BAB 1 PENDAHULUAN
I.I Latar Belakang
Air merupakan zat yang sangat dibutuhkan disetiap sektor industri termasuk pemanfaatan untuk kebutuhan energi dan pemanasan. Kebutuhan energi dan pemanasan di industri umumnya dipenuhi dengan cara memanfaatkan steam yang dibangkitkan pada suatu ketel (boiler). Air yang digunakan sebagai umpan boiler dapat diperoleh dari berbagai sumber, yaitu danau, sungai, laut, maupun sumur. Seperti telah diuraikan sebelumnya bahwa air yang tersedia selalu mengandung bermacam-macam garam, gas, limpur dan lain-lain.
Dalam prakteknya, kesulitan utama proses generasi uap terletak justru pada persiapan bahan baku yakni air yang akan diuapkan. Hal ini terutama disebabkan utilitas boiler dan pipa-pipa uap harus kedap dan tahan tekanan selama proses produksi, sehingga pembersihan atau perawatannya harus dilakukan dengan menghentikan semua proses produksi yang tentunya membuang banyak waktu dan biaya. Untuk memperlama selang waktu antar perawatan dan pembersihan boiler serta pipa-pipa penunjangnya, bahan baku air yang digunakan harus diusahakan sebersih mungkin dari faktor-faktor yang mempercepat kerusakan atau pengotoran boiler. Selain dari itu, beberapa jenis pengotor dan korosi yang parah pada komponen boiler juga dapat membahayakan mengingat boiler beroperasi pada tekanan dan suhu yang tinggi, sehingga rentan terhadap adanya sumbatan dan kelemahan dinding alat yang kecil sekalipun.
1.2 Rumusan Masalah
Bahan baku untuk air boiler haruslah tidak bersifat korosif dan membentuk kerak. Akibatnya boiler dan pipa yang umumnya berbahan baku logam menjadi terkikis dan membentuk cemaran logam dalam uap. Pengikisan yang terjadi dapat membahayakan karena pipa dan boiler yang terkikis bisa jadi tidak mampu menahan tekanan uap yang tinggi dan pecah pada saat proses produksi, sementara cemaran logam dapat berbahaya bila uap kontak langsung dengan bahan pangan
dan terjadi transfer logam kedalam pangan. Faktor pembentuk kerak umumnya merupakan kation logam yang dengan panas mencukupi dapat bereaksi dengan anion yang umum terdapat dalam air, membentuk senyawa garam atau hidroksida yang kelarutannya dalam air sangat rendah. Selain itu, pengotor-pengotor fisik lain yang tidak larut air, seperti lumpur atau kotoran inert lain, juga dapat mengerak seiring menguapnya air.
BAB II
AIR UMPAN BOILER
2.1 Pengertian
Air umpan boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses.
Dalam suatu proses produksi dalam industri, boiler merupakan suatu pembangkit panas yang penting. Sesuai dengan namanya maka fungsi dari boiler ini adalah memanaskan kembali. Dalam suatu proses industri boiler harus dijaga agar effisiensinya cukup tinggi. Oleh sebab itu adalah penting untuk menjaga kualitas air yang diumpankan untuk boiler, karena akan berhubungan dengan effisiensi dari boiler tersebut.
Memproduksi steam yang berkualitas tergantung pada pengolahan air yang benar untuk mengendalikan kemurnian steam, endapan dan korosi. Sebuah boiler merupakan bagian dari sistem boiler, yang menerima semua bahan pencemar dari sistem di depannya. Kinerja boiler, efisiensi dan umur layanan merupakan hasil langsung dari pemilihan dan pengendalian air umpan yang digunakan dalam boiler. Jika air umpan masuk boiler, kenaikan suhu dan tekanan menyebabkan komponen air memiliki sifat yang berbeda. Hampir semua komponen dalam air umpan dalam keadaan terlarut. Walau demikian dibawah kondisi panas dan tekanan hampir seluruh komponen terlarut keluar dari larutan sebagai padatan partikuat, kadang-kadang dalam bentuk Kristal dan pada waktu yang lain dalam bentuk amorph. Jika kelarutan komponen spesifik dalam air terlewati, maka akan terjadi pembentukan kerak dan endapan. Air boiler harus cukup bebas dari pembentukan endapan padat supaya terjadi perpindahan panas yang cepat dan efisien dan harus tidak korosif terhadap logam boiler.
2.2 Persyaratan Air Umpan Boiler
Air yang disuplai ke boiler untuk dirubah menjadi steam disebut air umpan. Dua sumber air umpan adalah:
1. Kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses
2. Air makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar ruang boiler dan plant proses.
Persyaratan air pengisi boiler pada dasarnya ditentukan oleh tipe boiler dan tekanan kerjanya. Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam penangan air umpan boiler, air tersebut harus mempunyai syarat-syarat sebagai berikut:
1. Air tidak boleh membentuk kerak / endapan yang membahayakan Kerak / deposit pada air umpan disebabkan oleh terbentuknya sendapan dari air, langsung pada permukaan perpindahan panas atau oleh suspensi air yang menempel pada permukaan logam menjadi keras atau lengket. Pembentukan kerak menyebabkan kesadahan dan suhu tinggi, yang biasanya berupa garam- garam karbonat dan silikat.
2. Air bebas dari zat-zat yang dapat menyebabkan korosi.
Korosi adalah kerusakan – kerusakan yang timbul pada logam yang disebabkan karena terjadinya reaksi kimia antara permukaan logam dengan media sekelilingnya.
Korosi di dalam peralatan air pengisi dapat diterangkan dengan theory electrochemical. Hal ke-2 yang mempercepat terjadinya korosi di dalam ketel uap terutama:
1) Oxygen yang terlarut 2) Asam-asam
3) Endapan yang dipermukaan, terutama yang mempunyai
electronegative terhadap baja.
si fa t 4) Gabungan logam yang tak disukai, seperti tembaga dan baja.
Ada 4 cara yang umum digunakan untuk mencegah korosi, ialah:
- Menghilangkan gas-gas yang terlarut di dalam air pengisi, terutama oxygen dan carbon dioxide yang terlarut dalam air. Hal ini dapat diatasi dengan proses aerasi. - Penetralan asam-asam dan mempertahankan alkalinity yang diinginkan dan pH di dalam air pengisi serta air ketel.
- Pembersihan mesin secara berkala.
- Meniadakan konsentrasi garam yang berlebihan. Macam-Macam Korosi diantaranya adalah:
a. Korosi oleh suhu tinggi
Pada suhu yang lebih tinggi, terutama diatas 950º F, uap dapat bereaksi dengan besi (iron):
3 Fe + 4 H2O --? Fe3O4 + 4H2 iron steam Black Magnetic Hydrogen
oxide
Pada suhu sampai 950º F reaksi korosi ini lambat. Diatas suhu ini kecepatan dipercepat, dan campuran Cr – Ni campuran KA2 dapat digunakan. Bahan-bahan ini membentuk suatu lapisan oxida pelindung pada permukaan logam, dimana hal seperti ini tak terjadi pada baja.
b. Korosi Karena Kelelahan
Dibawah keadaan yang baik untuk terjadinya korosi dan adanya tekanan, logam dapat berkarat dalam bentuk lobang yang dalam dan runcing, yang akhirnya berkembang memanjang seperti celah atau menjadi retak. Bila kejadian ini tidak dihentikan, maka bagian yang diserang ini akhirnya menjadi lemah. Penelitian secara mikroscopis menunjukkan bahwa kejadian itu terjadi dalam suatu cara yang karakteristis bahwa retak yang dihasilkan adalah transcryslline, dan dalam bentuk hampir garis lurus. Caustic Embrittlement.
Dengan macam air pengisi yang tertentu, bentuk retak yang khas dapat kelihatan di dalam plat ketel uap, terutama pada klem paku keeling di bawah
permukaan air. Retak-retak ini adalah inter crystalline dan tidak mengikuti garis tekanan maksimum.
Kejadian yang demikian ini disebut caustic embrittlemet. Keadaan seperti ini terjadi dimana konsentrasi sodium hydroxide (NaOH) ada di dalam air ketel dimana elemen-elemen lain tidak ada. Embrittlement dapat dicegah bila suatu perbandingan yang tepat antara sodium sulfat dengan sodium carbonate dipertahankan di dalam air pengisi.
3. Air tidak boleh mengakibatkan terjadinya carry over.
Carry over yang besar dihasilkan dari priming dan foaming. Faoming dapat digambarkan sebagai pembentukan sejumlah buih di dalam ketel, yang disebabkan oleh kesalahan gelembung-gelembung uap untuk bersatu dan pecah. Hal ini disertai oleh kenaikan kandungan uap air yang agak banyak di dalam uap yang dikeluarkan oleh ketel.
Priming adalah ditandai oleh sejumlah besar air yang keluar dari ketel bersama-sama dengan uap, umumnya dalam letupan-letupan yang tidak continue (intermittent) yang membahayakan pipa-pipa uap, turbine dan mesin-mesin. Hal ini dapat terjadi secara bersama-sama dngan foaming.
Permukaan air ketel yang tinggi membantu terjadinya priming. Foaming dan priming umumnya disebabkan oleh konsentrasi bahan-bahan padat yang terlarut dan bahan-bahan padat yang mengendap tinggi, mungkin diiringi adanya minyak dan sabun di dalam air, dan mendadak kapasitas di dalam ketel berubah. Keadaan ini dapat dicegah dengan mereduksi konsentrasi air ketel dengan blowdown, menghilangkan sumber-sumber kontaminasi sumber air pengisi, pembersihan ketel secara berkala dan pengaturan batas permukaan air.
Untuk menghilangkan gangguan-gangguan ini, penting untuk menyelidiki setiap air yang akan digunakan sebagai pengisi ketel dan menentukan setiap sifat dari air dan menentukan cara terbaik untuk pengolahannya.
Air umpan boiler harus memenuhi persyaratan tertentu seperti yang diuraikan dalam tabel di bawah ini :
Tabel 2.1 Persyaratan Air Umpan Boiler
Parameter Satuan Pengendalian Batas
Ph Un it 10.5 – 11.5 Conductivity µmhos/cm 5000, max TDS Pp m 3500, max P – Alkalinity Pp m -M – Alkalinity Pp m 800, max O – Alkalinity Pp m 2.5 x SiO 2 , min T. Hardness Pp m -Silica Pp m 150, max Besi Pp m 2, max Phosphat residual Pp m 20 – 50 Sulfite residual Pp m 20 – 50 pH condensate Un it 8.0 – 9.0
Persyaratan kualitas air boiler menurut American Boiler Manufacturer’s Assosiation (ABMA) dan ASME pada tabel berikut.
Tabel 2.2 Persyaratan Kualitas Air Boiler (ABMA) Tekanan (psig) Total Solids (ppm) Tot al alkalinit as Suspend ed sol id Silica (ppm) Konduktivita s Micro.ohm/c m 0 – 300 3.500 7 0 30 150 7.000 301 – 450 3.000 6 0 25 90 6.000 451 – 600 2.500 5 0 15 40 5.000 601 – 750 2.000 4 0 10 30 4.000 751 – 900 1.500 3 0 6 0 2 0 3.0 00 901 – 1.000 1.250 2 5 4 0 8 2.0 00 1.001 –1.500 1.000 2 0 21 2 15
Air kondensat biasanya dikembalikan lagi ke tangki umpan untuk menghemat pemakaian air, tetapi kualitas air kondensat tersebut harus memenuhi persyaratan seperti tabel berikut.
Tabel 2.3 Persyaratan Air Kondensat
No. Paramet
er Satuan Nilai
1 Konduktivitas mg
/l 10
2 Total Dissolved Solid mg
/l 5
3 Total solid Suspended solid mg
/l 0. 4 Total Silika mg /l 0. 05 5 Total Besi mg/l 0. 6 Total Copper mg /l 020. 7 0C 2 mg /l 1 8 Chlori de mg /l 0. 01 9 Organ ic mg/l 010.
Sumber Pullman Kellogs (1980)
2.3 Rekomendasi untuk boiler dan kualitas air umpan
Kotoran yang ditemukan dalam boiler tergantung pada kualitas air umpan yang tidak diolah,proses pengolahan yang digunakan dan prosedur pengoperasian boiler. Sebagai aturan umum, semakin tinggi tekanan operasi boiler akan semakin besar sensitifitas terhadap kotoran.
2.4 Pengolahan Air Umpan Boiler
Air umpan boiler atau Boiler Feed Water nantinya akan dipanaskan hingga menjadi steam. Karena di dalam boiler terjadi pemanasan harus diwaspdai adanya kandungan-kandungan mineral seperti ion Ca2+ dan Mg2+.Air yang banyak mengandung ion Ca2+ dan Mg2+ disebut sebagai air yang sadah (hard water). Ion-ion ini sangat berpengaruh pada kualitas air yang nantinya akan digunakan sebagai umpan boiler. Biasanya ion-ion ini terlarut dalam air sebagai garam karbonat, sulfat, bilkarbonat dan klorida. Berbeda dengan senyawa-senyawa kimia lainnya, kelarutan dari senyawa-senyawa mengandung unsur Ca dan Mg seperti CaCO3, CaSO4,MgCO3, Mg(OH)2, CaCl2,MgCL2, akan memiliki kalarutan yang makin kecil/redah apabila suhu makin tinggi. Sehingga ketika memasuki boiler, air ini merupakan masalah yang harus segera diatasi. Air yang sadah ini akan menimbulkan kerak(scalling) dan tentu saja akan mengurangi effisiensi dari boiler itu sendiri akibat dari hilangnya panas akibat adanya kerak tersebut.Selain itu yang dikhawatirkan bisa menyebabkan scalling adalah adanya deposit silika.
Dalam hal ini akan terjadi perbedaan ketika mengolah air untuk dijadikan sebagai air minum dibandingkan dengan untuk umpan boiler. Dalam pengolahan air minum mineral-mineral yang ada dalam air tidak akan dihilangkan karena mineral-mineral tersebut dibutuhkan untuk tubuh manusia. Bahkan ada perusahaan air minum yang menambahkan mineral pada air minum produksinya. Hal itu tidak boleh terjadi dalam pengolahan air untuk umpan boiler. Air minum juga harus dijaga agar bebas dari kuman penyakit dengan diberi desinfektan sedangkan air umpan boiler tidak perlu diberi desinfektan.
2.5 Sistem Pengolahan Air Pengisi Boiler
Seperti telah diuraikan sebelumnya bahwa air yang tersedia selalu mengandung bermacam- macam garam, gas, lumpur dan lain-lain. Jika air yang digunakan sebagai pengisi boiler tanpa pengolahan terlebih dahulu, maka garam – garam kalsium dan magnesium yang terkandung dalam air akan mengendap karena terkena panas. Endapan ini melekat pada dinding – dinding boiler menjadi kerak.
Ada dua jenis pengolahan air pengisi boiler, yaitu pengolahan eksternal dan pengolahan internal.
1) Pengolahan Eksternal
Pengolahan Eksternal adalah proses menghilangkan kesadahan dan partikel-partikel asing dalam air. Pengedalian mutu air tergantung pada pada tujuan penggunaan air. Umumnya air diproses untuk keperluan dengan persyaratan tertentu:
1. Air Pengolahan, yang memerlukan air yang bebas dari logam-logam katalisator perusak minyak sawit, dan senyawa-senyawa yang dapat menurunkan mutu minyak sawit seperti suspensi kolloid.
2. Umpan Boiler, yang melerukan mutu khusus yakni bebas dari logam alkali tanah yang dapat menyebabkan pembetukan kerak pada boiler. Maka perlu dikontrol dengan baik kesadahan air yang keluar dari anion exchanger. Bebas dari logam oksidator penyebab korosi dan bebas dari lumpur yang dapat merangsang pembentukan kerak serta dapat mengurangi perpindahan panas.
Pengolahan ini berupa pemberian obat-obatan atau pengolahan yang bersifat mekanis yang dilakukan terhadap air sebelum air masuk kedalam boiler dan pengolahan ini dilakukan di luar boiler.
Tujuan pengolahan ini menghilangkan zat – zat padat yang terkandung didalam air, menghilangkan gas- gas korosif, menghilangkan zat-zat yang larut dan membahayakan boiler. Pengolahan eksternal terdiri dari :
- Penjernihan
Penjernihan terdiri dari penjernihan biasa atau pengendapan dan penjernihan (clarification), koagulasi atau pengendapan dan penyaringan. Koagilasi dilakukan terhadap air keruh disebabkan oleh lumpur halus yang sukar mengendap ( 1 – 100 mm) sehingga tidak dapat disaring.
Prinsip koagulasi lumpur halus bermuatan negatif ditambahkan unsur – unsur bermuatan positif, maka muatan negatif akan dinetralisir dan tidak selalu
bergerak, sehingga dapat mengendap sebagai flok. Unsur – unsur yang dipakai adalah garam –garam alumunium sulfat, besi sulfat dan besi klorida.Untuk mengetahui jumlah garam alumunium sulfat dengan proses Jar Test. Penjernihan dengan koagulasi terdiri dari 3 tahap yaitu :
- Pencampuran dengan alumunium sulfat - Pembentukan flok
- Pengendapan
Koagulasi yang baik akan menghasilkan air yang jernih dan tidak berwarna. Koagulasi diikuti penyaringan menggunakan saringan pasir cepat. Karakteristik air setelah koagulasi adalah air jernih tidak berwarna, air netral, alkalinitas sedikit turun, belum dapat dipakai untuk air pengisi boiler tanpa pengolahan lebih lanjut.
- Pelunakan
Pengolahan secara eksternal di maksudkan untuk menurunkan nilai kesadahan melalui proses pelunakan dan mengurangi konsentrasi gas – gas terlarut terutama gas O2. proses pelunakan adalah pengolahan air untuk mengurangi kesadahan Ca2+ dan Mg2+. Proses pelunakan yang sering digunakan dalam penyediaan air umpan boiler adalah proses pertukaran kation non hardness dari unggun resin penukar ion. Unggun resin merupakan sebuah kolom yang diisi oleh resin penukar ion. Pada saat operasi aliran air dimasukkan dari bagian atas.
Reaksi pertukaran kation :
Ca/Mg – anion + 2NaR ? Ca/Mg – R + 2Na – anion
Reaksi berlangsung spontan dan sempurna sepanjang ruang kolom. Pertukaran kation masih ada atau belum tercapai breakthrough. Tercapainya kondisi breakthrough menunjukkan kemampuan pertukaran kation berkurang yang ditandai dengan terdeteksi dengan terdeteksinya kesadahan dialiran keluar resin. Dalam kondisi ini kolom resin perlu diregenarasi agar kemampuan pertukaran pulih kembali.
Proses regenasi dilakukan dengan mengalirkan larutan garam sehingga terjadi reaksi :
Ca/Mg – R ? Ca/Mg – Cl + 2 NaR
Sebelum digunakan perlu dilakukan pencucian atau pembilasan dengan air lunak untuk menghilangkan kelebihan NaCl yang tersisa diunggun resin. Air regenerasi biasanya memerlukan 80 – 160 kg NaCl untuk setiap 1 m3 resin dengan larutan garam 5 – 20%. Laju air garam yang digunakan berkisar 40 l/menit.m2.
Proses pelunakan air dengan resin penukar ion ini lebih efisien dan praktis dibandingkan dengan proses pelunakan menggunakan pengendapan kimia karena tidak menghasilkan lumpur, peralatan sederhana dan mudah dioperasikan.
? Deaerasi
Dalam deaerasi, gas terlarut, seperti oksigen dan karbon dioksida, dibuang dengan pemanasan awal air umpan sebelum masuk ke boiler. Seluruh air alam mengandung gas terlarut dalam larutannya. Gas-gas tertentu seperti karbon dioksida dan oksigen, sangat meningkatkan korosi. Bila dipanaskan dalam sistim boiler, karbon dioksida (CO2) dan oksigen (O2) dilepaskan sebagai gas dan bergabung dengan air (H2O) membentuk asam karbonat (H2CO3). Penghilangan oksigen, karbon dioksida dan gas lain yang tidak dapat teremb unkan dari air umpan boiler sangat penting bagi umur peralatan boiler dan juga keamanan operasi. Asam karbonat mengkorosi logam menurunkan umur peralatan dan pemipaan. Asam ini juga melarutkan besi (Fe) yang jika kembali ke boiler akan mengalami pengendapan dan meyebabkan terjadinya pembentukan kerak pada boiler dan pipa. Kerak ini tidak hanya berperan dalam penurunan umur peralatan tapi juga meningkatkan jumlah energi yang diperlukan untuk mencapai perpindahan panas. Macam deaerasi yaitu:
- De-aerasi mekanis
De-aerasi mekanis untuk penghilangan gas terlarut digunakan sebelum penambahan bahan kimia untuk oksigen. De-aerasi mekanis didasarkan pada hukum fisika Charles dan Henry. Secara ringkas, hokum tersebut menyatakan bahwa penghilangan oksigen dan karbondioksida dapat disempurnakan dengan pemanasan air umpan boiler, yang akan menurunkan konsentrasi oksigen dan karbon dioksida di sekitar atmosfir air umpan. De-aerasi mekanis dapat menjadi
yang paling ekonomis, beroperasi pada titk didih air pada tekanan dalam de-
aerator. Deaerasi mekanis dapat berjenis vakum atau bertekanan. De-aerator jenis
vakum beroperasi dibawah tekanan atmosfir, pada suhu sekitar 82 oC, dan dapat menurunkan kandungan oksigen dalam air hingga kurang dari 0,02 mg/liter. Pompa vakum atau steam ejectors diperlukan untuk mencapai kondisi vakum.
De-aerator jenis bertekanan beroperasi dengan membiarkan steam menuju air umpan melalui klep pengendali tekanan untuk mencapai tekanan operasi yang dikehendaki, dan dengan suhu
minimum 105oC. Steam menaikan suhu air menyebabkan pelepasan gas O 2
dan CO2 yang dikeluarkan dari sistim. Jenis ini dapat mengurangi kadar oksigen hingga 0,005 mg/liter.
- De-aerasi kimiawi
Sementara deaerators mekanis yang paling efisien menurunkan oksigen hingga ke tingkat yang sangat rendah (0,005 mg/liter), namun jumlah oksigen yang sangat kecil sekalipun dapat menyebabkan bahaya korosi terhadap sistim. Sebagai akibatnya, praktek pengoperasian yang baik memerlukan penghilangan oksigen yang sangat sedikit tersebut dengan bahan kimia pereaksi oksigen seperti sodium sulfit atau hidrasin. Sodium sulfit akan bereaksi dengan oksigen membentuk sodium sulfat yang akan meningkatkan TDS dalam air boiler dan meningkatkan blowdown dan kualitas air make-up. Hydrasin bereaksi dengan oksigen membentuk nitrogen dan air. Senyawa tersebut selalu digunakan dalam boiler tekanan tinggi bila diperlukan air boiler dengan padatan yang rendah, karena senyawa tersebut tidak meningkatkan TDS air boiler.
2) Pengolahan Internal
Pengoahan Internal (Internal Treatment) adalah pengkondisian Air boiler dengan bahan kimia treatment & pengaturan lainnya dengan tujuan agar Korosi, Pengerakan dapat dihindari dan kemurnian uap terjaga baik. Pengolahan ini dengan cara pemberian bahan kimia langsung kedalam boiler bersama-sama
dengan air pengisi boiler. Reaksi yang terjadi menyebabkan naiknya kandungan zat padat / endapan yang dapat menyebabkan pembusaan / primming dan carry over. Jumlah zat padat dapat ditekan dengan pengaturan blowdown, sehingga permasalahn yang terjadi dapat diatasi.
Tujuan pengolahan ini untuk mengatur atau mengontrol zat-zat padat, alkalinitas,kelebihan fosfat, gas-gas korosif, menghindarkan timbulnya endapan- endapan yang dapat melekat dan mengeras pada dinding atau pipa-pipa boiler dan membuat lapisan boiler lebih tahan terhadap korosi. Beberapa mekanisme yang terjadi dalam Internal Treatment, antara lain:
1. Mereaksikan kesadahan dengan bahan kimia, agar kerak calcium carbonate yang keras berubah menjadi endapan yang lunak berlumpur sehingga bisa dibuang melalui blow-down.
2. Mengkondisikan pH/Alkalinity air boiler untuk menghindarkan pengerakan silica.
3. Penggunaan anti-busa (anti foam) untuk mencegah potensi pembusaan yang akan mengakibatkan terjadinya carry-over dan menurunkan kemurnian uap.
Beberapa jenis bahan kimia yang umum dipergunakan dalam Internal treatment adalah sbb:
? Fosfat (jenis ortho ataupun polyfosfat): bereaksi kesadahan calcium untuk menetralisir kesadahan air dengan membentuk hydrat tricalcium fosfat yang berbentuk lumpur dan dapat dibuang melalui blow down secara terus-menerus atau secara berkala melalui bawah ketel.
? Natural and synthetic dispersants (Dispersant): meningkatkan sifat dispersif Air Boiler. Beberapa contoh Polymeric Dispersant adalah:
- polimer Alam : lignosulphonates, tannin
- Polimer sintetik : polyacrylates, maleat acrylate copolymer, maleat styrene copolymer,dsb.
? Sequestering agents (anti scale) seperti phoshate organic (phosphonates), Polymaleic acid (PMA), Sulfonated co-polymer, dsb.
? Oxygen scavengers (Pemakan Oksigen):seperti natrium sulfit, tannis, hidrazin, hidroquinon / progallol berbasis derivatif, hydroxylamine derivatif, asam askorbat derivatif, dll. Oxygen Scavengers ini, dikatalisasi ataupun tidak, akan mengurangi kadar oksigen terlarut dalam feed-water. Beberapa jenis dari oxygen scavenger ini juga berfungsi sebagai passivator untuk mem-passivasi permukaan logam seperti Hydrazine, Hydroxylamine derivate,dll. Pilihan produk dan dosis yang diperlukan akan tergantung pada jenis alat mekanis yang digunakan (Deaeator atau Heating Tank)
? Anti-foaming or anti-priming agents : campuran bahan aktif permukaan yang mengubah tegangan permukaan cairan, menghilangkan busa dan mencegah terbawa air halus partikel.
2.6 Sumber Air Umpan
Sumber air umpan boiler terdiri dari : 1. Air Sumur
Umumnya air sumur banyak mengandung Total Suspended Solid (Turbidity) dan mineral-mineral terlarut yang tergabung dalam Total Dissolved Solid sehingga bila akan di gunakan sebagai air umpan boiler maka harus di analisa terlebih dahulu dan berdasarkan hasil analisa air sumur tersebut akan dapat di rekomendasikan alat-alat sebagai pretreatment sebelum di gunakan sebagai air umpan boiler. Biasanya pengetahuan awal terhadap air sumur berbeda-beda tergantung kandungan impuritiesnya serta lokasi sumur air tersebut.
2. Air PDAM
Air ini di produksi untuk konsumsi sebagai air minum, tetapi bagi industri/pabrik yang tidak mempunyai sumber air sumur yang memenuhi standard, maka menggunakan air PDAM guna memenuhi kebutuhan produksi termasuk keperluan operasi boiler. Bila di lihat dan di analisa secara kimiawi air PDAM ini masih mengandung hardness cukup tinggi dan chlorine dimana hardness adalah sumber utama pembentukan kerak sedangkan chlorine bersifat korosif sekali terhadap logam besi. Bila akan di gunakan untuk boiler biasanya dilakukan pretreatment terlebih dahulu seperti carbon filter untuk menghilangkan
chlorine dan water serta water softener di gunakan untuk menghilangkan hardness. Dari segi biaya menggunakan air PDAM jauh lebih mahal bila di bandingkan dengan penggunaan air sumur dalam.
3. Air Permukaan
Seperti air kali/danau dapat juga digunakan untuk air umpan boiler dan air produksi namun harus melalui pengolahan awal. Air ini umumnya kandungan mineralnya rendah tetapi Total Suspened Solidnya yang tinggi seperti turbidity serta pH yang tidak stabil. Untuk penggunaan boiler maka sebaiknya air tersebut di analisa terlebih dahulu dan setelah itu dapat di rekomendasikan pretreatment yang cocok karena pengolahan air kali lebih complex bila di bandingkan dengan air sumur.
2.7 Parameter Analisis Air Pada Air Umpan Boiler 1. pH
Kata pH adalah singkatan dari "pondus Hydrogenium". Hal ini secara harfiah berarti berat hydrogen. pH adalah indikasi untuk jumlah ion hydrogen di air yang terdiri dari ion hidrogen (H+) dan ion hidroksida (OH-). pH tidak memiliki unit, melainkan hanya dinyatakan sebagai sebuah nomor. Ketika sebuah larutan yang netral, jumlah ion hidrogen sama dengan jumlah ion hidroksida. Ketika jumlah ion hidrogen yang lebih tinggi, larutannya adalah asam. Ketika jumlah ion hidroksida lebih tinggi, Larutannya adalah basa.
Harga pH pada air umpan boiler dan air pendingin penting untuk diperhatikan untuk mencegah terjadinya korosi. Terdapat hubungan antara pH dan laju terjadinya korosi pada bahan konstruksi dari loga mild steel yang menunjukan adanya kecenderubgan menurunnya korosi dengan naiknya harga pH. Namun pada bahan konstruksi dari logam Cu terjadi sebaliknya, yaitu kecenderungan laju korosi menaik dengan menaiknya harga pH di atas pH 9.
Berkaitan dengan pH adalah asiditas (keasaman), merupakan ukuran yang menentukan jumlah basa kuat yang diperlukan untuk mengganti kation di dalam air. Asiditas disebabkan oleh kehadiran ion H+ yang terdesosiasi dari anion
dan sebagian asam-asam organic. Nilai pH air dalam kondisi ini biasanya lebih besar dari 4,5. Dalam air tercemar, kehadiran asam kuat akan menyebabkan pH air bisa lebih kecil dari 4,5. Dalam kondisi ini, dikatakan air mengandung asam mineral bebas.
PH merupakan indikasi untuk keasaman suatu zat. Hal ini ditentukan oleh jumlah ion hidrogen bebas (H+) dalam suatu zat. Keasaman adalah salah satu hal yang paling penting dari sifat-sifat air. Air adalah pelarut untuk hampir semua ion. pH berfungsi sebagai indikator yang membandingkan beberapa ion yang paling larut dalam air. Hasil pengukuran pH ditentukan oleh pertimbangan antara jumlah ion H+ dan jumlah ion hidroksida (OH-).Larutan akan memiliki pH sekitar 7, ketika jumlah ion H+ sama dengan jumlah OH- ion, sehingga air netral.
pH adalah faktor logaritmik, ketika sebuah larutan menjadi sepuluhkali lebih asam, pH akan jatuh oleh satu unit.. Ketika sebuah larutan menjadi seratus kali lebih asam, pH akan jatuh oleh dua unit. Semakin jauh pH terletak di atas atau di bawah 7, bisa disebut dengan pH alkalinitas.
Tingkat kadar pH air umpan boiler yang benar harus diterapkan untuk mencegah terjadinya korosi. Umumnya, kadar pH berkisar antara 7-9. Bila pH berada di luar batas rekomendasi maka untuk mengontrolnya dibutuhkan beberapa tahap, yaitu :
a. Bila pH rendah ditambah dosis alkali booster
b. Bila pH tinggi hentikan pemakaian alkali booster dan lakukan blowdown.
2. Konduktivitas
Daya hantar listrik adalah kemampuan dari larutan untuk menghantarkan arus listrik yang dinyatakan dalam µmhos/cm atau µsiemens/cm (1µmhos/cm = µsiemens/cm). kemampuan ini desibabkan oleh kehadiran senyawa terlarut yang terdisosiasi menjadi kation dan anion. Pengukuran DHL dilakukan dengan alat konduktometer. Air murni bukan merupakan konduktir atau penghantar listrik yang baik. Air hasil destilasi yang berkesetimbangan dengan gas CO2 di atmosfir mempunyai nilai konduktivitas atau daya hantar listrik sekitar 70.10-6 Ω-1.m-1
(µnho/m). untuk keperluan yang sangat khusus seperti air pembilasan (rising) industri semikonduktor diperlukan air dengan nilai daya hantar listrik yang rendah, sekitar 5,5.10-6 Ω-1m-1 (µmho/m). Dalam larutan encer (TDS < 1000mg/l dan konduktivitas < 2000 µmho/cm) nilai TDS = 0,5 konduktivitas, sedangkan semakin tinggi konsentrasi TDS nilai perbandingan ini akan semakin besra. Jika nilai TDS atau konduktivtitas meningkat maka nilai korosifitas air akan lebih besar. Harga daya hantar listrik dari umpan air boiler deperhatikan untuk mencegah terjadinya endapan kerak pada bagian permukaan perpindahan panas dan juga untuk menjaga kemurnian steam yang terbentuk. 3 Alkalinitas Alkalinitas didefinisikan sebagai jumlah anion dalam air yang akan bereaksi untuk menetralkan ion H, merupakan suatu ukuran kemampuan air menetralisasi asam. Parameter yang tergolong alkalinitas: - CO
2 -, HCO 3 -, H 2 BO 3 -, HS-, CO 2 - OH-, HSiO3-, H2PO4-, NH3. Parameter yang sering diperhatikan sebagai alkalinitas adalah bikarbonat (HCO3-), karbonat (CO2-), dan hidroksida (OH-) dan kadang- kadang juga ion silikat dan phospat, dan lainnya sehingga alkalinitas bikarbonat dan alkalinitas hidroksida. Penamaan lain dari alkalinitas berdasarkan metoda uji terhadap harga alkalinitas adalah alkalinitas-P phenolphthalein dan alkalinitas-M Methyl orange. Harga alkalinitas tinggi tidak dikehendakiuntuk air umpan boiler karena dapat menimbulkan pembusaan yang dapat mengakibatkan terjadinya carry-over, dapat menimbulkan perapuhan konstruksi boiler dan korosi.
Penurunan harga alkalinitas pada air umpan boiler disamping dapat untuk meminimkan pembentukan CO2 juga dapat mengurangi biaya pengolahan secara kimia. Gas CO2 yang terlarut dalam air juga berasal dari transfer CO2 dari udara dan respirasi mikroorganisme. Gas CO2 ini akan melarutkan mineral magnesium dan kalsium dalam bentuk CaCO3 atau MgCO3, dan mengasilkan komponen hardness dan alkalinitas menurut reaksi: H2O + CO2 + MgCO3 Mg(HCO3)2 ≈ Mg2+ + 2(HCO 3 -) H 2 O + CO 2 + CaCO 3 Mg(HCO 3 ) 2 ≈ Mg2+ + 2(HCO 3 -) Air baku yang tercemar mempunyai nilai alkalinitas yang berasal dari bikarnonat. Dalam kondisi ini, nilai pH air tidak melebihi 8,3. jika dalam air baku terkandung ion karbonat nilai pH air bisa melebihi nilai 8,3. Pengukuran alkalinitas dilakukan
dengan titrasi dengan asam. Jika digunakan H2SO4 0,02 N sebagai titran, maka a ml asam dapat menetralisir 1 mg alkalinitas sebagai CaCO3.
Konversi karbonat menjadi bikarbonat pada prinsipnya sempurna pada pH 8,3. Tetapi karena bikarbonat juga merupakan spesi alkalinitas sehingga masih dibutuhkan sejumlah asam yang sama untuk menyempurnakan netralisasi. Dengan demikian netralisasi CO3- pada pH 8,3 hanya setengahnya. Konversi OH- menjadi air berlangsung sempurna pada pH 8,3 sehingga semua OH¬ dan setengah CO3 -ikut terukur pada pH 8,3. Pada pH 4,5 semua bikarbonat telah terkonversi menjadi asam karbonat, termasuk bikarbonat hasil netralisasi karbonat. Sehingga jumlah asam yang diperlukan u untuk menitrasi contoh air sampai pH 4,5 eqivalen dengan alkalinitas total dalam air.
P-Alkalinitas adalah nilai alkalinitas yang ditunjukan oleh jumlah asam yang diperlukan untuk mencapai pH air contoh menjadi 8,3 sedangkan M- alkalinitas adalah nilai alkalinitas yang ditunjukan o;eh jumlah asam yang diperlukan untuk mencapai pH air contoh dari 8,3 menjadi 4,5.
Nilai konduktivitas merupakan ukuran terhadap konsentrasi total elektrolit di dalam air.Kandungan elektrolit yang pada prinsipnya merupakan garam-garam yang terlarut dalam air, berkaitandengan kemampuan air di dalam menghantarkan arus listrik. Penentuan konduktivitas dilakukan dengan prosedur sebagai berikut :
? Alat yang digunakan adalah konduktometer yang sebelumnya telah dikalibrasi dengan larutan KCl 0,1 M, dimana temperaturnya dianggap 25
o
C. Konduktivitas dari larutan KCl 12,88 mS/cm.
? Sampel air yang akan dianalisa dimasukkan dalam gelas kimia lalu diukur konduktivitasnya dengan cara mencelupkan elektroda kaca ke dalam sample tersebut dengan memijit tombol "cond" nilai konduktivitas akan segera muncul.
3. Kesadahan
Kesadahan air adalah kandungan mineral-mineral tertentu di dalam air, umumnya ion kalsium (Ca) dan magnesium (Mg) dalam bentuk garam karbonat. Air sadah atau air keras adalah air yang memiliki kadar mineral
yang tinggi, sedangkan air lunak adalah air dengan kadar mineral yang rendah. Selain ion kalsium dan magnesium, penyebab kesadahan juga bisa merupakan ion logam lain maupun garam-garam bikarbonat dan sulfat. Untuk air umpan boiler, kesadahan harus dijaga kurang dari 80 mg/lt CaCO3 agar tidak menyebabkan korosi.
Metode paling sederhana untuk menentukan kesadahan air adalah dengan sabun. Dalam air lunak, sabun akan menghasilkan busa yang banyak. Pada air sadah, sabun tidak akan menghasilkan busa atau menghasilkan sedikit sekali busa. Cara yang lebih kompleks adalah melalui titrasi. Kesadahan air total dinyatakan dalam satuan ppm berat per volume (w/v) dari CaCO3.
Air sadah tidak begitu berbahaya untuk diminum, namun dapat
menyebabkan beberapa masalah. Air sadah dapat
menyebabkanpengendapan mineral, yang menyumbat saluran pipa dan keran. Air sadah juga menyebabkan pemborosan sabun di rumah tangga, dan air sadah yang bercampur sabun dapat membentuk gumpalan scum yang sukar dihilangkan. Dalam industri, kesadahan air yang digunakan diawasi dengan ketat untuk mencegah kerugian. Untuk menghilangkan kesadahan biasanya digunakan berbagai zat kimia, ataupun dengan menggunakan resin penukar ion. Air sadah digolongkan menjadi dua jenis, berdasarkan jenis anion yang diikat oleh kation (Ca2+ atau Mg2+), yaitu air sadah sementara dan air sadah tetap.
4. Turbidity
Kekeruhan dapat didefinisikan sebagai sifat optic dari suatu larutan yang menyebabkan cahaya yang melaluinya terabsorbsi atau terbiaskan. Nilai kekeruhan bisa menunjukan tingkat atau kadar padatan tersuspensi didalam air. Cara menentukan kekeruhan adalah sebagai berikut :
? Kekeruhan diukur dengan alat yang dinamakan turbiditimeter dengan satuan NTU (Net Turbidity Unit).
? Sebelum digunakan alat dikalbrasi dengan larutan yang mempunyai kekeruhan 25 NTU. Skala diputar sampai layar menunjukkan 25 NTU.
? Sample dimasukkan ke dalam botol sample ditutup, dimasukkan ke dalam alat ukur, nilainya akan terlihat dalam layar.
5. TSS (Total Suspenden Solid)
Padatan tersuspensi dalam jumlah besar didalam air umpan boiler tidak dikehendaki karena dapat menyebabkan terjadinya endapan di dalam boiler dan membentuk kerak. Padatan tersuspensi pada umumnya mengandung Lumpur, humus, buangan industri dan lainnya. Sumber dari padatan tersuspensi berasal dari:
? Padatan anorganik : lempung, kerikil, da padatan buangan industri ? Padatan organic : serat tumbuhan, mikroba, sisa buangan domestik dan
industr
? cairan tak larut seperti lemak dan minyak
Pengukuran padatan tersuspensi dilakukan secara gravimetrik dengan satuan ppm. Ukuran diameter dari padatan tersuspensi antara 1-100 µm. parameter padatan tersuspensi biasanya digunakan dalam pembahasan kualitas air limbah. Padatan tersuspensi memberikan sifat keruh terhadap air.
BAB III PENUTUP
3.1 Kesimpulan
- Air yang disuplai ke boiler untuk dirubah menjadi steam disebut air umpan. Dua sumber air umpan adalah:
1. Kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses
2. Air makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar ruang boiler dan plant proses.
- Secara umum persyaratan air pengisi boiler adalah :
? Air tidak boleh membentuk kerak / endapan yang membahayakan. ? Air tidak boleh korosif terhadap dinding atau pipa – pipa boiler ? Air tidak boleh mengakibatkan terjadinya “carry over”
- Ada dua jenis pengolahan air pengisi boiler yaitu : ? Pengolahan ekstrnal
? Pengolahan internal
- Sumber air umpan boiler terdiri dari : ? Air Sumur
? Air PDAM ? Air Permukaan
DAFTAR PUSTAKA
Zulkarnain.Modul Utilitas.Pengolahan Air Umpan Boiler.2012. Palembang. Politeknik Negeri Sriwijaya.
http://id.scribd.com/doc/34452011/Pengolahan-Air-Umpan-Boiler,diakses p ada tanggal 2 Desember 2012. http://ariacp.blogspot.com/2011/06/air-ketel-danpengolahannya.html,diakses p ada tanggal 10 Desember 2012. http://vionaadistie.blogspot.com/2011/01/pengolahan-boiler.html,diakses ta nggal 10 Desember 2012.
http://visco-chem.com/staticpage/sumber-air-umpan,diakses p ada tanggal 5 Desember 2012
