Trending Topik

Analisa Oli Pelumas (Tribology) dan Referensi Report (2 of 2)

Diposting oleh On Wednesday, June 13, 2018

Dari alarm standar peralatan oil analysis type spectrofotometer didapatkan data sebagai berikut:

  • Alarm untuk Bearing  
  •  Alarm untuk Compressor
  •  Alarm untuk Engine

BACA JUGA: Analisa Oli Pelumas (Tribology) dan Referensi Report ( 1 of 2)
  • Alarm untuk Fan
  •  Alarm untuk Gear
  • Alarm untuk Generator
  •  Alarm untuk Hydraulic
  •  Alarm untuk Motor
  •  Alarm untuk Pump
  •  Alarm untuk Turbine

Dari Handbook "The Oil Analysis Handbook by Michael Holloway" didapatkan data sebagai berikut:

Tabel diatas bisa menjadi acuan di report oil analysis dalam pembatasan kondisi "Alert (peringatan) dan Alarm (bahaya)"
Interpretasi dari oil analysis menurut handbook "Technical Training Guide Turbine Oil Condition Monitoring by Exxon Mobil Corp" sebagai berikut:
Sesuai data diatas "Interpretasi Oil Analysis":

1. Viskositas Rendah 
  • Oli penambah yang digunakan tidak sesuai spesifikasi existing (kemungkinan viskositas rendah) ---> terjadi peningkatan temperatur bearing
  • Terlalu besar gesekan mekanik di peralatan
  • Terkontaminasi solvent tertentu yang membuat viskositas oil ter-degradasi
  • Temperatur berlebih di peralatan sehingga mempengaruhi oli
  • Packing sampel dari lapangan ke laboratorium jelek
  • Bahan bakar ikut terlarut ke oli karena kebocoran sealing ---> temperatur minyak naik
  • Terkontaminasi air (karena air memiliki viskositas rendah maka jika bercampur viskositas oli akan turun) ---> terjadi emulsi dan berbusa
  • Oli ter-hidrolisis
2. Viskositas Tinggi
  • Oli penambah yang digunakan ber-viskositas lebih tinggi dari existing
  • Oksidasi yang berlebih (tidak terlarut)
  • Interval drain oli terlalu panjang
  • Pengaruh kontaminan yang menyebabkan jelaga/endapan lumpur di oil tank
  • Packing sampel dari lapangan ke laboratorium jelek
  • Polimerisasi
  • Pembentukan rantai carbon
  • Penguapan oli
  • Pembakaran mesin yang tidak sempurna
  • Kebocoran gasket/sealing 
  • Kontaminasi udara luar ---> temperatur naik dan kavitasi
3. TAN Tinggi
  • Tingginya oksidasi
  • Oli tidak sesuai spesifikasi peralatan
  • Kontaminasi udara luar
  • Pengaruh cara pengetesan yang berbeda (alat, metode dan orang)
  • Overheating sehingga oli ter-degradasi
  • Kandungan sulphur di oli tinggi atau tercemar sulphur dari bahan bakar
4. TBN Rendah
  • Kegagalan dispersant ---> timbulnya deposit
5. Kontaminasi Air 
  • Kondensasi dari udara luar yang terperangkap di oil tank menyebabkan oksidasi
  • Kebocoran oil cooler (heat exchanger)
  • Kebocoran steam 
  • Exhaust blower/vapor extractor untuk membuang uap air di oil tank tidak berfungsi 
  • Packing sampel dari lapangan ke laboratorium jelek
  • Temperatur operasi turun yang menyebabkan air terlarut dan berubah menjadi free water 
  • Oil conditioner tidak bekerja normal
6. Tercemar Logam
  • Packing sampel dari lapangan ke laboratorium jelek
  • Oli tidak sesuai spesifikasi peralatan
  • Sealing bocor
  • Komponen campuran logam reaktif terhadap oli 
  • Kontaminan dari luar
  • Gesekan antar part tinggi
7. Jumlah Partikel di Oli Tinggi
  • Sampel yang tidak akurat
  • Filtrasi di peralatan tidak berfungsi dengan baik
  • Tanki kotor 
  • Prosedur penambahan oli yang salah
  • Kebocoran seal
BACA JUGA: Analisa Sistem Koagulasi-Flokulasi-Sedimentasi di PLTU dengan Jar Test

Tata cara penempatan sampling yang benar dikutip dari "Clean Oil Guide Svendborg: Denmark" bahwa secara umum kasusnya ada 3 seperti gambar berikut :
Jika bentuk pipa adalah lingkaran maka penempatan drain sampling harus dari atas untuk bisa mewakili dari oli secara keseluruhan karena posisi dari atas adalah tempat efektif disebabkan oleh peristiwa turbulensi oli (oli akan tercampur homogen).
Jika drain adalah disamping oil tank maka tinggi dari titik sampling minimal 10 cm (4 inch) dari dasar tank. Ini bertujuan untuk menghindari drain sedimen atau air yang berat jenisnya besar yang tidak tersirkulasi di sistem.
Jika sampling drain oli seperti gambar diatas maka patut dipertanyakan mengenai ketinggian pipa tersebut di tangki karena jika terlalu pendek maka sampel yang terambil sebagaian besar adalah sedimen atau air (karena berat jenis lebih besar).

Syarat Oli bisa diambil untuk analisa adalah:
  • Unit sedang dioperasikan (sehingga ada sirkulasi, ada panas dan reaksi kimia-fisika di dalam sistem)
  • Jika unit tidak dioperasikan maka sampling oli tidak bisa mewakili untuk analisa
  • Unit yang tidak beroperasi jika ingin dianalisa olinya harus disirkulasikan terlebih dahulu selama minimal 30 menit (referensi: Clean Oil Guide Svendborg: Denmark)
  • Sampel yang diambil harus dalah keadaan hangat atau panas
Ada 2 cara pengambilan sampel oli yang benar yaitu:
1. Jika Drain Sampling Oli Tersedia, langkah-langkahnya adalah:
  • Bersihkan mulut pipa dari debu/kerak pengotor yang memungkinkan bisa masuk ke wadah sampel
  • Jika line sampling berupa pipa, tentunya ada titik mati (tempat dimana oli tersisa karena terperangkap di sistem dan tidak ikut sirkulasi di tank) maka flushing dulu kira-kira 1L untuk membuang endapan & oli di titik mati.
  • Wadah sampel oli yang dibenarkan adalah yang berwarna bening jika dilihat dari luar (oli tembus pandang dari luar) seperti gambar diatas. Ini untuk memudahkan identifikasi oli secara fisik karena Keakuratan Hasil Analisa didorong oleh: (i) pengambilan sampel yang benar; (ii) identifikasi sifat fisik sebelum analisa; (iii) pengoperasian alat tribology analyzer dan analisa yang sesuai standarnya.
  • Bersihkan wadah sampling dengan sedikit oli yang akan diambil (taruh dalam wadah, kocok dan buang)
  • Drain langsung seketika tutup botol terbuka (untuk menghindari kontaminan dari luar (debu, udara, kerak, kelembaban), jangan pernah membersihkan mulut botol saat drain
  • Isi oli adalah 75-80 % dari wadah kemudian langsung tutup rapat dan baru mulut botol boleh dibersihkan

  • Jangan lupa memberi label pada oli (tanggal pengambilan, jenis oli dan nama peralatan yang diambil olinya) karena efektif oil analysis adalah 1 x 24 jam dan maksimal 3 x 24 jam
2. Jika Sampling Oli menggunakan Vacuum Pump, langkah-langkahnya adalah:
  • Pasang selang baru untuk pengambilan jenis oli baru. Efektifnya untuk 1 jenis oli maka selang harus baru (sesuai rekomendasi di Clean Oil Guide Svendborg: Denmark)
  • Untuk banyak kasus, sulit dalam pengadaan selang dan sangat terbatas apalagi di luar Jawa maka selang bisa tetap dipakai namun selang harus dicuci dengan oli yang akan dianalisa sebanyak 5x dengan per pencucian harus dihembuskan udara tekanan yang kuat misalnya compressor atau pompa manual)

  • Memasang wadah ke vacuum pump dan mengisi oli 75-80 % dari keseluruhan wadah kemudian menutupnya dan jangan lupa memberi label seperti instruksi yang sudah dijelaskan diatas.

Feriyanto (2021) pada kajiannya "pembuatan line sampling oil lubricating turbine" didapatkan informasi yaitu tentang analisa oil tribology, standar, pengaruh kenaikan & penurunan parameter serta letak sampling yang standar. Terdapat beberapa letak sampling dan tujuannya seperti gambar berikut:

Penjelasannya sebagai berikut:
  • Badan Tank (Tapping-1)
Letak sampling ini berada diatas atau di tengah tank dan bukan di bottom. Standar sampling oil turbine adalah tapping ini, seperti di literatur Feriyanto (2018) berikut:
Berdasarkan standard ASTM D4057-06 digambarkan sebagai berikut:

Letak sampling oil ini mengikuti kriteria berikut:

  1. Jika tapping dari atas oil tank maka penempatan inlet adalah 20-30cm di bawah permukaan atas oil (Feriyanto, 2018)
  2. Jika tapping dari tengah MOT maka penempatan inlet adalah 15cm dari bawah/bottom oil tank atau 1/3 bawah volume oil (ASTM D4057-06)

Karakteristik letak sampling oil di badan oil tank adalah: (i) Mengetahui kualitas oil overall baik yang sudah sirkulasi dari bearing turbine maupun yang siap digunakan untuk lubricating bearing; (ii) Mampu mendeteksi failure yang ada di bearing turbine; (iii) Parameter yang akurat terdeteksi adalah wear (densitas ringan), kontaminan (lumpur tipe varnish), water content (emulsified & dissolved); (iv) mampu merekomendasikan purifikasi yang optimal.

  • Bottom Tank MOT/Line Drain MOT/Tepat di Oil Cooler (Tapping-2)

Letak sampling ini mengambil oil tepat berada di bottom tank dan umumnya di semua PLTU ada akses samplingnya. Karakteristik letak sampling oil di bottom tank adalah: (i) Tujuan untuk akses drain sedimen atau water content (karena secara gravitasi senyawa densitas berat akan berada di bawah); (ii) Kurang bisa merepresentasikan kualitas oil overall karena cenderung kualitas jelek terus yang terbaca; (iii) Parameter yang akurat terdeteksi adalah wear (densitas berat), kontaminan (lumpur berat jelaga) dan water content (free); (iv) Belum bisa digunakan untuk menganalisis failure di bearing turbine.

  • After Strainer/Filter Tank (Tapping-3)

Letak sampling ini berada sesudah penyaringan pengotor oil (strainer) yang siap dipompa menuju ke bearing turbine. Karakteristik letak sampling oil di after strainer/filter tank adalah: (i) Representasi dari kualitas oil yang siap digunakan sebagai lubricating; (ii) Umumnya kualitas oil disini adalah stagnant bagus karena letak sampling oil terbersih; (iii) Tidak bisa digunakan untuk menganalisis failure di bearing turbine dan juga tidak bisa digunakan untuk mengevaluasi kinerja purifier.

  • After Bearing Turbine/Return Oil (Tapping-4)

Letak sampling ini berada di siklus terakhir oil tank sesudah melumasi bearing turbine sehingga masih sangat panas. Karakteristik letak sampling oil di after bearing turbine/return oil adalah: (i) Letak paling ideal menganalisis failure di bearing turbine; (ii) Belum bisa digunakan untuk menganalisis oil overall; (iii) Parameter yang akurat terdeteksi adalah wear, kontaminan dan chemistry; (iii) Belum bisa digunakan untuk memberikan rekomendasi purifikasi karena hanya sebatas kualitas oil return yang terbaca.

  • Tepat di Alat Purifier Oil

Letak sampling ini umumnya di outlet purifier yang sudah siap dikembalikan lagi oilnya ke oil tank. Karakteristik letak sampling oil di outlet purifier adalah: (i) Menganalisis keoptimalan kinerja purifier:

REKOMENDASI PEMBUATAN LINE SAMPLING OIL MOT BARU

Pembuatan line sampling oil MOT baru direkomendasikan di badan oil tank dengan referensi ASTM D4057-06 “Standard Practice for Manual Sampling of Petroleum and Petroleum Product”. Penempatan standarnya sebagai berikut:

  • Letak tapping adalah 15 cm dari bottom oil tank. Ini diharapkan water content (dissolved, free & emulsified) dan contaminant (sludge & varnish) bisa terbaca semua
  • Thief/grab pipe adalah horizontal terhadap oil, sesuai kutipan berikut:

Ini diharapkan agar tidak terjadi aliran balik ketika ada flow oil return bearing atau flow dari drain bottom oil tank ketika sirkulasi. Diameter pipa yang disarankan adalah 1.5 inch = 4 cm, sesuai kutipan berikut:

Pipa ujung (inlet dari oil tank) diukur dari pinggir tank adalah 50cm. Ini diharapkan agar didapatkan sampel oil hasil turbulensi sehingga kualitas oil yang diuji bersifat homogen. Berikut desain sederhana dari pembuatan line sampling baru di oil MOT:

Kutip Artikel ini sebagai Referensi (Citation):
Feriyanto, Y.E. (2018). Analisa Analisa Oli Pelumas (Tribology) dan Referensi Report, Best Practice Experience in Power Plant. www.caesarvery.com. Surabaya

Referensi:
[1] The Oil Analysis Handbook by "Michael Holloway"
[2] Clean Oil Guide "Svendborg : Denmark"
[3] How to Read an Oil Analysis Report by Jim Fitch
[4] http://www.engineeringtoolbox.com/iso-vg-grade-d_1206.html 
[5] http://www.machinerylubrication.com/Read/213/iso-viscosity-grades
[6] Oil Analysis Handbook for Predictive Equipment Maintenance by "Yuegang Zhao"
[7] Technical Training Guide Turbine Oil Condition Monitoring by "Exxon Mobil Corp" 
[8] http://royalpurpleindustrial.com
[9] http://www.mobilehydraulictips.com/understanding-iso-4406
[10] http://www.parker.com/Literature/Hydraulic

Ingin Konsultasi dengan Tim Expert Website, Silakan Hubungi KLIK

Pasir Laut Sebagai Biomassa Terbarukan yang Banyak Diburu Negara Maju

Diposting oleh On Friday, June 08, 2018

Pasir laut adalah pasir yang ditambang di kawasan laut baik pinggir maupun lepas pantai. Pasir laut berbeda dengan pasir darat, dimana pasir laut mengandung komponen utama calsium (Ca2+) yang berasal dari organisme laut seperti cangkang kerang dan terumbu karang. Selain kandungan utama tersebut juga terdapat magnesium (Mg2+) dan silica (SiO2-) yang berasal dari aliran air sungai yang menuju ke laut.

Gambar 1. Penambangan Pasir Laut, sumber: www.padangtime.com
Pasir laut adalah komponen yang berperan vital di industri pengecoran (casting) dan sesuai pengalaman saya bekerja di industri otomotif di daerah Karawang, pasir laut digunakan untuk mengisi cetakan block machine dan dikenal dengan istilah die casting. Prinsip kerjanya yaitu pasir laut dipadatkan menggunakan cetakan, kemudian adonan cor-coran dituangkan ke cetakan dan setelah memenuhi waktu yang sudah ditetapkan maka cetakan diangkat dan pasir laut terlepas sehingga terbentuk rongga-rongga seperti yang kita ketahui bentuknya di block machine.
Gambar 2. Block Machine Produk Die Casting, sumber: www.enginelabs.com
Kegunaan pasir laut untuk keperluan bangunan juga sudah mulai banyak diteliti salah satunya penelitian oleh Dumyati (2015) tentang “penggunaan pasir laut sebagai agregat halus terhadap kuat tekan beton”. Dalam penelitiannya digunakan tiga perlakuan yaitu tanpa perlakukan, disiram dan dicuci sedangkan untuk pembandinga digunakan variabel kontrol menggunakan pasir darat. Dalam penelitiannya berikut poin-point dalam uji kuat tekan beton yang didapatkan:
  • Pasir darat sebesar 28,68 Mpa
  • Tanpa perlakuan sebesar 16,36 Mpa
  • Disiram sebesar  17,52 Mpa
  • Dicuci sebesar 22,14 Mpa
Berdasarkan hasil penelitian tersebut, bisa diketahui bahwa penggunaan pasir laut sebagai campuran beton yang paling bagus adalah dengan perlakukan pencucian, dimana deviasi uji kuat tekan beton dengan pasir darat sebesar 22,8%. Pencucian pasir laut dimaksudkan untuk mengurangi kandungan mineral berbahaya pada pasir laut terhadap mutu beton seperti chloride (Cl-) dan sulphate (SO42-) yang bersifat korosif dan menurunkan kekuatan beton.
Pasir laut banyak dilakukan penelitian karena dilatarbelakangi oleh keterbatasan pasir darat terutama untuk daerah luar Pulau Jawa yang sedikit jumlah gunung berapi-nya. Pasir laut sangat melimpah keberadaannya dan membutuhkan pengkajian mendalam sebagai alternatif pengganti pasir darat yang sudah mulai berkurang produksinya namun kebutuhan untuk bangunan terus meningkat. Penggunaan pasir laut sebagai campuran pasir darat menjadi alternatif terbaik dalam upaya peningkatan penggunaan sumber daya alam lain yang mendukung program konversi hasil tambang.
Pasir laut dalam upaya sebagai konversi hasil tambang sudah mendapat respon positif dari pemerintah dan dikutip dari halaman www.energi.lipi.go.id disebutkan bahwa pasir laut merupakan biomassa yang sedang banyak dicari oleh negara-negara maju untuk menggantikan energi fosil dan nuklir yang diperkirakan akan segera habis. Pasir laut bisa diolah lebih lanjut kandungan mineral didalamnya dan yang paling penting adalah kandungan silica (SiO2-). Silica merupakan bahan dasar semikonduktor yang digunakan sebagai bahan dasar piranti elektronik.
Gambar 3. Bahan Semikonducktor Elektronik Transistor, sumber: www.pxhere.com
Indonesia kayak akan pasir laut karena banyak pulau yang menempati wilayah pesisir dengan panjang garis pantai yang cukup panjang diantara negara-negara maritim lain. Pemerintah  belakangan ini cukup intens menghimbau para generasi muda untuk melakukan penelitian tentang energi terbarukan supaya ketergantungan terhadap sumber daya alam yang semakin terbatas jumlahnya ini berkurang. Penelitian tentang bahan bakar biodiesel, bahan bakar bioetanol, energi listrik surya, energi listrik biomassa, energi listrik mikro hydro dan masih banyak lagi lainnya banyak kita temui di jurnal-jurnal ilmiah.  Tidak kalah penting untuk energi yang berasal dari laut yaitu pasir laut juga menjadi rekomendasi utama untuk dilakukan penelitian.

Kutip Artikel ini Sebagai Referensi (Citation):
Feriyanto, Y.E. (2018). Pasir Laut Sebagai Biomassa Terbarukan yang Banyak Diburu Negara Maju. www.caesarvery.com. Surabaya

Analisa Kerak (Scale & Deposit) Boiler, Turbine dan Condenser

Diposting oleh On Sunday, January 21, 2018

Kandungan utama kerak boiler (boiler scale) adalah magnetite - Fe3O4 yang terbentuk dari reaksi antara "iron metallic & material tube (Fe)" dengan steam TEMPERATUR TINGGI (iron dissolution pada max. 150 oC) [VGB standard, 2011] dan keadaan ANAEROB".
3 Fe + 4 H2O ---> Fe3O4 + 4 H2
Fe3O4 adalah lapisan (film layer) bagus yang melindungi perpipaan dan warna kehitaman.
Berdasarkan handbook chemical analysis of industrial water by McCoy (1969) berikut:
Fe3O4 terbentuk pada kondisi pH alkali (pH >9.3) tepatnya di pH 10.5-11.5 [Frayne, 2002].
Berdasarkan handbook of water treatment Kurita (1999) berikut:
Fe3O4 juga terbentuk karena adanya reaksi antara produk korosi iron oxide dengan hydrazine (N2H4) seperti reaksi berikut: [Kurita, 1999]
N2H4 + 6 Fe2O3 ---> 4 Fe3O4 + 2 H2O + N2
Berdasarkan Schweitzer, P.A (2010) berikut kutipannya:
Terdapat 2 teori umum tentang pembentukan lapisan film tipis pasifasi Fe3O4 sebagai berikut:
  1. Lapisan film tipis adalah iron oxide atau senyawa hasil reaksi iron dengan senyawa lain
  2. Oksigen diserap ke permukaan iron membentuk cemisorbed film dan seiiring berjalannya waktu menempel pada iron membentuk iron oxide
Sehingga treatment air sebelum masuk ke boiler seperti injeksi hydrazine (N2H4) dan residual-nya berguna untuk mencegah korosi namun ketika material yang dilewati terdapat kandungan Cu maka residual hydrazine dijaga pada batas standarnya yaitu 30-50 ppb untuk menghindarkan reaksi korosi.

Cu + 4 NH3 + ½ O2 + H2O ---> Cu(NH3)4.(OH)2 

Langkah yang tepat untuk mengurangi korosi Cu adalah dengan menambahkan chromate aau chromate -polyphospate [McCoy, 1969].
Oksida besi lainnya yang menunjukkan korosi yang menyebabkan kerak adalah Fe2O3 (hematite) berwarna kemerah-merahan. Ini terbentuk karena excess oxygen pada temperatur rendah [Port et al., 1991] [Frayne, 2002], sesuai reaksi berikut:
2 Fe + H2O + O2 ---> Fe2O3 + H2
Reaksi magnetite ke hematite adalah serial/lanjuta dimana ketika iron minim oxygen akan terbentuk FeO kemudian FeO bereaksi dengan oksigen membentuk Fe3O4 dan excess oxygen lagi membentuk Fe2O3. Sesuai reaksi berikut: 

Fe + ½ O2 ---> FeO

3 Fe + 2 O2 ---> Fe3O4

2 Fe3O4 + ½ O2 ---> 3 Fe2O3

Sehingga dengan pengendalian menggunakan oxygen scavenger seperti dosis hydrazine (N2H4) tepat guna serta optimalnya fungsi mechanical deaerator maka keberadaan Fe2O3 (hematite) bisa diminimalisir dan reaksi mengarah ke pembentukan Fe3O4 (magnetite).

BACA JUGA: Analisa Kerak Menggunkan XRD

Tujuan dari boiler water treatment adalah:
  • Mencegah pembentukan scale dan deposit pada permukaan yang panas (wall tube) 
  • Mencegah korosi di boiler system 
  • Menjaga kualitas steam 
Produk iron-oxide tersebut bisa diatasi dengan beberapa cara sebagai berikut: [McCoy, 1969]
  • Hydrochloric Acid (HCl), sangat efektif untuk melarutkan scale iron-oxide walaupun sifatnya yang keras (pH kuat) terhadap permukaan material. Konsentrasi yang digunakan 5% HCl yang digunakan pada temperature 130-140 oF

  • Phosporic Acid (H3PO4), aplikasi bisa langsung ketika boiler online karena sifatnya pH lemah yang kurang reaktif terhadap permukaan material. Konsentrasi yang digunakan 5% H3PO4

  • Sulfamic Acid (NH3.SO3), aplikasi ini umumnya dikombinasikan dengan NaCl dengan perbandingan konsenrasi 10% NH3.SO3 dan 5% NaCl
Berdasarkan Standar EPRI "Failure Tube Failure" Perbedaan Wustite (FeO), Hematite (Fe2O3) dan Magnetite (Fe3O4):
Empat (4) masalah utama di water boiler adalah : Scale & Deposit, Corrosion, Carry Over dan Silica Deposition
1. Scale & Deposit
Scale terbagi menjadi 4 grup yaitu:
    1.1 Scale karena Calcium (Ca2+) dan Magnesium (Mg2+) , disebabkan karena kandungan air laut (hardness water/kesadahan) yang terikut ke sistem feed water, jadi feed water terkontaminasi dengan urutan sebagai berikut: tube condenser bocor ---> cooling water dari air laut yang melewati tube condenser mencemari condensate water ---> condensate water yang menjadi umpan cycle boiler water (feed water terkontaminasi). Scale product berupa Calcium dan Magnesium sesuai reaksi berikut:  
Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 ---> 2 CaCO3 + 2 H2O,
Dimana Ca(HCO3)2 adalah salah satu komposisi air laut dan Ca(OH)2 adalah agen yang ditambahkan sebagai softening water, dimana agent softening meliputi: lime/kapur & soda ash. Ca(OH)2 & Mg(OH)2 disebut sebagai kerak alkali yang merupakan alkalinitas air laut.
* Reaksi dekomposisi ini karena pengaruh TEMPERATUR TINGGI.                               
Ca(HCO3)2 ---> CaCO3 + CO2 + H2
* Karena adanya agent CO2 terikut H2O sesuai reaksi berikut : 
Ca(OH)2 + CO2 ---> CaCO3 + H2O
CaCO3 bersifat mengendap sehingga dengan mudah untuk dibuang dari jalur boiler water menggunakan fasilitas blowdown steam drum.
Pengontrol CaCO3 adalah:
  • Polyphospate 
  • Organic phospate 
  • Organic polymer                                                                            
    1.2 Scale karena Iron Oxide                                                                                                 
* Disebabkan karena excess O2 dan steam basah [Kurita, 1999].
Sesuai reaksi berikut:                                                                                                                                
2 Fe + O2 + 2 H2O ---> 2 Fe(OH)2
4 Fe(OH)2 + 2 H2O + O2 ---> 4 Fe(OH)3
Fe(OH)3 adalah produk korosi
* Fe sebagai material dari tube kontak dengan H2O (air) sehingga terjadi oksidasi
A(+): Fe ---> Fe2+ + 2e 
K(-): O2 + 2 H2O + 4e ---> 4 OH-
Overall : Fe2+ + 2 OH- ---> Fe(OH)2
* Pada kondisi ANAEROB dan T > 120 F, terjadi reaksi lanjutan sebagai berikut: 
                                                Fe(OH)2 ---> Fe3O4 + H2 + H2O                                                 
* Di SISI LAIN pada T > 300 F, Fe2+ langsung membentuk Fe3O4 tanpa melewati Fe(OH)2 sesuai reaksi:  
3 Fe2+ + 4 OH- --->  Fe3O4 + 2 H2
* Karena pengaruh injeksi hydrazine yang mengikis lapisan perpipaan seperti reaksi berikut:
      N2H4 + 6 Fe2O3 ---> 4 Fe3O4 + 2 H2O + N2  
    1.3 Scale karena Copper (Cu)                                                                                            
* Disebabkan karena banyaknya hydrazine terlarut di boiler water sehingga copper oxide bereaksi dengan hydrazine, sesuai reaksi berikut :
N2H4 + 4 CuO ---> 2 Cu2O + 2 H2O + N2
* Dan juga karena material Cu bereaksi karena excess O2 dan H2O,                                                      
8 Cu + 2 H2O + O2 ---> 4 Cu2O + 2 H2
    1.4 Scale karena Silica (SiO2)
* Disebabkan karena kandungan air sungai atau pelarutan dari komposisi material (galvanized). Silica tidak larut dalam air maupun asam namun mudah berikatan dengan oksigen. Di boiler, silica larut pada temperatur tinggi namun akan mengeras pada temperatur rendah (<40 oC) [Kurita, 1999].
Silica dapat diserang oleh F2, HF aqua, hidroksida alkali dan leburan-leburan karbonat. 
Sesuai reaksi:                                                              
SiO2 + 4HF ---> SiF4 + 2H2O
SiO2 + 2NaOH ---> Na2SiO3 + H2O

BACA JUGA: Kontaminan Silica dan Penanganannya

Macam-Macam Penetral Silica, sesuai reaksi kimia berikut:
  • SiO2 + 2 NaOH ---> Na2SiO3 + H2O 
  • SiO2 + Mg(OH)2 ---> MgSiO3 + H2O 
  • SiO2 + MgO ---> MgSiO3 
  • SiO2 + MgSO4 ---> MgSiO3 + SO2 
  • SiO2 + MgCO3 ---> MgSiO3 + CO2 
  • SiO2 + CaMg(CO3)2 ---> CaMgSi2O6 + CO2 
  • 8 SiO2 + 5 CaMg(CO3)2 + H2O ---> 3 CaCO3 + Ca2Mg5S18O22(OH)2 + 7 CO2
CaMg(CO3)2 nama dagangnya adalah dolomit
 
Klasifikasi scale dikutip dari Port et al. (1991) sebagai berikut:

Bagaimanakah proses terbentuknya scale?
Scale terbentuk karena berkurangnya pelarutan (solubility) garam di feed water karena pengaruh peningkatan temperatur dan konsentrasi (seperti petani garam yang menjemur air laut kemudian seiring semakin panas maka kristal garam akan terbentuk)

Apakah perbedaan antara "Scale vs Deposit"?
Scale adalah kerak yang menempel di perpipaan yang umumnya disebabkan karena reaksi kimia dan tidak larut dalam fluida, kerak sangat keras yang disertai pengkristalan
Deposit adalah endapan pada perpipaan atau tanki yang disebabkan karena TSS yang tinggi, dengan terbentuknya karena lapisan tipis lumpur yang pelan-pelan terus terbentuk dan masih bisa larut dalam fluida

Bagaimanakah proses terbentuknya "deposit"?
Deposit umumnya disebabkan karena pengotor yang terikut feed water seperti garam mineral, condensate yang terkontaminasi (kebocoran tube condenser), produk korosi dan juga karena penggunaan injeksi kimia yang berlebihan.

Deposit di Boiler Menyebabkan:
  • Terganggunya flow feed water  
  • Regulating valve malfungsi 
  • Penurunan heat transfer  
  • Menambah laju korosi pada localized corrosion (korosi yang bersifat lubang seperti crevice, pitting) 

2. Corrosion
Disebabkan karena perlawanan kimia atau reaksi elektrokimia yang bersifat merusak
Faktor yang mempengaruhi korosi :
* Faktor FISIKA
  • Sistem konstruksi  
  • Tekanan dan temperatur sistem 
  • Flow velocity  
  • Water chemistry 
* Faktor KIMIA
  • pH (Potential Hydrogen)
Low pH = corrosive dan lapisan magnetite (Fe3O4) sebagai protective layer tidak bisa terbentuk
High pH = protective to pipe
Very High pH = scaling, deposit & caustic corrosion dan lapisan magnetite (Fe3O4) sebagai protective layer terdegradasi. Untuk mencegah caustic corrosion (caustic embrittlement) pada boiler tekanan rendah (<105 kgf/cm2) ditambahkan sodium nitrat (NaNO3), tannin, lignin atau kanji. Dalam reaksi basa sesuai reaksi berikut: 
Fe3O4 + 4 NaOH (dalam hot concentrated) ---> 2 NaFeO2 + Na2FeO2 + H2O
NaFeO2 (sodium hypo ferrite/ferric) 
Na2FeO2 (sodium ferrite/ferrous)

NaOH di PLTU digunakan untuk genjot kenaikan pH namun jika berlebihan bisa menyebabkan caustic gouging/caustic embrittlement/caustic corrosion sehingga penggunaannya harus dikendalikan tidak boleh >7.5-10%=7,500-10,000 ppm.

Hematite (Fe2O3) warna keMERAHan yaitu saat tube out of service atau ketika excess oxygen
Magnetite (Fe3O4) warna keHITAMan yaitu saat tube operasi atau karena reaksi antara residual hydrazine dengan hematite
* Jika lapisan magnetite (Fe3O4) terkena ASAM TINGGI (pH rendah), sesuai reaksi berikut:
Fe3O4 + 8 HCl ---> FeCl2 + 2 FeCl3 + 4 H2O

FeCl3 + ½ Cu ---> ½ CuCl2 + FeCl2
2 CuCl2 + 2 Fe ---> 2 FeCl2 + 2 CuO

Produk FeCl3 sangat korosif terhadap steel (Fe) dan Cu

Penyebab pH Turun adalah ?
  • Chloride (Cl-) ---> berasal dari air laut
  • Carbon dioksida (CO2)
2 NaHCO3 ---> Na2CO3 + CO2 + H2O (pada temperatur tinggi)
CO2 + H2O ---> H2CO3
H2CO3 ---> H+ + HCO3
H+ inilah agent asam yang menurunkan sampai pH <5.5
  • Sulphite (SO32-)
Cara menghilangkan kontaminan Sulphite (SO32-) ?
  • Menggunakan Mg/Al seperti MgO atau MgCO3 sesuai reaksi berikut: 
MgO + SO3 ---> MgSO4
MgCO3 + SO3 ---> MgSO4 + CO2
  • Alkalinity
Karena kehadiran bicarbonate (HCO32-), carbonate (CO32-), ion hydroxyl (OH-). Fungsi "mechanical deaerator" adalah untuk menghilangkan gas-gas terlarut yang bisa menyebabkan korosi perpipaan. Jika ada kandungan CO2 bisa menyebakan pH turun karena bisa berikatan dengan air membentuk H2CO3
H2O + CO2 ---> H2CO3
H2CO3 ---> H+ + HCO3
H+ inilah agent asam yang meningkatkan pH CO2 dihilangkan dengan deaerator karena jika kandungan CO2 di feed water tinggi maka akan membentuk H2CO3 yang bersifat korosif
Cara untuk Removal CO2 sebagai berikut:
  • Degassing 
  • Pemanasan 
  • Tannin 
  • Turunan glukosa
CaSO4 + Na2CO3 ---> CaCO3 + Na2SO4
CaCO3 adalah lumpur dan bisa dihilangkan dengan akses blowdown di steam drum
Penggunaan Na2CO3 kurang baik karena menghasilkan CO2 namun jika ditambah tannin/lignin maka penggunaan lebih baik dari Na3PO4
* Bagaimana mengubah C032- (non soluble) menjadi bicarbonate HCO3- (soluble)?
Dengan cara mengurangi pH dari 10.2 menjadi 8 sd 9, sehingga terjadi reaksi berikut: 
H+ + C032- ---> HCO3-
  • Dissolved Oxygen (DO)                                                                                    
Kehadiran DO dapat menyebabkan korosi (pitting) dan untuk meminimalisir maka digunakan: 
1. Sodium sulphite (Na2SO3) utk boiler tekanan rendah (<105 kgf/cm2) dan penggunaannya menambah TDS di feed water                 
2. Amine (NH2+) atau hydrazine (N2H4) digunakan untuk boiler tekanan tinggi dan itu tidak menambah TDS di feed water.                                                                                              
Untuk boiler tipe supercritical once through (artinya air menjadi uap secara langsung tanpa dipisahkan di steam drum sehingga akses untuk membuang padatan terlarut yaitu CBD tidak ada) menggunakan all volatile treatment (AVT) seperti NH3 dan N2H4 
N2H4 + O2 ---> 2 H2O + N2
5 N2 + 6 H2O ---> 4 NH3 + 6 NO 
NH3 + H2O ---> NH4+ + OH- (sebagai agent stabilizer pH)                  
NH3 korosif terhadap logam Cu dan Zn, oleh karena itu untuk tube yang terbuat dari kedua bahan tersebut maka kadar NH3 yang terbentuk harus benar - benar dijaga.
Fungsi Deaerator adalah:
  • Menghilangkan O2, CO2 dan non-condensable gas di feed water 
  • Memanaskan make up water dan condensate sehingga meminimalisir pelarutan dari gas yang tidak diinginkan sehingga siap untuk air umpan boiler
Chemical untuk mengikat DO adalah: 
  • Sodium sulphite (Na2SO3) ---> jika menggunakan ini maka peralatan harus terbuat dari SS 304
  • Hydrazine (N2H4) ---> anorganic (low volatile)
  • Carbohydrazide 
  • Hydroquinone ---> organic (sangat volatile)
  • Ascorbic acid ---> organic (low volatile)
  • Diethyl hydroxyl amine 
  • Methyl ethyl ketoxime 
  • Dissolved Solid
Ini menambah konduktifitas air sehingga dengan tingginya conductivity maka potensi korosi juga lebih tinggi
  • Dissolved Salt/Hardness
Kehadiran garam-garam dari Ca dan Mg
CaSO4 + Na2CO3 ---> CaCO3 + Na2SO4
2 NaOH + MgSO4 ---> Mg(OH)2 + Na2SO4
CaCO3 dan Mg(OH)2 adalah lumpur dan bisa dihilangkan dengan akses blowdown
  • Chloride, Sulphate & Phospate
Cl- berasal dari air laut atau injeksi kimia yang berlebih. Sesuai reaksi berikut:
NaCl ---> Na+ + Cl-
HCl ---> H+ + Cl-
Chloride (Cl-) bisa dinetralkan dengan agent bisulphite/sulphur oxide. Sesuai reaksi berikut:
SO2 + Cl2 + 2 H2O ---> H2SO4 + 2 HCl
NaHSO3 (bisulphite) + Cl2 + H2O ---> NaHSO4 (bisulphate) + 2 HCl
NH4HSO3 (ammonium bisulphite) + Cl2 + H2O ---> NH4HSO4 + 2 HCl
Dan juga bisa dinetralkan dengan cara : adsorption dengan activated carbon dan aerasi (tidak efektif)
SO42- bisa disebabkan karena agen penetral chloride yang berlebih sehingga terikut ke aliran feed water
2 NaOH + MgSO4 ---> Mg(OH)2 + Na2SO4
Mg(OH)2 adalah lumpur dan bisa dihilangkan dengan akses blowdown
Berdasarkan handbook of water treatment Kurita (1999) sebagai berikut:

CaSO4 terbagi menjadi 3 tipe:

  1. Dihydrate (CaSO4.2H2O), kondisinya stabil pada temperature <98 oC
  2. Hemihydrate (CaSO4.1/2H2O), kondisinya stabil pada range temperature 98-170 oC
  3. Anhydride (CaSO4), kondisinya stabil pada temperature >170 oC

Kelarutan CaSO4 meningkat seiring kenaikan temperature sampai 35 oC dan kemudian berkurang pada temperatur >40 oC

* Bagaimana cara menetralkan Chlorine (Cl-)?
  • Dengan ditambahkan agen dioksida (SO2) atau trioksida (SO3)
                                                  SO2 + Cl2 + 2 H2O ---> H2SO4 + 2 HCl

                           NaHSO3 (bisulphite) + Cl2 + H2O ---> NaHSO4 (bisulphate) + 2 HCl
      NH4HSO3 (ammonium bisulphite) + Cl2 + H2O ---> NH4HSO4 (ammonium bisulphate) + 2 HCl
  • Menggunakan activated carbon dengan cara adsorption
  • Dengan aerasi (paling tidak efektif) 
* Bagaimana mencegah "Acid Corrosion dan Carry-Over"?
  • Untuk P Tinggi ---> disodium phospate (Na2HPO4) ditambahkan agen basa agar menjadi trisodium phospate (Na3PO4)
                                                    Na2HPO4 + NaOH ---> Na3PO4 + H2O
Ketika Na3PO4 (TSP) diinjeksikan di steam drum terjadi reaksi sebagai berikut:

Na3PO4 + H2O ---> H3PO4 + NaOH

Beberapa fungsi injeksi TSP adalah: [Frayne, 2002]

  • Mencegah acid corrosion
  • Menambah kelarutan silica
  • Sebagai lapisan pasifasi

Ketika Na3PO4 difungsikan sebagai injeksi di steam drum, berikut reaksinya:

(i) Na3PO4 + SiO2 ---> Na2SiO3 (garam) + P2O5 (lumpur)

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

Poin (1) umumnya reaksi yang terjadi ketika umpan air sungai sedangkan poin (ii) air laut.  Garam yang bersifat basa digunakan untuk stabilisasi pH siklus uap-air sedangkan lumpur dilakukan blowdown

BACA JUGA: Analisa Deposit pada Blade Turbine

  • Untuk P Sedang ----> digunakan natrium nitrit (NaNO3)
* Bagaimana mencegah "Hydrogen Embrittlement"?
Korosi tube pada high pressure menghasilkan H2 sesuai reaksi berikut:
3 Fe + 4 H2O ---> Fe3O4 + 4 H2
2 H2 + FeC ---> CH4 + Fe
CH4 adalah gas yang jika mengumpul di satu sisi tube akan menaikkan pressure dan bisa menyebabkan tube meledak

3. Carry Over
Didefinisikan sebagai luapan (entrainment) dari feed water boiler (di steam drum) terikut aliran uap. Faktor yang menyebabkannya adalah:
  • Jumlah TDS atau TSS di feed water 
  • Kandungan kimia di feed water 
  • Desain & kondisi operasi boiler, meliputi : pressure desain boiler, ukuran steam drum, desain kW yang dibangkitkan, laju sirkulasi, susunan downcomer dan riser 
Carry over bisa terbentuk sebagai Priming (banyaknya air yang terikut di aliran uap) dan Foaming (bubble/gelembung yang tidak pecah karena tegangan permukaan yang tinggi sehingga volume di steam drum meningkat drastis)

4. Silica Deposition
Semua air mengandung silica dan untuk menghilangkan silica lebih sulit dibanding hardness water (Ca dan Mg) karena pada temperatur tinggi, silica bersifat volatile dan mudah terbawa ke aliran steam dan membentuk hard coating di turbine blade. 

Silica terbagi menjadi 2 yaitu :
  • Amorphous Silica (kerak yang berkilauan dan sulit untuk dihilangkan, cara menghilangkan dengan hydrofluoric acid (HF) yaitu bahan untuk membelah permukaan kaca)
  • Silicate Salt/Magnesium Silica
BACA JUGA: Analisa Profil Kerusakan Tube Boiler

Internal boiler treatment ada 2 yaitu:
  • Carbonate cycle (boiler dengan P < 125 psig)
  • Phospate cycle (boiler dengan P > 125 psig)
Menurut PDH center, 8 ppm Na2SO3 bisa menurunkan kadar DO sebesar 1 ppm.

TABEL STANDAR WATER QUALITY FOR BOILER FEED SESUAI ASME

Kutip Artikel ini Sebagai Referensi (Citation):
Feriyanto, Y.E. (2018). Analisa Kerak (Scale & Deposit) Boiler, Turbine & Condenser, Best Practice Experience in Power Plant.  www.caesarvery.com. Surabaya

Referensi:
[1] Feriyanto, Y.E. (2016). Best Practice Experience in Power Plant. Surabaya
[2] Port, R.D., and Herro, H.M. (1991). The Nalco Guide to Boiler Failure Analysis. McGraw-Hil, Inc
[3] Baron. Chemical & System. Boiler Water Problem and Its Causes
[4] Boiler Water – Problem & Solution. PDH Course M165. www.PDHcenter.com
[5] Joan, Estilles. Reducing Corrosion and Potential Boiler Failure with Superior Iron Transport
[6] GE Water & Process Technologies
[7] https://www.gewater.com
[8] Kurita. (1999). Handbook of Water Treatment, Second Edition. Japan
[9] McCoy, J.W. (1969). Chemical Analysis of Industrial Water. California-US
[10] Frayne, C. (2002). Boiler Water Treatment Principles and Practice. Vol. 1. New York-USA
[11] Schweitzer, P.A. (2010). Handbook of Fundamentals of Corrosion Mechanisms, Causes, and Preventative Methods. CRC Press. London & New York

Ingin Konsultasi dengan Tim Expert Website, Silakan Hubungi KLIK