Pertemuan : 9
Mata Kuliah : Instalasi Pembangkit Tenaga Uap Dosen : Ir. Budi Kaliwanto, MT.
Bagian/Komponen Ketel Uap (Boiler)
1. Pendahuluan
Ketel uap (boiler) merupakan salah satu peralatan yang sangat penting di dalam suatu pembangkit tenaga listrik, instalasi pemanas, dan tenaga penggerak lainnya. Alat ini merupakan penukar kalor untuk menghasilkan/membangkitkan uap air (steam generator), dimana energi panas yang dihasilkan dari pembakaran diubah menjadi energi potensial yang berupa uap. Uap yang mempunyai tekanan dan temperatur tinggi tersebut digunakan sebagai media penggerak utama turbin uap atau alat pemanas lainnya. Energi panas diperoleh dengan jalan pembakaran bahan bakar di ruang bakar.
Air merupakan fluida utama sebagai media kerja di dalam boiler. Boiler mengubah air menjadi uap melalui proses perpindahan panas. Panas dari ruang bakar/dapur berasal dari pembakaran bahan bakar baik padat, cair maupun gas.
Sebagai perangkat yang beroperasi pada temperatur dan tenkanan yang tinggi, boiler memiliki risiko kecelakaan seperti kebakaran dan ledakan. Oleh karena itu boiler memiliki persyaratan-persyaratan dan baku mutu (standar mutu) mulai dari perancangan, pengoperasian, perawatan, maupun operator yang menjalankan.
Beberapa peraturan dan standar yang berkaitan dengan instalasi pembangkit tenaga uap adalah sebagai berikut:
• Undang-Undang Uap Tahun 1930 • Peraturan Uap tahun 1930
• Undang- undang No.1 tahun 1970
Proses pembangkitan uap dilakukan mulai dari pembakaran bahan bakar, pemompaan air kedalam boiler, pemasokan uap ke peralatan yang membutuhkan. Bagian-bagian boiler terdiri dari kompunen utama, peralatan pengangan (apendages), dan komponen bantu (auxilaries).
2. Komponen Boiler a. Komponen utama
Komponen utama terdiri dari:
1) Dapur (furnace) atau disebut juga combustion chamber, sebagai alat untuk mengubah energi kimia menjadi energi panas. Didalam dapur ini terjadi pembakaran bahan bakar bercampur dengan udara. Dapur terdiri dari ruang pembakaran dan ruang gas panas.
3) Pemanas Lanjut (Super heater)
Uap yang berasal dari penguapan di dalam drum atas belum dapat dipergunakan oleh turbin uap, oleh karenanya harus dilakukan pemanasan uap lanjut melalui pipa uap pemanas lanjut (Super heater Pipe), hingga uap benar-benar kering dengan temperatur 260 oC – 340 oC. Pipa-pipa pemanas uap lanjut dipasang di dalam ruang pembakaran kedua, hal ini mengakibatkan uap basah yang dialirkan melalui pipa tersebut akan mengalami pemanasan lebih lanjut.
4) Economizer
Economizer merupakan pemanas air terakhir sebelum masuk ke drum. Di dalam economizer air menyerap panas gas buang yang keluar dari super heater sebelum dibuang ke atmosfir melalui cerobong.
5) Penyala (Burner)
Burner adalah salah satu komponen dari boiler yang menyediakan input panas dengan pembakaran bahan bakar fosil (solar, batubara dll) termasuk gas alam, dengan hembusan udara atau oksigen. Bahan bakar dikabutkan melalui semprotan bertekanan melalui nozzle. Semprotan kabut ini biasanya dinyalakan oleh percikan listrik.
Apendages ketel adalah peralatan ketel yang di gunakan untuk menjamin keselamatan ketel pada waktu beroperasi/bekerja. Apendages ketel sudah ditetapkan oleh Undang-Undang. Berbagai appendages yang bersinggungan dengan uap tidak boleh menggunakan bahan dari besi tuang karena terlalu rapuh.
Berdasarkan Undang-Undang Uap tahun 1930 pasal 12 pesawat uap harus dilengkapi dengan alat pengaman yang disesuaikan dengan penggolongan ketel uapnya. Dengan adanya alat pengaman, maka boiler yang dioperasikan akan aman bagi operator dan lingkungan. Alat-alat pengaman yang ada pada boiler:
1) Katup pengaman (safety valve)
Alat ini bekerja membuang uap pada tekanan yang telah ditentukan sesuai dengan penyetelan klep pada alat ini. Umumnya pada katup pengaman tekanan uap basah (saturated steam) disetel pada tekanan 21 kg/cm2, sedangkan pada katup pengaman tekanan uap lanjut (superheated steam) di setel pada tekanan 20,5 kg/cm2. Penyetelan hanya dilakukan bersama hanya dengan petugas Badan Pembina Normal Keselamatan Kerja (BPNKK) setelah adanya pemeriksaan berkala atau revisi besar.
Terdapat empat macam jenis katup pengaman, yaitu:
Berfungsi untuk menjaga tekanan boiler tetap aman. Jika ada tekanan yang melebihi seting, maka katup akan terangkat dari kedudukannya dan uap akan keluar secara otomatis,sehngga tekanan dalam air akan turun.
Dead weight safety valve
Umumnya dipakai pada boiler yang diam. Pada tekanan normal pemberat akan menyebabkan katup terletak pada kedudukannya. Jika tekanan melebihi seting, katup akan terangkat dari kedudukannya dan uap akan keluar sehingga tekanan normal lagi. Jumlah pemberat disesuaikan dengan tekanan perencanaan.
High steam and lower safety valve
Katup ini terletak di puncak pada ketel uap Cornish dan Lancashire. Katup ini digunakan jika tekanan kerja uap lebih besar daripada seting, dan jika level air dalam boiler terlalu rendah.
Spring loaded safety valve
Biasanya dipakai pada boiler yang bergerak, misalnya pada kereta api. Terdapat dua katup yang di tempatkan pada dudukan katup. Jika tekanan melebihi seting, maka uap mendesak katup.
2) Gelas penduga (sight glass)
Gelas penduga atau disebut juga water level indicator adalah alat untuk melihat tinggi air didalam drum atas, untuk memudahakan pengontrolan air dalam ketel waktu operasi. Agar tidak terjadi penyumbatan-penyumbatan
merah akan menyala pada waktu kekurangan air.
Berfungsi untuk membuang air beserta endapan-endapan yang terjadi pada dasar drum ketel, atau digunakan untuk mengosongkan air pada saat ketel akan over houl (perbaikan keseluruhan).
4) Pengukur tekanan (manometer)
Manometer adalah alat pengukur tekanan uap di dalam ketel yang dipasang satu buah untuk tekanan uap di panasi lanjut dan satu buah lagi untuk tekan uap basah. Untuk menguji kebenaran penunjuk alat ini, pada setiap manometer di pasang kran cabang tiga yang digunakan untuk memasang manometer penera (manometer tera).
5) Pluit bahaya (Flute)
Berfungsi untuk memberikan tanda peringatan kepada operator apabila permukaan air dalam boiler turun sampai batas minimum agar operator dapat mengambil tindakan pengamanan.
c. Komponen Pendukung (auxiliaries)
1) Kran uap induk
Kran uap induk berfungsi sebagai alat untuk membuka dan menutup aliran uap keluar ketel yang terpasang pada pipa induk. Alat ini dibuat dari bahan tahan panas dan tekanan tinggi.
2) Pemipaan
Sistem pemipaan, seperti pipa-pipa penyalur uap, pemipaan yang pada sistem pengumpan air, dan sistem pembakaran dengan bahan bakar minyak dan gas.
3) Pompa dan Kran pemasukan air
Kran pemasukan air terdiri 2 (dua) buah kran yaitu satu buah kran ulir dan satu buah lagi kran arah (non return valve). Kedua alat ini terbuat dari bahan yang tahan panas dan tekanan tinggi.
4) Pemanas Udara (Air Heater)
Air heater adalah alat pemanas udara penghembus bahan bakar. Prinsip kerja air heater yaitu memanaskan udara yang lewat disela-sela pipa dialiran udara yang dihembus oleh forced draft fan (FDF). FDF merupakan alat bantu ketel yang berfungsi sebagai penghembus bahan bakar supaya mendapatkan udara penghembus yang bersuhu tinggi antara 250 - 350 derajad celsius. FDF boleh dioperasikan setelah induced draft fan (IDF) dioperasikan terlebih dahulu. Dengan adanya udara penghembus yang bersuhu tinggi, maka keuntungan yang di dapatkan antara lain:
Mempercepat terbakarnya bahan bakar, yang berarti pula
Gas bekas setelah ruang pembakaran kedua dihisap oleh blower isap (IDF) melalui saringan abu (Dast Colector) kemudian dibuang ke udara bebas melalui cerobong asap (Chimney). Pengaturan tekanan didalam dapur dilakukan pada corong keluar Blower (Exhaust) dengan katup yang diatur secara otomatis oleh alat hidrolis (Furnace Draft Control).
6) Air pengisi ketel (Boiler Feed Water)
Air pengisi ketel terdapat 2 sumber antara lain : Air kondensat dan Air bebas mineral (demineralized water).
tekanan, sehingga terjadi proses kondensasi yang mengubah exhaust steam menjadi air kondensat.
Kondensat tersebut di tampung dan dialirkan ke stasiun boiler, sebagai air pengisi ketel. Air kondensat yang memenuhi persyaratan sebagai air pengisi ketel adalah sebagai berikut:
- pH :8.5-9.5
-Total Hardness as Ca CO3(ppm) :<2 -Iron as Fe (ppm) :0.002 (max)
-Oxygen as O2 (ppm) : 0.02 (max)
7) Deaerator
8) Water treatment Plant
