Proseding Seminar Nasional Fisika dan Aplikasinya Sabtu, 19 November 2016 Bale Sawala Kampus Universitas Padjadjaran, Jatinangor
KAJIAN SILICA SCALING PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA PANAS BUMI (GEOTHERMAL) MOCH. ARIL INDRA PERMANA*, CUKUP MULYANA, NAUFAL NANDALIARASYAD Prodi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Padjadjaran Jl. Raya Bandung-Sumedang Km 21, Jatinangor 45363 Abstrak. Silica scaling merupakan masalah yang sering ditemukan pada pembangkit listrik geothermal terutama yang memanfaatkan fluida water dominated (brine). Silica scaling dapat terbentuk akibat adanya flashing yang menyebabkan penurunan tekanan, temperatur dan kenaikan pH sehingga kelarutan brine menjadi berubah. Silica scaling pada pipa produksi dapat menyumbat laju aliran fluida dan bahkan harus diganti. Dalam penelitian ini telah dilakukan kajian mengenai potensi silica scaling di pembangkit listrik tenaga geothermal di daerah Sumatera yang terkait dengan kajian awal mengenai pembuatan pembangkit double flash di tempat tersebut. Kajian dilakukan dengan melihat pengaruh perubahan temperatur, pH, dan salinitas ketika terjadi flashing terhadap perubahan kelarutan brine dengan menggunakan silica saturation index (SSI). Hasil analisis dan perhitungan mengindikasikan bahwa penurunan temperatur dan peningkatan pH akibat flashing, dan besar salinitas brine dapat meningkatkan potensi terbentuknya scaling. Kata kunci : Silica Saturation Index, silica scaling, brine, flashing, geothermal. Abstract. Silica scaling is a problem that often found in power plants that utilize geothermal fluids mainly dominated water (brine). Silica scaling can be formed by the flashing which causes a decrease in pressure, temperature and pH rise so that the solubility of brine being changed. Silica scaling the production pipeline can clog fluid flow rate and even had to be replaced. In this research has been carried out a study on the potential for silica scaling in geothermal power plant in Sumatra region associated with a preliminary assessment of the manufacturing plant at the venue double flash. The study was conducted by looking at the effect of changes in temperature, pH, and salinity when the flashing to change the solubility of brine using silica saturation index (SSI). The results of analysis and calculation indicated that the decrease in temperature and increase in pH due to flashing, and large brine salinity can increase the potential for the formation of scaling. Keywords : Silica Saturation Index, silica scaling, brine, flashing, geothermal.
1. Pendahuluan Energi panas bumi (geothermal) merupakan energi panas yang berasal dari dalam bumi yang dapat diperbaharui (renewable energy) dan merupakan energi panas yang tersimpan dalam rekahan batuan atau fluida yang terkandung di bawah permukaan bumi. Energi ini dapat dimanfaatkan untuk mengurangi konsumsi bahan bakar fosil yang semakin menipis. Hasil produksi dari panas bumi dapat berupa uap kering (superheated steam), uap jenuh (saturated steam), dua fasa (brine), atau air panas[1].
*
email :
[email protected]
Kode Artikel: FE-01 ISSN: 2477-0477
Kajian Silica Scaling Pada Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (Geothermal)
Di Indonesia, sumber panas bumi yang banyak digunakan adalah fluida dua fasa (brine) dengan dominasi cair. Kandungan utama brine adalah larutan NaCl sebesar 80% dan kalium, kalsium, silica, dan nikarbonat yang merupakan unsur utama lainnya[2]. Untuk memisahkan kedua fasa tersebut, dilakukan flashing yang biasa terjadi di dalam reservoir saat fluida mengalir melalui formasi lapisan permeabel, pada sumur produksi menuju wellhead, throttle valve, separator dan flasher[3]. Untuk pembangkit yang menggunakan satu flasher, sistem ini disebut single flash steam. Sedangkan pada pembangkit yang menggunakan flasher bertingkat disebut multi flash steam. Keuntungan dari banyaknya flasher yang digunakan adalah semakin besar nya energi yang dihasilkan. Namun, flashing yang terjadi akan mempengaruhi komposisi brine yaitu semakin pekatnya konsentrasi silica karena kehilangan sejumlah air yang berubah menjadi uap akibat penurunan tekanan dan temperatur, dan terjadinya pelepasan gas seperti CO2 dan H2S yang akan mempengaruhi pH brine[2]. Sehingga timbul suatu masalah proses produksi sumber energi geothermal pada sistem flash steam ini yaitu terbentuknya scaling. Scaling didefinisikan sebagai pembentukan endapan atau kerak yang berasal dari mineral garam terlarut dalam air pada suatu media kontak tertentu. Salah satu penyebab terbentuknya scaling adalah adanya kandungan silica (SiO2) yang terkandung dalam brine[4]. Sifat-sifat yang mempengaruhi konsentrasi kelarutan silica dalam pembentukan scale adalah temperatur, kadar garam (salinitas), dan nilai keasaman (pH). Ketika terjadi perubahan tekanan, temperatur, dan pH pada suatu sistem, keseimbangan ion-ion yang terkandung akan melebihi kelarutannya, sehingga terbentuk suatu endapan. Scaling umumnya dapat dijumpai pada pipa antara daerah wellhead dengan separator, flasher, pipa liquid setelah separator (yang kemudian dibuang ke kolam penampungan) dan sumur reinjeksi sehingga dapat mengganggu proses operasional pemanfaatan geothermal pada pipelines, turbin, maupun sumur injeksi. Hal tersebut terjadi karena scaling dapat mengakibatkan penyumbatan pipa, sehingga mengurangi laju aliran dan dampak jangka panjangnya harus dilakukan penggantian. Oleh karena itu kajian tentang potensi scaling sangat diperlukan pada operasi lapangan panas bumi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui faktor yang paling berpengaruh terhadap pembentukan scaling terkait dengan rencana pengembangan salah satu pembangkit listrik tenaga panas bumi di daerah Sumatera. Diharapkan dengan mengetahui potensi silica scaling tersebut, maka dapat ditentukan kondisi operasi yang sesuai agar masalah silica scaling dapat dihindari atau diminimalkan. 2. Metode Penelitian Metoda yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan penerapan parameter “silica saturation index (SSI)” yang dihitung berdasarkan data komposisi kimia fluida, temperatur, dan pH di separator dan flasher. Parameter SSI ini membandingkan konsentrasi silica dalam larutan dengan kelarutan silica amorf pada kondisi yang sama. 27
28
Moch. Aril Indra Permana, dkk
• • •
SSI > 1, fluida dalam kondisi supersaturated dan scaling dimungkinkan terjadi. SSI = 1, fluida dalam kondisi saturated. SSI < 1, fluida dalam kondisi undersaturated, sehingga tidak mungkin terjadi pengendapan.
Suatu simulasi kondisi operasi dari sumur-sumur produksi (W-A, W-B, W-C), hasil separator produksi (SP-A, SP-B, SP-C) dan hasil dari flasher (F-A, F-B,F-C) sebagai rencana pembuatan sistem double flash yang diperlukan untuk memperkirakan potensi silica scaling pada jalur jalur berikut : 1. Jalur pipa produksi dari masing masing kepala sumur produksi. 2. Jalur pipa brine, yaitu jalur pipa dari separator produksi yang mengalirkan brine hasil pemisahan. 3. Jalur brine hasil pemisahan separator menuju flasher.
Gambar 1. Skema diagram sistem double flash steam
3. Hasil dan Pembahasan Dari data hasil lapangan didapat bahwa temperatur reservoir berada dikisaran 270 ℃ dan ketika terjadi pemisahan di separator, temperatur menjadi kisaran 175 ℃ . Dengan pemasangan flasher setelah separator, terjadi penurunan temperatur di kisaran 120℃. Tabel 1. Hasil perhitungan SSI di lapangan Source W-A W-B W-C SP-A
Tsource (℃) 268.9 270.0 271.2 173.5
Separator SP-A SP-B SP-C F-A
Tfinal (℃) 173.5 175.7 178.3 120.0
Cl (ppm) 1137.00 995.00 1092.00 1196.08
pH 7.76 8.60 8.84 8.20
SSI 1.078 1.344 1.212 2.002
SP-B
175.7
F-B
120.0
1201.09
8.32
2.176
SP-C
178.3
F-C
120.0
1219.92
8.48
2.458
28
Kajian Silica Scaling Pada Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (Geothermal)
Untuk melihat pengaruh dari masing masing parameter (temperatur, salinitas dan pH), maka dibuat pengkondisian sebagai berikut: Tabel 2. Pengaruh temperatur terhadap konsentrasi silica pada brine dan hasil perhitungan SSI Source W-A W-B W-C SP-A
Tsource (℃) 270.0 270.0 270.0 170
Separator SP-A SP-B SP-C F-A
Tfinal (℃) 170.0 175.0 180.0 120.0
Cl (ppm) 995.00 995.00 995.00 995.00
pH 6.3 6.3 6.3 6.3
SSI 1.08 1.03 0.97 1.55
SP-B
175
F-B
120.0
995.00
6.3
1.57
SP-C
180
F-C
120.0
995.00
6.3
1.58
Tabel 3. Pengaruh pH terhadap konsentrasi silica pada brine dan hasil perhitungan SSI Source W-A W-B W-C SP-A
Tsource (℃) 270.0 270.0 270.0 170
Separator SP-A SP-B SP-C F-A
Tfinal (℃) 170.0 170.0 170.0 120.0
Cl (ppm) 995.00 995.00 995.00 995.00
pH 7.50 7.60 7.70 8.40
SSI 1.106 1.112 1.119 2.207
SP-B
170
F-B
120.0
995.00
8.50
2.378
SP-C
170
F-C
120.0
995.00
8.60
2.594
Tabel 4. Pengaruh salinitas terhadap konsentrasi silica pada brine dan hasil perhitungan SSI Source W-A W-B W-C SP-A
Tsource (℃) 270.0 270.0 270.0 170
Separator SP-A SP-B SP-C F-A
Tfinal (℃) 170.0 170.0 170.0 120.0
Cl (ppm) 995.00 1092.00 1137.00 1196.08
pH 6.3 6.3 6.3 6.3
SSI 1.087 1.099 1.106 1.570
SP-B
170
F-B
120.0
1219.62
6.3
1.584
SP-C
170
F-C
120.0
1309.22
6.3
1.604
Pada Tabel 1. memperlihatkan potensi terjadi nya silica scaling pada pembangkit listrik panas bumi yang cukup besar. Ini menandakan bahwa untuk melakukan pengembangan pada pembangkit ini diperlukan suatu penanganan terlebih dahulu untuk mengurangi potensi yang ada. Sehingga diperlukan untuk mengetahui pengaruh dari parameter-parameter yang berubah ketika terjadi flashing dan kandungan garam mineral (salinitas) yang terkandung dalam brine untuk melihat potensi terjadinya silica scaling. Tabel 2. Memperlihatkan bahwa dengan mengkondisikan pH tetap bernilai 6,3 dan salinitas 995 ppm, terlihat bahwa pengaruh dari penurunan temperatur dapat mempengaruhi potensi silica scaling. Semakin besar perubahan temperatur akibat flashing, semakin meningkat potensi silica scaling terbentuk. Penambahan flasher dapat meningkatkan penurunan temperatur semakin tinggi, sehingga potensi silica 29
30
Moch. Aril Indra Permana, dkk
scaling akan semakin meningkat. Untuk itu, dengan menjaga temperatur agar tidak terjadi penurunan yang signifikan menjadi solusi yang dapat diambil yaitu dengan penambahan heater. Namun, dengan penambahan heater ini, berakibat pada penambahan daya yang diperlukan ketika beroperasi. Sehingga cara ini tidak lah efektif. Tabel 3. memperlihatkan bahwa akibat adanya flashing mengakibatkan pelepasan CO2 dan H2S sehingga terjadi peningkatan pH. Peningkatan pH akan mempercepat laju polimerisasi silica. Laju polimerisasi silica akan minimum ketika suasana asam (<6) dan sangat basa (>9). Oleh karena itu, cara pencegahan dari pengaruh peningkatan pH ini adalah dengan injeksi asam (acidizing) pada instalasi brine atau dengan inhibitor basa pada tempat yang potensi terbentuk silica scaling nya tinggi. Namun, penginjeksian asam dapat menimbulkan potensi korosi. Maka dari itu, pengkondisian pH yang baik dapat mencegah terjadinya korosi juga dapat mengurangi laju polimerisasi pada brine. Pada Tabel 4. terlihat bahwa kandungan Cl yang mempengaruhi salinitas brine dapat meningkatkan potensi silica scaling. Besarnya salinitas brine ini dipengaruhi ciri khas dari daerah mana sumur produksi di bangun. Untuk meminimalkan potensi silica scaling akibat pengaruh salinitas ini, diperlukan pemilihan daerah sumur produksi dimana kandungan garam mineralnya tidak terlalu besar namun memiliki sumber panas bumi yang tinggi sehingga dapat digunakan untuk pemanfaatan sumber panas bumi. 4. Kesimpulan Berdasarkan hasil analisis dan pembahasan sebelumnya, maka dapat diambil kesimpulan bahwa: 1. Potensi silica scaling semakin meningkat seiring dengan meningkatnya kadar pH, besarnya salinitas brine, dan penurunan temperatur akibat flashing. 2. Potensi silica scaling di lapangan menunjukan potensi yang begitu besar sehingga dibutuhkan penanganan terlebih dahulu untuk pengembangan menjadi double flash. 3. Beberapa penanganan silica scaling yang dapat diterapkan pada pembangkit listrik panas bumi ini adalah penambahan heater, pengasaman atau injeksi inhibitor basa, dan pemilihan sumur produksi yang ditinjau dari kandungan salinitasnya. Namun penambahan heater sangatlah tidak efektif karena memerlukan daya tambahan dalam pengoperasiannya. Ucapan terima kasih Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Tuhan Yang Maha Esa. Kedua orang tua yang selalu mendukung penulis. Serta kepada Ahmad Taufik yang telah 30
Kajian Silica Scaling Pada Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (Geothermal)
membantu penulis dalam memberikan pengarahan dan bimbingannya serta semua pihak yang turut membantu penulis dalam menyelesaikan penelitian ini. Daftar Pustaka 1. Irawan, Sudra., Ratnaningsih, W.E., Nurmabruroh, Siti., Anggraini, F.E.2011. Pemboran Sumur Eksplorasi dan Pengembangannya. UGM Yogyakarta 2. DiPippo, R., International Development in Geothermal Power Production, Geothermal Resource Council Bulletin, 1988 3. Edward, F.W. 1997. Geothermal Energy Utilization. John Wiley & Sons, California.H. Kai, C-Y. Xu, L. Zhen, e-Z. Shao, Materials Letters 61 (2007) 303. 4. Lestari, dkk. 2007. Problema “Scaling” di Beberapa Lapangan Migas. UPN “Veteran’ Yogyakarta.
31
