Entries by admin

SISTEM MEMBRAN

SISTEM MEMBRAN

Hingga tahun 1940-an, resin ion exchange telah digunakan untuk menghilangkan garam terlarut di dalam air. Resin penukar ion ini akan menukar ion yang ada didalam air dengan ion yang ada pada sisi resin penukar ion dan menahannya hingga dilepaskan dengan larutan regenerasi. Proses penukaran ion banyak digunakan untuk air industri dan pengolahan air limbah. Proses pertukaran ion membutuhkan bahan kimia regenerasi seperti brine, asam, dan material kaustik dengan permasalahan penanganan dan pembuangan.

Pada akhir-akhir ini, penggunaan membran meningkat untuk menghasilkan air murni dari air tawar dan air laut. Proses membran juga digunakan pada sistem proses dan pengolahan air limbah. Meski relatif mahal dan eksperimetal, teknologi membran berkembang secara cepat menjadi lebih murah, penigkatan performa, dan peningkatan usia alat.

PROSES MEMBRAN

Proses membran, umumnya terdiri dari ultrafiltrasi (UF), reverse osmosis (RO), elekrodialisis (ED), dan elektrodialisiS reversal (EDR). Proses ini (kecuali UF) mampu menghilangkan hampir semua ion, sistem RO dan UF juga efisien menghilangkan senyawa organik nonionik dan partikulat. Karena membran UF memiliki porositas yang terlalu besar untuk menolak ion, proses UF digunakan untuk menghilangkan kontaminan seperti oil & grease, dan padatan tersuspensi.

Reverse Osmosis

Osmosis adalah mengalirnya pelarut melewati membran semi-permeable dari larutan berkonsentrasi redah menuju larutan dengan konsentrasi tinggi. Aliran ini terjadi karena gaya dorong yang dihasilkan dari perbedaan tekanan dua larutan. Tekanan osmosis adalah tekanan yang harus ditambahkan pada larutan pekat untuk menghentikan aliran pelarut melewati membran. Reverse osmosis merupakan proses membalikkan aliran, mendorong air melewati membran dari sebuah larutan pekat menuju larutan encer untuk menghasilkan air murni.

Reverse osmosis terjadi ketika ada pemberian tekanan yang cukup pada larutan pekat untuk mengalahkan tekanan osmosis. Tekanan ini disediakan dari pompa air umpan. Konsentrat kontaminan dibuang dari sisi membran bertekanan tinggi, dan air murni (permeat) diperoleh dari sisi membran bertekanan rendah.

Biasanya, 95% padatan terlarut disingkirkan dari brine. Semua partikulat dihilangkan, namun karena porositas molekul membran, membran RO tidak menghilangkan gas terlarut seperti Cl2, CO2, dan O2.

Dua jenis membran RO yang paling umum digunakan di pengolahan air industri yaitu asetat selulosa (CA) dan komposit poliamida (PA). Saat ini kebanyakan membran memiliki konfigurasi spiral wounded, tetapi konfigurasi hollow fiber juga tersedia. Pada konfigurasi spiral wounded, terdapat lembaran datar dan pengatur jarak yang tersayat disekitar kumpulan pembuluh untuk menghasilkan saluran aliran untuk permeat dan air umpan. Desain ini memaksimumkan aliran saat meminimalkan ukuran modul membran.

Sistem hollow fiber merupakan kumpulan pembuluh kecil seperti rambut. Ion ditolak ketika air umpan menembus dinding pembuluh dan permeat dikumpulkan melalui lubang di tengah fiber. Brine pekat dihasilkan pada sisi luar fiber yang dimuat oleh module housing.

Elektrodialisis

Proses elektrodialisis (ED) menghantarkan ion padatan terlarut melewati membran, meninggalkan air yang dimurnikan di belakang. Pergerakan ion diinduksi oleh medan listrik arus searah. Sebuah elektroda negatif (katoda) menarik kation dan elektroda positif (anion) menarik anion. Sistem ini disusun di dalam tumpukkan membran penghantar anion dan kation.

Elektrodialisi Reversal

Proses elektrodialisis reversal (EDR) beroperasi dengan prinsip yang sama dengan ED, namun operasi EDR membalikkan polaritas sistem (biasanya 3-4 kali perjam). Pembalikkan ini menghentikan penumpukkan larutan pekat pada membran dan mengurangi akumulasi deposisi organik dan anorganik pada permukaan membran.

Ultrafiltrasi

Pada proses dan aplikasi air limbah, penghilangan ion terlarut tidak dibutuhkan kecuali penghilangan koloid anorganik atau molekul organik secara efisien. Konfigurasi dan desain membran ultrafiltrasi (UF) menyerupai dengan proses yang digunakan pada proses RO satu tahap. Karena molekul besar dihilangkan oleh UF dengan tekanan osmotik yang dapat diabaikan, tekanan operasi  biasanya jauh lebih kecil dibandingkan sistem RO.

PRETREATMENT

Proses yang mengandalkan membran mikropori harus dilindungi dari fouling karena akan menyebabkan kehilangan jumlah produksi air (fluks), menurunkan kualitas permeat, dan meningkatkan hilang tekan.

Fouling pada membran biasanya disebabkan oleh pengendapan garam anorganik, partikulat dari oksida logam, lumpur kolid, dan akumulasi pertumbuhan mikroba pada permukaan membran.

PENGHILANGAN PADATAN

Air umpan membran harus relatif bebas dari partikel koloid. Partikulat yang paling umum ditemui pada sistem membran di industri adalah lumpur, besi oksida, dan mangan oksida.

Pengetesan indeks densitas lumpur (SDI) harus dikonfirmasi memiliki kualitas air yang sesuai untuk persyaratan sistem membran spesifik. SDI mengevaluasi potensi air untuk terjadinya fouling pada membran dengan filter 0,45 µm. Pengukuran SDI yang di luar toleransi mungkin diperoleh bahkan ketika kualitas air relatif bagus untuk standar pengolahan air industri. Ketika pretreatment tidak cukup atau tidak efektif, dispersan kimia dapat digunakan untuk menoleransi operasi pada nilai SDI yang lebih tinggi dari yang direkomendasikan.

KONTROL PEMBENTUKAN KERAK

Proses membran menghasilkan sebuah gradien konsentrasi garam terlarut disekitar permukaan membran. Konsentrasi pada permukaan membran mungkin dapat melebihi batas kelarutan senyawa tertentu. Kalsium karbonat (CaCO3) dan kalsium sulfat (CaSO4) merupakan endapan yang sering terbentuk. Garam silika, barium, dan stronsium juga sering ditemukan pada deposit membran.

Berbagai indeks kejenuhan, seperti Stiff-Davis dan Langalier, harus dijaga di bawah nilai pengendapan pada brine (melalui kontrol pH atau agen pengontrol deposit) untuk mencegah fouling kalsium karbonat. Pengendapan lain dapat dikontrol dengan penggunaan agen pengontrolan deposit yang tepat.

FOULING MIKROBIAL

Membran asetat selulosa dapat terdegradasi oleh aktivitas mikroba. Penaganan yang tepat dengan residual klorin dapat mencegah serangan mikroba pada membran ini.

 

Membran poliakrilamida tahan terhadap degradasi oleh mikroba, namun rapuh terhadap oksidasi kimia sehingga klorinasi tidak dapat digunakan pada membran ini. Jika inokulasi terjadi, fouling mikroba dapat menjadi masalah. Anti mikroba non-oksidan dan biodespersant harus digunakan jika terjadi ada potensi terjadinya fouling mikroba serius.

PENGENDALIAN KOROSI PADA PREBOILER DAN BOILER

PENGENDALIAN KOROSI PADA PREBOILER DAN BOILER

Korosi merupakan salah satu penyebab utama menurunnya keandalan pada sistem pembangkit uap. Kerugian yang ditimbulkan akibat korosi pada sistem boiler diperkirakan dapat mencapai miliaran dolar per tahunnya. Area lain yang umum terjadi korosi dapat ditemukan pada Deaerator, pemanas BFW, dan Economizer.

Metode pengendalian korosi yang dilakukan dapat bervariasi, bergantung pada jenis korosi yang terjadi. Penyebab umum terjadinya korosi adalah adanya gas terlarut (utamanya oksigen dan CO2), adanya deposit, pH air yang rendah, dan area yang terkena stress mekanik yang menyebabkan terjadinya cracking material.

Kondisi-kondisi tersebut dapat dikendalikan dengan beberapa prosedur berikut ini:

·         Pemeliharaan pH dan alkalinity

·         Pengendalian oksigen dan kontaminasi BFW

·         Pengurangan stress  mekanikal

·         Pengoperasian unit dalam spesifikasi desain, khususnya suhu dan tekanan

·         Pencegahan yang tepat selama start up dan shutdown

·         Monitor dan sistem pengendalian yang efektif

KECENDERUNGAN KOROSI DALAM KOMPONEN-KOMPONEN SISTEM BOILER

Equipment-equipment dalam sistem boiler pada umumnya dibuat dengan material carbon steel. Namun ada juga yang yang dibuat dengan material alloy tembaga dan/atau stainless steel, contohnya heater dan kondensor.

Pengolahan boiler feedwater (BFW) yang tepat akan efektif mencegah terjadinya korosi pada heater BFW, Economizer, maupun Deaerator. Konsensus ASME untuk Industrial Boiler telah menentukan spesifikasi level maksimum kontaminan yang diijinkan dalam sistem boiler untuk pencegahan korosi dan deposit.

Konsensus tersebut menyebutkan bahwa kandungan oksigen, besi, dan tembaga harus pada level yang sangat rendah  (contohnya oksigen lebih kecil dari 7 ppb, besi 20 ppb, dan tembaga 15 ppb untuk boiler bertekanan 900 psig [63.3 kg/cm2] ) dan pH harus dijaga antara 8.5 dan 9.5 untuk sistem perlindungan terhadap korosi.

Untuk meminimalisasi korosi pada sistem boiler, dibutuhkan pemahaman operasional yang baik pada komponen-komponen sistem yang kritikal.

 

Heater Feedwater

Heater BFW didesain untuk meningkatkan efisiensi boiler. Caranya adalah dengan memanfaatkan kembali panas yang terkandung dalam aliran air blowdown  boiler dan ekstraksi turbin atau steam yang berlebih. Terlepas dari desain Heater BFW, permasalahan yang muncul biasanya sejenis untuk setiap Heater BFW. Masalah utama yang terjadi biasanya adalah korosi, karena tingkat pH dan oksigen yang tidak seimbang, serta erosi pada sisi shell dan tube nya. Akibat peningkatan suhu di sepanjang Heater, metal oksida yang masuk akan terdeposit pada Heater lalu terlepas saat ada perubahan load steam dan perubahan keseimbangan senyawa kimia. Cracking pada sambungan-sambungan material juga dapat menjadi masalah.

Korosi dapat diminimalisasi dengan memperbaiki desain alat untuk meminimalkan erosi, cleaning secara periodik, kontrol oksigen, kontrol pH, dan dengan penggunaan BFW berkualitas tinggi.

Deaerator

Deaerator digunakan untuk memanaskan BFW dan mengurangi oksigen serta gas-gas terlarut dalam air hingga mencapai batas level yang diizinkan. Corrosion fatigue yang terjadi dekat atau pada bagian sambungan material merupakan masalah yang serius pada deaerator. Umumnya, corrosion fatigue cracking dipengaruhi oleh faktor mekanis, seperti prosedur manufaktur, pengelasan yang kurang baik, dan kurangnya stress relieved weld.

Pengendalian korosi yang efektif membutuhkan beberapa usaha sebagai berikut:

·         monitoring operasional secara rutin

·         meminimalkan stress selama start up

·         mempertahankan level suhu dan tekanan yang stabil

·         kontrol level oksigen terlarut dan pH dalam BFW

·         inspeksi secara regular menggunakan teknik yang nondestruktif

Bentuk lain serangan korosi pada deaerator dapat berupa stress corrosion cracking pada tray chamber stainless steel, cracking pada pegas inlet spray valve, korosi pada kondensor venting karena oxygen pitting , dan erosi pada baffle impingement dekat dengan koneksi inlet steam.

Economizer

Prosedur pengendalian korosi pada economizer meliputi langkah-langkah yang serupa pada perlindungan pemanas air umpan boiler.

Economizer berfungsi untuk meningkatkan nilai efisiensi panas boiler. Caranya adalah dengan mengekstrak panas dari flue gas yang dihasilkan oleh boiler pada bagian yang berapi. Economizer dapat diklasifikasikan sebagai nonsteaming atau steaming.  Erosi pada lengkungan-lengkungan tube juga dapat muncul dan menjadi masalah pada Economizer Steaming.

Oxygen pitting, yang disebabkan oleh adanya oksigen dan pengingkatan suhu, merupakan masalah yang paling besar pada Economizer; dengan demikian, sangat diperlukan air yang bebas oksigen pada unit tersebut. Pada Economizer, bagian inlet merupakan bagian yang sangat rentan terjadinya oksigen pitting, sebab bagian tersebut adalah yang pertama terekspos oleh peningkatan suhu setelah deaerator.

Permukaan perpindahan panas pada Economizer cukup rentan terserang korosi karena penumpukan produk dan deposit dari metal oksida yang masuk. Deposit ini dapat slough off selama operasional dan perubahan bahan kimia.

Korosi juga dapat terjadi pada sisi fasa gas pada Economizer karena kontaminasi pada flue gas, membuat senyawa dengan pH rendah. Secara umum, economizer dirancang untuk aliran yang  menurun (downflow) untuk gas dan aliran menaik (upflow) untuk aliran gas.

Superheater

Masalah korosi pada Superheater disebabkan oleh beberapa kondisi mekanis dan kimiawi. Satu masalah utamanya adalah oksidasi logam pada Superheater akibat tingginya suhu gas, yang biasanya terjadi saat periode transisi, seperti start up dan shutdown. Deposit karena carry over juga dapat berkontribusi dalam menimbulkan masalah tersebut. Pada loop di bagian dasar Superheater, yang merupakan area terpanas, umumnya menjadi tempat yang biasanya muncul  masalah.

Oxygen pitting, yang persisnya pada area pendant loop, juga merupakan masalah yang cukup serius pada Superheater. Hal tersebut muncul ketika air disandingkan dengan oksigen pada waktu downtime. Untuk mengurangi masalah ini, pengendalian suhu yang intensif dapat dilakukan. Selain itu, penggunaan nitrogen blanket dan bahan kimia oxygen scavenger juga dapat dilakukan untuk memelihara kondisi bebas-oksigen selama waktu downtime.

Steam Tekanan Rendah dan Sistem Pemanas Air

Boiler dengan pemanas air panas bekerja memanaskan dan mensirkulasikan air pada suhu 200 oF (93 oC). Boiler dengan pemanas steam digunakan untuk membangkitkan steam pada tekanan rendah, misalnya 15 psig (1.05 kg/cm2). Umumnya, dua sistem pemanas tersebut diberlakukan sebagai sistem tertutup, karena kebutuhan make up nya cukup rendah.

Boiler berpemanas air panas suhu tinggi beroperasi pada tekanan mencapai 500 psig (35.2 kg/cm2), namun biasanya range operasi berkisar pada 35-350 psig (2.46 -24.6 kg/cm2). Cara yang umum dilakukan untuk mencapai kondisi tersebut adalah dengan memberikan tekanan pada sistem dengan nitrogen. Normalnya, make up nya berkualitas cukup baik (contoh: Air deionisasi atau sodium zeolite softened water). Treatment kimiawi dapat dengan sodium sulfit (untuk menghilangkan oksigen), pengaturan pH, dan dispersan polimer sintetis untuk mengendalikan deposisi logam besi.

Masalah utama pada sistem pemanas tekanan rendah adalah korosi yang disebabkan oleh oksigen terlarut dan pH rendah. Sistem ini biasanya menggunakan inhibitor (seperti molibdat atau nitrit) atau dengan oxygen scavenger (sodium sulfit), bersamaan dengan polimer sintetis untuk mengendalikan deposit. Boiler elektrik juga digunakan untuk pemanasan. Dua tipe dasar pada boiler elektrik, yaitu resistansi dan elektroda. Boiler resistansi membangkitkan panas dengan pemanas elemen koil. Untuk tipe ini, dibutuhkan make up berkualitas tinggi, dan biasanya sodium sulfit ditambahkan untuk menghilangkan seluruh oksigen terlarut pada air.

Boiler elektroda beroperasi pada voltase tinggi maupun rendah dan menggunakan elektroda tercelup atau elektroda water-jet.  Air make up dengan kemurnian tinggi diperlukan untuk sistem ini. Bergantung pada tipe sistem, sodium sulfit biasanya digunakan untuk pengendalian oksigen dan pengaturan pH. Beberapa sistem umumnya didesain dengan alloy tembaga, sehingga jenis bahan kimia yang ditambahkan harus menggunakan tipe yang tepat, dan pengendalian pH juga harus dijalankan dalam range yang sesuai untuk perlindungan tembaga.

JENIS-JENIS KOROSI

Teknik untuk mengatasi korosi akan bervariasi tergantung jenis korosi yang dihadapi. Sebagian besar metode pengendalian korosi mencakup pemeliharaan pH optimal, pengendalian oksigen, pengendalian deposit, dan pengurangan material stress melalui perbaikan desain dan operasional.

Korosi Galvanis

Korosi galvanis dapat terjadi ketika logam atau alloy secara elektrik disambung dengan logam/alloy jenis lain. Jenis korosi galvanis yang paling sering ditemukan dalam sistem boiler adalah karena adanya kontak antara dua jenis logam yang berbeda, seperti logam besi dan tembaga. Korosi galvanis juga dapat terjadi pada sambungan-sambungan las akibat stress pada zona yang terkena pemanasan atau penggunaan jenis logam berbeda pada pengelasan.

Beberapa penyebab korosi galvanis antara lain sebagai berikut:

·         perbedaan tekanan pada logam

·         perbedaan suhu

·         deposit konduktif

·         goresan pada permukaan logam

Sel korosi pada logam besi akibat adanya oksigen . Pitting pada tube boiler dapat terjadi karena adanya deposit logam tembaga. Deposit tersebut dapat terbentuk selama proses acid cleaning jika pada prosedur yang dilakukan, jumlah bahan kimianya tidak imbang dengan jumlah tembaga oksida yang ada pada deposit, atau prosedur removal tembaga sebelumnya tidak dilakukan. Tembaga yang terlarut kemungkinan akan membentuk pelat-pelat pada permukaan yang baru saja dibersihkan, sehingga membentuk anoda dan membentuk pit, dengan bentuk dan tampilannya yang serupa dengan oxygen pitting. Proses ini digambarkan dengan reaksi-reaksi berikut yang melibatkan asam klorida sebagai pelarut pembersih.

Magnetit (Fe3O4) dilarutkan dan menghasilkan larutan asam dengan kandungan ferrous (Fe2+) dan ferric (Fe3+) chloride, dimana ferric chloride akan sangat korosif terhadap baja dan tembaga.

Logam tembaga atau tembaga elemental dalam deposit pada boiler akan terlarut dalam larutan asam HCl berdasarkan reaksi berikut:

Setelah CuCl berada dalam larutan, dalam waktu singkat akan terjadi redeposit menjadi logam tembaga pada permukaan baja berdasarkan reaksi berikut:

Oleh sebab itu, cleaning menggunakan asam hidroklorida (HCl) dapat menyebabkan korosi galvanis jika sebelumnya tidak dicegah terjadinya plating tembaga pada permukaan logam. Complexing agent dapat ditambahkan untuk mencegah terjadinya redeposit tembaga pada permukaan. Berikut adalah reaksi kimianya.

Langkah ini dapat dilakukan saat proses cleaning, maupun pada tahapan yang terpisah. Besi dan tembaga akan dikeluarkan dari boiler sehingga permukaan boiler akan dapat dipasifkan kemudian.

Pada banyak kasus, tembaga akan terlokalisasi pada tube banks tertentu dan menimbulkan pitting secara acak. Ketika deposit mengandung tembaga oksida atau logam tembaga dalam jumlah yang besar, tindakan pencegahan diperlukan supaya plating tembaga dapat dihindari selama proses cleaning dijalankan.

Korosi Kaustik

Kaustik (NaOH) dapat terkonsentrasi sebagai akibat dari steam blanketing (yang memungkinkan garam terkonsentrasi pada permukaan logam pada boiler) atau akibat proses pendidihan yang terlokalisasi di bawah deposit berpori pada permukaan tube.

Korosi kaustik (gouging) terjadi ketika kaustik terkonsentrasi sehingga melarutkan lapisan magnetit pelindung (Fe3O4). Logam besi jika dikontakkan dengan air boiler akan membentuk magnetit dan lapisan pelindung akan terbentuk kembali secara kontinu. Akan tetapi, selama masih terdapat kaustik dalam konsentrasi yang tinggi, magnetit akan terus menerus terlarut, menyebabkan terjadinya hilangnya logam dasar dan akhirnya menyebabkan kegagalan operasi.

Steam blanketing adalah kondisi yang terjadi ketika lapisan steam terbentuk di antara air boiler dan dinding tube boiler. Air yang mencapai dinding boiler bersuhu tinggi akan teruapkan dalam sekejap, meninggalkan larutan kaustik yang semakin pekat, dan bersifat korosif.

Adanya deposit logam oksida yang berpori juga akan memudahkan terbentuknya air boiler berkonsentrasi tinggi. Air yang mengalir melewati deposit berpori tersebut akan menguap jika suhu pada permukaan tube tersebut tinggi sehingga meninggalkan larutan yang menjadi lebih pekat. Pada akhirnya, korosi dapat terjadi pada area tersebut.

Korosi kaustik akan membentuk pola yang tidak beraturan pada suatu permukaan. Permukaan akan terlihat seperti ‘tercongkel’ (gouges). Deposit akan mungkin ditemukan pada area tersebut.

Sistem BFW yang menggunakan air make up terdemineralisasi atau air make up teruapkan atau kondensat murni dapat dihindarkan dari serangan korosi kaustik dengan cara mengontrol pH atau menggunakan fosfat. Fosfat akan menjadi buffer pada BFW, sehingga mengurangi kemungkinan terjadinya lonjakan pH karena kenaikan konsentrasi kaustik pada air. Oleh sebab itu, disodium fosfat harus cukup tersedia sehingga dapat mengikat seluruh kaustik menjadi trisodium fosfat.

Disodium fosfat akan menetralkan kaustik melalui reaksi berikut.

Reaksi ini akan mencegah terjadinya akumulasi kaustik pada lapisan bawah deposit atau di sekitar celah-celah terjadinya kebocoran. Korosi kaustik (dan juga caustic embrittlement, dibahas kemudian) tidak akan terjadi sebab tidak terjadi akumulasi konsentrasi kaustik.

Korelasi antara fosfat dan pH sebagai pedoman untuk peengendalian korosi pada boiler. Bentuk senyawa fosfat yang bervariasi dapat mengonsumsi atau menambah senyawa kaustik seiring dengan bergesernya spesi ion fosfat menuju bentuk yang stabil. Sebagai contoh, penambahan monosodium fosfat akan mengonsumsi kaustik, sebab fosfat akan bereaksi dengan kaustik membentuk disodium fosfat pada BFW, seperti ditunjukkan pada reaksi berikut.

Kebalikannya, penambahan trisodium fosfat akan menambah jumlah kaustik dan meningkatkan pH BFW:

Keberhasilan pengendalian korosi dapat dicapai dengan mengumpankan fosfat dalam bentuk yang sesuai, untuk menaikkan pH atau menurunkan pH, dengan tetap mempertahankan level fosfat pada nilai yang seimbang.

Kenaikan suhu pada dinding tube boiler atau pada deposit akan menyebabkan terbentuknya presipitasi fosfat. Efek ini disebut “phosphate hideout”, yang biasanya terjadi saat meningkatnya beban boiler. Ketika beban berkurang, maka fosfat kembali muncul.

Permukaan air BFW yang bersih akan mengurangi potensi terjadinya peningkatan konsentrasi kaustik. Program pengendalian deposit, seperti yang berbasiskan chelants dan polimer sintetis, dapat membantu menyediakan permukaan yang bersih.

Saat terjadinya fenomena steam blanketing, korosi dapat terjadi meskipun tidak terdapat kaustik karena terdapat reaksi antara magnetit dan steam dan terjadinya pelarutan magnetit. Pada kasus tersebut, perubahan mode operasional atau modifikasi desain mungkin diperlukan untuk menghilangkan penyebab masalah tersebut.

Korosi Asam

Rendahnya air make up atau rendahnya pH BFW dapat menimbulkan serangan asam pada permukaan logam di sistem pre-boiler dan boiler. Meskipun pada dasarnya air make up atau BFW memiliki pH yang tidak rendah, BFW dapat menjadi asam sebab terkontaminasi oleh sistem. Beberapa penyebab umumnya adalah sebagai berikut.

·         Pengoperasian dan pengendalian pada unit kation demineralizer yang kurang tepat

·         Kontaminasi proses dari kondensat (contoh kontaminasi gula pada plant pengolahan makanan)

·         Kontaminasi cooling water dari kondensor

Korosi asam dapat juga disebabkan karena proses chemical cleaning. Overheating pada larutan kimia dapat menyebabkan rusaknya senyawa inhibitor yang digunakan, terpaparnya logam dengan bahan kimia yang berlebihan, dan tingginya konsentrasi bahan pembersih.

Dalam boiler dan sistem BFW, serangan asam dapat berupa lapisan tipis, atau dapat terlokalisasi pada area dengan stress yang tinggi seperti pada baffle drum, “U” bolts, acorn nuts, dan ujung tube.

Hydrogen embrittlement

Fenomena Hydrogen embrittlement cukup jarang ditemukan pada plant industri. Masalah itu biasanya terjadi hanya pada unit operasi yang bekerja pada tekanan 1500 psi (105.5 kg/cm2) atau lebih.

Hydrogen embrittlement pada tubing boiler mild steel terjadi pada boiler tekanan tinggi ketika atom hydrogen terbentuk pada permukaan tube boiler sebagai akibat dari korosi. Hidrogen menyebar pada logam tube, yang mana dapat bereaksi dengan besi karbit membentuk gas metana, atau jika bereaksi dengan atom hidrogen lain akan membentuk gas hidrogen. Akibatnya akan meningkatkan tekanan dan menyebabkan kerusakan logam.

Permulaan korosi pada permukaan yang membentuk hidrogen biasanya terjadi di bawah scale yang keras pada padat. Kontaminasi asam atau pH rendah yang terlokalisasi diperlukan untuk membangkitkan atom hidrogen. Dalam sistem dengan kemurnian tinggi, kebocoran raw-water(contoh kebocoran kondensor) akan menurunkan pH air boiler ketika timbul presipitasi magnesium hidroksida, sehingga menyebabkan korosi, pembentukan atom hydrogen, dan inisiasi serangan hidrogen.

Pengendalian fosfat/pH terkoordinasi dapat digunakan untuk meminimalisasi penurunan pH air boiler dari kebocoran kondensor. Perawatan kebersihan permukaan dan penggunaan prosedur yang tepat untuk acid cleaning juga bisa mengurangi potensi terjadinya serangan hidrogen.

 

Oxygen Attack

Oksigen yang terkandung dalam BFW akan memasuki boiler, jika tidak dilakukan deaerasi yang tepat baik secara mekanis, maupun secara kimiawi. Lokasi penyerangan akan bervariasi bergantung desain dari boiler dan sistem distribusi BFW tersebut. Akan banyak terlihat titik-titik terjadinya pitting pada lubang distribusi BFW, pada jalur air steam drum, dan pada downcomer tube.

Oksigen sangat korosif terlebih saat berada di dalam air panas. Walau dalam konsentrasi kecil, masalah yang ditimbulkan cukup serius. Sebab lubang-lubang pitting dapat menembus hingga ke dalam logam, korosi oksigen dapat menyebabkan kegagalan jalur BFW economizer, tube boiler, dan jalur kondensor secara cepat.

Korosi oksigen bisa jadi terlokalisasi dan mampu menutupi area yang cukup luas. Fenomena ini teridentifikasi dari adanya lubang-lubang pits pada permukaan logam. Lubang tersebut akan berbeda-beda ukuran dan bentuknya dengan pinggiran permukaan yang cukup tajam. Pits oksigen yang aktif ditandai dengan adanya oxide cap (tubercle) yang berwarna cokelat kemerahan, Jika oxide cap hilang, bagian dalam pit akan terpapar besi oksida hitam.

Serangan oksigen merupakan proses elektrokimiawi yang dapat diilustrasikan dengan reaksi berikut:

Anoda:

Fe → Fe2+ + 2e–

Katoda:

½O2 + H2O + 2e– →  2OH–

Reaksi total:

Fe + ½O2 + H2O → Fe (OH)2

Suhu merupakan parameter yang memiliki pengaruh penting pada heater BFW dan economizer. Peningkatan suhu akan meningkatkan energi sehingga dapat mempercepat reaksi yang terjadi pada permukaan logam, hal ini menyebabkan korosi yang parah dan cepat. Pada suhu 60 oF (15 oC) dan tekanan atmosferik, kelarutan oksigen pada air adalah sekitar 8 ppm.

Sumber utama oksigen dalam sistem operasi biasanya karena proses deaerasi yang kurang baik, adanya kebocoran udara pada bagian suction pompa, adanya oksigen pada tangki penerima, dan kebocoran air tak terdeaerasi pada seal pompa.

 

Untuk nilai oksigen terlarut pada sebuah sistem operasi akan bergantung pada banyak faktor, seperti suhu BFW, pH, flowrate, padatan terlarut, serta kondisi fisik dan metalurgi sistem. Berdasarkan pengalaman pada banyak sistem, 3-10 ppb oksigen pada BFW tidak akan memiliki efek merusak yang signifikan pada economizer. Hal ini tertuang pada guideline industri berikut.

·         ASME Consensus menyatakan kurang dari 7 ppb (ASME merekomendasikan tambahan chemical scavenging mencapai “mendekati nol” ppb)

·         TAPPI Engineering Guideline menyatakan kurang dari 7 ppb

·         EPRI Fossil Plant Guideline menyatakan kurang dari 5 ppb oksigen terlarut

·         KONDISI MEKANIS YANG MEMPENGARUHI KOROSI

Korosi banyak disebabkan karena adanya masalah operasi dan juga masalah secara mekanis. Berikut adalah upaya yang dapat dilakukan untuk mengurangi terjadinya korosi.

Pemilihan logam tahan korosi

Sebisa mungkin kurangi stress mekanikal (contohnya terapkan prosedur pengelasan yang tepat dan penggunaan stress –relieving welds)

Kurangi stress termal dan mekanikal selama operasi

Operasi pada kondisi beban yang telah didesain, tanpa pembakaran berlebih, dan dengan menerapkan prosedur start up dan shutdown yang tepat

Perawatan pembersihan sistem, termasuk juga penggunaan BFW dengan kemurnian tinggi, efektif, dan pengontrolan treatment chemical secara cermat, dan lakukan acid cleaning bila diperlukan.

Stress Corrosion Cracking

Stress corrosion cracking dapat terjadi karena kombinasi gejala korosi dan stress. Korosinya dapat terinisiasi karena chemical cleaning yang dilakukan tidak benar, tingginya konsentrasi oksigen, pH yang berubah tiba-tiba pada BFW, hadirnya hidroksida bebas, dan tingginya konsentrasi klorida. Stress dapat terjadi karena terdapat residu pada logam atau disebabkan karena perubahan panas.

Kegagalan tube terjadi dekat area yang terkena stress, seperti sambungan las, support, atau area kerja dingin.

Caustic Embrittlement

Caustic embrittlement (caustic stress corrosion cracking), atau retakan antarkristal, telah lama dianggap sebagai salah satu bentuk kegagalan logam boiler. Karena biasanya serangan kimia pada logam tidak terdeteksi, kerusakan itu muncul secara tiba-tiba dan seringkali mengakibatkan kerusakan yang parah.

Caustic embrittlement bisa terjadi apabila terdapat tiga hal berikut:

·         logam boiler terkena stress pada level tinggi

·         harus ada mekanisme untuk timbulnya konsentrasi pada BFW

·         BFW harus memiliki karakteristik pemroduksi embrittlement.

Apabila tube boiler mengalami kerusakan akibat caustic embrittlement, retakan-retakan dapat terlihat di sekelilingnya.  Pemeriksaan secara mikroskopis dengan tepat pada bagian logam yang mengalami embrittlement akan memperlihatkan sebuah pola yang memiliki karakteristik, dengan retakan yang membesar sepanjang jalur tertentu atau terbentuknya grain boundaries pada struktur kristal logam. Retakan tersebut tidak menembus struktur kristal, namun berjalan diantaranya; sehingga istilah “patahan antarkristal” pun digunakan.

Dalam Good Engineering Practices disebutkan bahwa BFW perlu dievaluasi terkait karakteristik kecenderungan pembentukan embrittlement-nya.

Apabila BFW memiliki kecenderungan embrittlement, maka perlu diambil langkah-langkah pencegahan untuk melindungi logam boiler. Untuk memperlambat embrittlement pada sistem boiler tekanan rendah, treatment standarnya adalah menggunakan sodium nitrat. Dalam hal ini diperlukan rasio nitrat terhadap alkalinitas kaustik yang tepat. 

Fatigue Cracking

Fatigue cracking akan terbentuk pada logam yang mengalami cyclic stress/tekanan yang berulang, dan dapat mengakibatkan logam rusak. Kerusakan logam itu akan terjadi pada lokasi dimana terjadi cyclic stress dengan konsentrasi tertinggi. Contoh kerusakannya adalah retakan pada komponen boiler pada support bracket atau bergulungnya tube ketika boiler mengalami thermal fatigue sebab dilakukannya start up dan shutdown berulang.

Thermal fatigue terjadi pada tube aliran horizontal akibat terjadinya steam blanketing dan juga pada permukaan air tube karena rendahnya blowdown header yang terlalu lama.

Penyebab kegagalan akibat corrosion fatigue adalah karena adanya cyclic stress pada logam di dalam lingkungan yang korosif. Kondisi tersebut menyebabkan lebih cepatnya terjadi kegagalan dibandingkan dengan cyclic stress atau korosi itu sendiri. Pada boiler, corrosion fatigue cracking dapat diakibatkan karena breakdown berkelanjutan pada lapisan film magnetit pelindung karena adanya cyclic stress.

Corrosion fatigue cracking pada deaerator biasanya terjadi pada sambungan logam dan pada zona yang terpapar panas. Namun, dengan diterapkannya prosedur operasional yang tepat, pemantauan secara intens, dan inspeksi secara detail maka problem tersebut dapat diminimalkan.

 

Reaksi Pembakaran Samping Steam

Reaksi pembakaran samping steam merupakan reaksi yang terjadi antara steam dengan logam tube. Penyebabnya adalah suplai panas yang berlebihan atau karena jeleknya sistem sirkulasi, sehingga menyebabkan tidak cukupnya aliran untuk pendinginan tube. Dalam kondisi seperti itu, maka akan terbentuk insulasi lapisan superheated steam. Pada saat suhu logam tube sudah mencapai 750 OF (399 OC) pada tube boiler atau 950-1000 OF (510-538 OC) pada tube superheater (dengan asumsi konstruksi alloy steel rendah) maka laju reaksi oksidasi akan meningkat drastis; oksidasi ini akan terjadi berulang kali dan akan menghabiskan logam dasar pada equipment.

Erosi

 

Erosi biasanya terjadi karena laju alir fluida yang terlalu tinggi. Jika aliran terdiri dari dua fasa (steam dan air) maka kegagalan operasi disebabkan karena erosi pada permukaan. Equipment yang rentan terjadi erosi diantaranya adalah turbin blade, low pressure steam piping, dan heat exchanger yang menggunakan wet steam. Kerusakan biasanya akan terjadi ketika aliran berubah arah.

DEPOSIT PADA BOILER: PEMBENTUKAN DAN PENGENDALIAN

DEPOSIT PADA BOILER: PEMBENTUKAN DAN PENGENDALIAN

Deposit merupakan masalah utama dalam pengoperasian peralatan pembangkit uap. Akumulasi material pada permukaan boiler dapat menyebabkan panas berlebih dan/atau korosi. Kedua kondisi ini sering kali mengakibatkan downtime (pemberhentian operasi) yang tidak terjadwal.

Sistem pretreatment air umpan boiler telah berkembang sedemikian rupa sehingga sekarang memungkinkan untuk menyediakan air umpan boiler dengan ultrapure water. Namun, tingkat pemurnian ini membutuhkan penggunaan sistem perlakuan awal yang rumit. Pengeluaran modal untuk unit peralatan pre-treatment seperti itu bisa sangat besar dan seringkali tidak dapat tercapai hanya dengan internal treatment.

Kebutuhan akan air umpan berkualitas tinggi merupakan sesuatu yang harus dipenuhi untuk meningkatkan kinerja boiler. Rasio permukaan pemanas terhadap penguapan telah menurun. Akibatnya, laju perpindahan panas melalui tube dinding air meningkat melebihi 200.000 Btu/ft²/jam (542.000 kcal/m2/jam). Toleransi pengendapan sangat rendah dalam sistem ini.

Kualitas air umpan yang dibutuhkan tergantung pada tekanan operasi boiler, desain, kecepatan perpindahan panas, dan penggunaan steam. Sebagian besar sistem boiler memiliki air makeup yang diproses dengan zeolit-Na atau demineralisasi. Kesadahan air umpan biasanya berkisar antara 0,01 hingga 2,0 ppm, tetapi air dengan kemurnian ini tidak dapat bebas dari deposit. Oleh karena itu, program pengolahan air boiler internal yang baik sangat diperlukan.

DEPOSIT

Kontaminan air umpan yang umumnya dapat membentuk endapan di boiler termasuk kalsium, magnesium, besi, tembaga, aluminium, silika, dan (pada tingkat yang lebih rendah) lumpur dan minyak. Sebagian besar endapan dapat diklasifikasikan sebagai salah satu dari dua jenis :

1. kerak yang mengkristal langsung di permukaan tube

2. endapan lumpur yang mengendap di tempat lain dan diangkut ke permukaan logam oleh air yang mengalir

Kerak dibentuk oleh garam yang memiliki kelarutan rendah, namun tidak sepenuhnya larut di dalam air boiler. Garam-garam ini mencapai tempat pengendapan dalam bentuk yang dapat larut dan mengendap saat dipekatkan oleh proses penguapan.

Laju perpindahan panas yang tinggi menyebabkan laju penguapan yang tinggi sehingga memekatkan air yang tersisa di area penguapan. Sejumlah senyawa pembentuk kerak yang berbeda dapat mengendap dari air yang pekat. Sifat kerak yang terbentuk bergantung pada komposisi kimiawi air pekat. Konstituen deposit normal terdiri dari kalsium, magnesium, silika, aluminium, besi, dan (dalam beberapa kasus) natrium.

 

Kombinasi senyawa ini berbeda di setiap boiler dan tebentuk di tempat berbeda-beda. Kerak dapat terbentuk sebagai kalsium silikat di satu boiler dan sebagai natrium besi silikat di boiler lain.

Contoh untuk Tabel 12.1 Senyawa pada kristal kerak yang dianalisa menggunakan X-ray diffraction (XRD).

Nama : Acmite

Formula : Na2OFe2O34SiO2

Dibandingkan dengan beberapa reaksi pengendapan lainnya, seperti pembentukan kalsium fosfat, kristalisasi kerak merupakan proses yang lambat. Akibatnya, kristal yang terbentuk tersusun dengan baik dan membentuk material yang keras, padat, dan material insulator yang baik yang terbentuk di permukaan logam tube.

Sludge adalah akumulasi padatan yang mengendap di bulk boiler water atau masuk ke boiler sebagai padatan tersuspensi. Endapan lumpur bisa menjadi keras, padat, dan alot. Saat terkena tingkat panas yang tinggi (misalnya, saat boiler didrain), endapan lumpur mengalami pemasakan. Endapan lumpur yang mengeras dengan cara ini bisa sama sulitnya dengan kerak.

Setelah pengendapan mulai terjadi, partikel yang ada di air yang bersirkulasi dapat terikat pada endapan. Pengikatan intrapartikel tidak perlu terjadi antara setiap partikel dalam massa deposit. Beberapa partikel tidak terikat dapat diikat dalam jaringan partikel terikat.

Ikatan sering kali terbentuk karena adanya muatan permukaan dan hilangnya hidrasi air. Besi oksida, dalam bentuk terhidrasi dan oksida sangat rentan terhadap ikatan. Beberapa senyawa silikat akan melakukan hal yang sama dan banyak kontaminan minyak yang terkenal sebagai pengikat deposit karena reaksi polimerisasi dan degradasi.

Selain menyebabkan kerusakan material dengan mengisolasi tempat perpindahan panas dari nyala api boiler ke air. Endapan juga membatasi sirkulasi air boiler. Deposit membuat permukaan tube menjadi kasar dan meningkatkan koefisien hambatan di aliran boiler. Sirkulasi yang berkurang dalam generating tube menyebabkan percepatan deposisi, panas berlebih, dan pemisahan uap-air yang tidak optimal.

SIRKULASI AIR BOILER

Inilah cara menggambarkan proses sirkulasi boiler. Left legs dari U-tube mewakili downcomers dan diisi dengan air yang relatif dingin. Right legs mewakili tube pembangkit dan dipanaskan. Panas menghasilkan gelembung uap, dan arus konveksi menciptakan sirkulasi. Semakin banyak panas yang dialirkan, semakin banyak uap yang dihasilkan dan laju sirkulasi meningkat.

 

Permukaan menjadi kasar dan aliran tersumbat sehingga mengurangi sirkulasi. Pada saat laju panas yang masuk konstan, jumlah steam yang sama dihasilkan, sehingga perbandingan steam-air dalam tube pembangkit dinaikkan. Air di dalam tube menjadi lebih pekat sehingga meningkatkan potensi pengendapan garam dalam air boiler.

Dalam kasus ekstrim, pengendapan sangat parah dapat mengurangi sirkulasi sehingga terjadi pemisahan uap-air yang tidak optimal. Ketika ini terjadi dalam furnace tube, kegagalan karena panas berlebih akan terjadi dengan cepat. Jika endapan yang terbentuk ringan, tidak menyebabkan kerusakan tube, tetapi mengurangi margin keamanan dalam desain boiler.

Hingga titik pemisahan uap-air yang tidak optimal, laju sirkulasi boiler meningkat dengan peningkatan laju panas yang diterima. Seringkali, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 12.5, titik belok (A) berada di atas tingkat rating nominal boiler. Ketika aliran sirkulasi kotor, titik belok pada kurva sirkulasi-hingga-panas yang masuk bergerak ke kiri, dan sirkulasi air secara keseluruhan berkurang. Peristiwa ini ditandai oleh garis putus-putus ke bawah.

 Jika muatan permukaan pada sebuah partikel relatif netral maka cenderung menyebabkan partikel tersebut menempel pada dinding tube atau tetap tersuspensi, aliran air yang cukup akan mencegahnya keluar dari tube. Jika sirkulasi melalui aliran sirkulasi tidak cukup untuk memberikan sapuan air yang cukup, partikel netral dapat menempel pada tube. Dalam kasus sirkulasi yang sangat rendah, penguapan total dapat terjadi dan terbentuknya deposit garam natrium yang biasanya larut.

TREATMENT KIMIA

Penaganan menguunakan natrium karbonat adalah metode pertama untuk mengendalikan kerak kalsium sulfat. Metode saat ini didasarkan pada penggunaan fosfat dan chelant. yang pertama adalah program pengendapan, yang kedua adalah program pelarutan.

Kontrol Karbonat

Sebelum perlakuan fosfat diterima pada tahun 1930-an, kerak kalsium sulfat merupakan masalah utama boiler. Penanganan dengan natrium karbonat digunakan untuk mengendapkan kalsium sebagai kalsium karbonat untuk mencegah pembentukan kalsium sulfat. Driving force pembentukan kalsium karbonat adalah adanya konsentrasi ion karbonat yang tinggi dalam air boiler. Bahkan jika hal ini tercapai, pengerakan besar-besaran oleh kalsium karbonat dapat terjadi. Karena tekanan boiler dan kecepatan perpindahan panas yang perlahan naik, kerak kalsium karbonat menjadi tidak dapat diterima, karena menyebabkan pipa terlalu panas dan rusak.

Kontrol Fosfat

Kalsium fosfat hampir tidak larut dalam air boiler. Bahkan kadar fosfat yang rendah dapat dipertahankan untuk memastikan pengendapan kalsium fosfat dalam air boiler bulk jauh dari permukaan pemanas. Oleh karena itu, penggunaan kontrol fosfat menghilangkan masalah kerak kalsium karbonat. Ketika kalsium fosfat dibentuk dalam air boiler dengan alkalinitas yang cukup (pH 11.0-12.0), sebuah partikel dengan muatan permukaan yang relatif tidak melekat akan dihasilkan. Ini tidak mencegah perkembangan akumulasi deposit dari waktu ke waktu, tetapi deposit dapat dikontrol dengan cukup baik dengan blowdown.

Dalam program pengolahan pengendapan dengan fosfat, magnesium yang merupakan kontaminasi hardness lebih cenderung diendapkan sebagai magnesium silikat. Jika tidak ada silika, magnesium akan mengendap sebagai magnesium hidroksida. Jika alkalinitas air boiler yang dipertahankan tidak mencukupi, magnesium dapat bergabung dengan fosfat.

Magnesium silikat yang terbentuk dalam program pengendapan tidak terlalu menempel secara kuat. Namun, itu berkontribusi pada penumpukan deposit yang setara dengan kontaminan lainnya. Analisis endapan boiler yang khas menunjukkan bahwa magnesium silikat hadir dalam rasio yang kira-kira sama dengan kalsium fosfat seperti magnesium terhadap kalsium dalam air umpan boiler.

Kontrol Fosfat/Polimer

Hasil kontrol fosfat ditingkatkan dengan tambahan bahan organik. Bahan organik alami seperti lignin, tanin, dan pati adalah suplemen pertama yang digunakan. Bahan organik ditambahkan untuk mendorong pembentukan lumpur fluida yang akan mengendap di drum lumpur (mud drum). Blowdown bawah dari drum lumpur dapat menghilangkan lumpur.

Ada banyak kemajuan dalam penanganan dengan senyawa organik. Polimer sintetik sekarang digunakan secara luas, dan penekanannya adalah pada dispersi partikel daripada pembentukan lumpur fluida. Meskipun mekanisme ini cukup kompleks, polimer mengubah luas permukaan dan rasio muatan permukaan terhadap massa padatan pada air boiler yang khas. Dengan pemilihan dan aplikasi polimer yang tepat, muatan permukaan pada partikel dapat diubah dengan baik .

Scanning electron photomicrograph (Pembesaran 4000X) dari kristal kalsium fosfat-magnesium silikat yang terbentuk dalam air boiler tidak diolah dengan dispersan. (kanan) dengan polimer tersulfonasi, pertumbuhan kristal dikontrol

Banyak jenis polimer sintetis digunakan dalam program pengendapan fosfat. Kebanyakan efektif dalam mendispersi magnesium silikat dan magnesium hidroksida serta kalsium fosfat. Polimer biasanya memiliki berat molekul rendah dan memiliki banyak sisi aktif. Beberapa polimer digunakan secara khusus untuk garam hardness atau untuk besi; beberapa efektif untuk rentang ion yang luas.

 Kinerja fosfat/polimer dapat dipertahankan pada kecepatan perpindahan panas yang tinggi melalui pemilihan polimer yang sesuai.

 

·         Treatment Type

·         Boiler Treatment Concentration (ppm)

·         Heat Transfer Rate (Btu/ft2/hr)

·         Operating Pressure (psig)

·         % Scale Reduction

 

Kontrol Chelant

Chelant adalah aditif utama sebagai pelarut di dalam program penanganan air boiler. Chelant memiliki kemampuan untuk mengkomplekskan banyak kation (hardness dan logam berat pada kondisi air boiler). Mereka melakukannya dengan mengunci logam ke dalam struktur cincin organik yang dapat larut. Kation chelated tidak mengendap di boiler. Saat diaplikasikan dengan dispersan, chelant menghasilkan sisi permukaan air yang bersih.

Penyuplai dan pengguna chelant telah belajar banyak tentang keberhasilan penerapannya sejak diperkenalkan sebagai metode pengolahan air umpan boiler di awal 1960-an. Chelants digembar-gemborkan sebagai aditif “treatment ajaib”. Namun, seperti halnya materi apa pun, tantangan terbesar adalah memahami penerapan yang tepat.

Chelant adalah asam organik lemah yang diinjeksikan ke dalam air umpan boiler dalam bentuk garam natrium yang dinetralkan. Air menghidrolisis chelant, menghasilkan anion organik. Derajat hidrolisis merupakan fungsi dari pH; hidrolisis sempurna membutuhkan pH yang relatif tinggi.

Chelant anionik memiliki sisi reaktif yang menarik sisi koordinasi pada kation (kontaminan hardness dan logam berat). Sisi koordinasi adalah area pada ion yang dapat menerima ikatan kimia. Misalnya, besi memiliki enam sisi koordinasi, seperti halnya EDTA (asam etilen di-amin tetra-asetat). Ion besi yang memasuki boiler (misalnya, sebagai kontaminasi dari sistem kondensat) bergabung dengan EDTA. Semua sisi koordinasi pada ion besi digunakan oleh EDTA, dan logam yang stabil terbentuk (Gambar 12.10).

Kebanyakan logam (diwakili di kiri) memiliki enam situs koordinasi reaktif. EDTA dapat secara efektif mengikat ke setiap situs koordinasi dan menghasilkan kompleks yang stabil

NTA (asam nitrile tri-asetat), chelant lain yang diaplikasikan pada air umpan boiler, memiliki empat lokasi koordinasi dan tidak membentuk kompleks yang stabil seperti EDTA. Dengan NTA, sisi koordinasi yang tidak digunakan pada kation rentan terhadap reaksi dengan anion yang bersaing.

 

Chelants bergabung dengan kation yang membentuk endapan, seperti kalsium, magnesium, besi, dan tembaga. Kelat logam yang terbentuk larut dalam air. Ketika kelat stabil, pengendapan tidak terjadi. Meskipun ada banyak zat yang memiliki sifat chelating, EDTA dan NTA hingga saat ini merupakan chelant yang paling cocok untuk pengolahan air umpan boiler.

Logaritma konstanta kesetimbangan untuk reaksi ion logam kelant, yang sering disebut Konstanta Stabilitas (Ks), dapat digunakan untuk menilai stabilitas kimia kompleks yang terbentuk. Untuk reaksi kalsium-EDTA:

 

Ks = Log([Ca-EDTA2-]/([Ca2+]x[EDTA4-])) = 10.59

 

Efektivitas program chelant dibatasi oleh konsentrasi anion yang bersaing. Dengan pengecualian fosfat, batasan anion yang bersaing pada chelant EDTA biasanya tidak parah. Alkalinitas dan silika, selain fosfat, membatasi pertimbangan dalam penggunaan NTA.

Kontrol Chelant/Polimer

Besi oksida menjadi perhatian khusus dalam program pengolahan air boiler saat ini. Deposisi dari air umpan boiler dengan hardness rendah (kurang dari 1,0 ppm) dihilangkan dengan program chelant dan dapat dikurangi hingga 95% dengan program pengolahan polimer/fosfat yang baik. Besi oksida merupakan kontributor yang semakin signifikan pada endapan boiler karena vitual elimination endapan hardness di banyak sistem dan karena laju perpindahan panas yang tinggi dari banyak boiler mendorong pengendapan besi.

Chelant dengan nilai stabilitas tinggi, seperti EDTA, dapat membuat kompleks endapan besi. Namun, kemampuan ini dibatasi oleh persaingan dengan ion hidrat. Pengalaman menunjukkan bahwa hanya mengandalkan EDTA atau chelant lain bukanlah metode yang paling memuaskan untuk pengendalian zat besi.

Pada kecepatan umpan chelant normal, kelasi terbatas dari besi partikulat yang masuk terjadi. Ini biasanya cukup untuk melarutkan beberapa kontaminan besi kondensat. Chelation dari magnetit (oksida yang terbentuk di bawah kondisi boiler – campuran Fe2O3 dan FeO) dimungkinkan karena chelant bergabung dengan besi (FeO) dari magnetit.

Pemberian chelant yang berlebihan (tingkat tinggi) dapat menghilangkan oksida besi dalam jumlah besar. Namun, hal ini tidak diinginkan karena tidak dapat membedakan antara oksida besi yang membentuk lapisan magnetit pelindung dan oksida besi yang membentuk endapan.

 

Kombinasi chelant/polimer adalah pendekatan yang efektif untuk mengendalikan oksida besi. Chelant yang cukup diumpankan untuk menbentuk senyawa kompleks dengan hardness dan besi larut, dengan sedikit excess untuk melarutkan kontaminasi besi. Polimer kemudian ditambahkan untuk mendispersi kontaminan oksida besi yang tersisa

 Chelant/polimer dapat memberikan perlindungan deposit besi tingkat tinggi, asalkan digunakan polimer yang tepat. Bahkan anggota keluarga polimer yang sama, seperti polimetakrilat (PMA), dapat sangat bervariasi dalam kinerja

Program chelant/polimer dapat menghasilkan sisi air yang bersih, berkontribusi pada pengoperasian boiler yang jauh lebih anda. adwal pembersihan boiler yang tidak dapat digunakan dapat diperpanjang dan dalam beberapa kasus, dihilangkan. Ini tergantung pada kendali operasional dan kualitas air umpan. Chelant dengan kestabilan kompleks yang tinggi adalah perlakuan yang dapat ditoleransi.

 Chelant/polimer memberikan mode penanganan internal yang paling aman dari deposit. Kondisi pengujian: 600 psig; 60.000 (probe besar) + 180.000 (probe kecil) Btu/ft2/jam air umpan, konstanta makeup

Boiler dengan pengendapan tingkat sedang dalam bentuk kalsium karbonat dan kalsium fosfat dapat dibersihkan secara efektif melalui program pembersihan chelant in service. Program pembersihan chelant in service harus dikontrol dan tidak dicoba pada boiler dengan endapan yang banyak atau diterapkan dengan kecepatan yang terlalu cepat. Chelants dapat menyebabkan akumulasi deposit yang besar terkuras dalam waktu singkat. Akumulasi ini dapat menyumbat header atau mengendap kembali di daerah sirkulasi kritis, seperti tube dinding furnace.

Dalam program pembersihan chelant, chelant yang cukup ditambahkan untuk melarutkan hardness air umpan dan besi yang masuk. Ini diikuti dengan dosis chelant berlebih yang direkomendasikan. Inspeksi rutin (biasanya setiap 90 hari) sangat disarankan agar kemajuan treatment dapat dipantau.

Level polimer dalam boiler juga harus dinaikkan hingga di atas konsentrasi normal. Ini membatasi masuknya partikel ke air boiler curah sebanyak mungkin sampai mengendap di drum lumpur. Peningkatan jumlah blowdown drum lumpur harus dilakukan untuk menghilangkan partikel dari boiler.

Program pembersihan chelant in service tidak disarankan saat analisis endapan menunjukkan bahwa unsur utama terdiri dari silikat, oksida besi, atau kerak apa pun yang tampaknya keras, terikat erat, atau kurang porositas. Karena kerak tersebut tidak berhasil dihilangkan di sebagian besar posisi, pembersihan chelant yang sedang berlangsung tidak dapat diatur dalam situasi ini.

Kombinasi Fosfat/Chelant/Polimer

Kombinasi polimer, fosfat, dan chelant biasanya digunakan untuk menghasilkan hasil yang sebanding dengan perlakuan chelant/polimer pada boiler bertekanan rendah hingga sedang. Kebersihan boiler ditingkatkan melalui penggunaan fosfat, dan keberadaan fosfat menyediakan cara pengujian yang mudah untuk memastikan adanya penangangan kimia di dalam air boiler.

Penanganan dengan Hanya Menggunakan Polimer

Program penanganan khusus polimer juga digunakan dengan tingkat keberhasilan tertentu. Dalam perlakuan ini, polimer biasanya digunakan sebagai pengkelat lemah untuk membentuk senyawa kompleks hardness air umpan. Perawatan ini paling berhasil jika kesadahan air umpan secara konsisten sangat rendah.

Pengolahan Air Boiler Bertekanan Tinggi

Boiler bertekanan tinggi biasanya memiliki area dengan aliran panas dan air umpan yang tinggi, terdiri dari air makeup terdemineralisasi dan persentase recovery kondensat yang tinggi. Karena kondisi tersebut, boiler bertekanan tinggi rentan terhadap serangan kaustik. Boiler bertekanan rendah yang menggunakan air demineralisasi dan kondensat sebagai air umpan juga rentan terhadap serangan kaustik.

Ada beberapa cara dimana air boiler dapat menjadi sangat pekat. Salah satu yang paling umum adalah pengendapan oksida besi pada radiant wall tube. Endapan oksida besi seringkali cukup berpori dan bertindak sebagai miniatur boiler uap. Air ditarik ke dalam deposit oksida besi. Panas yang diterima deposit dari dinding tube menghasilkan uap, yang keluar melalui pori deposit tersebut. Lebih banyak air masuk ke dalam endapan, menggantikan uap. Siklus ini berulang dan air di bawah endapan terkonsentrasi pada tingkat yang sangat tinggi. Ada kemungkinan 100.000 ppm kaustik di bawah endapan sementara air boiler curah hanya mengandung sekitar 5-10 ppm kaustik

Endapan berpori memberikan kondisi yang mendorong tingginya konsentrasi padatan pada air boiler, seperti natrium hidroksida (NaOH)

Unit pembangkit uap yang disuplai dengan air makeup yang didemineralisasi atau diuapkan atau kondensat murni dapat dilindungi dari korosi kaustik dengan perlakuan yang dikenal dengan istilah umum “kontrol fosfat/pH terkoordinasi”. Fosfat adalah buffer pH dalam program ini dan membatasi konsentrasi kaustik terlokalisasi. Pembahasan rinci tentang perawatan .

Jika endapan diminimalkan, daerah di mana kaustik dapat terkonsentrasi akan berkurang. Untuk meminimalkan pengendapan besi dalam boiler bertekanan tinggi (1000-1750 psig [70,3-123 kg/cm2]), polimer khusus telah dirancang untuk mendispersikan besi dalam air curah.

Seperti program pengendapan fosfat dan kontrol chelant, penggunaan polimer ini dengan perlakuan fosfat/pH terkoordinasi meningkatkan kontrol endapan.Mengilustrasikan keefektifan dispersan dalam mengendalikan pengendapan oksida besi. Kondisi pengujian adalah fluks panas 1500 psig (105 kg/cm2) (590 ° F [310 ° C]), 240.000 Btu/ft²/jam (650.400 kkal/m2/jam), dan program penggunaan fosfat/pH terkoordinasi. Memberikan ilustrasi grafik nilai dispersan dalam mencegah deposisi pada generator uap. Kemampuan untuk mengurangi akumulasi oksida besi merupakan persyaratan penting dalam perawatan sistem boiler yang beroperasi pada tekanan tinggi dan dengan air umpan yang memiliki kemurnian tinggi. Permukaan perpindahan panas boiler eksperimental (perbesaran 800X) yang terpapar kontaminasi besi air umpan. Deposisi oksida berat terjadi (kiri) saat tidak ada polimer yang digunakan. Permukaan yang hampir bersih dicapai dengan program polimer khusus besi (kanan)

 

Boiler superkritis menggunakan semua perawatan yang mudah menguap, umumnya terdiri dari amonia dan hidrazin. Karena potensi ekstrim untuk pembentukan endapan dan kontaminasi uap, tidak ada padatan yang dapat ditoleransi dalam air boiler sekali-tembus superkritis, termasuk padatan perawatan.

KONTROL BLOWDOWN BOILER

KONTROL BLOWDOWN BOILER

Blowdown boiler merupakan kegiatan membuang air dari boiler yang bertujuan untuk mengatur parameter air boiler dengan batas yang telah ditetapkan untuk meminimalkan terjadinya kerak, korosi, carryover, dan masalah spesifik lainnya. Blowdown juga untuk membuang padatan tersuspensi yang ada di dalam sistem.Akibatnya beberapa air boiler dibuang (blowdown) dan diganti dengan air umpan. Persentase air blowdown air boiler adalah sebagai berikut:

Nilai blowdown dapat bervariasi dari kurang 1% ketika air umpan memiliki kualitas yang sangat bagus hingga lebih dari 20% pada sistem kritis dengan kualitas air yang buruk. Pada pabrik dengan air makeup dari softener zeolit natrium, persentase biasanya ditentukan dari hasil tes klorida rata-rata. Pada boiler bertekanan tinggi, material inert yang larut dapat ditambahkan untuk sebagai pengecek persentase blowdown.

FAKTOR PEMBATAS YANG MEMPENGARUHI BLOWDOWN

Tujuan utama blowdown adalah untuk menjaga agar kandungan padatan di air boiler berada pada batasan tertentu. Hal ini diperlukan karena ada alasan tertentu seperti kontaminasi air boiler. Laju blowdown tergantung dari desain boiler, kondisi operasi, dan tingkat kontaminasi pada air umpan. Pada banyak sistem, laju blowdown ditentukan berdasarkan pada nilai total padatan terlarut (TDS).

Untuk sistem yang lama, laju blowdown di tentukan pada batas kadar kontaminan air boiler yang diatur oleh American Boiler Manufacturers’ Association (AMBMA) di dalam garansi standar dari kemurnian steam. Standar ini dipakai meski merupakan sebuah sifat umum dan tidak aplikatif untuk setiap kasus. Saat ini  ASME mengenai “Consensus on Operating Practice for the Control of Feedwater and Boiler Water Quality in Modern Industrial Boiler” lebih sering digunakan untuk menentukan laju blowdown.

Konsensus ini diterapkan pada kontrol deposisi sebagai kualitas steam. Pengambilan keputusan engineering yang baik harus diterapkan di setiap kasus, karena setiap sistem boiler bersifat spesifik, batasan kontrol mungkin berbeda juga. Ada banyak faktor mekanikal yang dapat mempengaruhi batas kontrol blowdown, termasuk desain boiler, rating, level air, dan karakteristik beban, dan jenis bahan bakar.

Pada beberapa kasus, kontrol batas blowdown untuk sistem tertentu ditentukan berdasarkan pengalaman operasi, inspeksi peralatan, atau tes kemurnian steam dari pada kriteria air dari ASME atau ABMA. Pada kasus tertentu, mungkin untuk melebihi nilai batas TDS atau konduktivitas, silika, atau alkalinitas menurut standar.

Level maksimum yang mungkin untuk setiap sistem dapat ditentukan hanya dari pengalaman. Efek dari karakteristik air terhadap kualitas steam dapat diverifikasi dengan pengetesan kemurnian steam. Efek dari kondisi internal harus ditentukan dari pengamatan hasil selama turnaround untuk unit spesifik.

Beberapa boiler membutuhkan blowdown yang lebih rendah dibandingkan nilai normal karena desain boiler yang tidak umum atau kriteria operasi atau sebuah pengecualian dari persyaratan air umpan yang murni. Pada beberapa pabrik, batas blowdown lebih rendah dibandingkan yang dibutuhkan karena filosofi operasi konservatif.

BLOWDOWN MANUAL

Blowdown manual secara intermiten didesain untuk menghilangkan padatan tersuspensi, melingkupi lumpur yang terbentuk di dalam air boiler. Tempat keluar blowdown manual biasanya berada pada bagian bawah drum boiler yang merupakan tempat dimana lumpur yang terbentuk cenderung mengendap di sana.

Blowdown manual intermiten yang dikontrol dengan baik akan menyingkirkan padatan tersuspensi, dan membuat operasi boiler yang memuaskan. Pada kebanyakan sistem boiler industri memiliki blowdown manual intermiten dan sistem kontiniu. Secara praktek, valve blowdown manual dibuka secara periodik sesuai dengan jadwal operasi. Untuk optimasi penghilangan padatan tersuspensi dan keekonomian operasi, sistem blowdown dibuka secara sering dengan waktu singkat lebih disarankan.  Blowdown manual dapat dibuka lebih jarang pada sistem ini dibandingkan sistem yang mengunakan air umpan yang terkontaminasi dengan kesadahan atau besi.

Pengoperasian valve blowdown pada dinding header harus mengikuti rekomendasi dari pembuatnya. Biasanya, karena ada kemungkinan permasalahan sirkulasi, diding header air tidak diblowdown ketika unit sedang menghasilkan steam. Blowdown biasanya dilakukan ketika alat berhenti beroperasi atau diblanked.

BLOWDOWN KONTINIU

Blowdown kontiniu membuang air dari boiler secara terus menerus. Hal ini memiliki banyak kelebihan dibandingkan blowdown manual. Secara sederhana, air dibuang dari lokasi dengan kandungan padatan terlarut tertinggi sehingga kualitas air boiler dapat dijaga lebih baik sepanjang waktu dan padatan terlarut dapat dihilangkan secara maksimum dengan kehilangan air dan panas minimum.

Kelebihan lain yaitu recovery konnten panas yang besar melalui penggunaan tangki blowdown flash dan alat penukar panas. Pengaturan control valve harus dilakukan secara teratur untuk meningkatkan atau menurunkan blowdown berdasarkan hasil analisa air boiler.

Ketika ada blowdown kontiniu, blowdown manual dibatasi biasanya dilakukan satu kali blowsdown dalam waktu singkat pada setiap shift untuk menghilangkan padatan tersuspensi yang mengendap pada sambungan blowdown manual.

KONSERVASI ENERGI

Beberapa faktor yang memengaruhi konsumsi energi oleh air dari peralatan penghasil steam.

Pembentukan Kerak

Perpindahan panas dihambat oleh kerak yang terbentuk pada permukaan bagian dalam. Pengurangan kerak melalui pretreatment yang tepat dan penambahan chemical menghasilkan permukaan bagian dalam yang lebih bersih sehingga pertukaran panas lebih efisien dan penghematan energi.

Pengurangan Blowdown Air Boiler

Pengurangan jumlah blowdown air dapat menghasilkan penghematan air dan bahan bakar yang siginifikan. Pada beberapa instalasi boiler, kadar padatan di air boiler lebih rendah dibandingkan batas kadar maksimum. Melalui peningkatan metode kontrol, seperti blowdown otomatis, blowdown air boiler dapat dikurangi hingga kadar padatan tidak melampaui batas maksimum.

Laju blowdown yang diperlukan tergantung dari kualitas air umpan, beban boiler, dan batasan mekanikal. Variasi dari faktor ini akan mengubah jumlah air blowdown sehingga membutuhkan pengaturan yang sering untuk mendapatkan blowdown kontiniu yang pas.

Laju blowdown merupakan variabel yang paling buruk dikontrol dibandingkan variabel lain dari program tretment internal. Batas nilai konduktivitas  untuk blowdown yang diatur secara manual biasanya memiliki rentang yang luas, dengan batas terendah di bawah 70% dari nilai aman maksimum.

Pada pabrik yang menggunakan air makeup dari pengolahan softener zeolit, sistem kontrol otomatis dapat menjaga konduktivitas air disekitar 5% dari set point. Catatan operasi pabrik telah memverifikasi bahwa dengan pengaturan manual, tidak lebih dari 20% blowdown kontiniu dapat menjaga nilai konduktivitas di sekitar 5% dari set point. Umumnya, pabrik dapat menghemat 20% blowdown ketika mengganti sistem dari blowdown kontiniu yang diatur manual menjadi otomatis.

Pada beberapa kasus, peningkatan kualitas air umpan akan mengurangi laju blowdown pada kadar maksimum padatan  yang diizinkan. Hal ini dapat dicapai melalui penggunaan kembali kondensat sebagai tambahan air umpan, atau melalui peningkatan pengolahan eksternal untuk kualitas air umpan yang lebih bagus.

Pengurangan blowdown akan mempengaruhi penghematan air dan bahan bakar. Ketika konsentrasi merata dijaga pada batas maksimum akan menghasilkan beberapa penghematan seperti kebutuhan air makeup, biaya pengolahan air, biaya pengolahan limbah air blowdown, konsumsi bahan bakar, dan kebutuhan bahan kimia untuk treatment.

Recovery Panas

Recovery panas sering dilakukan untuk mengurangi kehilangan energi akibat blowdown. Instalasi peralatan recovery panas hanya berguna ketika energi dari tangki flash atau air blowdown dapat diambil dan digunakan kembali. Ketika suplai berlebih dari exhaust atau steam bertekanan rendah sudah tersedia, ada sedikit justifikasi untuk penginstalan peralatan recovery panas.

Jika dijustifikasi ekonomis, air blowdown dapat digunakan untuk memanaskan aliran proses. Pada kebanyakan kasus, sistem recovery panas air blowdown menggunakan flash steam dari tangki flash untuk deaerasi. Blowdown dari tangki flash dilewatkan melalui sebuah alat penukar panas dan digunakan untuk memanaskan air makeup. Perbedaan ini biasanya sekitar 5-10oC.

Peralatan Yang Dibutuhkan Untuk Blowdown Manual

Peralatan untuk manual blowdown merupakan bagian dari unit boiler dan dipasang pada unit, biasanya terdiri dari pipa pembuangan, valve yang dapat dibuka secara cepat, dapat berupa valve shut-off. Pipa pembuangan selalu terletak pada bagian terbawah dari drum boiler paling bawah, tempat dengan konsentrasi paling tinggi.

Beberapa tipe boiler water-tube memiliki beberapa jalur blowdown. Hal ini memungkinkan blowdown dari dua ujung mud drum. Jalur blowdown dipasang pada headers untuk drain dan pembuangan padatan tersuspensi yang terakumulasi dan membatasi sirkulasi.

Blowdown Kontiniu

Blowdown kontiniu bisanya di pasang oleh pembuat boiler. Lokasi dari jalur blowdown kontiniu tergantung dari pola sirkulasi air. Posisi tersebut harus memastikan penghilangan air yang paling pekat. Pipa juga harus ditempatkan sehingga umpan air boiler atau umpan bahan kimia tidak mengalir secara langsung menuju pipa ini. Ukuran pipa dan valve tergantung dari jumlah air yang akan dibuang.

Blowdown Otomatis

Sebuah sistem kontrol blowdown otomatis secara kontiniu memonitor air boiler, dan menyetel laju blowdown, dan menjaga nilai konduktivitas dari air boiler pada level tertentu. Pengotor lainnya pada air boiler seperti klorida, natrium, dan silika juga digunakan sebagai parameter kontrol blowdown. Pengujian alkalinitas telah digunakan sebagai parameter kontrol blowdown tambahan untuk sistem boiler dengan air boiler yang mungkin memiliki alkalinitas yang tinggi.

Padatan Total

Dari pandangan teknikal, pengukuran gravimetri merupakan cara yang memadai untuk menentukan padatan total yang ada di dalam air, namun metode ini jarang digunakan karena analisanya membutuhkan waktu yang lama dan sulit dilakukan untuk kontrol secara rutin. Perbandingan kadar total padatan dari air boiler dengan total padatan air umpan tidak membutuhkan pengukuran akurat  dari konsentrasi air umpan di dalam boiler, karena alasan berikut:

 

·         Sampel air boiler mungkin tidak merepresentasikan kandungan padatan tersuspensi karena adanya pengendapan atau pembentukan deposit

·         Penanganan internal dapat menambahkan berbagai padatan pada air boiler

·         Pemecahan bikarbonat dan karbonat dapat membebaskan gas karbon dioksida dan menurunkan kadar padatan total di air boiler.

Padatan Terlarut

Konduktivitas air boiler mengindikasikan pengukuran secara tidak langsung dari padatan terlarut dan biasanya digunakan untuk kontrol blowdown. Namun, menentukan laju blowdown berdasarkan nilai konduktivitas air boiler dan air umpan tidak memberikan pengukuran langsung dari konsentrasi air umpan di dalam boiler. Konduktivitas dipengaruhi oleh kehilangan karbon dioksida dengan steam dan penambahan padatan dari pemberian bahan kimia untuk penanganan internal.

Konduktivitas sampel disebabkan ionisasi berbagai garam yang ada. Pada larutan encer, hampir semua garam terlarut berada dalam bentuk terionisasi, sehingga konduktivitas meningkat sebanding dengan peningkatan konsentrasi padatan terlarut. Pada larutan pekat, ionisasi ditahan dan perbandingan konduktivitas dengan padatan terlarut berkurang. Hubungan antara konduktivitas dan padatan terlarut ditentukan paling akurat melalui pengukuran kedua parameter dan penentuan hubungan antar kedua parameter tersebut. Kandungan padatan dari larutan yang sangat encer seperti kondensat dapat dihitung dengan faktor 0,5-0,6 ppm TDS untuk satu mikrosiemen konduktivitas. Untuk larutan yang lebih pekat seperti air boiler, faktor bervariasi mulai dari 0,55-0.90 ppm TDS untuk satu mikrosiemen konduktivitas. Ion hidroksida yang ada di dalam air jauh lebih konduktif dibandingkan dengan ion lain. Oleh karena itu, praktek umum untuk menetralkan kaustik dengan asam organik sebelum mengukur konduktivitas air.

Silika, Alkalinitas, Natrium, Litium, dan Molibdat

Pada kondisi tertentu, pengukuran silika dan alkalinitas pada air boiler dapat digunakan untuk mengontrol blowdown. Natrium, litium, dan molibdat telah digunakan untuk perhitungan laju blowdown secara akurat pada unit dengan tekanan tinggi dengan umpan air demin.

Klorida

Jika konsentrasi klorida di dalam air umpan cukup tinggi untuk diukur secara akurat, hal ini dapat digunakan untuk mengontrol blowdown dan untuk menghitung laju blowdown. Karena klorida tidak berpartisipasi di dalam air boiler, konsentrasi relatif klorida di air umpan dan air boiler dapat digunakan sebagai basis akurat untuk menghitung laju blowdown.

Pengujian klorida tidak cocok untuk perhitungan ketika kadar klorida di air umpan boiler sangat rendah untuk perhitungan yang akurat. Sedikit kesalahan dalam pengukuran kadar klorida air umpan akan menyebabkan kesalahan dalam perhitungan laju blowdown.

Spesifik Graviti

 

Spesifik graviti dari air boiler sebanding dengan padatan terlarut. Namun, penentuan kadar padatan terlarut dengan pengukuran hidometer untuk spesifik graviti sangat tidak akurat dan tidak direkomendasikan untuk kontrol blowdown yang tepat.

KERUSAKAN PADA SISTEM BOILER

KERUSAKAN PADA SISTEM BOILER

Operasi peralatan penghasil steam (boiler) yang sukses dan handal membutuhkan pengaplikasikan metode terbaik yang ada untuk mencegah pembentukan kerak dan korosi. Ketika kerusakan boiler terjadi, penting untuk mengidentifikasi penyebabnya secara tepat sehingga langkah penanganan yang tepat dapat diambil untuk mencegah terjadi kembali.

Ada waktu dimana penyebab kerusakan boiler tidak dapat dilihat secara jelas. Secara instan, investigasi diperlukan untuk mengetahui penyebabnya. Namun, pada kebanyakan kasus daerah permasalahan menunjukkan hal spesifik, tanda yang jelas. Ketika karakteristik ini diintepretasikan secara tepat, penyebab dan langkah penanganan menjadi jelas. Kerusakan yang umumnya terjadi pada boiler adalah sebagai berikut.

DEAERATOR CRACKING

Pada banyak deaerator, kasus keretakan terjadi pada bagian pengelasan dan area yang terkena panas di dekat area pengelasan. Keretakan paling umum terjadi pada bagian pengelasan head dengan shell di bawah level air di dalam kompartemen penyimpanan. Namun, hal itu juga terjadi pada bagian atas level air dan pada pengelasan longitudinal. Keretakan bisa menyebabkan kerusakan alat, dan mengakibatkan timbulnya bahaya keselamatan sehingga memerlukan inspeksi secara rutin dan penjaminan, perbaikan atau penggantian.

Kebanyakan mekanisme keretakan deaerator telah diidentifikasi sebagai enviromentally assisted fatigue cracking. Meski penyebab pastinya tidak diketahui, langkah yang bisa diambil untuk meminimalkan kemungkinan munculnya keretakan (seperti stress-relieving dari pengelasan dan minimalisasi dari thermal atau mechanical strees selama operasi. Sifat kimia air harus didesain untuk memimalkan korosi.

EROSI JALUR AIR UMPAN

Aliran air dengan kecepatan tinggi dan bisanya campuran air dan steam menyebabkan erosi pada sistem air umpan. Permasalahan erosi yang paling umum ditemui yaitu pada hairpin bend pada steaming economizer. Di tempat ini, campuran air dan steam mengikis elbow, meninggalkan bekas telapak sepatu kuda terbalik. Masalah serupa juga ditemui pada pipa air umpan dimana kecepatan yang tinggi menimbulkan pola penipisan yang familiar.

Untuk mengatasi permasalahan erosi, menjaga kondisi kimia air umpan yang akan membentuk lapisan oksida yang paling kuat akan sangat membantu. Namun, permasalahan ini tidak dapat dipecahkan secara sempurna tanpa perubahan desain atau pengooperasian.

TUBE EKONOMIZER

Tube air di ekonomizer merupakan tempat yang sering terjadinya kerusakan parah akibat pitting oleh oksigen . Kerusakan paling parah terjadi pada inlet ekonomizer dan sambungan pengelasan tube. Pemasangan deaerator yang beroperasi efektif sangat penting. Penggunaan fast-acting oxygen scavenger, seperti natrium sulfit terkatalisasi juga membantu melindungi bagian vital dari boiler.

Ketika pitting oksigen merupakan bentuk korosi paling umum yang terjadi pada sisi air yang menyebabkan kerusakan pada tube ekonomizer, soda kaustik terkadang terakumulasi di bawah deposit dan memyebabkan caustic gaughing. Biasanya, serangan ini terbentuk di daerah sebuah ekonomizer dimana proses produksi steam terjadi di bawah deposit dan soda kaustik bebas hadir di dalam air umpan. Solusi terbaik untuk mengatasi permasalahan ini yaitu dengan melalui peningkatan penanganan yang akan menghilangkan kemungkinan deposisi.

Penyebab umum lainnya yang menyebabkan kerusakan ekonomizer meliputi fatigue cracking pada ujung tube yang digulung dan korosi bagian sisi api yang disebabkan oleh asam dari gas buang boiler.

KERUSAKAN KARENA OVERHEATING

Ketika kerusakan tube terjadi karena overheating dan aliran plastis (kondisi yang umumnya bersamaan deposit), penyebabnya biasanya diidentifikasi dengan deposit . Sebuah analisis yang akurat pada deposit mengindikasikan sumber dari masalah dan langkah yang dibutuhkan untuk mengatasinya. Analisa metalografi berguna pada saat mengonfirmasi apakah terpapar dalam waktu singkat atau lama terhadap kondisi overheating yang terjadi sebelum kerusakan. Beberapa analisa juga membantu ketika kualitas logam atau kecacatan manufaktur dicurigai sebagai penyebab kerusakan, meski faktor ini tidak begitu siginifikan.

Ketika kerusakan tube akibat overheating, pengujian yang teliti dari kerusakan bagian tube akan mengungkapkan apakah kerusakan dikarenakan kenaikan temperatur dinding tube secara cepat pada waktu lama, penambahan deposit secara bertahap. Ketika kondisi kenaikan temperatur secara cepat pada temperatur logam hingga 871oC atau lebih, kondisi aliran plastis akan dicapai dan tube akan pecah.

Ledakan thin-lipped terjadi ketika sirkulasi air pada tube diinterupsi dengan penutupan atau kegagalan sirkulasi yang disebabkan level air yang rendah. Pada beberapa desain steam drum, level air merupakan faktor kritis karena baffling dapat mengisolasi sebuah bagian yang dihasilkan dari sebuah boiler ketika level air pada steam drum turun di bawah titik tertentu.

Ledakan thin-lipped juga terjadi pada tube superheater ketika aliran steam tidak cukup, ketika deposit membatasi aliran, atau ketika tube diblok oleh air karena laju pembakaran yang cepat selama start-up boiler.

Gangguan pada aliran tidak selalu menghasilkan kerusakan yang cepat. Tergantung pada temperatur yang dicapai, tube dapat rusak karena korosi atau mekanisme penipisan dalam waktu yang lama sebelum penggelembungan, atau pelepuhan atau kerusakan secara serentak terjadi. Pengujian metalurgi untuk mendeteksi faktor mekanikal yang berkontribusi dapat membantu dalam mengidentifikasi sumber masalah.

Kondisi pengerakan yang lama yang akan menimbulkan kebocoran tube biasanya diindikasikan dengan pengeriputan, penggelembungan permukaan luar dan adanya celah thick-lipped. Tampilan ini mengindikasikan creep failure dalam waktu lama yang ditimbulkan akibat pembentukan kerak yang berulang-ulang, menyebabkan overheating dan pembengkakan permukaan tube. Kerak secara instan cenderung mengalami keretakan, air kontak dengan logam dan mendinginkan logam hingga terjadi proses pengerakan berulang.

KERUSAKAN AKIBAT KOROSI

Stress Corrosion Cracking

Berbagai mekanisme korosi berkontribusi pada kerusakan tube boiler. Stress corrosion dapat terjadi pada intercrystalline atau transgranular cracking dari baja karbon. Hal ini disebabkan kombinasi dari tekanan pada logam dan adanya korosi. Pengujian metalurgi dari bagian yang rusak dibutuhkan untuk mengonfirmasi tipe spesifik dari keretakan. Ketika hal ini sudah diketahui maka penanganan yang tepat dapat diambil.

Caustic Embrittlement

Caustic embrittlement merupakan bentuk spesifik dari stress corrosion, yang dihasilkan di dalam intercrystalline cracking dari baja. Intercrystalline cracking hanya terjadi ketika hal ini ada: kondisi spesifik dari tekanan, mekanisme untuk konsentrasi seperti kebocoran, dan adanya NaOH pada air boiler. Oleh karena itu, tube boiler rusak karena caustic embrittlement pada titik dimana tube dijadikan lembaran atau drum, atau header.

Kemungkinan embrittlement tidak boleh diabaikan bahkan ketika boiler memiliki desain semuanya dilas. Keretekan pada pengelasan atau kebocoran pada ujung tube dapat memberikan mekanisme yang mana logam drum dapat mendapat efek yang merugikan.

Detektor embrittlement dapat digunakan untuk menentukan apakah air boiler memiliki kecenderungan untuk embrittlement.  Jika air memiliki kecenderungan embrittlement, perlu diambil langkah perlindungan dari kerusakan yang diakibatkan embrittlement.

Natrium nitrat merupakan perlakuan standar untuk menghambat embrittlement dari boiler yang beroperasi pada tekanan rendah. Rasio natrium nitrat terhadap natrium hidroksida di dalam air boiler yang direkomendasikan oleh departemen pertambangan tergantung dari tekanan operasi boiler. Perbandinganya yaitu:

 

Tekanan, psi (kg/cm2) : Hingga 250 (17,6), Hingga 400 (28,1), dan Hingga 1000 (70,3)

Perbandingan NaNO3/NaOH :  0,2  ,  0,25  , 0,40-0,50

 

Rumus untuk menghitung perbandingan natrium nitrat dengan natrium hidroksida di dalam air boiler adalah sebagai berikut:

Pada tekanan di atas 900 psig. Kontrol pengkoordinasikan pospat/pH merupakan perlakuan internal yang biasanya dilakukan. Ketika dilakukan dengan baik, perlakuan ini akan menghambat peningkatan konsentrasi kaustik, menghilangkan potensi terjadinya caustic embrittlement.

Fatigue dan Corrosion Fatigue

Transgranular cracking biasanya disebabkan cyclic stress yang merupakan bentuk umum dari cracking yang ditemui pada boiler industri. Untuk menentukan penyebab transgranular failure, dibutuhkan pemelajaran mengenai desain dan kondisi operasi dari boiler. Straight tube, shell and tube waste heat boiler sering mengalami tube dan tube sheet failure dikarenakan adanya tegangan yang tidak merata. Penyebab utama dari kejadian ini yaitu karena distribusi tidak merata dari gas panas melewati permukaan dari tube sheet.

Berbagai fitur desain yang memungkinkan terbentuknya steam pockets di dalam unit dapat menyebabkan cyclic overheating dan quenching. Hal ini dapat menimbulkan keretakan pada tube dan terkadang pada shell.

Beberapa intercrystalline cracking dapat terjadi pada failure tipe ini baik itu ada atau tidaknya NaOH. Namun, tipe keretakan utama yang terjadi adalah keretakan disepanjang struktur butir dari logam.  keretakan biasanya diikuti dengan beberapa lubang yang berdekatan atau sejajar dengan keretakan, indikator spesifik lainnya dari adanya tegangan mekanik. Beberapa korosi yang ada berkontribusi dalam terbentuknya lubang. Reaksi normal antara besi dengan air cukup untuk menyebabkan lubang pada pecahan lapisan tipis besi oksida yang terbentuk pada permukaan yang baru terpapar di bawah tekanan.

Stress-Induced Corrosion

Beberapa boiler bisa sangat rentan terhadap korosi akibat tegangan dari gaya mekanik yang terjadi selama proses pembuatan. Kerusakan umunya terlihat pada komponen yang mengalami tegangan, seperti ujung tube yang digulung, ulir baut, dan seperator siklon. Namun, korosi juga dapat terjadi pada bagian pengelasan pada boiler dan dapat tetap tak terdeteksi hingga terjadi kerusakan.

Potensi dari stress-induced corrosion dapat dikurangi jika beberapa faktor berikut diminimalisasi: tegangan yang terjadi pada komponen boiler, jumalah siklus termal, dan jumlah bahan kimia pembersih. Sebagai tambahan, diperlukan penjagaan agar kontrol sifat kimia air selama operasi dan memberikan perlindungan dari korosi selama unit tidak beroperasi.

Oksigen Terlarut

Korosi akibat oksigen terlarut merupakan ancaman konstan terhadap pemanar air umpan, ekonomizer, dan kesatuan tube boiler. Seiring peningkatan metode kontrol deposit, kebutuhan akan kontrol oksigen telah meningkat secara siginifikan.

Peningkatan kebutuhan akan kontrol oksigen pertama kali dimulai saat penanganan menggunakan senyawa berbasis pospat untuk menggantikan penggunaan soda abu. Kerak kalsium karbonat yang rapat dan keras yang timbul dengan penggunaan soda abu melindungi tube dan drum dari korosi serius akibat oksigen.Oleh karena itu, lebih banyak luas permukaan yang terpapar dengan bahan korosif di dalam air. Hal ini mendorong penggunaan pemanas air umpan terbuka untuk menghilangkan oksigen sebelum masuk boiler.

Penggunaan bahan pengkelat dan air demin telah meningkatkan kebersihan permukaan perpindahan panas boiler menjadi lebih baik. Hanya film tipis, oksida magnetik tetap tertinggal sehingga kontrol oksigen telah menjadi hal penting saat ini. Penggunaan sulfit terkatalisasi merupakan rekomendasi standar di dalam penggunaan pengkelatan.

Kontrol dari penghentian korosi telah menjadi hal penting pada beberapa tahun terakhir untuk mencegah atau menghambat kerusakan akibat pitting. Biasanya, air dingin yang belum mengalami deaerasi digunakan untuk pendinginan cepat atau operasi awal boiler. Hal ini merupakan praktik operasi yang berisiko, biasanya dipilih karena alasan ekonomi. Pitting yang parah dapat terjadi, terutama pada boiler yang dijaga pada kondisi tanpa ada deposit. Oleh karena itu, biasanya lebih ekonomis untuk menjaga permukaan perpindahan panas yang bersih dan menghilangkan penggunaan air dingin yang mengandung oksigen terlarut selama proses pendinginan dan saat operasi awal.

Korosi Pengkelat

Selama awal-awal tahun penggunaan pengkelat, hampir semua permasalahan korosi bagian dalam boiler disebut sebagai korosi pengkelat.  Kondisi mekanikal membuat terjadinya caustic embrittlement, film boiling, steam blanketing, bahkan sekarang lebih lazim dibandingkan sebelumnya sehingga meningkatkan laju perpindahan panas dan desain dari steam generator lebih kompak. Korosi pengkelat atau serangan pengkelat memiliki beberapa karakteristik dan hanya terjadi pada kondisi tertentu.

Korosi pengkelat pada logam boiler hanya terjadi ketika konsentrasi garam natrium berlebih bertahan dalam waktu lama. Hal ini menyebabkan penipisan ujung tube yang digulung, bagian berulir, ujung baffle, bagian yang memiliki tegangan yang sama, area dengan tengangan yang tidak terlepaskan. Normalnya, permukaan tube dan drum tidak mengalami penyerangan. Ketika penipisan tube terjadi di dalam sebuah boiler dengan penggunaan pengkelat, terdapat tanda steam blanketing dan/atau fillm boiling. Kerusakan terjadi dimanapun tanpa pengaruh dari tipe penanganan internal yang digunakan.

Pitting sering disebut sebagai hasil dari serangan pengkelat. Akan tetapi, pitting pada tube baja karbon hampir selalu disebabkan adanya oksigen atau asam yang tidak terkontrol. Terkadang, pelapisan tembaga (sebagai hasil dari pengoperasian asam sebagai pengkelat yang tidak tepat) dapat menyebabkan permasalahan pitting.

Serangan Kaustik

Serangan kaustik atau korosi kaustik merupakan turunan dari bentuk caustic embrittlement yang ditemui pada boiler dengan air demin dan sering terjadi pada boiler dengan penanganan fosfat dimana terbentuk deposit pada tube, terutama pada input panas yang tinggi, atau daerah dengan sirkulasi yang buruk.

Karena soda kaustik tidak mengalami kristalisasi pada kondisi ini, konsentrasi kaustik di dalam cairan yang terjebak dapat mencapai 100.000 ppm atau lebih. Senyawa kompleks kaustik-ferritik terbentuk ketika kaustik melarutkan lapisan pelindung dari magnetik oksida. Air yang kontak dengan besi berusaha untuk menjaga lapisan pelindung dari magnetit (Fe3O4).

Penipisan yang disebabkan serangan kaustik berlangsung dengan pola yang tidak teratur dan sering disebut sebagai caustic goughing. Ketika deposit dihilangkan dari permukaan tube selama pengujian, karakteristik ukiran terlihat sangat jelas, sepanjang deposit garam putih yang biasanya menggambarkan ujung dari area deposit sebenarnya. Deposit berwarna keputihan merupakan natrium karbonat, sisa soda kaustik yang bereaksi dengan karbon dioksida di dalam air.

Inspeksi dari boiler yang mengalami serangan kaustik sering menunjukkan akumulasi berlebih dari magetik oksida pada daerah dengan aliran lambat pada drum dan headers. Hal ini disebabkan oleh pengelupasan, selama operasi, deposit dari senyawa kompleks dari kaustik-feritik terbentuk. Ketika kontak dan diencerkan oleh air boiler, senyawa kompleks tak stabil ini  segera berubah menjadi kaustik bebas dan magnetik oksida. Suspensi magnetik oksida yang dilepaskan berpindah dan terakumulasi di daerah dengan aliran lambat atau daerah dengan fluks panas yang tinggi.

Di saat serangan kaustik terkadang disebut sebagai pitting kaustik, serangan terlihat secara fisik sebagai pengelupasan tak teratur atau penipisan dan tidak sama dengan serangan dari pitting lokal terkonsentrasi akibat oksigen atau asam.

Steam Blanketing

Beberapa kondisi memungkinkan steam dan air mengalir bertingkat-tingkat di dalam tube, yang biasanya  terjadi pada zona dengan input panas yang rendah. Permasalahan ini dipengaruhi sudut dari tube yang terpengaruhi, sesuai dengan beban aktual yang dipertahankan boiler. Laju bertingkat-tingkat terjadi ketika kecepatan tidak cukup untuk menjaga aliran turbulen atau pencampuran air dengan steam selama melewati tube.

Pengujian dari tube yang mendapat efek biasanya mengungkapkan garis air menonjol dengan penipisan umum di bagian atas dari tube. Jarang ada kasus penipisan pada bagian bawah tube. Ketika air boiler mengandung kaustik, konsentrasi yang tinggi terakumulasi dan menyebabkan korosi dan pengelupasan di bawah deposit yang terakumulasi pada jalur air.

 

Aliran bertingkat-tingkat bisa terjadi bersamaan dengan input panas menuju bagian atas tube. Hal ini menimbulkan derajat superheat yang tinggi di dalam steam blanket. Reaksi langsung antara steam dengan logam akan terjadi jika temperatur logam mencapai 399oC atau lebih tinggi. Korosi dari logam akan berlangsung pada kondisi tertentu baik ada atau tidaknya kaustik. Ketika ragu akan penyebab pastinya, analisa metalografi akan menunjukkan jika terdapat kontribusi dari temperatur terhadap masalah. Deposit biasanya ditemukan pada kondisi tertentu yang mengurai magnetik besi oksida (Fe3O4). Hidrogen juga terbentuk akibat reaksi ini dan dilepaskan dengan steam.

Sebuah masalah agak aneh berhubungan dengan permasalahan sirkulasi dan input panas pernah ditemui di dalam atap tube. Tube ini biasanya didesain untuk menerima panas pada sisi bawah saja. Masalah biasanya terjadi ketika tube melengkung atau terpisah dari atap, menyebabkan semua permukaan tube terpapar dengan gas panas. Kerusakan terjadi ketika tube yang terekspansi tidak dapat lagi menahan kombinasi efek dari tekanan termal dan tekanan internal.

Superheater tube sering menunjukkan efek pembengkakkan atau pembesaran yang sama. Aliran steam telah dibatasi karena alasan tertentu sehingga menyebabkan overheating hingga kerusakan.

Serangan Asam

Serangan asam pada tube boiler dan drum biasanya dalam bentuk penipisan semua permukaan. Hal ini menghasilkan penampilan visual yang tak teratur. Permukaan halus muncul di daerah aliran dimana serangan berlangsung secara intensif. Pada kasus yang parah, komponen lain seperti baffling, nuts, dan, bolt, dan area yang tertekan lainnya dapat rusak parah atau hancur, sehingga tak diragukan lagi penyebabnya.

Serangan asam yang parah biasanya dapat dilacak apakah operasi pembersihan asam yang tidak sempurna atau kontaminasi proses. Beberapa pabrik mengalami kontaminasi kondensat yang digunakan kembali sehingga menghilangkan alkalinitas air boiler.  Kontaminasi kondensat air pendingin dapat menurunkan pH air boiler dan menyebabkan deposisi parah dan pitting pada daerah dengan fluks panas yang tinggi. Kerusakan dapat sangat parah jika langkah penanganan tidak segera dilakukan untuk menetralkan asam.

Pada kasus proses kontaminasi industri, mungkin terjadi dekomposisi kontaminan organik di dalam kondisi temperatur dan tekanan boiler membentuk asam organik. Gula merupakan contoh sempurna dari sebuah zat organik yang ketika dikembalikan di dalam jumlah yang banyak, dapat menyebabkan kehilangan alkalinitas air boiler secara cepat dan menurunkan pH air boiler menjadi 4,3 dan lebih rendah. Kebanyakan pabrik pemurnian gula menjaga sistem pompa yang standby untuk memompakan soda kaustik untuk menetralkan asam ini secepat mungkin.

 

Korosi Akibat Tembaga

Pitting pada drum boiler dan kumpulan tube telah dijumpai karena deposit logam tembaga, terbentuk selama prosedur pengkelatan asam tanpa kompensasi sama sekali terhadap jumlah tembaga oksida di dalam deposit sebenarnya.

Penempelan logam tembaga sangat jelas terjadi. Pada kebanyakan kasus, hal ini terjadi pada kumpulan tube, meningkatkan proses terjadinya pitting secara acak pada daerah tersebut. Kapanpun ketika ditemukan tembaga atau oksidanya dengan jumlah yang banyak, perhatian khusus diperlukan untuk mencegah penempelan tembaga selama operasi pembersihan.

Deposit tembaga dan temperatur di atas 871oC dapat menyebabkan liquid metal embrittlement. Perbaikan pengelasan dari sebuah tube yang mengandung deposit tembaga dapat menimbulkan kerusakan.

Serangan Hidrogen atau Embrittlement

Sejak tahun 1960, serangan hidrogen atau embrittlement telah sering ditemui pada sistem tekanan tinggi, sistem dengan kemurnian tinggi. Kejadian ini tidak ditemui pada pabrik umumnya karena permasalahan ini biasanya terjadi hanya pada unit yang beroperasi pada tekanan 105,5 kg/cm2 atau lebih besar.

Pada sistem tipe ini, alkalinitas air boiler dijaga pada nilai yang cukup rendah dibandingkan dengan standar umumnya untuk boiler tekanan rendah. Pada tekanan operasi dan kondisi air yang ditetapkan, program koordinasi pH/fosfat atau total volatil digunakan. Karena air boiler relatifnya tak terbufferisasi, program total volatil lebih terpengaruhi oleh pengotor yang akan menurunkan alkalinitas atau pH air.

Ketika pengotor membuat pH air turun. Serangan asam pada baja akan menghasilkan hidrogen. Jika hal ini terjadi pada deposit tube yang keras, menempel secara cepat, dan kedap, tekanan hidrogen akan di dalam deposit dapat terakumulasi pada titik dimana hidrogen menembus tubing baja.

Ketika atom hidrogen menembus struktur logam, dia akan bereaksi dengan kandungan karbon membentuk metana. Karena molekul metana terlalu besar untuk difusi melewati baja, kelebihan tekanan terjadi di dalam struktur logam, menyebabkan logam pecah di bagian batas kristal dimana metana terbentuk. Bagian yang rusak dari tubing retak di bagian intergrannular dan dekarburisasi, tetapi biasanya tetap mempertahankan dimensi aslinya atau ketebalan material tubing.

Meski ada banyak penyebab turunnya pH air boiler, yang paling sering yaitu ketika menggunakan air payau untuk pendingin kondesor. Beberapa magnesium klorida telah menyebabkan penurunan pH air yang ekstrim, dibutuhkan pengawasan yang ketat dan deteksi terhadap level kontaminasi yang sangat rendah pada kondensat.

Hydrogen embrittlement hanya terjadi ketika terdapat deposit yang keras, rapat pada permukaan tube, membuat hidrogen terkonsentrasi di bawah deposit dan menembus logam. Kontaminan asam atau penyebab penurunan pH umumnya menbuat kondisi untuk regenerasi hidrogen. Serangan tipe ini dapat terjadi sangat cepat sehingga pemeriksaan kemurnian kondensat secara konstan diperlukan.

Hydrogen embrittlement biasanya terjadi pada sistem dengan kemurnian tinggi yang beroperasi pada tekanan 105,5 kg/cm2 atau lebih besar. Meski terkadang bingung dengan intergranular creep cracking, tipe kerusakan in dapat diidentifikasi dengan intergranular khusus dari keretakan dan kondisi dekarburisasi dari logam.

Survei pada unit yang beroperasi pada tekanan dan kondisi ini telah mengindikasikan secara umum bahwa penggunaan koordinasi kontrol dari pH/fosfat akan mengurangi kemungkinan hydrogen embrittlement. Hal tersebut terjadi karena peningkatan bufferisasi air boiler dengan adanya fosfat.

Superheater Tube

Kerusakan superheater tube disebabkan oleh beberapa kondisi, baik karena kimia maupun mekanikal. Pada kebanyakan kerusakan superheater tube, analisa terhadap deposit yang ditemukan merupakan faktor penting dalam menyelesaikan masalah. Deposit magnetik oksida pada titik kerusakan merupakan indikasi langsung dari oksidasi logam tube.  Oksidasi ini terjadi selama overheating dimana temperatur logam melebihi temperatur desain dan logam masuk menuju reaksi langsung dengan steam membentuk magentik besi oksida dengan pelepasan hidrogen.

Oksidasi dapat terjadi jika laju steam melewati tube terbatas atau jika panas yang masuk berlebih, menyebabkan overheating. Pada kasus kurangnya aliran steam, pembatasan dapat disebabkan kondisi lazim selama transisi dari start-up dan shutdown. Hal ini dapat terjadi jika tindakan pencegahan yang memadai tidak dilakukan untuk melindungi superheater selama periode transisi. Kondisi overheating dapat terjadi selama waktu operasi beban rendah ketika distribusi saturated steam yang cukup sepanjang kumpulan tube pada inlet header belum tercapai.

Deposit garam terlarut dapat terbentuk pada inlet superheater tube akibat dari entrainmen yang berlebih dari padatan di dalam air boiler dengan steam. Hal ini dapat menghambat aliran. Namun, overheating dan kerusakan oksidasi langsung dapat terjadi di daerah berbeda yang terpisah dari penutupan, seperti tumpukan bagian bawah atau daerah paling panas dari tube.

Pada beberapa kasus, ada penampakan yang sangat jelas antara produk oksidasi pada daerah panas dan deposit garam terlarut di bagian inlet. Pada kebanyakan kasus, persentasi yang tinggi dari deposit garam natrium ditemukan pada bagian panas seiring dengan produk oksidasi. Ada sedikit keraguan bahwa carryover air boiler telah berkontribusi terhadap permasalahan ini.

Overheting secara periodik pada superheater yang disebabkan kontrol yang kurang dari temperatur firebox selama start-up dan periode shutdown, biasanya menyebabkan tebal setebal bibir dan pelepuhan dengan semua bukti dari creep failure. Pada kasus water tubes, sebuah superheater tube akan rusak dengan cepat (bisanya parah) ketika aliran terhambat untuk waktu yang singkat dan temperatur tube naik dengan cepat menuju temperatur plastic flow.

Pitting oksigen dari superheater tube, biasanya pada daerah lingkaran gantungan, lebih jarang dan terjadi selama downtime. Hal ini disebabkan paparan air dengan oksigen di udara di area ini. Penting untuk mengikuti instruksi dari manufaktur secara ketat untuk mencegah masalah overheating selama start-up atau shutdown dan mencegah korosi oksigen selama downtime.

Ketika deposit garam terlarut ditemukan pada superheater tube, kemurnian steam merupakan perhatian utama. Laboratorium Betz telah mengalami, setelah melakukan ribuan studi kemurnian steam selama bertahun-tahun, bahwa deposit garam terlarut di superheater dapat diduga, dengan hadirnya masalah, apakah padatan steam melebihi 300 ppb.

Permasalahan Desain Boiler

Beberapa kecacatan basis desain dapat menyebabkan kerusakan tube. Permasalahan yang timbul karena kecacatan desain dapat meningkat akibat sifat kimia air boiler. Air boiler sering mengandung senyawa yang akan bersifat korosif ketika konsentrasi meningkat di atas nilai normal akibat dari permasalahan desain.

Banyak boiler industri, sebagai contoh diperlakukan seperti memiliki soda kaustik dengan konsentrasi rendah pada air boiler. Kaustik dapat menjadi korosif pada baja jika air boiler dibiarkan menjadi pekat hingga nilai yang tidak normal akibat desain yang buruk. Bahkan ketika tidak ada kaustik, kondisi yang memungkinkan stratifikasi atau steam blanketing dan peningkatan lokal dari temperatur logam melebihi 399oC menimbulkan oksidasi langsung atau korosi pada baja dalam kontak dengan air atau steam.

Atap tube, nose arch tube, dan jalur konveksi tube dengan kemiringan 30 derajat dari horizontal merupakan subjek untuk deposisi dan permasalahan stratifikasi dan kerusakan tube dibandingkan tube vertikal. Ketika ada chelant ada di dalam air boiler, garam sodium asam etilen diamin tetra asetat (EDTA) terdekomposisi pada temperatur tinggi, menghasilkan sisa soda kaustik.

Kontributor yang paling sering terhadap permasalahan waste heat boiler adalah distribusi tidak merata dari gas sepanjang inlet tube pada ujung yang panas. Hal ini menyebabkan tekanan yang tidak merata dan distorsi serta menimbulkan tekanan mekanik dan permasalahan fatigue.

Penggunaan konfigurasi hairpin tube dengan dorongan sirkulasi yang tidak cukup melewati tube sering mengakibatkan stratifikasi dari steam dan air. Ini menimbulkan steam blanketing atau permasalahan korosi kaustik.

 

Prosedur Analisa Kerusakan Tube Boiler

Ketika penyebab kerusakan masih belum diketahui, hal ini akan membuat tindakan perbaikan yang tepat sulit untuk dilakukan. Pengujian detail terhadap kerusakan dan data operasi biasanya akan membantu dalam mengidentifikasi mekanisme kerusakan sehingga tidakan perbaikan dapat dilakukan.

Prosedur investigasi yang tepat dibutuhkan untuk analisa metalurgi tube boiler yang akurat. Tergantung dari kasus spesifik, pengujian makrokospik dikombinasikan dengan analisa kimia dan mikrokospik dari logam diperlukan untuk mengetes mekanisme utama kerusakan. Ketika bagian tube yang rusak dipindahkan dari boiler, perlu dilakukan perlakuan untuk mencegah kontaminasi deposit dan kehancuran pada bagian yang rusak.

Langkah pertama dari investigasi di laboratorium adalah pengujian secara visual. Permukaan yang besentukan dengan api maupun permukaan yang bersentuhan dengan air harus di tes untuk mengetahui kerusakan atau indikasi dari kerusakan yang akan terjadi. Dokumentasi fotografi dari kondisi awal diterimanya tubing dapat digunakan sebagai korelasi dan intepretasi dari data yang diperoleh selama investigasi. Perhatian penuh diperlukan pada warna dan tekstur deposit, lokasi permukaan yang rusak dan morfologi, serta kontur permukaan logam.

Analisa dimensi dari tube yang rusak merupakan hal penting, Caliper dan micrometer poin merupakan alat yang dapat digunakan untuk pengujian kuatitatif dari karakteristik kerusakan seperti menonjol, penipisan dinding pada tepian yang patah, kerusakan korosi. Peningkatan ekspansi ulet dan/atau pembentukan oksida dapat memberikan petunjuk menuju penentuan penyebab utama kerusakan. Penipisan dinding luar dari bagian sisi api karena erosi atau korosi dapat menimbulkan patahnya tube yang sering menyerupai penampilan dari kerusakan akibat overheating. Pada kasus tersebut, analisa dimensi pada daerah yang berdekatan dapat membantu penentuan apakah penipisan dinding bagian luar signifikan atau tidak sebelum terjadinya kerusakan.

Perpanjangan, orientasi, dan frekuensi dari keretakaan permukaan tube dapat membantu dalam menunjukkan mekanisme kerusakan yang tepat. Ketika kerusakan overheating tipikalnya menyebabkan keretakan longitudinal, kerusakan fatigue umumnya menyebabkan keretakan yang terjadi dengan arah tranversal dengan sumbu tube.Nondestructive testing seperti partikel magnetic atau penetran zat warna dapat digunakan untuk mengidentifikasi dan menguji adanya perpanjangan keretakan.

Ketika panduan komposisi kimia di dalam air dilakukan dengan baik, permukaan tube yang kontak dengan air dilapisi dengan lapisan pelindung tipis dari magnetik hitam. Kelebihan deposisi pada sisi air dari tube dapat menyebabkan temperatur yang lebih tinggi dibandingkan desainnya sehingga menyebabkan kerusakan tube. Analisa kuantitatif terhadap permukaan internal tube biasanya meliputi penentuan deposit-weight density (DWD) dan ketebalan deposit. Intepretasi dari nilai ini dapat menentukan fungsi dari deposit internal terhadap mekanisme kerusakan. Nilai DWD dapat juga digunakan untuk menentukan apakah pembersihan boiler dengan bahan kimia diperlukan atau tidak. Permukaan tube harus dibersihkan menyeluruh dengan peledakan manik kaca selama pengujian DWD.

Keberadaan pola deposisi yang tidak umum pada permukaan sisi air dapat menjadi indikasi bahwa terdapat pola sirkulasi yang tidak optimal di dalam tube boiler. Sebagai contoh, pelacakan deposit pada sisi atas horizontal tube dapat mengindikasikan kondisi steam blanketing. Steam blanketing yang dihasilkan kondisi terjadinya aliran stratified steam dan air pada tube yang ada, dapat memicu percepatan kerusakan korosi seperti (penipisan dinding, dan atau gouging) dan kerusakan tube.

Ketika kelebihan deposit internal terjadi di sebuah tube, analisis kimia yang akurat dapat digunakan untuk menentukan sumber masalah dan langkah perbaikan yang diperlukan. Tipikalnya, nilai kehilangan akibat ignisi (LOI) juga ditentukan untuk deposit pada sisi air. Nilai LOI yang merepresentasikan kehilangan berat yang diperoleh setelah deposit dipanaskan di dalam furnace dan dapat digunakan untuk mendiagnosa kontaminasi dari deposit bagian sisi air oleh material organic.

Pada banyak kasus, analisa kimia dari deposit dari area spesifik diperlukan. Scanning electron microscope-energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS) merupakan teknik serbaguna yang membuat analisa kimia anorganik pada skala mikroskopik. Analisa SEM-EDS ditunjukkan pada :

1. Perbedaan komposisi deposit antara area tube yang terkorosi dan tidak terkorosi

2. Untuk memperjelas konsentrasi garam yang terdapat di bawah deposit pada permukaan tube yang mendukung kerusakan akibat korosi

3. Perbedaan elemental antara deposit dipermukaan tube yang berbeda secara visual

Analisa anorganik melalui SEM-EDS dapat juga dilakukan pada dasar dan penampang melintang yang telah dipoles dari sebuah tube yang tertutup dengan lapisan tebal dari deposit dari sisi air. Pengujian ini disebut sebagai pemetaan elemental dan bermamfaat Ketika depositnya berlapis – lapis. Pengujian yang  sama dari rings pada sebuah tree, analisa penampang melintang dari deposit boiler dapat mengidentifikasi periode ketika telah terdapat gangguan di dalam kompisisi kimia air, sehingga memberikan data yang membantu penentuan secara tepat bagaimana dan kapan deposit terbentuk. Dengan pemetaan elemental, distribusi spasial dari elemen yang ada di dalam penampang melintang deposit direpresentasikan dengan peta titik warna yang memiliki kode.

Sebuah scanning electron microscope (SEM) dapat juga digunakan untuk menganalisa topografi dari permukaan deposit dan atau morfologi dari permukaan yang rusak. Fraktografi sangat membantu dalam mengelompokkan jenis kerusakan. Sebagai contoh, fitur mikroskopik dari permukaan yang rusak dapat menyingkapkan apakah baja rusak dari segi brittle atau ductile, apakah keretakan memanjang melalui butir alat sepanjang batas butir dan apakah fatigue atau tidak (cyclic stress) merupakan mekanisme utama kerusakan. Pengujian SEM-EDS dapat digunakan untuk mengidentifikasi keterlibatan ion atau senyawa spesifik dalam mekanisme kerusakan, melalui kombinasi dari analisa permukaan yang rusak dan analisa kimia.

Kebanyakan water-bearing tube digunakan di dalam konstruksi boiler yang difabrikasi dari baja dengan karbon rendah. Akan tetapi, steam-bearing tube (superheater dan reheater) tube umumnya dibuat dari baja low alloy yang mengandung kadar kromium dan molybdenum yang berbeda. Kromium dan molybdenum meningkatkan ketahanan oksidasi dan keretakan terhadap baja. Untuk pengujian yang akurat terhadap metal overheating, penting untuk memiliki porsi dari tube untuk dianalisa kimia dari alloy-nya. Analisa tipe alloy dapat juga mengkonfirmasi bahwa tubing memenuhi spesifikasi. Instalasi awal menggunakan tipe alloy atau perbaikan tube menggunakan baja dengan grade yang salah dapat terjadi.

Penting untuk memperkirakan sifat mekanikal dari komponen boiler. Sering hal ini meliputi pengukuran kekerasan (hardness), yang dapat digunakan untuk memperkirakan tensile strength dari baja. Hal ini berguna dalam dokumentasi dari deteriorasi dari sifat mekanik yang terjadi selama metal overheating. Biasanya, Rockwell hardness tester digunakan, namun terkadang menguntungkan menggunakan microhardness tester. Sebagai contoh, pengukuran microhardness dapat digunakan untuk memperoleh profil hardness sepanjang zona yang dilas untuk menguji kemungkinan brittle cracking di dalam bagian las yang terkena panas.

Analisa mikrostruktur dari komponen mungkin merupakan bagian yang paling penting dalam melakukan analisa kerusakan. Pengujian ini disebut metalografi sangat berguna dalam menentukan hal berikut ini.

1. Apakah tube rusak akibat kerusakan overheating jangka panjang atau jangka pendek

2. Apakah keretakan diinisiasi pada permukaan sisi air atau sisi api

3. Apakah keretakan disebabkan oleh creep damage, corrosion fatigue, atau stress-corrosion cracking (SCC)

4. Apakah kerokan tube disebabkan oleh kerusakan hidrogen atau internal corrosion gouging

Orientasi dan preparasi sampel merupakan aspek kritik dari analisa mikrostruktur. Orientasi dari bagian yang diambil ditentukan dengan karakteristik kasus kerusakan spesifik. Setelah pemilihan yang hati-hati, spesimen logam dipotong dengan gergaji atau cut-off whell dan ditempel di dalam cetakan dengan resin atau plastik. Setelah ditempel, sampel dibersihkan dan dipoles untuk memperoleh permukaan yang rata, bebas dari goresan.

 

Analisa metalografi dari logam yang telah dipoles dilakukan dengan mikroskop optik pembias. Hal ini diikuti dengan pembandigan dari mikrostruktur yang diamati di berbagai area dari bagian sebuah tube sebagai contoh, sisi yang dipanaskan versus sisi yang tidak dipanaskan dari dinding water tube. Karena mikrostruktur pada bagian yang tidak dipanaskan sering mencerminkan kondisi seperti baja yang difabrikasi, perbandingan dengan mikrostruktur di dalam bagian yang rusak dapat memberikan pengetahuan yang bermanfaat untuk derajat deteriorisasi dan peningkatan dari deteriorisasi lokal.

CHEMICAL CLEANING DARI SISTEM STEAM GENERATOR

SISTEM AIR PENDINGIN-PERPINDAHAN PANAS

Fungsi sistem pendingin adalah untuk membuang panas dari
peralatan atau proses. Panas dibuang dari sebuah media yang dipindahkan menuju
media lain atau fluida proses. Media pendingin yang paling sering digunakan
adalah air. Akan tetapi, konsep dan perhitungan yang dijelaskan pada bab ini
juga dapat digunakan pada fluida lainnya.

Penghilangan panas yang efisien merupakan tujuan yang
diinginkan di dalam perancangan dan pengoperasian sistem pendingin. Gaya
penggerak dari perpindahan panas adalah perbedaan temperatur antara dua media.
Pada kebanyakan sistem pendingin, rentang perbedaan temperatur berada di antara
10-200oF. Fluks panas biasanya rendah, berkisar 5.000-15.000 Btu/ft2.hr. Untuk
kasus tertentu seperti pendingin tak lansung dari lelehan logam, fluks panas
bisa mencapai 3.000.000 Btu/ft2.hr.

Perpindahan panas dari fluida proses atau peralatan akan
meningkatkan temperatur, atau bahkan mengubah fasa air pendingin. Kebanyakan
sifat air bersamaan dengan kontaminannya dipengaruhi oleh temperatur.
Kecenderungan sistem mengalami korosi, pengerakan, atau mendukung pertumbuhan
mikroba juga dipengaruhi oleh temperatur air.

TIPE SISTEM

Air yang menerima panas pada proses perpindahan panas dapat
ditangani dengan dua cara. Air dapat dibuang pada sistem buangan (sistem air
pendingin sekali lewat/once-through) atau dapat didinginkan dan digunakan
kembali (sistem resirkulasi).

Ada dua jenis sistem dari penggunaan kembali air pendingin:
sistem resirkulasi tertutup dan terbuka. Pada sistem terbuka, pendinginan
dilakukan dengan proses penguapan sebagian air. Penguapan akan menghilangkan
sebagian air murni dari sistem dan akan meningkatkan konsentrasi padatan
terlarut. Air harus dibuang (blowdown) untuk mengatur konsentrasi padatan
terlarut dan perlu ditambahkan air baru (make up) untuk mengganti air yang
hilang.

Sistem resirkulasi tertutup merupakan sistem pendigin di
dalam sebuah sistem pendingin. Air yang mengandung panas yang diterima dari
proses, akan didinginkan dan digunakan kembali dengan cara pendinginan dari
fluida lain. Jumlah air yang hilang pada sistem ini biasanya sedikit.

Masing-masing dari tiga jenis sistem pendingin (sistem
sekali lewat, sistem terbuka, dan sistem tertutup) akan dijelaskan pada bab
selanjutnya. Pendekatan spesifik untuk mendesain dari program penanganan yang
tepat untuk masing-masing sistem juga dibahas pada bab selanjutnya.

ASPEK EKONOMI DARI PERPINDAHAN PANAS

Di dalam merancang sistem perpindahan panas, biaya kapital
dari pembangunan sistem harus dipertimbangkan dengan biaya operasi dan
perawatan. Biasanya, biaya kapital yang besar (permukaan perpindahan panas yang
lebih besar, material yang lebih bagus, isian tower yang lebih efisien)
memberikan biaya operasi dan perawatan yang lebih kecil begitu juga sebaliknya
biaya kapital yang rendah akan meningkatkan biaya operasional seperti energi
dan perawatan pompa dan fan. Salah satu biaya operasional yang penting untuk
dipertimbangkan adalah chemical treatment untuk mencegah korosi, deposit dan
kerak, dan fouling oleh mikroba pada bagian proses atau bagian air.

Perpindahan Panas

Uraian berikut merupakan gambaran singkat dari pertimbangan
yang kompleks di dalam merancang alat penukar panas. Ada banyak literatur yang
menjelaskan lebih detail mengenai perancangan alat penukar panas.

Pada sistem perpindahan panas, panas dipindahkan antara dua
fluida yang memiliki perbedaan temperatur sehingga menuju kesetimbangan.
Perbedaan temperatur yang lebih besar akan memberikan laju perpindahan panas
yang lebih cepat.

Akan tetapi, temperatur hanya salah satu faktor dari banyak
faktor yang ada di dalam perancangan sistem dinamik. Pertimbangan lainnya
meliputi luas area tempat terjadinya perpindahan panas, sifat fluida, kecepatan
fluida, dan sifat material alat penukar panas.

Beban panas proses, temperatur proses, dan temperatur air
pendingin yang tersedia biasanya dinyatakan di awal pada proses perancangan.
Ukuran alat penukar panas dihitung berdasarkan parameter penting seperti
kecepatan aliran air dan fluida proses, tipe shell, tata letak tube, baffle,
material, dan kecenderungan fouling dari fluida.

Faktor yang mempengaruhi desain dari sebuah alat penukar
panas terhubung dengan persamaan perpindahan panas berikut.

Q = U x A x ΔTlm

Dimana:

Q = laju perpindahan panas (Btu/hr)

U = koefisien perpindahan panas (Btu/ft2.hr.oF)

ΔTlm = perbedaan temperatur rata-rata logaritmik dari fluida
(oF)

Laju perpindahan panas (Q) dihitung dari persamaan:

Q = W x C x ΔT + W x ΔH

Dimana:

W = laju alir fluida (lb/hr)

C = kapasitas panas fluida (Btu/lb.oF)

ΔT = perubahan temperatur fluida (oF)

ΔH = kalor laten penguapan fluida (Btu/lb)

Jika fluida tidak mengalami perubahan fasa maka persamaan di
atas menjadi:

Q = W x C x ΔT

Koefisien perpindahan panas (U), mencerminkan konduktivitas
termal dari alat penukar panas. Semakin tinggi nilai U maka semakin mudah panas
dipindahkan dari suatu fluida menuju fluida lainnya. Konduktivitas termal
merupakan kebalikan dari hambatan panas (R).

Hambatan panas total adalah penjumlahan dari beberapa
hambatan individual.

Rt = r1 + r2 + r3 + r4 +r5

Dimana:

Rt = hambatan panas total

r1 = hambatan panas pada film di sisi fluida proses

r2 = hambatan panas pada fouling di sisi fluida proses (jika
ada)

r3 = hambatan panas pada dinding tube

r4 = hambatan panas pada fouling di sisi air (jika ada)

r5 = hambatan panas pada film di sisi air

Hambatan panas pada film di sisi fluida proses dan film di
sisi air tergantung pada geometri alat, kecepatan aliran, viskositas, kalor
jenis, dan konduktivitas termal. Efek kecepatan pada perpindahan panas di dalam
air pada sebuah tube ditunjukkan pada Gambar 23.3.

Hambatan panas akibat fouling sangat bervariasi tergantung
pada karakteristik lapisan fouling, fluida, dan kontaminan di dalam fluida yang
menyebabkan lapisan fouling. Sejumlah kecil dari fouling biasanya diakomodasi
di pada desain alat penukar panas. Akan tetapi, jika fouling tidak dijaga seminimal
mungkin, hambatan panas akan meningkat, dan nilai U akan menurun hingga titik
dimana alat penukar panas tidak mampu mengendalikan temperatur fluida proses
dengan baik.

Hambatan panas pada tube hanya tergantung dari material tube
dan tidak berubah terhadap waktu. Dinding tube menipis oleh erosi mungkin akan
memiliki hambatan yang lebih rendah, akan tetapi perubahannya tidak signifikan.

Perbedaan temperatur rata-rata logaritmik merupakan
pernyataan secara matematis dari perbedaan temperatur di antara dua fluida di
setiap titik di sepanjang alat penukar panas untuk sistem aliran yang
benar-benar countercurrent atau cocurrent.

 

Ketika tidak ada perubahan fasa fluida, sebuah alat penukar
panas dengan sistem aliran countercurrent lebih efisien dibandingkan
cocurrrent. Nilai ΔTlm­ harus dikoreksi jika konfigurasi alat penukar panas
tidak benar-benar countercurrent.

MONITORING

Persamaan perpindahan panas sangat berguna untuk memonitor
kondisi dari alat penukar panas atau efisiensi program treatment. Hambatan
panas tube akan konstan, sistem geometri tidak berubah. Jika kecepatan aliran
dijaga konstan pada kedua fluida, hambatan panas film di kedua sisi fluida akan
konstan. Variasi dari nilai U yang diukur dapat digunakan untuk memperkirakan
jumlah fouling yang terjadi. Jika nilai U tidak berubah maka tidak ada fouling
yang terjadi pada bagian pembatas tempat terjadinya perpindahan panas. Ketika
terjadi fouling maka nilai U akan berkurang.

Penggunaan faktor kebersihan atau faktor fouling dapat juga
berguna di dalam membandingkan kondisi dari alat penukar panas selama operasi
dengan kondisi desain. Faktor kebersihan (Cf) merupakan nilai persen yang
diperoleh dengan cara berikut.

Hambatan akibat fouling atau faktor fouling (Rf) adalah
sebuah hubungan antara koefisien perpindahan awal keseluruhan (Ui) dan
koefisien perpindahan panas keseluruhan selama operasi (Uf) dinyatakan sebagai
berikut:

Rf = (Ui – Uf) / (Ui x Uf)

Alat penukar panas biasanya didesain dengan nilai faktor
fouling dari 0,001 – 0,002, tergantung dari perkiraan kondisi dari fluida
proses dan air pendingin.

KEMURNIAN STEAM

KEMURNIAN STEAM

Kontrol sistem yang akurat dibutuhkan untuk pengoperasian dari superheated steam turbin modern. Padatan di dalam steam yang meninggalkan boiler dapat terdeposit di dalam superheater dan turbin, menyebabkan kerusakan yang memakan biaya. Karena alasan ini, pengontrolan yang baik dari kemurnian steam merupakan bagian kritikal.

Kemurnian steam merujuk pada jumlah kontaminasi padatan, cairan, dan uap di dalam steam. Steam dengan kemurnian tinggi mengandung kontaminan yang sangat sedikit. Normalnya kemurnian steam di laporkan sebagai kandungan padatan.

Kemurnian steam tidak sama dengan kualitas steam. Kualitas steam merupakan sebuah ukuran dari jumlah embun yang terkandung di dalam steam. Ini dinyatakan sebagai berat dari uap kering di dalam campuran steam dan tetesan air. Sebagai contoh steam dengan kualitas 99% berarti mengandung 1% air dalam bentuk cairan.

Carryover dari kontaminan padatan, cairan, atau uap yang minggalkan steam drum boiler bersama dengan steam. Pada boiler yang beroperasi pada tekanan di bawah 2000 psig, air boiler yang terbawa merupakan penyebab paling umum dari kontaminasi steam.

Ada beberapa penyebab dari terbawanya air boiler pada steam. Beberapa dari mekanisme yang lebih umum telah diberi nama seperti “spray carryover”, “primming”, dan “leakage carryover.”

EFEK CARRYOVER

Padatan di dalam air boiler yang terbawa bersama steam membentuk deposit di dalam nonreturn valve, superheater, dan stop turbin dan kontrol valve. Carryover dapat mengontaminasi aliran proses dan mempengaruhi kualitas produk. Deposisi pada superheater dapat menyebabkan kerusakan akibat overheating dan korosi

Turbin superheated steam rentan terhadap kerusakan akibat carryover. Tersumbatnya valve karena deposit dapat mengakibatkan turbin kelebihan kecepatan dan kerusakan parah. Partikel padatan di dalam steam dapat mengerosi bagian turbin, sedangkan deposisi pada kipas turbin dapat mengurangi efisiensi dan kapasitas. Kehilangan 5% efisiensi dan 20% kapasitas turbin telah terjadi karena deposisi. Ketika sumbatan besar dari carryover air boiler dengan steam menghasilkan kejutan termal dan mekanik yang dapat menimbulkan kerusakan parah.

Kehilangan produksi dapat terjadi dari berkurangnya kapasitas atau kerusakan peralatan akibat carryover. Pada beberapa kasus, efek carryover terhadap produksi membayangi semua pertimbangan lain.

Steam dapat terkontaminasi dengan padatan bahkan disaat carryover tidak terjadi. Air semprotan attemperating yang terkontaminasi digunakan untuk mengontrol temperatur steam pada inlet turbin dapat memasukkan padatan pada steam. Koil heat exhanger dapat dipasang di dalam mud drum boiler (Gambar 16.2) untuk memberikan attemperation dari superheated steam. Karena mud drum bertekan lebih tinggi dibandingkan superheated steam, kontaminasi akan terjadi jika kebocoran terjadi di dalam koil. Kegagalan dalam mengecek kemungkinan sumber dari kontaminasi membutuhkan waktu yang lama untuk mempelajari kemurnian steam.

PENYEBAB CARRYOVER

Carryover disebabkan oleh pemisahan yang tidak sempurna steam dari campuran steam-air di dalam boiler. Ada banyak faktor, baik mekanikal maupun kimia yang berperan terhadap pemisahan yang tidak sempurna. Faktor mekanikal meliputi desain boiler, kebocoran atau tidak mumpuninya alat pemisah, level air yang tinggi, metode pembakaran, dan karakteristik beban.

Faktor kimia diantaranya konsentrasi total padatan yang tinggi (padatan terlarut dan/atau padatan tersuspensi), kelebihan alkalinitas, dan keberadaan material berminyak dan kontaminan organik lainnya. Metode pengolahan eksternal dan internal dapat juga mempengaruhi kemurnian steam.

Penyebab Mekanikal

Pada boiler water-tube modern, pemisahan campuran steam dan air masuk ke dalam steam drum yang relatif kecil merupakan proses yang kompleks. Untuk setiap pon steam yang dihasilkan, sebanyak 15-20 pon air bersirkulasi di dalam drum. Akibatnya, 99,7% atau lebih air yang bersirkulasi harus dipisahkan dari steam untuk menjamin kemurnian steam yang dinginkan.

Desain Boiler

Beberapa tipe boiler diketahui karena kemampuan mereka untuk menghasilkan steam yang bersih secara konstan, tipe lain secara tradisional diketahui karena sering menimbulkan masalah. Faktor yang mempengaruhi carryover meliputi tekanan desain, ukuran steam drum, desain laju produksi, laju sirkulasi, susunan downcomer dan riser, dan tipe pemisahan mekanik yang digunakan.

Pada beberapa desain boiler lama, keluaran pembawa steam atau riser tube berada di bawah level air, menyebabkan turbulen yang sangat parah di dalam steam drum. Kondisi ini minimal untuk unit yang keluaran steam generating tubenya di atas level air atau di bawah baffle yang memisahkan mereka dari steam drum.

Penggunaan peralatan pemisahan  yang cocok juga efektif mencegah kontaminasi steam yang parah. Namun, unit ini menyebabkan sedikit penurunan tekanan sehingga jika ada kebocoran pada unit ini, carryover akan terjadi.

Kondisi Oprerasi

Operasi pada beban yang melebihi desain dapat meningkatkan carryover. Peningkatan secara tiba-tiba pada beban (seperti ketika safety valve terbuka atau ketika hembusan jelaga dimulai) juga menimbulkan carryover.

Peningkatan tiba-tiba di dalam kebutuhan steam proses dapat menurunkan tekanan steam header dan sebaliknya dengan tekanan drum boiler, menyebabkan ekspansi secara cepat pada campuran air-steam di dalam boiler. Hal ini secara signifikan meningkatkan level air di dalam drum dan menyebabkan carryover. Perubahan tiba-tiba di dalam operasi boiler harus dihindari sebanyak mungkin.

Level air yang tinggi di dalam steam drum mengurangi ruangan deentraiment, meningkatkan carryover.

Penyebab Kimia

Foaming

Foaming dan vaporous carryover selektif merupakan dua mekanisme dasar dari chemical carryover. Foaming merupakan pembentukan gelembung stabil di dalam air boiler. Karena gelembung memiliki densitas mendekati densitas steam, mereka tidak terpisahkan dengan baik oleh peralatan pemurnian steam.

Kecenderungan foaming dari air boiler meningkat seiring meningkatnya alkalinitas dan kandungan padatan. Padatan air boiler memiliki dua efek pada carryover. Pertama, pada boiler dan kondisi operasi tertentu, padatan yang tinggi di dalam air boiler menghasilkan kandungan padatan yang tinggi pada setiap tetesan air boiler yang mengalami carryover. Kedua, potensi foaming meningkat seiring dengan meningkatnya kandungan padatan. Jika kandungan air boiler menjadi dua kali (tanpa adanya foaming), carryover akan menjadi dua kali lipat.

Kontaminasi Organik dan Sintesis

Kontaminan minyak dan organik lainnya di dalam air boiler dapat menyebabkan kondisi carryover yang lebih parah. Alkalinitas air boiler akan menyabunkan asam lemak, menghasilkan sabun mentah yang menyebabkan foaming.

Analisa konvensional mineral dari air tidak mengungkapkan kecenderungan foaming yang dihasilkan dari kontaminasi organik. Bahkan penentuan kandungan organik dari air tidak memberikan informasi yang dibutuhkan ini, karena suplai air permukaan dari daerah yang memiliki banyak kayu relatif mengandung zat organik tipe lignin yang bermamfaat atau tidak berbahaya dengan konsentrasi yang tinggi.

Pembuangan limbah menuju suplai air permukaan mengandung deterjen sintetik dan agen pembasah. Kontaminasi pada air permukaan oleh agen ini telah menyebabkan kesulitan dengan boiler foaming.

Selective Vaporous Carryover

Selective vaporous carryover terjadi sebagai akibat dari variasi di dalam sifat solven di dalam steam untuk pengotor air yang berbeda fasa. Garam air boiler, seperti sodium sulfat, sodium klorida, sodium hidroksida, dan sodium fosfat merupakan larut di dalam air dan (untuk bervariasi derajat) di dalam steam. Akan tetapi, kelarutan dari garam ini di dalam steam rendah  dan biasanya bukan masalah ketika tekanan boiler berkurang dari 2400 psig.

Selective vaporous carryover dari silika dan dapat terjadi pada tekanan di bawah 400 psig. Akan tetapi penguapan silika tidak biasanya terjadi di bawah tekanan 900 psig.

PENCEGAHAN CARRYOVER

Carry over tidak dapat dihilangkan secara sempurna. Bahkan desain boiler terbaik beroperasi dengan air boiler dengan kandungan kimia yang dikontrol dengan baik menghasilkan jumlah yang sangat sedikit (0,001-0,01 ppm padatan total) carryover. Akan tetapi, pertimbangan utama di dalam pemilihan boiler dan kondisi operasi adalah jumlah carryover yang dapat ditoleransi.

Kapanpun superheated steam dibutuhkan untuk proses atau turbin, kemurnian steam paling rendah yaitu mengandung 10-30 ppb dari total padatan yang diperlukan untuk mencegah deposit. Batasan ini diterapkan hampir di semua industri di dalam rentang operasi 300-1500 psig, untuk menjamin servis dari superheater dan turbin tidak terganggu.

Meski pembuat boiler biasanya tidak menjamin carryover kurang dari 0,03%, tingkat kemurnian baik di bawah level ini biasanya rutin dicapai di banyak sistem. Untuk mencapai kemurnian steam yang diinginkan, perancang boiler maupun operator harus hati-hati untuk memilih sistem peralatan dan kondisi operasi.

Pemisahaan Mekanik

Boiler dengan kapasitas rendah, tekanan rendah (biasanya boiler fite-tube) secara prinsip mengandalkan pada pemisahan steam dan air secara gravitasi. Pada tekanan 200 psig dan kondisi jenuh, densitas air 115 kali lebih besar dibandigkan steam. Karena steam biasanya digunakan untuk pemanasan, kebutuhan kemurnian steam tidak terlalu ketat. Instalasi pipa kering di dekat bagian atas drum untuk meningkatkan pemisahan air dengan steam normalnya cukup memuaskan.

Pemisahan secara gravitasi, sering ditingkatkan oleh sebuah pipa kering yang digunakan untuk menghasilkan steam dengan kemurnian yang diinginkan pada boiler fire-tube. Untuk memenuhi kebutuhan dari superheated steam turbine, kemurnian steam menjadi lebih ketat pada boiler bertekanan tinggi. Pada aplikasi ini, perbedaan densitas antara air dengan steam menurun secara cepat. Pada tekanan 1000 psig, densitas air hanya 20 kali dari densitas steam. Dibandingkan dengan boiler bertekanan rendah, gaya pisah antara steam dan air berkurang menjadi 83%, membuat entrainment mungkin terjadi pada kecepatan steam yang relatif rendah. Biaya dari sebuah drum yang memiliki ukuran cukup untuk memisahkan air dan steam pada tekanan yang lebih tinggi hanya dengan gravitasi saja terlalu mahal.

 

Pemisahaan Primer

Pemisahan primer dari air dan steam terjadi oleh perubahan pada arah aliran. Pada metode ini, perbedaan densitas air dan steam digunakan sebagai cara pemisahan. Pemisahan utama dipengaruhi oleh peralatan primer (seperti pelat baffle), yang juga mengurangi turbulensi dan kandugan steam pada air boiler yang bersirkulasi (Gambar 16.4). Seberapapun jumlah steam di alam sirkuit downcomer (carryunder) mengurangi jumlah head yang tersedia untuk sirkulasi, sehingga menurunkan laju sirkulasi boiler.

Pemisahan Sekunder

Metode ini juga disebut sebagai “steam scrubbing” atau “steam drying”. Pemisahan sekunder digunakan untuk memisahkan moistur dalam jumlah sedikit dari banyak steam. Aliran steam diarahkan di dalam sebuah pola yang sering berlawanan melewati sebuah permukaan kontak yang luas. Sebuah embun dari air boiler berkumpul pada permukaan dan dipisahkan dari unit pemisah.

Screen dengan lubang yang rapat atau pelat bergelombang biasanya digunakan. Kecepatan steam dijaga agar tetap rendah untuk mencegah reentrainment dari air boiler yang telah dipisahkan dan untuk memastikan permukaan kontak yang maksimum. Gambar 16.6 menggambarkan tipikal susunan dari pemisah primer dan steam scrubber di dalam sebuah steam drum boiler.

Meski pemisah steam dilakukan di dalam steam drum, unit pemisah eksternal juga tersedia. Mereka biasanya pemisah sentrifugal, mirip dengan yang digunakan pada pemisah primer pada kebanyakan boiler. Mereka berguna dimana hanya ada sebagian steam yang dihasilkan harus dimurnikan untuk penggunaan tunggal. Pada beberapa kasus, biaya pemurnian eksternal dapat lebih murah dibandingkan dengan memodifikasi internal dari drum boiler untuk meningkatkan kemurnian boiler.

Kontrol Kimia

Prinsip dari faktor kimia yang menyebabkan caryyover adalah konsentrasi dari total padatan terlarut, alkalinitas, silika, dan kontaminasi organik di dalam air boiler.

Rekomendasi dari American Boiler Manufacturers Association (ABMA) untuk batasan air boiler contohnya seperti dibawah ini:

a Nilai actual di dalam rentang yang menunjukkan nilai TDS di dalam air umpan.

b Nilai actual di dalam rentang yang sebanding dengan nilai actual dari TDS air boiler. Semakin tinggi nilainya menunjukkan kandungan padatan yang tinggi begitu sebaliknya.

c Ditentukan oleh boiler water treatment.

d Nilai ini tidak termasuk kadar silika.

Panduan nilai di atas bukanlah nilai absolut. Beberapa sistem tidak dapat menoleransi operasi pada nilai konsentrasi di atas, ada juga boiler lainnya yang beroperasi kontiniu pada konsentrasi yang lebih tinggi untuk kondisi operasi di atas.

Kondisi operasi juga berefek pada boiler. Sulit untuk menprediksi kandungan padatan maksimum pada air boiler yang dapat ditoleransi tanpa carryover yang signifikan pada kondisi operasi yang paling umum. Batasan maksimum spesifik untuk sebuah set dari kondisi operasi  dapat ditentukan hanya setelah dilaksanakannya studi kemurnian steam pada kondisi tersebut.

Kapanpun ketika carryover disebabkan kelebihan konsentrasi air boiler, sebuah peningkatan laju blowdown merupakan langkah paling sederhana dan mudah dilakukan. Ketika konsentrasi yang tinggi disebabkan pengotor air boiler yang tinggi, pengaturan atau peningkatan pengolahan eksternal dapat memberikan solusi paling ekonomis.

Karena berbagai padatan tersuspensi dan senyawa organik di dalam air umpan memiliki efek yang berbeda pada carryover maka tidak ada generalisasi pada batas konsentrasi yang dibolehkan di dalam air umpan. Konsentrasi harus di jaga sedekat mungkin dengan nol. Untuk mencegah permasalahan carryover yang disebabkan kontaminan ini, mereka harus dihilangkan dari air umpan boiler.

Senyawa organik dan campuran penggunaan penanganan secara kimia pada air boiler dan kondensat dipilih berdasarakan dua faktor ini:

·         Kemampuan untuk mencegah deposit, korosi, dan carryover, sesuai dengan korosi pada sistem kondensat.

·         Rendahnya kecenderungan untuk menyebabkan foaming pada air boiler.

·         Studi Kemurnian Steam

Desain dari steam turbin modern memiliki toleransi yang sangat rendah terhadap pengotor. Ada peningkatan kebutuhan tidak hanya pada kemurnian steam, juga teknik untuk mengukur kandungan pengotor pada kadar yang sangat rendah.

Carryover dapat menjadi permasalahan serius dari pabrik steam, dan sering menyebabkan kontaminasi steam dapat ditentukan hanya dengan studi mendalam menggunakan teknik pengujian dan pengambilan sampel yang sensitif. Seorang engineer pengolahan air, melalui penggunaan alat ini secara tepat mampu untuk membantu operator pabrik untuk mendapatkan kemurnian steam maksimum dengan blowdown minimum di saat menjaga kebersihan permukaan sisi air boiler.

Agen Antifoam

Biasanya penyebab carryover tidak dapat diperbaiki secara ekonomis melalui pengaturan keseimbangan air boiler atau instalasi dari fasilitas pengolahan eksternal tambahan. Pada banyak kasus, penggunaan agen antifoam yang efektif dapat mengurangi kecenderungan carryover secara signifikan.

 

Tujuan utama dari penggunaan antifoam adalah menghasilkan steam dengan kemurnian tinggi. Akan tetapi, agen antifoam juga berkontribusi untuk mengurangi kebutuhan blowdown. Umpan antifoam akan memperbesar toleransi konsentrasi air boiler  tanpa mengurangi kemurnian steam.

DEPOSISI PADA TURBIN UAP, EROSI, DAN KOROSI

DEPOSISI PADA TURBIN UAP, EROSI, DAN KOROSI

Perkembangan turbin uap modern dan berefisiensi tinggi telah menyebabkan peningkatan masalah pengendapan, erosi, dan korosi. Toleransi yang ketat pada turbin, penggunaan baja berkekuatan tinggi, dan uap tidak murni semuanya berkontribusi pada kondisi ini.

DEPOSISI PADA TURBIN

Meskipun beberapa faktor mempengaruhi pembentukan endapan pada komponen turbin, efek umumnya tetap sama apapun penyebabnya. Bentuk endapan yang melekat di saluran uap, menghancurkan bentuk asli nozel dan bilah turbin. Endapan ini, seringkali bersifat kasar atau tidak rata di permukaan, meningkatkan resistansi terhadap aliran steam. Distorsi saluran uap mengubah kecepatan dan penurunan tekanan uap, mengurangi kapasitas dan efisiensi turbin. Jika kondisinya parah, endapan dapat menyebabkan dorongan rotor yang berlebihan.

Endapan pada turbin dapat terakumulasi dalam waktu yang sangat singkat ketika kemurnian uap buruk. Turbin yang dipaksa berhenti beroperasi oleh pengendapan hanya 3 bulan setelah dioperasikan. Air boiler yang terbawa, akibat peralatan pemisahan uap-air yang tidak memadai di dalam boiler, menyebabkan masalah endapan turbin ini.

Contoh sifat endapan silikat yang ditemukan di turbin uap.

SiO2 : silika

Na2SiO3 : sodium silikat

Na2SiO3 5H2O : sodium metasilikat pentahidrat

Entrainment. Beberapa entrainment mekanis yang diakibatkan oleh tetesan air boiler dalam steam selalu terjadi. Jika carryover air boiler ini berlebihan, padatan yang terbawa uap menghasilkan endapan pada bilah turbin. Endapan ini memiliki komposisi yang mirip dengan padatan terlarut dalam air boiler.

Pengotor pada Air. Endapan turbin juga disebabkan oleh penggunaan air yang tidak murni dan oleh kebocoran pada penukar panas tertutup. Jika boiler menghasilkan uap murni dan endapan turbin masih terjadi, sistem harus diselidiki sebagai kemungkinan sumber kontaminasi. Air yang digunakan harus memiliki kemurnian yang sama dengan uapnya.

Penguapan Garam Air Boiler. Sumber deposisi turbin lainnya adalah penguapan garam yang ada dalam air boiler. Dengan pengecualian silika, penguapan garam air boiler biasanya tidak signifikan pada tekanan di bawah 2400 psig. Silika dapat menguap pada tekanan operasi serendah 400 psig. Hal ini menyebabkan masalah pengendapan di banyak turbin. Kelarutan silika dalam uap meningkat seiring dengan peningkatan suhu; oleh karena itu, silika menjadi lebih larut saat uap dipanaskan secara berlebihan. Karena steam didinginkan melalui ekspansi turbin, kelarutan silika berkurang dan endapan terbentuk, biasanya saat suhu steam dibawah suhu air boiler. Untuk meminimalkan masalah ini, jumlah silika dalam steam harus dikontrol. Endapan silika tidak menjadi masalah di sebagian besar turbin yang kandungan silika dalam uapnya di bawah 0,02 ppm. Oleh karena itu, sudah menjadi kebiasaan untuk membatasi silika hingga kurang dari 0,02 ppm dalam uap.

Kondisi di mana terjadi sisa silika uap telah diselidiki dan didokumentasikan secara menyeluruh. Para peneliti telah menemukan bahwa untuk rangkaian kondisi boiler tertentu yang menggunakan air makeup dengan kualitas demineralisasi atau evaporasi, silika didistribusikan antara air boiler dan uap dalam rasio yang pasti. Rasio ini disebut rasio distribusi, tergantung pada dua faktor: tekanan boiler dan pH air boiler. Nilai rasio meningkat hampir secara logaritmik dengan meningkatnya tekanan dan menurun dengan meningkatnya pH. Pengaruh pH air boiler terhadap rasio distribusi silika menjadi lebih besar pada nilai pH yang semakin tinggi. Peningkatan pH dari 11,3 menjadi 12,1 mengurangi rasio sebesar 50%, sedangkan peningkatan pH dari 7,8 menjadi 9,0 tidak memiliki efek yang dapat diukur. Untuk setiap tekanan boiler dan pH, rasio distribusi silika dapat ditentukan.  Jumlah silika yang diuapkan dengan steam dapat ditentukan dengan pengukuran silika air boiler. Tingkat silika air boiler yang tepat yang diperlukan untuk mempertahankan silika kurang dari 0,02 ppm.

Saat larut, silika yang ada dalam air umpan boiler tidak mempengaruhi jumlah silika yang ada dalam steam. Ketika ditambahkan ke air boiler dalam eksperimen terpisah, jumlah yang setara dari asam silikat dan natrium silikat menghasilkan jumlah silika yang sama di dalam uap. Karena jumlah silika dalam uap sangat dipengaruhi oleh pH, kemungkinan besar asam silikat berpengaruh dalam mekanisme penguapan.

Silika memiliki kelarutan yang lebih tinggi pada steam lewat jenuh (superheated steam) dibandingkan dengan steam jenuh untuk tekanan tertentu. Jika carryover mekanis berkontribusi pada kandungan silika dari uap jenuh, silika akan larut selama pemanasan berlebih, asalkan total silika yang ada tidak melebihi kelarutan silika dalam uap panas berlebih. Oleh karena itu, endapan silika jarang ditemukan di bagian superheater boiler.

Setelah uap mencapai turbin, uap tersebut berekspansi, mengalami penurunan tekanan dan temperature. Akibatnya kelarutan silika menurun. Penelitian telah menunjukkan bahwa dengan kadar silika maksimum 0,02 ppm di dalam uap, tekanan kurang dari 200 psig dicapai dalam turbin sebelum silika mulai mengembun dari uap. Oleh karena itu, silika lebih mudah mengendap di bagian bertekanan menengah dan bertekanan rendah daripada turbin di mana volume spesifik uap bervariasi dari kira-kira 1 hingga 10 ft3/lb. Data kelarutan yang membantu menjelaskan distribusi endapan silika di turbin.

Saturasi Silika Lokal. Endapan turbin juga terbentuk di mana terjadi saturasi silika lokal dan silika mengembun dari uap di area turbin tersebut. Penguapan sebagian dari silika yang diendapkan kemudian dapat terjadi dengan hanya sebagian dari silika yang dilarutkan oleh aliran uap kontinyu. Hasilnya, endapan tetap ada.

Kecepatan Turbin. Faktor lain yang mempengaruhi lokasi deposit turbin adalah kecepatan turbin. Steam mengalir dari saluran masuk ke saluran keluar turbin hanya dalam sepersekian detik. Akibatnya, deposisi bergeser ke hilir dari titik jenuh oleh kecepatan uap yang tinggi.

Pencegahan Deposit Silika

Faktor paling signifikan dalam meminimalkan endapan silika turbin adalah pengendalian konsentrasi silika yang rendah dalam air boiler. Peralatan pengolahan eksternal harus dioperasikan dengan hati-hati untuk membatasi jumlah silika yang masuk dalam air make up, dan kondensat harus dipantau untuk meminimalkan kontaminasi. Setelah silika masuk ke dalam air boiler, tindakan perbaikan yang biasa dilakukan adalah dengan meningkatkan blowdown boiler (untuk menurunkan silika air boiler ke level yang dapat diterima) dan kemudian memperbaiki kondisi yang menyebabkan kontaminasi silika.

Penghilangan Deposit

Ketika turbin menjadi kotor dengan garam yang larut dalam air akibat terbawa air boiler atau kontaminasi air, kapasitas turbin seringkali dapat diperbaiki dengan proses pencucian. Karena dapat menyebabkan kerusakan turbin yang parah, pencucian harus diawasi dengan hati-hati dan rekomendasi dari vendor turbin harus diikuti.

Ketika turbin kotor dengan senyawa yang tidak larut dalam air (termasuk silika), pencucian air jarang memulihkan kapasitas. Pembersihan di luar layanan dengan meledakkan aluminium oksida atau bahan pasir lembut lainnya diperlukan untuk menghilangkan endapan ini.

EROSI

Erosi bilah turbin menghasilkan permukaan yang kasar dan tidak rata yang mengubah jalur aliran uap. Ini mengurangi efisiensi turbin dan juga dapat membatasi kapasitas. Erosi pada ujung turbin bertekanan tinggi biasanya disebabkan oleh partikel padat (biasanya oksida besi) yang ada dalam uap. Partikel oksida besi hadir jika tidak dihilangkan oleh semburan uap selama sistem start-up.

Erosi bilah pada tekanan menengah dan rendah biasanya disebabkan oleh air dalam steam. Operasi di bawah suhu uap masuk desain atau pada beban rendah dapat menyebabkan kondensasi dalam tahapan ini, yang menyebabkan masalah erosi.

Karbon dioksida atau komponen asam lainnya yang ada dalam kondensat dapat mempercepat kerusakan. Beberapa perlindungan terhadap korosi erosi dapat disediakan oleh rasio distribusi amoni yang rendah, yang menetralkan keasaman dan meningkatkan pH kondensat.

KOROSI

Masalah pitting, corrosion fatigue, dan stress corrosion cracking semuanya terjadi di turbin uap. Korosi utama terdiri dari natrium hidroksida, klorida, sulfat, dan sulfida. Biasanya, tingkat kontaminan yang ada dalam steam tidak cukup tinggi untuk menimbulkan korosi pada komponen sistem. Saat uap mengekspansi melalui turbin, kelarutan kontaminan dalam uap berkurang. Mereka mengembun ke permukaan pada konsentrasi larutan yang jauh lebih tinggi daripada konsentrasi kontaminan asli dalam uap. Larutan terkonsentrasi ini meningkatkan korosi sistem.

Pitting biasanya dikaitkan dengan endapan klorida dan terjadi pada rotor, disk, dan bucket. Korosi pitting sering terjadi ketika atmosfir yang lembab dan kadar oksigen tinggi berasa di turbin yang tidak beroperasi. Kerusakan paling parah terjadi jika endapan klorida juga ada. Atmosfir bebas oksigen atau bebas kondensat harus dipertahankan untuk melindungi turbin yang tidak digunakan dari korosi.

 

Fatigue corrosion, dan stress corrosion cracking pada bilah dan piringan turbin biasanya berhubungan dengan sulfida,  klorida, dan kaustik. Masalah paling umum terjadi pada bagian bertekanan rendah dari turbin pembangkit listrik besar, yang ditandai dengan tegangan tinggi, celah, dan suhu pengoperasian yang sesuai untuk terbentuknya larutan konsentrat hasil dari kondensasi uap. Masalah juga terjadi di bagian bertekanan tinggi dan turbin berukuran industri yang lebih kecil, biasanya saat terjadi kontaminasi uap dalam jumlah besar. Masalah ini dapat diatasi dengan desain yang mencegah celah, tegangan rendah, dan/atau menggunakan material berkekuatan rendah. 

PENGUKURAN KEMURNIAN STEAM

PENGUKURAN KEMURNIAN STEAM

Pengukuran kemurnian steam yang akurat merupakan hal penting untuk mengidentifikasi penyebab masalah yang terjadi atau mungkin terjadi di dalam boiler modern. Salah satu alasannya yaitu steam turbine memiliki toleransi yang kecil terhadap kontaminasi pada steam. Sisi baiknya, sudah tersedia metode pengukuran kontaminasi steam dalam rentang satuan satu per milyar (ppb) untuk memenuhi kebutuhan dari kebanyakan sistem steam generator.

PENGOTOR

Pengotor di dalam steam dapat berupa padatan, cairan, atau gas. Padatan biasanya terlarut di dalam tetesan air atau dalam bentuk debu. Karena penerapan pengolahan air seperti konstituen kimia yang paling mudah larut di dalam air boiler diubah menjadi garam natrium, kebanyakan padatan hadir di dalam steam merupakan garam natrium, dan sedikit dari kalsium, magnesium, besi, dan tembaga.

Konstituen gas yang umunya ditemukan di dalam boiler bertekanan rendah (kurang dari 2000 psig) merupakan amonia, karbon dioksida, nitrogen, amina, dan silika. Dari senyawa ini, hanya silika yang berkontribusi dengan kesulitan yang umumnya ditemui pada steam yang tidak murni, konstituen lain menjadi perhatian ketika mereka mengganggu pengukuran kemurnian steam.

METODE PENGUKURAN KEMURNIAN STEAM

Beberapa metode pengukuran kemurnian steam telah tersedia dan telah digunakan bertahun-tahun. Masing-masing metode memberikan keuntungan tersendiri.

Konduktivitas Spesifik

Konduktivitas spesifik merupakah salah satu metode yang paling umum digunakan. Konduktivitas spesifik suatu sampel diukur di dalam satuan mikrosiemen (µS) atau mikroohm (µmho), yang sebanding dengan konsentrasi ion-ion di dalam sampel. Ketika terjadi carry over air boiler di dalam steam, kandungan padatan terlarut (TDS) dari air boiler mengotori steam sehingga konduktivitas air boiler meningkat.

Salah satu kekurangan dari metode ini yaitu beberapa gas yang umum di dalam steam (seperti karbon dioksida dan amonia) terionisasi di dalam air. Bahkan pada konsentrasi yang sangat rendah, senyawa ini mempengaruhi hasil pengukuran terhadap padatan terlarut karena meningkatkan nilai konduktivitas. Gangguan ini cukup berarti pada sampel steam dengan kemurnian tinggi.

Sebagai contoh, sebuah sampel mengandung  padatan terlarut kurang dari 1 ppm, nilai konduktivitas spesifik berkisar di antara 1,0-2,0 µS. keberadaan amonia atau karbon dioksida pada sampel ini akan meningkatkan hasil pengukuran konduktivitas secara signifikan.

 

·         Amonia meningkatkan nilai konduktivitas 8,0-9,0 µS per ppm amonia

·         Karbon dioksida meningkatkan nilai konduktivitas 5,0 per ppm karbon dioksida

Gas ini bukanlah padatan terlarut. Untuk mendapatkan pengukuran padatan terlarut yang tepat, pengaruh dari masing-masing gas harus dihitung dan hasil pengukuran konduktivitas harus dikoreksi akibat pengaruh gas ini. Ketika kandungan amonia dan karbon dioksida di dalam sampel diketahui, kurva koreksi terhadap nilai konduktivitas yang akurat dapat dihasilkan agar dapat digunakan untuk mengoreksi nilai pengukuran secara tepat.

Peralatan degassing dapat digunakan untuk menghilangkan gas dari sampel sebelum dilakukan pengukuran konduktivitas. Resin penukar kation tipe hidrogen dapat digunakan untuk mengurangi amonia dan amina hingga kadar yang dapat diabaikan. Cation conductivity analyzer menerapkan konsep ini untuk mendeteksi anion penghasil asam, seperti klorida, sulfat, dan asetat. Mereka juga menerapkan keunggulan dari larutan yang memiliki konduktivitas yang tinggi dan mengandung ion hidrogen.

Pada sebuah Larson-Lane analyzer, sebuah sampel kondensat steam dilewatkan melalui sebuah kolom resin penukar kation bentuk hidrogen. Kolon resin menyingkirkan amonia. Amina, dan natrium hidroksida dari sampel. Sampel kemudian mengalir melalui sebuah reboiler, yang akan menyingkirkan karbon dioksida. Konduktivitas diukur setelah proses ini terjadi dan dapat juga dianalisa pada inlet analyzer dan outlet kolom ion exchange.

Teknik Tracer Natrium

Metode lain yang umum digunakan untuk mengukur kemurnian steam adalah teknik tracer natrium. Teknik berdasarkan fakta bahwa rasio TDS terhadap natrium di dalam steam sama dengan rasio TDS terhadap natrium di dalam air boiler untuk semua sistem boiler kecuali boiler bertekanan tinggi (lebih dari 2400 psig). Oleh karena itu, ketika rasio TDS terhadap kadar natrium di dalam air boiler diketahui, TDS di dalam steam dapat ditentukan dengan akurat melalui pengukuran kadar natrium di dalam steam. Karena konstituen natrium sekitar sepertiga dari TDS pada hampir semua air boiler dan dapat diukur secara akurat pada konsentrasi yang sangat rendah, metode ini sangat berguna di banyak pabrik.

Analyzer ion natrium memberikan pengukuran kontaminasi padatan di dalam steam yang sensitif. Pada operasi tipikal, sebuah agen yang diatur kadarnya seperti amonium hidroksida ditambahkan pada sampel kondensat steam yang diatur jumlahnya untuk meningkatkan pH dan menyingkirkan kemungkinan gangguan dari ion hidrogen.

Hasil yang baik telah dilaporkan dengan berbagai alat ukur ion sodium. Berdasarkan pembuat alat, instrumen beroperasi di dalam rentang konsentrasi natrium dari 0,1 hingga 100.000 ppm dengan sensitivitas 0,1 ppb. Kalibrasi ulang dengan basis mingguan, instrumen ini bagus untuk monitoring dan pengetesan kontiniu jangka panjan

Penerimaan sodium ion analyzer sebagai alat ukur yang akurat, alat untuk mengevaluasi kemurnian steam dibuktikan dengan penggunaan alat ini yang luas untuk memonitor secara kontiniu seperti alat ukur di lapangan. Banyak pabrik penghasil steam telah berpindah dari metode yang sebelumnya diakui menuju metode analisa ion natrium untuk meningkatkan akurasi.

 

Meski sodium ion analyzer mengukur total kontaminasi, mereka tidak menunjukkan perubahan yang konsentrasi natrium yang cepat. Hal ini disebabkan keterlambatan respon elektroda dan efek pengenceran di penampungan, yang menghambat perubahan kondisi yang tajam dan sementara. Karena hal ini, puncak yang melewati Batasan garansi atau sebuah rentang carry over tidak terlihat di alat ukur. Hal ini akan mempengaruhi hasil pengukuran.

DEPOSIT PADA SISI API BOILER DAN PENGENDALIAN KOROSI

DEPOSIT PADA SISI API BOILER DAN PENGENDALIAN KOROSI

Pengotor pada bahan bakar dapat membentuk deposit dan korosi pada sisi api dari boiler. Senyawa alumunium, barium, tembaga, besi, magnesium, mangan, dan silika telah digunakan untuk mengontrol fouling pembakaran dan korosi.

SUMBER DAN SIFAT DARI DEPOSISI PADA SISI API

Fouling pada sisi api dari peralatan pembakaran disebabkan oleh pengendapan senyawa debu dari bahan bakar. Minyak mengandung abu lebih dari 0,05% disebut sebagai minyak dengan kadar abu yang tinggi, dan yang mengandung abu di bawah 0,02% disebut sebagai minyak dengan kadar abu yang rendah.

Contoh analisa tipikal sisa pembakaran minyak

Parameter                                  High Ash          Medium Ash      Low Ash

Specific Gravity, at 60 °F            0,9548              0,9944                 0,9285

Viscosity SSF at 122 °F, sec       240                   200                      100,5

Aturan emisi sulfur sangat membatasi penggunaan minyak dengan kandungan sulfur yang tinggi. Umumnya minyak dengan kandungan sulfur yang tinggi (lebih dari 1%) mengandung abu yang tinggi. Minyak ini diimpor dari daerah Karibian. Sebelum tahun 1972, kebanyakan boiler East Coast menggunakan minyak dengan kandungan abu dan sulfur yang tinggi.

Pembakaran minyak dengan kandungan abu yang tinggi akan menghasilkan deposit yang parah pada permukaan konveksi seperti steam generating, superheat, reheat, dan bagian economizer. Pembakaran dari minyak dengan kandungan abu yang tinggi (bahkan pada unit yang didesain untuk membakar batu bara) menghasilkan deposit pada permukaan pertukaran panas yang susah dihilangkan dengan cara soot blowing.

Abu dari minyak yang paling mengganggu merupakan abu yang mengandung rasio vanadium/natrium kurang dari 10:1. Pada Tabel 21.1, bahan bakar dengan kandungan abu medium mengandung rasio vanadium/natrium yang rendah dan menghasilkan deposit yang sangat susah dihilangkan pada permukaan superheater.

Vanadium bereaksi dengan oksigen membentuk berbagai oksida pada furnace. Ketika terbentuk, vanadium pentaoksida terkondensasi di dalam furnace ketika temperature gas mendekati titik solidifikasi. Natrium juga bereaksi dengan oksigen dan sulfur trioksida membentuk senyawa penyebab fouling.  Secara termodinamika, natrium sulfat lebih mudah terbentuk dibandingkan natrium oksida yang tidak stabil. Nikel juga berkontribusi terhadap deposisi dengan membentuk oksida. Alumunium dapat hadir di dalam minyak dalam bentuk serbuk katalis perengkahan (alumunium masuk selama proses pemurnian minyak).

Black liquor telah digunakan sebagai bahan bakar boiler selama beberapa tahun di pabrik kertas. Bahan bakar ini mengandung banyak material yang dapat terbakar beserta dengan garam natrium. Pembakaran black liquor menghasilkan deposit natrium sulfat dengan densitas rendah dan realtif menempel pada permukaan konveksi boiler recovery. Pada beberapa kasus, aditif berbasis magnesium dapat digunakan secara ekonomis untuk mengontrol atau membatasi deposisi. Material ini dicampur dengan senyawa yang mengandung magnesium oksida dan alumunium oksida.

Pembakaran tar batu bara di dalam bara menghasilkan sejumlah garam natrium oksida dan/atau senyawa besi pada permukaan konveksi boiler. Deposit abu sering menyerupai komposisi abu batu bara.

Pembakaran bahan bakar padat seperti batu bara dan kayu dapat juga menimbulkan penutupan pada sisi api (slagging). Natrium, kalsium, silika, besi, dan sulfur merupakan perhatian utama di dalam pembakaran bahan bakar padat. Okida logam lainnya seperti alumunia, titania, dan kalium oksida dapat juga memperparah slagging.

Pada desain furnace boiler yang tepat, pertimbangan operasional harus dijelajahi untuk mencegah slagging pada sisi api. Pengujian fusi abu telah digunakan oleh pembuat boiler untuk menguji potensi slagging. Ketika peningkatan desain dan operasional tidak praktis dilakukan atau tidak cukup, penanganan kimia (seperti katalis pembakaran dan anti fouling) harus dipertimbangkan.

PENANGANAN UNTUK FOULING

Aditif digunakan untuk mengendalikan fouling dengan meningkatan titik leleh pada deposit, dengan pengenceran deposit secara fisik atau dengan menyediakan pelat pengikis untuk membantu penghilangan dengan soot blowing. Aditif digunakan untuk mengendalikan senyawa penyebab fouling seperti magnesium, silika, mangan, dan/atau alumunium. Gambar 21.4 menunjukkan efek dari penanganan.

Titik leleh dari senyawa dari abu yang tidak ditangani dapat serendah dari 1000oF. Penambahan logam oksida yang tepat akan menaikkan titik leleh dari senyawa abu beberapa ratus derajat. Senyawa aditif yang paling umum digunakan untuk meningkatkan titik leleh deposit ada magnesium dan/atau alumunium. Dosis tergantung pada kadar abu di dalam bahan bakar dan rasio dar berbagai komponen.

Aditif bahan bakar digunakan untuk mengendalikan fouling dengan pembentukan deposit yang rapuh dan mudah dihilangkan dengan soot blowing.

Ketika titik leleh naik, sifat fisik deposit berubah. Deposit parah sering terjadi pada daerah dimana temperatur gas di bawah temperatur leleh deposit. Oleh karena itu, program penanganan kimia yang didesain hanya untuk meningkatkan titik leleh dari deposit tidak akan menyelesaikan permasalahan dan dibutuhkan penambahan aditif yang akan merubah sifat fisik dari deposit, membuat deposit lebih mudah di lepaskan. Aditif yang digunakan mengandung senyawa magnesium atau alumunium.

Teknologi yang lebih baru telah dikembangkan untuk memberikan performa yang lebih baik dari penggunaan magnesium atau kombinasi alumunium/magnesium. Material berabasis silikon telah digunakan untuk mengotrol fouling dan membentuk okida rapuh yang tidak  mudah menempel. Komponen silika berperan sebagai busa untuk menyerap oksida yang memiliki titik leleh yang rendah, mencegah penggumpalan mereka dan deposisi yang ditimbulkannya. Material berbasis silikon berkontribusi pada jumlah padatan yang jauh lebih sedikit dibandingkan penanganan secara tradisional.

Dosis aditif harus dipastikan pada level minimum yang dibutuhkan untuk pengondisian deposit yang tepat. Penambahan aditif yang berlebihan, terkhusus magnesium oksida, dapat menyebabkan deposit yang parah. Magnesium oksida dapat bereaksi dengan sulfur trioksida di dalam gas cerobong membentuk deposit magnesium sulfat. Deposit ini umumnya terbentuk di area konveksi, seperti primaty superheater, steam generating section, dan economizer.

Desain boiler telah terbukti merupakan pertimbangan penting di dalam penentuan kadar penambahan magnesium. Penambahan alumunium pada aditif berbasis magnesium mengurangi deposisi magnesium sulfat.

Kebutuhan terbesar akan aditif untuk mengendalikan deposisi yaitu pada boiler yang sebelumnya digunakan dengan bahan bakar lain seperti batu bara atau gas alam. Umumnya, unit yang digunakan untuk membakar batu bara memiliki penempatan soot blower yang cukup untuk menghilangkan deposit yang sudah dikondisikan dengan baik.

Unit dengan bahan bakar gas umunya tidak memiliki peralatan soot blowing yang diinginkan. Sebaiknya menghubungi pembuat boiler sehingga jumlah soot blowerdan posisinya dapat ditentukan secara pasti. Hampir tidak mungkin untuk membakar bahan bakar yang mengandung abu lebih dari 0,2% tanpa menggunakan soot blower, bahkan dengan bantuan dari sebuah aditif pengondisian.

Boiler yang didesain untuk membakar minyak memiliki parameter desain yang membuat operasi boiler relatif aman dari permasalahan pada bagian sisi api. Kecepatan gas pembakaran, jarak tube, temperatur gas keluaran furnace, dan konfigurasi furnace diatur berdasarkan karakteristik abu minyak. Deposisi dan korosi dapat terjadi ketika kualitas minyak yang akan dibakar lebih jelek dari spesifikas yang telah ditentukan atau jika berbagai jenis minyak digunakan.

KOROSI SISI API BERTEMPERATUR TINGGI

Korosi abu bahan bakar di daerah bertemperatur tinggi dapat menyebabkan kerusakan parah pada boiler. Secara prinsip, korosi disebabkan oleh slag senyawa komplek oksida dengan titik leleh yang rendah. Korosi oleh komponen slag, seperti natrium vanadil vanadat, terjadi secara cepat di antara temperatur 1100 dan 1650oF.

 

Natrium sulfat juga media korosi utama yang dapat mucul beriringan dengan natrium vandil vanadat. Senyawa ini juga merupakan material penyebab korosi pada baling-baling turbin gas. Korosi pada temperatur tinggi dapat berlangsung jika deposit penyebab korosi berada pada fasa cair dan cairan kontak langsung dengan logam.Deposit juga mendukung proses perpindahan oksigen pada permukaan logam. Korosi yang disebabkan oleh kombinasi aliran lapisan oksida dan oksidasi terus menerus akibat oksigen yang dibawa.

Pemisah tube digunakan pada beberapa boiler, cepat hancur ketika minyak mengandung abu lebih dari 0,02% dibakar. Karena pemisah ini tidak didinginkan dan hampir mencapai temperatur gas buang sehingga kondisi ini berada pada lingkungan abu cair. Aditif minyak bahan bakar dapat memperpanjang usia komponen ini secara signifikan.

Korosi temperatur tinggi disebabkan oleh sulfidasi merupakan permasalahan yang umum pada turbin gas. Natrium masuk ke turbin gas melalui bahan bakar atau udara pembakaran. Kandungan natrium dari bahan bakar dapat dikurangi dengan cara pencucian dengan air. Relatif sulit untuk menghilangkan semua embun partikulat yang mengandung natrium pada intake turbin gas. Karena masuknya embun air garam, permasalahan sufidasi baling-baling turbin merupakan masalah umum pada turbin yang digunakan untuk penggerak di daerah laut.

Reheating furnace pada industri besi dan logam telah mengalami pemborosan dari recuperator logam. Permasalahan ini lebih sering ketika reheat furnace dari steel mill beralih dari pembakaran gas alam menjadi residual oil.

Pembakaran oil residual pada pemanas proses pemurnian minyak telah menyebabkan berbagai kerukan akibat korosi pada bagain penyokong tube konveksi. Penyokong tube umumnya tidak didinginkan oleh air atau udara, oleh karena itu temperatur mencapai temperatur yang mendekati temperatur gas

ksida magnesium dan alumunium telah berhasil untuk mengendalikan permasalahan korosi temperatur tinggi ini dan permasalahan lain. Aditif berfungsi dengan meningkatkan titik leleh dari deposit. Fasa kedua dari mekanisme korosi yaitu oksidasi, oleh karena itu tekan parsial oksigen pada gas pembakaran dapat dikurangi untuk mengurangi laju korosi.

Pada peralatan pembakaran oil residual, sering dibutuhkan untuk mengumpankan magensium dan vanadium dengan rasio 1:1 untuk mencapai laju korosi yang rendah. Level pengumpanan biasanya lebih tinggi dibandingkan dari yang dibutuhkan untuk mengendalikan fouling.

KATALIS PEMBAKARAN

Katalis pembakaran telah digunakan untuk semua tipe bahan bakar. Katalis pembakaran berfungsi dengan cara meningkatkan laju oksidasi dari bahan bakar. Beberapa bahan bakar susah untuk dibakar di dalam volume furnace tertentu yang sudah tetap. Katalis pembakaran digunakan pada bahan bakar ini utnuk memenuhi regulasi mengenai partikulat dan warna asap. Katalis pembakaran juga digunakan untuk meningkatkan efisiensi boiler dengan mengurangi kehilangan karbon di dalam gas buang.

ADITIF BAHAN BAKAR

 

Kebanyakan aditif bahan bakar yang dapat larut mengandung senyawa komplek logam organic seperti sulfonate, karbonil, dan naftalenat. Aditif ini sangat mudah diumpankan. Kebanyakan persiapan kering aditif bahan bakar digunakan untuk menangani bahan bakar dengan kandungan abu yang tinggi seperti batu bara, kayu, atau, black liquor.