Sukmanto Dibyo, dkk
-
ISSN 0216 3128
PENENTU AN LAJU BLOW-DOWN PENDINGIN RSG-GAS
57
SISTEM
MENARA
Sukmanto Dibyo P2TRRBatanSerpong
ABSTRAK PENENTUAN LAJU BLOW-DOWN SISTEM MENARA PENDINGIN RSG-GAS. Didalam makalah ini disajikan analisi dan perhitungan laju blow-down sistem pendingin sekunder RSG-GAS yang mana harus ditentukan untuk membatasi konsentrasi garam terlarut. Blow-down dapat menghindari kenaikan konsentrasi yang menyebabkan patensi kerak. Kua/itas air ini terkait dengan konsentrasi Klorid dan Kalsium yang diindikasikan oleh konduktivitas listriknya. masalah inilah yang menjadi pokok perhatian dalam penentuan blow-down. Metoda perhitungan laju blow-down didasarkan pada persamaan neraca massa a/iran air dan massa kalsium terlarut di dalam air pendingin. Variabel yang ter/ibat dalam perhitungan termasuk laju air make-up, penguapan air dan konsentrasi komponen ter/arut. Hasil penentuan laju blow-down secara kontinyu menunjukkan bahwa konsentrasi mineral ter/arut dapat dijaga di bawah batas yang disyaratkan pada air pendingin sekunder RSG-GAS. Besamya blow-down dapat disesuaikan dengan daya reaktor disamping itu diharapkan dari penentuan blow-down tersebut, uti/itas air dan konsumsi bahan treatment kimia akan lebih optimum.
ABSTRACT DETERMINATION OF BLOW-DOWN RATE FOR THE RSG-GAS COOLING TOWER SYSTEM. Analysis and calculation of a blow-down flow in the secondary coolant of RSG-GAS in which it should be determined to /imit the concentration of dissolved mineral. The water quality is related to Chloride and Calcium concentration that indicated by electrical conductivity, this problem is become underlying attention in the determination of blow-down. Calculation method of the blow-down is based on the equation of mass conservation of water flow dissolved mineral. In this coolant water calculation including the make-upflow, evaporation rate and dissolved component. The determination result of the blow-down rate continuously shows that, the coolant water could be maintained mineral contained below suggested values of RSG-GAS secondary coolant water. The blow-down quantity is congruent to reactor powers and also is hoped according to the blow-down above mentioned, consuming of chemical treatment and water utilities more optimum.
PENDAHULUAN
D
untuk menjaga volume air pendingin akibat penguapan, drift flow maupun blow-down aliran.
i dalam instalasi pendingin suatu industri, umunmya dilengkapi dengan unit penukar kalor daD menara pendingin. Proses pendinginan secara umum adalah air panas dari alat penukar kalor dikirim menuju ke menara pendingin untuk melepas kalor ke udara. Pelepasan kalor tersebut disertai dengan penguapan air secara kontinyu sehingga volume air pendingin berkurang. Disamping itu mineral terlarut di dalam air pendingin lambat lauD dapat mengalami pemekatan atau kenaikan konsentrasi akibat penguapan tersebut. Konsentrasi yang sudah melewati angka saturasi akan bertendensi terjadinya scale (kerak) di jaringan pemmkaan pipa pendingin sekunder. Sebagaimana diketahui bahwa kehadiran kerak di dalam sistem pendingin harus dihindari secara dini. Dalam hal kimia air, masalah ini merupakan keadaan yang normal sehingga untuk mengatasinya maka sistem menara pendingin "selalu" menggunakan sistem aliran blow-down (I]. Dengan demikian kandungan mineral yang tinggi di dalam air pendingin dapat di kendalikan. Sementara itu penambahan (make-up) air lazim juga dilakukan Prosiding
Pertemuan
Demikian halnya sistem pendingin RSGGAS, blow-down daD make-up air pendingin senantiasa dilakukan. Proses blow-down berjalan secara otomatis bilamana konduktivitas listrik air pendingin melebihi 950 ms/m [2]. Instrumen yang terpasang pacta pipa hisap/suction (PAOI BROt) telah lama tidak berfungsi sehingga aliran blowdown di lakukan secara manual. Keadaan seperti ini merupakan hal yang mendesak daD perin kiranya mendapat perhatian, mengingat bahwa blow-down secara manual memiliki kelemahan daD ketidakpastian. Ketergantungan tenaga manusia yang bekerja memantau kualitas air secara rutin masih berlangsung. Terbuka kemungkinan terjadinya pencapaian batas konsentrasi maksimum sebelum pengambilan sampel air di lakukan. Tentu saja zat terlarut yang sudah mencapai saturasi akibat kandungan mineral yang tinggi harus dihindari. Berdasarkan dari uraian latar belakang, maka dikembangkan dalam makalah 1111 perhitungan penentuan laju blow-down secara kontinyu untuk menyelesaikan problema di atas.
daD Presentasi IImiah Penelitian Dasar lImn Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003
daD Teknologi Nuklir
-
ISSN 0216 3128
58
Sukmanto Dibyo, dkk.
penguapan pada beban penuhlmaksimum mencapai 50 m3/jam. Air pendingin disirkulasikan oleh 2 pompa pada sistem pendingin sekunder di mana air mengalir dengan laju 3800 m3/jam.
Metoda perhitungannya dikerjakan menurut pendekatan hukum kekekalan massa mikroskopis (mineral terlarut) clan kekekalan massa aliran air total, sehingga diharapkan dapat diperoleh besamya laju blow-down yang sesuai dengan kondisi sistem menara pendingin air pendingin sekunder RSGGAS.
Pada sistem menara pendingin ini, air hangat dari alat penukar kalor disebarkan (sprayed) dari bagian atas dengan menggunakan nosel distribusi. Di bagian bawah menara pendingin terdapat Kolam penampungan (basin) yang dilengkapi dengan fasilitas katup blow-down, level controller dan sistem make-up water. Basin terisi oleh air pendingin dengan kapasitas volume sekitar 1200 m3.
TEORI Sistem Air Menara Pendingin. Sistem pendingin sekunder merupakan media pelepasan kalor terakhir pada instalasi reaktor, energi kalor dari sistem pendingin primer di transfer melalui alat penukar kalor yang selanjutnya dilepas ke udara oleh unit menara pendingin jenis forced draft seperti ditunjukkan pada Gambar I. Pelepasan kalor di menara pendingin disertai dengan penguapan sejumlah uap air ke udara. Sebanyak 6 modul menara pendingin menurut data spesifikasinya dilalui oleh air pendingin masuk 39,2°C clan keluar 32°C. Pada beban tem1al(desain) sebesar 33000 kW maka laju
Berikut ini data spesif1kasi air untuk make-up yang diperlukan sebagai air umpan : 1. 2. 3. 4. 5. 6.
7-7,5 pH Konduktifitas maksimum : 150 ms/m : 60ppm"" 0,6 mol/m3 Hardness (CaCO3) Fe Sulfat maksimum : 67,8 ppm Klorid 7,1 ppm
penguapan Au (': ui1"l
Pendirgin Primer
\
"voter hdti /~..
,..
=i
F:1l ., \ \\ \ he"
//l
. i'.1f-"1 ... Ith. ',.1 '>'IoU,
i.Jat
~
I
Au
dr(fi
/
,/ .-' /.-Irlr.
t,1f
Make-up
PenUk::1.r Ka1or
basin Blow-down Gambar 1. Skema Menara Pendingin RSG-GAS
Data spesifikasi air pending in sekunder adalah sebagai berikut : I. 2. 3. 4. 5. 6.
pH Konduktifitas maksimum: Total Hardness (CaCO3) Fe Sulfat maksimum Klorid
Prosiding
Pertemuan
:
6,5-8,0 850 illS/ill : 280 ppm : 1 ppm : 480,0 ppm : 117,5 ppm
(SAR)
Neraca Massa AUrall Skematika kolam penampungan air menara pending in diilustrasikan pada gambar 2. Dideskripsikan pula bahwa liar aliran yang menuju clan meninggalkan kolam senantiasa memiliki konsentrasi mineral terlarut yang berbeda, sementara itu alur penguapan merupakan uap air mumi. Kebocoran (bila ada) dari sistem penampung yang ditinjau tersebut dianggap sangat kecil.
dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003
dan Teknologi
Nuklir
ISSN 0216- 3128
Sukmanto Dibyo, dkk.
Apabila blow-down tidak dilakukan maka terjadi kenaikan konsentrasi mineral. Dalam kondisi volume basin tetap maka qrnu= qvao
-1 C'111U I
I
Qv~
I
dCbd - C . mil qmll
V--
~
V'V'V'V'V'V'V""'V'V'V'V'V'v V'V'V'V'V'V'V'V'V'V'V'V'V'v V'V'V'~ ~V'V'V'V'v V'V'V'~ ~V'V'V'V'v
'-1 .." ".., """'v c'-'bd, """""""""V"""""""""""""""""""""""""""'v ,~,~,~,~,~.~.~O~.~.~O~O~.~O.
C
CM
"""V'"""V'"",,"""V""""""""""""""""""'v
~~~ """V', """'v C . -- G:, d :~::: """V', """'v .." ".., b$.sm. """'v
dt
penyelesaian persamaan di atas adalah,
~~~~ \J ~~~~~~ V'V'V'~ ~V"""""""""'v """V', - . - - - - . . . """"'v I
59
J d,Cbd
r-.
0
=+
t
mllqmu fdt
V
0
I~d
.
Cbd(t) = Cbd (0) + Cmu.qmut V
(5)
Gambar 2, Model Aliran Pada Kolam Penampung
TAT A KERJA
Keterangan : Qbd. Qmw Qva
Cbd Cmu V
: laju blow-down, make-up, penguapan : konsentrasi blow-down, make-up : volume kolam.
Dari diagram aliran masuk clan keluar maupun konsentrasi mineral terlarut sebagaimana ditunjukkan pacta Gambar 2 maka dapat dituliskan persamaan neraca aliran air clan neraca komponen mineral terlarut sebagai berikut : Persamaan neraca massa aliran total [3]:
dV q 11111 --qm dt
(1)
-qbd
dengan menetapkan bahwa volume air pacta basin menara pendingin tidak berubah (dijaga tetap) maka laju aliran air total bukan merupakan fungsi waktu, sehingga :
q mil = qbd + q m
(2)
kemudian massa mineral terlarut dapat dituliskan pula sebagai berikut (di mana konsentrasi yang terlarut pacta lajll penguapan C,,= 0), jadi Cbdoqb"
=
-
qb" -
q/ll/l,CIIIII-O
C/II/I
( C"" -
C/II/I J
(3)
.q""
Neraca massa komponen terlarut dapat dituliskan : d,C"dV -dt
-
C./11/1'1/11/1 a -C"".q",,-O
Prosiding
Pertemuan
(4)
Besamya laju blow-down daTi sistem kolam menara pendingin ditentukan dengan persamaan (3). Untuk melihat karakteristik konsentrasi mineral terlarut diwakili oleh persamaan (5) sebagai fungsi waktu. Berbagai kondisi operasi menara pendingin, disimulasikan untuk mengetahui karakteristik konsentrasi mineral terlarut berdasarkan kualitas air pendingin pacta saat awal dioperasikan. Parameter yang terkait pacta penentuan laju blow-down diantaranya laju penguapan clan kualitas air makeup yang mana digunakan sebagai besaran yang konstan. Data masukan yang dipakai dalam perhitungan, dikutip daTi spesifikasi yang terdapat pacta SAR RSG-GAS[2] clan beberapa data basil pengamatan terhadap kimia air pendingin sekunder [4].
HASIL DAN PEMBAHASAN Kandungan Silika, Garam Kalsium clan Magnesium Karbonat merupakan potensi yang menjadi penyebab timbulnya kerak clan endapan [5]. Di sini, Garam Kalsium (CaCO3) memegang peranan yang dominan. Gambar 3 menunjukkan hllbungan antara hardness konsentrasi CaCO3 terhadap konduktivitas listrik air pendingin sekunder RSG-GAS, kurva ini digambar daTi data yang diambil daTi pengukuran kimia air pendingin sekunder selama 6 tahun [4]. Dari kurva tampak bahwa konduktivitas listrik pacta angka 950 ms/m, konsentrasi CaCO3 sekitar 230 prill. Angka inilah yang dipakai sebagai batasan bahwa kualitas air pendingin sekunder seyogyanya berada kurang daTi angka terse but. Sebagaimana diketahui bahwa kenaikan kandungan terlarut di dalam air dapat dicerminkan oleh kenaikan konduktivitas listriknya.
dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juri 2003
dan Teknologi Nuklir
-
ISSN 0216 3128
60
Sukmanto Dibyo, dkk. o:I!o
Tabel 1 menunjukkan besaran laju blowdown yang hams dilakukan terhadap air sistem pendingin sekunder untuk berbagai daya reaktor. Oleh karena itu, persarnaan (3) dengan menggunakan asurnsi pendekatan bahwa laju penguapan pada sistem menara pendingin adalah proporsional terhadap daya reaktor.
]I;Q'
I ~ ~ ~~~~,~~wa~~~r 2CO ~ 1~ 12CO 1~
~
konduktivitas
listrk (mslm)
Gambar 3. Kurva Konduktivitas Listrik vs. Hardness CaCO3Pendingin Sekunder Untuk melihat hubungan konsentrasi Klorid terhadap angka batas 230 ppm CaCO3 maka ditampilkan dengan Gambar 4. Tampak bahwa barns klorid adalah sekitar 120 ppm yang mana masih berada di bawah angka klorid maksimum yang dianjurkan (177,5 ppm). Kandungan klorid mempakan komponen kimia yang menyebabkan korosi yang juga dijadikan sebagai basis kualitas air. 200
ISO -I...- -
Ea.
--
~::~~~::::
8100 "0 'c 0 2
s~
-I...- --
-- - .D.-
::~::-::~_:~ "7
~""i5
~-~
s~
100
~
ISO
250 t:
~- - - - --
.&200
;
"jij
1
---t-----i 2SO
0+° ~
-
Gambar 5. menampilkan hubungan antara konsentrasi awal Cbd(O)ketika sistem pendingin dioperasikan (start-up) terhadap waktu yang diperlukanuntuk mencapai konsentrasi rnaksimum. Hubungan tersebut secara jelas juga disajikan pada Tabel 2. Angka-angka ini diperoleh dari penggunaan persarnaan (5). Karakteristik konsentrasi unsur terlamt air pendingin ini memberikan inforrnasi bahwa barns rnaksimum akan tercapai bilarnana Cbd(O) cukup tinggi. Sedangkan pada saat awal dengan konsentrasi 70 ppm illata waktu untuk mencapai batas rnaksimum adalah 60,3 jam (2,5 hari) clan setelah itu blowdown hams segera dilakukan. Oleh karena itu pemeriksaan kualitas air pendingin sangat dianjurkan ketika sistem air pendingin akan dioperasikan. Setelah itu pengaliran blow-down secara kontinyu dapat dilakukan dengan mengacu Tabel 1.
200
~ }oo
Ca CO3 (ppm)
Gambar 4. Kurva konsentrasi CaCO3 vs. Klorid
150 '0; r! E 100 ~ '" c: :2
-------------------------
50 0 0
Besarnya laju blow-down tidak serta merta akan berlangsung secara mantap tatkala kualitas air make-up tidak konsisten dengan syarat air yang sebagaimana tertera pada SAR, Untuk itu, penentuan laju blow-down dalam perhitungan hams didasarkan pada angka pendekatan relata terhadap parameter terkait laju penguapan maupun air makeup. Laju penguapan dapat dipengaruhi oleh suhu clan humiditas udara, Tabel I, Laju Blow-Down untuk Berbagai Daya Reaktor. No \. 2. 3. 4. 5. 6.
Daya Rcaktor (MW)
Laju Pcnguapan (m3/iam)
30 25 20 15 10 5
50,0 41,6 33,3 25,0 16,6 8,3
Prosiding
Pertemuan
Laju BlowDown (m3jiam) 17,64 14,70 11,76 8,82 5,88 2,94
10
20
3D
40
50
60
W3kt1JOam)
Gambar 5. Grafik HlIblingan Antara Konsentrasi Awa! Terhadap Waktu Tabel
2. Hubungan Awal
Waktu
Dengan
Konsentrasi
No
CbdO (oom)
t Gam)
Keterangan
1
70
60,3
Siklus =1
2 3 4 5 6 7 8
80 100 120 140 160 180 200
56,5 49,0 41,5 34,0 26,5 18,8 11,4
9
220
3,8
dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003
CbdOmendekati batas maksimum
dan Teknologi
Nuklir
ISSN 0216- 3128
Sukmanto Dibyo, dkk.
61
Sebagai pembahasan tambahan, dari data SAR RSG-GAS dapat diketahui bahwa siklus pendingin sekunder berbasis Kalsium Karbonat adalah 4,6. Angka siklus ini cukup tinggi dibanding angka siklus air pendingin dalam industri yang pacta umumnya sebesar 3 [5].(siklus adalah perbandingan konsentrasi terlamt yang hams dipertahankan terhadap konsentrasi make-up). Hal di atas menunjukkan bahwa blow-down pendingin sekunder RSG-GAS lebih kecil dibandingkan dengan blow-down pacta sistem pendingin pada umumnya. PerIn disampaikan di sini bahwa laju blow-down yang berlebihan akan berdampak pacta pemberian scale inhibitor (penolak kerak) clan biocide (anti mikro-organisme) yang berlebihan pula. lnilah yang menjadi pokok perhatian bahwa laju blow-down hams seoptimal mungkin sementara kejenuhan garam tidak boleh tercapai.
2. BATAN, "Reactor Coolant System And Connected System", Safety Analysis Report, Chapter 5, Rev.8, 2000.
KESIMPULAN
TANYAJAWAB
Laju blow-down telah dapat ditentukan dengan menggunakan pedoman bahwa semua parameter terkait senantiasa konstan. Akan tetapi pada hakekatnya blow-down secara manual dapat diubah menjadi blow-down kontinyu dengan menjaga kualitas air pendingin sekunder berada kurang dari batas yang disyaratkan. Pemeriksaan terhadap kualitas air sang at penting dilakukan sebelum operasi start-up. Besamya blow-down dapat disesuaikan dengan daya reaktor, sehingga diperoleh kondisi yang optimum terhadap konsumsi utilitas air pendingin dan bahan treatment kimia.
3. RUSSELL-DENN, "Non-reacting Liquid System", Chapter 4, Introduction to Chemical. Engineering Analysis, John Wiley & son, inc New York, 1986. 4. DIYAH EL. Dkk, "Perawatan Kimiawi Air Pendingin Sekunder RSG-GAS", TDM Buletin Reaktor Serba Guna, v-4, no.3, september 1995. 5. NN, "Cooling Tower Water Quality", http://members.aol.com/olympicEn2 .Coolin2, Olympic Engineered Sales, Inc, Avenue NE, 2001.
Sumiyanto ~ Apa keuntungan blow down. Sukmanto Dibyo
. .
Mengurangi konsentrasi garam sistem pendingin sekunder. Menghindari kejenuhan kerak.
terlarut pada
M. Husna AIHasa ~
Kenapa hams dilakukan blow down clanberapa lama prosesnya..
PUST AKA 1. NN, "Cooling Tower: Design and Operation Considerations", copyright 2002,
www.eb eresou rces.com, cheresources.Inc.Richmond,VA23236.
Prosiding
Pertemuan
Sukmanto
..
Dibyo
Blow down untuk menghindari kerak
Blow down dilakukan pada
saar reaktor
beroperasi saja.
dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003
dan Teknologi Nuklir
