Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2012
ISSN 0852-2979
PENGOPERASIAN BOILER SEBAGAI PENYEDIA ENERGI PENGUAPAN PADA PENGOLAHAN LIMBAH RADIOAKTIF CAIR DALAM EVAPORATOR TAHUN 2012 Heri Witono, Ahmad Nurjana Pusat Teknologi Limbah Radioaktif – BATAN ABSTRAK PENGOPERASIAN BOILER SEBAGAI PENYEDIA ENERGI PENGUAPAN PADA PENGOLAHAN LIMBAH RADIOAKTIF CAIR DALAM EVAPORATOR. Telah dilakukan pengoperasian boiler untuk menunjang proses evaporasi limbah radioaktif cair di Instalasi Pengolahan Limbah Radioaktif ( IPLR ). Uap jenuh ( saturated steam ) dari boiler digunakan sebagai pemanas pada proses evaporasi limbah radioaktif cair. Untuk menghasilkan uap panas lanjut (superheated steam) digunakan ketel uap yang dioperasikan pada tekanan 8,3 Kg/cm2 dan suhu 160 o.C. Boiler dioperasikan dengan cara menghidupkan pompa bahan bakar, burner dan blower udara. Pada operasi boiler, uap panas yang dihasilkan 8.950.000 BTU/jam dengan kapasitas 2348 kg/jam dan digunakan evaporator untuk mengkonsentrasikan limbah radioaktif cair dari volume 50 m3 menjadi 1 m3 selama 72 jam operasi. Pada kondisi uap dengan spesifikasi di atas masih mampu digunakan untuk proses evaporasi limbah radioaktif cair. Kata Kunci : Pengoperasian boiler, Uap, Evaporasi limbah cair
ABSTRACT OPERATION OF BOILER AS PROVIDER OF EVAPORATION ENERGY FOR LIQUID RADIOACTIVE WASTE TREATMENT IN EVAPORATOR. Boiler operation as steam generator has been performed to support the treatment of liquid radioactive waste using evaporator at the Radioactive Waste Management Instalation ( RWI ). Saturated steam from the boiler is used as heating medium in evaporation of liquid waste. To produce saturated steam, the boiler was operated at pressure of 8.3 kg/ cm2 and temperature of 160 0.C. Boiler was operated by turning on fuel pump, burner, and blower. The boiler,produces 8,950,000 BTU/h steam at capacities of 2348 kg/h and it can be used by evaporator concentrate 50 m3 radioactive waste to be 1 m3 during 72 hours operation. The condition of steam with that specification can be used for the evaporation process of liquid radioactive waste. Keywords : boiler, steam, liquid waste, evaporation
PENDAHULUAN Pada Instalasi Pengolahan Limbah Radioaktif, Boiler digunakan sebagai alat pembangkit uap, selanjutnya energi uap dipergunakan untuk memanaskan 50 m3 limbah radioaktif cair menjadi 1m3 konsentrat. Energi panas boiler diserap oleh kisi kisi evaporator untuk menguapkan limbah. Kondensat uap dikembalikan ke system boiler sebagai air umpan boiler agar kerja boiler menjadi lebih effisien. Dengan perawatan dan pemanasan yang rutin maka kondisi boiler saat ini masih layak dan aman untuk dioperasikan, sebagai dasar keamanan operasi maka secara berkala boiler diperiksa dan diberi sertifikat layak opersai oleh Disnaker. DASAR TEORI Boiler yang digunakan di Instalasi Pengolahan Limbah Radioaktif ( IPLR ) adalah jenis pipa api sistem 4 aliran. Api ditimbulkan dari pembakaran semprotan 749
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2012
ISSN 0852-2979
bahan bakar ( solar ) oleh burner ke ruang bakar, kemudian mengalir pada lorong pipa api utama, ke pipa-pipa api fase kedua dan ketiga selanjutnya menuju ke cerobong. Proses perpindahan panas terjadi sepanjang pipa api ke air secara radiasi, konduksi dan konveksi. Proses pembentukan uap terjadi akibat adanya perpindahan panas dari api secara radiasi ke dinding pipa, kemudian diteruskan secara konduksi pada pipa menuju dinding yang bersentuhan dengan air, selanjutnya dari diding pipa ke air yang paling dekat dengan pipa api. Akibatnya air yang paling dekat dengan pipa mengalami perubahan panas sehingga berat jenisnya akan turun akibatnya naik ke permukaan dan digantikan oleh air yang suhunya lebih dingin. Proses seterusnya terjadi secara berulang-ulang sehingga terjadi pembentukan uap. Effisiensi Boiler : η=
ୟ୬ୟୱ ୷ୟ୬ ୢ୧ୠ୳୲୳୦୩ୟ୬ ୳୬୲୳୩ ୫ୣ୫୮୰୭ୢ୳୩ୱ୧ ୳ୟ୮ ௨ ௫
x 100 % ………………[ 3 ]
Efisiensi Boiler sangat tergantung pada: 1. Kondisi pipa, terbentuk kerak dan jelaga akan membuat panas yang dibutuhkan menjadi lebih banyak karena pipa menjadi lebih tebal dengan koefisien perpindahan panas berbeda antara jelaga, pipa karbon steel dan kerak. 2. Kwalitas bahan bakar yang digunakan hubungan antara index diesel dan angka cethane sangat mempengaruhi kalor yang dihasilkan disamping juga kesempunaan perbandingan antara udara dan bahan bakar. TATA KERJA Bahan : 1. Solar 2. Air umpan yang telah dilunakkan 3. Garam untuk regenerasi water softener. Metode. Sebelum dilakukan pengoperasian sistem boiler perlu dilakukan langkahlangkah sebagai berikut: 1. Start up - Pemeriksaan konfigurasi sistem pemipaan uap termasuk kedudukan katubkatub. - Pemeriksaan peralatan utama 1. Gelas penduga, 2. Katub pelepas tekanan 3. Bel atau sirine tanda bahaya
- Pemeriksaan peralatan bantu. 1. Water softener, pH air harus 7 – 9 2. Pompa bahan bakar 3. Pompa air umpan 750
Hasil Penelitian ian dan Kegiatan PTLR Tahun 2012 20
4. 5. 6. 7.
ISSN 0852-2979
Surge Tank Lifting Condensate Pump Pompa penambahan bahan kimia Deaerator Tank
2. Menghidupkan Boiler Boiler diisi air sampai pada level yang telah ditentukan dengan memutar switch power pada posisi on Boiler dihidupkan atau dioperasikan dengan memutar switch s on pada panel boiler Setelah 10 menit operasi switch burner ditekan pada posisi main flame. Setelah tekanan telah mencapai 8,3 kg/cm2 katub utama uap dibuka untuk distribusi uap ke evaporator. 3. Mematikan Boiler
Switch boiler diputar pada posisi off Seluruh uap yang tersisa dikeluarkan dari dalam boiler Semua switch boiler dan pompa-pompa pompa diputar pada posisi off.
Diagram alir proses operasi sistem uap di IPLR ditunjukkan Gambar 1
Keterangan : 1. 2. 3.
Air baku dilunakkan dengan menggunakan resin kation di dalam Water Softener untuk menghilangkan mineral mineral dalam air. Dalam Surge Tank air lunak dicampur dengan kondensat balik agar temperatur air isian menjadi lebih tinggi. Kemudian air dimasukkan kedalam Deaerator Tank agar bebas dari kandungan oksigen yang berlebihan selanjutnya dipompa masuk boiler.
751
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2012
4.
ISSN 0852-2979
Bahan bakar dipompa dengan tekanan 17,5 bar menuju burner dan ruang bakar.
HASIL DAN PEMBAHASAN Untuk produksi uap ( m ) dengan kapasitas 2348Kg/jam………[ 1 ] maka panas yang dibutuhkan untuk memproduksi uap : Q = m ( huap – hair umpan)……………………….[ 4 ] Dimana : h = energy yang dibutuhkan pada suhu yang kita inginkan. Dari rumus diatas maka, temperature air masuk Boiler sangat mempengaruhi panas yang dibutuhkan untuk memproduksi uap, sehingga makin tinggi suhu air isian Boiler maka bahan bakar juga akan semakin hemat. Kegiatan pengopersian yang telah dilakukan dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Kegiatan operasi boiler yang telah dilaksanakan tahun 2012 Kegiatan 1 2 3 4 5 6
1
2
3
4
5
Bulan 6 7
8
9
10 11 12
Persiapan operasi Operasional alat Perawatan Pemanasan alat Evaluasi Pembuatan laporan
Pada tabel 1 diatas dapat dilihat : • Persiapan operasi hanya dilakukan pada awal tahun untuk menjamin dalam satu tahun operasi tidak menemui kendala. • Operasional alat dilakukan tiap bulan, sesuai dengan permintaan bidang pengolahan limbah. • Perawatan alat dilakukan tiap empat bulan sekali agar kondisi alat tetap terjaga. • Pemanasan dilakukan agar kondisi alat tetap baik dan siap dioperasikan setiap saat. • Evaluasi dan pembuatan laporan dilakukan tiap triwulan sekali sesuai jadwal. Hubungan antara tekanan dan temperatur uap dalam boiler ditunjukkan Tabel 3 dan Gambar 2 sedangkan konsumsi bahan bakar operasi boiler ditunjukkan Tabel 2 dan Gambar 3.
752
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2012
ISSN 0852-2979
Tabel. 2 Hubungan antara konsumsi bahan bakar dengan lama operasi boiler No.
Operasi boiler ( jam )
Konsumsi bahan bakar
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 160 260 360 460 560 660 760 860
Tabel. 3 Hubungan antara Tekanan dan Temperatur dalam boiler [ 5 ] No.
Tekanan ( bar )
Temperatur ( oC )
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.
1 1 1 1 1 1 1 1,5 2 3 4 6 8,3
30 40 50 60 70 90 100 110 120 130 140 150 160
Tekanan (bar)
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0
20
40
60
80 100 120 140 160
Suhu (derajad celcius)
Gambar 2. Hubungan antara tekanan dan temperature [ 5 ] Uap jenuh ( Saturated Steam ) dapat dicapai dengan menaikkan tekanan uap harus dinaikkan sampai 8,14 bar dan temperatur uap 1600C. Tekanan uap yang diijinkan pada pipa-pipa api adalah 12 bar, tekanan yang diijinkan ini akan 753
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2012
ISSN 0852-2979
menurun seiring adanya penipisan pipa api akibat pembersihan kerak dan kavitasi air. Jika dengan uap jenuh ( saturated steam ) untuk memperoleh entalpi ( energi ) yang sama, maka pada keadaan ini tekanan operasi menjadi lebih tinggi, sehingga membahayakan. Penggunaan saturated steam lebih banyak menghasilkan air setelah uap keluar dari evaporator. Ketel uap menghasilkan panas 8 950 000 Btu/jam dengan kapasitas uap 2348 kg/jam,Panas tersebut digunakan evaporator untuk mengkonsentrasikan limbah radioaktif cair dari 50m3 menjadi 1m3 dengan konsumsi bahan bakar 7 200 liter…………………………[ 1 ]
konsumsi bahan bakar (liter)
160 140 120 100 80 60 40 20 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
waktu (jam)
Gambar 3. Hubungan konsumsi bahan bakar dan waktu Pada Gambar 3. Terlihat bahwa konsumsi bahan bakar terbanyak pada satu jam pertama Saat operasi boiler pada tekanan 1 bar hingga mencapai tekanan kerja yaitu 8,3 bar dibutuhkan kerja burner pada kondisi operasi penuh ( main flame ), karena air baku masih pada temperatur 30oC. Hal tersebut mengakibatkan pemakaian bahan bakar menjadi relatif boros yaitu 160 liter tiap jam, tapi pada kondisi stady state pemakaian bahan bakar menjadi lebih ekonomis karena air isian boiler sudah dicampur dengan kondensat balik dengan temperatur campuran air isian menjadi 80oC. KESIMPULAN Kegiatan pengoperasian sistim uap sebagai penunjang proses evaporasi limbah radioaktif cair radioaktif di IPLR dapat tercapai pada tekanan 8,3 bar. Dengan operasi dan perawatan yang teratur maka diperoleh unjuk kerja alat yang relatif baik serta pemakaian bahan bakar lebih hemat. DAFTAR PUSTAKA [1]. WAHYATMOKO, Design and Calculation Steam Sytem, Jakarta 26 November 1985 [2]. ARCHITEN, System Note Steam System, Jakarta, 1985. 754
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2012
ISSN 0852-2979
[3]. DJOKOSETYARDJO. M.J, “Ketel Uap“, PT. Pradnya Paramita, cetakan ke 3, 1993 [4]. DJOJODIHARDJO HARDJONO, Dasar-dasar termodinamika Teknik, PT.Gramedia,1985 [5]. WITONO HERI, Lookbook laporan harian operasi Boiler, 2012
755
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2012
756
ISSN 0852-2979
