Boiler Blowdown Control
Dosen : Bambang Soeswanto, MT
Kelas 2A
Vera Marsella (091411028)
Yulia Maharani (091411032)
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
SISTEM AIR BOILER
I.
Pendahuluan
Pada dasarnya Boiler adalah suatu wadah yang berfungsi sebagai pemanas air, panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Didalam industri kimia peranan uap ini sangat penting dan disediakan oleh unit pengadaan pabrik. Penggunaan uap tersebut antara lain:
Pemanas,digunakan uap jenuh bertekanan rendah
Pembangkit tenaga,untuk turbin digunakan uap lewat jenuh
Fluida pada jet ejector,peralatan ini digunakan untuk menjadai tekanan rendah pada suatu ruangan
Proses,biasanya berfungsi sebagai reaktan dari suatu reaksi kimia di reaktor
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 dan (2) Air makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar ruang boiler dan plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi, digunakan ekonomizer untuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas buang. Secara skematis dapat digambarkan seperti gambar di bawah ini.
Karakteristik air umpan boiler
Air untuk umpan boiler harus memenuhi syarat yaitu kandungan zat zat terlarut zat tersuspensi maupun gas gas terlarut harus dibawah ambang batas. Biasanya ambang batas tergantung pada tekanan opersional boiler.
Parameter Satuan Pengendalian Batas
pH Unit 10.5 – 11.5
Conductivity µmhos/cm 5000, max
TDS Ppm 3500, max
P – Alkalinity Ppm -
M – Alkalinity Ppm 800, max
O – Alkalinity Ppm 2.5 x SiO2, min
T. Hardness Ppm - Silika Ppm 150, max Besi Ppm 2, max Phosphat residual Ppm 20 – 50 Sulfite residual Ppm 20 – 50 pH condensate Unit 8.0 – 9.0
Air umpan boiler yang jelek kualitasnya dapat menimbulkan berbagai kesulitan: Dapat menimbulkan kerak
Menyebabkan korosi
Menyebabkan carry over garam-garam hasil uap.
II.
Pengaturan Blowdown Boiler
Blowdown adalah pembuangan sebagian dari air dalam boiler yang telah tinggi konsentrasinya dan menggantikannya dengan air umpan boiler yang baru sehingga akan menurunkan konsentrasi suspended atau dissolved solid air dalam boiler. Biasanya dinyatakan dalam persen.
Jika air dididihkan dan dihasilkan steam, padatan terlarut yang terdapat dalam air akan tinggal di boiler. Jika banyak padatan terdapat dalam air umpan, padatan tersebut akan terpekatkan dan akhirnya akan mencapai suatu tingkat dimana kelarutannya dalam air akan terlampaui dan akan mengendap dari larutan. Diatas tingkat konsenrasi tertentu, padatan tersebut mendorong terbentuknya busa dan menyebabkan terbawanya air ke steam. Endapan juga mengakibatkan terbentunya kerak di bagian dalam boiler, mengakibatan pemanasan setempat menjadi berlebih dan akhirnya menyebabkan kegagalan pada pipa boiler,steam traps, maupun operasi alat-alat yang lain, khususnya pada turbin. Adapun peningkatan konsentrat berupa suspensi yang berupa lumpur (sludge) akan berpengaruh pada efisiensi boiler dan proses heat transfer .Untuk mengatasi permasalahan di atas, maka air dalam boiler perlu dilakukan pembersihan atau blowdown secara berkala untuk mengontrol tingkat konsentrat kotoran tersebut di dalam boiler. Blowdown pada permukaan air boiler (surface water blowdown) biasanya dilakukan secara berkala untuk mengurangi jumlah padatan terlarut dalam air boiler. Adapun blowdown pada bagian dasar boiler (bottom blowdown) berfungsi untuk membuang kotoran berupa lumpur (sludge) yang mengendap di dasar boiler.
Boiler blowdown yang dilakukan secara periodik sangat penting. Namun, blowdown yang tidak benar dapat menyebabkan peningkatan konsumsi bahan bakar, tambahan perlakuan kimiawi lain (chemical treatment) dan heat loss.
II.1. Tujuan Blowdown Boiler
Tujuan blowdown pada sisitem boiler adalah untuk menurunkan konsentrasi zat yang terlarut maupun zat yang tersuspensi di dalam boiler. Terutama untuk boiler yang beroperasi pada tekanan diatas 600psig, blowdown bertujuan untuk membatasi kadar silika, sehingga menghindari silika ikut teruapkan bersama steam yang dapat mengakibatkan “localize offer heating”. Blowdown penting untuk melindungi permukaan penukar panas pada boiler.
II.2. Metode Blowdown Boiler
1. Blowdown intermitten
Blowdown yang sewaktu-waktu dioperasikan secara manual menggunakan sebuah kran yang dipasang pada pipa pembuangan pada titik terendah shell boiler untuk mengurangi parameter (TDS atau konduktivitas, pH, konsentasi Silica dan Fosfat) dalam batasan yang sudah
ditentukan sehingga tidak berpengaruh buruk terhadap kualitas steam.
Jenis blowdown ini juga merupakan metode efektif untuk membuang padatan yang telah lepas dari larutan dan menempati pipa api dan permukaan dalam shell boiler. Pada blowdown yang sewaktu-waktu, jalur yang berdiameter besar dibuka untuk waktu sesaat, yang didasarkan pada aturan umum misalnya “sekali dalam satu shift untuk waktu 2 menit”.
Blowdown yang sewaktu-waktu menyebabkan harus ditambahkannya air umpan ke dalam boiler dalam jumlah besar dan dalam waktu singkat, sehingga membutuhkan pompa air umpan yang lebih besar daripada jika digunakan blowdown kontinyu. Juga, tingkat TDS akan bervariasi, sehingga menyebabkan fluktuasi ketinggian air dalam boiler karena perubahan dalam ukuran gelembung steam dan distribusinya yang setara dengan perubahan dalam konsentrasi padatan. Juga, sejumlah besar energi panas hilang karena blowdown yang sewaktu-waktu. Adapun keuntungan dari blowdown secara manual yaitu mudah diimplementasikan dengan sensor pengeluaran yang relatif rendah.
2. Blowdown Kontinyu
Terdapat pemasukan yang tetap dan konstan dari sejumlah kecil aliran air boiler kotor, dengan penggantian aliran masuk air umpan yang tetap dan konstan. Hal ini menjamin TDS yang konstan dan kemurnian steam pada beban steam tertentu. Kran blowdown hanya diatur satu kali untuk kondisi tertentu, dan tidak perlu lagi diatur setiap saat oleh operator. Walaupun sejumlah besar panas diambil dari boiler, tetapi ada peluang pemanfaatan kembali panas ini dengan mengembuskannya ke flash tank dan mengasilkan flash steam. Flash steam ini dapat digunakan untuk pemanasan awal air umpan boiler. Jenis blowdown ini umum digunakan pada boiler bertekanan tinggi.
Residu blowdown yang meninggalkan flash vessel masih mengandung energi panas yang cukup dan dapat dimanfaatkan kembali dengan memasang sebuah penukar panas untuk memanaskan air make-up dingin. Sistem pemanfaatan kembali panas blowdown yang lengkap seperti yang digambarkan dibawah dapat memanfaatkan hingga 80% energi yang terkandung dalam blowdown, yang dapat diterapkan pada berbagai ukuran boiler steam dengan waktu pengembalian modalnya bisa kembali hanya dalam beberapa bulan.
.Dapat kita simpulkan bahwa keuntungan dari blowdown Kontinu antara lain : • Level kandungan padatan air boiler dapat dipertahankan secara lebih konsisten. • Penghematan bahan kimia dan energi karena lebih sedikit air diblowdown. • Kontrol level air boiler yang lebih baik/konsisten.
• Mengurangi kesalahan manusia sehubungan dengan kealpaan melakukan blowdown pada interval waktu tertentu.
II.3 Kontrol pada Blowdown Boiler
1. Total solid
Dari sudut pandang teknis, pengukuran gravimetri merupakan metode yang tepat untuk menentukan padatan total air boiler, namun metode ini jarang digunakan karena analisis
memakan waktu dan terlalu sulit untuk kontrol rutin. Juga, perbandingan kandungan padatan total air boiler dengan kandungan padatan total feedwater tidak selalu memberikan ukuran yang akurat dari konsentrasi air umpan di dalam boiler, karena hal berikut:
Sampel air mungkin tidak menunjukkan kandungan padatan tersuspensi yang sebenarnya karena padatan cenderung membentuk endapan.
Internal treatment dapat menambahkan padatan pada air boiler.
Kandungan bikarbonat dan karbonat dapat membebaskan gas karbon dioksida dan menurunkan padatan total dalam air boiler.
2. Padatan terlarut
Konduktansi spesifik dari air boiler merupakan ukuran yang tidak langsung dari padatan terlarut dan biasanya dapat digunakan untuk mengontrol blowdown. Namun, menetapkan tingkat blowdown atas dasar konduktansi spesifik relatif dari air umpan dan air boiler tidak memberikan ukuran langsung dari konsentrasi dalam air umpan boiler. konduktansi spesifik dipengaruhi oleh hilangnya karbon dioksida dengan uap dan pengenalan padatan sebagai internal treatment . Selain itu, konduktansi spesifik feedwater (larutan encer) dan air boiler (larutan pekat) tidak dapat dibandingkan secara langsung.
3. Silika, Alkalinity, Sodium, Lithium, dan molibdat
Dalam keadaan tertentu, pengukuran kadar silika dan alkalinitas air boiler dapat digunakan untuk mengontrol blowdown. Sodium, lithium, dan molibdat telah digunakan untuk perhitungan akurat suku blowdown dalam unit tekanan tinggi dimana air bebas mineral digunakan sebagai air umpan.
4. Klorida
Jika konsentrasi khlorida dalam air umpan cukup tinggi untuk mengukur secara akurat, dapat digunakan untuk mengontrol blowdown dan untuk menghitung laju blowdown.. Karena tidak endapan klorida dalam air boiler, konsentrasi klorida relatif dalam air umpan dan boiler memberikan dasar yang akurat untuk menghitung laju blowdown.
Uji klorida tidak cocok untuk perhitungan ketika klorida feedwater terlalu rendah untuk penentuan akurat. Sebuah kesalahan analisis sedikit dalam menentukan konten feedwater klorida akan menyebabkan kesalahan yang cukup dalam menghitung tingkat blowdown.
Akibat dari adanya blowdown, sebagian dari air boiler akan dihapus (blowndown) dan diganti dengan air umpan. Secara umum persentase blowdown boiler adalah sebagai berikut:
kuantitas air blowdown
X 100 = % blowdown air umpan
Kualitas yang dimaksud dapat berupa TDS. Selain itu di dalam boiler tekanan tinggi, bahan, larut inert dapat ditambahkan ke dalam air boiler sebagai pelacak untuk menentukan persentase blowdown, misalnya klorida.
Batas konsentrat yang diperbolehkan untuk air ketel yang berasal dari feedwater ditentukan berdasarkan standar yang dikeluarkan oleh American Boiler Manufacturers
III.4. Konservasi Energi
Beberapa faktor yang dapat berkontribusi untuk mengurangi konsumsi energi : 1. Pengurangan Kerak
Perpindahan panas dihambat oleh pembentukan kerak pada permukaan internal boiler.Pengurangan kerak melalui pretreatment yang tepat dan hasil perawatan internal kimia di permukaan internal untuk transfer panas lebih efisien dan penghematan energi yang dihasilkan.
2. Pengurangan Air Blowdown
Penurunan blowdown air boiler dapat menghasilkan bahan bakar yang signifikan dan penghematan air. Dalam beberapa instalasi, boiler padatan air lebih rendah daripada tingkat maksimum yang diijinkan. Melalui metode pengendalian diperbaiki, termasuk peralatan blowdown boiler yang otomatis, blowdown boiler air dapat dikurangi untuk menjaga padatan dekat tetapi tidak di atas tingkat maksimum yang diijinkan.
Tingkat blowdown yang diperlukan tergantung pada karakteristik air umpan, beban pada boiler, dan keterbatasan mekanik. Variasi dalam faktor-faktor ini akan mengubah jumlah blowdown yang diperlukan, menyebabkan kebutuhan untuk penyesuaian sering ke sistem blowdown dioperasikan secara manual terus menerus. Bahkan penyesuaian manual sering mungkin tidak memadai untuk memenuhi perubahan dalam kondisi operasi.
Tingkat blowdown sering variabel yang paling kurang terkontrol dari program perawatan internal.Konduktivitas batas blowdown boiler yang dikendalikan secara manual biasanya cukup lebar, dengan batas bawah di bawah 70% dari nilai maksimum yang aman. Hal ini sering perlu dengan kontrol manual karena kisaran yang sempit tidak dapat dipertahankan dengan aman.
Dalam beberapa kasus, peningkatan kualitas air umpan izin penurunan yang signifikan pada tingkat blowdown di tingkat padatan yang ada maksimum. Hal ini dapat dicapai melalui penggunaan kembali dari tambahan kondensat sebagai air umpan, atau melalui perbaikan metode pengobatan eksternal untuk kualitas makeup yang lebih tinggi air.
Ketika konsentrasi dipertahankan pada atau dekat dengan level maksimum yang diizinkan dalam air boiler,dapat menghemat : permintaan makeup air, biaya pengolahan air, biaya pengolahan limbah blowdown air, konsumsi bahan bakar, dan persyaratan perawatan kimia. Pemakaian kembali panas sering digunakan untuk mengurangi kerugian energy yang dihasilkan dari air blowdown boiler.
3. Heat Recovery
Instalasi dari alat pemulihan kembali panas hanya berharga jika energy dari blowdown atau Flash tank dapat dimanfaatkan atau dipulihkan. Ketika terdapat kelebihan steam dengan tekana rendah, hal tersebut dapat menjadi alasan dipasangnya serangkaian alat pemulihan panas.
Aliran blowdown dari flash tank melewati sebuah heatexchanger untuk dimanfaatkan sebagai pre-heater bagi air make-up boiler. Dengan menggunakan unit pemulihan panas yang efisien dapat membuat rentang suhu antara air make-up boiler dan aliran blowdown. Rentang tersebut berkisar antara 10-20 0F (5-10 0C).
Contoh pemanfaatan panas dari aliran blowdown.
Tabel 3.12.2 memberikan beberapa pedoman yang luas pada tingkat diperbolehkan maksimum TDS air boiler di boiler tipe tertentu. Di atas tingkat ini, masalah dapat terjadi.
Tabel 3.12.2 Menghitung tingkat blowdown
Informasi berikut ini diperlukan:
TDS air umpan dalam bagian per juta.
Nilai rata-rata dapat diperoleh dengan melihat catatan pengolahan air, atau sampel feedwater dapat diperoleh dan konduktivitas diukur.
Sebagaimana dengan pengukuran TDS air boiler, konduktivitas (mikrodetik / cm) x 0,7 = TDS dalam bagian per juta (pada 25 ° C).
Catatan: sampel air umpan yang dibutuhkan adalah dari feedline boiler atau dari tangki umpan dan bukan merupakan sampel air make-up memasok tangki umpan tersebut.
Jumlah uap yang boiler biasanya diukur dalam kg / jam Untuk memilih sistem
blowdown, hal yang paling penting biasanya adalah jumlah maksimum uap yang boiler dapat menghasilkan pada beban penuh.
Ketika informasi di atas tersedia tingkat blowdown yang diperlukan dapat ditentukan menggunakan persamaan 3.12.5:
Dimana:
F = Feedwater TDS (ppm) S = Uap generasi rate (kg / h) B = TDS air boiler (ppm)
Contoh 3.12.5
10 000 kg / h boiler beroperasi pada 10 g bar - Hitung laju blowdown, mengingat kondisi berikut:
Menggunakan data dari perhitungan blowdoan. Contoh 3.12.5, jumlah energy yang dikirim ke blowdown dapat dihitung dengan menggunakan table uap.
Catatan: 1 kJ / s = 1 kW
Example 3.13.1 Contoh 3.13.1
Flash steam
Air blowdown dilepaskan dari boiler adalah air pada suhu saturasi sesuai dengan tekanan boiler. Dalam kasus boiler dalam Contoh 3.13.1 - 10 g bar, suhu ini adalah 184 ° C. Jelas, air tidak bisa eksis pada 184 ° C dalam kondisi atmosferik, karena ada kelebihan entalpi atau energi dalam air blowdown.
Dengan asumsi air blowdown dilepaskan ke sistem operasi flash steam 0,5 bar g, tabel steam dapat digunakan untuk menghitung kelebihan energi ini:
Entalpi air pada bar 10 g = 782 kJ / kg (h f pada 10 g bar)
Khusus entalpi air sebesar 0,5 bar g = 468 kJ / kg (h f pada 0,5 g
bar)
Kelebihan energi = 314 kJ / kg
Kelebihan energi ini menguap sebagian dari air menjadi uap yang disebut sebagai flash steam. Jumlah uap flash ditentukan oleh perhitungan atau dapat dibaca dari tabel atau grafik.
Contoh 3.13.2
Entalpi penguapan pada 0,5 bar g (h fg) dari tabel uap adalah 2 226 kJ / kg.
Oleh karena itu 14,1% air blowdown dari boiler akan berubah menjadi uap sebagai tekanannya turun 10-0,5 bar g di katup blowdown.
Ada dua pilihan:
Vent ini flash steam ke atmosfer melalui kapal blowdown limbah yang berhubungan dengan energi dan kualitas air berpotensi baik dari uap terkondensasi.
Memanfaatkan energi di flash steam, dan memulihkan air dengan kondensasi uap flash. Hal ini berguna untuk mengukur laju aliran energi di flash steam. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan tabel uap.
Contoh 3.13.3
Tingkat generasi flash steam = 1.111 kg / hx 14.1%
Tingkat generasi flash steam = 157 kg / h (0.043 5 kg / s)
Jumlah energi per kg steam = 2 694 kJ / kg (h g at 0.5 bar g)
Laju aliran energi dalam flash steam = 0.043 5 kg / sx 2 694 kJ / kg
Laju aliran energi dalam uap flash = 117 kW
Bandingkan ini dengan laju 241 kW energi ditiup turun dari boiler. Dimungkinkan untuk menggunakan flash steam: dalam contoh ini mewakili hampir 49% dari laju aliran energi di blowdown, dan 14,1% air blowdown.
Dengan menggunakan nilai dari tabel uap untuk perhitungan di atas mengasumsikan umpan air yang akan disediakan pada suhu 0°C. Untuk akurasi yang lebih besar, perubahan yang sebenarnya suhu air umpan harus digunakan.
Heat Recovery dengan menggunakan flash steam
Pada umumnya, sebuah flash tank sitempatkan di posisi yang dekat dengan tangki umpan boiler. Suhu air umpan boiler di dalam tangki penampungan sangat lah penting. Jika suhunya terlalu tinggi maka feedpump akan mengalami kavitasi.
Peralatan yang dibutuhkan untuk me-recovery steam antara lain : 1. Flash vessel
2. Steam trap 3. Vacum breaker
4. Steam distribution equipment
Gambar 3.13.2 menunjukkan instalasi sederhana, yang membuat pemulihan kW 117 aliran energi, dan 157 kg / jam kualitas air ketel, yang sangat hemat biaya.
Gambar. 3.13.2
Penggunaan vessel flash untuk mengambalikan energi ke tangki umpan Heat recovery menggunakan alat penukar panas
Heat recovery dari aliran buangan blowdown yaitu Sekitar 49% dari energi dalam blowdown boiler yang dapat direcovery melalui penggunaan tangki flash dan peralatan yang terkait. Terdapat alat untuk pemulihan panas lebih lanjut dari blowdown sisa itu sendiri.
Melanjutkan dari Contoh 3.13.3, jika vessel flash beroperasi pada tekanan 0,2 bar g, ini berarti bahwa blowdown sisa melewati vessel flash pada sekitar 105 ° C. Energi yang berguna lebih lanjut dapat pulih dari blowdown sisa sebelum diteruskan ke tiriskan. Metode yang digunakan adalah denga mengalirkannya melewati penukar panas, pemanas air make-up dilakukan dalam aliran menuju tangki umpan. Proses ini biasanya dapat mendinginkan blowdown sampai suhu sekitar 20°C. Sistem ini tidak hanya dapat merecovery energi dalam
efluen blowdown, juga dapat mendinginkan aliran air sebelum dipakai ke dalam sistem drainase. (Suhu akhir efluen terbatas pada 42°C di Inggris, dan negara-negara lain yang memiliki keterbatasan serupa).
Gambaran peralatan untuk recovery energi ini ditunjukkan pada Gambar 3.13.3
Gambar. 3.13.3
Pemilihan tipe alat penukar panas
Plate heat exchanger biasanya dipilih untuk pengoperasian alat ini, hal ini dikarenakan plate heat exchanger mudah dalam perawatannya. Kecepatan tinggi dan aliran yang turbulen sangat efisien untuk menjaga plate dalam alat penukar panas tetap dalam keadaan bersih. Sehingga perawatan dan pembersihan jarang dilakukan. Meskipun demikian, perawatan masih tetap harus dilakukan dengan membersihkan plate di dalam penukar panas.
Total penghematan energi (dari Contoh, 3.13.3 dan 3.13.4):
Dari vessel flash ≈ 117 kW Dari penukar panas = 94 kW
Jumlah energi yang direcovery = 117 kW + 94 kW Jumlah energi yang direcovery = 211 kW
Ketika energi sudah pulih kembali dari flash steam dan kondensat, 87% dari total energi yang terkandung dalam blowdown asli telah berhasil di recovery. Selain itu, 14% (dalam berat) air telah direcovery, sehingga dapat membuat kontribusi lebih lanjut untuk disimpan.
Gambar 3.13.4
III.5. Keuntungan Blowdown Boiler
Pengendalian blowdown boiler yang baik dapat secara signifikan menurunkan biaya perlakuan dan operasional yang meliputi:
Biaya perlakuan awal lebih rendah Konsumsi air make-up lebih sedikit
Waktu penghentian untuk perawatan menjadi berkurang Umur pakai boiler meningkat
Pemakaian bahan kimia untuk pengolahan air umpan menjadi lebih rendah
Mengurangi penggunaan air, bahan bakar dan perlakuan kimiawi pengurangan pada konsumsi bahan bakar, perlakuan kimiawi dan heat loss)
Mengurangi biaya perawatan dan perbaikan Uap yang lebih effisien dan bersih
Daftar Pustaka
Source : http://www.gewater.com/handbook/index.jsp, GE Power & Water, Water and Process Technologies
http://www.spiraxsarco.comresourcessteam-engineering-tutorialsthe-boiler-househeat-recovery-from-boiler-blowdown.asp
