Narasi-BOILER FEED WATER Permasalahan

Sistem Utilitas Pabrik BOILER FEED WATER: PERMASALAHAN DAN PENGENDALIAN PENDAHULUAN Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Alat ini terdiri atas tiga sistem, yaitu sistem air umpan, bahan bakar, dan sistem steam. Sistem air umpan digunakan untuk menyediakan air boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Sistem bahan bakar merupakan semua perlatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan steam. Sementara sistem steam merupakan sistem untuk mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler Air yang digunakan pada proses pengolahan dan air umpan boiler diperoleh dari air sungai, air waduk, sumur bor dan sumber mata air lainnya. Kualitas air tersebut tidak sama walaupun menggunakan sumber air sejenis, hal ini dipengaruhi oleh lingkungan asal air tersebut. Sumber mata air sungai umumnya sudah mengalami pencemaran oleh aktivitas penduduk dan kegiatan industri, oleh sebab itu perlu dilakukan pemurnian. Air umpan boiler harus memenuhi spesifikasi yang telah ditentukan agar tidak menimbulkan masalah-masalah pada pengoperasian boiler. Air tersebut harus bebas dari mineral-mineral yang tidak diinginkan serta pengotor-pengotor lainnya yang dapat menurunkan efisiensi kerja dari boiler. Persyaratan air boiler tergantung pada tekanan operasi boiler tersebut. Semakin tinggi tekanan operasi boiler semakin tinggi tingkat kemurnian air umpan dan air boiler yang disyaratkan. Feed water harus memenuhi prasyarat tertentu seperti yang diuraikan dalam tabel di bawah ini :

Boiler Feed Water: Permasalahan dan Pengendalian

Page 1

Sistem Utilitas Pabrik

Drum Pressure, (psig)

Range Total Dissolved Solids 1 Boiler Water (PPM)

Range Total Alkalinity 2,5

Suspended Solids Boiler Water (PPM)

Range Total Dissolved Solids 2,4 Steam PPM (max expected value)

0 - 300 301-450 451-600 601-750 75-900 901-1000

700 - 3500 600 - 3000 500 - 2500 200 - 1000 150 - 750 125 - 625

140 - 700 120 - 600 100 - 500 40 – 200 30 – 150 25 – 125

15 10 8 3 2 1

0.2 - 1.0 0.2 - 1.0 0.2 - 1.0 0.1 - 0.5 0.1 - 0.5

PERMASALAHAN-PERMASALAHAN PADA BOILER FEED WATER Air yang digunakan sebagai feed water pada boiler dapat berasal dari berbagai sumber dan biasanya mengandung beberapa komponen seperti padatan terlarut, padatan tersuspensi, dan gas. Penggunaan raw water tanpa pretreatment dapat mengakibatkan beberapa permasalahan seperti kerak, korosi, dan carryover pada boiler. 1. KERAK Kerak disebabkan oleh adanya mineral-mineral pembentukan kerak, misalnya ion-ion kesadahan seperti Ca2+ dan Mg2+ dan akibat pengaruh gas penguapan. 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. KALSIUM:  Pengendapan kalsium karbonat membentuk kerak berjalan cepat bila air umpan boiler mengandung kalsium bikarbonat  Hadirnya garam kalsium sulfat (lebih mudah larut dibanding kalsium karbonat) menandakan perlakuan (treatment) air boiler kurang memadai  Semua tata cara internal treatment bertumpu pada pengendapan garam kalsium dalam bentuk selain kalsium sulfat MAGNESIUM:  Pembentukan kerak oleh garam magnesium biasanya lebih mudah dicegah dari pada garam kalsium  Secara normal magnesium mengendap dalam bentuk magnesium hidroksida Boiler Feed Water: Permasalahan dan Pengendalian

Page 2

Sistem Utilitas Pabrik o Garam magnesium yang dijumpai pada kerak boiler adalah magnesium hidroksida, magnesium silikat, dan magnesium fosfat o Kerak magnesium fosfat tidak terlalu keras tetapi magnesium silikat sangat keras dan terbentuk di daerah perpindahan panas tinggi SILIKA  Kerak silikat sangat keras dan menjadi penghalang perpindahan panas. Konsumsi bahan bakar meningkat 3 kali lebih banyak dari konsumsi bila jenis kerak “normal” pada tebal yang sama

1.1 Kerak pada Boiler Tekanan Rendah Karena kebanyakan boiler tekanan rendah menggunakan fresh water atau softened water sebagai air umpan, maka zat yang menyebabkan kerak di boiler terutama komponen kesadahan dan silika. Ketika air yang mengandung komponen kesadahan dan silika dimasukkan ke boiler, akan dihasilkan zat-zat tidak larut dan zat ini mengendap dalam pipa internal air umpan dan di sekitarnya. Konsentrasi padatan terlarut dalam boiler menjadi lebih tinggi pada permukaan pemanasan daripada bagian lain. Zat dengan kelarutan rendah mengendap dan membentuk kerak pada permukaan pemanas ketika konsentrasinya melebihi kelarutannya. Ketika bagian yang tertutupi kerak mengalami pemanasan, kekuatan mekanis tube material berkurang dan dapat terjadi ledakan. Hal ini dapat dijelaskan dengan persamaan: (

)

(1.1)

Di mana: t2= suhu permukaan dalam tube (0C) t4 = suhu air boiler (0C)  = koefisien perpindahan panas pada permukaan yang mendidih (kcal/m2.h.0C) D = ketebalan kerak (m) k2 = konduktivitas panas pada kerak (kcal/m.h.0C) Q = fluks panas ((kcal/m2.h) Gambar 1 menunjukkan model pada permukaan pemanasan yang dilingkupi dengan kerak.


Page 3


Dari persamaan (1.1) dapat diketahui bahwa apabila ketebalan kerak (D) semakin besar maka suhu pada permukaan dalam tube boiler (t2) juga semakin tinggi dan inilah yang dapat menyebabkan ledakan. Oleh karena itu, suhu dinding tube harus dijaga di bawah 4500C untuk pengoperasian boiler yang aman dan ketabalan kerak pada tube harus dikontrol agar lebih rendah dari 1-2 mm. Langkah-langkah berikut ini diterapkan untuk mencegah masalah kerak yang disebabkan oleh komponen kesadahaan, silika dan lain-lain dalam boiler tekanan rendah; 1 Penghilangan kesadahan dengan menggunakan softener, 2 Penggunaan senyawa boiler dan sludge dispersant 3 Pengendalian konsentrasi air boiler. 1.2 Kerak pada Boiler Tekanan Sedang/Tinggi Secara umum, boiler tekanan tinggi memiliki kapasitas yang lebih besar dan fluks panas yang lebih tinggi. Pengaruh yang buruk dari kotoran dalam air umpan pada operasi boiler meningkat seiring tingginya tekanan. Demineralized water digunakan sebagai air umpan boiler tekanan sedang atau tinggi. Dalam kasus itu, zat yang menyebabkan masalah kerak terutama produk korosi yang terbentuk dalam boiler atau datang ke boiler dari air umpan dan condensate line. Komponen kerak biasanya ada;ah besi oksida. Dalam kasus di mana tembaga dan campuran tembaga digunakan untuk peralatan tambahan di air umpan dan condensate line, kerak mengandung tembaga, nikel, seng dan lain sebagainya sebagai korosi produk dari campuran tembaga dan tembaga. Selama periode operasi boiler tahunan sekitar 8.000 jam, kerak 8 sampai 10 mg/cm 2 umumnya melekat pada tabung penguapan, bahkan pada boiler yang telah menerapkan Boiler Feed Water: Permasalahan dan Pengendalian

Page 4

Sistem Utilitas Pabrik treatment yang sesuai. Oleh karena itu, perhatian yang cukup harus dilakukan untuk pengolahan air untuk feed water dan memperbaiki kondensat boiler tekanan tinggi untuk meminimalkan tingkat kerak. Untuk mencegah masalah yang disebabkan kerak oleh pengotor dalam air umpan, tindakan berikut harus diambil: 1. mengurangi pengotor yang masuk ke boiler dengan menggunakan kontrol pH, penghilangan besi, demineralisasi dan sebagainya dari air umpan dan kondensat 2. Penentuan waktu untuk pembersihan kimiawi dan penerapan pembersihan secara berkala untuk memeriksa kondisi adhesi kerak pada tabung penguapan yang diambil dari bagian boiler yang bermuatan panas tinggi. Ketika zat organik, seperti asam humat dan asam fulvat terkandung dalam air baku, sebagian besar akan hilang oleh pretreatment, seperti koagulasi-sedimentasi, filtrasi dan demineralisasi. Namun, masih ada sedikit zat organik masuk ke dalam boiler. Zat organik dalam boiler sebagian terurai menjadi asam organic yang mengurangi pH air boiler dan sebagian lainnya berkarbonisasi pada permukaan pemanasan untuk membentuk kerak karbon. Karbon ini sangat mengganggu transfer panas dan meningkatkan suhu permukaan tube.

Gambar 2. Permukaan pemanas yang dilingkupi kerak yang membentuk 2 lapisan. Ketika lapisan kerak karbon dan kerak besi oksida secara terpisah menempel pada permukaan pemanas, suhu permukaan tube di bawah kerak dapat dihitung dengan persamaan berikut : (

)


(2.2) Page 5

Sistem Utilitas Pabrik Dimana: t1 = suhu permukaan tube di bawah kerak (0C) t2 = suhu air (0C) α = koefisien perpindahan panas pada permukaan mendidih (kcal/m 2.h.0C) Dc = ketebalan kerak karbon (m) Ds = ketebalan kerak besi oksida (m) Kc = konduktivitas panas pada kerak karbon (kcal/m.h.0C) Ks = konduktivitas panas pada kerak besi oksida (kcal/m.h.0C) Q = fluks panas ((kcal/m2.h) Dengan demikian, ketika komponen organik terkandung dalam raw water, langkahlangkah berikut perlu diterapkan: 1. Menghilangkan senyawa organik pada raw water dengan menerapkan coagulasi,filtrasi, oksidasi, dan adsorpsi. 2. Kontrol ketat pada pH air boiler. 3. Pengambilan sample kerak karbon secara berkala dan analisa untuk penentuan waktu pembersihan dengan bahan kimia. Zat terlarut dan tersuspensi yang terdapat pada semua air alami dapat dihilangkan/dikurangi pada proses pre-treatment (pengolahan awal) yang terbukti ekonomis. Penanggulangan kerak yang sudah ada dapat dilakukan dengan cara : - On-line cleaning yaitu pelunakan kerak-kerak lama dengan bahan kimia selama boiler beroperasi normal. - Off-line cleaning ( acid cleaning ) yaitu melarutkan kerak-kerak lama dengan asam-asam khusus tetapi boiler harus berhenti beroperasi. - Mechanical cleaning : dengan sikat, pahat, scrub, dan lain-lain. 2. KOROSI Korosi merupakan peristiwa logam kembali ke bentuk asalnya di alam misalnya besi menjadi oksida besi, alumunium dan lain-lain. Hal ini dapat disebabkan oleh gas-gas yang bersifat korosif seperti O2, CO2, atau H2S, kerak dan deposit, perbedaan logam (korosi galvanis ), serta pH yang terlalu rendah. 2.1 Korosi pada Boiler Tekanan Rendah Berbagai faktor, seperti pH, gas terlarut (oksigen, karbon dioksida, dll), jenis dan konsentrasi zat terlarut, suhu, dan laju aliran air, mempengaruhi reaksi korosi logam. Dalam kasus boiler tekanan rendah, faktor yang paling penting adalah gas-gas terlarut dan pH. a. Korosi pada feedwater line Reaksi korosi elektrokimia berlangsung dalam air. Seperti air umpan yang biasanya netral dan terkandung oksigen terlarut, zat besi diserang oleh reaksi berikut: Boiler Feed Water: Permasalahan dan Pengendalian

Page 6

Sistem Utilitas Pabrik Anoda : Fe  Fe2+ +2eKatoda : H2O + ½ O2 +2e-  2OHDalam air : Fe2+ + 2OH-  Fe (OH)2 Masalah korosi dari feedwater line pada boiler tekanan rendah tidak begitu serius karena suhu air yang relatif rendah dan tidak ada yang pemasangan peralatan tambahan penting. Dalam rangka untuk mencegah korosi preheater air umpan dan economizer, pengendalian pH air umpan saja tidak cukup. Jadi gunakan bahan tahan korosi seperti baja tahan karat atau penghilangan oksigen terlarut dari air umpan yang digunakan. b. Korosi boiler Korosi dari boiler tekanan rendah disebabkan oleh oksigen terlarut, pengendapan produk korosi , konsentrasi alkali, dll (i) Korosi karena oksigen terlarut Ketika film pelindung oksida besi dalam boiler sebagian hancur karena kualitas air boiler yang buruk, stres termal, dll, sel lokal terbentuk antara permukaan baja karbon terkena dan film oksida besi yang kontak dengan air. Ion Fe2+ terbentuk pada anoda dan berubah menjadi Fe(OH)3 melalui reaksi Fe2+ + 2OH-  Fe (OH)2 4Fe(OH)2 +O2 +2H2O  4Fe(OH)3 Produk korosi mengendap pada anoda seperti terlihat pada gambar di bawah ini

Gambar 3. Pembentukan sel yang mengandung oksigen karena pengendapan produk korosi (ii) Korosi karena pengendapan produk korosi Ketika produk korosi, seperti oksida besi dan oksida tembaga, masuk ke boiler dari air umpan dan condensate line, bahan tersebut mengendap di tempat dengan sirkulasi air rendah, seperti bagian bawah drum, atau pada permukaan tabung penguapan dengan fluks panas yang lebih tinggi. Kemudian sel yang mengandung


Page 7

Sistem Utilitas Pabrik oksigen dibentuk di bawah presipitasi atau deposisi produk korosi, dan hasil korosi jika ada oksigen hadir. (iii) Korosi karena konsentrasi alkali Ketika tabung penguapan dengan fluks panas yang lebih tinggi secara lokal mengalami pemanasan berlebih, air boiler menjadi sangat terkonsentrasi di bagian tersebut dan baja terkorosi oleh alkali terkonsentrasi. Namun, jenis korosi ini jarang ditemukan dalam boiler tekanan rendah. Metode penghambatan korosi untuk boiler tekanan rendah diringkas sebagai berikut: 1 Penghapusan oksigen terlarut dariair umpan, 2 Pengendalian pH dan alkalinitas air boiler, 3 Pencegahan kontaminasi air boiler dengan produk korosi oleh air umpan dan deposisi produk korosi. c. Korosi pada Condensate Line Ion bikarbonat dan karbonat dalam air umpan terurai menjadi gas karbon dioksida (CO2) dalam boiler. 2HCO3-  CO32- + CO2 +H2O CO32- + H2O  2OH- + CO2 Karbon dioksida kemudian masuk ke steam dan condensate line, terlarut ke dalam kondensat sebagai asam karbonat (H2CO3) CO2 +H2O  H2CO3 Asam karbonat yang terbentuk akan mengkorosi baja karbon melalui reaksi: Fe + 2H2CO3  Fe(HCO3)2 + H2 Langkah-langkah berikut perlu diterapkan untuk mencegah korosi pada condensate line: • Mengurangi ion karbonat pada feedwater (dengan softening treatment) • Kontrol pH kondensat (dengan amina yang volatil) • Penggunaan inhibitor korosi seperti filming amines • Penghilangan oksigen terlarut dari feedwater (dengan oxygen scavenger dan deaerator) 2.2 Korosi pada Boiler Tekanan Sedang dan Tinggi a. Korosi pada feedwater dan condensate line Karena demin water digunakan sebagai air umpan untuk boiler tekanan sedang atau tinggi, korosi pada air umpan sebelum inlet deaerator tidak serius karena suhu air umpan yang relatif lebih rendah. Namun, karbon baja dan material tembaga dari


Page 8

Sistem Utilitas Pabrik pipa dan peralatan tambahan setelah deaerator mengalami korosi ketika operasi deaerator atau pengolahan air adalah tidak tepat karena suhu air lebih tinggi. Masalah korosi deaerator sering ditemukan di bagian nozzle, tray mounting, dan dinding bagian dalam ruang deaerator. Korosi dari dinding bagian dalam bersentuhan dengan air yang disemprotkan adalah karena oksigen terlarut dan erosi-korosi yang disebabkan oleh dampak mekanis. Penggunaan bahan tahan korosi seperti baja tahan karat adalah cara terbaik untuk mencegah korosi deaerator. Sangat mungkin untuk mengurangi korosi dengan menyuntikkan oxygen scavenger di inlet deaerator dan dengan mengendalikan pH air umpan. b. Korosi pada boiler Terjadinya masalah korosi yang disebabkan oleh oksigen terlarut jarang dalam kasus boiler tekanan sedang atau tinggi karena demin water digunakan sebagai air umpan. Namun, perhatian yang cukup diperlukan untuk mencegah korosi yang disebabkan oleh alkali dan pengotor dalam air umpan karena beban termal tinggi dari tabung penguapan. (i). Korosi karena oksigen terlarut korosi pada tube evaporasi oleh oksigen terlarut kadang-kadang terjadi selama start-up atau operasi dengan muatan rendah karena kinerja deaerator diturunkan dan air umpan yang mengandung oksigen terlarut dipasok ke boiler pada waktu itu. (ii).Korosi karena alkali Jika tabung penguapan dengan fluks panas tinggi mengalami pemanasan berlebih, air boiler sangat terkonsentrasi pada titik itu. Kemudian zat sulit larut mengendap dan zat yang larut mudah, seperti natrium hidroksida, membentuk film yang terkonsentrasi di sana. Reaksi besi dan natrium hidroksida ditunjukkan pada reaksi: Fe + 2NaOH  Na2FeO2 +H2 Na2FeO2 yang dihasilkan stabil pada alkali terkonsentrasi, tapi zat ini terurai dan menghasilkan alkali bebas ketika kontak dengan air boiler dan korosi terjadi lagi. 3Na2FeO2 + 4H2O  6NaOH + Fe3O4 +H2 3Na2FeO2 + 3H2O + 1/2O2  6NaOH + Fe3O4 (iii).Korosi karena pengotor pada feedwater Ketika produk korosi air umpan dan condensate line datang ke boiler, mereka menyebabkan korosi di bawah pengendapan dan korosi basa karena menempel pada permukaan pemanas menyebabkan pemanasan berlebih tersebut. Kontaminasi feedwater dengan air laut dari kondensor uap menyebabkan korosi


Page 9

Sistem Utilitas Pabrik baja karbon karena magnesium klorida dalam air laut dihidrolisis dan menghasilkan asam klorida pada permukaan pemanasan dengan reaksi berikut: MgCl2 +2H2O  Mg(OH)2 +2HCl Fe + 2HCl  FeCl2 +H2 Magnesium hidroksida dan besi klorida beraksi bersama menghasilkan magnesium klorida dan menyebabkan baja karbon terkorosi lagi. Jika jumlah alkali dikontrol dalam air boiler, hal ini akan cepat menetralkan asam klorida yang terbentuk dan tidak ada korosi yang terjadi. Ketika deteksi kebocoran air laut ke kondensat dari kondenser tertunda, pH air boiler dikurangi. 3. Carryover, Deposit, Foaming, Priming, Caustic Embrittlement Deposit, Terjadi pada Heat Power Boiler Pengendapan mineral besi ( Fe ) & tembaga ( Cu ) . Masalah dalam operasi sistem boiler: • 1. mereduksi efisiensi boiler karena adesi dari kesadahan atau kerak silika • 2. pemuaian atau peledakan tabung evaporasi karena adesi kerak yang berat Penyebab masalah: • 1. kebocoran dari kesadahan dan atau silika dari softener atau deminalizer • 2. kualitas kontrol yang kurang dari air umpan atau air boiler • 3. Penerapan dari chemical treatment yang kurang SOLUSI : • 1. MECHANICAL : Condensate Polisher, (alat untuk menyaring air yang terkondensasi dari uap, merupakan bagian dari siklus steam) Carry Over Mechanical Carry-over – – Terikutnya butiran air dalam steam yang keluar dari boiler drum. – Merupakan ukuran efisiensi pemisahan cair-gas pada beban, drum level, dan kondisi kimia boiler tertentu •

Mechanical carry-over yang tinggi menunjukkan hal-hal berikut: – Rancangan yang buruk, kerusakan, atau pemasangan drum moisture separator yang salah – Pengendalian level air dalam drum yang jelek, perubahan tekanan (atau beban) yang sangat cepat – Terjadi buih pada permukaan air dikarenakan tingginya konsentrasi: •

total suspended solids (metal oxides, colloids)

•

alkalinity (OH-) (OH-/TDS > 0.2)


Page 10

Sistem Utilitas Pabrik •

•

organics (pemasukan lewat makeup system, water treatment chemicals, oily matter)

Vaporous Carry-Over (Volatility) – – Penguapan kotoran volatile (mudah menguap) dari air boiler – Derajad vaporous carry-over ditentukan oleh ratio distribusi zat yang volatile. •

Ratio konsentrasi zat volatile dalam steam terhadap konsentrasinya dalam air boiler

– Jumlah vaporous carry-over tergantung pada macam zat kimia yang ada dalam air boiler serta tekanan operasi boiler (lihat chart). Foaming Busa disebabkan oleh surface active agent ( misalnya sabun) juga ada hubungannya dengan salt content. Yang menyebabkan busa adalah:   

Solid matter Suspended matter Suatu kebasaan yang tinggi sekali

Salt Content 1. Ditambah Na2CO3 (pelunakan sebagian). Dengan penguapan sampai separuh volume air tersebut dilihat apakah timbul busa atau tidak. 2. Dihilangkan suspended solid Dengan penguapan sampai 1/6 nya apakah timbul busa atau tidak. 3. Menghilangkan hardness sampai 0,56 oD. Dengan penguapan sampai 1/6 apakah timbul busa atau tidak. 4. Semua dihilangkan kecuali salt content. Dengan penguapan sampai 1/20 volume bisa dilihat timbul busa atau tidak. Pencegahan terjadinya buih

Foaming terjadi karena tingginya caustic soda, garam-garam sodium lainnya. Selain Boiler Feed Water: Permasalahan dan Pengendalian

Page 11

Sistem Utilitas Pabrik itu foaming juga disebabkan karena adanya minyak-minyak atau kontaminasi zat-zat organik. Pencegahannya dapat dilakukan dengan:     

Pemberian asam organik dan castrol oil (minyak jarak). Garam barium Polyamida, poly alkilene glicol. Kontrol adanya lumpur dan kerak. Kontrol alkalinitas dari air tersebut.

Priming Priming adalah keluarnya air bersama-sama dengan uap secara tiba-tiba dan keras dari boiler. Priming terjadi akibat ketinggian air di dalam boiler melewati level yang seharusnya. Adanya priming dapat menyebabkan kerusakan mesin dan turbin. Penyebab priming dapat terjadi karena persoalan mekanis dan sebagian lagi persoalan kimia, seperti:    

Ketinggian air di dalam boiler terlalu tinggi. Konsentrasi tinggi dari bahan kimia dalam air. Kotoran-kotoran yang menyebabkan naiknya tegangan permukaan. Pembukaan katup uap terlalu cepat.

Pencegahannya: Kalau penyebabnya adalah persoalan mekanik maka pencegahannya meliputi: 1. Desain boiler harus tepat. 2. Dijaga ketinggian air. 3. Metode penyalaan. 4. Over loading 5. Perubahan yang sangat mencolok 6. Steam storage diatas water level harus tepat. 7. Ukuran steam header 8. Kecepatan uap meninggalkan boiler Caustic Embrittlement Salah satu penyebab terjadinya kerapuhan pada logam adalah karena adanya NaOH bebas di dalam air boiler yang terkonsentrasi pada suatu titik kebocoran dan secara kimia akan menyerang metal tersebut. Akibat dari serangan kimia tersebut, akan timbul retakan yang tidak beraturan apalagi pada metal yang terkena tekanan. Boiler Feed Water: Permasalahan dan Pengendalian

Page 12

Sistem Utilitas Pabrik Pencegahan Caustic Embrittlement:   

Mencegah kebocoran pada daerah metal yang mengalami tekanan Menambah inhibititor Menjaga pH

TREATMENT PADA BOILER

Karena berbagai komponen yang hadir pada raw water, penggunaan raw water untuk boiler menyebabkan permasalahan pada boiler dan peralatan tambahan lainnya seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Unutk mencegah hal ini, treatment air yang sesuai harus diterapkan untuk setiap system boiler. Pengolahan air boiler dibagi menjadi 2, yaitu pengolah kimia (internal) dan pengolahan mekanis (eksternal). 1.

External Boiler Water Treatment Untuk mengolah raw dan feed water, koagulasi, sedimentasi, filtrasi, ion exchange, dan deaerasi diterapkan masing-masing atau dikombinasi tergantung kualitas raw water dan tujuan pengolahan. 1.1 Ion Exchange Treatment Dalam treatment ini, ion terlarut dipisahkan dengan menggunakan resin pemukar ion untuk menghasilkan kualitas air yang sesuai. Penghilangan semua ion terlarut disebut demineralisasi. Penukaran ion kalsium dan magnesium dengan ion natrium disebut softening. A. Softening Komponen kesadahan (Ca2+ dan Mg2+) yang menyebabkan korosi pada boiler tekanan rendah ditukar dengan ion Na+ dengan resin penukar kation. Ketika raw water dilewatkan pada bed yang mengandung resin ini, komponen kesadahan dalam raw water ditukar dengan ion Na+ pada resin penukar ion. Reaksi yang terjadi: R(-SO3Na)2 +Ca2+  R(-SO3)2Ca + 2Na+ R(-SO3Na)2 + Mg2+  R(-SO3)2Mg + 2Na+ *R=gugus alkil dengan karbon berjumlah 10 hingga 22 Masalah kerak dicegah dengan memasukkan softened water pada boiler. Namun sebenarnyakerak masih dapat terjadi karena kebocoran kesadahan dari softener sering terjadi akibat kendali operasi yang tidak sesuai.


Page 13


Gambar3. Softening treatment B. Demineralisasi

Gambar 4. Demineralization treatment Demineralizer yang paling popular adalah two-beds and one-degasifiers. Tipe ini terdiri dari kolom kation yang berisi asam kuat resin penukar kation (H-bed), degasifier, dan kolom anion berisi basa kuat resin penukar anion (OH-bed). Seperti yang ditunjukkan pada gambar 4, kation pada raw water ditukar dengan ion hydrogen dalam H-bed dan karbon dioksida yang dihasilkan dari pengurangan pH dipindahkan ke dekarbonator. Anion ditukar dengan ion OH- dalam OH-bed. Reaksi yang terjadi: H-bed: R(-SO3H)2 + Ca2+ R(-SO3)2Ca + 2H+ R(-SO3H)2 + Mg2+ R(-SO3)2Mg + 2H+ R-SO3H + Na2+ R-SO3Na + H+ OH-bed: RNOH +HCO3- RNHCO3 + OHR(NOH)2 +SO42- R(N)2SO4 + 2OHRNOH + Cl- RNCl + OHRNOH +HSiO3- RNSiCO3 + OH-


Page 14

Sistem Utilitas Pabrik 1.2 Deaerasi Deaerasi pada boiler bertujuan untuk menghilangkan gas terlarut yang bersifat korosif (oksigen dan karbon dioksida) untuk mencegah masalah korosi pada system boiler. Prinsip dasar dari peralatan deaerasi adalah kelarutan gas terlarut pada air menjadi nol pada titik didih air. Metode deaerasi terbagi dua, yaitu deaerasi vakum dan heating deaerasi. a. Heating deaeration Dalam hal ini, gas terlarut pada boiler dihilangkan dengan cara memanaskan feedwater hingga suhu jenuh di bawah tekanan di dalam deaerator. Metode ini digunakan secara luas pada boiler tekanan sedang atau tinggi karena oksigen terlarut dalam feedwater yang di-deaerasi kurang dari 0,007mg/l. b. Vacuum deaeration Deaerator vakum menghilangkan gas terlarut dalam air dengan mengurangi tekanan di dalam ke tekanan uap air berdasarkan suhu air. Oksigen terlarut dalam air yang di-deaerasi menjadi sekitar 0,1 hingga 0,3 mg/l. system ini biasa digunakan pada boiler tekanan rendah

2.

Internal Boiler Water Treatment Treatment pada eksternal boiler saja tidaklah cukup untuk mencegah kontaminasi air boiler dari komponen yang menyebabkan korosi dan kerak. Treatment air boiler dengan bahan kimia digunakan untuk melindungi seluruh sistem boiler termasuk feedwater dan kondensat uap dari permasalahan tersebut. 2.1 Bahan Kimia Untuk Pengendapan Garam Pembentuk Kerak A. DISPERSANT Bahan kimia yang lazim dipakai untuk mengendapkan garam kalsium: – sodium phosphates, NaH2PO4 – trisodium phosphate, Na3PO4 – disodium phosphate, Na2HPO4 Didalam air boiler bahan tersebut akan bereaksi dengan kalsium membentuk trikalsium fosfat dalam bentuk flok endapan. Untuk memastikan reaksi terjadi, alkalinitas air boiler harus dijaga tetap tinggi. Pada pH 9.5 atau kurang, kalsium tidak dapat mengendap sempurna. Dispersant merupakan bahan untuk menjaga agar lumpur garam kalsium dan magnesium tetap fluid dan dapat dibuang lewat blowdown. Cara kerja dispersant yaitu ketika Boiler Feed Water: Permasalahan dan Pengendalian

Page 15

Sistem Utilitas Pabrik flok kecil partikel terbentuk akan segera diselimuti oleh dispersant sehingga tidak dapat bersatu membentuk padatan yang lebih besar dan berat dengan flok lain. Pada umumnya jenis dispersant adalah polimer sintetik. Dispersant dapat digunakan hingga boiler bertekanan 1000psi. beberapa jenis dispersant yaitu: • POLYACRYLATE – Bagus untuk melembutkan kalsium karbonat – Membentuk lumpur ringan dan tak melekat – Mampu mendispersikan garam fosfat pada alklinitas rendah. • POLYMALEIC – Pemodifikasi kristal kalsium karbonat dan garam fosfat – Pembersih kerak kalsium dan fosfat yang bagus – Polimer yang stabil dan mampu mengangkat kerak dari permukaan metal ke dalam air • POLYMETHACRYLATE – Berekasi seperti Polyacrylate – Jangan diberikan berlebihan karena dapat terurai – Lebih aktif dari pada Polyacrylate terhadap garam kalsium. • SULFONATED COPOLYMER – Dispersant anionik bermuatan tinggi – Mampu secara spesifik mengikat ion metal (besi) menjadi senyawa larut dalam air boiler • CARBOXYLATED COPOLYMER – Dispersant sangat aktif mensuspensi garam kalsium dan endapan besi • TERPOLYMER – Sebuah polimer kombinasi mengandung gugus karboksilat, sulfonat, dan nonionik – Memiliki tiga macam dispersant: • Asam kuat (sulfonat) untuk menolak muatan pada permukaan partikel • Asam lemah (karboksilat) untuk mengikat muatan pada permukaan partikel • Non ionik untuk menyebarkan muatan pada permukaan partikel – Mampu mendisperikan lumpur oksida besi yang terhidrasi dan tak terhidrasi – Mendispersikan garam fosfat dan kalsium dalam bentuk tricalcium phosphate dan hydroxyapatite.

B. CHELAT


Page 16

Sistem Utilitas Pabrik Chelat merupakan senyawa yang dapat mengikat kation, seperti kalsium dan magnesium walaupun dalam endapan, membentuk senyawa tetap larut dalam air. Chelat yang sering digunakan adalah EDTA (ethylene diamine tetraacetic acid) dan NTA (nitrilo triacetic acid). Molekul hasil reaksi chelat ini dengan kation sangat stabil dan mampu tetap berada dalam larutan serta mampu bereaksi dengan kalsium karbonat, kalsium sulfat, magnesium hidroksida, magnesium silikat, dan senyawa besi dari endapan. Keuntungan pemasukan chelat pada aliran air umpan yaitu chelat dapat bereaksi membentuk molekul larut sebelum masuk boiler sehingga menurunkan secara drastis peluang terjadinya pengendapan, EDTA terurai pada suhu dan tekanan operasi boiler 300 psi dan NTA pada 900 psi, chelat-cation complexes stabil sampai dengan 1300 psi. Untuk memperoleh keuntungan maksimum penggunaan chelant, kualitas air umpan harus tinggi. Limit kontaminan yang diperkenankan: • Total Hardness 0-2 ppm • Besi 0-2 ppm • Oksigen 0 ppm C. FOSFAT Penambahan fosfat bertujuan untuk mencegah terbentuknya kerak, mengendalikan pH, dan mengurangi ancaman korosi caustic. Treatment ini sangat efektif terhadap kalsium sulfat dan kalsium silikat. Poin pentingnya yaitu memenuhi aturan FDA untuk penggunaan steam yang bersentuhan dengan makanan karena penambahan fosfat tidak merubah warna air boiler dan tidak beracun, terutama bila ikutan air boiler (carry over) menjadi masalah. Treatment fosfat terbagi 3 yaitu, – Coordinated Phosphate Treatment: Kadar hidroksida bebas (OH-) pada kadar fosfat tertentu dibatasi oleh limit atas pH (atau alkalinitas). Untuk mencegah terjadinya NaOH bebas, operator harus menjaga kondisi air boiler berada dibawah garis Na/PO 4 = 3.0


Page 17


– Congruent Phosphate Treatment (CPT): Kondisi air boiler dikendalikan dibawah garis ratio Na/PO4 = 2.6 namun tetap menjaga alkalinitas cukup tinggi untuk menekan korosi carbon steel. – Equilibrium Phosphate Treatment (EPT) : Suatu pendekatan yang lebih rational terhadap kimia fosfat karena pada kenyataannya hanya sedikit boiler tekanan tinggi yang berhasil mempertahankan kualitas air boilernya dalam batas CPT 2-5 mg/L (PO4) dengan aman. Penambahan sodium phosphates dengan ratio Na/PO4 lebih tinggi (seperti dalam CPT), melebihi konsentrasi setimbangnya menghasilkan padatan fosfat dan caustic bebas berlebihan 2.2 Bahan Kimia untuk Mengurangi Korosi A. Condensate System Filming Amine Bahan aktif: Morpholine dan Cyclohexylamine. Fungsi dan sifat: a. Pembentuk film penolak air ( water repellent) b. Mampu bekerja sampai tekanan 400 bar g c. Menetralkan CO2 dalam kondensat d. Lapisan film menghalangi permukaan metal dari jangkauan oksigen


Page 18

Sistem Utilitas Pabrik e. Mampu membersihkan kotoran korosi pada pipa. Namun harus hati-hati pada pemakaian awal, kotoran yang terlepas dari pipa dapat membuntu steam traps dan filter Untuk pemberian dosis awal, berikan rendah untuk membersihkan permukaan pipa. Pemberian didasarkan pada rate steam. Setelah kadar Fe dalam steam stabil, dosis dinaikkan pelahan sampai pH dalam kondensat 7.5 - 8 tercapai. B.

Oxygen scavenger

Ancaman terbesar boiler yaitu korosi yang datang dari oksigen terlarut. Sebagian besar oksigen dalam feedwater dibuang dalam deaerator dengan pemanasan karena kelarutan oksigen dan gas lainnya sangat berkurang pada suhu tinggi. Konsentrasi oksigen biasanya menjadi <20 ppb, namun masih tetap berbahaya. Oleh karena itu perlu Ditambahkan bahan kimia untuk menghilangkan oksigen (Oxygen scavenger) , yang dapat berupa – sulfite (Na2SO3 ), Lazim dikemas dalam bentuk larutan (air). Biasanya ditambah katalis senyawa cobalt untuk mempercepat reaksi. Reaksi : Na2SO3 + O2 → Na2SO4 Hasil terbaik diperoleh dengan pemberian kontinyu sebanding dengan rate air umpan.. Dapat digunakan untuk menghilangkan khlor bebas. – Hydrazine (H2NNH2 ), – organic scavengers: hydroxylamines (NH2OH), ascorbic acid (C6H8O6), hydroquinone [C6H4(OH)2], dan oximes dengan dan tanpa katalis, Tannin, DEHA, Carbohydrazide DEHA Merupakan larutan amin berwarna kuning muda, basa volatile. Zat ini tidak menambah dissolved solids atau ammonia kedalam sistem boiler. Memiliki fungsi ganda sebagai pemberi perlindungan yang bagus terhadap korosi oksigen, mempassivasi metal boiler, dan dapat dipakai sebagai pengganti hydrazine dalam boiler sampai 125 bar dan lebih aman Dosis berdasar pada jumlah dari: Level oksigen terlarut plus kadar residu 5 - 10 ppm dalam air boiler Kecepatan reaksinya oxygen scavenger tergantung pada konsentrasi awal oksigen, suhu reaksi, pH, katalis, jenis dan konsentrasi scavenger.


Page 19

Narasi-BOILER FEED WATER Permasalahan

Recommend Documents