POWER PLANT

Macam-Macam Oil Purifier/Oil Separation/Oil Treatment dan Prinsip Kerjanya

Diposting oleh Caesar Very On Friday, July 30, 2021

Oil purifier adalah komponen paling penting dalam sistem pelumasan (lubricating oil). Purifier ini berfungsi sebagai alat yang menjaga kualitas dari oil dan meminimalisir kontaminan pada oli seperti water (air), wear (gram), sludge (lumpur) dan materi suspended lainnya. Sebagai contoh di PLTU, komponen bearing-bearing seperti turbin-generator harus dilakukan pelumasan agar tidak terjadi kerugian gesekan yang bisa menyebabkan keausan. Oli pelumas secara periodik dilakukan uji laboratorium dan lebih detail baca di: Analisa Oil Pelumas (Tribology)

Pada hasil uji oil tribology terbagai menjadi 3 parameter yaitu wear, contaminant dan chemistry. Peran oil purifier ini adalah sebagai polishing pada parameter wear dan contaminant. Wear sebagai indikasi adanya gesekan berlebih baik ferrous maupun non-ferrous serta unsur kimia spesifik lainnya sedangkan contaminant seperti water dan sludge (ISO 4406/NAS 1638). Parameter water content ini terbagi menjadi 4 macam yaitu free water, emulsified, dan dissolved water, detail baca di: Kandungan Air (Water Content) pada Minyak Pelumas

Terdapat 3 Tipe Umum Purifier yang Ditemui di PLTU Sebagai Berikut:

Sentrifugal/Centrifugal Oil Purifier

Purifier ini memanfaatkan gaya sentrifugal, dimana putaran porosnya akan membuang partikel yang lebih berat (heavy molecule) seperti sludge dan free water kebawah/keluar sedangkan partikel ringan (light molecule) seperti oli kearah pusat/keatas. Pemisahan ini menghasilkan oli yang sudah terminimalisir dari beberapa kontaminan sehingga oil siklus diharapkan sudah terjaga kualitasnya. Berikut gambaran detail sentrifugal oil purifier:

Gambar 1. Centrifugal Oil Purifier

Karakteristik khas dari sentrifugal oil purifier adalah memiliki mangkok kerucut (cone bowl), dimana komponen itulah yang membentuk gaya sentrifugal.

Gambar 2. Skematik Mangkok Kerucut Sentrifugal Oil Purifier

Didalam centrifugal oil purifier terdapat beberapa komponen seperti poros yang digerakkan pompa, line/piping tempat masuknya oli dan sirip-sirip yang berguna sebagai perangkap partikel yang berbeda berat jenisnya. Desain sirip yang dibuat tajam kebawah mendukung gaya sentrifugal yang melempar partikel dengan berat jenis lebih besar kearah luar sedangkan berat jenis kecil kearah pusat/atas.

Gambar 3. Proses Separation Oil dan Kontaminan

Heater + Vacuum Dehydration Oil Purifier + Mechanical Filter

Purifier ini adalah yang paling sempurna ketika digunakan untuk meminimalir kontaminan karena heater + vacuum dehydration sangat baik meminimalisir semua water content (dissolved water, emulsified water, dan free water) dan mechanical filter sangat baik menyaring sludge (ISO 4406/NAS 1638) dan wear (feroous & non-ferrous). Berikut penjelasan detailnya:

Gambar 4. Heater + Vacuum Dehydration + Mechanical Filtration Oil Purifier

Gambar 5. Heater pada Oil Purifier

Heater ini berfungsi sebagai peralatan penguapan air.

Gambar 6. Vacuum Dehydration pada Oil Purifier

Vacuum dehydration berupa perangkat vessel/tank yang dibuat tekanan didalamnya vakum oleh vacuum pump. Dilengkapi dengan pressure gauge untuk mengetahui kinerjanya, vacuum dehydration berfungsi menurunkan titik penguapan air sehingga kinerja purifier lebih cepat, efisien energi dan efektif (lebih banyak air yang terpisahkan).

Mechanical filter ini digunakan untuk menyaring sludge (ISO 4406/NAS 1638) dan wear (ferrous-non-ferrous). Umumnya terdapat 2 filter yang beroperasi seri dan pengalaman kami di PLTU menggunakan ukuran 7 mikron dan 2.5 mikron dengan alasan mewakili ISO 4406 4/6/14.

Gambar 7. Prinsip Kerja Heater + Vacuum Dehydration Oil Purifier

Ketika oli dipanaskan maka akan menguapkan fluida didalamnya (oli + air) dan karena oli memiliki titik uap yang sangat tinggi dan air hanya 100 ^oC pada tekanan 1 atmosfer, sehingga ketika dipanaskan maka air terlebih dahulu yang akan teruapkan. Agar titik uap turun maka berdasarkan prinsip gas ideal PV=nRT maka tekanan atau volume juga harus turun dan pada oil purifier yang di-improve adalah tekanan operasinya menggunakan sistem vakum dibantu vacuum pump. Kondisi vakum ini bisa menurunkan titik uap air pada temperatur 60 ^oC sehingga water content lebih cepat terbuang dan hemat energi.

Gambar 8. Skematik Heater + Vacuum Dehydration + Mechanical Filter Oil Purifier

Urutan oil purifier tipe Heater + Vacuum Dehydration + Mechanical Filter sebagai berikut: main oil tank (MOT) ---> suction strainer ---> suction pump ---> heater ---> vacuum dehydration ---> discharge pump ---> mechanical filter ---> main oil tank (MOT)

Gambar 9. Ilustrasi didalam Vaccum Dehydration Tank

Oli yang telah dipanaskan di heater masuk ke vacuum dehydration tank dengan disembur dari atas sehingga terbentuk atomizing. Karena vacuum maka titik uap air turun dan output-an dari heater telah mencapai titik uapnya sehingga droplet-droplet air langsung membentuk uap air dan tersedot keluar oleh vacuum pump. Sedangkan oli karena titik uapnya sangat tinggi tetap berada pada vessel.

Gambar 10. Digital Monitoring Parameter Kualitas Oli

Umumnya untuk oil purifier yang mahal sudah dilengkapi digital monitoring parameter kualitas oli seperti kontaminan ISO 4406/NAS 1638 dan water content. Oil purifier ini memiliki kelebihan dapat meminimalisir semua kontaminan pada oli sedangkan kelemahannya adalah biaya investasi dan operasional yang cukup mahal.

Plate and Frame Filter Press Oil Separation

Plate and Frame Filter Press adalah salah satu alat pemisah berupa plate (lempengan besi) dan frame (filter membrane/kassa) dimana keduanya dilakukan pengepresan menggunakan alat hidrolik. Berikut gambar detailnya:

Gambar 11. Plate and Frame Filter Press (Disassembly)

Gambar 12. Filter Membrane/Kassa

Membrane ini memiliki pori-pori yang dipersyaratkan dan karena dalam uji oil tribology pada parameter kontaminan ISO 4406 4/6/14 maka harus digunakan ukuran mikron yang bisa mereferensikan tingkat cleanliness yang diharapkan.

Gambar 13. Plate and Frame Filter Press (Assembly)

Setelah filter press terpasang membrane/kassa kemudian dilakukan pengepresan dengan hidrolik sampai dipastikan telah menempel kuat satu bagian dengan yang lain. Oli yang dipaksa melewati beberapa filter membrane akan tersaring dari suspended solid namun tidak untuk water content. Sehingga pada filter press ini yang memiliki kinerja berat adalah filter bagian suction dan harus rutin dilakukan cleaning agar performa penyaringan maksimal. Kelebihan oil separation ini adalah sangat baik dalam memisahkan suspended solid dan wear (gram) dibandingkan tipe lain dan kelemahannya kurang maksimal dalam mengurangi kontaminan lain seperti water content.

Kutip Artikel ini Sebagai Referensi (Citation):

Feriyanto, Y.E. (2021). Macam-Macam Oil Purifier/Oil Separation/Oil Treatment dan Prinsip Kerjanya. www.caesarvery.com. Surabaya

Macam-Macam Scale Inhibitor

Diposting oleh Caesar Very 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)₂dan Zn(PO₄)₂]
Silica dan magnesium silicate [SiO₂ dan MgSiO₃]
Calcium sulphate [CaSO₄]

BACA JUGA: Macam-Macam Scale di Boiler & Condenser

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.

BACA JUGA: Kontaminan Silica dan Penanganannya

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)

Passivation Inhibitor
Organic Inhibitor
Precipitation/Cathodic Inhibitor
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 Caesar Very 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:

Alkyl amine (octadecylamine-ODA)
Chromate
Nitrite
Molybdate
Tungstate
Silicate
Polyphospate (pyrophospate, tripolyphospate dan hexametaphospate)
Phosponate (hydroxy-ethylidene-diphosphonate, 2-phosphonobutane-1,2,4-tricaboxylate, aminotrimethylene phosponate)
Polyacrylate
Polymaleate
Salt (zinc and nickel)
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]

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 (SO₄^2-) 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.