Perlakuan Air [PDF]

Citation preview

Air umpan boiler tidak mengandung unsur logam yang dapat menyebabkan korosi, kerak dan menimbulkan busa, sehingga air umpan boiler perlu dilakukan pengolahan terlebih dahulu untuk menghilangkan kandungan unsur-unsur atau padatan-padatan tersuspensi, terlarut, ataupun koloid. Batasan terhadap nilai parameter-parameter penting untuk air umpan boiler sering ditentukan oleh pihak pembuat alat, atau dapat mengacu pada kriteria dari badan-badan International seperti ASME dan ABMA. Berikut baku mutu air umpan boiler yang diatur pada referensi tersebut terangkum pada tabel 1.1 Tabel 1.1 Baku mutu air umpan boiler Tekanan Total Solids Total (psig) (ppm) alkalinitas (ppm)



Suspended solid (ppm)



Silica (ppm)



Konduktivitas Micro.ohm/cm



0-300



3500



700



300



150



7000



301 – 450



3000



600



250



90



6000



451 – 600



2500



500



150



40



5000



601 – 750



2000



400



100



30



4000



751 – 900



1500



300



60



20



3000



901 – 1000



1250



250



40



8



2000



1001 – 1500 1000 200 Sumber : Pullman Kellogs (1980)



21



2



150



Persyaratan air kondensat No. Parameter



Standard (mg/l)



1



Konduktivitas



10



2



Total Dissolved Solid



5



3



Total Solid Suspended Solid



0.5



4



Total Silika



0.05



5



Total Besi



0.1



6



Total Copper



0.02



7



CO2



8



Chloride



1 0.01



9 Organic 0.01 Sumber : Pullman Kellogs (1980) http://beademywapblog.blogspot.com/2013/09/air-umpan-boiler_1602.html https://www.scribd.com/doc/88722679/Baku-Mutu-Air-Umpan-Boiler http://dismantobae.blogspot.com/2016/12/pengolahan-air-untuk-boiler-ketel-uap.html http://annesniwa.blogspot.com/2014/09/pengilahan-air-untuk-boiler-ketel-uap.html https://docplayer.info/56202337-Makalah-sistem-utilitas-air-umpan-boiler.html https://suntzu2107.wordpress.com/2011/01/25/boiler-chemical-treatment/ http://methanefermentation.blogspot.com/2011/03/steam-n-boiler.html https://www.techstreet.com/pages/home



PERLAKUAN AIR PADA SISTEM UAP-BOILER 1. Pertukaran Ion 2. Deaerasi (mekanis dan kimia) 3. Osmosis Balik 4. Penghilangan Mineral atau Demineralisasi 1. Proses Pertukaran Ion Air dilewatkan pada bed zeolit alam atau resin sintetik. Jenis paling sederhana adalah pertukaran basa dimana ion kalsium dan magnesium ditukar dengan ion sodium. Setelah jenuh, dilakukan regenerasi dengan Sodium klorida. Garam Sodium mudah larut, tidak membentuk kerak dalam boiler. Penukar basa hanya menggantikan kalsium dan magnesium dengan sodium, maka tidak mengurangi kandungan TDS, dan besarnya blowdown. Penukar basa ini juga tidak menurunkan alkalinitasnya. Demineralisasi merupakan penghilangan garam dalam air umpan boiler. Caranya dengan menggunakan resin kation yang menukar kation dalam air baku dengan air hidrogen menghasilkan asam hidroklorida, asam sulfat dan asam karbonat. Asam karbonat dihilangkan dalam menara degassing dimana udara dihembuskan melalui air asam. Kemudian air melewati resin anion, yang menukar anion dengan asam mineral (misal asam sulfat) dan membentuk air. Regenerasi kation dan anion perlu dilakukan pada jangka waktu tertentu dengan menggunakan asam mineral dan soda kaustik, supaya kemampuan pertukaran ion pulih kembali. Koagulasi dan Flokulasi Koagulasi merupakan proses netralisasi muatan sehingga partikel-partikel dapat saling berdekatan satu dengan yang lainnya, sedagkan flokulasi merupakan proses penyatuan partikel-partikel yang suda berdekatan satu dengan yang lainnya sehingga partikel-partikel akan saling menarik dan membentuk flok. a. Alum Sulfat (Al 2 (SO 4 ) 3 . 18 H 2 O) Berfungsi untuk membentuk gumpalan dari partikel yang tersuspensi dalam air. Bila alum dikontakkan dengan air maka akan terjadi hidrolisa yang menghasilkan alumunium hidroksida dan asam sulfat. Penambahan alum tergantung pada turbidity dan laju alir air. Reaksi yang terjadi adalah : Al 2 (SO 4 ) 3 . 18 H 2 O + 6 H 2 O → 2 Al(OH)3 + 3H2SO 4 + 18 H2O Al(OH) 3 yang berupa koloid akan mengendap bersama kotoran lain yang terikut ke dalam air sedangkan H 2 SO 4 akan mengakibatkan air bersifat asam. +2H2O b. Caustik Soda (NaOH) Berfungsi untuk menetralkan asam akibat reaksi pada proses sebelumnya, konsentrasi caustik soda yang ditambahkan bergantung pada keasaman larutan. PH diharapkan antara 6 – 8. Reaksi yang terjadi adalah : H 2 SO 4 + 2 NaOH Na 2 SO 4 + 2 H 2 O c. Klorin (Cl 2 ) Penambahan klorin ini bertujuan untuk mematikan mikroorganisme dalam air, disamping itu juga untuk mencegah tumbuhnya lumut pada dinding clarifier yang dapat mengganggu proses selanjutnya. d. Coagulant Aid (Polymer) Berfungsi untuk mempercepat proses pengendapan, karena penambahan bahan ini akan mengikat partikel-partikel yang menggumpal sebelumnya menjadi gumpalan yang lebih besar (flok) sehingga lebih mudah dan cepat mengendap.



Filtrasi Pengolahan dengan cara filtrasi dapat dilakukan dengan cara penyaringan zat padat tersuspensi didalam air sebelum air diisikan kedalam boiler. Efisiensi saringan paling baik bila unit beroperasi pada kecepatan aliran terkecil, padatan akan melalui media membawa padatan bersamanya. Demikian pada tekanan yang tinggi dapat memecahkan media akan keluar pada saat dilakukan backwash. Demineralisasi Demineralisasi berfungsi untuk membebaskan air dari unsur-unsur silika, sulfat, chloride (klorida) dan karbonat dengan menggunakan resin. Diagram Alir proses seperti gambar dibawah ini: Gambar 2.4 Diagram Alir Demineralizer a. Cation Tower Proses ini bertujuan untuk menghilangkan unsur-unsur logam yang berupa ionion positif yang terdapat dalam air dengan menggunakan resin kation R-SO 3 H (type Dowex Upcore Mono A-500). Proses ini dilakukan dengan melewatkan air melalui bagian bawah, dimana akan terjadi pengikatan logam-logam tersebut oleh resin. Resin R-SO 3 H ini bersifat asam kuat, karena itu disebut asam kuat cation exchanger resin. Reaksi yang terjadi adalah : CaCl 2 + 2 R – SO 3 H  (R – SO 3 ) 2 Ca + 2 HCl MgCl 2 + 2 R – SO 3 H  (R – SO 3 ) 2 Mg + 2 HCl NaCl 2 + 2 R – SO 3 H  (R – SO 3 ) 2 Na + 2 HCl CaSO 4 + 2 R – SO 3 H  (R – SO 3 ) 2 Ca + H 2 SO 4 MgSO 4 + 2 R – SO 3 H  (R – SO 3 ) 2 Mg + H 2 SO 4 Universitas Sumatera UtaraNaSO 4 + 2 R – SO 3 H  2R – SO 3 Na + H 2 SO 4 Na 2 SiO 4 + 2 R – SO 3 H  2R – SO 3 Na + H 2 SiO 3 CaCO 3 + 2 R – SO 3 H  (R – SO 3 ) 3 Ca + H 2 CO 3 Proses ini menghasilkan asam seperti asam seperti HCl, H 2 SO 4 dan asam-asam lain. Keasaman berkisar antara Ph 2,8 – 3,5. untuk memperoleh resin aktif kembali, dilakukan regenerasi dengan menambahkan H 2 SO 4 pada resin tersebut. b. Degasifier Dari cation tower air dilewatkan ke degasifier yang berfungsi untuk menghilangkan gas CO 2 yang terbentuk dari asam karbonat pada proses sebelumnya. Reaksi yang terjadi adalah : H 2 CO 3  H 2 O + CO 2 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 CO 2 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 yang terjadi adalah : H 2 SO 4 + R = N – OH  (R = N)SO 4 + 2 H 2 O



HCl + R = N – OH  R = N – Cl + H 2 O H 2 SiO 3 + R = N – OH  (R = N)SiO 3 + 2 H 2 O H 2 CO 3 + R = N – OH  R = N – NO 3 + H 2 O HNO 3 + R = N – OH  R = N – NO 3 + H 2 O Reaksi ini menghasilkan H 2 O, 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, dilakukan regenerasi dengan menambahkan NaOH pada resin tersebut. a. Mix Bed Polisher Berfungsi untuk menghilangkan sisa-sisa logam atau asam dari proses sebelumnya, sehingga diharapkan air yang keluar dari mix bed polisher telah bersih dari 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 : Na 2 SiO 3 + 2 R – SO 3 H  2 RSO 3 Na + 2 R = N – OH  2 R=N-SiO 3 + + H 2 SiO 3 Reaksi Anion : H 2 SiO 3 H2O Air yang telah bebas mineral tersebut dimasukkan ke polish water tank dan digunakan untuk air umpan boiler. Air yang keluar dari mix bed polisher ini memiliki pH antara 6 – 7. ( Anonymous. 1994 ) 2.4.5 Deaerasi Dalam de-aerasi, 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 pemipaan. Asam ini juga melarutkan besi (Fe) yang jika kembali ke boiler akan mengalami pengendapan dan meyebabkan terjadinya pembentukan kerak pada boiler dan pipa. Kerak ini tidak hanya berperan dalam penurunan umur peralatan tapi juga meningkatkan jumlah energi yang diperlukan untuk mencapai perpindahan panas. 2.5 Pemeliharaan Boiler Boiler yang berperan dalam proses pengubahan air menjadi uap memerlukan perlakuan dan perawatan khusus. Masalah yang timbul pada boiler umumnya disebabkan oleh perlakuan air umpan boiler yang tidak memenuhi persyaratan. Untuk perawatan dan pemeliharaan boiler dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut : 1. Proses Commisioning awal 2. Operasi pada keadaan normal dan emergency (darurat) 3. Pengawasan dan perawatan 4. Ruangan ketel. 2.5.1 Proses Commisioning Awal



Proses persiapan awal yang dilakukan baik terhadap boiler yang baru ataupun boiler yang sudah lama adalah suatu pemeriksaan utama yang terdiri dari proses penghilangan kerak ataupun material asing pada boiler setelah uji hidrostatik dan pemeriksaan pada kebocoran boiler. Ketel dioperasikan dengan cara pendidihan yang menggunakan larutan alkali untuk menghilangkan material-material yang mengandung minyak dan deposit-deposit yang lain. Selama pendidihan, boiler dioperasikan pada tekanan rendah yang dijaga setengah dari tekanan penuh. Waktu pendidihan lebih kurang 24 jam. Untuk boiler tekanan tinggi pembersihan secara kmia dengan mengurangi zat-zat dilakukan untuk menghilangkan kerak. Setelah pendidihan atau pembersihan secara asam (acid cleaning) boiler dikosongkan, diisi kembali dan dicuci dengan air segar. Boiler kemudian siap untuk beroperasi pada tekanan uap optimal dan menggunakan tombol pengaman. 2.5.2 Operasi pada Keadaan Normal dan Darurat Pengoperasian pada keadaan normal dilakukan oleh pabrik-pabrik ketel yang memerlukan pemeliharaan dan kondisi air ketel yang baik untuk mencegah timbulnya kerak atau korosi. Untuk memeriksa secara benar/baik perlu diperhatikan uap dan temperature uap yang dihasilkan serta menjaga kebersihan gas. Jangka waktu untuk memulai dan untuk pendinginan boiler setelah dimatikan, ditetapkan dalam petunjuk manual ketel dan harus diikuti/ dipatuhi dengan baik. Pengoperasian pada keadaan darurat, merupakan hal yang penting untuk diperhatikan. Keadaan ini dapat berupa kesalahan pada sediaan air umpan atau sediaan bahan bakar. Kehilangan udara atau kesalahan pada api pembakaran. Unit boiler yang modern dilengkapi dengan kunci pengaman yang otomatis untuk aliran sediaan bahan bakar dan pada saat ketel berhenti beroperasi., jika terjadi keadaan yang membahayakan. 2.5.3 Pembersihan Boiler Pembersihan eksternal sering dilakukan dengan penyiaktan dan pengaliran gas atau dengan air mengalir. Pembersihan internal dengan air dan uap dilakukan dengan cara manual jika mungkn dan dapat juga dengan menggunakan pembersih kimia secara otomatis untuk ketel yang modern pada unit boiler terutama pada bagian ketel yang tidak semuannya dapat dijangkau oleh tangan. Pembersihan secara kimia harus dilakukan dibawah pengawasan supervisor. Kebanyakan asam hidroklorik digunakan bersama-sama dengan zat kimia untuk menghilangkan kerak-kerak yang keras. Pembersihan asam jika dibuat oleh orang yang tidak kompeten dapat menyebabkan kelebihan zat-zat kimai pada boiler. Setelah pencucian dengan asam, dinetralkan dengan larutan alkali dan terakhir kali boiler dioperasikan pada pemanasan tekanan rendah dengan larutan inert. Pada saat ketel dihentikan uttuk periode yang lama sekitar 1 atau 2 bulan. Metode storage kering dianjurkan untuk melindungi boiler dari serangan korosi. Ini memerlukan pembersihan dan pengeringan yang seksama terhadap boiler dan penutup semua lubang juga menghilangkan air dan udara diruangan boiler dan alat-alat pengukur tekanan. Penampang material penyerap



air ditempatkan untuk membersihkan kelembapan yang rendah. (Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia www.energyefficiencyasia.org/2010/01/20/) 2.6. Spesifikasi Air Umpan Boiler Untuk boiler tekanan tinggi ( modern ) memerlukan air umpan boiler dengan spesifikasi yang telah ditentukan, karena dengan tingginya tekanan material yang ditinggalkan semakin besar, hal ini tentu mempengaruhi efisiensi boiler. Tabel 2.6 Karakteristik Air Filter Sumber: Laboratorium Utility PT. PIM



Asupan air rias Air make-up, atau air yang menggantikan air yang diuapkan atau bocor dari boiler, pertama-tama diambil dari sumbernya, baik air baku, air kota, limbah yang diolah kota, daur ulang air limbah dalam pabrik (daur ulang menara pendingin blowdown), air sumur, atau sumber air permukaan lainnya. Koagulasi dan presipitasi kimia Setelah semua benda besar dikeluarkan dari sumber air asli, berbagai bahan kimia ditambahkan ke tangki reaksi untuk menghilangkan padatan tersuspensi massal dan berbagai kontaminan lainnya. Proses ini dimulai dengan bermacam-macam reaktor pencampuran, biasanya satu atau dua reaktor yang menambahkan bahan kimia tertentu untuk mengeluarkan semua partikel yang lebih halus di dalam air dengan menggabungkannya menjadi partikel yang lebih berat yang mengendap. Koagulata yang paling banyak digunakan adalah berbahan dasar aluminium seperti tawas dan polialuminum klorida. Kadang-kadang sedikit penyesuaian pH akan membantu membekukan partikel. Filtrasi dan ultrafiltrasi Langkah selanjutnya umumnya berjalan melalui beberapa jenis filtrasi untuk menghilangkan partikel tersuspensi seperti sedimen, kekeruhan, dan beberapa jenis bahan organik. Hal ini sering berguna untuk melakukan hal ini sejak awal dalam proses, karena penghilangan padatan tersuspensi di hulu dapat membantu melindungi membran dan resin penukar ion dari pengotoran di kemudian hari dalam proses pretreatment. Tergantung pada jenis filtrasi yang digunakan, partikel tersuspensi dapat dihilangkan hingga di bawah satu mikron. Pelunakan pertukaran ion Saat pretreatment air umpan boiler, jika ada kekerasan tinggi yang kompleks dengan bikarbonat, sulfat, klorida, atau nitrat, resin pelembut dapat digunakan. Prosedur ini menggunakan proses pertukaran kation asam yang kuat, di mana resin diisi dengan ion natrium, dan ketika kekerasan datang, ia memiliki afinitas yang lebih tinggi untuk kalsium, magnesium, dan zat besi sehingga akan mengambil molekul itu dan melepaskan molekul natrium ke dalam air. Dealkalisasi Setelah proses pelunakan, beberapa sistem pengolahan air umpan boiler akan menggunakan dealkalisasi untuk mengurangi alkalinitas / pH, ketidakmurnian dalam air umpan boiler yang dapat menyebabkan busa, korosi, dan embrittlement. Dealkalisasi natrium klorida menggunakan resin penukar anion yang kuat untuk menggantikan bikarbonat, sulfat, dan nitrat untuk anion klorida. Meskipun tidak menghilangkan alkalinitas 100%, itu menghilangkan mayoritas dengan apa yang bisa menjadi proses yang mudah diimplementasikan dan ekonomis. Dealkalisasi asam yang lemah hanya menghilangkan kation yang terikat pada bikarbonat, mengubahnya menjadi karbon dioksida (dan karenanya memerlukan degasifikasi). Ini adalah proses pelunakan parsial yang juga ekonomis untuk menyesuaikan pH air umpan boiler. Reverse osmosis (RO) dan nanofiltrasi (NF)



Reverse osmosis (RO) dan nanofiltrasi (NF) sering digunakan pada proses sistem pengolahan air umpan boiler sehingga sebagian besar kotoran berbahaya yang dapat mengotori dan menyumbat membran RO / NF telah dihilangkan. Proses pemisahan yang serupa, keduanya memaksa air bertekanan melalui membran semipermeabel, menjebak kontaminan seperti bakteri, garam, organik, silika, dan kekerasan, sambil membiarkan air murni dan pekat terkonsentrasi. Tidak selalu diperlukan dalam pengolahan air umpan boiler, unit filtrasi ini digunakan sebagian besar dengan boiler bertekanan tinggi di mana konsentrasi padatan tersuspensi dan terlarut harus sangat rendah. Deaeration atau degasifikasi Pada titik ini dalam proses pengolahan air umpan boiler, setiap kondensat yang dikembalikan ke sistem akan bercampur dengan air makeup yang diolah dan memasuki proses deaerasi atau degasifikasi. Jumlah gas seperti oksigen dan karbon dioksida dapat sangat korosif terhadap peralatan boiler dan perpipaan ketika mereka melekat padanya, membentuk oksida dan menyebabkan karat. Oleh karena itu, melepaskan gas-gas ini ke tingkat yang dapat diterima (hampir 100%) dapat menjadi sangat penting untuk masa pakai dan keamanan sistem boiler. Ada beberapa jenis perangkat deaeration yang datang dalam berbagai konfigurasi tergantung pada pabrikannya, tetapi secara umum, Anda dapat menggunakan deaerator tipe baki atau semprot untuk pemulung degasifikasi atau oksigen. Distribusi Setelah air umpan ketel telah cukup dimurnikan sesuai dengan rekomendasi produsen ketel dan peraturan industri lainnya, air diumpankan ke ketel tempat air dipanaskan dan digunakan untuk menghasilkan uap. Uap murni digunakan di fasilitas, uap dan kondensat hilang, dan pengembalian kondensat dipompa kembali ke proses untuk bertemu dengan air make-up pretreated untuk siklus melalui pretreatment lagi. https://www.samcotech.com/what-is-a-boiler-feed-water-treatment-system-how-does-itwork/