PENGENDALIAN KOROSI PADA KETEL UAP Mulianti(1) (1)
Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNP ABSTRACT
Boiler is equipment for boil of water to be steam. The steam could be saturated or superheated steam depended on the purpose. The burning reaction of high temperature was producted gas. Gas and water could be formed corrosion on boiler that caused by the quality of feed water not suitable of requisite and not make implementation of effective prevention. The process of corrosion on the boiler with dry and wet surrounding along controlling would be studied. Keywords: Boiler, corrosion, controlling 1. PENDAHULUAN Masalah korosi dalam ketel uap (boiler) pada industri sering terjadi. Ini dapat disebabkan oleh air ketel yang tidak diolah serta diawasi dengan baik, sehingga dapat memperparah korosi dan berakibat ketel meledak. Kualitas air sangat ditentukan oleh zat-zat yang terlarut di dalamnya, seperti bahanbahan organik dan anorganik serta gas-gas, misalnya CO2 dan O2. Kesemua itu dapat mengakibatkan kerak dan terjadi korosi pada ketel uap, yang selanjutnya tentu menimbulkan kerugian. Pada tulisan ini akan dibahas korosi dalam lingkungan kering oleh gas pembakaran, korosi dalam medium air, korosi antar kristal dan cara-cara pengendalian.
Kadang-kadang pasir, tanah dan hasil pelapukan tumbuhan merupakan zat padat yang tidak larut dalam air dan berada sebagai suspensi. d. Cairan. Kadang-kadang terdapat zat seperti asam lemak, minyak dan cairan hasil proses ekstraksi dari tanah atau tanaman dan protein e. Mikro organisme. Air alam selalu mengandung bakteri (bakteri air, bakteri tanah, bakteri proses ekstraksi dari tanah atau tanaman dan protein). Kerusakan ketel uap akibat kualitas air yang jelek, dapat menimbulkan (Ulil, 2008): a. Kerak/deposit.
2. TINJAUAN PUSTAKA Air alam dapat terkontaminasi melalui (Ulil, 2008): a. Zat padat terlarut. Menunjukkan jumlah konsentrasi garam terlarut dalam air. Jumlah zat padat terlarut sering juga dinyatakan dalam bentuk hantaran listrik pada air dengan satuan mililhos/cm pada 250C. Banyaknya konsentrasi garam-garam dalam air, bervariasi dalam jenis dan jumlah, bergantung pada keadaan geologi dari tanah tempat air alam tersebut didapat. Garam-garam yang biasa ada, bicarbonat, HCO3; khlorida, Cl; sulfat, SO4; nitrat NO3 dari kalsium, Ca; magnesium, Mg dan natrium, Na. Juga terdapat besi, Fe; mangan, Mn dan aluminium, Al. b. Gas terlarut. Gas terlarut dalam air alam biasanya kabondioksida, CO2; oksigen, O2; hydrogen sulfat, H2S dan amonia, NH3. Karbon dioksida dan oksigen sangat berperan dalam proses terjadinya korosi. c. Zat padat tersuspensi.
Kerak pada ketel disebabkan oleh terbentuk endapan dari air, langsung pada permukaan pemindah panas atau oleh suspensi air yang menempel pada permukaan logam, sehingga logam menjadi keras dan lengket. Penguapan pada ketel akan menyebabkan peningkatan kontaminan (kotoran). b. Korosi. Korosi adalah kerusakan-kerusakan yang timbul pada logam yang disebabkan karena terjadi reaksi kimia antara permukaan logam dengan media sekelilingynya. Peristiwa korisi dapat menjadi lebih cepat dengan meningkatnya konsentrasi oksigen. c. Keretakan. Keretakan ini dapat disebabkan oleh kandungan basa (NaOH), yang terdapat dalam air ketel. Kondisi yang menyebabkan terjadi keretakan basa ini adalah, logam mendapat tekanan. Kelebihan hidroksida dalam air ketel adalah hasil dari hidrolisa natrium fosfat yang ditambahkan untuk pengaturan pH atau pengurangan kalsium dan magnesium, dengan reaksi: Na3PO4 + H2O
Na2HPO4 + NaOH
Jurnal Teknik Mesin
Vol. 5, No.2,Desember 2008
Untuk mencegah keretakan basa dapat dilakukan dengan cara: a. Menjaga konsentrasi, dengan cara mengatur perbandingan komponen zat-zat khusus dalam boiler. b. Menggunakan feed water yang dihasilkan dari pengolahan air, yang tidak mengandung hidroksida bebas. Kondisi penyebab keretakan basa, antara lain (Ulil, 2008): a. Stress. Dapat disebabkan dari dalam maupun luar akibat ekspansi. b. Adanya kebocoran air ketel pada daerah yang mengalami stress. Akibatnya uap akan menghilang dan tinggal air yang mengandung banyak zat padat pada titik kebocoran. c. NaOH bebas dalam air ketel. NaOH terkumpul pada daerah kebocoran dan menyebabkan kerusakan pada logam. Semua kondisi ini terjadi secara simultan. Korosi pada baja adalah kerusakan yang terjadi, dimulai dari permukaan, secara kimia atau elektrokimia. Pada ketel uap korosi disebabkan oleh zat-zat yang terdapat dalam air ketel atau asap bahan bakr. Korosi pada ketel atau asap bahan baker. Korosi pada ketel uap dapat dikurangi dengan menggunakan baja paduan krom, nikel dan molibden. (Mustarsid, 1985) Pada ketel uap tekanan tinggi, bahannya tidak hanya harus tahan temperatur tinggi, tetapi juga tahan korosi, karena uap air pada suhu tinggi itu dapat merusak baja menurut reaksi: 3 Fe + 4 H2O
Fe3O4 + 4 H2.
Krom menyebabkan baja menjadi tahan terhadap korosi oleh uap air tersebut. Selain baja paduan feritis dengan kadar krom rendah (1–2 %), terdapat juga baja austenitis dengan kadar krom tinggi (18–26%). Untuk mencapai struktur ini diperlukan nikel minimum 8 %. Ketahanan oksidasi jenis baja ini jauh lebih besar daripada paduan feritis. Temperatur oksidasi baja paduan austenitis yang mengandung Cr, antara 870°C dan 1150°. (Mustarsid, 1985). Baja karbon biasa pada suhu tinggi akan mengalami oksidasi dengan cepat. Oleh karena itu bagian yang kena api perlu dilindungi dengan lapisan aluminium. Lapisan aluminium ini membuat baja tersebut tahan pada suhu sampai 900°C (Uhlig, 1948). Untuk semua jenis ketel uap, sirkulasi air penting. Air bukan merupakan penghantar panas yang baik. Oleh karena itu panas merambat dalam air dengan konveksi.
ISSN 1829-8958
Sirkulasi air dalam ketel selain untuk memperoleh pemanasan yang merata, juga agar tidak terjadi korosi karena adanya gelembung-gelembung uap atau udara menempal pada dinding ketel. Sirkulasi yang baik juga mencegah terjadinya penguapan setentak yang menyebabkan konsentrasi zat-zat yang larut dalam air naik setempat dan dapat mengendap. Pada ketel uap bertekanan tinggi adanya gelembunggelembung uap atau udara dapat menyebabkan pemanansan setempat. Dengan adanya gelembunggelembung uap menempel pada dinding, pada suhu gas bakar 500 - 600°C, suhu dinding ketel, walaupun tanpa kerak, dapat mencapai 400°C. Pada temperatur itu uap air bereaksi: 3 Fe + 4H2O
Fe3O4 + 4 H2,
berarti telah terjadi korosi (Boeks and Van Den Deysl, 1952). Jika air pengisi ketel tidak bebas dari udara, pada pemanasan, udara terpisah dan menempel pada dinding ketel. Oksigen dari udara itu menyebabkan korosi. Makin tinggi tekanan uap, makin tinggi temperature air dan makin besar bahaya korosi. Suatu lapisan kerak yang tipis dapat menjadi lapisan pelindung. Tetapi sering kali terdapat retakan-retakan pada kerak dan makin tebal lapisan kerak, kemungkinan retak makin besar. Juga lapisan tipis pada baja dapat retak-retak, sehingga korosi akan berjalan terus, terutama jika ada kerak, dimana temperatur antara baja dan kerak dapat naik. 2.1. Korosi karena Oksidasi dalam Lingkungan Kering. Oksidasi terjadi pada komponen-komponen seperti pada pipa penguap, pipa pemanas lanjut, economizer dan lain-lain yang mengalami kontak langsung dengan gas pembakaran. Supaya pembakaran dapat sempurna artinya semua bahan bakar terbakar, maka perlu kelebihan udara. Biasanya faktor kelebihan udara antara 1: 2 dan 1: 4. Udara merupakan sumber asal dari oksigen dalam pembakaran (Uhlig, 1948). Kebanyakan oksida logam mempunyai energi bebas pembentukan negatif sampai temperature 2000°C. Ini Berarti bahwa logam akan bereaksi dengan oksigen membentuk lapisan oksida di daerah temperatur tersebut (Wickert, 1952). 2.2. Korosi dalam Medium Air. Dalam medium air dapat terjadi korosi galvanik karena dua macam logam, karena perbedaan konsentrasi O2, karena dua macam fasa dan lain-lain (Shreir, 1978): a. Korosi galvanik karena dua macam logam. 106
Pengendalian Korosi pada Ketel Uap (Mulianti)
Apabila logam Cu dan Fe dihubungkan dan berada dalam suatu elektrolit, maka logam yang mempunyai potensial elektroda lebih rendah (dalam hal ini Fe) merupakan anoda yang akan mengalami korosi galvanik dengan reaksi: Anoda:
Fe²+ + 2 eˉ dan
Fe
Reaksi katoda: Fe²+ + 2 eˉ
Fe
b. Korosi galvanik karena perbedaan konsentrasi O2 dalam air. Konsentrasi oksigen di dalam air pada permukaan baja dapat berbeda dari satu titik terhadap titik lain. Titik yang kekurangan oksigen merupakan anoda terhadap titik yang lebih banyak oksigennya. Di daerah yang mengandung oksigen lebih banyak terjadi reaksi katoda: ½ O2 + H2O + 2 eˉ
2 OHˉ
Reaksi katoda ini memegang peranan dalam terjadinya korosi. c. Korosi galvanik karena dua macam fasa. Jika permukaan besi ditutup oleh lapisan oksida yang terdapat dalam air dan sebagian permukaan besi terbuka, maka lapisan oksida merupakan katoda dan bagian terbuka merupakan anoda. Pada katoda terjadi reaksi: ½ O2 + H2O+ 2 e-
2OH-
Pada anoda terjadi reaksi: Fe
Fe+³ + eˉ.
Fe²+ + 2ˉ dan Fe2+
Atau reaksi-reaksi berikut: 2 Fe
itu dapat ditulis sebagai
2 Fe²+ + 4 eˉ
2 Fe²+
2 Fe³+ + 6 OHˉ
d. Korosi galvanik karena hal-hal lain. Mengingat bahwa korosi galvanik terjadi karena adanya perbedaan potensial, maka hal-hal yang menyebabkan perbedaan potensial akan menyebabkan korosi galvanik. Hal-hal tersebut diantaranya: - Terdapat ujung-ujung tumpukan dislokasi.
dislokasi
atau
- Ketidaksempurnaan pada batas butir, adanya strain hardening yang berbeda. Dua hal pertama tidak mungkin dihindari dari logam atau baja bahan ketel uap. Ujung-ujung dislokasi merupakan anoda terhadap bagian logam lainnya, sehingga biasanya disinilah mulai terjadinya korosi dimulai dengan “pitting”. Batas butir juga merupakan anoda terhadap bagian lainya. Oleh karena itu korosi dapat terjadi mulai dari batas butir. Strain hardening mungkin terjadi pada pipa-pipa boiler yang dilas disebabkan: - Kesalahan perencanaan konstruksi sehingga terjadi thermal stress. - Kesalahan manufacturing. Setelah pengelasan stress relieving kurang sempurna sehingga masih ada perbedaan tegangan. Ketel uap yang dibuat dengan jalan dikeling, didaerah paku keeling mendapat tegangan lebih dibanding dengan daerah lainnya. e. Korosi oleh CO2
2 Fe³+ + 2 eˉ
6 eˉ. + 1½O2 + 3 H2O
Baja untuk pipa ketel uap umumnya baja karbon rendah. Struktur mikronya terdiri dari ferrite sebagian besar dan pearlite sebagian kecil, tergantung persentase karbon. Sehingga dalam air, baja ini merupakan kumpulan sel galvanik mikro.
6 OHˉ Fe2O3 .3H2O
Karat ini akan tumbuh di daerah anoda yang dimulai dengan “pitting”. Dari reaksi di atas jelas bahwa perlu adanya oksigen dalam air untuk dapat terjadi korosi. Dengan ada ion-ion dalam air akan menambah daya hantar listrik dan menambah laju korosi. Kalau larutan mempunyai pH rendah, maka kemungkinan lapisan oksida akan larut. Dengan demikian korosi terjadi pada logam yang terbuka disebabkan adanya perbedaan konsentrasi oksigen atau perbedaan fasa pada baja.
Apabila CO2 terkandung dalam air, maka dapat terjadi korosi. Hal ini didukung oleh adanya oksigen. Reaksi korosi oleh CO2 dapat dijelaskan sebagai berikut: 4 Fe
4 Fe²+ + 8 eˉ
8 eˉ+ 4 CO2 + 4H2
4 CO3 ²ˉ + 4 H2
4 Fe²+
4 Fe³+ +
4 eˉ 4 eˉ+ O2 + 2H2O
4 OHˉ
8 H2O
8 OHˉ + 8 H+
4 Fe³+ + 12 OHˉ
2 Fe2O3.3H2O
4 CO3 ²ˉ + 8 H+
4H2O + 4 Fe 107
Jurnal Teknik Mesin
Vol. 5, No.2,Desember 2008
Jumlah reaksi: 4 Fe + 4 CO2 + 10 H2O + O2
2 Fe2O3.3 H2O + 4 H2 + 4 CO2
Dari persamaan reaksi kimia tersebut CO2 kembali lagi dalam air, kemudian reaksi serupa berulang, demikian seterusnya (depolarisasi). Oksigen dalam reaksi ini ikut aktif pula. f. Korosi karena garam yang tidak stabil Garam-garam tertentu pada temperatur dan tekanan atmosfir stabil dapat bekerja pada ketel uap, terurai menjadi garam yang mengendap dan asam. Garamgaram tersebut misalnya MgCl2 dan Mg (NO3)2, dengan reaksi sebagai berikut: MgC12 + 2 H2O
Mg(OH)2 + 2 HCl
2 HCl + Fe
FeCl2 + H2
FeCl2 + 2 H2O
Fe (OH)2 + 2 HCl
Dan selanjutnya Fe (OH) 2 dengan adanya oksigen akan membentuk karat, sedangkan HCl akan membentuk FeCl2 dan kembali membentuk karat. Demikian juga halnya dengan Mg (NO3)2: Mg ( NO3)2 + 2 H2O
Mg(OH)2 + HNO3
2 HNO3 + Fe
Fe (NO3)2 + H2
Fe (NO3)2 + 2 H2O
Fe (OH)2 + 2 HNO3
Magnesium sulfat yang lebih stabil, dengan adanya NaCl akan terurai menjadi MgCl2 dan Na2SO3 kembali MgCl2 membentuk karat seperti diatas. Hal serupa, terjadi pula dengan CaCl2 membentuk HCl dan Ca (NO3)2 membentuk HNO3. Magnesium hidroksida adalah ringan, dapat terbawa oleh uap dan akan memberikan kerusakan pada katup-katup turbin uap, sedangkan kalsium hidroksida akan menjadi kerak dalam ketel uap. g. Korosi karena ion hydrogen. Ion hidrogen dalam air akan menimbulkan reaksi: Fe+ + 2 H+
Fe²+ H2
H 2O
H + OH
Fe²+ + 2 OHˉ
Fe (OH) 2
Gelembung H2 terjadi pada permukaan besi sehingga menghalangi kontak dengan ion hidrogen dan karena kejenuhan Fe²+, maka reaksi ini aka mencapai kesetimbangan. Kalau dalam air ada oksigen akan beraksi dengan H2 dan kontak dengan besi terjadi lagi. Sedangkan fero hidroksida dengan ada oksigen akan menjadi feri hidroksida yang kemudian membentuk karat. Disini oksigen berperan dalam terjadinya proses korosi. Karena adanya keseimbangan antara ion fero dan hidroksil
ISSN 1829-8958
pada reaksi diatas, maka apabila ditambahkan soda kaustik, maka ion fero akan menjadi kurang, demikian juga terjadinya H2, sehingga oksigen yang ada menjadi kurang agresip. Menambahkan soda kaustik berarti mempertinggi pH air ketel. Pada konsentrasi ion hydrogen rendah yaitu pada pH diatas 9,5 sampai 11, kelarutan fero ini turun dari 3,3 sampai 0,1 ppm. Dalam keadaan kerja dari ketel uap, konsentrasi ion H+ akan bertambah. Sebagai contoh dari air yang mempunyai pH 7 pada temperature 72° F pada tekanan 450 psi dan temperature 480° F pH berubah menjadi 5, 6. Oleh karena itu pH dari air pengisi ketel harus dinaikkan antara 7–9. Untuk ketel uap rekanan rendah diambil pH antara 11 - 11, 5 dan untuk ketel uap tekanan tinggi antara 10, 5-11. Bentuk korosi pada beberapa komponen ketel uap (Surdia, 1980): a. Korosi pada pemanas lanjut. Karena temperature dan tekanan dalam pemanas lanjut cukup tinggi, uap panas lanjut dapat bereaksi dengan besi membentuk Fe3O4 yang magnetis: 3 Fe + 4 H2O
Fe3O4 + 4 H2. Fe3O4,
ini dapat menutupi dinding pipa, yang merupakan lapisan pelindung. Dengan adanya kandungan zatzat lain yang korosif di dalam uap, maka mungkin lapisan oksida ini akan terkikis dan korosi akan diteruskan. Zat-zat lain yang korosif itu seperti telah dijelaskan yaitu garam magnesium klorida yang dapat membentuk HCl, karbonat yang dapat membentuk CO2 dan lain-lain. Asam nitrat pada temperature tinggi berbentuk anhidrida yang tidak berbahaya selama berada dalam uap kering, tetapi setelah sampai ke daerah basah umpamanya di daerah sudut turbin terakhir, akan menyebabkan korosi. Minyak pelumas yang terbawa oleh air dalam pemanas lanjut akan terurai menjadi asam organik yang akan merusak pipa pemanas lanjut dan turbin. b. Korosi pada economizer. Economizer adalah komponen pertama dari system steam plant yang bekerja pada tekanan ketel uap dengan temperatur mendekati titik didih. Kekurangsempurnaan pada pengolahan air terutama akan berakibat korosi pada economizer. Disini dapat terjadi pengendapan garam-garam, penguraian bikarbonat yang dapat membentuk CO2 keluarnya O2 dan CO2 dari air yang akan membenetuk gelembung-gelembung gas yang akan terkumpul terkurung di antara permukaan pipa dan kumpulan endapan atau pada header. Dengan demikian korosi terutama terdapat di tempat-tempat tersebut. Korosi yang terdapat pada economizer 108
Pengendalian Korosi pada Ketel Uap (Mulianti)
terutama terbentuk “pitting” dan berbentuk karat hitam (magnetik). Secara visual karat hitam ini tidak menyatakan tanda-tanda korosi tetapi setelah pipa dipatahkan atau digores bagian hitam ini ternyata lunak. Telah dicatat beberapa peledakan economizer yang menyebabkan kecelakaan dan kerusakan disebabkan karena korosi pada economizer. Korosi dibagian luar pipa economizer terutama disebabkan kondensasi uap air yang ada dalam gas asap sebagai pemanas economizer. Pada gas asap ini pula terkandung O2. SO2 dan CO2 yang akan merusak pipa dalam suasana basah. Untuk mencegah kondensasi tersebut, perlu dijaga agar temperature air dalam economizer tidak kurang dari 50° C. Korosi dalam pipa economizer lebih berbahaya, karena tidak terlihat dengan pemeriksaan dari luar. Pipa harus dibongkar, dipotong dan diperiksa.. c. Korosi pada pipa-pipa penguap. Percobaan menyatakan bahwa konsentrasi NaOH yang terendah dibawah 100 ppm membantu tetap adanya lapisan oksida besi yang memberikan lindungan pada baja. Meskipun air ketel mempunyai konsentrasi NaOH rendah, lapisan konsentrasi tinggi dapat terjadi di beberapa tempat tergantung pada sifat dan keadaan letak pipa-pipa. Pada pipa-pipa penguap, terjadi gelembunggelembung uap. Selama gelembung-gelembung uap masih kontak dengan permukaan pipa baja disana terjadi pemanasan lebih dan dengan proses berulang-ulang terjadinya gelembung, maka dapat membentuk lapisan yang konsentrasi NaOH tinggi. Ditempat-tempat in akan terjadi korosi. Korosi ini terjadi pada bagian dalam bawah dari pipa penguap (dari ketel uap pipa air horizontal) yang sirkulasi airnya tidak tertentu. Perapuhan kostik terjadi pula pada pipa-pipa penguap. Perapuhan kostik ialah suatu bentuk korosi dimana terjadi retak halus diantara kristal-kristal suatu bahan, disebabkan adanya alkali atau garam-garam yang terdapat dalam air ketel. Alkali atau garam tersebut melarutkan bagian yang amorf diantara kristalkristal, sedangkan kristal-kristal tidak mengalami perubahan (korosi antar kristal). Perapuhan kostik disebabkan oleh (Surdia, 1980): - Konsentrasi NaOH yang nterlalu tinggi (diatas 1%) - Adanya konsentrasi tegangan di atas Yield point. Karena itu korosi ini terjadi pada ketel uap yang dibuat dengan kelingan pada sambungan– sambungan dimana terjadi konsentrasi tegangan dan ruang-ruang antara pelat yang memungkinkan terjadinya konsentrasi NaOH tinggi. Bentuk korosi diatas terjadi pada ketel uap yang mempunyai
pembebanan atau produksi uap perjam yang tinggi atau pada pipa-pipa di daerah produksi uap tinggi. Korosi semacam ini dapat dikurangi dengan menggunakan garam-garam netral atau menghilangkan NaOH dsalam air ketel dengan mempergunakan pengontrolan Ph oleh fosfat. Sebagai garam netral dapat dipergunakan natrium nitrat atau natrium sulfat dengan konsentrasi 20%– 30% dari natrium hidroksida. Ketel uap yang dilas tanpa kelingan tidak mudah mengalami perapuhan kostik, walaupun daerah laslasan juga peka terhadap korosi.
3. PENGENDALIAN KOROSI DALAM KETEL UAP Selain dari pada pengendalian korosi yang disebut pada bahasan terdahulu dari dasar terjadinya korosi dapat diambil kesimpulan bahwa pengendalian korosi dalam ketel uap dilakukan dengan jalan (Surdia, 1980) : a. Menghilangkan gas-gas oksigen dan CO2 yang terkandung dalam air pengisi ketel dengan jalan “deaertion” secara termis atau fisis, selanjutnya secara kimia. b. Mengadakan pengolahan air pengisi ketel, sesuai dengan persyaratan ketel uap. c. Memelihara ketel uap menurut ketentuan yang ditetapkan untuk membersihkan ketel uap. d. Ketel bekerja menurut ketentuan-ketentuan yang telah ditetapkan. 3.1. Pengendalian Air. Pengendalian air ketel uap yang perlu dilakukan : a. Alkalinity Alkalinity dalam raw water, softened water, feed water dan boiler water untuk control langsung terhadap korosi dan control tidak langsung terhadap deposit. Nilai-nilai penentuan ini dapat dipakai untuk menghitung banyaknya alkali yang ditambah pada air asam, untuk mengurangi agresif atau banyaknya Ca(OH)2 dan Na2CO3 yang dipakai dalam proses pengolahan air. Alkalinity berhubungan dengan pH air, alkaliniti rendah berarti pH air tinggi dan sebaliknya. Untuk itu alkalinity air ketel harus diatur, sehingga pH air tidak terlalu rendah ataupun tinggi. Pada pH rendah dapat terjadi korosi dan pada pH tinggi akan terjadi buih. Berikut ini diberikan batas alkalinity air ketel berdasarkan tekanan uap (Ulil, 2008):
109
Jurnal Teknik Mesin
Vol. 5, No.2,Desember 2008
Tabel 1. Persyaratan Alkalinity Air Ketel. Tekanan (Psi)
Alkalinity total, sebagai CaCO3 (ppm)
ISSN 1829-8958
f. Hidrasin Penentuan hidrasin dalam mengontrol korosi, dilakukan dengan cara mempertahankan konsenstrasi hidrasin sedikit berlebih. dalam air ketel
Minimum
Maksimum
0-300
200
700
301-450
160
600
g. pH
451-600
120
500
601-750
120
400
751-900
120
300
Pengukuran pH diperlukan untuk mengontrol korosi atau kerak. Pada pH rendah dapat terjadi korosi dan pada pH tinggi akan terjadi kerak. Selain itu, pH tinggi dapat menimbulkan busa, sehingga akan menyebabkan carry over.
b. Kesadahan Penentuan kesadahan dalam air ketel yaitu untuk dasar perhitungan jumlah bahan kimia yang dibutuhkan pada internal treatment (senyawa fosfat). Karena akibat kesadahan ini dapat terbentuk kerak, maka air ketel sebaiknya mempunyai kesadahan nol. c. Oksigen terlarut Penentuan oksigen terlarut di perlukan sebagai dasar perhitungan jumlah bahan kimia yang dibutuhkan pada internal treatment. Oksigen terlarut dapat mempercepat terjadi korosi, untuk itu konsentrasinya harus dibatasi. Nilainya dibatasi di bawah 0,02 mg/l dan untuk tekanan tinggi harus dibawah 0,005mg/1 (Ulil,2008).
h. Konduktivity Konduktivity merupakan kesanggupan air untuk menghantarkan arus listrik. Dalam larutan , daya hantar lisrik ini disebabkan oleh ion-ion, sehingga dengan mengukur konduktivity dapat diketahui jumlah zat padat terlarut didalamnya. Kemurnian uap dapat dilihat dengan mengukur konduktiviti kondensat yang merupakan perkiraan zat padat yang carry over sebagai uap tidak murni. Rekapitulasi kegunan dalam control melalui pengendalian parameter air, dapat dilihat pada Tabel 3, berikut ini (Ulil, 2008) : Tabel 3. Parameter air sebagai Kontrol pada Ketel uap.
d. Fosfat. Penentuan fosfat diperlukan untuk mengontrol pembentukan kerak dan keretakan. Sebagai contoh pemakaian fosfat sebagai “internal treatment” pada pengontrolan kerak, maka kelebihan sedikit fosfat harus dikontrol dalam ketel. Untuk mengontrol keretakan, maka harus dijaga hubungan antara alkaliniti dan fosfat (ukuran pH), sehingga tidak terbentuk hidroksida bebas. Konsentrasi fosfat dalam air ketel berkisar antara 30-60 ppm PO4. e. Klorida
Parameter Air
Korosi
Kerak
Keretakan
Carry Over
1
Alkalinity
X
X
-
-
2
Hidroksida
X
X
-
X
3
Fosfat
-
X
X
-
4
Kesadahan (Ca,Mg)
-
X
-
-
5
Hidrasin (N2H4)
X
-
-
-
3.2. Pengolahan Air
Hampir semua air mengandung garam klorida, sehingga konsentrasi garam klorida dapat dipakai untuk memperkirakan jumlah zat padat terlarut dalam air. Selanjutnya jika terdapat kelebihan zat padat terlarut, dapat dilakukan blowdown untuk menguranginya. Zat padat terlarut dalam air ketel, dibatasi sebagai berikut (Ulil, 2008): Tabel 2. Batasan zat Padat Terlarut dalam Air Ketel. No.
Kegunaan dalam Kontrol
No .
Tekanan, (Psi)
Zat Padat Terlarut, (ppm)
Silika SiO2, (ppm)
1
0-200
4000
150
2
201-300
3500
100
3
301-600
3000 - 2000
50-40
4
601-900
2000-1400
30-20
5
901-1100
1400-1000
20-10
6
1100-1500
1000-750
10-5
Untuk mendapatkan air yang memenuhi persyaratan untuk keperluan ketel uap (Boiler), diperlukan water treatment. Ada dua cara pengolah yaitu: - Pengolahan yang dilakukan di luar boiler (eksternal treatment). - Pengolahan di dalam boiler (internal treatment). Jika digunakan air dengan kandungan mineral tinggi (air laut), dapat dilakukan demineralisasi water system, antara lain dengan cara destilasi, elektrolisa, pembekuan, osmosa bolak balik, kimia dan demineralisasi (Ulil, 2008): a. Cara Destilasi Dalam metoda ini air dengan mineral tinggi diubah menjadi air tawar. Prinsipnya sederhana yaitu dengan memanaskan air laut dan uapnya didinginkan kembali. Untuk membuat air tawar dari air laut dalam 110
Pengendalian Korosi pada Ketel Uap (Mulianti)
jumlah besar, air laut dimasukkan ke dalam bejana dan dipanaskan oleh uap melalui pipa uap. Karena pengaruh panas ini, air laut mulai menguap. Uap air laut dimasukkan kedalam bejana kedua yang dilengkapi dengan instalasi air pendingin. Panas uap diserap oleh air garam dan mengembun membentuk air baku. Pada proses ini akan terjadi masalah yaitu terbentuknya kerak dipermukaan logam (pipa). Kerak ini keras dan sukar untuk dihilangkan dan juga merupakan penghantar panas yang jelek. Untuk mengatasi hal ini, permukaan logam sebaiknya dilapisi teflon. b. Cara Demineralisasi Garam dari air dapat juga dihilangkan dengan memakai ion. Unit penukar ion dilengkapi dengan penyaring pasir. Penukar ion terdiri dari penukar kation dan penukar anion. Penukar kation mengambil ion positif dari air dan penukar anion mengambil ion negatif dari air. Bahan penukar ini adalah resin yang apabila telah jenuh dapat diaktifkan kembali setelah diregenerasi. Penukar kation diregenerasi dengan asam sulfat (H2SO4) sedang penukar anion diregenerasi dengan menggunakan natrium hidroksida (NaOH).
Air olahan
4 1
2
6
7
8
ke Make Up Water Tank
3 5
- Air sumur - Air PAM - air hasil Evaporator
1. Sand Filter 2. Cation Exchanger I 3. Cation Exchanger II 4. Gas Extractor 5. Bak Penampung 6. Anion Exchanger I 7. Anion Exchanger II 8. Mixed Bed
Pengaturan pH
4. KESIMPULAN Dari uraian sebelumnya, dapat disimpulkan sebagai berikut : -
Kualitas air sangat berpengaruh terjadinya korosi pada ketel uap.
terhadap
-
Pengolahan serta pengendalian persyaratan air pengisi ketel uap diperlukan dalam menekan terjadinya proses korosi dan keretakan ketel uap.
-
Di Indonesia masalah korosi dalam ketel uap di industri besar sudah mendapat penanganan yang sungguh-sungguh, tetapi di industri menengah dan kecil belum. Oleh karena itu terhadap operatornya perlu diberi penataran secara intensif.
PUSTAKA 1. Bocks and Van Der Deyl, Stoomketels, Uitgevers Maatschappy. A.E Kluwer Deventer, 1952. 2. Darmawan, A., Korosi pada Ketel Uap, Yogyakarta,Media Teknik, 111 (4), Fakultas Teknik UGM, 1981. 3. Mustarsid, Korosi pada Ketel Uap, Bandung Bulletin Industri Bahan dan Barang Teknik, Ed.6 Th. III, Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Industri Bahan dan Barang Teknik, 1985. 4. Surdia T., Korosi dalam Boiler, Bandung, Dept. Mesin ITB, 1980. 5. Shreir, Corrosion, Butterworths, ,1978
London,
Newnes
–
6. Uhlig, Corrosion Handbook, New York, John Wiley & Sons Inc., 1948.
Gambar 1. Pengolahan Air dengan Cara Penukar Ion Reaksi penukar ion: H2SO4 + 2 ROH
R2SO4 + 2 H2O
HCI + ROH
RCI + H2O
HNO3 + ROH
RNO3 + H2O
7. Ulil, 2008.
Http://www.ccitonline,com/mekanikal,
8. Wickert V., K.,Werstoffe und Korosion, Chemische Probleme in Hochdruckkraftwerk., 1952.
Karena anion yang dipakai dalam resin adalah basa kuat, maka dapat terjadi penghilangan asam lemah yaitu asam karbonat dan asam silikat, sesuai dengan reaksi: H2CO 3 + ROH
RHCO3 + H2O
H2SiO3 + ROH
RHSiO3 + H2O4.
111
