BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Air merupakan komponen penting dalam kehidupan termasuk di industri. Penggunaan air di industri dilakukan untuk mendukung beberapa sistem salah satunya untuk air pendingin. Air pendingin (cooling water) adalah air yang dilewatkan melalui alat penukar panas dengan maksud untuk memindahkan panas. Sistem yang dilalui oleh air pendingin disebut sistem air pendingin (cooling water system). Air yang akan digunakan sebagai air pendingin tidak memerlukan kemurnian tinggi seperti air untuk boiler atau air untuk proses. Hal ini disebabkan karena temperature air pendingin jauh lebih rendah dari temperatur air boiler. Sistem air pendingin secara umum dibagi menjadi tiga jenis, yaitu sistem satu aliran, sistem tertutup, dan sistem sirkulasi terbuka. Sistem satu aliran menggunakan air yang banyak dan hanya sekali dilewatkan ke heat exchanger. Sistem sirkulasi terbuka terdiri dari menara pendingin (cooling tower), fasilitas blow down dan sistem sirkulasi air. Salah satu syarat untuk pengelolaan sistim air pendingin adalah menjaga kondisi operasi. Semua parameter harus diikuti dan bila terjadi penurunan pertukaran panas atau terdapatnya kenaikan pressure drop pada suatu penukar panas yang penting maka perlu segera diambil usaha-usaha penanggulangannya. 1.2 Tujuan Penyusunan Adapun tujuan yang ingin kami capai dalam penyusunan makalah ini yaitu sebagai berikut: 1) Menggambarkan siklus air pendingin di industri. 2) Menggambarkan dan menjelaskan jenis sistem pendinginan. 3) Menjelaskan kegunaan pengolahan air pendingin.
1
1.3 Rumusan dan Pembatasan Masalah Dari latar belakang yang telah kami kemukakan di atas, maka kami merumuskan beberapa masalah yang perlu dibahas, di antaranya yaitu: 1. Bagaimana karakteristik air pendingin? 2. Apa saja masalah yang sering timbul dalam sistem air pendingin? 3. Bagaimana menanggulangi permasalahan yang timbul dalam sistem air pendingin? 4. Apa saja faktor yang mempengaruhi pemilihan system air pendingin? 5. Bagaimana cara memilih sistem pendingin yang akan digunakan di industri? Agar dalam makalah ini tidak terjadi perluasan masalah, maka kami membatasi dan menekankan permasalahannya mengenai pengolahan sistem air pendingin. 1.4 Manfaat Penyusunan Dalam setiap permasalahan yang dihadapi, termasuk permasalahan di atas, pasti akan terkandung beberapa hikmah yang dapat kita petik. Kami berharap makalah ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. 1.5 Metode Penulisan Dalam penyusunan makalah ini, metode penelitian yang digunakan untuk mengumpulkan data dan keterangan dalam permasalahan ini adalah dengan metode pustaka, yakni mempelajari masalah dengan bersumberkan pada litelatur, teori, buku, dan internet. 1.6 Sistematika Penulisan Makalah ini terdiri dari empat bab, diantaranya: BAB I PENDAHULUAN Pada bab ini, kami menjelaskan mengenai latar belakang, tujuan penyusunan, rumusan dan pembatasan masalah, , manfaat penyusunan, metode penulisan, dan sistematika penulisan. BAB II KAJIAN TEORI
2
Pada bab ini kami memaparkan teori tentang sistem air pendingin. BAB III PEMBAHASAN Pada bab ini kami membahas dan menjawab rumusan masalah yang ada. BAB IV PENUTUP Bab ini berisi kesimpulan dan saran
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Air Pendingin dan Karakteristiknya 2.1.1 Pengertian Air Air adalah zat/unsur kimia yang sangat dibutuhkan manusia, dalam zaman sekarang air banyak sekali digunakan untuk industri dan pertanian. Air untuk industri umumnya digunakan sebagai pendingin (cooler, condensor,
cooling
tower),
sebagai
pemanas
(heater),
sebagai
pembangkit/steam (driver turbin generator/pompa), sebagai evakuasi gas 4
(vacum system) dan sebagai air minum / proses (pelarut, drinking water, jacket water, boiler feed water). Air pendingin adalah air yang digunakan untuk menyerap panas yang berlebihan pada reaktor untuk menghasilkan listrik. Karakteristik dari air pendingin yaitu air tawar yang tahan terhadap radiasi, dan kapasitas panas tinggi. Air yang digunakan untuk air pendingin yaitu air berat karena mempunyai kapasitas panas tinggi, tahan radiasi tinggi pada hal ini digunakan pada reaktor yang menggunakan uranium alam sehingga tampang lintang air kecil. Air lainnya yang digunakan yaitu air bertekanan tinggi dan air biasa. 2.1.2 Karakter air dan penggunaannya. Secara kimiawi, molekul air tersusun atas dua atom hidrogen dan satu atom oksigen (H2O). Dalam keadaan cair, molekul-molekul air saling bertautan membentuk polimer via ikatan hidrogen. Karena ikatan inilah air mempunyai panas latent penguapan yang besar serta daya pelarutan yang tinggi. Air proses atau biasa kita kenal sebagai process water memiliki fungsi yang berbeda satu sama lainnya, oleh karena itu karakter serta spesifikasi air yang diperlukan juga berbeda satu dengan yang lain, misalnya standar air untuk boiler tentu berbeda dengan standar air untuk produksi hydrogen. Ada beberapa peralatan proses yang membutuhkan air secara terusmenerus dan dengan sifat tertentu, seperti: 1.
Air proses (Process Water) untuk hydrolysis, boiler dan destilasi. Kebutuhan process water untuk boiler, hydrolisis serta produksi H2, dimana diperlukan air yang terlebih dahulu di oleh melalui ion exchange untuk meminimalisir timbulnya karat serta sumbatan pada pipa api dan jalur distribusi uap dan kondensatnya. Produk air yang dihasilkan melalui ion exchange kemudian disebut sebagai soft water bahkan untuk produksi hydrogen diperlukan demineralized water (demin water) agar H2 yang diproduksi betul-betul 99,9 % murni. 5
2.
Air untuk pendingin (Cooling Water) pada cooling tower, mesin, heat
exchanger, condenser dll. Kebutuhan akan air pendingin (cooling water) bisa di kategorikan kebutuhan umum dalam setiap mesin penggerak, pengolahan air pendingin biasanya kurang diperhatikan oleh operator pabrik karena persepsi yang salah dimana setiap air bersuhu rendah bisa digunakan. Tetapi mereka lupa bahwa air pendingin disalurkan melalui pipa-pipa yang diameternya terkadang cukup kecil, panjang dan melingkar-lingkar sehingga rawan terhadap karat dan sumbatan tentunya. 3.
Air untuk kebutuhan domestik dan umum. Air yang akan digunakan sebagai air untuk keperluan domestik seperti memasak, toilet dan cuci-cuci lain biasanya digunakan air dari sumber terdekat seperti Perusahaan air Minum (PAM) lokal maupun dari sumber sumur dalam. Pengolahan biasanya dilakukan secara terbatas seperti penjernihan dan aerasi terutama untuk mengurangi kadar besi yang biasanya berasosiasi dengan air dari sumber sumur dalam (deep well). Sumber air baku industri yang memerlukan pembahasan lebih lanjut adalah kebutuhan air dan sifat yang diperlukan untuk keperluan proses dan sebagai pendingin pada cooling tower di pabrik.Ion Exchange untuk Process dan Cooling. Kebutuhan untuk air proses dan pendinginan sangat mendominasi kebutuhan air untuk pabrik karena lebih dari 80% kebutuhan akan air di pabrik dikonsumsi oleh kedua proses tersebut, sementara untuk kebutuhan domestik relatif kecil. Penggunaan kolom atau tabung ion exchange untuk air baku untuk boiler (boiler feed water)dan sistim pendinginan (cooling system) akan meningkatkan efisiensi kedua sistim peralatan tersebut dengan cara membebaskan pipa-pipa saluran air dan uap pada sistem tersebut dari karat dan endapan yang mengganggu yang dapat
6
menimbulkan kebocoran maupun tersumbatnya saluran pada kedua sistim tersebut. Pabrik kelapa sawit (PKS), kernel crushing plant (KCP), pabrik minyak goreng dan oleochemical adalah pabrik-pabrik yang banyak menggunakan prinsip thermodinamik pada proses produksinya terutama pada sistim fraksinasi dan destilasi dari bahan baku menjadi produk. Peralatan yang digunakan pada proses, hidrolisa, fraksinasi, dan destilasi pada dasarnya adalah ketel uap bertekanan yang semuanya menggunakan air sebagai media dan bahan baku pada proses mereka. Boiler untuk menghasilkan uap baik basah, kering maupun yang bertekanan menurut kebutuhan prosesnya, selain digunakan sebagai media thermodinamik, uap yang dihasilkan juga dapat digunakan untuk menggerakkan turbin pada generator listrik. Penggunaan boiler sebagai peralatan utama membawa konsekuensi pada pemilihan kualitas air baku (feed water) untuk menjaga kontinyuitas operasi serta efisiensi peralatan tersebut, secara umum untuk menjaga agar boiler bisa bekerja dengan maksimum serta awet maka diperlukan air yang baik dalam arti air selalu dijaga agar tidak menjadi penyebab sistem saluran pipa pada boiler menjadi berkarat ataupun tersumbat oleh endapan-endapan organik yang biasanya dibawa oleh air baku. 2.2 Sistem Air Pendingin Dalam pengoperasian industri kimia biasanya dibutuhkan media pendingin untuk mendinginkan fluida panas dari berbagai unit operasi. Sistem air pendingin yang biasanya ada di industro dikategorikan menjadi 3 jenis: 2.2.1 Sistem Sekali Lewat (Once Through System) Dalam sistem sekali lewat (Once Through System), air mengalir melalui heat exchanger cukup sekali. Karena biasanya air pendingin yang digunakan dalam jumlah yang besar maka kenaikan suhu air keluaran tidak terlalu besar. Kandungan mineral di air pendingin tidak berubah karena tidak ada akumulasi.
7
Sistem ini biasanya diterapkan untuk industry di tepi laut, di mana ketersediaan air melimpah. Dari sisi lingkungan, batasan suhu keluaran biasanya harus dipertimbangkan. Karena kesederhanaannya, sistem sekali lewat ini merupakan sistem pendinginan air yang pertama kali dirancang. Suhu air pada umumnya rendah dan pendinginan dapat cepat dicapai dengan jumlah masalah yang minimum. Sistem sekali lewat dapat digunakan untuk berbagai aplikasi mulai dari oil cooler kecil untuk kondensor utilitas besar. Keuntungan utama dari sistem sekali lewat adalah kesederhanaan dan fleksibilitas. Jumlah besar panas yang tidak diinginkan dapat dihilangkan dengan sangat efektif dan suhu air yang relatif rendah memungkinkan pendinginan dengan permukaan perpindahan panas minimum. Air menyebabkan masalah di sistem sekali lewat yang sama dengan sistem air pendingin lainnya antara lain: korosi, skala, fouling dan pertumbuhan mikrobiologi. Besarnya masalah yang dihadapi sangat ditentukan oleh desain sistem dan khususnya kualitas air yang digunakan. Karena air tidak berubah secara signifikan dalam karakteristik kimia atau fisik, sifat air baku sangat menentukan masalah yang akan berkembang. Air untuk sistem sekali lewat bisa diambil dari sumur, danau, sungai, sungai atau sistem air kota. Permukaan air seperti danau dan sungai akan cenderung memiliki masalah lebih ditangguhkan dan kontaminan dengan jenis dan jumlah material yang terus menerus berubah dengan musim. Perairan sering mengandung sejumlah besar ion pembentuk skala dan kation logam. Karakteristik air ini, ditambah aliran dan perubahan suhu dalam sistem, mempersulit apa yang awalnya akan muncul menjadi situasi yang cukup sederhana. Secara umum, kita dapat mengklasifikasikan sistem sekali lewat ke dalam tiga kategori utama: • Sistem Pendingin Kecil • Sistem Pendingin Besar • Sistem Air Minum 8
Sistem kecil dapat berkisar dari beberapa galon per menit dari aliran air ke beberapa ribu galon per menit. Sistem ini dapat digunakan untuk pendingin minyak dingin, kompresor udara, udara unit pendingin, dan lain-lain. Untuk sistem ini, sistem sekali lewat efektif dan memungkinkan memiliki sifat fleksibilitas yang besar. Sumber air sumur umum atau sistem air perkotaan. Karena perairan ini biasanya mengandung jumlah yang sangat terbatas dari bahan tersuspensi dan pertumbuhan mikroba, juga memiliki potensi yang sangat sedikit untuk fouling dan pembentukan lendir mikrobiologi. Kecenderungan air yang digunakan untuk membentuk korosi dapat ditentukan dengan menggunakan indeks Langelier atau Stabilitas indeks Ryznar. Sistem besar bisa berkisar dari 10.000 galon per menit (gpm) aliran air untuk lebih dari 100.000 gpm. Sistem ini dapat digunakan dalam berbagai industri dan sering ditemukan pada tanaman dengan utilitas besar. Berbeda dengan sistem kecil, sistem besar jarang menggunakan sumur atau sistem air perkotaan sebagai sumber air utama. Sebaliknya, karena volume kebutuhan air untuk pendinginan, sistem ini biasanya menggunakan air dari sungai, laut atau danau. Karena perairan ini biasanya mengandung jumlah yang signifikan padatan tersuspensi dan bakteri.
Keuntungan menggunakan Once through systems : o
Tidak diperlukan cooling tower
o
Tidak diperlukan pengolan / treatment pendahuluan
Kerugian menggunakan Once through systems : o
Korosi
o
Fouling
o
Sampah dan kotoran
o
Polusi / pencemaran temperatur di badan air
9
Diagram sederhana :
Atau
2.2.2 Sistem Tertutup (Closed System) Sistem pendinginan dengan closed system adalah sistem pendinginan di mana air pendingin dipakai berulang-ulang secara tertutup. Pertama air menyerap kalor dari fluida proses di alat ukur penukar panas kemudian melepaskannya di alat penukar panas lainnya. Salah satu contoh sistem ini adalah sistem pendinginan radiator mobil. Kadang-kadang sistem ini diterapkan untuk menjaga kondisi kebersihan komponen dan equipment, atau air dengan kualitas tertentu sulit didapatkan dalam jumlah yang memadai. Air tawar pendingin digunakan untuk mendinginkan proses-proses didalam pabrik. Air tawar pendingin yang telah panas didinginkan kembali di suatu “secondary cooler” (biasanya plate heat exchanger) untuk selanjutnya disirkulasikan kembali secara tertutup kedalam pabrik. Air laut dipakai untuk mendinginkan “secondary cooler” dengan cara hanya sekali pakai (once through), sumber air berasal dari laut kemudian dibuang lagi ke laut. Cooling water didinginkan pada secondary heat exchanger. Tidak ada loss akibat penguapan juga tidak ada make up.
10
Keungtungan menggunakan Closed nonevaporative recirculating systems : o
Cooling water return relatif bersih
o
Temperatur cooling water memungkinkan lebih tinggi dari 100oC
o
Kebutuhan air baku lebih sedikit. Hal ini membutuhkan hanya sekitar 5% dari kebutuhan air dari sistem siklus terbuka. Hal ini untuk menebus kerugian akibat penguapan dan blowdown.
Kerugian menggunakan Closed nonevaporative recirculating systems : o
Investasi / capital cost sangat tinggi, biaya operasi meningkat untuk menara pendingin, dan persyaratan perawatan lebih dan suku cadang.
o
Dibatasi oleh equipment secondary heat exchanger
o
Karena udara adalah media pendingin sekunder, suhu wet bulb ambien merupakan faktor pembatas dalam mencapai suhu air pendingin. Ini akan mempengaruhi kinerja dari pembangkit listrik.
Diagram sederhana :
Atau
11
2.2.3 Sistem sirkulasi (Recirculated System) Sistem ini juga sering disebut sistem resirkulasi terbuka, yang biasanya terdiri dari menara pendingin (cooling tower) yang menerima air make-up dan dilengkapi dengan fasilitas blow down dan sistem sirkulasi air. Air pendingin setelah menyerap kalor dari proses akan mengalami kenaikan suhu. Penurunan suhu air pendingin ini dilakukan di cooling tower. Air pendingin dialirkan dari atas tower sedangkan udara mengalir dari bawah atau samping. Proses penurunan suhu ini diikuti juga dengan penguapan air di mana yang menguap adalah air bersih. Oleh karena itu, konsentrasi parameter kimia air pendingin tersirkulasi akan meningkat, seperti kandungan padatan terlarut (TDS). Sistem resirkulasi ini membutuhkan air yang tidak terlalu banyak. Sebagai contoh; laju sirkulasi cooling water untuk 700 MW coal-fired power plant sekitar 71,600 m3/jam dan sistem resirkulasi tersebut membutuhkan laju water make-up sekitar 5% (3.600 m3/jam). Jika plant tersebut menggunakan once through cooling water, akan dibutuhkan 100.000 m3/jam. Dan jumlah tersebut akan selalu dibuang ke badan air dengan suhu yang relative tinggi (sekitar 50C). ̊ Sistem pendinginan resirkulasi banyak diterapkan di industri yang berada di daratan karena keterbatasan ketersediaan air sungai atau danau. Dalam resirkulasi ini perlu diperhatikan adanya akumulasi pengotor selama siklus putaran air pendingin. Untuk itu diperlukan kegiatan pengurasan atau blow down menara pendingin secara berkala untuk mengurangi pengotor yang terakumulasi. Blow doen air pendingin merupakan sumber air limbah di 12
industri sehingga harus dialirkan ke unit pengolahan air limbah sebelum dialirkan ke perairan umum agar tidak terjadi pencemaran. 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. Sistem ini banyak digunakan oleh pabrik yang berada dekat dengan sumber air tawar atau jauh dari laut. 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. Cooling water teruapkan sekitar 1% water. Kehilangan air akibat penguapan ini harus dikompensasi oleh make up cooling water.
Keungtungan menggunakan Open evaporative recirculating systems : o
Jumlah kebutuhan air sedikit (make up);
o
Memungkinkan untuk mengontrol korosi
o
Suhu air hampir konstan. Suhu lingkungan tidak mempengaruhi kapasitas pendinginan.
Kerugian menggunakan Open evaporative recirculating systems : o
Investasi (capital cost) lebih tinggi daripada once through;
o
Memerlukan cooling tower yang cukup besar;
o
System purge dan blowdown kemungkinan dapat mengakibatkan pencemaran lingkungan 13
Diagram sederhana :
Atau
Pada peristiwa sirkulasi air ini, akan terjadi proses – proses sebagai berikut : a) Pendinginan air cooling tower adakah atas dasar penguapan ( Evaporasi ) Pada peristiwa fisika dikenal prinsip “ jumlah kalor yang diterima = jumlah kalor yang dilepaskan “. Kalor untuk melakukan pendinginan dari T2 menjadi T1 sama dengan kalor penguapan atau dengan kata lain air tersebut menjadi dingin dikarenakan sebagian dari air tersebut menguap. Untuk cooling tower, besarnya penguapan dapat dihitung bila diketahui kapasitas pompa sirkulasi ( m3/jam )
14
b) Pada air Cooling tower terjadi pemekatan Garam. Dengan adanya penguapan maka lama kelamaan seluruh mineral yang tidak dapat menguap akan berkumpul sehingga terjadi pemekatan. Dengan banyaknya mineral yang terkandung pada air Cooling tower perlu dilakukan proses Bleed Off dan penambahan air make up. Air yang menguap adalah air yang murni bebas dari garam – garam mineral dengan konsentrasi = 0. Pada cooling tower dapat diketahui siklus air pada unit cooling tower adalah dengan cara : Dengan rumus Cycle = Tower water chloride Make up water chloride Tanpa menggunakan parameter khlorida, siklus dapat diketahui dengan membaca konduktivity, yaitu dengan membandingkan konduktivity air tower dengan konduktivity air make up. 2.3 Media Pendingin Media pendingin yang sering digunakan adalah air, dengan berbagai pertimbangan: •
Mempunyain kapasitas panas spesifik yang tinggi. Cp air sebesar 1 BTU/lbm.F yang berarti air akan menyerap 1 BTU kalor untuk meningkatkan suhu 1 lbm sebesar 1oF. Bandingkan dengan media pendingin freon yang menyerap hanya 0,22 BTU untuk meningkatkan suhu 1 lbm sebesar 1oF. Hal ini akan memperkecil laju alir massa air pendingin yang harus digunakan untuk menyerap sejumlah tertentu kalor untuk menurunkan suhu fluida panas yang didinginkan.
•
Air berada dalam fasa cairnya dalam rentang suhu operasi yang relatif besar. Sehingga selama proses pendinginan fluida panas, suhu air akan meningkat tetapi tidak akan terjadi perubahan fasa.
•
Viskositas rendah sehingga friction loss dan pressure drop selama pengaliran air di pipa cukup rendah yang berakibat biaya pemompaan tidak besar.
15
•
Murah, tersedia dalam jumlah besar, walaupun saat ini ketersediaan air dalam jumlah yang besar biasanya tidak diikuti dengan kualitas air yang baik.
•
Tidak beracun, stabil secara kimia, dan tidak mudah terbakar.
Kelebihan media pendingin air: •
Bisa menyebabkan korosi karena adanya O2 dan CO2
•
Menimbulkan endapan karena pengotor Ca, Mg, Si, Fe, dan padatan tersuspensi.
2.4 Proses Pendinginan
Evaporasi Air pendingin masuk
Process Eqipment
Make up (M)
Cooling Tower
Drift/Windage ( W)
Blow Down (B)
Diagram Sistem pendinginan Make Up (M)
: air tambahan untuk mempertahankan debit air tersirkulasi agar tetap konstan
Evaporation (E)
: kehilangan air karena penguapan yang merupakan air murni. Evaporasi biasanya sekitar 1% dari debit serkulasi untuk 16
setiap penurunan suhu air pendingin yang masuk cooling water sebesar 10⁰F (5,6⁰C) Windage/Drift (W) : kehilangan air karena terbawa aliran udara, jumlahnya biasanya kecil antara 0,007%-0,2% dari debit resirkulasi. Biasanya dalam perhitungan praktis diabaikan. Blow Down (B)
: pembuangan air untuk mengendalikan peningkatan konsentrasi padatan karena proses siklus.
Neraca massa total ;
M=E+W+B
Kehilangan air terbesar berasal dari proses evaporasi yang merupakan air bersih, sedangkan make-up (M) berupa air relatif tidak bersih sehingga terjadi peningkatan konsentrasi pengotor di sistem air tersirkulasi. Untuk menerangkan hal tersebut perlu diketahui parameter seperti ratio padatan terlarut (DS) dalam air sirkulasi terhadap padatan terlarut dalam air make-up, ratip clorida, atau ratio magnesium. Jumlah siklus biasanya disimbolkan dengan (X). Contoh perhitungan neraca massa: E? Make-up 100 gpm Cl- 20 ppm
Blow down Cl- 100 ppm QB ? Cooling Tower Neraca Massa
:QM = QB + QE
QM / QB = 1 + QE / QB sehingga QE / (1-x) = QB Neraca Komponen
: Qm . Cm = Qb . Cb
Sehingga
: Cb/Cm = Qm/Qb = 100/20 = 5 siklus = X
Blow Down rate ( Qb ) : Qm/5 = 100/5 = 20 gpm Evaporation rate ( Qe ) : 100 – 20 = 80 gpm 17
Perhitungan Evaporation rate secara langsung dengan prnsip neraca energi: : beda suhu air panas nasuk CT dengan air dingin keluar CT Qr : debit resirkulasi Qe : debit evaporasi Prinsip perhitungan neraca energi adalah energi yang lepas air resirkulasi ( yang di tunjukan dengan penurunan suhu air ) hanya di gunakan untuk menguapkan sebagai massa air dengan memberikan kalor latennya. Energi terserap aliran udara diabaikan. Berdasarkan rumus neraca energi diketahui berapa jumlah massa air yang teruapkan dari data suhu air masuknya dan keluaran menara pengdingin. Qr ( m3 / jam ) . Cp . T = Qe ( m3 /jam )
2.5 Kualitas Air Pendingin Untuk mengetahui kualitas cooling water, maka parameter-parameter di dalamnya harus ditinjau secara periodik melalui analisa laboratorium. Dengan mengetahui nilai dari parameter-parameter tersebut, maka pengendalian kualitas cooling water dapat dilakukan dengan baik. Berikut ini adalah parameter-parameter dalam analisa cooling water treatment yang harus dipantau secara periodik: a) Turbidity: menunjukkan jumlah padatan tersuspensi di dalam air. b) pH: parameter yang menunjukkan kecenderungan terjadinya korosi dan pembentukan kerak. c) Electrical conductivity: menunjukkan jumlah padatan terlarut di dalam air. d) M-alkalinity: dianalisa untuk memprediksi pertumbuhan kerak kalsium karbonat. M-alkalinity memiliki korelasi yang positif dengan pH. e) Calcium hardness: merupakan parameter penting dalam memperkirakan pertumbuhan kerak dari kalsium karbonat dan biasa digunakan untuk menghitung cycle number dari cooling water.
18
f) Magnesium hardness: dianalisa untuk memperkirakan pertumbuhan kerak yang timbul dari ion magnesium yang membentuk magnesium silikat. g) Chloride: parameter yang biasa digunakan sebagai indeks untuk mengendalikan cycle number cooling water. Cooling water dengan konsentrasi chloride yang tinggi cenderung lebih bersifat korosif. h) Sulfate: Cooling water dengan konsentrasi sulfate yang tinggi cenderung lebih bersifat korosif. i) Silica: merupakan salah satu komponen pembentuk kerak pada peralatan. j) COD: atau chemical oxygen demand. Konsentrasi COD yang tinggi mempercepat pembentukan slime. k) Ammonium ion, nitrate ion dan nitrite ion: konsentrasi ammonium ion yang tinggi mempercepat pembentukan slime. Ammonium ion mempercepat proses terjadinya korosi pada tembaga dengan membentuk senyawa kompleks garam tembaga-ammonium. Ketika amonia berubah menjadi asam nitrat oleh bakteri nitrifikasi, pH cooling water menjadi rendah dan mengakibatkan bahan kimia penghambat korosi (corrosion inhibitor) menjadi tidak berfungsi. l) Total Iron: merupakan salah satu fouling material dalam cooling water. Menempelnya senyawa besi (iron) pada permukaan tubing heat exchanger dapat menyebabkan korosi local (corrosion nder deposit) pada material jenis carbon steel. m)Residual chlorine: konsentrasi minimu chlorine harus dipertahankan dalam cooling water untuk menciptakan efek anti bakteri atau biocidal effect. n) Corrosion inhibitor: konsentrasi tertentu corrosion inhibitor or bahan kimia penghambat korosi harus dipertahankan dalam cooling water untuk menjaga efek anti korosi. Salah satu contoh corrosion inhibitor adalah phosphate, yang biasanya diukur sebagai total phosphate. Air pendinginan yang akan digunakan terutama untuk sistem air pendinginan
tersirkulasi harus memenuhi persyaratan kualias air agar tidak
mengganggu proses pendinginan selanjutnya salah satu contoh persyaratan kualitas air pendinginan di sajikan di tabel di bawah ini No
Parameter
Nilai
19
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Konduktivitas umhos/cm Turbidity, ppm Suspended solid, ppm Total hardness, ppm CaCO3 Total besi, ppm Residu clorine, ppm Cl2 Silika, ppm SiO2 Total Cromat, ppm Cr2O4 pH
< 1.000 < 10 < 10 < 100 < 1,0 0,5 -1,0 < 150 1,5 – 2,5 6,5 – 7,5
Untuk mengetahui potensi terjadinya kerak atau korosi di sistem air pendingin biasanya dilakukan analisis terhadap indeks kejenuhan air. Indeks kejenuhan yang sering digunakan antaralain indeks kejenuhan langelier LSI (Langelier Saturation Index) dan RSI (Ryznar Stability Indeks). LSI merupakan ukuran kecenderungan pengendapan atau pelarutan CaCO3. Langelier telah mengembangkan metode untuk memprediksi nilai pH jenuh (pHs) untuk berbagi kondisi air. Jika pH nyata air lebih rendah dari nilai pH jenuhnya maka LSI bernilai negatif, yang berarti ada kecenderungan akan melarutkan CaCO3. LSI tidak berkolerasi langsung terhadap kecenderungan atau potensi pembentukan korosi. Jika pH nyata air melebihi nilai pH jenuhnya, LSI bernilai positif, yang berarti air dalam kondisi kelarutan CaCO 3 lewat jenuh. Air tersebut cenderung akan membentuk kerak/scale. Jika nilai LSI sama dengan nol berarti kondisi air stabil atau baik untuk digunakan sebagai air pendingin. LSI = pH – pHs
Dimana: pH : terukur langsung pHs : (9,3+A+B)-(C+D) Nilai pHs bisa ditentukan melalui rumus, A = (Log10 [TDS] – 1)/10 B = -13,2 x Log10 (C + 273) + 34,55 C = Log10 [Ca2+ as CaCO3]- 0,4 D = Log10 [alkalinity as CaCO3] 20
Tebel 5.2 penentuan Nilai A, B, C, D Total D Solids
A
ppm 50-350 400-1100 Suhu
Calcium Hardness Ppm
C
Total
D
Alkalinitas Ppm CaCO3
0,1
CaCO3 10
0,6
10
1,0
0,2
12
0,7
12
1,1
14 18 23 28
0,8 0,9 1,0 1,1
14 18 23 28
1,2 1,3 1,4 1,5
1,2 1,3
36 45
1,6 1,7
B
0
32
2,6
53 44
2
36
2,5
56
1,4
56
1,8
7
44
2,4
70
1,5
70
1,9
10
50
2,3
83
1,6
88
2,0
14
58
2,2
111
1,7
111
2,1
18
64
2,1
139
1,8
140
2,2
22
72
2,0
175
1,9
177
2,3
28
82
1,9
230
2,0
230
2,4
32
90
1,8
280
2,1
280
2,5
38
100
1,7
350
2,2
360
2,6
44
112
1,6
440
2,3
450
2,7
51
124
1,5
560
2,4
560
2,8
57
134
1,4
700
2,5
700
2,9
64
148
1,3
870
2,6
880
3,0
72
162
1,2
1050
2,7
-
-
82
180
1,1
-
-
-
-
Contoh perhitungan: Water Analysis: •
pH = 7,5
21
•
TDS = 32- mg/L
•
Calcium = 150 mg/L (or ppm) as CaCO3
•
Alkalinity = 34 mg/L (or ppm) as CaCO3
LSI Formula: •
LSI = pH-pHs
•
pHs = (9,3 + A + B) – (C + D) where: A = (Log10[TDS]-1)/10 = 0,15 B = -13,12 x Log10(oC+273) + 34,55 = 2,09 at 25
and 1,09 at
82 C = Log10[Ca2 + as CaCO3] – 0,4 = 1,78 D = log10[alkalinity as CaCO3] = 1,53
Calculation at 25
•
pHs = (9,3 + 0,15 + 2,09) – (1,78 + 1,53) = 8,2
•
LSI = 7,5 - 8,2 = -0,7
•
Menunjukkan tak ada kecendrungan pembentukan kerak
Calculation at 28
•
pHs = (9,3 + 0,15 + 1,09) – (1,78 + 1,53) = 7,2
22
•
LSI = 7,5 – 7,2 = +0,3
Kesimpulan perhitungan “Jika suatu air pendingin dinaikkan akan menunjukkan ada sedikit kecenderungan pembentukan kerak”. Indeks kejeknuhan Ryznard (RSI) •
RSI = 2.pHs – pH
Penentuan pHs dari kurva dengan menggunakan rumus: •
pHs = pCa + pAlk + C Nilai RSI kurang dari 6 menunjukkan air tersebut mempunyai sifat
scaling yang meningkat, sedangkan jika nilai RSI meningkat lebih dari 0,75 akan cenderung terjadi masalah korosi.
23
2.6 Persyaratan Air Pendingin Air pendingin adalah air yang dilewatkan melalui alat penukar panas (heat exchanger) dengan maksud untuk menyerap dan memindahkan panasnya.
Menara pendingin (cooling tower) merupakan bagian dari sistem air pendingin yang memberikan lingkungan yang baik untuk pertumbuhan dan perkembangan mikroorganisma. Algae dapat berkembang dengan baik pada bagian yang cukup mendapat sinar matahari, sedangkan "lendir" (slime) dapat berkembang pada hampir di seluruh bagian dari sistem air pendingin ini. Mikroorganisma yang tumbuh dan berkembang tersebut merupakan deposit (foul) yang dapat mengakibatkan korosi lokal, penyumbatan dan penurunan efisiensi perpindahan panas. Penggunaan air yang memenuhi persyaratan dapat mencegah timbulnya masalah-masalah dalam sistem air pendingin. Persyaratan bagi air yang dipergunakan sebagai air pendingin tidak seketat persyaratan untuk umpan ketel. Contoh persyaratan untuk air pendingin untuk sistem resirkulasi terbuka ditunjukkan pada Tabel di bawah ini Contoh persyaratan untuk air pendingin resirkulasi terbuka Parameter 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Konduktiviytas (mmhos/cm) Turbiditas (ppm) Suspended Solid (ppm) Total Hardness (ppm as CaCO3) Total Iron (ppm as Fe) Residual Chlorine (ppm as Cl2) Silicate (ppm as SiO2) Total Chromate (ppm as CrO4) pH
Nilai < 1000 < 10 < 10 < 100 < 1,0 0,5 - 1,0 < 150 1,5 - 2,5 6,5 - 7,5
24
BAB III PEMBAHASAN
3.1 Masalah yang Sering Timbul dalam Sistem Air Pendingin Secara umum masalah masalah Cooling Water System di antaranya adalah terjadinya korosi, pembentukan kerak dan deposit, serta terjadinya fouling akibat aktivitas mikroba. Masalah yang sering timbul dalam sistem air pendingin dapat digambarkan sebagai berikut: Sistem terbuka: •
Scale (kerak), terjadi karena adanya penguapan.
•
Karat, terjadi karena adanya reaksi elektro kimia antara logam dengan air.
•
Lumut, terjadi karena adanya mikro organik seperti pengotoran yang berakibat menjadi tumbuhnya lumut. Sistem tertutup: Karat yang disebabkan karena adanya reaksi elektro kimia
antara logam dengan air.
3.1.1 Korosi Korosi oleh air pendingin pada rentang temperatur air biasanya disebabkan oleh gas-gas terlarut (CO2, O2, dsb) dan garam-garam terlarut (sulfat, NaCl, bikarbonat, dll). Komponen paling berpengaruh pada korosivitas air adalah ion chlorida. Ion chlorida meningkatkan korosi baja dalam air sampai konsentrasi 6000 ppm. Pada konsentrasi lebih pekat, pengaruh chlorida berkurang sebagai akibat berkurangnya kelarutan oksigen dalam larutan garam chlorida.
25
Kombinasi antara chlorida dengan laju alir akan meningkatkan korosivitas air tidak hanya terhadap baja, tetapi juga terhadap paduan tembaga. Bahan konstruksi yang dianggap paling tahan terhadap air dengan salinitas tinggi dan laju alir normal dalam alat penukar panas (2,4 sampai 3,6 m/s) adalah Cupronikel 90-10 (C70600).
Chlorida juga dapat menyebabkan pitting pada aluminium, baja tahan karat, dan paduan yang mengandung chrom. Chlorida juga dianggap sebagai penyebab korosi retak tegang pada baja tahan karat austenitik. Walaupun baja tahan karat tipe 304 atau 316 tahan terhadap sisi proses, tetapi bila kondisi sisi air mendukung terjadinya pitting atau korosi retak tegang, maka sebagai bahan konstruksi harus dipilih dari baja tahan karat khusus, misalnya : S31254, S31803; atau paduan Nikel (N08367, N08028, N08320). Pada umumnya air pendingin mengandung banyak oksigen terlarut karena kontak dengan udara bebas, namun kondisi anaerobik juga dapat terjadi, misalnya pada saat shut down, atau pada permukaan yang tertutup kerak atau endapan. Dalam keadaan seperti di atas, ada kemungkinan terjadi serangan korosi oleh bakteri pereduksi sulfat yang menghasilkan zat-zat korosif terhadap baja dan paduan tembaga, seperti hidrogen sulfat dan sulfur terlarut.
26
Bentuk korosi lain yang mungkin terjadi pada sistem air pendingin adalah crevice corrosion, baik pada celah mekanik (sambungan ulir, antar muka flange, sambungan yang diroll) maupun di bawah endapan, film, atau kerak. Korosi celah terutama disebabkan oleh sel konsentrasi oksigen, dengan daerah permukaan yang miskin oksigen berfungsi sebagai anoda dan terkorosi secara intensif. Kehadiran chlorida akan memperparah keadaan dengan terciptanya mekanisme autokatalitik yang mempercepat korosi celah. Dalam sistem air pendingin sering terbentuk kerak di permukaan penukar panas, sebagai akibat dari turunnya kelarutan kalsium karbonat dan magnesium karbonat dengan kenaikan temperatur. Pengendapan kerak di permukaan alat penukar panas, selain menurunkan efektivitas perpindahan panas, juga dapat mengakibatkan korosi celah dan meningkatkan konsentrasi clorida karena terabsorpsi oleh endapan kapur tersebut. Penanggulangan Korosi karena Air Pendingin •
Terbentuknya kerak dapat dihindari dengan cara mengendalikan indeks saturasi air (untuk sistem resirkulasi),
•
Membuat rancang bangun alat penukar panas sedemikian sehingga temperatur permukaan penukar panas tidak melampaui temperatur pengendapan kerak. Selain itu, pengendalian korosi dilakukan dengan cara menambahkan
chemicals yang berfungsi sebagai inhibitor (penghambat). Inhibitor yang
umum dipakai adalah polifosfat, kromat, dikromat, silikat, nitrat ferrosianida dan molibdat. Dosis inhibitor yang digunakan harus tepat, karena suatu inhibitor hanya dapat bekerja efektif setelah kadarnya mencapai harga tertentu. Kadar minimum yang dibutuhkan oleh suatu inhibitor agar dapat bekerja secara efektif disebut batas kritis. Pemakaian inhibitor ya melebihi batas kritis akan menambah biaya operasi. Jika kadar inhibitor turun di bawah
27
batas kritis, bukan saja menjadi tidak efektif, tetapi dapat pula menyebabkan pitting.
Kerugian yang ditimbulkan oleh korosi pada sistem air pendingin adalah penyumbatan dan kerusakan pada sistem perpipaan. Kontaminasi produk
yang
diinginkan
karena
adanya
kebocoran-kebocoran,
dan
menurunnya efisiensi perpindahan panas. Dengan demikian, korosi ini dapat didefinisikan sebagai proses elektrokimia dimana logam metal kembali ke asalnya. Misalnya mildsteel cenderung akan berubah menjadi Fe oksida seperti yang ditemukan di alam. Laju korosi didefinisikan sebagai laju penetrasi kedalaman persatuan waktu, biasanya dinyatakan sebagai mils per year (mpy), dimana 1 mil = 1/1000 inc = 0,0025 cm.
Tabel 5.3 Standar Laju Korosi Jenis Metal
Mild Steel
Tembaga
Open Cooling
Closed Cooling
mpy
Kriteria
mpy
Kriteria
0-2
Sangat baik
< 0,2
Sangat baik
2-3
Baik
0,2 - 0,5
Baik
3-5
Cukup
0,5 – 1,0
Cukup
5-10
Jelek
1,0 – 1,5
Jelek
> 10
Sangat jelek
> 1,5
Sangat jelek
0,0 – 0,2
Baik
< 0,05
Sangat baik
0,2 – 0,5
Cukup
0,05 – 0,1
Baik
> 0,5
Jelek
0,1 – 0,2
Cukup
0,2 – 0,3
Jelek
28
Stainless Steel
3.1.2
> 0,3
Sangat jelek
< 0,1
Baik
< 0,1
Baik
> 0,1
Jelek
> 0,1
Jelek
Kerak Kerak disebabkan oleh garam mineral terlarut yang mempunyai konsentrasi melebihi batas kelarutannya. Presipitasi terjadi di permukaan perpindahan panas (heat transfer surface). Nilai kelarutan garam tergantung dari suhu system. Semakin tinggi suhu, kelarutran Ca karbonat semakin rendah. Kerak biasanya terdiri dari Ca karbonat, Ca Sulfat, Ca phosphate, Mg silicat, dan silica. Pembentukan kerak di HE harus dibersihkan dengan metode pembersihan tertentu seperti pengolahan dengan asam atau hydroblasting. Kerak selain di HE juga terjadi di peralatan cooling system. CaCO3 merupakan kerak yang sering ditemui pada sistem air pendingin dan terbentuk jika kadar Ca dan alkalinitas air terlalu tinggi. Pengendalian
gangguan
ini
dimaksudkan
untuk
mencegah
pembentukan kerak CaCO3 dengan menjaga agar kadar Ca dan alkalinitas dalam air sirkulasi cukup rendah, dan mencegah pengendapan kerak pada permukaan logam. Untuk maksud pertama dapat ditempuh dua cara, yaitu : (1)
Menurunkan siklus konsentrasi air yang bersirkulasi atau
(2)
Menambah asam, misalnya H2SO4, agar pH air di bawah 7 Untuk maksud kedua dapat digunakan inhibitor kerak berupa
chemicals seperti polifosfat, fosfonat, ester fosfonat dan poliacrylat.
Kecenderungan pembentukan kerak dapat diperkirakan menggunakan Langelier Saturation Index (LSI) dan Ryznar Stability Index (RSI). Fokus utama
penggunaan kedua index ini adalah untuk mengatur kondisi air pendingin 29
agar tidak membentuk kerak dan tidak bersifat korosif. Index LSI berharga positif (+) berarti air cenderung untuk membentuk kerak CaCO3, dan jika berharga negatif (-) air tidak jenuh dengan CaCO 3, cenderung untuk melarutkan CaCO3 dan bersifat korosif. Identik dengan LSI, harga RSI lebih kecil dari 6,0 menunjukkan kecenderungan pembentukan kerak dan jika lebih besar dari 6,0 berarti cenderung untuk melarutkan CaCO3 dan bersifat korosif.
Kecenderungan pembentukan kerak menurut LSI dan RSI Scaling Tendency of Water According to Langelier's and Ryzner's Indices
LSI 3.0 2.0 1.0 0.5 0.2 0.0
RSI 3.0 4.0 5.0 5.5 5.8 6.0
-0.2
6.5
-0.5 -1.0
7.0 8.0
-2.0 -3.0
9.0 10.0
Condition Extremely severe Very severe Severe Moderate Slight *
Stable water No scaling, very slight tendency to dissolve scale No scaling, slight tendency to dissolve scale No scaling, moderate tendency to dissolve scale No scaling, strong tendency to dissolve scale No scaling, very strong tendency to dissolve scale
--------------------------------------------------------
No scaling, no tendency to dissolve scale
Gangguan yang ditimbulkan oleh terbentuknya kerak antara lain : a) Penurunan efisiensi dan laju perpindahan panas b) Memperbesar pressure drop c) Naiknya kehilangan tekanan karena naiknya tahanan dalam pipa d) Penyumbatan pada pipa-pipa berukuran kecil.
30
e) Deposit kerak mempunyai sifat inulasi yang besar (menyerap panas) dan akan meningkatkan suhu permukaan kulit yang dramatis sehingga merangsang pembentukan kerak lanjut dan terjadinya korosi. f)
Sering mendorong timbulnya korosi setempat yang terjadi di bawah endapan dimana akan mempercepat korosi
Metode yang digunakan untuk mencegah terjadinya pembentukan kerak antara lain : a)
Menghambat kerak dengan mengontrol pH Dalam keadaan asam lemah ( kira – kira pH 6,5 ). Asam sulfat yang paling sering digunakan untuk ini, memiliki dua efek dengan memelihara pH dalam daerah yang benar dan mengubah kalsium karbonat, ini memperkecil resiko terbentuknya kerak kalsium sulfat. Ini memperkecil
resiko
terbentuknya
kerak
kalsium
karbonat
dan
membiarkan cycle yang tinggi dari konsentrasi dalam sistem. b)
Mengontrol kerak dengan bleed off Bleed off pada sirkulasi air cooling terbuka sangat penting untuk memastikan bahwa air tidak pekat sebagai perbandingan untuk mengurangi kelarutan dari garam mineral yang kritis. Jika kelarutan ini berkurang kerak akan terbentuk pada penukar panas.
c)
Mengontrol kerak dengan bahan kimia penghambat kerak. Bahan kimia umumnya berasal dari organic polimer, yaitu polyacrilik dan polyacrilik buatan. Ada cukup banyak jenis bahan kimia penghambat kerak dan umumnya dari jenis bahan kimia organic, baik jenis polymer maupun jenis non polymer. Sebagai contoh, dari jenis polymer yang cukup banyak digunakan adalah polymer dari jenis acrylate; Untuk jenis non polymer, phosphonate, EDTA, Polyphospate, dsb.
3.1.3
Fouling
31
Debris fouling disebabkan oleh akumulasi endapan amorphous lunak atau padatan yang ditimbulkan oleh material biologi, dirt, padatan tersuspensi, dan endapan produksi korosi. Dampak fouling: 1) Mengurangi laju pindah panas 2) Penyumbatan saluran pipa atau tube 3) Mengurangi umur pakai alat 4) Menambah cost seperti maintenance 5) Pumping cost naik 6) Korosi meningkat 7) Menjadi tempat pembiakan mikroba
Pembentukan fouling yang disebabkan oleh mikroorganisme dapat dicegah
atau
dikendalikan
menggunakan
klorin,
klorofenol,
garam
organometal, ammonium kuartener, dan berbagai jenis mikrobiosida (biosida). Klorin merupakan chemicals yang paling banyak dipakai. Dosis pemakaian klorin yang efektif adalah sebesar 0,3 sampai 1,0 ppm. Pengolahan yang tepat diperoleh secara percobaan, karena penggunaan beberapa biosida secara bersama-sama kadang-kadang memberikan hasil yang lebih baik dan senyawasenyawa tersebut acap kali digunakan bersama klorin. Padatan tersuspensi dalam air merupakan masalah yang cukup serius. Padatan tersuspensi tersebut dapat menempel pada permukaan perpindahan panas sehingga mengakibatkan berkurangnya efisiensi perpindahan panas. Salah satu metoda yang digunakan untuk mengendalikan padatan tersuspensi adalah dengan melakukan filtrasi secara kontinu terhadap sebagian air yang disirkulasi.
3.1.4
Mikroorganisma 32
Mikroorganisma yang terdeteksi di sistem air pendingin adalah alga, fungi/jamur, dan bakteri. 1) Alga Alga bisa berkembangbiak di lingkungan dengan syarat ada udara, sinar matahari, dan air. Alga memanfaatkan CO2, air, dan sinar matahari sebagai sumber energi dalam proses yang dikenal sebagai photosintesis. Metabolisme ini akan menghasilkan sejumlah polysakarida yang dikenal dengan slime. Alga dapat menyumbat screen, menghalangi aliran, dan mempercepat proses korosi jenis under deposit corrosion. Alga juga dapat menghasilkan makanan untuk jenis bakteri tertentu. 2) Jamur Jamur dapat merusak peralatan cooling tower yang berasal dari kayu karena digunakan sebagai sumber karbon oleh aktivitas jamur. 3) Bakteri Bakteri yang banyak berkembangbiak di system cooling tower adalah SRB (Sulfate Reducing Bacteria) yang hidup di lingkungan anaerobic, yang akan menghasilkan by-product yang sangat korosif. SRB sering dijumpai di bawah timbunan kerak (deposit) atau di bawah slime yang diproduksi oleh mikroba aerobic. Pengaruh mikroorganisma: o Fouling peralatan CT, jaringan pipa, HE o Menurunkan efisiensi pindah panas o Terjadi korosi o Timbul deposit hitam dan berbau Cara mengatasi tumbuhnya lumut dan mikroorganisme pada sistem air pendingin adalah sebagai berikut: 33
1) Dicegah
atau dikendalikan
menggunakan
klorin,
klorofenol,
garam
organometal, amonium kuartener, dan berbagai jenis mikrobiosida (biosida). 2) Pencegahan kontaminasi nutrisi dan padatan tersuspensi pada air pendingin.
Untuk mencegah agar sekecil mungkin kontaminasi nutrisi dan padatan tersuspensi yang berasal dari air make-up, dilakukan prapengolahan seperti penyaringan. 3) Pemakaian bahan pengontrol lumut.
Fungsi dari bahan pengontrol lumut diklasifikasikan atas sterilisasi. Karena setiap bahan pengontrol lumut mempunyai mekanisme kerja yang berbeda, maka apabila penanggulangan lumut dilakukan, kondisi deposit lumut harus dipelajari supaya dapat memilih bahan kimia yang sesuai 4) Sterilisasi
Sterilisasi adalah suatu perawatan untuk merendahkan potensi pelekatan mikroorganisme dalam sistem air pendingin dengan jalan pembunuhan mikroorganisme. Bahan kimia yang mempunyai efek sterilisasi adalah senyawa klor, senyawa organik, nitrogen-sulfur dan lain-lain. Mekanisme kerja bahanbahan kimia ini diperkirakan sebagai berikut, bahan kimia ini mempunyai reaktivitas yang tinggi terhadap radikal SH sistein (komponen protein dalam mikroorganisme),
dan
membunuh
mikroorganisme
dengan
jalan
melumpuhkan enzim (bagian yang aktif) radikal SH, atau membunuh mikroorganisme dengan daya oksidasi dari bahan kimia tersebut. Secara umum, klorinasi digunakan untuk sterilisasi karena efektif dan murah. Namun, karena klor bersifat korosif terhadap metal, maka konsentrasi sisa klor (residual chlorine) dalam air pendingin harus dikontrol meksimum 1 ppm (Cl2). 5) Peredaman pertumbuhan mikroorganisme .
Ini adalah perawatan dengan menurunkan kecepatan pertumbuhan lumut dengan jalan meredam pertumbuhan mikroorganisme dalam sistem pendingin air. Mekanisme kerja bahan kimia yang digunakan hampir sama dengan mekanisme kerja biocide-boicide lainnya, hanya penggunaannya yang 34
berbeda. Pada perawatan ini perlu dipertahankan pemakaian bahan kimia secara kontinu / dalam waktu relatif lama walaupun konsentrasi kecil. Sedangkan biocide lainnya adalah sebaliknya. Bahan kimia yang cocok untuk perawatan secara biostatik adalah senyawa organik nitrogen-sulfur dan senyawa-senyawa amina. 6) Pencegahan pelekatan Getah lender yang diproduksi mikroorganisme
bertalian dengan pelekatan mikroorganisme pada permukaan padatan. Dalam pencegahan pelekatan lumut, bahan kimia bereaksi dengan getah lender dan kemudian menetralisasinya, sehingga daya pelekatan mikroorganisme diturunkan atau dilemahkan. Bahan kimia yang mempunyai efek seperti ini adalah senyawa garam ammonium kwartener, senyawa bromine dan lain-lain. 7) Pengikisan lumut
Perawatan ini adalah mengikis lumut yang melekat pada sistem pendingin dengan bahan-bahan kimia. Bahan kimia yang mempunyai efek mengikis adalah senyawa klor, proksida, senyawa amina dan lain- lain. Mekanisme kerja bahan-bahan kimia ini menurunkan daya pelekatan lumut dengan jalan denaturasi getah lender dan membentuk gelembung-gelembung, akibat reaksi bahan kimia dengan lumut, sehingga lumut secara alami terkikis. Dengan demikian setelah penambahan bahan kimia, dengan menaikkan kecepatan aliran air akan meningkatkan efek pengikisan. 8) Pengolahan dispersi Lumpur
Padatan tersuspensi dalam air akan menjadi gumpalan (flocs) akibat aktivitas mikroorganisme dan terakumulasi sebagai lumpur. Pengolahan dispersi lumpur bukan hanya meredam pembentukan gumpalan tetapi juga mendispersi gumpalan yang telah terbentuk. Padatan tersuspensi yang terdispesi dibuang keluar melalui air blowdown sehingga volume akumulasi lumpur dikurangi. Bahan kimia untuk pencegahan pelekatan lumut dan pengikisan lumut juga digunakan untuk pendispersi lumut dan untuk bioflokulasi (penggumpalan akibat mikrobiologi) padatan tersuspensi. Juga polielektrolit atau polimer digunakan untuk pendispersi anorganik padatan tersuspensi atau peredaman penggumpalan padatan tersuspensi.
35
9) Penyaringan pembantu.
Ini adalah suatu pengolahan untuk menurunkan akumulasi lumpur dan pelekatan lumut yaitu dengan jalan penyaringan sebagian air pendingin yang disirkulasikan untuk membuang padatan tersuspensi
3.2 Penanganan Air Pendingin Resirkulasi Bahan kimia yang berfungsi sebagai corrosion inhibitor antara lain: molybdates, phosphate, phosphonate, dan zinc formulations. a) Molybdates Molybdates mempunyai sifat toksik yang rendah, mahal harganya. Konsentrasi yang diperlukan > 20 ppm sebagai Mo. Biasanya juga dicampur dengan inhibitor lain seperti phosphate atau phosphonate, selang pH antara 7,5 – 9,0. b) Phospohonate Phospohonate merupakan inhibitor ringan. Secara struktur kimia berbeda dengan PO4 karena merupakan ikatan C – P. rentang konsentrasi 15-20 ppm untuk melindungi korosi karbon steel. Rentang pH efektif 8,2 – 9,0.
c) Program phosphate Orthophosphat merupakan jenis inhibitor lemah (weak inhibitor) dan jarang digunakan secara sendiri. Orthophosphat bebas dapat mengendap dengan besi terlarut membentuk besi phosphat sebagai foulant. Orthophosphat digunakan dalam jumlah terbatas, beberapa ppm, digabung dengan polyphosphat (ikatan P-O-P). pengendalian pH delakukan dengan penambahan asam sulfat untuk mencapai rentang pH sebesar 7,2 – 7,8.
36
d) Antifoam Pembusaan (foaming) di sistem air pendingin disebabkan antara lain oleh: 1) Minyak 2) Detergen 3) Kontaminan organik 4) Pemberian bahan kimia berlebihan 5) TDS terlalu tinggi 6) Biocide non oxidizing 7) Dispersan biocide 8) Material tersuspensi Antifoam dilakukan dengan pemberian secara sinambung dari antifoam berbasis silicon dengan konsentrasi rendah sekitar 2 sampai 3 ppm. e) Scale inhibitor Jenis scale inhibitor ada dua macam, yaitu; 1) Threshold agent, mempunyai kemampuan pada konsentrasi rendah untuk mencegah pengendapan garam-garam dalam kondisi larutan lewat jenuh menjadi terdispersi dalam air. 2) Crystal modifier, berfungsi mengganggu pola geometri normal dari struktur kristal. Contoh: organic dispersan yang biasanya merupakan molekul rantai panjang polimer atau surfaktan. Efektifitasnya tergantung dari panjang rantai kaqrbon, berat molekul, dan jenis dari gugus. Jenis polimer yang banyak digunakan untuk dispersan: • Polyacrilates • Polymethacrylathes • Poly Maleic Acids • Sulphonated Styrene Tabel Inhibitor kerak yang biasa digunakan No 1 2 3
Scale inhibitor Polyphospat Tannin Phosphonate
Threshold Ya
Crystal Mod Ya
Ya 37
4 5 6 7
Phospat ester Ya Polycarboxylic Acids Ya Polymaleic Acids Sulphonate
Ya Ya
Copolymer
f) Biocides Biocide ditambahkan ke dalam air sirkulasi pendingin untuk mengendalikan pertumbuhan mikroba. Biocide dikelompokkan menjadi dua jenis yaitu oxidizing dan non oxidizing. Oxidizing Oxidizing mempunyai kemampuan untuk mengoksidasi material organik seperti protein. Oxidizing sering dipakai dengan pertimbangan: murah, dapat cepat membunuh mikroba, dampak ke lingkungan kecil, tidak efektif untuk jenis SRB. Yang termasuk oxidizing biocide adalah sodium hypoclorite, gas clorine, clorine dioksida dan hydrogen peroksida. Sodium hypoclorite dan gas clorine membangkitkan biocide yang sama dalam larutan yaitu HOCl atau asam hypocloride.
Non oxidizing Mempunyai kemampuan mencegah metabolisma sel normal.
Kriteria pemilihan jenis biocode: 1. toksisitas bagi lingkungan aquatik dan manusia rendah 2. cepat terurai menjadi byproduk dengan toksisitas rendah
38
3. tidak korosif terhadap material logam 4. efektif pada rentang pH yang tinggi 5. tingkat foaming rendah 6. interaksi dengan kontaminan air pendingin rendah 7. cepat membunuh mikroba 8. murah 9. efek terhadap inhibitor lain rendah
g) Asam Hypocloride Asam Hypocloride dalam larutan akan terdisosiasi menjadi OCl - dan H+ dan sebagian masih dalam bentuk HOCl. Jika dalam kondisi pH tinggi, akan banyak dalam bentuk ionnya yang mempunyai potensi rendah sebagai biocide. Parameter lain yang perlu diperhatikan adalah waktu kontak. Jika pemberian biocide dilakukan secara kontinyu ke dalam sistem air pendingin, pemberian biocide bisa dilakukan dalam konsentrasi yang lebih rendah. Keuntungan penggunaan hypoklorit •
biaya rendah
•
cepat membunuh mikroba
•
metode pengujian sederhana
•
mudah pembubuhannya (feeding)
•
bisa dilakukan monitoring decara kontinyu
Kerugian hypoklorit: •
bisa menguap sehingga dibutuhkan jumlah yang lebih besar
•
bergantung pada nilai pH 39
•
terjadi deaktifasi jika ada kontaminan organic seperti amonia
h) Bromida Keuntungan pengggunaan bromida sebagai biocodeL • efektifitas tinggi dalam kondisi pH tinggi • tidak banyak dipengaruhi oleh kontaminan proses seperti minyak • keluaran blow down mempunyai nilai toksisitas rendah Kerugian penggunaan bromida: • biaya tinggi • masih bisa menguap • masih ada ketergantungan terhadap pH
i) Clorine dioksida Clorine dioksida bertindak sebagai biocide dalam larutan dalam bentuk senyawa ClO2. Efektifitasnya tidak dipengaruhi oleh nilai pH atau kontaminanproses. Air blow down yang dibuang mempunyai toksisita rendah. Senyawa ini mempunyai volatility yang rendah. Kerugian: • Harga mahal • Harus dibuat di lapangan • Peralatan yang dibutuhkan mahal dan haru ada pemeliharaan rutin.
3.3 Pembersihan secara kimia (Chemical Cleaning) Chemical cleaning yang biasa dilakukan di industri ada dua jenis: 3.3.1
On Line Cleaning, (dimana plant masih beroperasi secara normal) 40
Operasi on line cleaning berlangsung elama 3-8 jam secara kontinu. Cleaning agent yang biasa digunakan adalah hydrochloric acid 35% (dikenal sebagai muriatic acid). Konsentrasi asam yang digunakan untuk proses cleaning biasanya antara 2-10% yang diperoleh dengan cara pengenceran asam pekat dengan peenambahan asam ke dalam air secara perlahan dan diaduk dengan baik. Untuk ituperlu disediakan peralatam keselamatan kerja seperti kacamata pelindung, apron, scrubber gloves, water spray atau shower dan lainnya. Pencucian dengan hydrocloric acid dilakukan bila di dalam sistem air pendinginntidak ada peralatan yang terbuat dari logam aluminium. Jika ada yang mengandung aluminium harus diisolasi dulu. HCl sangat efektif untuk menghilangkan kerak Ca karbonat atau garam kalsium lainnya, juga dapat melarutkan besi oksida/karat sebagai produk proses korosi. Setelah selesai, cairan ditampung dan dinetralisir dengan Na2CO3 sebelum dibuang agar pH netral. Jenis asam lain yang bisa digunakan adalah sulfamiacid dengan konsentrasi 5-10% 3.3.2
Off Lline Cleaning, (dilakukan ketika plant dalam kondisi shut down). Dalam proses pembersihan ini diperlukan tangki sebagai tempat larutan asam. Jenis asam yang bisa digunakan adalah hydrochloric acid (5-12%), citric acid dan sulfamic acid.
Citric acid: efektif untuk menghilangkan kerak besi tapitak efektif untuk kerak kalsium dipanaskan sampai 120-1400F agar proses pembersihan bisa cepat dan pemanasan ini dipertahankan selama proses pencucian berlangsung
41
pompa yang digunakan harus memiliki kapasita sirkulasi hampir sama seperti dalam kondisi sirkulasi air pendingin normal
Sulfamic acid: penggunaan dengan cara pemanasan 120-1400F tidak boleh digunakan dalam sistem yang mengandung logam copper bisa untuk stainles steel atau carbon steel Dilihat dari pihak yang melaksanakan proses cleaning, maka chemical cleaning dibagi dua: 1)
In
house
chemical
cleaning
approaches,
dimana
proses
pembersihan dilakukan oleh pihak industri yang bersangkutan 2)
External
chemical
cleaning
approaches,
dimana
kegiatan
pembersihan dilakukan oleh pihak luar seperti pihak vendor atau perusahaan yang bergerak di bidang chemical cleaning. 3.4 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pemilihan Sistem Pendingin Pemilihan cooling water dan cooling system yang sesuai adalah salah satu unsur penting dalam perancangan pabrik. Hal ini dikarenakan sistem pendingin berkaitan langsung dengan efisiensi pabrik, selain itu juga berpengaruh pada biaya capital juga biaya operasional. Secara umum, faktor-faktor yang mempengaruhi pemilihan sistem pendingin antara lain: 1) Availability dan reliability Ketersediaan dan kesinambungan sistem pendingin merupakan pertimbangan utama. 2) Operability dan Maintainability Meliputi kemudahan pengoperasian dan pemeliharaan. 3) Biaya investasi Meliputi seluruh biaya yang diperlukan untuk mendirikan fasilitas sistem pendingin. 42
4) Operating cost Meliputi biaya man power, chemical, electrical dan biaya pemeliharaan. 5) Dampak lingkungan Meliputi konsiderasi pada dampak lingkungan seperti polusi limbah, maupun polusi panas.
3.5 Trouble Shooting Kualitas Air Pendingin Dalam suatu proses, tentu saja tidak selalu berjalan sesuai dengan yang diharapkan, maka dari itu diperlukan pengendalian agar proses berjalan dengan baik. Selain itu juga dalam proses, munculnya berbagai masalah terhadap kualitas air pendingin tidak dapat dihindari, berikut beberapa contoh dan penanganannya sebagai berikut; 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 di dalam sistem akan mudah terjadi dan untuk mengantisipasinya adalah dengan menginjeksikan acid.
2) Conductivity Conductivity yang tinggi menunjukkan : •
Banyaknya
garam
yang
terlarut
dapat
memicu
terjadinya
scalling/pengendapan •
Daya hantar listrik yang tinggi akan memperbesar laju korosi
Untuk menurunkan conductivity dilakukan dengan menambah blowdown. 3) o-PO4 (unfilter-filter) •
selisih o-PO4 (UF-F) menunjukkan jumlah atau kinerja dari dispersant. Bila selisih o-PO4 > batasan, artinya jumlah dispersant didalam sistem harus kurang,
dapat
menimbulkan
kecenderungan
terjadinya
pengendapan /scaling didalam sistem yang pada akhirnya akan menurunkan kinerja dari cooler/heat exchanger.
43
•
Untuk mengantisipasi terjadinya pengendapan tersebut, maka harus ditambahan dispersant lagi sampai didapat o-PO4 (Uf-F) < batasan.
4) Total PO4 •
Bila total o-PO4 < batasan, maka pelapisan passive film di permukaan logam akan berkurang/menipis sehingga dapat menyebabkan terjadinya korosi untuk menaikkan total PO4 dilakukan dengan menambah dosis corrosion inhibitor.
•
Jika total PO4 > batasan, maka disamping merupakan pemborosan bahan kimia juga dapat menyebabkan terjadinya pengendapan/scalling. Untuk menurunkan total PO4 dilakukan dengan mengurangi dosis corrosion inhibitor.
5) Amoniak, NH3 •
Dapat bersumber dari kebocoran fluida proses atau dari luar/lingkungan.
•
Amoniak di dalam air pendingin merupakan nutrisi bagi bakteri (terjadi reaksi nitrifikasi membentuk nitrat) dan juga bisa menimbulkan korosi pada material cooper.
•
Untuk mengurangi NH3 dengan mencari sumber pencemarnya serta melakukan blow down untuk menurunkan jumlah NH3 didalam sistem
6) Nitrat (NO3) •
Dihasilkan dari reaksi nitrifikasi amoniak oleh nitrifying bacteria di dalam cooling water.
•
Tingginya kandungan nitrat didalam sistem disamping akan menjadi sumber nutrisi bakteri juga bisa menurunkan pH cooling water (terbentuk asam nitrat).
•
Untuk mengurangi nitrat dengan menambahkan blowdown.
7) Silika (SiO2) •
Berasal terutama dari make up water.
44
•
Silika yang tinggi dapat menyebabkan terjadinya scalling terutama bila berikatan dengan magnesium membentuk magnesium silikat (scalling yang sangan kuat dan kurang keras serta sangat sukar untuk dibersihkan).
•
Untuk mengurangu silica yaitu dengan menambah blowdown.
8) Chloride •
Kandungan chloride yang tinggi didalam sistem dapat menyebabkan terjadinya korosi di material carbon steel ( pada material SS dengan temperatur skin > 100oC dan kandungan chloride > 100 ppm akan terjadi stress corrosion cracking /scc.
•
Untuk menanggulangi terjadinya korosi akibat tingginya chloride harus dilakukan blowdown.
9) Suspended solid (SS) Tingginya suspended solid disebabkan oleh terkontaminasinya fiber, sand, pigment dan senyawa anorganik lainnya dalam bentuk terlarut denan ukuran 10-100 µm suspended solid yang tinggi disamping akan bisa menimbulkan scalling juga akan menyebabkan sifat elektrolit air akan menjadi semakin besar sehingga air akan cenderung bersifat korosif. Untuk mengurangi SS yaitu dengan menambah blowdown.
10) Residual Chlorine •
Tingginya residual chlorine /free chlorine menyebabakan pemborosan bahan kimia dan menurunkan pH aiar sehingga air akan bersifat korosif. Penanggulannya yaitu dengan 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 di permukaan logam. Penangglangannya dengan mengontrol residual /free chlorine yang benar.
11) Total count bacteria (TCB) 45
•
Tingginya TCB didalam cooling water akan menyebabkan terbentunya slime di permukaan logam sehingga akan menurunkan koefisien perpindahan panas.
•
Untuk mengatasi hal tersebut dengan cara : - Menaikkan konsumsi Cl2 + NaBr atau Cl2 + Ca(OCl)2 - Mengurangi nutrient yang ada di sistem (unsur C,H,O,N,P) dengan cara blow down.
Kualitas cooling water yang diinginkan, yaitu : pH
: 6,8 – 7,3
Temperatur
: max 32oC
Mg alkalinity, as CaCO3
: max 200 ppm
Ca hardness, as CaCO3
: max 150 ppm
Mg hardness, as CaCO3
: max 100 ppm
Silica, as SiO2
: max 200 ppm
Turbidity
: max 20 ppm
Cl- dan SO42-
: max 1000 ppm
3.6 Dampak Terhadap Lingkungan
46
Dampak dari sistem air pendingin ini bepengaruh besar terhadap sungai, tetapi lebih sering di pantai dan muara. Sebagai gantinya, industri lebih memilih sistem didinginkan secara langsung. Tidak sedikit industri yang tidak menggunakan menara pendingin dan atmosfer sebagai penyerap panas tapi menempatkan panas pabrik dan limbah ke sungai atau air pantai sebagai gantinya. Terutama jika menggunakan Once through system, sehingga sistem bergantung pada air sungai atau air laut untuk kebutuhan pendingin mereka. Air hangat dikembalikan langsung ke lingkungan, sehingga mengakibatkan masalah seperti polusi termal sungai, muara dan perairan pantai dan perlu ditangani ketika mempertimbangkan penempatan tersebut. Dampak lainnya adalah terperangkapnya organisme yang lebih besar seperti ikan dan udang pada pelindung layar berupa tabung lubang kecil dari alat penukar panas sehingga terjadinya penyumbatan. Selain itu juga dapat mengakibatkan efek berupa gangguan dari suhu, biosida sisa tekanan dan turbulensi yang dikeluarkan kembali ke perairan dalam bentuk limbah, sehingga organisme yang lebih kecil dalam sungai/ laut terpengaruh oleh air pendingin. Air pendingin dalam siklus pertukaran panas sering dicegah dan ditanggulangi dengan biosida untuk pencegahan adanya fouling, tetapi dalam beberapa kasus pencegahan tersebut mengandung bahan yang beracun dan bersifat korosif.
3.7 Teknologi Terbaru Sistem Air Pendingin Cooling Tower Sistem Tertutup Ekonomis; Cooling Tower Aliran Silang Menggunakan Kontraktor Hollow Fiber Pembuangan panas dari air dapat dilakukan dengan beberapa cara dan umumnya menyebabkan air ikut terbuang. Membran memastikan hanya panas yang terbuang dan bukan airnya. Metode pendinginan dengan air dikenal sebagai cooling water sistem tertutup atau terbuka. Kelemahan sistem tertutup adalah sangat lambat dan 47
prosesnya mahal; sedangkan sistem terbuka membutuhkan ruang yang besar serta rentan terhadap kontaminasi dan kehilangan air karena peristiwa wind loss. Penemuan
ini
menggunakan
membran
hollow
fiber
hidrofobik
mikroporous, yang permeabel terhadap uap tetapi tidak permeabel terhadap air untuk cooling tower sirkulasi tertutup. Sistem ini mampu menurunkan suhu air pendingin sekaligus memproduksi air ultramurni dengan memanfaatkan panas yang dibuang oleh air pendingin tersebut. Selain menghindarkan kontaminasi dari udara, sistem ini juga dapat menghilangkan wind loss secara total. •
Tidak ada wind loss
•
Menghindari kontaminasi air pendingin oleh partikel dan mikroorganisme dari udara
•
Dimensi peralatan yang jauh lebih kecil
•
Dihasilkannya produk air murni
•
Hemat energi
•
Skalanya mudah disesuaikan sesuai kebutuhan
•
Ramah lingkungan
3.8 Aplikasi Penggunaan Sistem Pendinginan di Salah Satu Industri Berikut ini beberapa kasus yang sering terjadi dalam penggunaan air pendingin di PT. Kaltim Parna Industri (produsen ammonia). Lokasi pabrik berada di komplek industri di Tanjung Harapan, Bontang Kalimantan Timur. Di sekelilingnya telah berdiri banyak pabrik yang menggunakan air laut sebagai pendingin. Konsekuensinya, terjadi pemanasan air laut dari buangan pabrik lain (Kaltim 1,2,3, KPA-POPKA, KMI, dan Kaltim-4) yang menggunakan once through cooling system dengan total flow air laut sebanyak 190.000 - 200.000 m3/jam, dan dengan temperatur berkisar 39 - 42 0C. Hal ini
48
mengakibatkan suhu air laut di sekitar Tanjung Harapan menjadi cukup hangat, yaitu bervariasi antara 33 - 35 0C. Apabila pabrik KPI dibangun dengan once through cooling system juga, maka kenaikan temperatur air laut akan semakin
membesar. Temperatur air laut yang menghangat akan menyebabkan efisiensi pabrik yang telah ada semakin menurun, dan juga memperbesar tingkat kerusakan ekosistem pantai. Untuk
mengatasi
permasalahan
diatas,
telah
dikembangkan
dan
diaplikasikan sistem pendinginan baru yang disebut serial cooling system. Sistem ini merupakan kombinasi dari open recirculated seawater system dan closed recirculated fresh water system. Panas dari cooler pabrik diambil oleh air tawar yang bersirkulasi didalam closed recirculated system, kemudian panas tersebut ditransfer ke air laut melalui plate heat exchanger. Air laut yang menerima panas ini kemudian didinginkan di seawater cooling tower. Air laut tersebut bersirkulasi didalam open recirculated system, make-up water-nya diambil dari laut sedangkan blow-down water-nya dibuang ke laut lagi. Beberapa macam sistem pendinginan telah dievaluasi untuk mendapatkan sistem pendinginan yang dianggap terbaik untuk diaplikasikan pada pembangunan pabrik ammonia PT. KPI. Berikut adalah beberapa kasus sistem pendinginan yang dievaluasi tersebut.
Case 1. Open re-circulated fresh water system
49
Air tawar yang berasal dari sungai atau danau dipompakan sebagai makeup cooling tower setelah sebelumnya dilakukan treatment (sedimentasi dan koagulasi) terlebih dahulu. Air tersebut digunakan untuk mendinginkan prosesproses 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. Sistem 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. 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.
Case 2. 50
“Closed recirculating fresh water system” yang didinginkan oleh “once through sea water system”
Air tawar pendingin digunakan untuk mendinginkan proses-proses didalam pabrik. Air tawar pendingin yang telah panas didinginkan kembali di suatu “secondary cooler” (biasanya plate heat exchanger) untuk selanjutnya disirkulasikan kembali secara tertutup kedalam pabrik. Air laut dipakai untuk mendinginkan “secondary cooler” dengan cara hanya sekali pakai (once through), sumber air berasal dari laut kemudian dibuang lagi ke laut. Case 3. Gabungan “Once through sea water system” dengan “Closed recirculating fresh water system” yang didinginkan oleh “once through seawater system”. Pada sistem ini air tawar pendingin juga digunakan untuk mendinginkan proses-proses didalam pabrik seperti pada kasus 2. Namun pada sistem ini ada porsi air laut yang tidak melewati secondary cooler, air laut ini digunakan langsung untuk mendinginkan heat exchanger pabrik yang bebannya cukup besar misalnya steam condenser. Air laut yang sudah hangat ini kemudian dibuang ke laut. Sistem ini dipakai di beberapa pabrik PT. Pupuk Kaltim, dan PT. MMB. Di PT. MMB karena porsi closed recirculating system-nya kecil maka secondary
51
cooler yang dipakai adalah HE yang lebih kecil bertipe shell&tube, bukan tipe plate.
Pada sistem ini air tawar pendingin juga digunakan untuk mendinginkan proses-proses didalam pabrik seperti pada kasus 2. Namun pada sistem ini ada porsi air laut yang tidak melewati secondary cooler, air laut ini digunakan langsung untuk mendinginkan heat exchanger pabrik yang bebannya cukup besar misalnya steam condenser. Air laut yang sudah hangat ini kemudian dibuang ke laut. Sistem ini dipakai di beberapa pabrik PT. Pupuk Kaltim, dan PT. MMB. Di PT. MMB karena porsi closed recirculating system-nya kecil maka secondary cooler yang dipakai adalah HE yang lebih kecil bertipe shell&tube, bukan tipe plate. Case 4. “Serial Cooling Water System” Pada sistem nomer 2 dan 3 seluruh beban pendinginan pabrik pada dasarnya dibuang ke laut, karena seluruh kalor yang terkandung didalam air pendingin dibuang kelaut secara konveksi. Jadi kedua sistem ini akan menambah beban polusi panas di laut, sehingga dikhawatirkan air laut akan menjadi
52
bertambah panas. Sebagai alternatif untuk menghindari hal tersebut, telah diaplikasikan metode baru yaitu serial cooling system. Pada dasarnya serial cooling system adalah closed recirculated fresh water system yang didinginkan oleh open recirculated seawater system. Cara ini menggunakan seawater cooling tower, sehingga beban panas akan lebih banyak dibuang ke udara bukan ke laut. Dengan demikian hilanglah sudah kekhawatiran akan peningkatan temperatur air laut. Adapun hal-hal yang perlu dipertimbangkan dalam perancangan Cooling Tower, antara lain : 1.
Jangkauan dingin (rentang dingin) : suhu air panas sampai suhu air dingin.
2.
Mendekatnya titik didih dan titik beku.
3.
Jumlah air yang didinginkan.
4.
Kecepatan udara yang melalui sel.
5.
Tinggi tower.
Berikut adalah gambaran sistem ini yang diaplikasikan di PT. KPI: a) Seawater diambil dari kedalaman 3,6 m dibawah MSL (mean sea level), kemudian dimasukkan ke sea water intake pond berdasarkan prinsip perbedaan elevasi air laut. Air laut sebanyak 570 m3/jam dialirkan ke basin seawater cooling tower sebagai make-up. Fungsinya adalah mengganti air laut yang teruapkan sekaligus menjaga konsentrasi sistem maksimum dua kali fresh sea water (KPI design base). Holding volume cooling tower sekitar 5.000 m3, dengan flow sirkulasi 17.000 m3/jam. b) Fresh water panas dari ammonia plant berkontak dengan seawater dingin dari cooling tower di marine plate heat exchanger. Fresh water yang telah dipakai untuk mendinginkan cooler, intercooler dan condenser di ammonia plant didinginkan kembali untuk kemudian diresirkulasi balik. Sebagian kecil cooling water tersebut, yang digunakan untuk sampling cooler dan sealing di beberapa pompa, tidak dikembalikan lagi. Hal ini mengakibatkan selalu ada kehilangan cooling water dari system. Dengan holding volume sekitar 1.800 m3 dan flow sirkulasi 16.800 m3/jam, kehilangan tersebut adalah sekitar 3 m3/jam (by design). 53
c) Seawater cooling tower dilengkapi dengan drift eliminator sehingga drift losses hanya 0,0005% (design 0,001 %) dari total sirkulasi. Prinsip kerja drift eliminator yaitu untuk mengkondensasikan mist dan saturated vapor sehingga uap yang lolos ke atmosphere hanyalah uap kering yang kandungan garamnya sangat sedikit (lebih rendah dari natural sea breeze). Pembandingan biaya investasi (yang dilakukan oleh tim engineer dari Kaltim dan KPI, referensi 1) disesuaikan dengan kondisi di PT. KPI seperti sebagai berikut: 1.
Heat duty 164 Gcal/jam
2.
Lokasi pabrik di pinggir laut dan di daerah tropis, dengan jarak antara water intake- pabrik-outfall sekitar 2 km
3.
Jarak antara pabrik dengan sungai 30 km
4.
Biaya pembebasan tanah, pembangunan fasilitas yang diperlukan sepanjang jalur pipa tidak diperhitungkan
Case 1
Case 2
Case 3
Case 4
Legends: fcy^l Sca-watcr intake and facilities I i 11 If
Piping system
FSSSvl
Cooling tower and pumps
en
Marine plate heat exchanger and pumps
E^y*?! Heat exchanger in process area (cooler,, iniercooler and condenser") H
Total in vestment cost
Gambar Pembandingan biaya investasi
54
Case 1 yang menggunakan air sungai menjadi tidak ekonomis karena jarak sumber air sungai sangat jauh (30 km dari pabrik) sehingga membutuhkan investasi perpipaan yang besar. Sedangkan pada case 2 dan 3 memiliki komponen investasi yang besar pada fasilitas intake air laut yang dikarenakan oleh kebutuhan aliran air laut yang besar, jaraknya pun tidak terlalu dekat (2 km dari pabrik) sehingga biaya perpipaan-nya cukup signifikan. Secara total terlihat bahwa serial cooling system (kasus 4) dapat dibangun dengan biaya investasi yang lebih rendah dibandingkan dengan alternatif yang lain. Sistem ini sudah dioperasikan sejak beberapa tahun yang lalu di PT. KPI Bontang dan terbukti mampu melayani pendinginan pabrik ammonia pada berbagai perubahan kondisi udara. Selain itu, peralatan lain di sekitar pabrik juga terbukti bebas dari korosi percikan air laut karena cooling tower yang digunakan menggunakan drift eliminator. Kesimpulan aplikasi tersebut: Berdasarkan uraian diatas, sistem ini dapat menjadi alternatif bagi industri yang mempunyai kendala temperatur suplai sea cooling water. Secara umum dapat disimpulkan: 1. Sistem ini dapat dibangun dengan cost yang lebih murah dibandingkan dengan metode lain (paling tidak untuk kasus PT. KPI) 2. Setelah satu tahun beroperasi, sea water cooling tower terbukti ramah terhadap lingkungan sekitar, juga tidak menimbulkan korosi di peralatan pabrik yang lain 3. Metode ini cocok untuk diterapkan di pabrik yang dibangun di komplek industri di tepi pantai yang memiliki kendala temperatur suplai air pendingin air laut yang memanas (seperti komplek industri Kaltim, dan Point Lisas Trinidad). Selain itu juga dapat digunakan pada pabrik berpendingin air tawar yang mengalami kesulitan dalam pengadaan bahan baku air tawar (seperti Pabrik Pupuk Iskandar Muda di Aceh, dan Pabrik Petrokimia Gresik di Jawa Timur).
55
