Pengolahan Eksternal Air Umpan BoilerI. Tujuan Percobaan- Memahami sistem pengolahan air dengan metode pertukaran ion (resin).- Menganalisa air sebelum dan sesudah dilewati kolom resin.- Menuliskan reaksi yang terjadi dalam kolom resin penukar ion. II.Alat dan Bahan yang digunakan:Alat:- pH paper universal4 buah- Konduktometer 1 buah- Gelas kimia 2 buahBahan:- Air boiler secukupnya- Air sumursecukupnya- Air aquadestsecukupnya

III. Dasar TeoriPengolahan air metode pertukaran ion dengan memanfaatkan proses kimiawi untuk memisahkan ion-ion seperti Ca2+, Mg2+, SO42-, dan lain-lain yang menyebabkan kerusakan pada boiler. Reaksi penukar ion dapat berasal dari bahan alami zeolit merupakan penukar ion anorganik, sedangkan penukar ion dan kation. Kegunaannya adalah sebagai bahan pelunak dalam proses demineralisasi air dan untuk pengolahan air limbah. Keunggulannya dibandingkan zeolit, yaitu memiliki kapasitas yang lebih besar dan tahan terhadap pH.Pengolahan secara eksternal dimaksudkan untuk menurunkan nilai kesadahan melalui proses pelunakan dan mengurangi konsentrasi gas-gas terlarut terutama gas O2. Proses pelunakan adalah pengolahan air untuk mengurangi Ca2+ dan Mg2+. Proses pelunakan yang sering digunakan dalam penyediaan air umpan boiler adalah proses pertukaran kation non hardness dari unggun resin penukar kation. Unggun resin merupakan sebuah kolom yang diisi oleh resin penukar ion. Pada saat operasi aliran air dimasukkan dari bagian atas.

Reaksi pertukaran kation: Ca/ Mg anion + 2Na RCa/ Mg R + 2Na anionReaksi berlangsung spontan dan sempurna sepanjang ruang kolom pertukaran kation masih ada atau belum tercapai breakthrough. Tercapainya kondisi breakthrough menunjukkan kemampuan pertukaran kation berkurang yang ditandai dengan terdeteksinya kesadahan dialirkan keluar resin. Dalam kondisi ini kolom resin perlu diregenerasi agar kemampuan pertukaran pilih kembali. Proses regenerasi dilakukan dengan mengalirkan garam sehingga terjadi reaksi: Ca/ Mg RCa/ Mg Cl + 2Na RSebelum digunakan perlu dilakukan pencucian atau pembilasan dengan air lunak untuk menghilangkan kelebihan NaCl untuk setiap 1 m3 resin dengan larutan garam 5 20%. Laju alir garam 5 20%. Laju alir garam yang digunakan berkisar 40 lt/ menit.m2.Proses pelunakan air dengan resin penukar ion ini lebih efisien dan praktis dibandingkan dengan proses pelunakan menggunakan pengendapan kimia karena tidak menghasilkan lumpur, peralatan sederhana dan mudah dioperasikan.Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan(feed water system), sistem steam(steam system)dan sistem bahan bakar(fuel system).1.Sistem air umpan(feed water system)menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam.Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan.2.Sistem steam(steam sistem)mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan.3.Sistem bahan bakar(fuel sistem)adalah semua peralatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yangdibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahanbakar yang digunakan pada sistem. Sistem yang lainadalahpenggunaaneconomizeruntuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas buang, untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi.2.2Persyaratan Air Umpan BoilerSecara umum air yang akan digunakan sebagai air umpan boiler adalah air yang tidak mengandung unsur yang dapat menyebabkan terjadinya endapan yang dapat membentuk kerak pada boiler, air yang tidak mengandung unsur yang dapat menyebabkan korosi terhadap boiler dan sistem penunjangnya dan juga tidak mengandung unsur yang dapat menyebabkan terjadinya pembusaan terhadap air boiler. Oleh karena itu untuk dapat digunakan sebagai air umpan boiler maka air baku dari sumber air harus dilakukan pengolahan terlebih dahulu, karena harusmemenuhipersyaratan tertentusepertiyang diuraikan dalam tabel dibawah ini:

Tabel 2.2.1PersyaratanAirUmpanBoilerParameterSatuanPengendalian Batas

PhUnit10.5 11.5

Conductivitymhos/cm5000,max

TDSPpm3500,max

P AlkalinityPpm-

M AlkalinityPpm800,max

O AlkalinityPpm2.5xSiO2,min

T.HardnessPpm-

SilicaPpm150,max

BesiPpm2,max

Phosphat residualPpm20 50

SulfiteresidualPpm20 50

pHcondensateUnit8.0 9.0

Reff : PT.Nalco IndonesiaPersyaratan kualitasair boiler menurut AmericanBoiler Manufacturers Assosiation (ABMA)dan ASME pada tabel berikut.

Tabel 2.2.2PersyaratanKualitasAirBoiler (ABMA)Tekanan(psig)TotalSolids

(ppm)Totalalkalinitas

(ppm)Suspendedsolid

(ppm)Silica(ppm)KonduktivitasMicro.ohm/cm

0 3003.5007003001507.000

301 4503.000600250906.000

451 6002.500500150405.000

601 7502.000400100304.000

751 9001.50030060203.000

901 1.0001.2502504082.000

1.0011.5001.000200212150

Sumber:PullmanKellogs(1980)Air kondensat biasanya dikembalikan lagike tangki umpan untuk menghemat pemakaianair,tetapi kualitasair kondensat tersebut harus memenuhi persyaratan seperti tabel berikut.

Tabel 2.2.3PersyaratanAirKondensatNo.ParameterSatuanNilai

1Konduktivitasmg/l10

2Total Dissolved Solidmg/l5

3Total solidSuspended solidmg/l0.5

4TotalSilikamg/l0.05

5TotalBesimg/l0.1

6TotalCoppermg/l0.02

7C02mg/l1

8Chloridemg/l0.01

9Organicmg/l0.01

Sumber :PullmanKellogs(1980)Tabel 2.2.4 Konsentrasi Air BoilerKonsentrasi Air Boiler Maksimum yang direkomendasikan oleh Gabungan Produsen Boiler Amerika

Tekanan Steam pada Boiler (ata)Konsentrasi Air Boiler Maksimum (ppm)

0-203500

20-303000

30-402500

40-502000

50-601500

60-701250

70-1001000

2.2.1 RekomendasiuntukBoilerdanKualitas AirUmpanKotoranyang ditemukan dalam boiler tergantung pada kualitasair umpanyang tidak diolah, proses pengolahanyang digunakan dan prosedurpengoperasian boiler.Sebagaiaturanumum, semakin tinggi tekanan operasi boilerakan semakin besar sensitifitas terhadap kotoran.Tabel 2.2.1.1Rekomendasibatas air umpan(IS10392, 1982)REKOMENDASI BATAS AIR UMPAN (IS 10392, 1982)

FaktorHingga 20 kg/cm221-39 kg/cm240-59 kg/cm2

Total besi (maks.) ppm0,050,020,01

Total tembaga (maks.) ppm0,010,010,01

Total silika (maks.) ppm10,30,1

Oksigen (maks.) ppm0,020,020,01

Residu hidrasin ppm---0,06

pH pada 250C8,8-9,28,8-9,28,2-9,2

Kesadahan, ppm10,5-

REKOMENDASI BATAS AIR UMPAN (IS 10392, 1982)

FaktorHingga 20 kg/cm221-39 kg/cm240-59 kg/cm2

TDS, ppm3000-35001500-2500500-1500

Total padatan besi terlarut ppm500200150

Konduktivitas listrik spesifik pada 250C (mho)1000400300

Residu fosfat ppm20-4020-4015-25

pH pada 250C10-10,510-10,59,8-10,2

Silika (maks.) ppm251510

2.3Akibat Air Umpan Boiler yang Tidak Memenuhi Baku MutuKetidaksesuaian kriteria air umpan boiler akan mempengaruhi berbagai hal, misalnya :1. KorosiPeristiwa korosi adalah peristiwa elektrokimia, di mana logam berubah menjadi bentuk asalnya akibat dari oksidasi yang disebabkan berikatannya oksigen dengan logam,atau kerugian logam disebabkan oleh akibat beberapa kimiaPenyebab korosi Boiler:Oksigen TerlarutAlkalinity ( Korosi pH tinggi pada Boiler tekanan tinggi )Karbon dioksida ( korosi asam karbonat pada jalur kondensat )Korosi khelate ( EDTAsebagai pengolahan pencegah kerak )Akibat dari peristiwa korosi adalah penipisan dinding pada permukaan boiler sehingga dapat menyebabkan pipa pecah atau bocor.2. KerakPengkerakan pada sistem boiler disebabkan oleh :Pengendapan hardness feedwater dan mineral lainnyaKejenuhan berlebih dari partikel padat terlarut ( TDS ) mengakibatkan tegangan permukaan tinggi dan gelembung sulit pecah.Kerak boiler yang lazim : CaCO3, Ca3(PO4)2, Mg(OH)2, MgSiO3, SiO2, Fe2(CO3)3, FePO43.EndapanPembekuan material non mineral pada boiler, umumnya berasal dari :Oksida besi sebagai produk korosiMateri organic ( kotoran bio, minyak dan getah ), Boiler bersifat alkalinity jika terkena gliserida maka akan terjadi reaksi penyabunan.Partikel padat tersuspensi dari feedwater ( tanah endapan dan pasir )Dari peristiwa peristiwaini mengakibatkan terbentuknya deposit pada pipa superheater, menyebabkan peristiwa overheating dan pecahnya pipa, terbentuknya deposit pada sirip turbin, menyebabkan turunnya effisiensi.2.4Pengolahan Air Umpan BoilerUntuk mencegah terjadinya masalah-masalah yang timbul pada boiler,maka air umpan (contohnya air sungai) yang akan digunakan sebelum masuk ke boiler, harus diolah terlebih dahulu, pengolahan air ini meliputi :1.Pengolahan EksternalPengolahan eksternal digunakan untuk membuang padatan tersuspensi, padatan terlarut (terutama ion kalsium dan magnesium yang merupakan penyebab utama pembentukan kerak) dan gas-gas terlarut (oksigen dan karbon dioksida).Proses perlakuan eksternal yang ada adalah:Pertukaran ionDe-aerasi (mekanis dan kimia)Osmosis balikPenghilangan mineral atau demineralisasiSebelum digunakan cara di atas, perlu membuang padatan dan warna dari bahan baku air, sebab bahan tersebut dapat mengotori resin yang digunakan pada bagian pengolahan berikutnya.Metode pengolahan awal adalah sedimentasi sederhana dalam tanki pengendapan atau pengendapan dalamclarifierdengan bantuankoagulandanflokulan. Penyaring pasir bertekanan, dengan aerasi untuk menghilangkan karbon dioksida dan besi, dapat digunakan untuk menghilangkan garam-garam logam dari air sungai.Tahap pertama pengolahan adalah menghilangkan garam sadah dan garan non-sadah. Penghilangan yang hanya garam sadah disebut pelunakan, sedangkan penghilangan total garam dari larutan disebut penghilangan mineral ataudemineralisasi.Economizer adalah jenis penukar kalor antara Gas dan Cairan , dimana dengan system ini Kalor dariGas asap Boiler dimanfaatkan sebagai pemanas air untuk proses produksi ataupun sebagai umpanAir ke Boiler . Secara umum Boiler akan mengalami peningkatan effesiens sekitar 1 % untuk setiappenurunan temperature 20 oC dari Gas AsapDeaerator adalah perangkat yang banyak digunakan untuk menghilangkan kandungan oksigen dan gas-gas terlarut lainnya dari feedwater yang masuk ke steam generator (boiler).Pada umumnya, oksigen terlarut dalamfeedwaters boilerakan menyebabkan kerusakan korosi yang serius dalamSteam generation systemyang bereaksi ke dinding pipa dan peralatan logam lainnya sehingga membentuk oksida (karat). Kandungan CO2 yang bereaksi dengan H2O akan membentuk asam karbonat yang akan menyebabkan tingkat korosi lebih lanjut. Sebagian besardeaeratordirancang untuk menghilangkan oksigen ke tingkat 7 ppb berat (0,005 cm / L).Ada dua tipe dasar dari Deaerator :1. Tray-typeTermasuk juga Vertical domed deaerationyang dipasang di atas sebuahHorizontal vesselyang berfungsi sebagai tangki penyimpanan air hasil dari proses deaerasi.

Vertical domed deaerationdipasang di atasHorizontal vessel.Boiler feedwatermemasuki bagianVertical domed deaerationdi atasperforated traysdan mengalir ke bawah melaluitraytersebut.Low-pressure deaeration steammemasuki bawahtraydan mengalir ke atas melaluitraytersebut.Gas terlarut yang terkandung padafeedwaterakan keluar melalui lubangventdi bagian atasVertical deaeration.Feedwateryang sudah murni atau tidak mengandung unsur O2 dan gas lainnya akan mengalir ke dalamHorizontal vesseldan dipompa ke Steam Drum untuk pembangkit steam. Low-pressure deaeration steam, yang mengalir didalamsparger pipedi bawahHorizontal vessel, disediakan untuk menjagafeedwater boilertetap terjaga temperaturnya. Insulasi eksternal dariHorizontal vesseltersebut biasanya disediakan untuk meminimalkan kehilangan panas.2. Spray-typeSpray type hanya terdiri dari sebuahHorizontal/Vertical vesselyang berfungsi baik sebagai bagian proses deaerasi dan sebagai tangki penyimpanan untukfeedwatermurni.Seperti ditunjukkan dalam Gambar, deaerator ini memiliki bagian pemanasan (E) dan bagian proses deaerasi (F). Dua bagian ini dipisahkan oleh penyekat (C).Low-pressure deaeration steammemasuki vessel melaluisteam spargerdi bawah vessel.Feedwater disemprotkan ke bagian (E) di mana dipanaskan oleh uap yang naik dari sparger. Tujuan dari nozzle semprotan air umpan (A) dan bagian pemanasan awal adalah untuk memanaskan feedwater dengan suhu saturasi untuk memudahkan proses pengeluaran gas terlarut di bagiandeaeration.Feedwateryang sudah dipanaskan kemudian mengalir ke bagian dearation (F), di mana akan di-deaerated oleh uap yang naik dari sistem sparger. Gas-gas kontaminan akan keluar melalui lubang di bagian atas vessel.Boiler feedwater yang sudah di deaerasi akan dipompa dari dasar vesse ke sistem pembangkit steam boiler.fisiensiadalahkriteriayang sangat pentingdalam pemilihanBoilerdan Desain.efisiensiangkatergantungpada jenisboilersertapada jenisbahan bakar dankonstituenitu.untukMisalnya,efisiensiboilerberbahan bakarampas tebuadalah sekitar70%sedangkanboilerberbahan bakarminyakadalahsekitar 85%.Tinggikadar airdiAmpas tebumengurangi efisiensiitu.Jadikriteriayang lebih baik adalahefisiensi berdasarkanLCVatauNCV.Hal inibanyak digunakandi EropadanefisiensiberdasarkanHHVatauGCVdigunakandi bagian laindunia.Pada dasarnya adadua metodeuntuk menghitungefisiensiboiler:Input-Outputmetodedan PanasRugimetode.Dalammetodeinput-output,boilerharus dalam kondisiberjalanstabildandatamasukan panasdalam bentukbahan bakar danudara danoutput panasdalambentuk uapdan kerugianlainnyadiambil.Di sini kitaakan membahasmetode keduadan lebih populer.Dalammetode ini,pertama kitamenghitunginput panas.Kemudian semuakehilangan panasdihitung.Output panasyang efektifadalah panasmasukankurangkehilangan panas.Output untukrasioinputmemberikanefisiensi.Kehilangan panasbahan bakardi boileradalah:a)Dry gas lossesb) Loss due to moisture in fuel(Rugi karenakelembabandalam bahan bakar)c) Loss due to moisture formed during combustion(Rugiakibatkelembabanyangterbentuk selamapembakaran)d) Loss due to moisture in combustion air(Rugi karenakelembabandiudara pembakaran)e) Unburnt fuel loss(tidak terbakarnya bahan bakar )f) Loss due to radiation from Boiler to surroundings(rugikarena radiasiBoilerdengan lingkungan)g) Manufacturers Margin OR unaccounted losses(ProdusenMarginATAUkerugiantakterhitung)Energi kalor yang dibangkitkan dalam sistem boiler memiliki nilai tekanan, temperatur, dan laju aliran yang menentukan pemanfaatansteamyang akan digunakan. Berdasarkan ketiga hal tersebut sistem boiler mengenal keadaan tekanan-temperatur rendah(low pressure/LP), dan tekanan-temperatur tinggi(high pressure/HP), dengan perbedaan itu pemanfaatansteamyang keluar dari sistem boiler dimanfaatkan dalam suatu proses untuk memanasakan cairan dan menjalankan suatu mesin(commercialand industrial boilers),atau membangkitkan energi listrik dengan merubah energi kalor menjadi energi mekanik kemudian memutar generator sehingga menghasilkan energi listrik(power boilers). Namun, ada juga yang menggabungkan kedua sistem boiler tersebut, yang memanfaatkan tekanan-temperatur tinggi untuk membangkitkan energi listrik, kemudian sisasteamdari turbin dengan keadaan tekanan-temperatur rendah dapat dimanfaatkan ke dalam proses industri dengan bantuanheat recovery boiler.Sistem boiler terdiri dari sistem air umpan, sistemsteam, dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhansteam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan dari sistem air umpan, penanganan air umpan diperlukan sebagai bentuk pemeliharaan untuk mencegah terjadi kerusakan dari sistemsteam. Sistemsteammengumpulkan dan mengontrol produksisteamdalam boiler.Steamdialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanansteamdiatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua perlatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem.Sebelum menjelaskan keanekaragaman boiler, perlu diketahui komponen dari boiler yang mendukung teciptanyasteam, berikut komponen-komponen boiler:- FurnaceKomponen ini merupakan tempat pembakaran bahan bakar. Beberapa bagian darifurnacesiantaranya :refractory, ruang perapian,burner,exhaust for flue gas,charge and discharge door.- Steam DrumKomponen ini merupakan tempat penampungan air panas danpembangkitansteam. Steammasih bersifat jenuh (saturated steam).- SuperheaterKomponen ini merupakan tempat pengeringansteamdan siap dikirim melaluimain steam pipedan siap untuk menggerakkan turbin uap atau menjalankan proses industri.- Air HeaterKomponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan udara luar yang diserap untuk meminimalisasi udara yang lembab yang akan masuk ke dalam tungku pembakaran.- EconomizerKomponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan air dari air yang terkondensasi dari sistem sebelumnyamaupun air umpan baru.- Safety valveKomponen ini merupakan saluran buangsteamjika terjadi keadaan dimana tekanansteammelebihi kemampuan boiler menahan tekanansteam.- Blowdown valveKomponen ini merupakan saluran yang berfungsi membuang endapan yang berada di dalam pipasteam.

IV. Prosedur Percobaan- Mengisi air umpan ke dalam gelas kimia sebanyak 250 ml.- Mengecek pH, konduktivitas, dan kesadahan dari sampel tersebut.

V. Data PengamatanSampel yang digunakan, yaitu air kondisi sebelum perlakuan dan air kondisi sesudah perlakuan (air umpan boiler).ParameterSampel Air

InputOutput

pH7,167,04

Konduktivitas64,96105,8

DO (%)107,7109,1

Temperatur (oC)31,727,1

VI. Analisa PercobaanPercobaan mengenai Pengolahan Eksternal Air Umpan Boiler ini dilakukan dengan pengamtan terhadap air dalam kondisi sebelum perlakuan dan air dalam kondisi sesudah perlakuan. Sampel yang digunakan untuk kondisi sebelum perlakuan, yaitu air sumur dan sampel yang digunakan untuk kondisi sesudah perlakuan, yaitu air umpan boiler. Pada sampel ini dilakukan pengolahan eksternal, dimana pengolahan secara eksternal dimaksudkan untuk menurunkan nilai kesadahan melaui proses pelunakan dan mengurangi gas terlarut terutama gas O2. Proses pelunakan itu sendiri merupakan pengolahan air untuk mengurangi kesadahan Ca2+ dan Mg2+.Dari data yang didapat terlihat pH air umpan boiler setelas diuji adalah 7,04-7,16 mendekati pH normal , Untuk konduktivitas-nya sebesar 64,96- 105,1 sedangkan kadar oksigen air umpan adalah 107,7-109,1 pada temperatur 27,1-31,7 . Hasil uji air umpan boiler ini bertujuan untuk menentukan layak atau tidaknya air tersebuk diumpankan pada boiler , dan mencegah beberapa penyebab kerusakan boiler oleh air umpan. Hal yang biasa terjadi pada boiler diantaranya adalah kerosi , kerak dan carry over , dan dapat diminimalisir dengan cara menguji kualitas air umpan yang akan digunakan .VII. KesimpulanDari hasil percobaan yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa: Pengolahan secara eksternal dilakukan untuk menurunkan nilai kesadahan melalui proses pelunakan dan mengurangi konsentrasi gas-gas terlarut terutama gas O2. Tujuan pengolahan secara eksternal adalah untuk mencegah terjadinya kerusakan pada boiler seperti kerak, korosi dan carry over.

VIII. Daftar PustakaEffendy, Sahrul.2011.Modul Praktikum Utilitas.POLSRI:Palembangwww.wikipedia.org/airumpan boiler/