2.5. Ketel-ketel Pipa Air dengan Desain Biasa
2.5.1. Ketel Seksi (Section Boiler) dan Variannya
Dalam gambar 2.1 terlihat adanya sebuah drum ketel yang berdiameter sekitar 1200-1600 mm. Dari dasar drum ketel ini terdapat pipa-pipa air terjun (down comer's pipes) yang berdiameter sekitar 100 mm. Pipa-pipa air terjun tersebut berakhir di bawah pada kotak-kotak seksi air (water section boxes), yaitu berupa kotak air yang dibuat berkelok-kelok, yang pada setiap lekukan tersebut terdapat pipa-pipa penguap air (evaporator's pipes) berdiameter 60 mm sampai 80 mm, yang ditempatkan di daerah pancaran api ataupun di daerah aliran gas asap atau daerah konveksi. Api atau gas asap mengalir di antara pipa-pipa dan menyerahkan panasnya
Penyerahan panas yang paling baik diperoleh bila pipa-pipa penguap air penempatannya dilakukan berselang-seling ke atas, sehingga kotak-kotak seksi air maupun kotak-kotak seksi uap dibuat berkelok-kelok menyesuaikannya.
Air yang dingin mengalir dari drum ketel ke bawah melalui pipa-pipa terjun. Di dalam pipa-pipa-pipa-pipa penguap yang agak condong, banyak di-bentuk uap. Gelembung-gelembung uap akan naik dan tempatnya digantikan oleh air yang datang mengalir. Sudut kemiringan pipa-pipa penguap sekitar 15° - 20°. Dengan sudut kemiringan sekitar 15° - 20° dapat dicapai sirkulasi air yang baik sekali, sehingga tidak memungkinkan atau mengurangi kemungkinan pecah-terbakarnya pipa-pipa penguap.
Gambar 2.1. Ketel Seksi
Sumber : Ir. Djokoset yardjo, M.J., 2006, hal 217
KETERANGAN GAM BAR KETEL SEKSI :
1= Fan Tekan = Forced Draught Fan = F.D.F.
2 = Pipa-pipa Pemanas Udara = Air Heater pipes.
3= Saluran udara panas = Ho t A i r d u c t.
4 = Saluran bahan bakar = Fuel supply line.
5 = Kotak udara =Air box.
6 = Pembakar = Burner
7 = Tungku =Furnace.
8= Fan Isap = Induced Draught Fan = LD.F.
9 = Cerobong asap = Stack = Chimney.
10= Air dingin bertekanan dipompa oleh pompa air pengisian ketelmasuk ke dalam ketel. 11 = Tabung pembagi air dingin = Cold water header.
12 = Pemanas air awal = Water pre-heater = Ekonomiser.
13= Tabung pengumpul air panas =Hot water header. 14 = Drum ketel = Boiler drum = Boiler vessel.
15 = Pipa-pipa terjun = Down comer's pipes.
16= Kotak-kotak seksi air = Water section boxes.
17 = Pipa-pipa penguap pancaran = Radiant evaporator's pipes,
18 = Pipa-pipa penguap konveksi = Convection evaporator's pipes.
19= Kotak-kotak seksi uap kenyang = Saturated steam section boxes
20= Pipa-pipa naik = Up-riser pipes.
21 = Tabung pengumpul uap kenyang = Saturated steam header. 22= Pipa-pipa penyalur uap. 23= Uap kenyang menuju ke Pemanas lanjut uap.
Di dalam pipa-pipa penguap air inilah air diuapkan. Pipa-pipa penguap bermuara pada kotak-kotak seksi uap kenyang (saturated steam section boxes) yang bentuknya tepat sama simetri dengan kotak-kotak seksi air. Uap yang terbentuk di dalam pipa-pipa penguap, akan menuju ke kotak-kotak seksi uap kenyang. Dari sini uap tersebut akan naik melalui pipa-pipa uap naik (steam up-riser's pipes).
Pipa-pipa uap naik bermuara di bagian atas pada sebuah pengumpul uap kenyang (saturated steam header) yang irisannya berupa bujur sangkar, bundar atau empat persegi panjang, dengan sisi terpendek atau jari-jari sekitar 300 - 400 mm. Semua uap kenyang yang terbentuk dari dalam pipa-pipa penguap, kotak-kotak seksi uap dan pipa-pipa naik (up-riser) akan terkumpul pada header uap kenyang.
Dari header uap kenyang, uap dan air dialirkan ke drum ketel melalui pipa-pipa penyalur. Pipa-pipa-pipa penyalur disusun secara berselang-seling. Ada yang bermuara pada drum ketel di atas permukaan air dan ada yang bermuara pada drum ketel di bawah permukaan air yang ada di dalam drum.
Pipa-pipa penyalur yang bermuara pada drum di atas permukaan air ialah pipa-pipa penyalur uap. Sedangkan pipa-pipa penyalur yang bermuara di bawah permukaan air di dalam drum ialah pipa-pipa penyalur air, yang berfungsi untuk pengaliran kembali air ke dalam drum ketel, sehingga temperatur dan tekanannya hampir merata di seluruh ketel.
Setiap pipa air terjun akan bermuara pada sebuah kotak seksi air. Antara sepasang kotak seksi air dan kotak seksi uap yang bentuknya sama dan simetri tersebut terdapat beberapa pipa-pipa air penguap. Dari setiap kotak seksi uap terdapat sebuah pipa uap naik yang menghubungkannya ke header uap kenyang.
Gambar 2.2. Gambar detail bagian-bagian ketel seksi Sumber : Ir. Djokoset yardjo, M.J., 2006, hal 219
Keterangan gambar ketel seksi :
1 = Drum ketel = Biler vessel = Boiler drum 2 = Tutup Man-hole = Tutup Lubang orang. 3 = Pipa-pipa terjun = Down-comer's pipes
4 =Kotak-kotak seksi air = Water section boxes
5 = Pipa-pipa penguap pancaran = Radiant Evaporator's pipes
6 = Pipa-pipa penguap konveksi = Convection Eva pipes
7 = Kotak-kotak seksi uap = Steam section boxes
8 = Pipa-pipa naik = Up-riser's pipes
9 = Tabung pengumpul uap kenyang = Saturated Steam Header
10 = Pipa-pipa penyalur uap.
11 = Air dingin masuk ke-Tabung pembagi air dingin 12 = Tabung pembagi air dingin = Cold water Header
13 = Pipa-pipa pemas air awal = Economiser's pipes
14 = Tabung pengumpul air panas = Hot water Header
15 = Pipa uap kenyang menuju pemanas lanjut
16 = Tabung pembagi uap kenyang = Saturated steam Header 17 = Pipa-pipa pemanas lanjut = Superheater's pipes
18 = Tabung pengumpul uap yang dipanaskan lanjut = Superheated sterna Header
19 = Uap yang dipanaskan lanjut menuju ke-pemakaian
Dengan demikian satu seksi-ketel yang merupakan satu set seksi (satu perangkat seksi), terdiri dari sebuah pipa air terjun (down comer's pipe), sepasang kotak seksi air dan kotak seksi uap, sejumlah pipa-pipa penguap air (evaporator's
pipes), dan sebuah pipa uap naik (steam up-riser pipe). Dengan demikian satu set seksi tersebut merupakan sebuah ketel mini, yang masing-masing terpisah antara yang satu dengan yang lain, sehingga ketel tersebut disebut ketel seksi.
Letak drum digantung pada kerangka bangunan ketel dan letak header uap kenyang juga digantung pula pada kerangka bangunan ketel. Satu set seksi tersebut setengahnya tergantung pada drum dengan menggunakan pipa-pipa terjun, dan setengahnya yang lain tergantung pada header uap kenyang dengan menggunakan pipa-pipa naik. Oleh karenanya satu set seksi tersebut akan dapat memuai dengan bebas bila kena panas, tanpa ada pengaruhnya antara satu set seksi yang satu dengan satu set seksi lainnya. Makin ke bawah letak pipa-pipa penguap air, makin lebih banyak memuai, namun karena pemuaiannya sebanding atau proporsional dengan letaknya, maka tidak akan menimbulkan kesukaran-kesukaran.
Api atau gas asap setelah memanasi pipa-pipa penguap air, akan mencapai dan memanasi pipa-pipa pemanas lanjut uap (superheater), pemanas air awal (ekonomiser), dan pemanas udara (air-preheater), sebelumnya meninggalkan cerobong asap.
Gambar 2.3. Beberapa varian ketel seksi
G a m b a r 2 . 4 . P e n e m p a t a n s u p e r h e a t e r d a n e c o n o m i s e r
Sumber : Ir. Djokoset yardjo, M.J., 2006, hal 225
2 . 5. 2. K e te l Yar r ow
Ketel YARROW banyak digunakan di kapal-kapal laut, namun ada juga yang dipasang di darat sebagai ketel pembangkit uap untuk pembangkitan tenaga listrik. Pada ketel Yarrow terdapat sebuah drum utama ketel yang dipasang di atas. Drum utama sebelah atas ini dihubungkan oleh pipa-pipa penguap dengan dua buah drum bawah, dengan sudut kemiringan pipa-pipa penguap air lebih dari 200
Dua baris pipa-pipa penguap air yang paling bawah yang menghubungkan drum-drum bawah dengan drum utama di atas, menerima panas dari api selain secara konveksi juga secara pancaran. Makin ke atas pipa-pipa penguap air tersebut, makin kurang menerima panas, sehingga baris-baris pipa sebelah atas kurang memuai dibandingkan dengan yang ada di bagian bawah. Karena berkas pipa-pipa penguap air di bagian atas kurang mendapatkan panas, maka air yang agak
dingin akan turun dari drum atas ke drum bawah melalui berkas pipa-pipa penguap air bagian atas. Gelembung-gelembung uap banyak terbentuk pada berkasberkas pipa penguap sebelah bawah, sehingga sirkulasinya baik sekali. Pada berkas pipa-pipa penguap yang di tengah-tengah, sirkulasinya kurang memuaskan sehingga ketel Yarrow ini tidak untuk tekanan yang tinggi, maksimum 80 kg/cm2
Gambar 2.5. Ketel yarrow
Sumber : Ir. Djokoset yardjo, M.J., 2006, hal 228 dan 233
Drum utama atas tergantung pada kerangka bangunan ketel, sedangkan drum-drum bawah dapat bergeser menjauhi, dan sedikit memutar, untuk pemuaian pipa-pipa penguap. Dengan demikian pemuaian pipa-pipa-pipa-pipa penguap menjadi lebih leluasa. Mula-mula pada ketel Yarrow hanya digunakan pipa-pipa penguap yang lurus, yang disambung dengan drum-drum ketel dengan cara dilindis. Karena pipa-pipa penguap tersebut lurus, maka lubang untuk pipa-pipa tersebut diborkan ke dalam drum dengan posisi miring. Adanya lubang-lubang pipa miring yang diborkan ke dalam drum, maka dinding drum di tempat tersebut menjadi kurang kuat atau
diperlemah. Sehingga dinding drum di tempat masuknya pipa-pipa penguap tersebut dibuat lebih tebal dibanding tempat lain yang tidak ada lubang-lubang untuk pipa-pipa tersebut. Pipa-pipa pemanas lanjut uap (superheater's pipes) biasanya ditempatkan di antara pipa-pipa penguap. Arah pipa-pipa pemanas lanjut tersebut ada yang sama arah dengan arah membujurnya pipa-pipa penguap namun ada pula yang pipa-pipa pemanas lanjutnya melintang terhadap arah membujur pipa-pipa penguap. Ketel-ketel Yarrow dengan pipa-pipa penguap yang lurus yang diborkan miring terhadap dinding drum, kurang disukai dewasa ini.
Gas asap setelah melewati berkas pipa-pipa penguap dengan temperatur yang cukup tinggi sekitar 500° - 700 oC, akan mencapai pipa-pipa ekonomiser. Di dalam pipa-pipa ekonomiser inilah air pengisian ketel dipanasi terlebih dahulu agar tidak membahayakan drum ketel di tempat masuknya air pengisian tersebut.
Ketel Yarrow yang ada tungku ketelnya terbagi menjadi dua bagian yang dibatasi oleh sebaris pipa-pipa berduri yang dilapisi dengan biji-biji Chrom (Chrom ore). Pada setiap belahan tungku terdapat beberapa pembakar atau burner. Pipa-pipa pemanas lanjut uap (superheater) hanya terdapat di antara salah satu berkas pipa-pipa penguap. Dengan demikian pengaturan temperatur uap yang dihasilkan, dilakukan dengan mengatur masing-masing burner pada setiap belahan tungku.
Pada ketel Yarrow pipa-pipa penguap bermuara pada drum atas di bagian dinding drum di bawah permukaan air, sehingga uap air yang terbentuk terpaksa melalui air di dalam drum. Untuk memisahkan uap dari air diperlukan alat
pemisah air yang dipasang di dalam drum atas. Ketel Yarrow dibuat dengan kapasitas antara 30 - 80 t/jam.