Pertemuan
Pertemuan : : 99 Mata
Mata Kuliah Kuliah : : Instalasi Instalasi Pembangkit Pembangkit Tenaga Tenaga UapUap Dosen
Dosen : : Ir. Ir. Budi Budi Kaliwanto, Kaliwanto, MT.MT.
Bagian/Kompone
Bagian/Komponen Ketel n Ketel Uap (Boiler)Uap (Boiler)
1.
1. PendahuluanPendahuluan
Ketel uap (boiler) merupakan salah satu peralatan yang sangat penting di dalam suatu Ketel uap (boiler) merupakan salah satu peralatan yang sangat penting di dalam suatu pembangkit
pembangkit tenaga tenaga listrik, listrik, instalasi instalasi pemanas, pemanas, dan dan tenaga tenaga penggerak penggerak lainnya. lainnya. Alat Alat iniini merupakan penukar kalor untuk menghasilkan/membangkitkan uap air (steam generator), merupakan penukar kalor untuk menghasilkan/membangkitkan uap air (steam generator), dimana energi panas yang dihasilkan dari pembakaran diubah menjadi energi potensial dimana energi panas yang dihasilkan dari pembakaran diubah menjadi energi potensial yang berupa uap. Uap yang mempunyai tekanan dan temperatur tinggi tersebut yang berupa uap. Uap yang mempunyai tekanan dan temperatur tinggi tersebut digunakan sebagai media penggerak utama turbin uap atau alat pemanas lainnya. Energi digunakan sebagai media penggerak utama turbin uap atau alat pemanas lainnya. Energi panas diperoleh dengan jalan pembakaran bahan
panas diperoleh dengan jalan pembakaran bahan bakar di ruang bakar.bakar di ruang bakar.
Air merupakan fluida utama sebagai media kerja di dalam boiler. Boiler mengubah 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 air menjadi uap melalui proses perpindahan panas. Panas dari ruang bakar/dapur berasal dari pembakaran bahan bakar baik padat, cair maupun gas.
dari pembakaran bahan bakar baik padat, cair maupun gas.
Sebagai perangkat yang beroperasi pada temperatur dan tenkanan yang tinggi, boiler Sebagai perangkat yang beroperasi pada temperatur dan tenkanan yang tinggi, boiler memiliki risiko kecelakaan seperti kebakaran dan ledakan. Oleh karena itu boiler memiliki risiko kecelakaan seperti kebakaran dan ledakan. Oleh karena itu boiler memiliki persyaratan-persyaratan dan baku mutu (standar mutu) mulai dari perancangan, memiliki persyaratan-persyaratan dan baku mutu (standar mutu) mulai dari perancangan, pengoperasian, perawatan, maupun op
pengoperasian, perawatan, maupun operator yang menjalankan.erator yang menjalankan.
Beberapa peraturan dan standar yang berkaitan dengan instalasi pembangkit tenaga Beberapa peraturan dan standar yang berkaitan dengan instalasi pembangkit tenaga uap adalah sebagai berikut:
uap adalah sebagai berikut:
•
• Undang-Undang Uap Tahun 1930Undang-Undang Uap Tahun 1930 •
• Peraturan Uap tahun 1930Peraturan Uap tahun 1930 •
• Undang- undang No.1 tahun 1970Undang- undang No.1 tahun 1970 •
• American Sociaty of American Sociaty of Mechanical Engineers Mechanical Engineers (ASME) Boiler and Pressure Vessel Code, (ASME) Boiler and Pressure Vessel Code, Section I, II and V
Section I, II and V
Proses pembangkitan uap dilakukan mulai dari pembakaran bahan bakar, pemompaan Proses pembangkitan uap dilakukan mulai dari pembakaran bahan bakar, pemompaan air kedalam bo
terdiri dari kompunen utama, peralatan pengangan (apendages), dan komponen bantu (auxilaries).
2. Komponen Boiler a. Komponen utama
Komponen utama terdiri dari: 1) Dapur ( furnace)
Dapur pembakaran 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.
Tipe furnace berdasarkan jenis bahan bakar a. Type Silinder Vertikal
Bentuk dari furnace ini ialah berupa silinder tegak dari steel, tube yang menerima panas secara radiasi disusun sedemikian rupa secara vertical dan setiap sambungan pipa digunakan U bend. Tempat pembakaran bahan bakar terletak pada bagian bawah
sehingga nyala api sejajar dengan susunan tube yang dipasang di dalam dapur. Furnace jenis ini dapat dirancang tanpa adanya area konveksi, sesuai dengan kebutuhan pemanasan. Apabila dirancang denagan area konveksi maka tube yang dapat digunakan ialah bare tube dan finned tube tetapi pada umumnya digunakan bare tube untuk mempercepat perpindahan panas secara konveksi.
b. Type Box
furnace ini memiliki bentuk box atau kotak atau sering juga disebut tipe kabin, area pemanasan secara radiasi dan konveksi dipisahkan oleh dinding. Umunya tipe ini
digunakan pada pemanasan destilasi minyak bumidan destilasi vacum. Tube pada area radiasi tersusun horizontal sepanjang sisi vertical wall, burner dipasang pada sisi furnace. Pemanas jenisi ini terdiri dari ruang pembakaran dan ruang konveksi yang dipisahkan oleh dinding penyekat yang disebut dengan bridge wall. Tube yang digunakan pada furnace ini ialah tube yang terbuat dari material high chorme content alloy dengan 25% cr yang tahan terhadap temperatur yang tinggi tetapi harga dari jenis furnace ini memiliki harga yang cukup tinggi.
c. Visbreaker Charge Furnace
Furnace jenis ini juga berbentuk box, tetapi posisi burnernya terletak pada lantai heater dan biasanya menggunakan single pass (aliran) serta ada juga yang menggunakan multi pass. Area radiasi terdiri dari hip section dan wall tube section
dan biasanya type ini tidak dilengkapi dengan area konveksi. Karena area burner terletak dibawah lantai furnace sehingga lantai furnace didesain setinggi 6 feet dari lantai dasar. Untuk mendapatkan hasil yang maksimal serta proses pengontrolan yang mudah maka furnace tipe ini dilengkapi dengan stack damper, snuffing steam, draft gauge, indikator temperatur dan thermocouple. Pengoperasian visbreakre biasanya dilakukan untuk pemanasan dengan temperatur tinggi seperti pemanasan minyak fraksi berat minyak bumi dengan temperatur operasi sekitar 930°F.
d. Type High Pressure Box
Jenis ini biasanya digunakan pada pengolahan lanjutan fraksi minyak bumi seperti Reforming dang Hirdocracking unit. Furnace ini beroperasi pada tekanan dan temperatur yang tinggi yaitu 2200 psig dan temperatur 700°F. Tube dipasang secara bergantung dari atap furnace secara vertical ke lantai. Area burner terletak pada dasar
lantai furnace. Pembakaran terletak pada dua tempat yaitu pembakaran yang besar berada pada bagian tengah, sedangkan pembkaran yang kecil berada di area pinggir. Untuk mencegah terjadi kehilangan panas maka digunakan isolasi berjenis high duty fire brick.
2) Alat penguap (eveporator)
Alat yang mengubah energi pembakaran (energi panas) menjadi energi potensial uap. Alat ini terdiri dari pipa atau tabung penguap (riser tube), drum uap (steam drum) dan drum air (water atau mud drum) serta pipa penyalur turun (down comer tube).Pada bagian ini terjadi proses perpindahan panas (heat transfer) antara gas panas dari tungku dengan air dalam pipa-pipa yang mengubah air menjadi uap. Sistem pemipaan tergantung tipe boiler,seperti pipa api pada boiler pipa api, dan pipa air pada boiler pipa air
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 (Superheater 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 superheater 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.
b. Peralatan Pengaman Boiler ( Apendages)
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: Lever safety valve
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.
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.
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 pada kran-kran uap dan air pada alat ini, maka perlu diadakan spui air secara
priodik pada semua kran
minimal setiap 3 (tiga) jam. Gelas penduga ini dilengkapi dengan alat pengontrol air otomatis, bel akan berbunyi
dan lampu merah akan menyala pada waktu kekurangan air.
3) Kran penguras / kran Sprei air (blow down valve)
Kran sprei air ini dipasang 2 tingkat, satu buah kran buka cepat (Quick Action Valve) dan satu buah lagi kran ulir . bahan dari kedua kran ini dibuat dari bahan yang tahan tekanan dan temperature tinggi. 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
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
Pompa ini bertugas selain mengisi air kedalam boiler, juga berfungsi untuk menaikkan tekanan air dan uap sesuai dengan ekanan kerja boiler.
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 memeprcepat
pembuatan uap atau steam
Mengurangi jumlah bahan bakar persatuan uap, yang berarti boiler efficiency
bertambah.
Produksi uap lebih tinggi
5) Sistem Gas Buang ( Flue Gas)
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 ).
Air kondensat, di dapatkan dari hasil kondensasi uap bekas (exhaust steam) yang telah di gunakan sebagai pemanas pada proses produksi yang lain. Terjadinya pengembunan uap bekas adalah sebai berikut: Steam sebagai media dalam bentuk uap kering (super heated steam), setelah digunakan sebagai penggerak utama, masih dalam bentuk uap, sehinggadisebut uap bekas (exhaust steam). Exhaust steammasih dapat di manfaatkan sebagai pemanas dalam proses produksi yang lain. Dari hasil pertukaran panas tersebut uap bekas mengalami penurrunan temperatur dan tekanan, sehingga terjadi proses kondensasi yang mengubah exhaust steam menjadi air kondensat.
Hal-hal yang mempengaruhi efisiensi boiler adalah bahan bakar dan kualitas air umpan boiler. Parameter-parameter yang mempengaruhi kualitas air umpan boiler antara lain :
1. Oksigen terlarut, dalam jumlah yang tinggi dapat menyebabkan korosi pada peralatan boiler.
2. Kekeruhan, dapat mengenda pada perpipaan dan peralatan proses serta mengganggu proses.
3. PH. Bila tidak sesuai dengan standar kualitas air umpan boiler dapat menyebabkan korosi pada peralatan
4. Kesadahan, merupakan kandungan ion Ca dan Mg yang dapat menyebabkan kerak pada peralatan serta perpipaan boiler sehingga menimbulkan local overheating
5. Fe, dapat menyebabkan air bewarna dan mengendap disaluran air dan boiler bila teroksidasi oleh oksigen
Sedangkan syarat
–
syarat yang harus dipenuhi agar air pengisi ketel tidak menjadikan permasalahan dalam boiler adalah :a) Oxygen terlarut: lebih baik 0 dan tidak lebih dari 0,05 cc/L untuk ketel uap, dimana digunakan economizer dengan pipa-pipa baja.
b) PH tidak kurang dari 7, kebasaan yang berlebihan dari yang dibutuhkan untuk pengolahan atau perlindungan terhadap pipa-pipa pengisi atau asam nitrat, harus dibuat seminimum mungkin. Jika PH lebih dari 7 maka akan menyebabkan pipa-pipa dan komponen boiler mudah terkena korosi
c) Kesadahan: lebih baik bila 0, tidak lebih dari 26 ppm yang dinyatakan dalam calcium carbonat.
d) Chloride: diinginkan yang serendah mungkin. Bila digunakan untuk condenser tidak boleh lebih dari 6 ppm dalam bentuk chlorine.
e) Minyak harus tidak ada.
f) Jumlah bahan padat harus dibuat menjadi seminimum mungkin. g) Jumlah bahan-bahan padat yang mengendap harus tidak ada. h) Bahan-bahan organik tidak lebih dari 5 ppm.
7) Deaerator
Dearator adalah pesawat pemisah udara dari air kondensat dan pemanas air sebelum di pompa ke dalam ketel sebagai air umpan (boiler water). Media pemanas adalah exhaust steam pada tekanan kurang lebih 1 kg/cm2 dengan suhu kurang lebih 105-1100C. Fungsi utama dearator adalah menghilangkan oksigen (O2), untuk menghindari terjadinya karat pada diding ketel. Setelah melalui dearator gas O2
dalam air umpan yang diizinkan adalah < 0.05 ppm. Keuntungan penggunaan dearator adalah dengan kenaikan suhu air pengisi ketel menjadi antara 105-1100C, hal tersebut akan dapat mempercepat pembuatan uap (efisiensi boiler bertambah). Dengan penempatan dearator pada tempat yang tinggi, hal tersebut akan dapat menambah head pompa air pengisi ketel.
8) Water treatment Plant
Air yang akan dipompa kedalam boiler, sebelumnya telah diolah di Water Treatment Plant (WTP) sehingga air memiliki konduktifitas nol dan kandungan SiO2 rendah, biasanya disebut demineralized water.
