Kamis, 19 Maret 2015

Water Process dan Injeksi Kimia di PLTU

Pada pembangkit PLTU, air umpan boiler yang digunakan adalah air laut. Air laut sendiri terkandung banyak mineral korosif dan penyebab kerak seperti Ca2+, Mg 2+, Cl-, dll. Untuk menghilangkan kandungan tersebut dilakukan pre - treatment khusus baik physical treatment (penggunaan alat) dan chemical treatment (injeksi kimia). Process flow diagram untuk Water Flow seperti dibawah ini :

Air laut yang sudah dipisahkan padatan pengotor di Clarifier dan pengendapan di Settling Tank masuk ke Demineralized Water Plant (RO System atau MED Plant). Hasil dari Demineralized Plant adalah Make Up Water yang ditampung di Make Up Tank dan sebelum masuk ke Boiler dilakukan Physical Treatment dahulu. Make Up Water dipompakan ke Heater untuk menaikkan suhu air agar kerja Deaerator ringan. Air yang sudah masuk ke Heater tertampung dengan tekanan rendah di Low Pressure Heater (LPH), disini aliran keluar terbagi menjadi 2 yaitu ada yang masuk ke Condensor untuk recycle dan ada yang lanjut ke proses di Deaerator untuk meminimalisir kandungan O2 terlarut. Dari Deaerator air di pompakan ke High Pressure Heater (HPH) yang kemudian masuk ke Boiler untuk dirubah fasenya menjadi uap. Uap yang dihasilkan masuk ke High Pressure Steam (HPS) dan masuk ke Turbin untuk menggerakkan sudu- sudu sehingga poros berputar dan menggerakkan Generator. Uap yang keluar dari turbin terbagi menjadi 2 yaitu Intermediate Pressure Steam (IPS) dan Low Pressure Steam (LPS). IPS dipanaskan lagi di HPH sedangkan LPS dirubah fasenya di Condensor dan keluaran kondensor masuk ke Make Up Tank untuk melakukan sirkulasi seperti semula.

 Ada berbagai zat kimia yang dipakai untuk menjaga kualitas air boiler seperti :
  • Sodium Hipoklorit (NaOCl), Pereaksian antara Asam Korida (HCl) + Sodium Chloride (NaO2Cl)
Diijnjeksikan di Bak Penampung air laut untuk melemahkan biota laut agar tidak terikut ke proses selanjutnya 
  • Poly Alumunium Chloride (PAC), Al2(SO4)3 (Tawas) dll
 Diinjeksikan di Settling Pond untuk membantu mempercepat pengendapan (Koagulan)
  • Anti Scale ---> Na3PO4, Na2HPO4, NaOH
Diinjeksikan di Demineralized Water Plant dan Steam Drum untuk mencegah karat yang bisa menyebabkan korosi pipa (tube). Selain itu juga bisa untuk menaikan pH air boiler (8,8 - 10,8), namun pH air juga tidak bisa dibuat terlalu tinggi (> 10,8) karena bisa menyebabkan korosi pH tinggi. Ini grafik untuk menentukan penggunaan phospate yang dilihat dari parameter suhu dan tekanan operasi boiler.

Contoh penggunaan grafik : 
Boiler beroperasi pada tekanan 600 psi, maka :
Dilihat di grafik kontrol area ada di warna biru (< 900 psi), maka anjuran phospate yang dipakai antara 30 - 60 ppm. Jika menginginkan pH pada suhu ruangan tinggal tarik kordinat Y (pH) ke kanan sampai menyentuh area operasi kemudian tarik ke bawah dan didapatkan penggunaan dosis phospte.
Panah terbawah menunjukkan kontrol penggunaan berbagai phospate

  • Oxygen Scavenger ---> Sodium Sulphite (Na2SO3), Sodium Bisulphite (NaHSO3) dan 
Hydrazine (N2H4) 
Diinjeksikan di Deaerator untuk menghilangkan / meminimalisir kandungan O2 terlarut

Macam - Macam Boiler

Boiler adalah alat untuk menghasilkan uap dari pendidihan cairan (air). Di dalam sistem pembangkit boiler mempunyai peranan vital yaitu sebagai tenaga penggerak turbin. Boiler sendiri terdiri dari beberapa alat yang nantinya disini disebut Unit Boiler yang terdiri dari Furnace, Water Tube, Economizer, HRA (Heae Recovery Area) dan Cyclone Separator.
Macam - Macam Boiler adalah :
  1. Fire Tube Boiler
  2. Water Tube Boiler
  3. Waste Heat Boiler
  4. Packaged Boiler
  5. Pulverizer Fuel (PF) Boiler
  6. Circulating Fluidized Bed (CFB) Boiler
  7. Stoker Boiler
Boiler yang terkenal dan sering dipakai di PLTU adalah 
  •  Pulverizer Fuel (PF) Boiler
Prosesnya seperti dibawah ini :
Air laut dipompakan ke Clarifier untuk menghilangkan kotoran padatan, kemudian air laut bersih masuk ke Bak Pengendapan untuk menghilangkan lagi kotoran padatan terikut berdasarkan berat jenisnya kemudian ditampung di Raw Water Tank dan siap untuk dihilangkan kadar mineralnya di Water Treatment Plant (WTP) dengan sistem Reverse Osmosis (RO) yang memanfaatkan resin atau Multi Effect Desalination (MED) yang menggunakan sistem distilasi. Hasil dari WTP masuk ke Demin Water Tank yang siap untuk dimasak di boiler karena sudah murni air tanpa mineral.
Demin water sebelum masuk ke boiler dilakukan pretreatment terlebih dahulu yaitu dipanaskan di heater yang menggunakan media pemanas buangan dari turbin agar efisien boiler meningkat karena tidak membutuhkan terlalu banyak energi panas untuk mendidihkan. Kemudian dari heater, air dipompakan ke Deaerator untuk dihilangkan kadar oksigen terlarutnya dan setelah itu dipompakan ke Boiler.
Untuk persiapan pembakaran boiler, menggunakan bahan bakar batubara dari Coal Yard yang dihaluskan dulu di Pulverizer. Hasil gilingan dihembuskan oleh Exhauster Fan menuju Boiler dan di Boiler api dipercikkan oleh pemantik api yang berbahan bakar minyak. Di dalam Boiler terjadi pembakaran terus - menerus antara batu bara dan api. Boiler terbagi dalam 3 segment dimulai dari yang terpanas adalah Furnace - Cyclone Separator - Heat Recovery Area (Economizer).
Air yang sudah siap untuk dimasak dilewatkan terlebih dahulu di Economizer yang suhunya diatas titik didih air sehingga air berubah fase menjadi cair - uap (Saturated Steam) dan dimasukkan ke Steam Drum untuk dipisahkan antara fase cair dan fase uap, dimana fase uap dipanaskan lebih lanjut di segment boiler yang lebih tinggi temperaturnya untuk membentuk Superheated Steam. Sedangkan fase liquid dari Steam Drum dimasukkan ke boiler terpanas untuk diubah fasenya menjadi uap. Uap yang benar - benar kering dari cairan (Superheated Steam) masuk ke Turbin untuk menggerakkan sudu - sudu dan poros turbin menggerakkan Generator sehingga terjadi gaya medan listrik dan disalurkan ke Trafo untuk didistribusikan ke konsumen.
Di segment Boiler Furnace terdapat residu pembakaran (Bottom Ash) yang dibuang ke penampungan khusus yang sebelumnya di dinginkan di Cooler sedangkan di segment Heat Recovery Area terdapat residu Fly Ash yang dilewatkan terlebih dahulu di Electrostatic Presipitation untuk mengikat kandungan mineral yang terkandung di Fly Ash. Dari sini terdapat 2 keluaran yaitu residu bebas mineral dibuang lewat Cerobong dan residu mineral ditampung khusus di Fly Ash Silo. Residu berupa Bottom Ash dan Fly Ash biasanya digunakan untuk additive industri semen.
  •  Circulating Fluidized Bed (CFB) Boiler


Senin, 16 Februari 2015

Boiler & Permasalahannya

Teknik pengolahan air boiler adalah :
  1. Koagulasi & Flokulasi (penggumpalan)
  2. Sedimentasi (pengendapan)
  3. Filtrasi (penyaringan)
  4. Demineralisasi (penghilangan ion mineral)
  5. Softening (pelunakan)
  6. Deaerasi (penghilangan gas terlarut
  7. Organik treatment sebagai penghilang gas CO2 seperti Tannin, pemanasan pendahuluan secara terbuka di BFW
  8. Anorganik treatment sebagai pencegah kerak seperti Na3PO4, NaOH 

2 Na3PO4 + 3 CaCO3 --- > 3 Na2CO3 + Ca3(PO4)2 (lumpur)
2 NaOH + MgCO3 --- > Na2CO3 + Mg(OH)2 (lumpur)
Penggunaan NaOH baik untuk mengurangi Mg2+ karena dapat membentuk Mg(OH)2 berbentuk lumpur namun kurang baik pada boiler tekanan tinggi, karena jika terakumulasi di satu titik bisa menyebabkan “caustic embrittlement (keretakan logam)” 
  • Sebagai penyerap gas O2 seperti NaHSO3 (sodium bisulfit), N2H4 (hydrazine)

2 NaHSO3 --- > Na2SO3 +  H2O + SO2
Na2SO3 + ½ O2 --- > Na2SO4 (kristal)
N2H4 + O2 --- > H2O + N2
Hubungan pH dengan Kandungan Oksigen terhadap Derajat Korosi

Penggunaan Na2SO3 baik digunakan pada ketel bertekanan 65 kg/ cm2 karena jika tidak dioperasikan pada kondisi tersebut bisa menghasilkan gas SO2 yang bisa mengkorosi logam
  • Sebagai pencegah karat seperti Amine / Ammonia (air kondensat)
  • Na2CO3, penggunaan Na2CO3 kurang efektif karena menghasilkan gas CO

Na2CO3 + CaSO4 --- > Na2SO4 + CaCO
Na2CO3 + MgSO4 --- > Na2SO4 + MgCO3
CaCO3 dan MgCO3 berbentuk lumpur dan bisa dihilangkan dengan blowdown
  • Na2Al2O4 (sodium aluminat)

Na2Al2O4 + MgCO3 --- > Na2CO3 + MgAl2O4 (floc dan mengendap)
Penyebab kerak / korosi pada boiler adalah
  • Kesadahan air

* Kesadahan Sementara disebabkan garam bikarbonat seperti Ca(HCO3)2 dan Mg(HCO3)2 bisa dihilangkan dengan pemanasan
Ca(HCO3)2 + panas --- > CaCO3 (mengendap) + CO2 + H2O
Mg(HCO3)2 + panas --- > MgCO3 (mengendap) + CO2 + H2O
* Kesadahan Tetap disebabkan garam Ca2+ (CaSO4, CaCl2) dan Mg2+ (MgSO4, MgCl2) bisa dihilangkan dengan chemical treatment
  • Senyawa silikat (SiO2), asam bebas dan karbonat (CO32-)

Adanya bikarbonat dalam air boiler karena pemanasan dan tekanan maka terlepasalah gas CO2 yang akan bereaksi dengan air menjadi asam karbonat sesuai reaksi 
CO2 + H2O --- > H2CO3
H2CO3 pelan – pelan bereaksi dengan logam dan besi membentuk garam bikarbonat, sesuai reaksi :
2 H2CO3 + Fe --- > Fe(HCO3)2 + H2
Fe(HCO3)2 + H2O --- > Fe(OH)2 (oksida besi penyebab karat) + H2O + 2 CO2
  • Adanya O2, CO2 dan H2S


Gas O2 akan mengoksidasi ferro - oksida (Fe(OH)2) menjadi ferri - hidroksida (Fe(OH)3) yang mempunyai sifat mudah larut dalam air, sesuai reaksi
Fe(OH)2 + O2 --- > Fe(OH)3 (karat) + H2O
  • Adanya bakteri anaerob yang mampu mendegradasi H2S menjadi Sulfur (S) kemudian menjadi H2SO4
  • Gas CO2 bisa menyebabkan pH air kondensat turun sehingga bisa menyebabkan korosi
  • pH air terlalu rendah,

Hubungan pH vs Derajat Korosi

Pada saat pH rendah, ion H+ akan melapisi permukaan logam sehingga menimbulkan gas yang meninggalkan permukaan logam sehingga menyebabkan korosi
  • Perbedaan logam (korosi galvanis)

Logam campuran yang teroksidasi menurut prinsip Deret Volta
  • Kebanyakan akumulasi soda caustic (NaOH)

Karena terkonsentrasi di satu titik, maka caustic menyerang metal dan terjadi keretakan “caustic embrittlement
  • Total Dissolved Solid (TDS) tinggi
  • Adanya foaming (busa) yang mempercepat timbulnya kerak

Foaming disebabkan karena kenaikan dissolved, suspended solid dan kontaminasi minyak serta pH air terlalu tinggi

Akibat yang disebabkan jika boiler berkerak / korosi adalah
  1. Efisiensi boiler menurun karena konduktifitas thermal pada pipa berkurang
  2. Berkurangnya panas yang dipindahkan dari dapur ke air sehingga temperature dapur meningkat
  3. Konsumsi bahan bakar panas boros
  4. Kerak bisa pecah karena akumulasi tekanan sehingga menimbulkan kebocoran boiler

Cara pencegahan agar tidak ada kerak / korosi pada boiler adalah
  1. Pengaturan pH air boiler (dengan Na2CO3, NaOH, Na3PO4) tidak boleh terlalu rendah (korosi) dan terlalu tinggi (buih) dan pembentukan lapisan film (dengan Tannin, turunan lignin, turunan glukosa, kanji dan NaNO3)
  2. Menghilangakan gas yang bersifat korosif seperti O2 dan CO2
  3. Melakukan blowdown secara teratur
  4. Mencegah korosi galvanis