BFW

UTILITAS

Materi 3 Air umpan boiler / boiler feed water (BFW) Program Studi Teknik Kimia FT UMP

1

Uap atau steam merupakan gas yang dihasilkan dari proses yang disebut penguapan. Bahan baku yang digunakan untuk menghasilkan steam adalah air. Secara umum air yang akan digunakan sebagai air umpan boiler adalah air yang tidak mengandung unsur yang dapat menyebabkan terjadinya endapan yang dapat membentuk kerak pada boiler, air yang tidak mengandung unsur yang dapat menyebabkan korosi terhadap boiler. Dengan demikian air ini di treatment hingga memenuhi standar karakteristik air umpan boiler

2

Baku Mutu Air Umpan Boiler Parameter

Satuan

Ukuran

pH

unit

10,5-11,5

Conductivity

µmhos/cm

5000, max

TDS

ppm

3500, max

P-Alkalinity

ppm

-

M-Alkalinity

ppm

800, max

O-Alkalinity

ppm

2,5 x SiO2, min

T Hardness

ppm

-

Silika

ppm

150, max

Besi

ppm

2,max

Phospat residual

ppm

Sulfite residual

ppm

20-50

pH condensate

unit

8,0-9,0 3

Untuk mencegah masalah-masalah diatas dan agar boiler dapat bekerja dengan aman serta efisiensi, dibuthkan pengolahan air yang sesuai. Pengolahan air untuk, boiler terdiri dari: pengolahan mekanis (mechanical treatment) pengolahan kimia (chemical treatment) Pengolahan mekanis ditujukan untuk menghilangkan pengotor air dengan cara koagulasi, pengendapan, perrjaringan, penghilangan udara (deaerasi), dan lain-lain. pengolahan kimia ditujukan untuk pengolahan air umpan boiler saluran kondensate, juga bagi boiler itu sendiri. Pengolahan kimiawi bagi air umpan dan saluran kondensat ditujukan untuk mengendalikan korosi dengan memberikan pengikat oksigen (oxygen scavenger) dan pencegah/penghambat korosi (corrosion Inhibitor) kedalam sistem tersebut serta dapat memasak air yang bebas atau sedikit mungkin mengandung pengotor.

4

Contoh pengolahan BFW

Filter water

filter

Cation exchanger

Mixed bed

Anion exchanger

degasser

Demin water tank

deaerator

boiler

5

Keterangan : Filter Air bersih dikirim ke filter untuk dihilangkan partikel-partikel padat, kandungan zat organik dan chlorine, karena zat tersebut dapat menurunkan aktivitas resin sebagai in exchange Cation exchanger Merupakan unit peralatan yang didalamnya berisi resin yang dapat menyerap Ion-ion positif yang masih ada (K+, Na+, Ca2+, Mg2+). Khususnya ion Ca2+ dan Mg2+ yang merupakan faktor dominan yang harus dihilangkan karena sangat mudah membentuk kerak di pipapipa boiler

6

Degasser Berfungsi untukmenghilangkan gas CO2 yang terbentuk di cation exchanger. Air melalui distributor atas dikontakkan dengan udara dari bagian bawah oleh blower Anion exchanger Merupakan unit peralatan yang didalamnya berisi resin yang dapat menyerap Ion-ion negatif dalam air. Diantara ion tersebut, ion Cl-, SO42- dan SiO2 merupakan faktor dominan yang harus dihilangkan karena bersifat sangat korosif Mixed bed exchanger Air yang telah melewati cation dan anion exchanger selanjutnya dikirim ke mixed bed exchanger untuk diserap sisa-sisa ion positif dan ion negatif yang lolos sehingga air menjadi benar-benar bebas dari kandungan mineral

7

Demin water tank Di tanki ini, air yang telah bebas dari kandungan ion-ion selanjutnya dikirim ke deaerator sebagai BFW dan bisa digunakan sebagai air proses

Deaerator Merupakan bejana dimana BFW maupun condensate return dikontakkan dengan low steam ( < 20 kg/cm2) sehingga gas-gas terlarut lepas dan ikut aliran steam

8

Permasalahan yang disebabkan senyawa-senyawa kimia pada boiler dan proses penanggulangannya: Senyawa kimia

Kesadahan (Ca, Mg)

Permasalahan

 

Silika (SiO2)

 

alkalinitas



  

Terbentuknya scale pada bagian dalam drum atau permukaan panas Menyebabkan perluasan dan memecah/meletusnya pipa-pipa penguapan Terbentuknya scale pada bagian dalam drum atau permukaan panas Menyebabkan perluasan dan memecah/meletusnya pipa-pipa penguapan Akan terurai dengan adanya pemanasan pada boiler dan air boiler menjadi bersifat alkali Menyebabkan carry over CO2 dihasilkan dari dekomposisi panas. pH dari sistem kondensat menurun dan proses korosi akan meningkat

Penganggulangan

         

Softening Menggunakan boiler compound Pengontrolan kualitas air ketel Demineralisasi Menggunakan boiler compound Pengontrolan kualitas air ketel Menggunakan boiler compound Pengontrolan kualitas air boiler Menggunakan senyawa amina Pelunakan dengan dealkalinasi 9

Besi

 

Menurunnya efisiensi ion resin  pengganti  Korosi lanjut dalam boiler  

Perlakuan oksidasi dan filtrasi Koagulasi dansedimentasi Demineralisasi Menggunakan pencegah karat

Gas-gas terlarut  (O2, CO2)

Korosi dari sistem umpan boiler dan sistem kondensat

  

Deaerasi Menggunakan oksigen scavenger Menggunakan senyawa amina

 

Menyebabkan carry over Kontaminasi dari ion resin pengganti Penyumbagan pipa-pipa, membentuk endapan dalam boiler Menyebabkan terbentuknya busa pada air boiler dan terjadinya carry over Terbentuknya scale pada permukaan panas

   

Pengontrolan kualitas air boiler Filtrasi Demineralisasi Koagulasi dan sedimentasi



Filtrasi dengan menggunakan karbon aktif Flotasi

Total padatan



Komponen minyak







10

Permasalahan yang disebabkan oleh kualitas air dan penanggulannya : Macam permasalahan scale

korosi

Permasalahan yang ditimbulkan pada peralatan  scale yang disebabkan kesadahan dan silika pada permukaan dalam drum atau permukaan panas menyebabkan perluasan atau meletusnya pipa-pipa penguapan 



Carry over

 

korosi dari sistem umpan, saluransaluran kondensat dan permukaan panas boiler karena adanya gas-gas terlarut korosi oleh oksida-oksida metalik yang menempel dan mengendap pada permukaan panas menurunnya kualitas uap menurunnya efisiensi boiler

Penyebab     

    

Pengontrolan yang buruk pada proses softening Pengontrolan yang buruk dari kualitas air boiler Metode yang salah pada sistem injeksi kimia tidak sempurnanya pengaturan pH dan penghilangan oksigen penggunaan kembali air kondensat yang banyak mengandung bahan-bahan pembentuk karat korosi yang terjadi selama boiler tidak dioperasikan perubahan beban yang mendadak kontrol yang buruk dari kualitas air ketel kesalahan dari bagian pemisah uap atau pada pengontrol air umpan terkontaminasinya air boiler karena proses 11

SCALE Scale terjadi karena konsentrasi ion dan padatan terlarut dalam air boiler menjadi sangat pekat karena adanya penguapan serta penurunan kelarutan karena meningkatnya temperatur

Beberapa tipe kerak dalam boiler Kalsium karbonat : CaCO3 Kalsium silikat : CaSiO3 Magnesium silikat : MgSiO3 Silika : (SiO2)n Besi oksida : Fe2O3, Fe3O4 , ....... Hidroksi apatit : [Ca3(PO4)2]3Ca(OH)2

12

Skema deposisi kalsium karbonat dalam boiler

13

Hubungan antara ketebalan scale dengan kenaikan konsumsi bahan bakar boiler 14

PENGENDALIAN SCALE 1. External treatment Menghilangkan ion pembentuk scale pada air umpan, dengan cara softening (pelunakan) maupun demineralisasi (pemurnian) 2. internal treatment menjaga terbentuknya scale sebagai akibat masuknya ion pembentuk scale ke dalam boiler dengan menggunakan bahan kimia

15

Extenal treatment 1. softening

Penyerapan hardness : R-(SO3Na)2 + Ca2+ --------- R-(SO3)Ca + 2 Na+ R-(SO3Na)2 + Mg2+ --------- R-(SO3)Mg + 2 Na+ 16

2. demineralisasi

17

18

Internal treatment Tujuan : Mencegah terbentuknya scale dengan menggunakan bahan kimia, sebagai akibat lolosnya hardness dan silika dari softener maupun unit demin Bahan kimia yang digunakan umumnya adalah : • Fosfat dan alkali (boiler compound) Berfungsi dengan cara bereaksi dengan hardness membentuk endapan lunak hydroxyapatit dan magnesium hydroxide dalam boiler. Endapan ini akan dibuang keluar boiler melalui blowdown. Alkali berfungsi menjaga silika agar berbentuk sebagai natrium silika dalam air boiler sehingga selalu larut dalam air dalam pH tertentu. Jadi untuk mencegah timbulnya scale karena hardness dan silika perlu dijaga pH, P-alkalinity dan ion fosfat. • pendispersi endapan Tujuannya agar permukaan pipa bersih dari scale dan lumpur, juga menghemat blowdown 19

KOROSI 1. Korosi karena oksigen terlarut umumnya terjadi pada pipa umpan dan pipa boiler 2. Korosi karena karbondioksida umumnya terjadi pada pipa kondensat ion bikarbonat dalam air umpan akan terurai karena panas menjadi karbondioksida dalam boiler

CO2 akan terbawa oleh steam dan akan larut kembali pada saat steam terkondensasi sehingga pH air kondensat turun dan pipa kondensat akan terkorosi

20

3. Korosi karena alkali Pada bagian boiler yang sangat panas, komponen padat terlarut yang mudah mengendap akan mengendap dan yang sulit mengendap seperti NaOH akan terkonsentrasi. Jika konsentrasi NaOH >20% akan terjadi korosi pada besi. Fe + 2 NaOH ------ Na2FeO2 + H2 3 Na2FeO2 + 4 H2O ------- 6 NaOH + Fe3O4 + H2 Korosi alkali biasa terjadi pada boiler dengan T > 350 C

21

PENCEGAHAN KOROSI

1. Menghilangkan oksigen terlarut dalam air • Deaerator • Bahan kimia pengikat oksigen hydrazine N2H4 + O2 ------ N2 ↑ + H2O N2H4 + 6 Fe2O3 ------ 4 Fe3O4 + N2 ↑ + 2 H2O - hydrazine tidak menaikkan TDS - baik untuk boiler high pressure maupun ketel once through - pada T > 220°C terurai menjadi ammonia

22

sodium sulfit 2 Na2SO3 + O2 ------ 2Na2SO4 - sodium sulfit baik untuk boiler di pabrik makanan atau obat - menaikkan TDS - pada T > 285°C terurai menjadi sodium sulfit dan sulfurdioksida , dimana kedua zat tersebut sangant korosif - tidak digunakan pada boiler P > 65 kg/cm2

23

2. Menghilangkan karbondioksida • dekarbonator ion bikarbonat dapat dihilangkan dengan dekarbonator pada demin unit. Jika menggunakan softener resin harus dalam bentuk H+

• neutralizing agent berfungsi untuk menaikkan pH 3. Kontrol pH air boiler

24

CARRY OVER Padatan terlarut dalam air boiler ikut terbawa oleh aliran uap. Hal ini menurunkan kemurnian uap air sehingga akan menyebabkan scale pada turbin atau mengotori produk. Penyebab carry over : • struktur separator kurang baik •Perubahan beban penguapan yang mendadak •Level air dalam ketel terlalu tinggi •Air ketel terlalu pekat sehingga terjadi foaming Pencegahan carry over : • perbaikan struktur separator • hindari perubahan beban penguapan yang mendadak • menjaga level air • menghilangkan minnyak dan lemak dalam air umpan • menjaga kualitas air boiler dengan mengatur blowdown

25

NERACA MASSA SISTEM BOILER

F = C + M

F = E + B N = F/B B = E / (N - 1) Laju blowdown (%) = B /F x 100 Condensate recovery (%) = C / E x 100 Dengan : M = make up F = air umpan E = evaporasi B = blowdown C = kondensat N = siklus konsentrasi 26