Trending Topik

Macam-Macam Scale Inhibitor

Diposting oleh On Tuesday, July 20, 2021

Scale adalah kerak/penyumbatan. Terdapat beberapa istilah yang sering didengar di PLTU dengan makna hampir sama seperti berikut:

Scale: tumpukan/penyumbatan pada permukaan material yang terbentuk karena reaksi kimia dan tidak larut dalam fluida. Bentuknya sangat keras mengkristal dan tempatnya di area yang bersentuhan langsung dengan panas. Bisa di-treatment menggunakan chemical. Istilah di PLTU ini adalah penyumbatan di sepanjang inner tube boiler

Slagging: penjelasan sama dengan scaling. Istilah di PLTU ini adalah penyumbatan di furnace boiler

Deposit: tumpukan/penyumbatan pada permukaan material yang terbentuk karena endapan tipis terus-menerus suspended solid dan masih bisa larut dalam fluida. Tempatnya di area yang tidak bersentuhan langsung dengan panas. Bisa di-treatment menggunakan scrapper dan water jet compressor. Istilah di PLTU ini adalah penyumbatan pada steam drum, tangki dan cooling tower (area-area dingin)

Fouling: penjelasan sama dengan deposit. Istilah di PLTU ini adalah penyumbatan di area water treatment plant khususnya membrane reverse-osmosis (RO).

Agglomeration: mirip dengan slagging baik bentuk maupun tempatnya, namun ini lebih ke kondisi batubara atau umpan padat. Agglomeration adalah penggumpalan sangat keras akibat reaksi kimia yang dipanaskan.

Penyumbatan/kerak tersebut sangat merugikan heat transfer karena menjadi penghalang pertukaran panas antara 2 media sehingga harus diminimalisir. Beberapa cara minimalisir penyumbatan/kerak tersebut dikenal dengan istilah "scale inhibitor".

Berdasarkan handbook of water treatment [Kurita, 1999] berikut kutipannya:

 
Macam-Macam SCALE di Cooling Tower:
  • Calcium carbonate [CaCO3]
  • Calcium and zinc phospate [Ca(PO4)2 dan Zn(PO4)2]
  • Silica dan magnesium silicate [SiO2 dan MgSiO3]
  • Calcium sulphate [CaSO4]

Silica terendapkan (deposit) ketika suhu turun (cold condition) sampai <40 oC sedangkan pada temperatur tinggi (hot condition) akan larut. Silica ini umumnya muncul ketika peralatan shutdown seperti di turbine PLTU dan ketika running kondisi superheated dikendalikan parameter silica <20 ppb.



Terdapat 3 tipe gypsum (CaSO4) yaitu: (i) dihydrate-CaSO4.2H2O  stabil <98 oC; (ii) hemihydrate 
CaSO4.1/2H2O stabil pada 98-170 oC; dan (iii) anhydride CaSO4 stabil pada >170 oC. Gypsum bersifat sangat keras dan hanya bisa dihilangkan dengan chemical cleaning.
Kelarutan gypsum (CaSO4) meningkat pada temperatur air sampai 35 oC dan turun pada >40 oC.
Calcium carbonate (CaCO3) dikontrol pada cooling tower menggunakan injeksi sulphuric acid (H2SO4).

Macam-Macam SCALE INHIBITOR:
  • Phosponate, cocok digunakan untuk menghilangkan scale dari calcium carbonate
  • Polyphospate ester, cocok digunakan untuk menghilangkan scale dari calcium sulphate
  • Polymer, cocok digunakan untuk menghilangkan scale dari calcium/zinc phospate dan magnesium silicate
  • Miscellaneous, seperti lignin dan tagnin
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Scale Inhibitor:
  • Water Quality
Kualitas air seperti konsentrasi ion, pH dan temperatur mempengaruhi pembentukan scale. Berdasarkan grafik terlihat terjadi peningkatan calcium scale ketika penurunan pH namun dengan adanya scale inhibitor yang bersifat menaikkan pH maka laju pembentukan scale bisa dihambat.
Cara mengontrol scale salah satunya adalah dengan injeksi acid (H2SO4 dan HCl) karena kelarutan scale meningkat ketika pH diturunkan. Namun terdapat beberapa kelemahan cara kontrol menggunakan pH ini seperti: (i) dmpaknya adalah korosi akan meningkat ketika pH <6.5 (walaupun scale akan terlarut) sehingga pH dikontrol pada batas 7-7.5; (ii) penanganan erhadap asam kuat cukup sulit; dan (iii) instalasi untuk mengontrol pH cukup mahal.
  • Water Temperature
Umumnya scale terbentuk/kelarutan berkurang pada temperature >40 oC dan masalah besar pada temperature 60 oC.
  • Water Flow Rate
  • Heat Flux dan Skin Temperature
  • Retention Time

  • Softening & Demineralization Make Up Water
Cara mengontrol pembentukan scale selanjutnya adalah dengan menggunakan raw water yang sudah diminimalisir dari kandungan hardness-na menggunakan teknik ion-exchange resin, RO membrane atau cold lime.
Macam-Macam Inhibitor: (Schweitzer, 2010)
  1. Passivation Inhibitor
  2. Organic Inhibitor
  3. Precipitation/Cathodic Inhibitor
  4. Vapor Phase Inhibitor
Kutip Artikel ini Sebagai Referensi (Citation):
Feriyanto, Y.E. (2021). Macam-Macam Scale Inhibitor, Best Practice Experience in Power Plant. www.caesarvery.com. Surabaya

Referensi:

[1] Kurita. (1999). Handbook of Water Treatment, Second Edition. Japan

[2] Schweitzer, P.A. (2010). Handbook of Fundamentals of Corrosion Mechanisms, Causes, and Preventative Methods. CRC Press. London & New York

Jenis Corrosion Inhibitor pada Boiler || Pengaruh dan Pencegahannya

Diposting oleh On Saturday, July 10, 2021

Neutralizing amine (volatile amine) dan filming amine adalah jenis bahan kimia yang umum digunakan untuk mencegah tube boiler dari korosi [Kurita, 1999]. Volatile amine bekerja dengan cara mengontrol pH sedangkan filming amine dengan cara memberikan lapisan pasifasi agar material tube tidak kontak langsung dengan bahan penyebab korosi yaitu oxygen dan carbon-dioxide.

  • Neutralizing Amine (Volatile Amine)

Beberapa contoh jenis neutralizing amine adalah: (i) cyclohexyl amine (C6H12NH2); (ii) morpholine (C4H8ONH); (iii) monoisopropanol amine [NH2CH2CH(CH3)OH]; dan (iv) ammonia (NH3) juga sering digunakan untuk neutralizing agent atau keberadaanya di PLTU muncul akibat reaksi lanjutan dari hydrazine. Sistem kerja dari corrosion inhibitor adalah menaikkan nilai pH sehingga reaksi korosi terhambat.

BACA JUGA: Sistem Preservasi di Tube Boiler PLTU

Neutralizing amine pada tube material carbon steel akan mengurangi laju reaksi korosi pada pH 7 karena pada pH <6 atau pH >10 laju korosi meningkat. Sedangkan untuk ammonia laju korosi pada tube material copper (Cu) meningkat pada pH >9. Disinilah fungsi adjustment pH pada boiler PLTU yaitu untuk mengurangi laju korosi pada tube material. Detail baca di: Pengaruh pH di Sistem PLTU. Berikut grafik hubungan "pH vs corrosion rate": [Kurita, 1999]

  • Filming Amine
Filming amine digunakan untuk memberikan lapisan pasifasi dalam jangka panjang agar tidak terjadi reaksi korosi pada material.
Beberapa jenis filming amine seperti:
  1. Alkyl amine (octadecylamine-ODA)
  2. Chromate
  3. Nitrite
  4. Molybdate
  5. Tungstate
  6. Silicate
  7. Polyphospate (pyrophospate, tripolyphospate dan hexametaphospate)
  8. Phosponate (hydroxy-ethylidene-diphosphonate, 2-phosphonobutane-1,2,4-tricaboxylate, aminotrimethylene phosponate)
  9. Polyacrylate
  10. Polymaleate
  11. Salt (zinc and nickel)
  12. Azole (benzotriazole, tolyltriazole & mercaptobenzothiazole)
  • Kombinasi Neutralizing Amine dan Filming Amine
Kombinasi antara neutralizing amine (volatile amine) dan filming amine berdasarkan penelitian memberikan hasil yang lebih bagus daripada treatment individu. Pengaruh yang signifikan adalah pengurangan laju korosi pada carbon steel. Kombinasi antara keduanya memberikan artian neutralizing amine melakukan tindakan jangka pendek yang cepat yaitu buffering pH sehingga reaksi korosi terhambat dan filming amine memberikan lapisan pasifasi jangka panjang sehingga terhambat pula reaksi korosi.

Faktor Berpengaruh dengan Adanya Corrosion Inhibitor: [Kurita, 1999]
  • pH
Pada contoh penggunaan corrosion inhibitor polyphospate, berdasarkan grafik bisa didapatkan data bahwa kestabilan fungsi inhibitor pada range pH 6.5-9


  • Calcium Hardness
Hardness adalah kesadahan air, Kurita (1999) melakukan penelitian dan mendapatkan penambahan corrosion inhibitor jenis phospate dan phosphonate menghasilkan kehadiran ion calcium. Dosis besar dari phospate dan phosphonate cocok untuk air dengan low calcium hardness begitu juga sebaliknya.

  • Konsentrasi Anion Agresif
Anion agresif seperti sulphate (SO42-) dan chloride (Cl-) bersifat  merusak lapisan pasifasi/protective film. Berdasarkan grafik didapatkan data bahwa penggunaan zinc salt kurang mempengaruhi konsentrasi anion agresif.
  • Konsentrasi Residual Chlorine
Chlorine dalam bentuk kimia sodium hypochlorite (NaOCl) digunakan untuk mengendalikan lumpur (slime), penggunaan yang umum di cooling tower. Residual chlorine harus terkendali karena bisa mempengaruhi laju korosi dari copper (Cu) dan carbon steel (CS). Laju korosi pada material tersebut cenderung meningkat ketika konsentrasi chlorine <1 mg/L (ppm) sehingga ketika treatment pengendalian lumpur menggunakan chlorine maka residualnya harus dijaga dibawah itu.


  • Water Temperature
Penambahan corrosion inhibitor tipe polyphospate-zinc tetap akan meningkatkan laju korosi carbon steel pada peningkatan temperatur air di range 25-50 oC dan stabil pada 30-80 oC.



  • Laju Air (Water Flow Rate)
Laju korosi dari carbon steel ditentukan oleh laju difusi oksigen terlarut pada permukaan steel. Kehadiran corrosion inhibitor menyebabkan naiknya diffusion rate sehingga laju air meningkat.


Kutip Artikel ini Sebagai Referensi (Citation):
Feriyanto, Y.E. (2021). Jenis Corrosion Inhibitor pada Boiler Pengaruh dan Pencegahannya, Best Practice Experience in Power Plant. www.caesarvery.com. Surabaya

Referensi:

[1] Kurita. (1999). Handbook of Water Treatment, Second Edition. Japan

Eksternal/External dan Internal Treatment Boiler Water PLTU

Diposting oleh On Wednesday, June 30, 2021

Eksternal Treatment Boiler adalah tindakan penanganan diluar boiler system. Di PLTU ini diartikan sebagai persiapan air sebelum masuk siklus boiler. Terdapat macam-macam eksternal treatment boiler water PLTU sebagai berikut:

  • Chemical Softening (Pelunakan Air Menggunakan Bahan Kimia)

Softening (pelunakan) adalah lawan dari hardness (pengerasan), detail bisa dibaca di: Pengaruh Kesadahan Air (Hardness) dan Alkalinity di Boiler Water


Terdapat 2 tipe pelunakan air yaitu: (i) carbonate, menggunakan lime/kapur [Ca(OH)2]; (ii) non-carbonate, menggunakan sodium carbonate/soda ash (Na2CO3). Sistem pelunakan tersebut menghasilkan CaCO3 dan MgCO3 yang bersifat mengendap sehingga bisa terbuang blowdown.

  • Koagulasi-Flokulasi (Pengendapan Lumpur)
Penambahan bahan koagulan-flokulan diperlukan di clarifier/sedimentation pond untuk mempercepat pengendapan, detai baca di: Koagulasi/Koagulan-Flokulasi/Flokulan-Sedimentasi
  • Injeksi Anti-Biofouling Agent (Melemahkan Perkembangbiakan Biota Air)
Air yang digunakan di PLTU sebagian besar adalah air laut yang mengandung alga, lumut, tritip dan mikroba laut. Ketika biota tersebut tumbuh di sepanjang perpipaan maka bisa menyebabkan fouling sehingga mengganggu proses operasi. Detail bisa dibaca di: Anti-Biofouling Agent Oxidizing dan non-Oxidizing
  • Desalination untuk Minimalisir Salinitas Air Laut
Desalination yang umum dipakai di PLTU ada beberapa tipe, detail baca di: Macam-Macam Desalination System
  • Demineralization untuk Minimalisir Kandungan Mineral
Demineralization juga memiliki beberapa tipe, detail di: Macam-Macam Demineralization
  • pH Adjustment Menggunakan NaOH dan HCl
Buffering pH ditujukan untuk menjaga nilai pH disekitaran 7 untuk menghindarkan dari kerusakan alat. Bahan kimia yang umum digunakan adalah asam kuat (HCl) dan basa kuat (NaOH). Umumnya di PLTU letak adjustment di inlet clarifier, inlet RO dan outlet condensate. Detail baca di: Pengaruh pH di Sistem PLTU
  • Oxygen Scavenger Menggunakan Hydrazine (N2H4)

Oxygen (O2) bisa menyebabkan reaksi korosi oksida atau dissolved gas (CO2) bisa menyebabkan pH air drop karena terbentuknya asam bicarbonate. Keberadaan O2 di PLTU dipantau ketat menggunakan O2 analyzer dan peralatan utama yang bekerja untuk minimalisir adalah mechanical deaerator, detail baca di: Prinsip Kerja Mechanical Deaerator pada Gas Terlarut di PLTU. Selain itu, juga digunakan chemical hydrazine (N2H4) untuk membantu pengikatan dissolved gas yang diletakkan di outlet condensate (before deaerator) dan inlet economizer (after deaerator). Detail baca di: Memilih Jenis Oxygen Scavenger yang Tepat

Internal Treatment Boiler adalah tindakan penanganan didalam boiler system. Di PLTU ini dimulai dari inlet economizer (feed water) sampai menjadi superheated steam. Berikut macam-macam internal treatment boiler water.

  • Phospate Treatment Untuk Pelumpuran dan Buffering pH

Kutip Artikel ini Sebagai Referensi (Citation):
Feriyanto, Y.E. (2021). Eksternal/External dan Internal Treatment Boiler Water PLTU, Best Practice Experience in Power Plant. www.caesarvery.com. Surabaya

Referensi:
Kurita. (1999). Handbook of Water Treatment, Second Edition. Japan

Pengelolaan Limbah B3 Padat dan Cair di PLTU

Diposting oleh On Thursday, June 10, 2021

Limbah padat di PLTU yang paling banyak jumlahnya ada 2 yaitu fly ash (abu terbang) dan bottom ash (abu dasar). Fly ash adalah abu ringan yang berasal dari sisa pembakaran batubara di boiler,  memiliki massa jenis rendah dan di-filter dengan peralatan electrostatic precipitator (ESP) sebelum dibuang ke stack. Fly ash yang tertangkap ESP akan terbuang langsung ke truk khusus berbentuk kapsul dan biasanya dikirim ke pabrik semen untuk campuran karena mengandung silica yang cukup tinggi. Sedangkan bottom ash adalah abu yang memiliki massa jenis besar dan umumnya bisa didapatkan dari dasar boiler yang merupakan sisa bahan bakar yang tidak terbakar atau pengotor umpan boiler yang terikut.
Limbah cair PLTU cukup banyak meliputi sisa regenerasi dan chemical cleaning dari WTP, buangan blowdown steam drum, ceceran oil MOT dll. Di PLTU memiliki treatment khusus untuk limbah cair berupa waste water treatment plant (WWTP) yang lengkap dengan fasilitasnya. Detail bisa dibaca di; "WWTP PLTU dan PLTGU"
Perundang-undangan tentang lingkungan hidup menetapkan tata cara pengelolaan limbah padat di PLTU mulai dari: Penghasil limbah B3-Pengangkut-Pengumpul-Pengolah-Penimbun.
 
Berdasarkan PP No 101 Tahun 2012 tentang "pengelolaan limbah B3" terdapat beberapa inti yang didapat sebagai berikut:
Bahan Berbahaya dan Beracun (B3) adalah zat/energi/komponen lain yang karena sifat, konsentrasinya dan/atau jumlahnya, baik secara langsung maupun tidak langsung dapat membahayakan lingkungan dan kelangsungan hidup manusia
Limbah B3 adalah sisa suatu usaha/kegiatan yang mengandung B3
Limbah B3 berdasarkan kategori bahayanya terdiri atas:
  • Kategori 1
  • Kategori 2

Limbah B3 berdasarkan kategori sumbernya terdiri atas:
  • Dari sumber tidak spesifik
  • Dari B3 kadaluwarsa, tumpah dan tidak memenuhi spesifikasi akan dibuang
  • Dari sumber spesifik, terbagi menjadi 2 yaitu: (i) dari sumber spesifik umum; (ii) dari sumber spesifik khusus
Karakteristik limbah meliputi:
  • Mudah meledak
  • Mudah menyala
  • Reaktif
  • Infeksius
  • Korosif
  • Beracun
Setiap orang yang menghasilkan limbah B3 wajib melakukan pengurangan limbah B3, meliputi:
  • Substitusi bahan, di PLTU misalnya limbah B3 berasal dari bahan bakar coal sehingga apakah coal bisa diganti dengan bahan lain agar tidak mengandung B3 yang cukup besar misalnya biomass
  • Modifikasi proses, di PLTU penggunaan ESP dan bag filter dimaksudkan agar limbah B3 yang dilepas ke lingkungan seminimal mungkin dan penempatan limbah B3 di tempat penampungan khusus yang dikontrol dengan intens
  • Penggunaan teknologi ramah lingkungan, di PLTU penjagaan temperatur operasi agar tidak membentuk NOx serta penambahan injeksi kapur untuk mengikat SOx dilakukan. Lebih detail baca di: Cara Kontrol NOx dan SOx pada Gas Buang

Lama waktu penyimpanan limbah B3:
  • 90 hari sejak limbah B3 dihasilkan sebesar 50 kg/hari atau lebih
  • 180 hari sejak limbah B3 dihasilkan <50 kg/hari untuk limbah B3 kategori 1
  • 365 hari sejak limbah dihasilkan <50 kg/hari untuk limbah B3 kategori 2 dari sumber tidak spesifik dan spesifik umum
  • 365 hari sejak limbah dihasilkan untuk limbah B3 kategori 2 dari sumber khusus
Syarat untuk dapat melakukan kegiatan penyimpanan limbah B3 adalah:
  • Wajib memiliki izin lingkungan
  • Melakukan permohonan secara tertulis kepada bupati/walikota dan melampirkan persyaratan izin (identitas pemohon, akta perusahaan, nama, sumber, karakteristik dan jumlah limbah B3)
Fasilitas penyimpnana limbah B3 dapat berupa:
  • Bangunan, di PLTU ini berupa bangunan khusus untuk menyimpan limbah B3, letaknya dipinggir dari main equipment, tertutup, terbatas akses, diberi tulisan dan tanda yang jelas
  • Tangki/kontainer, di PLTU untuk limbah cair ditaruh dalam wadah kontainer yang kuat, tertutup, terbatas akses, diberi tulisan dan tanda yang jelas
  • Silo, untuk limbah padat seperti fly ash ditempatkan di silo yang langsung terhubung dengan truk kapsul sebelum dibuang ke waste pile
  • Tempat tumpukan limbah (waste pile), di PLTU berupa area luas yang diberi alas agar tidak terjadi resapan limbah padat dan terdapat sumur pantau untuk mengontrol pencemaran lingkungan
  • Waste impoundment
Pemanfaatan limbah B3 meliputi:
  • Sebagai substitusi bahan baku, di PLTU ini digunakan sebagai bahan pembuat batako yang semula menggunakan semen dan pasir, sekarang diganti dengan fly-ash dan bottom-ash yang bagus kandungan silica-nya
  • Sebagai substitusi sumber energi
  • Sebagai bahan baku, di PLTU limbah padat dikirimkan ke pabrik semen untuk campuran silica karena sangat bagus kadar-nya untuk campuran bahan baku semen
  • Sesuai perkembangan IPTEK
Kutip Artikel ini Sebagai Referensi (Citation):
Feriyanto, Y.E. (2021). Pengelolaan Limbah B3 Padat dan Cair di PLTU, Best Practice Experience in Power Plant. www.caesarvery.com. Surabaya

Referensi:
[1] PP No 101 Tahun 2012
[2] Feriyanto, Y.E. (2016). Training & Sertfikasi Ahli K3 Kimia. Yogyakarta

Ingin Konsultasi dengan Tim Website, Silakan Hubungi DISINI

Hubungan Conductivity (EC) dan Total Dissolved Solid (TDS)

Diposting oleh On Sunday, May 30, 2021

Conductivity/Electrical Conductivity (EC) adalah kemampuan larutan dalam menghantarkan arus listrik, hal ini karena dipengaruhi oleh beberapa hal seperti: konsentrasi dissolved ion, kekuatan ion, dan temperatur pengukuran. EC memiliki satuan µS/cm. 

Total Dissolved Solid (TDS) adalah banyaknya jumlah kandungan padatan terlarut (dissolved ion) pada larutan yang meliputi padatan organik maupun anorganik, memiliki satuan mg/L=ppm atau ppb. 
Apakah antara keduanya terdapat saling hubungan?? secara teori bisa dilakukan pendekatan hubungan antara keduanya. Tentu pendekatan itu didasarkan pada trial percobaan beberapa kali dan menemukan kecenderungan kesamaan. Persamaan umum/hubungan conductivity dan TDS adalah: [Rusydi, 2018]
TDS = k. EC (pada 25 oC)


Hubungan antara conductivity dan TDS tidak selalu linear, bahkan penelitian yang sudah lama dilakukan sampai sekarang masih menggunakan konstanta (k) dalam range dan ini bukan angka mutlak namun hanya pendekatan dari beberapa trial experiment. Nilai konstanta (k) bisa dilihat di tabel diatas dalam range 0.55-0.75.
Berikut percobaan Rusydi (2018):
Berdasarkan percobaan tersebut bisa didapatkan kesimpulan:
  • Nilai konstanta (k) untuk fresh water di 2 tempat berbeda menunjukkan hasil yang berbeda yaitu 0.65 dan 0.89. Sehingga nilai konstanta (k) untuk mencari pendekatan hubungan EC dan TDS bukan mutlak sesuai standar namun harus dicari berdasarkan trial percobaan masing-masing kondisi sampel
Berdasarkan Kurita Handbook of Water Treatment Second Edition (1999), berikut rumus hubungannya:
  • Nilai konstanta (k) yang disarankan dalam rentang 0.7-0.75
Berdasarkan beberapa literatur dan percobaan dari peneliti terdahulu bisa disimpulkan bahwa sebenarnya terdapat hubungan antara EC dan TDS walaupun tidak selalu linear dan nilai konstanta (k) harus dilakukan trial experiment untuk menentukan kedekatnnya.

Di PLTU, conductivity dimonitor ketat meliputi di beberapa titik seperti:
  • Outlet mixed bed, ditujukan untuk menganalisa kemampuan resin dalam ion exchange
  • Outlet condensate, ditujukan untuk menganalisa kebocoran tube condenser
  • Saturated steam, ditujukan unuk menganalisa potensi carry-over steam drum dan potensi korosi di boiler
  • Superheated steam, ditujukan untuk menganalisa kualitas steam yang masuk turbine
Pengujian TDS lebih sulit dan mahal daripada EC, namun memiliki kelebihan keakuratan untuk penentuan kandungan padatan terlarut fase larutan. Teknik yang dipakai untuk mengukur TDS yang valid adalah gravimetri dengan memanaskan larutan diatas sedikit titik didihnya (jika air dipanaskan pada 105-110 oC) sehingga pelarut menguap dan yang tersisa hanya padatan (endapan) yang ditimbang antara sebelum dipanaskan dengan sesudah dipanaskan.

Kutip Artikel ini Sebagai Referensi (Citation):
Feriyanto, Y.E. (2021). Hubungan Conductivity (EC) dan Total Dissolved Solid (TDS), Best Practice Experience in Power Plant. www.caesarvery.com. Surabaya

Referensi:
[1] Woodruff, E.,Lammers, H., dan Lammers, T. (2000). Steam Plant Operation, Eighth Edition Handbook
[2] Rusydi, A.F. (2018). Correlation Between Conductivity and Total Dissolved Solid in Various Type of water: A Review. J. of Earth and Environmental Science, Vol. 118
[3] Kurita. (1999). Handbook of Water Treatment, Second Edition. Japan

Ingin Konsultasi dengan Tim Website, Silakan Hubungi DISINI

Proses Terbentuknya Varnish (Material Tak Larut)-Sludge (Lumpur)-Soot (Jelaga) di Oil Tribology

Diposting oleh On Tuesday, May 25, 2021

Varnish (Jelaga) adalah lapisan tipis ada permukaan material yang disebabkan oleh produk oksidasi pada oli pelumas. Varnish bersifat lengket seperti lumpur pekat tipis yang bisa menyebabkan kegagalan operasional peralatan [Kon et al, 2020]. Varnish berbeda dengan sludge, dimana varnish ini menempel tipis pada permukaan yang dilewati lubricating oil [Sasaki et al, 2013]. Penempelan ini karena sifat polaritas-nya dan menempel pada peralatan dengan temperatur tinggi (bearing turbine, heat exchanger) pada kisaran temperatur 250 oC [Prasad et al, 2008], namun terbentuknya pada temperatur rendah karena tingkat kelarutan material menurun seiring penurunan temperatur [Farooq, 2009]

Penempelan ini sebagai akibat tidak terlarutnya residu aditif/organik. Varnish tidak bisa dihilangkan dengan cara filterisasi dan menggunakan cara-cara tertentu seperti berikut: [Farooq, 2009]. 

  1. Chemical cleaning-flushing, berfungsi sebagai aditif pada oli sehingga menghambat pembentukan varnish
  2. Electrostatic charge induced agglomeration-retention, berfungsi sebagai pelunak varnish deposit sehingga mudah larut kembali
  3. Adsorption pada medium adsorbent, berfungsi menghilangkan sifat polaritas dari varnish sehingga tidak mudah lagi menempel

Proses Terbentuknya Varnish: [Farooq, 2009]

  1. Setiap oil turbine pasti membentuk material insoluble (varnish) ketika beroperasi
  2. Laju pembentukan material insoluble sangat dipengaruhi pola operasi seperti oksidasi, hot spot, kontaminasi kimia, filter yang mempengaruhi electrostatic discharge, micro-dieseling dan kompresi adiabatik karena gelembung-gelembung udara masuk ke oli
  3. Oksidasi disebabkan oleh udara atmosfer masuk ke sistem atau degradasi dari aditif dan senyawa hydrocarbon (-CH-) pada oil
  4. Hot spot bisa disebabkan karena kebocoran gland seal steam, (umumnya temperatur steam 450-550 oC)
  5. Gelembung udara bisa berasal dari kebocoran piping/seal pompa dan ketika terikut kompresi maka bisa menambah temperatur oil sampai 1000 oF = 538 oC
  6. Electrostatic discharge bisa ditimbulkan dari gesekan internal antara oil dan material logam seperti filter sehingga menimbulkan sparking

Sludge (lumpur) umumnya terdapat pada peralatan dengan temperatur rendah (botom tank), bisa dihilangkan dengan filterisasi atau drain sedimen. Sludge terbentuk karena adanya kenaikan viskositas pada temperatur tinggi sebagai akibat dari reaksi polycondensation dan polymerisation, yang bersifat tidak larut, memiliki berat molekul yang besar dan terendapkan [Rasberger, 1994]. Proses sesuai diagram berikut:

Sludge pada oil turbine bisa disebabkan oleh reaksi antara hydrocarbon (-CH-) pada oil dengan residu antioxidant (amines, phenolic), defoamer, antirust dan demulsfier (polyester) [Liu et al, 2016]. Anti-Oxidant/Oxidation Inhibitor jenis phenol cocok digunakan untuk temperatur rendah sedangkan amine cocok pada temperatur tinggi [Farooq, 2009]. Semua aditif tersebut dimaksudkan untuk menjaga kualitas oil ketika digunakan seperti oxidation stability, wear, TAN, TBN, varnish dan sludge namun aditif tersebut ada life-time atau batas kelarutan sehingga seiiring meningkatkan operating time bisa menimbulkan residu yang berdampak pada menurunnya kualitas oil. Selain itu, sludge juga bisa terbentuk ketika aditif pada oli ter-ekspose pada temperatur tinggi yaitu 290-540 oC [Liu et al, 2016]. 

Pada bearing steam turbine kemungkinan terpapar temperatur tinggi adalah kebocoran seal steam turbine atau hasil gesekan vibrasi bearing turbine yang terlalu tinggi. Sludge bisa dilakukan uji dengan: [Liu et al, 2016] [Farooq, 2009]

  • FTIR, digunakan untuk menganalisis degradasi oil dan pengurangan antioxidant pada oli
  • SEM, digunakan untuk menganalisis surface morfology dari sludge
  • Thermo Gravimetric (TG), untuk menganalisis thermal stability dan thermal degradation pada oli
  • Energy Dispersive Analysis X-ray (EDAX), digunakan untuk mengetahui komponen/element kimia sludge, alat ini diintegrasikan dengan SEM sehingga terkenal dengan nama SEM-EDX atau SEM-EDAX dan dari penelitian Liu et al (2016) didapatkan senyawa kimi pada sludge adalah C, H, O, N dan <4% wt metal 

Proses Degradasi Oil Membentuk Sludge: [Liu et al, 2016]

  1. Reaksi yang terjadi adalah autocatalytic reaction
  2. Oksidasi dan degradasi oil disebabkan oleh kombinasi reaksi antara air dan udara atmosfer pada temperatur tinggi
  3. Proses oksidasi diawali dengan putusnya atom-H pada senyawa hydrocarbon oil (-CH-)
  4. Kemudian diikuti terbentuknya alkyl radical + O2 dan menghasilkan alkyl-peroxyl radical yang kemudian + H2 (atom hydorcarbon yang tidak bereaksi)
  5. Free radical yang terbentuk tersebut berekasi dengan hydrocarbon radical + (alcohol, aldehyde, keton dan carboxylic acid) oleh polimerisasi kondensasi membentuk SLUDGE
Beberapa Penyebab Sludge or Varnish:
  1. Aerasi pada fluida
  2. Percikan api/listrik (spark)
  3. Degradasi panas saat penyimpanan oil
  4. Kontaminan anti-freeze
  5. Pengumpalan jelaga (soot)
  6. Oksidasi oil
  7. Hydrolisis
  8. Penyimpanan kondisi dingin berkepanjangan
  9. Kontaminan caustic detergent
  10. Oil kontak dengan permukaan panas
  11. Kontaminan radiologi
  12. Efisiensi pembakaran mesin bakar yang rendah
  13. Fuel yang kaya kandungan aromatic
  14. Kontamination sulfation
Soot (jelaga) adalah padatan sebagai produk samping pembakaran dan keberadaanya normal pada motor bakar/diesel engine. Soot (jelaga) ini ada pada sekeliling piston dan keberadaan oli pelumas adalah mengikat soot agar tidak menebal dan gesekan dengan dinding ruang piston.

Kutip Artikel ini Sebagai Referensi (Citation):
Feriyanto, Y.E. (2021). Pembahasan Lengkap Varnish (Jelaga) dan Sludge (Lumpur) di Oil Tribology, Best Practice Experience in Power Plant. www.caesarvery.com. Surabaya

Referensi:

[1] Kon, T., Honda, T., and Sasaki, A. (2020). Estimation of the Oxidative Deterioration of Turbine Oil Using membrane Patch Color. J. of Advances in Tribology, ID 1708408

[2] Liu, Z., Wang, H., Zhang, L., Sun, D., Cheng, L., and Pang, C. (2016). Composition and degradation of Turbine Oil Sludge. J. Therm Anal Calorim

[3] Rasberger, M. (1994). Oxidative Degradation and Stabilisation of Mineral Oil Based Lubricants. Chemistry and Technology Lubricants, Chapman & Hall

[4] Prasad, R.S., Ryan, H.T., Dell, S., Pheneger, D.D., and Sheets, R.M. (2008). Formation of Deposits from Lubricants in Hign Temperature Applications

[4] Sasaki, A., Aoyama, H., Honda, T, Iwai, Y., and Yong, C.K. (2013). A Study of the Colors of Contamination in Used Oils. Tribology Transactions

[5] Farooq, K. (2009). Varnish Removal and Control in Turbine Lubrication Systems. Proceeding of the ASME 2009 Power Conference. USA

[6] EPRI. (2002). Lube Oil Predictive Maintenance, Handling, and Quality Assurance Guideline