ketel uap

Pembangkit Listrik Tenaga Uap
Siklus Alam dan Siklus Hidrologam
Zat-zat Kontaminasi Air Alam 1. Zat Padat terlarut : zat padat terlarut menunjukkan jumlah konsentrasi garam terlarut dalam air. Jumlah zat padat terlarut sering juga dinyatakan dalam bentuk hantaran listrik air yang dinyatakan dalam mililhos/Cm pada 25° C. Banyaknya konsentrasi garam-garam dalam air, bervariasi dalam jenis dan jumlahnya bergantung pada keadaan geologi dari tanah tempat air alam tersebut didapat. Garam-garam yang selalu ada biasanya, Bicarbonat, HCO3; Khlorida, Cl; Sulfat, SO4; nitrat NO3 dari Kalsium, Ca ;magnesium, Mg dan natrium, Na. Juga terdapat besi, Fe; Mangan, Mn dan aluminium, Al. 2. Gas Terlarut : Gas terlarut dalam air alam biasanya Karbondioksida, CO2; Oksigen, O2; Hydrogen Sulfat, H2S dan Amonia, NH3. Karbon dioksida dan oksigen sangat berperan dalam proses terjadinya korosi. 3. Zat Padat tersuspensi : Kadang-kadang pasir, tanah dan hasil pelapukan tumbuhan merupakan zat padat yang tidak larut dalam air dan berada sebagai suspensi. Zat-zat Kontaminasi Air Alam 4. Cairan : Kadang-kadang terdapat zat seperti asam lemak, minyak, dan cairan hasil proses ekstraksi dari tanah atau tanaman dan protein. 5. Micro Organisme : Air alam selalu mengandung bakteri, (bakteri air, bakteri tanah, bakteri proses ekstraksi dari tanah atau tanaman dan protein)
Air Konsentrasi Padat Terlarut mg/I (Fresh) Moderately Saline Very Saline Briny < 1.000 3.000 – 10.000 10.000 – 35.000 > 35.000
(Brakish) (Salty) (Brine) 1.000 – 10.000 10.000 – 100.000 >100.000
Zat Padat Terlarut Material Inti Material Bentukan Dampak Keterangan Kesadahan Ca & Mg Ca(HCO3)2 Mg(HCO3)2 CaSO4 CaCl2? kerak Pelunakan dan internal treatment Na Alkaliniti NaHCO3 Na2CO3 NaOH Foaming Membentuk CO2 dari karbonat PH turun Korosi Penukaran ion ( pengolahan ) SO4 Kerak keras dengan adanya Ca Penukaran ion ( pengolahan ) Cl Priming Foaming Penukaran ion ( pengolahan ) Fe Mn Deposit Eration+ Pengulaman SiO2? Kerak ( turbin ) Penukaran ion ( pengolahan )
Gas Terlarut Tipe Gas Akibat Menghilangkan H2S Korosi Erasi Filtrasi Khlorinasi CO2 Menurunkan PH Korosi Erasi Netralisasi dengan waktu Dearasi CO2 Korosi & Fiting Dearasi Pengolahan dengan Kimia
Na2SO3
N2H4?
PENGOLAHAN AIR
AIR Air Ketel Air Pendingin
Pengolahan Pengolahan• Destilasi - Pengendapan • Elektrolisa - Khlorinasi • Pembekuan - FeSO4 • Demineralisasi • Osmosa Bolak Balik • Cara Kimia Kerusakan Akibat Kualitas Air 1. Kerak/Deposit Kerak pada ketel disebabkan oleh terbentuknya endapan dari air, langsung pada permukaan pemindah panas atau oleh suspensi air yang menempel pada permukaan logam menjadi keras dan lengket. Penguapan pada ketel akan menyebabkan memperbanyak kontaminan ( kotoran ). 2. Korosi Korosi adalah kerusakan-kerusakan yang timbul pada logam yang disebabkan karena terjadinya reaksi kimia antara permukaan logam dengan media sekelilingnya. Peristiwa korosi dapat menjadi lebih cepat dengan meningkatnya konsentrasi oksigen. 3. Keretakan oleh Basa Keretakan ini disebabakan oleh kandungan basa (NaOH) yang terdapat dalam air ketel. Kondisi yang menyebabkan terjadinya keretakan basa ini adalah, logam mendapat tekanan. Kandungan basa air, trase silica dalam air ketel dan beberapa mekanisme seperti kebocoran kecil untuk membiarkan air ketel untuk menjadi terpusat pada logam yang mengalami tekanan. Kelebihan hidroksida dalam air ketel adalah hasil dari irolisa natrium fosfat yang ditambahkan untuk pengaturan pH atau pengurangan kalsium dan magnesium.
Na3PO4 + H2O Na2HPO4 + NaOH Untuk mencegah keretakan basa adalah dengan cara : • Menjaga konsentrasi agar konsenrasi dan perbandingan konsentrasi zat-zat khusus dalam boiler. • Menggunakan Feed Water yang dihasilkan dari pengolahan air yang tidak mengandung Hidroksida bebas. KERAK • Karbonat ( CaCO3 ) • Sulfat ( CaSO4 ) • Silica ( SiO2? ) • Besi ( Fe2O3? )
Korosi karena CO2
Bikarbonat yang ada dalam feed water, bila dipanaskan pada tekanan tertentu akan mengahasilkan Co2. Co2 dengan air membentuk H2CO3 yang bersifat asam. Asam ini bereaksi dengan Fe dan logam lain membentuk Bikarbonat. Bikarbonat terurai dengan panas dan mengeluarkan gas CO2. Gas ini bergabung dengan air membentuk asam Bikarbonat. Siklus ini terbentuk “ Berulang Terus”.
Fe + 2 H2CO3 Fe(HCO3)2 + H2
Fe(HCO3)2 + 2 H2O + panas Fe(OH)2 + 2 H2O + CO2 Korosi juaga disebabkan karena : • H2S : Hidrogen Sulfida • SO2 : Sulfur Dioksida • NH3 : Amoniak
Keretakan Karena Basa
3 ( tiga ) kondisi menyebabkan keretakan basa : 1. Stress Dari dalam maupun dari luar akibat ekspansi. 2. Adanya kebocoran air ketel pada daerah yang mengalami stress Hasilnya uap akan menghilang dan tinggal air yang mengandung banyak zat padat pada titik kebocoran. 3. NaOH bebas dalam air ketel NaOH terkumpul pada daerah kebocoran dan menyebabkan kerusakan terhadap logam. Semua kondisi ini harus ada secara simultan.
Pengolahan Air
Untuk mendapatkan air yang memenuhi persyaratan untuk keperluan ketel uap (boiler) dalam suatu Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) diperlukan Water Treatment. Ada 2 cara pengolahan, yaitu; • Pengolahan yang dilakukan diluar Boiler ( external treatment ). • Pengolahan didalam Boiler ( internal treatment ).
ALKALINITI
Alkaliniti dalam Raw Water, Softtened Water, Feed Water dan Boiler Water untuk control langsung terhadap korosi dan control tidak langsung terhadap deposit, sebagai contoh nilai-nilai penentuan ini dapat dipakai unuk menghitung banyaknya alkali yang ditambahkan pada air asam, untuk mengurangi agresif atau banyaknya Ca(OH)2 dan Na2CO3 yang dipakai dalam proses pengolahan air. Alkaliniti berhubungan dengan pH air, Alkaliniti tidak besar berarti pH air tinggi dan sebaliknya. Untuk itu alkaliniti air ketel harus diatur sedemikian rupa sehingga pH air tidak air tidak terlalu rendah dan terlalu tinggi. Karena pada pH rendah akan terjadi korosi dan pada pH tinggi akan terjadi buih. Dibawah ini diberikan batas alkaliniti air ketel berdasarkan tekanan uap.
Tekanan (Psi) Alkaliniti total, Sebagai CaCo3? (ppm) Minimum maksimum 0 – 300 200 700 301 -450 160 600 451 - 600 120 500 601 -750 120 400 751- 900 120 300
Kesadahan
Penentuan kesadahan dalam air ketel yaitu untuk dasar perhitungan jumlah bahan kimia yang dibutuhkan pada internal treatment (senyawa fosfat). Karena akibat kesadahan ini adalah terbentuknya kerak, maka air ketel sebaliknya mempunyai kesadahan nol.
Oksigen terlarut
Penentuan oksigen terlarut diperlukan untuk dasar perhitungan jumlah bahan kimia yang dibutuhkan pada internal treatment. Adanya oksigen terlarut akan mengakibatkan terjadinya korosi, untuk itu konsentrasinya harus dibatasi. Biasanya nilainya dibatasi dibawah 0,02 mg/l dan untuk tekanan tinggi harus dibawah 0,005mg/l.
Fosfat
Penentuan fosfat diperlukan untuk mengontrol pembentukan kerak dan keretakan, sebagai contoh dalam pemakaian fosfat sebagai ” internal treatment “ untuk mengontrol kerak, maka kelebihan sedikit fosfat harus dipertahankan dalam ketel. Unuk mengontrol keretakan, maka harus dijaga hubungan antara alkaliniti dan fosfat( ukuran pH) sehingga tidak terjadi hidroksida bebas. Konsentrasi fosfat dalam air ketel berkisar antara 30-60 ppm PO4.
Khlorida
Hampir semua air mengandung garam khlorida, sehingga konsentrasi garam khlorida dapat dipakai untuk memperkirakan banyaknya zat padat terlarut dalam air. Pada PLTU, penguapan yang terus menerus pada boiler akan mengakibatkan zat padat terlarut akan makin banyak (konsentrasinya bertambah). Dengan mengontrol konsentrasi khlorida dalam air ketel, maka dapat diperkirakan zat padat terlarutnya dan selanjutnya dapat dilakukan blowdown untuk menguranginya. Zat padat terlarut dalam air ketel, dibatasi sbb: No Tekanan Zat Padat Terlarut (ppm) Silika SiO2? (ppm) 1 0-200 4000 150 2 201-300 3500 100 3 301-600 3000-2000 50-40 4 601-900 2000-1400 30-20 5 901-1100 1400-1000 20-10 6 1100-1500 1000-750 10-5
Hidrasin
Penentuan Hidrasin untuk mengontrol korosi dengan mempertahankan konsentrasi hidrasin sedikit kelebihan dalam air ketel.
pH
Pengukuran pH diperlukan untuk mengontrol korosi atau kerak. Pada pH rendah akan terjadi korosi dan pada pH tinggi akan terjadi kerak. Selain itu pH tinggi menimbulkan busa, sehingga akan menimbulkan carry over.
Konduktiviti
Konduktiviti merupakan kesanggupan air untuk menghantarkan arus listrik. Dalam larutan, daya hantar listrik ini disebabkan oleh adanya ion-ion sehingga dengan mengukur konduktiviti dapat diketahui jmlah zat padat terlarut didalamnya. Kemurnian uap dapat dilihat dengan mengukur konduktiviti kondensat yang merupakan taksiran zat padat yang carry over sebagai uap tidak murni. No Parameter Air Kegunaan Dalam Kontrol Korosi Kerak Keretakan Carry Over 1 Alkalinity X X - - 2 Hidrosida X X - X 3 Fosfat - X X - 4 Kesadahan (Ca,Mg) - X - - 5 Hidrasin (N2H4) X - - -
PENGOLAHAN AIR
Demineralisasi Water Sistem
Macam-macam cara dipakai untuk melakukan desalinasi • Cara Destilasi • Cara Elektrolisa • Cara Pembekuan • Cara Osmosa Bolak-balik • Cara Kimia • Cara Demineralisasi
Cara Destilasi
Dalam metode ini air garam diubah menjadi air tawar. Prinsipnya sederhana yaitu dengan memanaskan air laut dan uapnya di dinginkan kembali. Untuk membuat air tawar dari air laut dalam jumlah besar. Air laut dimasukkan kedalam bejana dan dipanaskan oleh uap melalui pipa uap. Panas uap ini lewat melalui pipa yang mendidihkan air laut. Karena pengaruh panas ini air laut mulai menguap. Uap air laut dimasukkan ke bejana kedua yang dilengkapi dengan instalasi air pendingin. Panas uap diserap oleh air garam dan mengembun membentuk air baku. Pada proses ini akan terjadi masalah yaitu terbentuknya kerak di permukaan logam (pipa). Kerak ini keras dan sukar untuk dihilangkan dan juga merupakan penghantar pnas yang jelek. Untuk mengatasi hal ini permukaan logam dilapisi dengan Teflon.
Cara Demineralisasi
Garam dari air dapat juga dapat dihilangkan dengan memakai ion. Unit penukar ion dilengkapi dengan penyaring pasir. Penukar ion terdiri dari penukat kation dan penukar anion. Penukar kation yang mengambil ion positif dari air dan penukar anion mengambil ion negatif dari air. Bahan penukar ini adalah resin yang apabila telah jenuh dapat diaktifkan kembali setelah diregenerasi. Penukar kation di regenerasi dengan asam sulfat (H2SO4) sedang penukar anion diregenerasi dengan menggunakan natrium hidroksida (NaOH).
Reaksi Penukar Kalor
H2SO4 + 2 ROH R2SO4 + 2 H2O
HCl + ROH RCl + H2O
HNO3 + ROH RNO3 + H2O Karena anion yang dipakai alam resin adalh “ basa kuat “, maka akan terjadi juga penghilangan asam lemah yaitu asam karbonat dan asam silikat, sesuai dengan reaksi :
H2CO3 + ROH RHCO3 + H2O
H2SiO3? + ROH RHSiO3 + H2O