2. SISTIM DISTRIBUSI STEAM
2.8 Steam traps
2.8.1 Apakah yang dimaksud dengan steam traps?
Sistim steam tidak dapat dikatakan lengkap tanpa adanya komponen penting ‘steam trap’ (atau trap)11. Ini merupakan hubungan yang paling penting dalam loop kondensat sebab alat ini menghubungkan penggunaan steam dengan pengembalian kondensat. Steam trap benar-benar secara harfiah berarti ‘membersihkan’kondensat, (juga udara dan gas- gas yang tidak dapat terkondensasi), keluar sistim, membiarkan steam mencapai tujuannya sedapat mungkin dalam keadaan/kondisi kering untuk memperlihatkan kerjanya yang efisien dan eknomis.
Jumlah kondensat pada steam trap yang harus dikeluarkan denga n berbagai pertimbangan. Kondensat mungkin harus dikeluarkan pada suhu steam (segera setelah terbentuk dalam ruang steam) atau dibawah suhu steam, dengan menyerahkan beberapa ‘panas sensibel’ ke dalam proses.
11 Bagian 2.8.1 merupakan ringkasan Module 11.1 Pendahuluan – Mengapa steam traps? Dalam: Spirax Sarco Learning Centre, Block 11, ‘Steam Traps dan Steam Trapping’. www.spiraxsarco.com
Tekanan dimana steam traps beroperasi dapat berada dimana saja dari mulai tekanan vakum sampai tekanan lebih dari ratusan bar. Untuk menyesuaikan kondisi yang bervariasi tersebut terdapat berbagai tipe, masing-masing memiliki keuntunga n dan kerugian sendiri-sendiri. Satu tipe steam trap tidak mungkin menjadi pilihan yang benar untuk seluruh penggunaan. Pertimbangan bagi pemilihan steam trap termasuk kemampuan steam trap dalam:
§ Mengeluarkan udara pada saat 'start-up', yaitu pada permulaan proses dimana ruang pemanas dipenuhi oleh udara, yang akan menurunkan perpindahan panas dan meningkatkan waktu pemanasan
§ Membuang kondensat tapi bukan steam
§ Memaksimalkan kinerja pabrik. Kecuali dirancang khusus untuk diisi air, penukar panas dapat beroperasi pada kinerja terbaiknya jika ruang steam diisi dengan steam kering yang bersih. Tipe steam trap akan berpengaruh terhadap hal ini.
Terdapat tiga tipe dasar steam trap, ketiganya diklasifikasikan oleh Standar Internasional ISO 6704:1982. Kesemuanya ditunjukkan dalam Gambar 22 dan meliputi:
§ Termostatik (dioperasikan oleh perubahan suhu fluida). Suhu steam jenuh ditentukan oleh tekanannya. Dalam ruang steam, steam menyerahkan entalpi penguapannya (panas), menghasilkan kondensat pada suhu steam. Sebagai akibat dari berlanjutnya kehilangan panas, suhu kondensat akan turun. Trap termostatik akan dilewati kondensat bila suhu yang lebih rendah tercapai. Begitu steam mencapai trap, suhu meningkat dan trap tertutup.
§ Mekanis (dioperasikan oleh perubahan masa tipe fluida). Kisaran steam traps beroperasi dengan menggunakan perbedaan densitas steam dan kondensat. Steam traps tersebut terdiri dari ‘traps bola apung’dan ‘traps keranjang terbalik’, bola naik dengan adanya kondesat, kran terbuka, yang d ilewati kondensat yang lebih padat. Dengan ‘traps keranjang terbalik’, keranjang terbalik akan mengapung ketika steam mencapai trap dan naik menutup kran. Keduanya pada dasarnya menggunakan metoda operasi ‘mekanik’.
§ Termodinamik (dioperasikan oleh perubahan dalam dinamika fluida). Steam traps termodinamik mengandalkan pada pembentukan flash steam dari sebagian kondensat. Yang termasuk dalam kelompok ini adalah steam traps ‘termodiamik’, ‘cakram’, 'impuls' dan 'labirin'.
Gambar 22. Tipe steam traps
1. 2. 3. 1. Impuls 2. Labirin 3. 1. 2.
Termostatik
1. 2. 3.Termodinamik
1. 2. 3.Mekanik
1. 2.Steam Traps
Ekspansi cairan Tekanan keseimbangan Bimetallic Pengapungan bolaJuga, karena adanya kelonggaran, dimasukkan juga ‘orifice traps permanen’kedalam tipe ini, yang tidak dapat didefinisikan secara jelas sebagai peralatan otomatis yang hanya berupa beberapa lubang yang sangat sederhana dengan diameter tertentu untuk melewati jumlah kondensat tertentu pada kondisi tertentu. Semuanya mengandalkan pada kenyataan bahwa kondensat panas, dilepas pada tekanan dinamis, akan di-flash keluar menjadi campuran steam dan air.
Karena steam traps mekanik yang paling banyak digunakan, maka hanya itu yang akan dijelaskan lebih rinci. Untuk penjelasan lebih rinci mengenai seluruh tipe steam traps silahkan mengacu ke Spirax Sarco Learning Centre (www.spiraxsarco.com).
2.8.2 Steam traps mekanik
Steam traps mekanik terdiri dari steam traps bola apung dan steam traps terbalik,yang dijelaskan dibawah.12
a) Steam trap bola apung
Trap tipe bola apung beroperasi dengan menggunakan perbedaan densitas antara steam dan kondensat. Seperti terlihat pada Gambar 23a, kondensat yang mencapai trap akan menyebabkan bola apung naik, mengangkat kran dari dudukannya dan melepaskan kondensat. Seperti dapat dilihat, kran selalu penuh dengan air sehingga steam maupun udara tidak dapat melaluinya. Traps yang moder n menggunakan ventilasi udara termostatik seperti ditunjukkan dalam Gambar 23b, yang dapat mengeluarkan udara dan pada saat yang bersamaan trap juga me ngeluarkan kondensat.
Ventilasi udara otomatis menggunakan elemen kapsul tekanan kesetimbangan yang sama seperti
12 Bagian 2.8.2 diambil dari Module 11.3 Steam TrapsMekanis. In: Spirax Sarco Learning Centre, Block 11, ‘Steam Traps dan Steam Trapping’. www.spiraxsarco.com
Figure 23a. Float Trap with Air Cock Figure 23b. Float Trap with Thermostatic (Spirax Sarco) Air Vent (Spirax Sarco)
Gambar 23a. Trap Apung dengan Kran Udara (Spirax Sarco)
Gambar 23a. Trap Apung dengan Termostatik (Spirax Sarco)
steam trap termostatik , dan ditempatkan pada ruang steam diatas kondensat. Setelah pelepasan udara awal, alat ini tutup sampai udara atau gas-gas yang tidak dapat terkondensasi menumpuk selama aliran normal dan kemudian terbuka dengan menurunkan suhu campuran udara/steam. Ventilasi udara termostatik memberikan keuntungan tambahan dengan meningkatnya kapasitas kondensat secara signifikan pada start -up dingin.
Dahulunya, ventilasi udara termostatik mempunyai titik kelemahan jika ada hantaman air dalam sistim. Bahkan bola dapat rusak jika hantaman air begitu kuatnya. Walau begitu, pada traps apung modern ventilasi udaranya kompak, sangat kuat, seluruh kapsulnya terbuat dari baja tahan karat, dan teknik pengelasan modern yang digunakan pada bola membuat steam trap termostatik apung yang lengkap sangat kuat dan handal dalam situasi hantaman air (untuk keterangan mengenai hantaman air lihat item 8 pada bagian 4).
Dalam beberapa cara, trap termostatik apung merupakan yang terdekat ke steam trap ideal. Alat ini akan me mbuang kondensat segera setelah kondensat terbentuk, tanpa menghiraukan perubahan dalam tekanan steam.
Keuntungan steam trap termostatik apung
§ Trap secara kontinyu membuang kondensat pada suhu steam, sehingg alat ini menjadi pilihan karena laju perpindahan panasnya tinggi untuk area permukaan pemanasan yang tersedia. § Mampu menangani beban kondensat berat atau ringan sama baiknya dan tidak dipengaruhi
oleh fluktuasi tekanan atau laju alir yang luas dan mendadak.
§ Sepanjang ventilasi udara otomatis terpasang, trap mampu membuang udara secara bebas. § Alat ini memiliki kapasitas besar untuk ukurannya.
§ Versi yang memiliki kran kunci pelepas steam adalah tipe trap yang sesuai secara keseluruhannya untuk digunakan jika terjadi penguncian steam.
§ Alat ini tahan terhadap hantaman air. Kerugian steam trap termostatik apung
§ Walau kurang rentan daripada trap keranjang terbalik, trap tipe apung dapat rusak oleh pembekuan yang hebat dan badannya harus kuat, dan/atau dilengkapi dengan trap penguras termostatik tambahan yang kecil, jika alat ini dipasang pada posisi terbuka.
§ Sepert pada seluruh traps tipe mekanik, bentuk bagian dalam yang berbeda diperlukan untuk operasi pada kisaran tekanan yang bervariasi. Traps yang beroperasi pada tekanan diferensial lebih tinggi memiliki orifice lebih kecil untuk mengimbangi kemampuan mengapungnya pengapung.
b) Steam trap tipe keranjang terbalik
Steam trap tipe keranjang terbalik diperlihatkan dalam Gambar 24. Seperti namanya, mekanismenya terdiri dari sebuah keranjang yang terbalik, yang disangkutkan oleh tuas ke kran. Bagian penting trap adalah lubang ventilasi udara yang kecil di bagian atas keranjang. Gambar 24 memperlihatkan metoda operasinya.
Pada (i) keranjang tergantung kebawah, menarik kran dari dudukannya. Kondensat mengalir dibagian bawah keranjang mengisi badan dan mengalir menuju saluran pengeluaran. Pada (ii) kedatangan steam menyebabkan keranjang menjadi pelampung, kemudian naik dan menutup
saluran keluar. Pada (iii) trap jadi tertutup sampai steam dalam keranjang terembunkan atau tergelembungkan melalui lubang ventilasi ke bagian puncak badan trap. Kemudian tenggelam, menarik kran utama dari dudukannya. Kondensat terkumpul kemudian dilepaskan dan siklus diulang lagi.
Pada (ii), udara yang mencapai trap pada saat start-up juga akan memberikan kemampuan mengapungnya keranjang ke dekat kran. Lubang ventilasi keranjang diperlukan untuk membiarkan udara lepas menuju puncak trap untuk pembuangan terahir melalui dudukan kran utama. Lubang dan tekanan diferensialnya kecil se hingga trapnya relatif lambat pada pengeluaran udara. Pada waktu yang sama trap harus melalui (dan juga mengeluarkan) sejumlah steam tertentu supaya trap dapat beroperasi begitu udaranya telah bersih. Ventilasi udara yang dipasang paralel dibagian luar trap akan mengurangi waktu start-up.
Keuntungan steam trap tipe keranjang terbalik
§ Steam trap tipe keranjang terbalik dapat dibuat unuk tahan terhadap tekanan tinggi.
§ Seperti steam trap termostatik apung, steam trap tipe keranjang memilik toleransi yang baik terhadap kondisi hantaman air.
§ Dapat digunakan pada jalur steam lewat jenuh dengan penambahan sebuah check valve pada saluran masuk.
§ Mode kegagalan biasanya terbuka, sehingga menjadi lebih aman untuk penggunaan yang memerlukan fasilitas ini, sebagai contoh pengurasan turbin.
Gambar 24. Operasi Steam Trap Jenis Keranjang Terbalik
Kerugian steam trap tipe keranjang terbalik
§ Ukuran lubang yang kecil pada puncak keranjang berarti bahwa tipe trap ini hanya dapat membuang udara dengan sangat pelan. Lubangnya tidak dapat diperbesar, karena steam akan melewatinya dengan sangat cepat selama operasi normal.
§ Selalu terdapat air yang cukup pada badan trap yang bertindak sebagai sil/ penutup disekitar tepi keranjang. Jika trap kehilangan sil air ini, steam dapat terbuang melalui kran pengeluaran. Hal ini seringkali dapat terjadi pada penggunaan dimana terjadi penurunan tekanan steam yang mendadak, menyebabkan beberapa kondensat dalam badan trap ‘menye mprot’ kedalam steam. Keranjang kehilangan kemampuan mengapungnya dan kemudian tenggelam, membiarkan steam yang bergerak melewati trap orifice. Hanya jika kondensat yang cukup mencapai trap maka penutup/ sil air akan terbentuk lagi dan mencegah terjadinya pembuangan steam.
§ Jika trap tipe keranjang terbalik digunakan pada penggunaan dimana terjadi fluktuasi tekanan pada pabrik, sebuah check valve harus dipasang pada jalur masuk didepan trap. Steam dan air bebas bergerak pada arah yang ditentukan, tetapi tidak dapat mengalir kearah sebaliknya.
§ Suhu steam lewat jenuh yang lebih tinggi nampaknya sebagai penyebab trap keranjang terbalik kehilangan penutup/sil airnya. Sebuah check valve didepan trap harus dipasang. Beberapa trap keranjang terbalik dibuat dengan standar yang dilengkapi sebuah check valve. § Trap tipe keranjang terbalik dapat mengalami kerusakan karena pembekuan jika terpasang
pada posisi terbuka dengan kondisi ambien dibawah nol. Sama halnya dengan tipe trap mekanik lainnya, penggunaan bahan yang sesuai dapat mengatasi masalah ini jika kondisi tidak terlalu parah. Jika kondisi ambien selalu jauh dibawah nol, maka akan bijaksana apabila mempertimbangkan tipe trap yang lebih kuat untuk melakukan pekerjaannya. Untuk pengeluaran utama, trap termodinamika dapat dipilih untuk menjadi pilihan pertama.
2.8.3 Pemilihan dan pemasangan steam trap
Tabel 3 meringkas pemilihan steam traps untuk berbagai penggunaan.
Tabel 3. Pemilihan steam traps yang sesuai untuk berbagai penggunaan proses (BEE, 2004)
Penggunaan Ciri-ciri Trap yang sesuai
Pipa saluran steam § Terbuka ke atmosfir, kapasitas kecil
§ Sering terjadi perubahan tekanan § Tekanan rendah – tekanan tinggi
Termodinamik , Mekanik: Mengapung § Peralatan § Reboiler § Pemanas § Pengering § Penukar panas dll. § Kapasitas besar
§ Variasi tekanan dan suhu tidak dikehendaki
§ Efisiensi peralatan jadi masalah
Mekanik: Mengapung Keranjang: Keranjang terbalik § Jalur pencari/ tracer
line
§ Instrumentasi
§ Handal tanpa panas yang berlebihan
Termodinamik ,
Bila melakukan pemilihan dan pemasangan steam trap, hal berikut harus dipertimbangkan:13 a) Hantaman air/Waterhammer
Hantaman air terjadi karena kondensat dalam sistim steam yang terambil oleh steam yang bergerak dan dapat menyebabkan kerusakan pada saluran pipa, sambungan dan steam traps. Gejala hantaman air seringkali ditandai dengan tidak berfungsinya steam trap. Penjelasan yang memungkinkan adalah bahwa kegagalan pada steam trap telah diakibatkan oleh hantaman air. Hantaman air dapat diakibatkan oleh berbagai sebab, termasuk:
§ Kegagalan membuang kondensat dari jalur steam kecepatan tinggi dalam pipa.
§ Dari penggunaan, dimana suhu dikendalikan dan kondensat harus dialirkan ke jalur pengembalian, atau mengembalikannya ke sistim bertekanan.
§ Ketidakmampuan kondensat masuk atau mengalir sepanjang jalur kembali yang berukuran terlalu kecil, karena (a) banjir, atau (b) pemberian tekanan berlebih karena pengaruh throttling dari flash steam.
Permasalahan dengan hantaman air dapat dihilangkan dengan memposisikan pipa-pipa sehingga terdapat sudut kemiringan pada arah alirannya. Kemiringan sudut paling tidak 12 mm pada setiap 3 meter, dan juga adanya jumlah titik pengurasan setiap 30 sampai 50 meter.
Untuk informasi lebih lanjut mengenai hantaman air lihat hal no. 8 pada bagian 4. b) Kotoran
Kotoran merupakan faktor utama lainnya yang harus dipertimbangkan ketika memilih traps. Walaupun steam mengembun menjadi air suling, air ini kadang-kadang mengandung sedikit bahandari senyawa pe ngolahan umpan boiler dan mineral alam yang ditemukan dalam air. Juga perlu dipertimbangkan bahwa kotoran pipa terbentuk selama pemasangan dan produk dari proses korosi.
c) Strainers
Peralatan ini seringkali dilupakan dalam sistim steam, seringkali, nampaknya, dalam upaya untuk untuk mengurangi biaya pemasangan. Kerak pipa dan kotoran dapat mempengaruhi kran pengendali dan steam traps, dan menurunkan laju perpindahan panas. Sebetulnya sangatlah mudah dan murah memasang sebuah strainer dalam pipa, yang akan memberi keuntungan dividen selama umur pemasangan. Kerak dan kotoran ditangkap, dan sebagai hasilnya maka perawatan biasanya jadi berkurang.
Pemilihannya cukup sederhana. Bahan strainer dipilih untuk mencocokan tipe pemasangan dan tekanan sistim supaya alat ini dapat beroperasi. Ukuran kasa filter yang berbeda dapat dipertimbangkan untuk tingkat perlindungan yang berbeda. Makin halus filter maka makin sering alat ini perlu dibersihkan. Satu hal yang pasti, strainer jauh lebih mudah dan murah untuk dirawat dan dibeli daripada kran pengendali atau steam traps.
d) Pengunci steam
13
Bagian 2.8.3 adalah ringkasan (a) Modul 11.5 Pertimbangan dalam Memilih Steam Traps. In: Spirax Sarco Learning Centre, Block 11, ‘Steam Traps dan Steam Trapping’. www.spiraxsarco.com, and (b) Efisiensi Energi di Unit Utilitas Termal. Buku 2, oleh Biro Efisiensi Energi India, 2004
Kemungkinan penguncian steam kadang-kadang dapat menjadi faktor penentu dalam pemilihan steam traps. Hal ini dapat terjadi jika sebuah steam trap dipasang jauh dari pabrik yang sedang dikuras. Keadaan ini akan menjadi parah ketika kondensat dibuang melalui syphon atau pipa celup. Untuk membebaskan masalah ini maka diperlukan sebuah trap dengan kran ‘pelepas kunci steam’. Alat ini berupa kran dengan jarum terpasang didalamnya yang membiarkan steam yang terkunci dalam pipa syphon dikeluarkan melewati kran utama. Trap apung hanya berupa trap dengan fasilitas yang sesuai bagi mesin- mesin yang berputar seperti silinder pengering. e) Trapping berkelompok
Trapping berkelompok menggambarkan penggunaan satu trap yang melayani lebih dari satu penggunaan (Gambar 25). Alasan dipakainya trapping berkelompok ini adalah karena pada saat itu hanya ada satu tipe steam trap. Alat ini merupakan pendahulu dari trap tipe keranjang yang sekarang ada, dan sangat besar dan mahal. Steam traps yang sekarang sangat kecil dan murah, menyebabkan masing- masing alat penukar panas dapat dikuras secara tepat, dimana selalu lebih baik bagi peralatan yang pengguna steam untuk menggunakan trap nya masing- masing daripada secara berkelompok.
Cara yang paling memuaskan adalah menguras tiap ruang steam dengan trapnya sendiri dan menghubungkan saluran keluar dari berbagai tipe traps ke pengembalian utama kondensat (Gambar 25).
Gambar 25. Trapping Berkelompok dan Trapping Individu dengan Pengembalian Kondensat yang
f) Diffusers
Dengan pengurasan steam traps ke atmosfir dari ujung pipa yang terbuka, memungkinkan untuk melihat pembuangan kondensat panas. Sejumlah tertentu flash steam juga akan terjadi karena adanya tekanan kondensat sebelum trap. Hal ini dapat membahayakan bagi yang me lewati tempat tersebut, namun resiko dapat diminimalkan dengan menurunkan kuatnya peneluaran. Cara ini dapat dicapai dengan memasang sebuah alat diffuser sederhana (Gambar 25) pada ujung pipa yang dapat mengurangi kerasnya pengeluaran dan suara. Biasanya, tingkat suara dapat diturunkan sampai 80%.
Gambar 26. Diffuser (Spirax Sarco) g) Titik pengurasan/ pengeluaran
Titik pengurasan harus cukup besar dan harus ditempatkan dimana kondensat dapat mengalir menuju trap dengan mudah. Sebagai contoh, sebuah pipa saluran 150 mm akan memerlukan pengurasan dengan diameter 100 mm dan kedalaman 150 mm terletak dibagian bawah pipa saluran. Tabel 4 dapat digunakan untuk memilih ukuran titik pengurasan.
h) Ukuran pipa
Pipa yang menuju dan berasal dari steam traps harus cukup ukurannya. Hal ini terutama penting untuk traps termodnamik, sebab operasinya yang benar dapat terganggu oleh tahanan yang berlebihan terhadap aliran dalam pipa kondensat. Sambungan pipa seperti kran, bengkokan dan pipa T yang dekat ke trap dapat juga menyebabkan tekanan balik yang berlebihan dan harus dihindarkan.
i) Ventilasi udara
Bilamana udara dibawa ke ruang trap oleh steam, fungsi trap dapat dipengaruhi kecuali jika diberi kondisi yang memadai untuk pembuangan udara melalui steam trap atau ventilasi udara terpisah. Jika udara tidak terventilasikan sebagaimana mestinya, pabrik akan membutuhkan waktu yang lama untuk menghangatkannya dan mungkin saja akan beroperasi dibawah keluaran potensialnya.