Trending Topik

Subcritical-Supercritical dan Steam Drum Boiler di PLTU

Diposting oleh On Friday, October 23, 2015

Dilihat dari phase-nya, boiler terbagi menjadi 3 yaitu:
  • Subcritical Boiler
Subcritical artinya adalah phase yang terbentuk di boiler tidak homogen (masih bisa dibedakan antara cair dan uap) sehingga tipe boiler ini membutuhkan steam drum/boiler drum untuk memisahkan kedua phase untuk lanjut dipanaskan kembali menjadi superheated steam yang digunakan untuk memutar sudu turbine. Operasi subcritical boiler adalah pada < 22,1 MPa (1 bar = 0,98 kgf / cm2 = 0,1 MPa) = 220 bar (Zhou and Turnbull, 2002). Contoh operasi boiler P = 170 bar dan T = 540 oC mempunyai efisiensi dengan kisaran 32 - 38 %.
Berdasarkan Handbook Kurita (1999), pressure boiler/tekanan boiler dibedakan menjadi 3 sebagai berikut:
"Subcritical is not homogeneous produced phase in Boiler (still can be distinguished between liquid and vapor) so that this types Boiler requires a Steam Drum to separate 2 phases before it is used to rotate Turbine Blade. Subcritical Boiler operation 22,1 MPa (1 bar = 0,98 kgf / cm2 = 0,1 MPa). Examples Boiler operation are P = 170 bar dan T = 540 oC has the efficiency of 32 - 38 %."

  • Supercritical Boiler
Supercritical artinya keadaan substansi dimana tidak bisa dibedakan antara phase cair dan uap (kedua phase homogen) dan tipe boiler ini tidak membutuhkan steam drum sehingga sering disebut once through boiler (boiler satu kali lewatan dimana air masuk langsung menjadi steam dan langsung digunakan untuk memutar sudu turbine). Air mencapai keadaan critical pada tekanan 22,1 MPa, jadi operasi supercritical boiler > 22,1 MPa. Contoh operasi boiler ini adalah P = 250 bar dan T = 615 oC mempunyai efisiensi kisaran pada 37 - 42 %. Terdapat pengendalian superketat terhadap parameter kualitas air pada boiler tipe ini salah satunya adalah pengendalian dissolved oxygen hanya menggunakan all-volatile treatment (AVT) seperti ammonia dan hydrazine. Baca detail di: Siklus All-Volatile Treatment (AVT) Uap-Air di PLTU. Batasan parameter DO sudah terkendali adalah 25-50 ppb.

"Supercritical is substance condition which it can not be distinguished between liquid and vapor phases (2 phases is homogeneous) and this types a Boiler no requires Steam Drum so that called One Through Boiler (one through direct to be used to rotate Turbine Blade). Water reach Critical Point at pressure 22,1 MPa, so operating of Supercritical Boiler must > 22,1 MPa. Examples Boiler operating are P = 250 bar dan T = 615 oC has the efficiency of 37 - 42 %."

  • Ultra Supercritical Boiler
Boiler supercritical & ultra supercritical didesain dengan konstruksi metalurgi yang sangat baik (high grade quality) karena tidak adanya steam drum, sehingga konstruksi boiler dan turbine dijaga jangan sampai terdapat reaksi kerak dan korosi. Contoh operasi ultra supercritical boiler adalah pada P = 300 bar dan T = 630 oC mempunyai efisiensi kisaran pada 43 - 45 %.
Penambahan tingkat efisiensi boiler berdampak menurunnya biaya operasional dan mengurangi emisi CO2

"Supercritical Boiler designed with the best metallurgical construction (high grade quality) because it is no Steam Drum, so that construction Boiler and Turbine are guarded from reaction of scale and corrosion. Examples Ultra Supercritical Boiler operating are P = 300 bar and T = 630 oC has the efficiency of 43 - 45 %.
The addition degree of Boiler efficiency has effect decreasing operational cost and reduce CO2 emissions."
Berdasarkan literatur dari Basu (2019) seperti berikut:

Rankine Cycle with Superheater
Keterangan : 
1 - 2 : Siklus awal yaitu air dipompa dari tekanan rendah ke tekanan tinggi (menggunakan pompa BFP) yang kemudian dilewatkan ke pre-boiler (economizer) untuk dipanaskan awal, sehingga temperatur pelan-pelan naik
2 - 3 : Proses pemanasan di boiler pada tekanan tetap, sehingga air berubah menjadi saturated steam dan entropi naik (energi per satuan temperatur yang tidak bisa digunakan untuk melakukan kerja)
3 - 3' : saturated steam yang terbentuk harus dipanaskan lagi sehingga temperaturnya naik yang berimbas juga pada tekanan naik dan berubah menjadi superheated steam. Kenaikan pressure inilah yang digunakan untuk memutar sudu turbine
3' - 4' : superheated steam telah digunakan untuk memutar sudu turbine tekanan tinggi sehingga temperatur dan tekanan pelan-pelan turun
4' - 4 : entropi terus turun karena mengikuti penurunan temperatur namun energi yang ada pada steam masih bisa dinaikkan lagi temperaturnya (reheater) pada siklus 4 - 3 sehingga bisa digunakan untuk memutar sudu turbine tekanan rendah
4 - 1 : Setelah tekanan menjadi rendah, low pressure steam diubah menjadi air lagi di condenser
Siklus terjadi terus menerus dalam keadaan tertutup (close cycle) dan proses inilah yang terjadi di PLTU.

"Description :
1 - 2 : the first cycle is water pumped from low pressure to high pressure (BFP) then to Pre Boiler (Economizer) to be heated so that rising temperature
2 - 3 : heating process in Boiler at constant pressure, so that water converted into Saturated Steam
3 - 3' : Saturated Steam that produced must be heated again so that rising temperature at constant pressure and changed to Superheated Steam
3' - 4' : Superheated Steam used to rotate Turbine Blade so that decreasing of temperature and pressure
4 - 1 : after pressure become low. Low Pressure steam converted into water in Condenser
The cycles occur continuously in close cycle and this is occuring process in PLTU"

Steam Drum
Diambil dari handbook (Babcock & Wicox) didapat informasi bahwa fungsi steam drum sebagai berikut:
  • Mencampur feedwater dengan saturated water sisa pemisahan uap dan air
  • Mencampur injeksi kimia agar merata ke semua sistem
  • Memurnikan steam dari kontaminan dan kandungan moisture
  • Sebagai sarana blowdown untuk membuang solid content yang tertangkap
  • Sebagai water storage emergency ketika boiler terjadi perubahan beban
  • Mencegah water droplet carry-over ke superheater yang memungkinkan thermal damage bisa terjadi
  • Mengurangi steam carry-under yang bisa menyebabkan penurunan hydraulic pumping head
  • Mencegah carry-over solid yang ter-disoolved yang bisa menyebabkan kerusakan pada turbine
Berikut penampang steam/water drum di PLTU:

Referensi:
[1] Feriyanto, Y.E. (2015). Best-Practice Experience in Steam Power Plant, Surabaya
[2] The Babcock & Wilcox Company. Boiling Heat Transfer, Two-Phases Flow and Circulation
[3] http://www.answers.com/Q/What_is_difference_between_subcritical_supercritical_boiler
[4] http://www.scribd.com/doc/87622501/Super-Critical-Boilers-vs-Sub-Critical-Boilers
[5] http://www.nationalboiler.com/blog/boiler-repair/the-benefits-of-supercritical-boilers
[6] http://www.slideshare.net/SHIVAJICHOUDHURY/super-critical-boiler 
[7] http://www.erc.uct.ac.za/jesa/volume19/19-1jesa-kapooria-etal.pdf
[8] https://en.wikipedia.org/wiki/Rankine_cycle
[9] Zhou, S., and Turnbull, A. (2002). Steam Turbine Operating Condictions, Chemistry of Condensate, and Environment Assisted Cracking - A Critical Review. UK
[10] Kurita. (1999). Handbook of Water Treatment, Second Edition. Japan
[11] Basu, P. (2019). Power Plant Instrumentation and Control Handbook. Chapter 2. Main Equipment
Kutip Artikel Ini Sebagai Referensi (Citation):
Feriyanto, Y.E. (2015). Subcritical-Supercritical dan Steam Drum Boiler di PLTU, Best Practice Experience in Power Plant. www.caesarvery.com. Surabaya

ARTIKEL TERKAIT: 
1. Macam - Macam Boiler 
2. Macam Cycle Proses 
3. Boiler & Permasalahannya

Macam - Macam Cara Pencegahan Korosi

Diposting oleh On Monday, October 19, 2015

Korosi adalah kembalinya logam ke bentuk bijihnya, karena logam sebenarnya tidak stabil. Berikut kutipan dari Schweitzer, P.A (2010):
Pengecualian proses korosi terjadi pada logam emas/gold (Au) dan platinum (Pt) karena sudah berada pada keadaan dasar yang stabil.
Proses bijih menjadi logam dibuat dengan temperatur yang tinggi sehingga menghasilkan keadaan logam yang berenergi tinggi dan jika aliran arus energi tidak ada (selama logam dipakai) maka logam akan cenderung kembali ke bentuk bijihnya sehingga semakin lama logam terkikis habis dan inilah terjadinya Proses Korosi.
Secara reaksi kimia, proses korosi terjadi karena potensial reduksi (ERed) besi lebih rendah daripada ERed di sekelilingnya (udara dan air), sesuai reaksi : 
Anoda (-) : 2 Fe ---> 2 Fe2+ + 4e
Katoda (+) : O2 + 2 H2O + 4e ---> 4 OH-
Sehingga reaksi menjadi : 
2 Fe + O2 + 2 H2O ---> 2 Fe2+ + 4 OH- 
2 Fe + O2 + 2 H2O ---> 2 Fe(OH)2 
4 Fe(OH)2 + 2 H2O + O2 ---> 4 Fe(OH)3 (korosi)

"Corrosion is the return metal into ore, because the metal is actually unstable.  Process ore to be a metal made by high temperature so produce high energy metal and if no current flow (during metal used) so metal will tend return into ore so longer time the metal is eroded and this is Corrotion Process.
In chemical reaction, corrosion process occur due to potential reduction iron lower than environment potential reduction (air and water), according reaction :"

DERET VOLTA :
(LiKaBaCaNaManganAluZengBesiNibaniSangPrabuHanCurHangusAgakPaitAu)
  • Dari Kiri ke Kanan nilai ERed (potensial reduksi) semakin positif (+), Mengalami Reduksi (Oksidator Kuat)
  • Dari Kanan ke Kiri nilai ERed semakin negatif (-), mengalami Oksidasi (Reduktor Kuat)
Sel Volta / Sel Galvani berkebalikan dengan Sel Elektrolisis.
Ciri - Ciri Sel Volta Seperti Dibawah Ini :
  • Katoda (+) : Fe ---> Fe2+ + 2e mengalami Reduksi
  • Anoda (-) : Mg2+ + 2e ---> Mg mengalami Oksidasi
BACA JUGA: Sel Elektrokimia : SEl VOLTA / SEL GALVANI (1 of 2)

Macam - Macam Perlindungan Logam Terhadap Korosi:
1. Perlindungan Katoda (Cathodic Protection) adalah upaya mengurangi perbedaan potensial reduksi antara 2 logam (katoda dan anoda), terbagi menjadi 2 jenis yaitu :
  • Pengorbanan Anoda (Sacrificial Anode) 
Logam yang akan dilindungi bertindak sebagai Katoda (reduksi) karena logam pelindung yang akan korosi lebih dahulu dicarikan yang mempunyai ERed rendah yang ditempatkan sebagai Anoda (oksidasi). Karena reaksi korosi terjadi akibat reaksi oksidasi dan reaksi oksidasi terjadi di Anoda maka yang akan terkikis adalah Anoda saja dan Katoda terlindungi sehingga disebut Pengorbanan Anoda dan antara keduanya dihubungkan kawat penghantar untuk perpindahan elektron. Prinsip kerjanya sama dengan proses Sel Volta yaitu larutan elektrolit yang tercelup di 2 elektrode, karena ada beda potensial antara kedua elektrode maka ada elektrode yang menerima elektron (reduksi) dan melepas elektron (oksidasi). Prinsip pemilihan Anoda mengacu ke Deret Volta yaitu logam pelindung harus di sebelah kiri dari logam yang dilindungi. Misalnya tiang listrik yang terpendam di tanah lembab (elektrolit) terbuat dari besi (katoda), maka logam pelindungnya harus disebelah kiri Fe yaitu Mg, Al atau Zn. Sebagai contoh Mg (anoda) akan teroksidasi lebih dahulu sehingga Fe akan aman dari pengkorosian dini. Reaksinya seperti berikut :

"The metal to be protected acts as a cathode (reduction) because metal protector will first corrosion choosen has low potential reduction and have placed as anode (oxidation). Because corrosion react occur oxidation react and occur in anode, so it will be eroded only anode and cathode will protected so called sacrificial anode and both connected by connected wire for electron transport. The working principle like process in volta cell which electrolyte solution dipped in 2 electrode, because there is potential different between two electrode so there is electrode accept electron (reduction) and donor electron (oxidation). The principle select of anode refers to volta sequence which protect metal must in left from protected metal. As example electric tower that dipped in humid soil (electrolite) made from iron (cathode), so protection metal must in the left from iron such as Mg, Al or Zn. As example Mg (anode) will be oxidated first so iron will save from corrosion. Reaction like below :" 
Anoda (+): Mg ---> Mg2+ + 2e
Di sekitar Katoda (-) : H2O + 2e ---> H2 + 2 OH-
Sehingga reaksi menjadi: Mg + H2O ---> Mg2+ + 2 OH- + H2
                                           Mg + H2O ---> Mg(OH)2 + H2
Sumber: Chapter 19 The Book principles of General Chemistry "Electrochemistry"
 
  • Arus Terpasang (Impressed Current) 
Prinsipnya mirip Sel Elektrolisis yaitu menggunakan Arus DC (jika menggunakan arus AC harus ada Rectifier sebagai penyearah arus) dan Katoda Inert yang tidak habis terkikis. Arus DC digunakan untuk mensupplay arus negatif (-) ke logam yang dilindungi sebagai Katoda  (-) dan arus positif (+) ke Anoda (Pt) karena Inert tidak ada reaksi oksidasi. Arus listrik mengalir dari Anoda (+) ke Katoda (-) sehingga aliran elektron berkebalikan yaitu dari Katoda (-) ke Anoda (+), dengan adanya penambahan elektron di Anoda menyebabkan Anoda yang semula melepas elektron berubah menjadi penerima elektron yaitu dipaksa bertindak menjadi Katoda sehingga reaksi oksidasi tidak terjadi. Elektron yang dihasilkan dari arus disyaratkan menghasilkan elektron lebih tinggi dari hasil reaksi di Anoda sehingga menyebabkan Anode kelebihan elektron. 

"The principle is similar electrolysis cells using DC current (if use AC current must use Rectifier) and Inert Cothode which not react will be eroded. DC current used to supply negative current (-) to protected metal as Cathode (-) and positive current (+) to Anode (Pt) because Inert does not oxidation react. Electric current distribute from Anode (+) to Cathode (-) so electron flow reverse such as from Cathode (-) to Anode (+) with adding electron in Anode causing Anode that firstly release electron change to acceptor electron which forced acts as Cathode so oxidation react does not occur. Electron that produced from it's current must be required produce electron higher than reaction in Anode so cause an excess electron Anode."
2. Penyepuhan (ElectroPlating)

Menggunakan prinsip Elektrolisis dengan pelapisan logam menggunakan logam mulia (Sn, Zn, Cr, Ni, Au, Ag). Contoh umum adalah :
  • Kaleng terbuat dari besi (Fe) menggunakan plating dari Timah (Sn), sehingga kaleng terlindungi dari pengkorosian selama lapisan Timah tidak tergores dan jika tergores (kaleng sudah dipakai), Timah akan mengkorosi Besi karena ERed Timah terletak disebelah kanan Besi (Besi lebih oksidatif dari Timah) sehingga proses penghancuran limbah juga menjadi cepat (limbah hancur lebih cepat dan ini diharapkan).
  • Proses pelapisan logam dengan Cu
  • "The bottles are manufactured from Iron (Fe) using plating from Tin (Sn), so the botlles are protected from corrosion during Tin layer does not scratched (the bottles have been used), Tin will corrode Iron because potential reduction Tin located on the right side from Iron (Iron is more oxidative from Tin) so waste destruction process become faster (this is expected)
  • Metal coating process with Cu"

3. Paduan Logam (Alloy)
Melapisi logam dengan logam tahan karat seperti Chromium (Cr), Nikel (Ni), Timah (Sn). Contoh alloy adalah : Kuningan, Perunggu, Stainless Steel, Monel 

BACA JUGA: Macam - Macam Stainless Steel (SS)

 4. Pelapisan (Coating)
Melapisi logam dengan cat, plastik atau oli sehingga agen penyebab korosi (oksigen, pH asam, pH basa, dan kelembaban) tidak kontak dengan logam. Tipe - tipe pelapisan adalah :
  • Pelapisan dengan Penempelan (Clad Coating) 
Melapisi logam dengan plastik
  • Pencelupan Panas dengan Timah (Hot Dipping Tin Plating)
Pelapisan logam dengan cara dicelupkan ke lelehan timah panas
  • Galvanisasi
Pelapisan logam dengan logam lain, misalnya logam Fe dilapisi dengan lelehan Zn (pemilihan logam pelapis mengacu ke Deret Volta sehingga mengikuti Reaksi Galvani)
 
  • Penyemprotan (Spraying) 
Pelapisan logam dengan cara disemprot menggunakan spray gun yang berisi lelehan panas Al atau Zn 
  • Pembentukan Lapisan Oksida (Passivation) 
Pembentukan lapisan oksida bisa didapatkan dengan cara pemanasan pada suhu tinggi, oksidasi kimia antara Steel dengan Hot Alkaline Nitrate / Persulphate / Perchlorat, oksidasi Anoda dengan prinsip elektrolisis.

"The forming oxide layer can be obtained with high temperature heating,chemical oxidation between Steel with Hot Alkaline Nitrate / Persulphate / Perchlorat, Anode oxidation with electrolysis principle."
  • Phospatting 
Pelapisan Besi menggunakan Iron Phospate (Fe3(PO4)2 dengan cara pencelupan di larutan H3PO4 dan ZnPO4. Logam yang terlapisi ini masih kurang aman terhadap korosi karena permukaan masih berpori sehingga perlu dilapisi lagi dengan pengecatan (paint). Aplikasi ini terbanyak diterapkan di dunia otomotif. 

"Coating Iron using Iron Phospate (Fe3(PO4)2 with dipping in H3PO4 and ZnPO4 solutions. The coated metal still saveless to corrosion because it's surface still has porous so require again with painting. This application many apllied in otomotive company."

6. Menghilangkan Agen Pengoksida Logam (Reduktor Kuat) 
7. Menghambat Reaksi Kimia di Permukaan (Chemical Inhibitor & pH Control) 

Mekanisme dari chemical inhibitor adalah: 
  • Menyerap ke permukaan logam untuk membentuk lapisan pelindung 
  • Bergabung dengan produk penyebab korosi untuk membentuk lapisan pelindung logam 
  • Membentuk lapisan endapan seperti Coating dan melindungi lapisan logam 
  • "Absorb into metal surface to form a protective layer
  • Join with product corrosion agent to make metal protective layer
  • To form sediment layer such as Coating  and protec metal layer"
 

Kutip Artikel ini Sebagai Referensi (Citation):
Feriyanto, Y.E. (2015). Macam - Macam Cara Pencegahan Korosi. www.caesarvery.com. Surabaya

Referensi:
[1] http://www.npl.co.uk/upload/pdf/cathodic_protection_in_practise
[2] http://www.corrosionsource.com/FreeContent/1/Cathodic+Protection 
[3]http://chemwiki.ucdavis.edu/Analytical_Chemistry/Electrochemistry/Case_Studies/Corrosion
[4] http://www.npl.co.uk/upload/pdf/cathodic_protection.pdf/Sacrificial_Anode 
[5]http://tinker-rasor.com/wp-content/uploads/2013/03/Cathodic-Protection-Manual
[6] http://www.bushman.cc/pdf/corrosion_theory
[7] http://www.northeastgas.org/pdf/d_rossi_cathodic
[8] http://www.cathodic.co.uk/files/1246442149Cathodic%20Protection%20Overview 
[9] Drs. Suhartana, MSi. Laboratorium Kimia Anorganik Fakultas MIPA Universitas Diponegoro
[10] http://nzic.org.nz/ChemProcesses/metals/8J  
[11] http://user.engineering.uiowa.edu/~swan/courses/53086/Corrosion_Protection
[12]http://www.kau.edu.sa/Files/0060757/Subject/CORROSION%20CONTROL%
20ChE%20311
[13] Schweitzer, P.A. (2010). Handbook of Fundamentals of Corrosion Mechanisms, Causes, and Preventative Methods. CRC Press. London & New York

ARTIKEL TERKAIT: 
1. Design Cathodic Protection di Condensor 
2. Analisa Kerak Tube Boiler & Condenser
3. Water Process dan Injeksi Kimia di PLTU