Analisa Penggunaan Impressed Current Anti Fouling (ICAF) Pada Sistem Air Pendingin Utama Unit 1 & 2 PLTU Paiton Sebagai Tambahan Pencegahan Terjadinya Fouling 1)
1)
Moch. Tohir Ir. Sardono Sarwito, M.Sc. Indra Ranu Kusuma, ST, M.Sc.
1)
1)
Jurusan Teknik Sistem Perkapalan - FTK - ITS Surabaya email :
[email protected]
Abstract There are several unit at Paiton steam power plant, the one of all is the 1st and 2nd unit that operated by PT. PJB Unit Pembangkitan Paiton. The main cooling system at the 1st and 2nd unit Paiton steam power plant are using sea water as main medium for cooling. Before make cooling process, there are several treatment are applicated for sea water like chlorine injection to fainting the sea water microorganism, so it can not grow at pipe canal. After that, the treatment for sea water is screening plant. It has function to screening a solid object and the big sea water microorganism. But the treatment of chlorine injection are not effective cause still many marine growth at the main equipment cooling system. So depend on this condition, the another method are needed for preventive marine growth adding at main cooling system. The method is Impressed Current Anti Fouling (ICAF). The ICAF method have been applicated at Indonesian National Armed Forces ship war (korvet sigma) cooling system. So depend on this condition, the ICAF method are possible for applicated at Paiton steam power plant especially at the 1st and 2nd unit that using sea water for main medium cooling system. Keywords : chlorine injection; screening plant; ICAF; fouling; main cooling system
1. Pendahuluan Penggunaan air laut sebagai media pendingin pada sistem air pendingin utama PLTU unit 1 dan 2 selain berpotensi menimbulkan korosi juga berpotensi menimbulkan fouling pada peralatan sistem air pendingin utama, mengingat pada air laut tersebut terdapat mikroorganisme dan biota laut seperti teritip, kerang, ganggang, tiram dan jenis tumbuhan laut lainnya yang menjadi penyebab utama terjadinya fouling. Untuk mengantisipasi terjadinya fouling tersebut maka sebelum air laut melakukan proses pendinginan beberapa treatment dilakukan terhadap air laut tersebut diantaranya adalah dengan menginjeksikan chlorine yang bertujuan untuk melemahkan mikroorganisme dan biota laut agar tidak menempel pada saluran pipa, kemudian setelah itu air laut dilewatkan ke screening plant yang berfungsi untuk menyaring benda-benda padat dan biota laut. Tetapi pada kenyataannya penginjeksian chlorine ataupun screening plant masih dinilai kurang efektif mengingat masih banyak terdapat fouling pada beberapa peralatan sistem air pendingin utama. Maka untuk itu sebagai pencegahan terjadinya fouling digunakan sebuah peralatan tambahan yang disebut Impressed Current Anti-Fouling (ICAF). Fungsi ICAF adalah untuk mencegah atau menghambat tumbuhnya fouling, dimana dalam hal ini fouling disebabkan oleh biota laut, seperti teritip, kerang, ganggang, tiram dan jenis tumbuhan laut lainnya. ICAF tergolong metode terbaru untuk pencegahan pertumbuhan fouling yaitu dengan menggunakan impressed current. Metode ICAF ini telah diterapkan pada peralatan-peralatan di kapal yang berhubungan langsung dengan air laut seperti halnya sistem pendingin, sistem ballast ataupun sistem pemadam kebakaran utama seperti halnya yang telah diterapkan pada sistem pendingin salah satu kapal perang korvet kelas sigma yang dimiliki oleh TNI AL, selain di kapal metode ICAF ini sering kali juga digunakan untuk pompa-pompa penambangan minyak lepas pantai (Offshore). Beracuan dengan hal di atas maka tidak menutup kemungkinan jika metode ICAF ini juga dapat digunakan sebagai tambahan pencegahan terjadinya fouling pada sistem air pendingin utama PLTU Paiton khususnya pada unit 1 dan 2 yang menggunakan air laut sebagai media pendingin utamanya. Fouling ini sangatlah merugikan jika terdapat pada peralatan sistem air pendingin utama diantaranya adalah dapat mengurangi aliran air laut, mengurangi efisiensi alat
1
penukar kalor, korosi pada pipa kondensor, dan membutuhkan biaya untuk pembersihan fouling tersebut. 2. Tinjauan Pustaka Metode pencegahan fouling dengan menggunakan Impressed Current Anti Fouling telah banyak diaplikasikan pada dunia marine semisal pada seachest ataupun strainer kapal (www.iccp-mgps.com/mgps/mgps01) terlihat pada Gambar 2.1 berikut ini.
Gambar 2.1 Penggunaan ICAF pada kapal
Selain pada kapal metode ICAF ini juga telah diterapkan pada pompa-pompa yang digunakan pada penambangan minyak lepas pantai (offshore) terlihat pada Gambar 2.2 berikut ini.
Gambar 2.2 Penggunaan ICAF pada pompa offshore
Pada kapal sendiri, metode Impressed Current Anti Fouling (ICAF) tidak hanya digunakan pada daerah seachest saja melainkan juga dibeberapa area tertentu (www.iccp-mgps.com/mgps/mgps01). Pada gambar berikut ini ditunjukkan detail dan variasi penggunaan ICAF yang biasa digunakan pada kapal.
2
Gambar 2.4 Penggunaan ICAF pada strainer
Gambar 2.3 Penggunaan ICAF pada seachest
Gambar 2.5 Penggunaan ICAF pada treatment tank
Gambar 2.6 Penggunaan ICAF pada seachest dan sistem perpipaan
Pada penggunaan metode ICAF untuk pompa-pompa yang digunakan pada penambangan minyak lepas pantai (offshore), anoda dirangkai sedemikian rupa dan diletakkan pada posisi sebelum strainer pada sisi hisap pompa. Untuk detail mengenai penggunaan ICAF pada pompa-pompa yang digunakan pada penambangan minyak lepas pantai (offshore) dapat dilihat pada gambar berikut ini (Datasheet, cuprion anti fouling).
Gambar 2.7 Penggunaan ICAF pada pompa offshore
Gambar 2.8 Bentuk rangkaian anoda pada pompa offshore
Rangkaian anode yang pada pompa-pompa yang digunakan pada penambangan minyak lepas pantai (offshore) biasanya terdiri dari beberapa anode aluminium dan tembaga serta beberapa komponen pendukung lainnya seperti yang terlihat pada Gambar 2.9 berikut ini.
3
Gambar 2.9 Bentuk rangkaian anoda pada pompa offshore
Metode pencegahan fouling dengan menggunakan impressed current ini juga dapat diaplikasikan pada sistem pendingin suatu power plant yang menggunakan air laut sebagai media pendingin utamanya. Untuk aplikasi di sistem pendingin suatu power plant, anoda diletakkan pada water inlet, yaitu tempat pertama kali air laut masuk ke sistem pendingin tersebut, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.10 dan Gambar 2.11 berikut ini.
Gambar 2.11 Tampak depan sistem pendingin suatu power plant
Gambar 2.10 Tampak depan sistem pendingin suatu power plant
3. Metodologi Untuk membantu proses pelaksanaan skripsi ini, maka perlu dibuat suatu urutan metode yang menjadi kerangka acuan dalam pelaksanaan tugas skripsi ini. Kerangka ini berisi tahapan-tahapan yang dilakukan untuk menyelesaikan permasalahan dari pengerjaan skripsi ini. Dimulai dari identifikasi masalah sampai nantinya mendapatkan kesimpulan atas pengerjaan skripsi ini.
Mulai
Identifikasi dan Perumusan Masalah
Studi Literatur
A 4
• • • •
Buku Jurnal Paper Internet
A Pengambilan Data
Tidak
Penentuan Besar Arus dan Tegangan yang dibutuhkan Ya
Ukuran Anode Salah
Penentuan Jenis dan Ukuran Anoda Tidak Sesuai
Life time anode
Design ICAF
Kesimpulan dan Saran
Selesai
4. Analisa Data dan Pembahasan 4.1 Penentuan anoda berdasarkan perhitungan Besarnya arus proteksi dapat diketahui dengan menggunakan persamaan 4.1 berikut, setelah sebelumnya didefinisikan terlebih dahulu mengenai luas area yang akan dilindungi yaitu pada water inlet sistem air pendingin utama unit 1 & 2 PLTU Paiton. (4.1)
Dimana : Ip : Kebutuhan arus proteksi A : Luas penampang Cd : Densitas arus minimum
(A) 2 (m ) 2 (mA/m )
Setelah diketahui besar arus proteksi yang dibutuhkan oleh masing-masing water inlet, maka langkah selanjutnya adalah menentukan jenis dan massa anoda yang dibutuhkan untuk memproteksi area yang telah ditentukan dalam jangka waktu tertentu dengan menggunakan persamaan 4.2.
5
(4.2)
Dimana : L W0 W u I C
: : : : : :
Anoda life time Berat awal anoda Berat akhir anoda Utilization factor (0.8 - 0.9) Arus yang mengalir pada anoda Anode consumption rate
(Y) (kg) (kg) (A) (kg/A.Y)
Dengan menggunakan beberapa persamaan tersebut maka hasil perhitungan mengenai besar arus proteksi, jenis dan massa yang digunakan pada water inlet 1, 2 dan 3 dapat terlihat pada Tabel 4.1. Berdasarkan perhitungan massa anoda tersebut akan menyusut setiap tahunnya sesuai dengan Tabel 4.2 dan Tabel 4.3. Tabel 4.1 Kebutuhan anoda
Water inlet
Panjang (cm)
Tinggi (cm)
Luas 2 (m )
Arus (A)
1 2 3
437.5 687.5 437.5
500 500 500
21.875 34.375 21.875
1.75 2.75 1.75
Massa (kg) Cu Al 120.73 118.16 188.38 184.33 120.73 118.16
Panjang (mm) Cu Al 700 700 700 700 700 700
Diameter (mm) Cu Al 160.20 288.71 200.11 360.60 160.20 288.71
Tabel 4.2 Perubahan massa anoda*
Jenis Anoda Cu Al
Awal (kg) 120.73 118.16
Tahun 1 (kg) 97.06 95
Tahun 2 (kg) 73.39 71.84
Tahun 3 (kg) 49.72 48.68
Tahun 4 (kg) 26.05 25.52
Tahun 5 (kg) 2.38 2.36
Tahun 4 (kg) 39.58 38.77
Tahun 5 (kg) 2.38 2.38
* untuk water inlet 1 & 3 Tabel 4.3 Perubahan massa anoda*
Jenis Anoda Cu Al
Awal (kg) 188.38 184.33
Tahun 1 (kg) 151.18 147.94
Tahun 2 (kg) 113.98 111.55
Tahun 3 (kg) 76.78 75.16
* untuk water inlet 2
4.2 Penentuan anoda berdasarkan kondisi pasar Setelah diperoleh nilai arus proteksi, jenis anoda, dan massa anoda berdasarkan perhitungan maka langkah selanjutnya adalah memilih anoda berdasarkan spesifikasi yang ada di pasaran atau yang telah diproduksi. Spesifikasi anoda tersebut bisa meliputi jenis, massa dan dimensi anoda. Untuk itu maka digunakan spesifikasi anoda yang diproduksi oleh Sunrui Corrosion and Fouling Control Company (www.sunrui.net). dengan spesifikasi kebutuhan anoda untuk instalasi seperti yang terlihat pada Tabel 4.3 berikut ini. Tabel 4.4 Kebutuhan anoda proteksi TCA - 2000
Water inlet
Luas 2 Area (m )
1 2 3
21.875 34.375 21.875
Luas area yang mampu 2 di proteksi (m ) Cu Al 12.12 3.5 12.12 3.5 12.12 3.5
6
Jumlah anoda yang dibutuhkan Cu Al 2 7 3 10 2 7
Arus Proteksi (Ampere) Cu Al 0.97 0.28 0.97 0.28 0.97 0.28
4.3 Penentuan suplai daya transformer rectifier Ada beberapa tahapan dalam menentukan suplai daya transformer rectifier, namun sebelum ke tahapan yang lebih lanjut maka harus diketahui terlebih dahulu diagram skematik instalasi anoda tembaga maupun anoda aluminium. Diagram skematik anoda tembaga terlihat pada Gambar 4.1 dan Gambar 4.2 untuk diagram skematik anoda aluminium.
Gambar 4.1 Diagram skematik anoda tembaga
Gambar 4.2 Diagram skematik anoda aluminium
Untuk memastikan setiap anoda yang akan dipasang mendapatkan suplai arus searah yang mencukupi yaitu 0.97 ampere untuk anoda tembaga dan 0.28 ampere untuk anoda aluminium, maka dibutuhkan sebuah penyuplai daya yang cukup, dalam hal ini digunakan berupa transformer rectifier. Besar tahanan anoda - elektrolit dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan 4.3 berikut ini : (4.3)
7
Dimana : Rv ρ L K
: : : :
Besar tahanan anoda dengan elektrolit (Ω) Electrolit resistivity (Ω-cm) Panjang anoda (feet) Konstanta berdasarkan rasio panjang dan diameter
Besarnya tahanan yang timbul pada kabel yang menghubungkan setiap anoda dengan connection box yang menggunakan kabel berinti satu dan kabel yang menghubungkan connection box dengan DPU yang terdiri dari transformer rectifier yang menggunakan kabel berinti dua dapat diketahui dengan menggunakan persamaan 4.4 berikut ini (Sulistijono, 1999). (4.4) Dimana : Rc Lc Re N c
: : : : :
Besar tahanan pada kabel (Ω) Panjang kabel (m) Tahanan spesifik kabel (Ω/m) Jumlah kabel yang diparalel Jumlah inti pada kabel
Tahanan total pada sirkuit DC ini merupakan hasil penjumlahan antara tahanan pada anoda - elektrolit dengan tahanan yang terdapat pada kabel, atau dapat dinyatakan secara matematis dengan menggunakan persamaan 4.5 (Sulistijono, 1999) berikut ini : Rt
:
Rv + Rc
(4.5)
Dimana : Rt : Besar tahanan total (Ω) Rv : Besar tahanan pada anoda - elektrolit (Ω) Rc : Besar tahanan pada kabel (Ω) Untuk mengetahui besar tegangan yang harus disuplai oleh transformer rectifier maka dapat digunakan persamaan 4.6 (Sulistijono, 1999) berikut ini : VA : [(It x Rt) x (1 + SF)] + Bemf Dimana : VA It Rt SF Bemf
: : : : :
(4.6)
Tegangan DC dari transformer rectifier (Volt) Total kebutuhan arus proteksi (A) Total hambatan sirkuit DC (Ω) Faktor keamanan transformer rectifier (20%) Tegangan balik 2 volt
Umumnya pada setiap panjang kabel terdapat kehilangan tegangan maka untuk memastikan bahwa setiap anoda mendapatkan suplai tegangan yang dibutuhkan maka perlu ditambahkan losses akibat adanya panjang kabel. Dari spesifikasi marine cable yang digunakan, 2 untuk kabel ukuran 1 x 1.5 mm mempunyai losses sebesar 34 mV/A.m dan untuk kabel dengan 2 ukuran 2 x 1.5 mm mempunyai losses sebesar 35 mV/A.m Besar arus AC yang dibutuhkan oleh transformer rectifier dapat diketahui dengan menggunakan persamaan 4.7 berikut ini : (4.7) Dimana : IDC VDC VAC ηTR
: : : :
Arus DC keluaran transformer rectifier (A) Tegangan DC keluaran transformer rectifier (V) Tegangan AC masukan transformer rectifier (V) Effisiensi transformer rectifier (80%)
8
Besar daya transformer rectifier yang digunakan untuk menyuplai instalasi anoda tembaga maupun anoda aluminium dapat diketahui dengan menggunakan persamaan 4.8 berikut ini. PTR
:
IAC x VAC x Cos φ
(4.8)
Kemudian untuk factor keamanan daya transformer rectifier dikalikan 1.5 kalinya sehingga kebutuhan daya transformer rectifier untuk masing-masing anoda terlihat pada Tabel 4.5 berikut ini. Tabel 4.5 Suplai daya transformer rectifier
Jenis Anoda Tembaga (Cu) Aluminium (Al)
)
Rv (Ω)
Rc (Ω)
R total (Ω)
VA (Volt)
Cable Losses (V)
VDC (Volt)
IAC (Ampere)
PTR* (Watt)
0.86
0.109
3.18
9.9
2.3
12.2
0.588
155.22
2.95
0.23
0.97
27.64
2
30
1.43
377.52
5. Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan Setelah melalui serangkaian proses analisa data dan pembahasan didapatkan beberapa kesimpulan berkaitan dengan analisa penggunaan impressed current anti fouling (ICAF) pada sistem air pendingin utama unit 1 & 2 PLTU Paiton sebagai tambahan pencegahan terjadinya fouling diantaranya adalah : 1. Jenis anoda yang digunakan dalam instalasi ICAF ini berupa tembaga dan aluminium, berdasarkan perhitungan dibutuhkan massa anoda tembaga sebesar 188.38 kg dan 184.33 kg anoda aluminium untuk water inlet 1 & 3, sedangkan untuk water inlet 2 dibutuhkan massa anoda tembaga sebesar 120.73 kg dan anoda aluminium sebesar 118.16 kg. 2. Berdasarkan luas area proteksi anoda tipe TCA - 2000 maka dibutuhkan dua anoda tembaga dan tujuh anoda aluminium untuk water inlet 1 & 3 sedangkan untuk water inlet 2 dibutuhkan tiga anoda tembaga dan sepuluh anoda aluminium. 3. Dalam operasinya anoda dengan tipe TCA - 2000 akan disuplai oleh transformer rectifier dengan daya 155.22 watt dengan tegangan 12.2 volt untuk instalasi anoda tembaga dan untuk instalasi anoda aluminium diperlukan transformer rectifier dengan daya 377.52 watt dengan tegangan 27.64 volt. 4. Berdasarkan konsumsi daya dari instalasi ICAF maka dapat dikatakan ICAF lebih hemat energy bila dibandingkan dengan pencegahan fouling yang digunakan oleh sistem air pendingin utama unit 1 & 2 PLTU Paiton yang menggunakan chlorine injection yang memerlukan chlorine plant dengan konsumsi daya 467 kW AC sedangkan untuk instalasi ICAF hanya memerlukan 155.22 watt untuk instalasi anoda tembaga dan 377.52 watt untuk instalasi anoda aluminium. 5.2 Saran Ada beberapa saran yang dapat digunakan sebagai acuan agar dalam pengembangan penggunaan Impressed Current Anti Fouling (ICAF) selanjutnya akan diperoleh hasil yang lebih baik terutama dalam pengaplikasiannya di dalam suatu power plant, diantaranya adalah : 1. Perlu diadakannya analisa teknis yang berkaitan dengan letak pemasangan anoda sehingga dihasilkan perlindungan yang maksimal. 2. Untuk pengembangan lebih lanjut sebaiknya dilakukan analisa ekonomis instalasi ICAF bila dibandingan dengan Chlorine Injection berkaitan dengan biaya investasi dan operasi.
9
Daftar Pustaka th
A. Chandler, Kenneth. (1985). Marine and Offshore Corrosion.4 edition.Butterworth. Anonim. Presentasi Sistem Pendingin. PT. PJB UP Paiton. Chambers L.D, K.R. Stokes, F.C. Walsh, and R.J.K. Wood.(2006). Modern Approaches to Marine Antifouling Coating.Surface & Coatings Technology 201 (2006) 3642–3652. Corrosion & Water-Control b.v. (2006). Corrosion.
. Diakses 12 September 2011. Corrosion & Water-Control b.v. (2006). Installation & Operation Manual : Impressed Current Anti Fouling. ICAF 9900M092.Netherland. Feriandi Panjaitan, Marison.(2011). Analisa Penggunaan Arus Searah (DC) Pada Impressed Current Anti Fouling (ICAF) Sebagai Pencegahan Terjadinya Fouling Pada Cooling System. Skripsi Mahasiswa Jurusan Teknik Sistem Perkapalan - ITS, Surabaya. Gurrappa, I. (2004). Chatodic Protection of Cooling Water System and Selection of Appropriate Material. Material Processing Technology 166 (2005) 256 – 267 Kumar Mehta, P. (1991). Concrete in the Marine Environment. Elsevier Applied Science.University of Berkeley.USA. PT. Indosol Multidaya. 2009. Training PLTU Rembang “On site hypochlorite generation”. Rolands, J. C. (2004). Corrosion for Marine and Offshore Engineers.IMAREST. Sulistijono. (1999). Diktat Kuliah Korosi, Teknik Material dan Metalurgi Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. Tohir, Moch. (2011). Laporan Kerja Praktek II - PT.PJB Unit Pembangkitan Paiton (bagian pemeliharaan mesin 1). Jurusan Teknik Sistem Perkapalan - Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. US Army Corps of Engineers Commander.(1997). Military Handbook Electrical Engineering Cathodic Protection. Hyattsville, MD : USACE Publication Dept. Widyantoro, Rendi Prasetya. (2010). Perancangan Ulang Sistem ICCP pada Tanker Ladinda. Tugas Akhir Mahasiswa Teknik Material dan Metalurgi - Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.
10
