Boiler & Permasalahannya

Kata kunci : Boiler, Korosi, Kerak, Kesadahan, pH, TDS, Demineralization, Feed water

Teknik pengolahan air boiler adalah :

1. Koagulasi & Flokulasi (penggumpalan)
2. Sedimentasi (pengendapan)
3. Filtrasi (penyaringan)
4. Demineralisasi (penghilangan ion mineral)
5. Softening (pelunakan)
6. Deaerasi (penghilangan gas terlarut
7. Organik treatment sebagai penghilang gas CO₂ seperti Tannin, pemanasan pendahuluan secara terbuka di BFW
8. Anorganik treatment sebagai pencegah kerak seperti Na₃PO₄, NaOH 

2 Na₃PO₄ + 3 CaCO₃ --- > 3 Na₂CO₃ + Ca₃(PO₄)₂ (lumpur)

2 NaOH + MgCO₃ --- > Na₂CO₃ + Mg(OH)₂ (lumpur)

Penggunaan NaOH baik untuk mengurangi Mg²⁺ karena dapat membentuk Mg(OH)₂ berbentuk lumpur namun kurang baik pada boiler tekanan tinggi, karena jika terakumulasi di satu titik bisa menyebabkan “caustic embrittlement (keretakan logam)” 

BACA JUGA : Analisa Sistem Koagulasi-Flokulasi-Sedimentasi di PLTU dengan Jar Test

• Sebagai penyerap gas O₂ seperti NaHSO₃ (sodium bisulfit), N₂H₄ (hydrazine)

2 NaHSO₃ --- > Na₂SO₃ +  H₂O + SO₂

Na₂SO₃ + ½ O₂ --- > Na₂SO₄ (kristal)

N₂H₄ + O₂ --- > H₂O + N₂

Hubungan pH dengan Kandungan Oksigen terhadap Derajat Korosi

Penggunaan Na₂SO₃ baik digunakan pada ketel bertekanan 65 kg_f / cm² karena jika tidak dioperasikan pada kondisi tersebut bisa menghasilkan gas SO₂ yang bisa mengkorosi logam

• Sebagai pencegah karat seperti Amine / Ammonia (air kondensat)
• Na₂CO₃, penggunaan Na₂CO₃ kurang efektif karena menghasilkan gas CO₂ 

Na₂CO₃ + CaSO₄ --- > Na₂SO₄ + CaCO₃ 

Na₂CO₃ + MgSO₄ --- > Na₂SO₄ + MgCO₃

CaCO₃ dan MgCO₃ berbentuk lumpur dan bisa dihilangkan dengan blowdown

• Na₂Al₂O₄ (sodium aluminat)

Na₂Al₂O₄ + MgCO₃ --- > Na₂CO₃ + MgAl₂O₄ (floc dan mengendap)

Penyebab kerak / korosi pada boiler adalah

• Kesadahan air

* Kesadahan Sementara disebabkan garam bikarbonat seperti Ca(HCO₃)₂ dan Mg(HCO₃)₂ bisa dihilangkan dengan pemanasan

Ca(HCO₃)₂ + panas --- > CaCO₃ (mengendap) + CO₂ + H₂O

Mg(HCO₃)₂ + panas --- > MgCO₃ (mengendap) + CO₂ + H₂O

* Kesadahan Tetap disebabkan garam Ca²⁺ (CaSO₄, CaCl₂) dan Mg²⁺ (MgSO₄, MgCl₂) bisa dihilangkan dengan chemical treatment

• Senyawa silikat (SiO₂), asam bebas dan karbonat (CO₃^2-)

Adanya bikarbonat dalam air boiler karena pemanasan dan tekanan maka terlepasalah gas CO₂ yang akan bereaksi dengan air menjadi asam karbonat sesuai reaksi 

CO₂ + H₂O --- > H₂CO₃

H₂CO₃ pelan - pelan bereaksi dengan logam dan besi membentuk garam bikarbonat, sesuai reaksi :

2 H₂CO₃ + Fe --- > Fe(HCO₃)₂ + H₂

Fe(HCO₃)₂ + H₂O --- > Fe(OH)₂ (oksida besi penyebab karat) + H₂O + 2 CO₂

• Adanya O₂, CO₂ dan H₂S

Gas O₂ akan mengoksidasi ferro - oksida (Fe(OH)₂) menjadi ferri - hidroksida (Fe(OH)₃) yang mempunyai sifat mudah larut dalam air, sesuai reaksi

Fe(OH)₂ + O₂ --- > Fe(OH)₃ (karat) + H₂O

• Adanya bakteri anaerob yang mampu mendegradasi H₂S menjadi Sulfur (S) kemudian menjadi H₂SO₄
• Gas CO₂ bisa menyebabkan pH air kondensat turun sehingga bisa menyebabkan korosi
• pH air terlalu rendah,

Hubungan pH vs Derajat Korosi

BACA JUGA : Analisa Kerak Tube & Condenser

Pada saat pH rendah, ion H⁺ akan melapisi permukaan logam sehingga menimbulkan gas yang meninggalkan permukaan logam sehingga menyebabkan korosi

• Perbedaan logam (korosi galvanis)

Logam campuran yang teroksidasi menurut prinsip Deret Volta

• Kebanyakan akumulasi soda caustic (NaOH)

Karena terkonsentrasi di satu titik, maka caustic menyerang metal dan terjadi keretakan “caustic embrittlement”

• Total Dissolved Solid (TDS) tinggi
• Adanya foaming (busa) yang mempercepat timbulnya kerak

Foaming disebabkan karena kenaikan dissolved, suspended solid dan kontaminasi minyak serta pH air terlalu tinggi

Akibat yang disebabkan jika boiler berkerak / korosi adalah

1. Efisiensi boiler menurun karena konduktifitas thermal pada pipa berkurang
2. Berkurangnya panas yang dipindahkan dari dapur ke air sehingga temperature dapur meningkat
3. Konsumsi bahan bakar panas boros
4. Kerak bisa pecah karena akumulasi tekanan sehingga menimbulkan kebocoran boiler

Cara pencegahan agar tidak ada kerak / korosi pada boiler adalah

1. Pengaturan pH air boiler (dengan Na₂CO₃, NaOH, Na₃PO₄) tidak boleh terlalu rendah (korosi) dan terlalu tinggi (buih) dan pembentukan lapisan film (dengan Tannin, turunan lignin, turunan glukosa, kanji dan NaNO₃)
2. Menghilangakan gas yang bersifat korosif seperti O₂ dan CO₂
3. Melakukan blowdown secara teratur
4. Mencegah korosi galvanis

 

Referensi : Dioalah dari berbagai sumber 

ARTIKEL TERKAIT :

1. Macam - Macam Boiler 

2. Macam - Macam Reaktor (Reactor) 

3. Design Cathodic Protection di Condensor

Deaerator

Deaerator adalah alat untuk meminimalisir kandungan O₂ terlarut dan gas - gas terlarut di fluida (air). Di industri yang membutuhkan steam pasti menggunakan Boiler untuk pembangkitnya dan kandungan O₂ terlarut sangat dihindari karena bisa menyebabkan perkaratan pada besi. Sesuai reaksi :

Fe(OH)₂ + O₂ --- > Fe(OH)₃ (karat) + H₂O

Cara untuk menghilangkan bisa dengan Chemical & Mechanical. Secara Chemical, di fluida dinjeksikan reduktor kuat / Oxygen Scavenger seperti Sodium Sulphite (Na₂SO₃) dan Hydrazine (N₂H₄) atau carbohydrazide. Sodium sulphite sangat jarang digunakan karena efeknya yang sangat korosif bila tidak ada agen pengikat/penetral sedangkan hydrazine adalah agen karsinogenik bila terpapar berlebih kepada manusia.

Na₂SO₃ + ½ O₂ --- > Na₂SO₄ (kristal)

N₂H₄ + O₂ --- > H₂O + N₂

Namun secara Mechanical memakai alat seperti dibawah ini :

BACA JUGA : Chemical Injection PLTU & PLTGU
 

Skematik Mechanical Deaerator

Deaerator di PLTU GR

Prinsip kerjanya adalah air disemprotkan / dikabutkan dari atas (Condensate) dengan tujuan memperluas bidang kontak kemudian melewati Perforated Tray (Tray Section) dengan tujuan memperlama kontak antara kabut dan panas, kemudian dari bawah dihembuskan steam (Aeration Steam) dan terjadi kontak antara kedua aliran (terjadi pertukaran panas) sehingga kelarutan gas dalam air akan turun dan terpisah dengan air (gas dibuang melewati Air Vent dan Air ditampung di Feed Tank / Storage Tank). Kelarutan gas O₂ akan turun seiring bertambahnya temperatur operasi sehingga sifat inilah yang dipakai dalam Sistem Dearation.
Kebanyakan pembangkit menggunakan kedua sistem untuk mengurangi kandungan gas oksigen terlarut dengan penempatan injeksi kimia sebelum dan sesudah deaerator dan sesudah deaerator terdapat oksigen analyzer online untuk mengetahui besarnya kandungan oksigen terlarut sehingga bisa digunakan untuk mengukur dosis yang akan digunakan.

Referensi : Diolah dari berbagai sumber 

ARTIKEL TERKAIT :
1. Steam & Condensate System PLTU 200 MW 
2. Feed Water System PLTU 
3. Cooling Tower