Makalalah Air Umpan Boiler [PDF]

Citation preview

MAKALAH AIR UMPAN BOILER (BOILER FEED WATER)



Ahmad zarhan al-Qosimy (191420006) Fernandus Fendy Rianto (191420066) Ilma yuniawati (191420026) Muhammad Alfarisyi (191420038) Siti Darun Nikmah (191420052)



KATA PENGANTAR



Puji dan syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas izin, rahmat dan karunia-Nya saya dapat menyelesaikan makalah ini dengan baik. Makalah dengan judul “Air Umpan Boiler” ini disusun dengan tujuan untuk melengkapi tugas pertama semester pertama untuk mata kuliah Utilitas. Melalui makalah ini, kami berharap agar kami dan pembaca mampu mengenal lebih jauh mengenai Air Umpan Boiler. Kami mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu kami dalam proses penyusunan makalah ini khususnya kepada dosen Utilitas, yaitu Bapak Farid Alfalaki Hamid M.T. yang bersedia mengarahkan kami untuk menyusun makalah ini. Kami berharap agar makalah yang telah kami susun ini dapat memberikan inspirasi bagi pembaca dan penulis yang lain. Kami juga berharap agar makalah ini menjadi acuan yang baik dan berkualitas.



1



PENGERTIAN BOILER Boiler atau ketel uap adalah suatu bejana/wadah yang di dalamnya berisi air atau fluida lain untuk dipanaskan. Energi panas dari fluida tersebut selanjutnya digunakan untuk berbagai macam keperluan, seperti untuk turbin uap, pemanas ruangan, mesin uap, dan lain sebagainya. Secara proses konversi energi, boiler memiliki fungsi untuk mengkonversi energi kimia yang tersimpan di dalam bahan bakar menjadi energi panas yang tertransfer ke fluida kerja. Bejana bertekanan pada boiler umumnya menggunakan bahan baja dengan spesifikasi tertentu yang telah ditentukan dalam standard ASME (The ASME Code Boilers), terutama untuk penggunaan boiler pada industri-industri besar. Dalam sejarah tercatat berbagai macam jenis material digunakan sebagai bahan pembuatan boiler seperti tembaga, kuningan, dan besi cor. Namun bahan-bahan tersebut sudah lama ditinggalkan karena alasan ekonomis dan juga ketahanan material yang sudah tidak sesuai dengan kebutuhan industri. Panas yang diberikan kepada fluida di dalam boiler berasal dari proses pembakaran dengan berbagai macam jenis bahan bakar yang dapat digunakan, seperti kayu, batubara, solar/minyak bumi, dan gas. Dengan adanya kemajuan teknologi, energi nuklir pun juga digunakan sebagai sumber panas pada boiler. berikut adalah beberapa jenis boiler:



1. “Pot



atau



Boiler”



“Haycock



Boiler”



Merupakan boiler dengan desain paling sederhana dalam sejarah. Mulai diperkenalkan pada abad ke 18, dengan menggunakan volume air besar tapi hanya bisa memproduksi pada tekanan rendah. Boiler ini menggunakan bahan bakar kayu dan batubara. Boiler jenis ini tidak bertahan lama penggunaannya karena efisiensinya yang sangat rendah. 2. Fire-Tube



Boiler



(Boiler



Pipa-Api)



Pada perkembangan selanjutnya muncul desain bari boiler yakni boiler pipa-api. Boiler ini terdapat 2 bagian di dalamnya, yaitu sisi tube/pipa dan sisi barrel/tong. Pada sisi barrel berisi fluida/air, sedangkan sisi pipa merupakan tempat terjadinya pembakaran.



2



Gambar Boilet Pipa-Api



3. Water-Tube



Boiler



(Boiler



Pipa-Air)



Sama seperti boiler pipa-api, boiler pipa-air juga terdiri atas bagian pipa dan barrel. Tetapi sisi pipa diisi oleh air sedangkan sisi barrel menjadi tempat terjadinya proses pembakaran. Boiler jenis ini memiliki kecepatan yang tinggi dalam memproduksi uap air, tetapi tidak banyak memiliki cadangan uap air di dalamnya.



Gambar boiler Pipa-Ai



3



4. Kombinasi



Boiler



Pipa-Api



dengan



Pipa-Air



Firebox



Boiler jenis ini merupakan kombinasi antara boiler pipa-api dengan pipa-air. Sebuah fireboxdidalamnya terdapat pipa-pipa berisi air, uap air yang dihasilkan mengalir ke dalan barrel dengan pipa-api didalamnya. Boiler jenis ini diaplikasikan pada beberapa kereta uap, namun tidak terlalu populer dipergunakan. Bagian utama feedwater system terdiri dari deaerator feedwater tank dan feedwater pump. Seperti yang telah kita ketahui pada pembahasan three element control steam drum bahwa mass balance antara feedwater dan steam yang dihasilkan boiler harus terjaga dalam kondisi load yang fluktuatif, sehingga feedwater system yang handal sangat diperlukan untuk menjaga dan mengontrol supply air ke boiler pada berbagai variasi load (steam demand dan firing rate). Air yang dibutuhkan boiler tentu harus memenuhi parameter-parameter tertentu untuk kondisi operasional yang baik untuk boiler, diantaranya dissolved oksigen, copper, silica, pH, conductivity, dll. Pertimbangan utamanya adalah masalah korosi dan scalling pada tube-tube di boiler.



Deaerator feedwater tank mempunyai tiga fungsi utama, yaitu: 1.Menghilangkan dissolved oksigen dan non-condensable gas dari condensate 2. Menaikkan temperatur feedwater sampai saturated temperature. 3. Sebagai reservoir untuk menjaga supply feedwater dan condensate yang stabil pada demand yang fluktuatif. Air dari demineralization plant dan condensate dispray pada deaerator melalui nozzle, kemudian untuk mengurangi kadar gas dan oksigen terlarut, low pressure steam diinjeksikan ke dalam deaerator, seperti tampak pada gambar di bawah. Gas dan oksigen kemudian dibuang ke udara melalui deaerator venting, sebaliknya air yang sudah berkurang kadar oksigen terlarutnya masuk ke feedwater tank. Lebih lanjut, untuk mengurangi kadar oksigen dalam feedwater ditambahkan chemical seperti hydrazine (N2H4) atau sodium sulfite (Na2SO3). Selain untuk membantu mengurangi oksigen terlarut, low pressure steam juga digunakan untuk meningkatkan temperature feedwater sampai 115-130C.



4



Gambaran umum proses pengontrolan feedwater tank level adalah sebagai berikut, condensate dan make up water dari demineralization plant masuk ke dearator/feedwater tank, kemudian level air pada feedwater tank dijaga pada setpoint tertentu dengan control output pada make up water control valve. Tekanan pada feedwater tank dicontrol dengan low pressure steam control valve. Pada saat kondisi feedwater level melebihi batas maksimum, make up water control valve dan turbine condensate inlet valve menutup, kemudian drain line akan membuka untuk mengurangi level feedwater.



Feedwater dipompa oleh 3-4 pompa feedwater yang bekerja secara parallel, biasanya salah satu pompa feedwater berada dalam kondisi standby. Pada beberapa boiler, feedwater pump digerakkan oleh konstan speed motor sementara salah satu feedwater pump menggunakan turbine driven pump yang digerakkan secara mekanikal oleh steam turbine. Sebelum feedwater pump dipasang strainer atau filter untuk menyaring kotoran-kotoran dalam feedwater. Strainer ini dilengkapi dengan differential pressure transmitter dengan tapping point pada sisi inlet dan outlet strainer, sehingga dapat mengindikasikan banyaknya kotoran pada strainer tergantung seberapa besar perbedaan tekanan pada sisi inlet dan outlet strainer. Untuk menjaga kualitas air, feedwater system biasanya juga dilengkapi dengan chemical dosing diantaranya oxygen scavenger, amine dan phosphate dosing tank.



5



Gambar Boiler



6



PENGOLAHAN AIR UNTUK BOILER (KETEL UAP) UNIT PENGADAAN UAP



Uap (Steam) sangat berperan penting dalam proses untuk menggerakkan mesin-mesin bertenaga uap dan pemanas awal. Sebuah ketel uap (boiler) digunakan untuk mengubah air menjadi uap dengan pertolongan panas. Ditinjau dari tenaga termis (panas) yang didapat dengan pembakaran bahan bakar, ketel uap termasuk External Combustion Engine, yaitu pesawat tenaga dimana pembakaran bahan bakar dilakukan di luar pesawat (mesin uap) itu sendiri.



Uap yang dihasilkan mempunyai tenaga termis, tenaga potensial dan tenaga kinetis yang dimanfaatkan sebagai berikut: a. Tenaga termis yang dikandung uap dapat langsung digunakan sebagai bahan pemanas pada proses industri. b. Tenaga potensial dari uap diubah menjadi tenaga mekanik dengan mesin uap untuk selanjutnya diperoleh tenaga mekanik. c. Tenaga kinetis dari uap diubah menjadi tenaga putar dengan suatu turbin uap. Selanjutnya dapat digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik.



A. Ketel Uap ketel uap adalah suatu pesawat yang digunakan untuk mengubah air yang ada di dalamnya menjadi uap dengan cara dipanaskan. Dengan adanya bahan perantara air tersebut, maka di dalam ketel uap harus ada ruang atau tempat air. Uap yang dibentuk di dalam ketel mempunyai tekanan yang lebih besar dari pada tekanan udara luar, maka ketel harus mampu menahan tekanan uap tersebut. Kekuatan ketel uap tergantung dari bentuk dan bahannya. Bentuk yang lebih kuat untuk menahan tekanan yang lebih besar dari dalam adalah bentuk bulat cembung dan silinder sebab dengan bentuk semacam itu sukar berubah bentuknya yang 7



disebabkan oleh tekanan dari dalam. Tetapi bentuk bulat cembung ini tidak digunakan untuk ketel uap karena konstruksinya yang sulit unruk dikerjakan. Oleh karena itu pada umumnya ketel uap dibuat dalam bentuk silinder. Bahan untuk ketel uap harus baik karena disamping harus menahan tekanan yang tinggi juga harus tahan pada suhu yang tinggi. Biasanya digunakan baja Siemens-Martin yang liat dan mudah dikerjakan.



AIR PENGISI KETEL



A.



Sumber-sumber air pengisi ketel



Macam-macam air yang dapat digunakan sebagai air pengisi ketel adalah air sumur dan air kondensat. Air kondensat sudah murni sehingga tidak perlu mengalami pengolahan yang khusus, sedangkan untuk air yang berasal dari sumur perlu mendapat pengolahan-pengolahan lebih dahulu.



8



B.



Syarat Air Pengisi Ketel



Pada dasarnya air yang akan digunakan, terutama yang digunakan sebagai air pengisi ketel, harus memenuhi syarat. Air yang berasal dari alam (sungai dan tanah) tidak ada yang dalam keadaan murni, biasanya terdapat pengotor-pengotor, antara lain : 1. Zat tersuspensi, seperti lumpur dan tanah liat. Biasanya dihilangkan dengan penyaringan. 2. Zat terlarut, seperti garam-garam mineral (garam magnesium, kalsium dan lain-lain).



Tabel 5-1. Syarat air pengisi ketel dan air ketel



Spesifikasi Air



pengisi ketel



Air ketel



< 0,1 OD



H2O + CO2



Proses di degasifier



ini berlangsung pada tekanan vakum 740 mmHg dengan



menggunakan steam ejektor, di dalam tangki ini terdapat netting ring sebagai media untuk memperluas bidang kontak sehingga air yang masuk terlebih dahulu diinjeksikan dengan steam.. Sedangkan keluaran steam ejektor dikondensasikan dengan menginjeksi air dari bagian atas dan selanjutnya ditampung dalam seal pot sebagai umpan recovery tank, maka CO2 akan terlepas sebagai fraksi ringan dan air akan turun ke bawah sebagai fraksi berat.



c.



Anion Tower



Berfungsi untuk menyerap atau mengikat ion-ion negatif yang terdapat dalam kandungan air yang keluar dari degasifier. Resin pada anion exchanger adalah R = NOH (Tipe Dowex Upcore Mono C-600). Reaksi ini menghasilkan H2O, oleh karena itu air demin selalu bersifat netral.Selanjutnya air outlet anion tower masuk ke mix bed polisher dari bagian atas. Air keluar tangki ini memiliki pH = 7,5



–



8,5. Untuk memperoleh resin aktif kembali,



regenerasi dengan menambahkan NaOH pada resin tersebut.



15



dilakukan



d. Mix Bed Polisher



Berfungsi untuk menghilangkan sisa-sisa logam atau asam dari proses sebelumnya, sehingga diharapkan air yang keluar dari mix bed polisher telah bersihdari kation dan anion. Di dalam mix bed polisher digunakan dua macam resin yaitu resin kation dan resin anion yang sekaligus keduanya berfungsi untuk menghilangkan sisa kation dan anion, terutama natrium dan sisa asam sebagai senyawa silika, dengan reaksi sebagai berikut : Reaksi Kation :



Na2SiO3 + 2 R – SO3H



---->



2 RSO3Na + H2SiO3



Reaksi Anion : H2SiO3 + 2 R = N – OH ---->



2 R=N-SiO3 + H2O



Air yang telah bebas mineral tersebut dimasukkan ke polish water tank dandigunakan untuk air umpan boiler. Air yang keluar dari mix bed polisher ini memiliki pH antara 6 – 7. ( Anonymous. 1994 )



E. Deaerasi



Dalam deaerasi, gas terlarut, seperti oksigen dan karbon dioksida, dibuang dengan pemanasan awal air umpan sebelum masuk ke boiler. Seluruh air alam mengandung gas terlarut dalam larutannya. Gas-gas tertentu seperti karbon dioksida dan oksigen, sangat meningkatkan korosi. Bila dipanaskan dalam sistim boiler, karbon dioksida(CO2) dan oksigen (O2) dilepaskan sebagai gas dan bergabung dengan air (H2O) membentuk asam karbonat (H2CO3).



Penghilangan oksigen, karbon dioksida dan gas lain yang tidak dapat terembunkan dari air umpan boiler sangat penting bagi umur peralatan boiler dan juga keamanan operasi. Asam karbonat mengkorosi logam menurunkan umur peralatan dan melarutkan besi (Fe) yang jika kembali ke boiler akan



pemipaan. Asam ini juga



mengalami pengendapan dan



meyebabkan terjadinya pembentukan kerak pada boiler dan pipa. Kerak ini tidak hanya berperan 16



dalam penurunan umur peralatan tapi juga meningkatkan jumlah energi yang diperlukan untuk mencapai perpindahan panas.



17



DAFTAR PUSTAKA



http://annesniwa.blogspot.com/2014/09/pengilahan-air-untuk-boiler-ketel-uap.html



https://triashartha.com/elementor-160/



18