COOLING TOWER PADA PT PUPUK SRIWIJAYA (PUSRI)
PT. Pupuk Sriwijaya (PT. Pusri) merupakan perusahaan milik negara yang memproduksi pupuk terbesar di Indonesia dengan kapasitas Urea sebesar 1725 ton/hari dan Ammonia sebesar 1350 ton/hari. Dalam prosesnya, pembuatan pupuk Urea PUSRI dilakukan dalam tiga unit pengolahan yaitu: Unit Utilitas, Unit Ammonia, dan Unit Urea. Unit utilitas di PUSRI khususnya pada Dinas Operasi P-IB terdiri dari: Water treatment, Demineralized water treatment, Cooling water system, Plant Air dan Instrument Air, Steam System, Gas Matering Station, Electric Power Generation System, dan Burning Pit. Pabrik Amoniak dan Urea dari PT Pusri Palembang adalah industri dengan sifat khusus sehingga memerlukan perlakuan tertentu untuk mematikan dan menghidupkannya. Apabila pabrik harus dimatikan, diperlukan waktu selama 2 (dua) hari untuk proses mematikan dengan aman tanpa merusak peralatan dan tanpa menimbulkan pencemaran karena terbuangnya gas amoniak dan carbamate. Sedangkan
untuk
menghidupkan
pabrik
sampai
berproduksi
normal
(menghasilkan amoniak dan urea) diperlukan waktu 3 (tiga) hari. Hal yang paling penting untuk dipahami adalah walaupun semua pabrik amoniak dan urea di Pusri dimatikan, cooling tower harus tetap dalam keadaan beroperasi (mustahil dimatikan) karena berfungsi sebagai pendingin udara dan oil pada pembangkit listrik, serta sebagai pendingin peralatan yang digunakan untuk menjaga kondisi tangki amonia. Apabila cooling tower dimatikan maka pembangkit listrik akan padam dan tangki amonia tidak dapat dikondisikan karena ketiadaan listrik dan cooling water. Hal ini akan berakibat terjadi venting (pembuangan) amoniak dari tangki amonia secara besar-besaran yang akan membahayakan kondisi lingkungan di seluruh Sumatera Selatan khususnya kota Palembang. Efek dari bau amoniak tersebut sangat mungkin terbawa sampai ke Jembatan Ampera dan seluruh wilayah Sumatera Selatan. Cooling tower atau menara pendingin merupakan alat yang digunakan untuk mendinginkan air proses dengan menggunakan bantuan media udara. Jumlah panas yang dipertukarkan antara air dengan udara didalam cooling tower
pada kondisi aktual adalah 2.653.789.644 Btu/h. Cooling tower terbagi dalam 4 buah cell (ruangan). Tiap cell terdiri atas satu ID-fan yang berkekuatan 200 HP. Baling-baling ID fan tersebut terbuat dari fiber glass. Suhu air pendingin direncanakan 32,2oC (90oF) sedangkan air panas yang kembali 48,9oC (120oF). Cooling tower atau menara pendingin akan menghasilkan cooling water yang sangat penting fungsinya bagi suatu pabrik. Adanya gangguan pada cooling water akan menyebabkan terjadinya pengurangan produksi, atau mengakibatkan kerusakan alat baik langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu, cooling water system harus dikontrol dengan sebaik-baiknya, minimal mampu beroperasi tanpa adanya gangguan selama satu sampai dua tahun. Sistem pendinginan di cooling tower yaitu cooling water yang telah menyerap panas fluida proses pabrik akan dialirkan kembali ke cooling tower untuk didinginkan. Air dialirkan ke bagian atas cooling tower kemudian dijatuhkan ke bawah dan akan kontak dengan aliran udara yang dihisap oleh induce draft (ID) fan. Akibat kontak dengan aliran udara, terjadi proses pengambilan panas dari air oleh udara dan juga terjadi proses penguapan sebagian air dengan melepas panas laten yang akan mendinginkan air yang jatuh ke bawah. Air yang telah menjadi dingin tersebut dapat ditampung kemudian akan dtampung di dalam basin dan dapat dipergunakan kembali sebagai cooling water. Air dingin dari basin dikirim kembali ke pabrik dengan menggunakan pompa sirkulasi cooling water. Akibat adanya proses penguapan air di basin, cooling water harus ditambahkan air make up untuk menggantikan air yang hilang. Sistem air pendingin atau cooling water didapat dari alat yang terutama terdiri dari menara pendingin dan bak penampung, pompa-pompa air pendingin, sistem injeksi bahan-bahan kimia seperti phosphat, asam sulfat, dan ID fan (Induced Draft Fan). Menara pendingin atau cooling tower adalah buatan ECODYNE. Menara pendingin tersebut terdiri atas suatu kerangka yang terbuat dari redwood dan terletak di bagian atas sebuah bak beton. Sistim air pendingin (cooling water) merupakan suatu sistem pengolahan air yang menyediakan air pendingin dengan kualitas dan kuantitas tertentu yang digunakan untuk pendinginan fluida proses di pabrik. Terdapat beberapa macam
tipe sistim air pendingin, ada yang open recirculating system dan closed recirculating system. Sistem open recirculating ini banyak digunakan oleh pabrik yang berada dekat dengan sumber air tawar atau jauh dari laut, misalnya PT. Pupuk Kujang, PT. PUSRI, Pabrik kertas Leces, PT. BOC, dll. Air tawar yang berasal dari sungai atau danau dipompakan sebagai make-up cooling tower setelah sebelumnya dilakukan treatment (sedimentasi dan koagulasi) terlebih dahulu. Air tersebut digunakan untuk mendinginkan proses-proses di dalam pabrik. Air pendingin yang telah panas kemudian didinginkan di cooling tower untuk kemudian disirkulasikan kembali ke dalam pabrik. Untuk menjaga kualitas air, misalnya agar tidak terdapat algae/bacteria dan pengendapan (scaling), maka perlu diinjeksikan beberapa jenis chemicals tertentu. Kualitas air juga dijaga melalui mekanisme make-up dan blow-down. Spesifikasi material untuk peralatan yang menggunakan air tawar tidak perlu sebagus peralatan yang menggunakan air laut, karena air tawar lebih tidak korosif dibandingkan dengan air laut. Sistem cooling water di PUSRI menggunakan tipe open recirculating cooling water. Cooling water yang telah menyerap panas proses pabrik melalui HE kemudian akan dialirkan kembali ke cooling tower untuk didinginkan. Air dialirkan ke bagian atas cooling tower kemudian dijatuhkan ke bawah dan akan kontak dengan aliran udara yang dihisap oleh Induce Draft (ID) Fan. Akibat kontak dengan aliran udara terjadi proses pengambilan panas dari air oleh udara dan juga terjadi proses penguapan sebagian air dengan melepas panas latent yang akan mendinginkan air yang jatuh ke bawah. Air yang telah menjadi dingin tersebut dapat ditampung di basin dan dapat dipergunakan
kembali
sebagai
cooling water. Cooling water dialirkan ke cooler-cooler diproses pabrik menggunakan pompa cooling water. Pada sistem sirkulasi terbuka, kondisi cooling water sangat dipengaruhi oleh panas laten/panas penguapan (evaporasi). Kira-kira 1000 Btu panas akan hilang dari setiap pound penguapan air atau dapat dikatakan bahwa setiap perbedaan temperature 10oF (5oC) akan menguapkan 1% dari kapasitas sirkulasinya. Karena yang teruapkan air murni maka mineral-mineral didalam air
sirkulasi akan tetap tinggi, sehingga lama-kelamaan mineralnya akan meningkat bila dibandingkan dengan make up water. Tingkat kepekatan inilah yang disebut Cycle of Concentration atau Cycle Number (N). Cycle Number adalah suatu harga untuk mengetahui perubahan kualitas air selama proses sirkulasi dan tentu saja menunjukkan metode yang efektif didalam pengelolaan cooling water system. Cycle Number dipengaruhi oleh beberapa variable yaitu volume make up water (M), evaporation loss atau kehilangan karena penguapan (E), dan blow down loss kehilangan karena blow down (B). Dan hubungan dari variable tersebut adalah : M =E+B
…(1)
Cycle Number (N) adalah :
N=
M B
…
(2) Kehilangan chemical karena Blow down bisa diketahui dari rumus : K=BxD Keterangan :
…(3)
K : Konsumsi kemikal B : Besarnya Blow down (m3/jam) D : Dosis chemical (ppm)
Cooling water control system adalah usaha-usaha untuk menjaga kualitas dan kuantitas dari cooling water sesuai parameter desain yang telah ditetapkan. Kuantitas cooling water ditentukan oleh kondisi mechanical seperti pompa, opening valve, tekanan yang mempengaruhi flow cooling water. Sedangkan kualitas cooling water ditentukan oleh chemical treatment yang dilakukan. Bahan kimia yang diinjeksikan bertujuan untuk mencegah korosi (Corrotion inhibitor). Korisi adalah suatu peristiwa perusakan terhadap air yang diakibatkan oleh adanya reaksi kimia atau reaksi elektrokimia. Untuk menghindari terjadinya peritiwa korosi ini maka diinjeksikan bahan kimia yang dapat melapisi permukaan metal dan membentuk lapisan pasive (protective film) agar terhindar dari pengaruh korosi atau dapat menurunkan laju kecepatan korosi.
Bahan kimia ini berupa cairan yang terdiri dari orto-phospat, polyphospat, dan zinc dengan perbandingan tetentu diinjeksikan ke dalam cooling water system dengan perbandingan tertentu dan berfungsi membentuk film passive di permukaan logam dengan tujuan menghambat atau mencegah terjadinya oksidasi logam Fe oleh O2 yang menyebabkan terjadinya korosi. Pembentukan film pasive terdiri dari dua jenis, yaitu : 1) Lapisan Anodik Fe + o-PO4 g Fe2O3 2) Lapisan Katodik, berupa endapan terkontrol dari: Ca + o-PO4 Ca-o-PO4 Ca + p-PO4 Ca-p-PO4 Ca + CO3
CaCO3
Zn + PO4
ZnPO4
Selain bertujuan untuk mencegah korosi, bahan kimia yang diijeksikan juga memiliki tujuan lain yaitu untuk mencegah terjadinya kerak (Scale inhibitor). Scale atau kerak tersebut terjadi dikarenakan adanya endapan yang terdeposit di permukaan metal. Endapan ini dapat digolongkan dalam beberapa jenis yaitu mineral scale yaitu pengendapan garam-garam kristal apabila daya kelarutannya dilampaui (misalnya : garam-garam Ca, Mg, SiO 2), suspended matters yaitu partikel-partikel
asing
yang
masuk
ke dalam sistem karena terbawa udara
(misal : debu-debu), corrosion product yaitu hasil sampingan dari proses korosi yang tidak larut dalam air. Adanya scale atau kerak dalam permukaan pipa akan menyebabkan: 1) Mengganggu perpindahan panas (heat transfer) 2) Menyebabkan penyumbatan pipa 3) Menyebabkan korosi Untuk menghindari terbentuknya suatu pengendapan yang berupa garam Ca atau garam kalsium, maka untuk itu diperlukan suatu injeksi scale inhibitor berupa dispersant. Terbentuknya kerak atau scale ini dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu yang pertama adalah karena pH dimana semakin tinggi suatu pH maka akan semakin mudah untuk terjadinya pengendapan. Kemudian
yang kedua adalah temperatur dimana semakin tinggi temperaturnya maka kelarutan garam dari kalsium karbonat akan semakin turun, sehingga berpotensi terjadi suatu pengendapan. Dan yang ketiga adalah flow rate, dimana semakin rendah flow rate maka akan memperbesar kesempatan pengendapan. Tujuan lainnya pada injeksi bahan kimia adalah untuk mencegah pertumbuhan mikroorganisme (biocide). Sistem air pendingin khususnya jenis open recirculation merupakan lingkungan yang sangat baik bagi pertumbuhan mikroorganisme. Mikroorganisme dapat menimbulkan lendir atau slime yang berwarna coklat kehitaman yang menempel pada permukaan pipa. Jika slime terbentuk, maka hal ini dapat mengurangi efek dari pencegahan korosi dan dapat menurunkan efisiensi dari cooling water atau air pendingin. Untuk mencegah pertumbuhan bakteri/mikroorganisme, diinjeksikan gas chlorine yang akan mampu membunuh hampir semua jenis mikroba yang ada. Disamping bakteri, Cl2 juga mampu menghilangkan fungi/jamur, alga/ganggang, dan lumut. 1) Biodispersant adalah suatu campuran bahan kimia poly electrolite yang berupa cairan dan berfungsi sebagai disinfektan (pembunuh bakteri anaerob) dan juga mendispersikan slime yang terbentuk didalam sistim. 2) Oxiding biocide yang berfungsi untuk mengendalikan laju pertumbuhan mikroorganisme (bakteri) di sistim air pendingin. Oxiding biocide dapat berupa chlorine (Cl2) dan active Brom (NaBr). Air untuk pengisian dan air untuk penambah (make up water) dari pada cooling tower dipompa dari tanki filter water dengan pompa-pompa air make up cooling tower. Level control secara otomatis memasukkan air make up ke dalam bak menara pendingin (cooling tower) untuk menjaga agar tinggi permukaan air dalam bak tersebut tetap. Sebuah low level alarm akan memberi peringatan pada panel control Ammonia Plant dan utility plant, bila terdapat permukaan rendah dalam bak menara pendingin, air make-up diperlukan guna mengimbangi kehilangan akibat penguapan dan tetesan-tetesan air yang terbawa oleh udara. Pada saat cooling water dijalankan untuk pertama kali sehabis turn around, maka perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut : 1) Water treatment plant sudah service dan operasi normal.
2) Start pompa make-up cooling tower. 3) Isi basin sampai level yang dikehendaki. 4) Yakinkan power listrik sudah tersedia. 5) Yakinkan sumber steam MS dan LS tersedia. 6) Start pompa cooling water yang digerakkan motor, lakukan flushing line CW dan HW (reference prosedur Teknik Proses). 7) Lakukan pasivasi cooling water system dengan injeksi corrosion inhibitor (PO4) high dosis (reference prosedur Teknik Proses dan Vendor). Sebelum cooling water di shutdown untuk pelaksanaan TA, maka perlu diperhatikan urutan-urutan sebagai berikut : 1) Stop injeksi bahan kimia (sekitar 24 jam sebelum shut down). 2) Stop salah satu pompa sirkulasi cooling water (pelayanan 1 pompa). 3) Stop ID Fan satu persatu. 4) Tutup supply make-up ke Basin. 5) Tutup BV discharge pompa sirkulasi bila diperlukan. 6) Tutup BV exhaust vakum turbin. 7) Blow down Basin, kosongkan bila diperlukan. Terdapat beberapa tipe cooling tower yang sering dipakai di industri, diantaranya yaitu : 1) Aliran Lawan Arah Jujut Mekanis (Counter Flow - Mechanical Draft). Tipe cooling tower ini yang dipakai di pabrik Utilitas P-IB. 2) Aliran Silang Jujut Mekanis (Cross Flow -Mechanical Draft). Tipe cooling tower jenis ini dipakai di pabrik Utilitas dan Urea P-II/III/IV. 3) Aliran Lawan Arah Jujut Alami (Counter Flow – Natural Draft). 4) Aliran Silang Jujut Alami (Cross Flow – Natural Draft). 5) Aliran Lawan Arah Jujut Mekanis (Counter Flow - Mechanical Draft).
Gambar 1. Tipe Cooling Tower Counter Flow-Mechanical Draft (Sumber : Ismanto, 2009)
Gambar 2. Tipe Cooling Tower Cross Flow - Mechanical Draft (Sumber : Ismanto, 2009)
Gambar 3. Tipe Cooling Tower Cross Flow - Natural Draft (Sumber : Catlyn, 2011)
Gambar 4. Tipe Cooling Tower Counter Flow - Natural Draft (Sumber : Catlyn, 2011)
Trouble Shooting Kualitas Cooling Water terdiri dari : 1)
pH, bila pH terlalu rendah, maka cooling water bersifat korosif, sehingga harus dinaikkan dengan injeksi NaOH. Bila pH terlalu tinggi, maka kerja dispersant kurang efektif sehingga pengendapan/scaling didalam sistim akan mudah terjadi dan untuk mengantisipasinya dengan menginjeksikan acid.
2)
Conductivity, konduktivitas yang tinggi menunjukkan bahwa banyaknya garam yang terlarut dapat memicu terjadinya scalling/pengendapan. Dan daya hantar listrik yang tinggi akan memperbesar laju korosi. Untuk menurunkan Conductivity dilakukan dengan menambah blow down. 3) O-PO4 (Unfilter – Filter), selisih O-PO4 (Unfilter – Filter) menunjukkan jumlah atau kinerja dari dispersant. Bila selisih O-PO 4 (Unfilter – Filter) lebih besar dari batasan artinya jumlah dispersant didalam sistem masih kurang, dapat menimbulkan kecenderungan terjadinya pengendapan atau scaling didalam sistim yang pada akhirnya akan menurunkan kinerja dari cooler/heat exchanger. Untuk mengantisipasi terjadinya pengendapan tersebut maka harus ditambahkan dispersant lagi sampai didapat O-PO 4 (Unfilter – Filter) lebih kecil dari batasan. 4) Total PO4, bila total PO4 lebih kecil dari batasan maka pelapisan pasive film di permukaan logam akan berkurang ataupun menipis sehingga dapat menyebabkan terjadinya peristiwa korosi. Untuk menaikkan total PO4 dilakukan dengan cara menambahkan dosis corrosion Inhibitor. Kalau
total PO4 lebih besar dari batasan disamping merupakan pemborosan bahan kimia, maka juga dapat menyebabkan terjadinya pengendapan atau terjadinya scalling. Untuk menurunkan total PO4 dapat dilakukan dengan cara mengurangi dosis dari Corrosion Inhibitor. 5) Amoniak (NH3), dapat bersumber dari kebocoran fluida proses atau dari luar/lingkungan. Amoniak didalam air pendingin merupakan nutrisi bagi bakteri (terjadi reaksi nitrifikasi membentuk nitrat), dan juga bisa menimbulkan korosi pada material cooper. Untuk mengurangi NH3 maka dapat dilakukan dengan mencari sumber pencemarnya serta melakukan blow down untuk menurunkan jumlah NH3 di dalam sistem. 6) Nitrat (NO3), dihasilkan dari reaksi nitrifikasi amoniak oleh nitrifying bacteria didalam cooling water. Tingginya kandungan nitrat didalam system disamping akan menjadi sumber nutrisi bakteri juga bisa menurunkan pH cooling water (terbentuk asam nitrat). Untuk mengurangi kadar nitrat maka dilakukan dengan menambah blow down. 7) Silica (SiO2), berasal terutama dari make-up water. Silika yang tinggi dapat menyebabkan terjadinya scalling terutama bila berikatan dengan magnesium membentuk magnesium silikat (scalling yang sangat kuat dan keras serta sangat sukar untuk dibersihkan). Untuk mengurangi kadar silica maka dilakukan dengan cara menambah blow down. 8) Chloride, kandungan chloride yang tinggi didalam sistem dapat menyebabkan terjadinya korosi di material carbon steel (pada material SS dengan temperatur skin > 100 oC dan kandungan chloride > 100 ppm akan terjadi stress corrosion cracking/SCC). Untuk menanggulangi terjadinya korosi akibat tingginya chloride harus dilakukan blow down. 9) Suspended solid (SS), tingginya suspended solid disebabkan oleh kontaminasi fiber, sand, pigment dan senyawa an-organik lainnya dalam bentuk terlarut dengan ukuran 10 – 100 m. Suspended solid yang tinggi disamping akan bisa menimbulkan scaling juga akan menyebabkan sifat elektrolite air menjadi semakin besar sehingga air akan cenderung bersifat korosif. Untuk mengurangi SS maka perlu menambah blow down.
10) Residual Chlorine, tingginya residual chlorine/free chlorine
dapat
menyebabkan terjadinya pemborosan bahan kimia dan menurunkan pH air sehingga air akan bersifat korosif. Maka cara penanggulangan yang tepat adalah
dengan
cara
mengurangi
dosis
injeksi
chlorine/bromine.
Rendahnya residual chlorine/free chlorine akan memicu pertumbuhan bakteri yang tinggi dan pada akhirnya akan terjadi fouling dan terbentuk slime dipermukaan logam. Cara peenanggulangan yang tepat adalah dengan cara mengontrol residual/free chlorine dengan benar. 11) Total Count Bacteria (TCB), tingginya TCB didalam cooling water akan menyebabkan
terbentuknya
slime
dipermukaan
logam
sehingga
menurunkan koefisien perpindahan panas. Untuk mengatasinya, dilakukan dengan menaikkan konsumsi Cl2 + NaBr atau Cl2 +
Ca(OCl)
2
dan
mengurangi nutrient di sistim (unsur C, H, O, N, P) dengan blow down.
DAFTAR PUSTAKA
Alpha, Ismanto. 2009. Cooling Tower. (Online). http://ismantoalpha.blogspot.co. Id/2009/12/cooling-tower.html. (Diakses pada 8 September 2016). Apriansyah, Dwi. 2014. Aplikasi Cooling Tower. (Online). http://dokumen.tips/ documents/aplikasi-cooling-tower.html. (Diakses pada 8 September 2016). Catlyn. 2011. Cooling Towers. (Online). http://www.slideshare.net/ctlin5/coolingtowers-10684323. (Diakses pada 8 September 2016). Yulharman. 2012. Cooling Tower. (Online). http://yulharmanino.blogspot.com/20 12/07/v-behaviorurldefaultvmlo.html. (Diakses pada 8 September 2016).
