbandingan Kesadahan Total Jenis Derajat French Germany English USA

oF

oD

oBr

1 0,79 1,34 1,71

0,56 1 0,8 0,96

0,7 1,25 1 1,2

oUSA

0,58 1,05 0,84 1

(Sumber: Stocchi, E., 1990, 107) ANDI M IQBAL A ASFAR

mg/ltr 0,2 0,36 0,29 0,34

ppm CaCO3 10 17,85 14,3 17,1

Berbagai sifat air yang dapat dikatakan sangat lunak sampai dengan sangat sadah dinyatakan dalam derajat kesadahan seperti ditunjukkan pada tabel berikut: Derajat French (oF)

Sifat Air Sangat lunak Lunak Agak lunak Cukup lunak Sadah Sangat sadah

0-4 4-8 8-12 12-18 18-30 30

(Sumber: Stocchi, E., 1990, 108) ANDI M IQBAL A ASFAR

JENIS KESADAHAN a.

Kesadahan sementara (Temporary Hardness) Kesadahan sementara diakibatkan oleh adanya ion Ca(HCO3)2 dan Mg(HCO3)2 yang mana jika dipanaskan diatas suhu 45C senyawa ini akan terurai dan menghasilkan Ca dan Mg karbonat seperti terlihat pada reaksi berikut: Pemanasan  45 C

→

Ca(HCO 3)2

CaCO3 + H2O + CO2

Pemanasan  45 C

Mg(HCO3)2

→

MgCO3 + H2O + CO2 Garam tidak larut


Ketidakmurnian didalam Air


Kesadahan Sementara


Garam-garam tidak larut tersebut akan menyebabkan terjadinya kerak pada permukaan dinding boiler sehingga menurunkan efektifitas perpindahan panas, terhambatnya saluran pipa dan memungkinkan tersumbatnya pompa. b.

Kesadahan tetap (Permanent Hardness) Kesadahan tetap diakibatkan oleh adanya garam-garam klorida dan sulfat dari kalsium dan magnesium (misal: gypsum atau CaSO4) yang mana tidak akan terendapkan saat proses pemanasan serta menimbulkan kerak yang menempel kuat pada dinding boiler. ANDI M IQBAL A ASFAR

Kadangkala untuk mengendapkan kesadahan tetap digunakan soda abu (Na 2CO3) yang reaksinya adalah sebagai berikut : CaCl2 Na2CO3 +

CaSO4

→

CaCO3



2 NaCl

CaCO3



Na 2 SO4

MgCl2

MgCO3



2 NaCl

MgSO4

MgCO3



Na 2 SO4


Kesadahan Tetap


3 Tipe Kontaminan Pada Air HUJAN  Air dalam bentuk yang paling murni

GAS MINERALS

Calcium Magnesium Sodium Iron

(1) Di ss ol ved So li ds

TANAH Oxygen Carbon Monoxide Carbon Dioxide

(2) Di ss ol ved Gas es


Clay Silt Sand

(3) Su sp en ded So il ds

Suspended Solids ? •

Solids, dimana TIDAK LARUT dalam air

•

Ukuran partikel solid : VARIATIF

•

PALING BESAR (1 micron : 0.001 mm)

•

CONTOH : Sand, silt, mud, dust, SLIME / BIO-FOULING

•

PENGARUH : AIR menjadi TURBID/KOTOR

–

dari 0.45 micron &


Dissolved Solids ? •

•

•

•

•

•

Solids, dimana TERLARUT di dalam air, dan menjadi larutan YANG HOMOGEN, sehingga TIDAK BISA DILIHAT dengan mata telanjang Ukuran Partikel Solid : VARIATIF (1 micron : 0.001 mm)

–

Lebih kecil dari 0.45 micron

Contoh : Minerals, seperti sodium (Na), potassium (K), calcium (Ca), magnesium (Mg), chloride (Cl), sulfate (SO4), silicate (SiO2), phosphate (PO4), nitrate (NO3) etc Setiap MINERALS mempunyai harga BATAS KELARUTAN di dalam air Pengaruh : Air menjadi tidak 100% PURE (as H2O), dan mineral dapat menyebabkan terjadinya problem KERAK


Dissolved Gases ? Setiap gas mempunyai harga KELARUTAN dan setiap dari mereka Membuat kesetimbangan antara fasa Liquid dan gas (di dlm Udara) –

CO2(g)

UDARA AIR

CO2(aq)

KESETIMBANGAN tergantung pada TEKANAN DAN SUHU System Contoh dari Dissolved Gases : O2, CO2, H2S etc

PENGARUH : Air mempunyai tendensi unt bersifat CORROSIVE


Contaminant Removal Unit Processes

Contaminants Suspended Particles

Dissolved ions

Dissolved Gases

Collodial matter Organics, Fe & Mn Bioforms

Hardness alkalinity Organics & Res.Cl2

CO2 O2 H2S , NH3

Ion Exchange

Deaeration

Clarification

Reverse Osmosis

Chemical Scavenging

Microfiltration

Activated Carbon

Decarbonation

Ultrafiltration

Evaporation

Filtration

Chlorination

Electrodialysis


BOILER PRE-TRATMENT TEKANAN OPERASI ( PRESSURE ) & KEGUNAAN STEAM akan MENENTUKAN jenis PRE-TREATMENT yang diperlukan untuk menghasilkan BFW yang sesuai. Pada umumnya : 1. LP Boiler & steam utk HEATING - SOFTENED WATER ( minimum kualitas air yg diperlukan utk BFW ), bahkan ada yang memakai DEMIN WATER 2. HP Boiler & steam utk TURBINE DRIVE - Harus DEMIN WATER BOILER PRE-TREATMENT sangat PENTING, karena menentukan KUALITAS AIR UMPAN BOILER, sehingga mempengaruhi terjadi atau tidak terjadinya masalah di dalam boiler yang berhubungan dengan air.


SOFTENED WATER SOFTENER (CATION EXCHANGER) WASTE REGENERASI CaCl2, MgCl2 Dissolved Solids + Na+ CO3-Ca++ Na Ca++ HCO3Mg++ Na+ RESIN Cl Na+ Mg++ SO4-K + + Na+ Na -++ SiO Fe 2 SOFTENED + NO3 Cu WATER AIR

REGENERASI ( Larutan NaCl )

Untuk menghilangkan tendensi terjadinya kerak / SCALE : CaCO3, CaSO4, Mg(OH)2, MgSiO3 ANDI M IQBAL A ASFAR

Dissolved Solids Na+>> CO3-HCO3K + ClFe++ SO4-Cu+ SiO2- NO3-

DEMIN PLANT SUSPENDED SOLIDS REMOVAL 5 - 200 NTU SS 2-100 mg/l TDS 50-1000 mg/l < 5 NTU SS < 3 mg/l

Demin Water

< 0.5 NTU SS < 1 mg/l

CLARIFICATION

ION EXCHANGE/ DEMINERALIZER

FILTRATION

Demin Water

REVERSE OSMOSIS


Pengolahan Umpan Boiler Reverse osmosis : suatu proses dimana air dipompakan ke dlm bejana yang berisi lempengan membrane semi permeable shg impurities akan terperangkap pada membrane dalam bentuk konsentrat dan BWF (demineral water) out sebagai produk yang diinginkan Lime/soda softening : proses ini berlangsung dengan mereaksikan kalsium hidroksida dengan kalsium dan magnesium bikarbonat yang berasal dari kesadahan sementara untuk menghasilkan endapan lumpur yang dapat dikeluarkan dari proses.

Ion exchange : proses pengolahan air sbg air umpan boiler yg paling umum & ekonomis adlh dg melalui proses pelunakan air (water softening) ANDI M IQBAL A ASFAR

Resin Penukar Ion Resin Penukar Kation •

Resin yang mempunyai kemampuan untuk menyerap atau menukar kation-kation seperti Ca2+, Mg2+, K+, Na+ dsb yang terdapat dalam air.

Resin Penukar Anion •

Resin penukar anion adalah resin yg mempunyai kemampuan menyerap atau menukar anion-anion yang terdapat dalam air seperti SO42-, Cl-, dan HCO3-. ANDI M IQBAL A ASFAR

DEMIN WATER (ION EXCHANGE)


Diagram kolom resin penukar kation dan regenerasinya

Air proses (air + kesadahan)

HCl dan dibilas dengan aquadest

Resin Penukar Kation

(air + asam)

Garam-garam terbuang


Diagram kolom resin penukar anion dan regenerasinya

air + asam

NaOH dan dibilas dengan aquadest

Resin Penukar

Anion

Garam-garam terbuang


CATION EXCHANGE RESIN  





Produk => pH : 2 – 3 (bersifat asam) Resin => Lama2 jenuh. Ion (+) / cation yg pertama kali lepas : Sodium (Na), shg trend pH produk-nya akan cenderung naik Monitoring (produk cation resin) – dibuat TREND : a. pH b. Conductivity Bila trend pH / conductivity produk cation resin cenderung naik, maka resin dalam keadaan jenuh & perlu utk regenerasi


ANION EXCHANGE RESIN •

Resin => Lama2 jenuh. Ion (-) / anion yg pertama kali lepas : Silica (SiO32-), shg trend pH produk-nya akan cenderung turun (krn terbentuk H2SiO3 asam lemah) Monitoring (produk anion resin) dibuat TREND : a. pH b. Conductivity c. Silica (low range) Bila trend pH produk anion resin cenderung turun & / atau kandungan silica maupun conductivity cenderung naik, maka resin dalam keadaan jenuh & perlu utk regenerasi –

•

•

–


DEGASIFIER 



Tujuan : Untuk mengurangi alkalinity (Alkalinity : CO2, 2HCO3 , CO3 & OH - merupakan ion negatif) dari produk cation resin, sehingga beban anion resin akan berkurang PROSES : Produk cation resin pH < 4.3, sehingga alkalinity berbentuk CO2. Air mengalir dari atas & udara ke atas, sehingga terjadi perpindahan CO2 yg larut di dalam air ke udara


MIXED BED RESIN  







Berisi : Cation & Anion resin Tujuan : Untuk lebih menyempurnakan produk anion resin, sehingga conductivity < 1 mS/cm & Silica < 20 ppb Monitoring (dibuat trend) : a. pH b. Conductivity c. Silica Bila trend pH naik, berarti ada sodium leakage (terbentuk NaOH) & cation resin sudah jenuh. Harus di-regenerasi. Bila trend pH turun & atau conductivity naik, berarti ada silica leakage (terbentuk H2SiO3 – asam lemah) & anion resin sudah jenuh. Harus di-regenerasi. ANDI M IQBAL A ASFAR

5-6 Air Utilitas Air Umpan Boiler

Recommend Documents