II. LATAR BELAKANG PENGOLAHAN AIR Air baku yang digunakan umumnya mengandung bermacam-macam senyawa pengotor seperti padatan tersuspensi, padatan terlarut, dan gas-gas. Penggunaan air tersebut secara langsung sebagai pendingin maupun umpan ketel uap akan menimbulkan beberapa masalah. Masalah yang mungkin terjadi pada pemakaian air pendingin meliputi pengerakan , korosi, dan fouling. Adapun [ermasalahan akibat air umpan ketel dapat berupa kerak, korosi, dan carryover. Faktor penyebab pengerakan dalam air pendingin adalah alkalinitas methyl orange tinggi (ppm sebagai CaCO3), kandungan kalsium tinggi (ppm sebagai CaCO3) pH tinggi, dan padatan terlarut tinggi. Faktor penyebab korosi dalam sistem pendingin adalah oksigen terlarut, suhu air, khlorid dan sulfat, kandungan karbon dioksid, padatan terlarut total, pH, keberadaan asam mineral seperti SO2, pengerakan atau endapan lain pada permukaan, dan kelebihan/kekurangan penghambat korosi. Adapun peristiwa munculnya fouling disebabkan oleh mengendapnya partikel tersuspensi seperti debu dan pengotor dalam air pendingin dalam daerah kecepatan rendah atau ketika pabrik berhenti. Permasalahan yang diakibatkan oleh air umpan ketel yang kurang memenuhi syarat jauh lebih serius dibandingkan dengan permasalahan yang diakibatkan oleh air pendingn yang kotor. Oleh karena itu, permasalahan air umpan ketel akan dibahas lebih rinci.
2.1. Pembentukan kerak pada ketel Pembentukan kerak dalam ketel terutama disebabkan oleh adanya padatan terlarut, seperti garam-garam kalsium, magnesium, dan besi. Semua bahan yang mengendap/menempel pada dinding perpindahan kalor bersifat isolator dan
Universitas Gadjah Mada
mengurangi perpindahan kalor melintasi suatu permukaan. Endapan tersebut juga dapat menyebabkan suhu logam meningkat sampai overheating, metal softening, blistering dan terjadinya kegagalan. Disamping itu, pembentukan kerak sangat dipengaruhi oleh kondisi operasi ketel, semakin tinggi tekanan ketel uap semakin besar kemungkinan terbentuknya kerak. Hal ini berkaitan dengan semakin tingginya beban termal ketel uap dengan semakin besarnya tekanan. Oleh karena itu, kualitas air umpan ketel yang dipersyaratkan agar pembentukan kerak minimal berbeda untuk tekanan ketel uap yang lain, sebagaimana ditunjukkan pada tabel 2.
Tabel 2. Kandungan maksimum pengotor dalam air umpan ketel untuk berbagai tekanan. NO
Tekanan Ketel
Padatan Terlarut Total
Alkalinitas
Silika
01 02 03
(Psig) 0-300
(ppm)) 3500
(ppm) 700
(ppm) 125
301-450
3000
600
451-600
2500
04 05 06
601-750 751-900 901-100
2000 1500
500 400 300 250
90 50
07 08 09
1001-1500 1501-2000 2000 ke atas
1250 1000 750 500
200 150 100
35 20 8 2.5 1.0 0.5
Ketel uap bertekanan rendah biasanya menggunakan air yang masih mengandung senyawa pengotor yang cukup tinggi, sehingga permasalahan kerak di dalam ketel uap merupakan komponen kesadahan dan silika. Komponen-komponen tersebut dalam keadaan larut akan terurai di dalam ketel akibat panas, menghasilkan
Universitas Gadjah Mada
bahan yang tidak larut dan mengendap di permukaan pipa air umpan dan sekelilingnya sebagai kerak. Adapun komponen utama penyusun kerak ketel uap tekanan tinggi adalah oksida besi. Besarnya potensi pembentukan kerak pada ketel tekanan menengah dan tinggi mengharuskan pemakaian air umpan berupa air demineralized. Namun demikian, terbentuknya kerak tidak dapat dihindari akibat adanya produk korosi yang terkandung di dalam air tersebut, yang terbawa dari pipa air umpan dan kondensat.
2.2. Pengkaratan dalam ketel Pengkaratan pada sistem ketel uap terutama disebabkan oleh beberapa hal, seperti : oksigen terlarut, chloride stress corrosion, caustic stress corrosion, acid attack, ammonia corrosion, chelant corrosion, dan electrolytic corrosion. Sebagaimana proses pembentukan kerak pada ketel uap, pengkaratan pada ketel uap juga dipengaruhi oleh tekanan ketel uap.
2.2.1. Permasalahan Korosi pada ketel uap bertekanan rendah. Faktor yang paling dominan mempengaruhi korosi pada ketel uap bertekanan rendah adalah gas terlarut dan pH. Permasalahan korosi ketel bertekanan rendah dapat terjadi pada pipa air umpan, di dalam ketel uap, dan pada pipa kondensat. Reaksi korosi umumnya terjadi secara elektrokimia. Jika pH air umpan netral atau basa, tetapi mengandung oksigen terlarut, maka akan terjadi reaksi oksidasi terhadap besi. Penyebab korosi di dalam ketel uap bertekanan rendah adalah oksigen terlarut, produk korosi, konsentrasi alkali yang tinggi dan sebagainya. Bila protective film iron oxide di dalam ketel uap rusak karena kualitas air ketel yang jelek, thermal stress dan sebagainya, maka local cell akan terbentuk diantara permukaan baja, air dan permukaan protective film dan besi terlarut dari baja. Bila terdapat anion korosif
Universitas Gadjah Mada
seperti ion klorid (CF) dan sulfat (SO4 1-) di dalam air ketel uap maka korosi karena oksigen terlarut akan bertambah cepat. Bila produk korosi seperti oksida besi dan oksida tembaga dari pipa air umpan/kondensat masuk ke dalam ketel uap, maka pada daerah sirkulasi air yang rendah dan bagian bawah drum, produk korosi akan mengendap dan menbentuk kerak pada seksi beban termal tinggi. Produk korosi ini merupakan basil korosi yang terbentuk karena adanya oksigen terlarut. Pada keadaan suhu tinggi, bikarbonat dan karbonat sebagai komponen alkalinitas di dalam air umpan akan terurai menjadi karbon dioksid. Karbondioksida ini terbawa bersama kukus dan masuk ke sepanjang pipa kondensat menjadi asam karbonat pada saat kukus terkondensasi.
2.2.2. Permasalahan korosi pada ketel uap bertekanan menengah/tinggi Sesuai persyaratan
air
umpan
yang
hams
air
demineralized,
maka
permasalahan korosi hanya sedikit, yaitu pada suhu tinggi dan operasi deaerator dan pengolahan air tidak tepat. Bila gas-gas seperti oksigen dan ammonia terkandung di dalam kukus maka gas tersebut akan bertambah pekat dekat daerah lubang udara dan mengkorosikan tembaga. Oleh karena itu diperlukan perhatian yang seksama untuk mencegah penambahan ammonia dan hidrazine untuk pengendalian pH dan penghilangan oksigen. Pada ketel uap bertekanan tinggi akan terjadi sedikit korosi oleh oksigen karena air umpannya menggunakan deareated demineralized water. Akan tetapi diperlukan perhatian yang seksama untuk mencegah korosi yang disebabkan oleh impurites seperti produk korosi dan alkali karena adanya beban termal yang tinggi pada pipa penguapan.
Universitas Gadjah Mada
Jika terjadi suatu daerah yang terpanasi lanjut maka air ketel akan bertambah pekat di daerah ini, oleh karenanya substansi dengan kelarutan rendah akan mengendap, sedangkan substansi dengan kelarutan yang tinggi seperti sodium hidroksida membentuk film yang pekat sehingga dapat mengoksidasi besi. Kalium hidroksid dan kalium fosfat juga dapat menyebabkan korosi alkali. Untuk mencegah korosi alkali dilakukan dengan cara mengendalikan ion fosfat dan pH. Bila produk korosi dari pipa air umpan dan kondensat atau ada kebocoran air laut terbawa ke dalam air ketel uap, maka korosi alkali akan terjadi dengan mengendap pada pipa penguapan dan akan terbentuk korosi oksigen; sedangkan hidrogen klorida yang dihasilkan oleh hidrolisis magnesium klorid di dalam air laut akan mengkorosikan Baja. Ada beberapa substansi (garam-garam terlarut) di dalam air ketel yang akan mengendap pada permukaan pemanasan ketika beban naik dan terlarut lagi ketika beban turun. Peristiwa ini, dimana konsentrasi garam-garam tertentu di dalam air ketel akan menurun ketika beban tinggi dan kembali ke konsentrasi asal pada beban rendah disebut hide-out, contohnya sodium sulfat dan sodium fosfat. Kelarutan sodium fosfat yang digunakan sebagai boiler compound akan turun secara tajam pada suhu diatas 300 sampai 350°C.
2.3. Permasalahan Carryover Penyebab peristiwa carryover adalah sebagai berikut. 1) Faktor kualitas air : padatan terlarut dan tersuspensi yang tinggi. 2) Faktor pengendalian operasi : level terlalu tinggi, kenaikan beban terlalu cepat 3) Faktor struktur mekanis : kondisi pemisah kukus yang tidak memadai.
Universitas Gadjah Mada
