Desalination Plant

Desalination plant merupakan suatu peralatan yang mengubah air laut menjadi air tawar (desalinasi) dengan menghilangkan kadar garamnya. Air tawar ini nantinya dapat digunakan untuk keperluan konsumsi manusia dan untuk kebutuhan suatu industri. Salah satu kebutuhan di industri yaitu pembangkit listrik sebagai bahan baku air pendingin, fire fighting dan fluida kerja turbin uap.

Ada 3 metode desalinasi yang digunakan, yaitu:

Freezing Desalination Plant: Proses pengolahan air laut dengan cara mendinginkan air laut sampai temperatur tertentu, sehingga airnya akan membeku membentuk es, sedangkan garam-garamnya belum membeku karena titik bekunya lebih rendah.

Filtrasi (reverse osmosis): proses pengolahan air laut dengan cara melewatkan air laut ke saringan. Saringan berupa selaput permiabel (zat dapat tertentu masuk kedalan sel), dimana air bisa lolos melewat selaput Permiabel sedangkan garam-garam tidak bisa lolos disebabkan karena garam-garam mempunyai ukuran partikel-partikel yang lebih besar.

Vaporizing (Penguapan): Proses pengolahan air laut dengan cara memanaskan air laut sampai temperatur tertentu, sehingga sebagian air laut akan menguap. Uap air yang terbentuk kemudian didinginkan sehingga mengembun menjadi distilat yang mempunyai conductivity yang rendah (± 10 ms/cm). Sedangkan air laut yang tidak menguap dan banyak mengandung garam-garam dibuang dengan pompa blowdown.

Proses vaporizing merupakan yang paling banyak digunakan karena paling ekonomis. Metode vaporizing sendiri terdapat 3 sistem desalination plant diantaranya:

One Through Multiple Stage Flash. Pada sistem desalination plant one through MSF Tiap-tiap tingkat terdiri dari 2 (dua) ruangan, yaitu ruangan penguapan dan ruangan pengembunan. Air laut dipompa dan dilewatkan kedalam pipa-pipa penukar kalor didalam ruangan kondensasi (sebagai pendingin), dan sekaligus juga dipanaskan oleh uap yang timbul diruang penguapan (mengambil kalor latent). Selanjutnya air laut dipanaskan didalam pemanas air laut (brine heater), dan dimasukkan kedalam ruang penguapan (flash chamber) tingkat pertama.

Circulating  Multiple Stage Flash. Pada sistem desalination plant MSF recirculating, Sistem terdiri dari heat recovery section, heat rejection section, seperti diperlihatkan pada gambar 2.  Setelah melewati bagian condensor heat rejection, sebagai pendingin. Sebagian air laut dipakai sebagai air penambah pada tingkat terakhir, dan sebagian lagi dibuang keluar (blowdown). Sebagian brine tingkat  terakhir diencerkan dengan air penambah (make up) dan disirkulasikan melewati pendingin (condensor) heat recovery section dan sisa air brine sebagian dibuang untuk mempertahankan concentration factor.  Setelah melewati condensor-condensor dari heat recovery section, brine dipanaskan sampai suhu terminalnya dan masuk tingkat pertama ruang penguapan (flash chamber).  Penguapan berlanjut terus didalam ruang-ruang penguapan, brine mengalir dari tingkat pertama sampai tingkat terakhir. Setelah dicampur dengan air penambah, brine mengalir kedalam pompa sirkulasi dan proses berulang kembali.

Multi Effect Desalination. Pada sistem desalination plant multi efek, uap yang berasal dari auxilary steam masuk ke dalam tube-tube pada efek pertama untuk memanaskan air laut. Air laut masuk ke dalam efek pertama dengan cara dispray ke tube-tube yang berisi uap. Saat itu juga uap yang ada didalam  tube akan terkondensasi dan menghasilkan destilat kemudian ditampung di destilat box, di lain sisi temperatur air laut akan naik dan menguap karena tekanan yang dibawah atmosfer. uap yang terbentuk akan masuk ke efek ke dua dan seterusnya hingga efek terakhir. Diefek terakhir atau disebut juga final condensor, uap tersebut kontak dengan tube yang berisi air laut sehingga menghasilkan destilat. Air laut yang tidak teruapkan ditampung di dalam brine chamber dibuang ke laut.

Pada tulisan ini saya akan menjelaskan prinsip kerja dan peralatan yang ada di desalination plant yang ada di unit saya yaitu tipe One Through Multiple Stage Flash. Desalination plant ini digunakan untuk memproduksi air tawar untuk kebutuhan operasional Pembangkit Listrik. Secara garis besar, proses yang terjadi pada desalination plant ini adalah penguapan (vapourizing) dan pengembunan (condensing). Kedua proses ini bertujuan untuk mengekstrak air dari garam-garam secara cepat. Penggunaan konsep tekanan dan temperatur air sangat berperan dalam proses ini. Sebagaimana sifat air yang menguap lebih cepat pada tekanan yang lebih rendah, maka keadaan vakum yang diperoleh dari proses condensing akan mempercepat pemisahan uap air dengan garam. Dan uap air ini nantinya akan didinginkan kembali untuk mengubah fasanya menjadi cair.

Berikut adalah komponen dan peralatan yang terdapat pada suatu desalination plant:

1. Sea Water Feed Pump (SWFP): Memompa air laut untuk disuplai ke desalination plant.
2. Sea Water Strainer: Menyaring kotoran-kotoran air laut setelah dipompa dari SWFP.
3. Sea Water Control Valve: Mengatur mass flow air laut yang menuju ke desalination plant.
4. Uap (steam): Berfungsi untuk memanaskan air laut dan membuat vakum. Uap dapat diperoleh dari auxilliary boiler atau HRSG/ boiler.
5. Steam Control Valve: Mengatur mass flow uap yang menuju ke desalination plant.
6. Desuperheater Control Valve: Mengatur temperatur steam yang menuju ke brine heater menggunakan condensate water.
7. Evaporator: Tempat terjadinya penguapan air laut dan pengembunan air distilat. Terdapat (biasanya) 20 stages yang di dalamnya terdapat demister sebagai pemisah antara uap air dan air laut sehingga tidak ikut terbawa.
8. Brine Heater: Sebuah penukar kalor yang berfungsi memanaskan air laut setelah melalui evaporator.
9. Condenser Ejector: Berfungsi membuat vakum ruang evaporator dengan proses kondensasi uap dan air laut. Terdapat tiga buah ejector, precondenser, first stage condenser dan second stage condenser ejector.
10. Condensate Pump: Memompa air kondensat dari uap pemanas Brine ke dalam MUT (Make Up Tank) atau ke evaporator dan juga sebagai media penurun temperatur uap masuk pada desuperheater.
11. Drain Cooler: Tempat untuk mendinginkan air kondensat sebelum dimasukan ke MUT atau evaporator. Air yang digunakan sebagai pendingin adalah air laut.
12. Condensate Level Control Valve: Berfungsi untuk mengatur level permukaan air kondensat pada brine heater.
13. Condensate Three Way Control Valve: Berfungsi untuk mengarahkan air kondensat, bila conductivity-nya masih bagus akan masuk ke MUT dan bila tidak akan masuk ke evaporator.
14. Distilate Pump: Memompa hasil kondensasi pada evaporator yaitu air distilat ke dalam RWT (Raw Water Tank).
15. Distillate Level Control Valve: Berfungsi mengatur permukaan level distilat pada evaporator.
16. Distillate Three Way Control Valve: Berfungsi untuk mengarahkan air distilat, bila conductivity-nya telah tercapai maka air masuk ke dalam RWT dan bila tidak akan dibuang ke laut (dump to sea).
17. Brine Blowdown Pump: Memompa air laut yang tidak menguap pada evaporator dan disalurkan lagi ke laut.
18. Brine Blowdown Level Control Valve: Berfungsi mengatur permukaan air laut pada evaporator.
19. Chemical dosing system yang terdiri dari:

          a. Anti Foam: Mencegah terjadinya busa pada evaporator karena air laut yang

             dipanaskan

          b. Anti Scale: Mencegah terjadinya korosi pada peralatan Desalination Plant

          c. Chemical Tank: Tempat menampung bahan kimia

          d. Agitator: Untuk mengaduk bahan kimia dengan air demin

          e. Chemical Injection Pump: Memompa bahan kimia dari tangki ke dalam  sea water

              supply

Setelah mengetahui peralatan-peralatan yang ada di desalination plant, selanjutnya akan dijelaskan bagaimana cara kerja desalination plant tersebut dari semula air laut hingga menjadi air distilat.

Pada prinsipnya, kerja suatu desalination plant sangat erat berkaitan dengan sifat-sifat uap air, yang mana properties (tekanan dan temperatur) uap/ air digunakan sebagai dasar dalam pengolahan air laut menjadi air tawar. Secara garis besar, urutan proses suatu desalination plant yaitu:

1. Pembuatan vakum (vacuuming)
2. Pemanasan air laut oleh steam (heating)
3. Penguapan dan pemisahan air dan kandungan garamnya (vaporizing & separating)
4. Pengembunan (condensing)

Berikut adalah gambar dari suatu desalination plant.

Pertama, pengisian air laut ke dalam Condenser Ejector dan Evaporator oleh Sea Water Feed pump (SWFP). Air laut yang menuju ke Condenser Ejector digunakan untuk pembuatan vakum ruang Evaporator. Sedangkan di Evaporator, air laut akan terjadi penguapan (vaporizing) serta pengembunan (condensing). Untuk di Evaporator sendiri, air laut akan melintasi stage akhir ke stage berikutnya lalu melewati Brine Heater dan kembali lagi ke stage akhir Evaporator dan terakhir dipompa keluar oleh Brine Blowdown Pump menuju lingkungan.

Selanjutnya, steam akan dialirkan masuk ke Condenser Ejector sehingga terjadilah proses vakum karena kondensasi di Condenser Ejector tersebut. Kemudian udara yang ada di Evaporator juga akan ikut tertarik menuju Condenser Ejector sehingga ruang Evaporator juga ikut menjadi vakum. Nilai vakum ini dibuat serendah mungkin dengan tujuan agar proses penguapan air laut akan lebih cepat terjadi.

Setelah nilai vakum tercapai, proses selanjutnya adalah pemanasan air laut. Proses pemanasan air laut dilakukan di Brine Heater menggunakan steam secara tidak langsung (indirect heating). Air laut ini dipanaskan hingga temperatur tertentu, dan dijaga dengan Desuperheater Control Valve. Uap setelah digunakan untuk memanasi tentunya akan dingin dan fasanya berubah jadi air. Air ini disebut air kondensat dan ditampung di Brine Heater sebelum akhirnya dipompa oleh Condensate Pump menuju ke MUT atau ke Evaporator stage akhir, dan sebagiannya digunakan untuk Desuperheater Control Valve.

Selanjutnya, air laut yang telah dipanaskan ini akan menguap dan terpisah dengan kandungan garamnya. Garam tidak ikut menguap karena titik didihnya lebih tinggi dari air, sehingga uap air dan garam-garam ini terpisah. Uap air akan naik ke atas ruang Evaporator melewati demister. Adapun fungsi demister ini yaitu untuk memisahkan uap air dengan partikel-partikel ikutannya. Sedangkan air laut yang tidak menguap akan terbuang keluar melalui Brine Blowdown Pump.

Kemudian, uap air yang telah melewati demister akan diembunkan (condensing) oleh aliran air laut yang melintas sebelumnya hingga berubah fasa menjadi air. Air inilah yang disebut dengan air distilat, atau produk dari desalination plant. Air distilat ini ditampung di stage akhir Evaporator, sebelum akhirnya dipompa oleh Distillate Pump menuju ke MUT jika conductivity-nya telah memenuhi syarat, dan akan terbuang ke luar jika belum terpenuhi. Pengontrolan kualitas air distilat ini diatur oleh Three Way Control Valve. Untuk conductivity sendiri biasanya telah memenuhi syarat jika di bawah 20 µs/cm (di unit kerja penulis). Artinya kalau angkanya menunjukkan lebih tinggi maka air distilatnya tidak bagus.

Itulah cara kerja dari desalination plant menghasilkan air tawar dari air laut. Dalam pengoperasiannya, terdapat beberapa hal yang harus diperhatikan agar optimal yaitu pressure air laut yang stabil, steam yang digunakan untuk pemanasan dan pembuatan vakum (mass flow dan pressure-nya) juga terpenuhi dan chemical (antifoam dan antiscale) yang cukup.

Selain dari sisi pengoperasian, penulis juga akan sedikit menjelaskan tentang performance desalination plant ini. Istilah yang digunakan untuk menggambarkan suatu unjuk kerja desalination plant disebut GOR (Gross Output Ratio), yaitu rasio perbandingan antara air distilat yang dihasilkan dengan air kondensat.

Jika nilai GOR semakin tinggi maka performance desalination plant semakin bagus dan efisien.

Daftar pustaka:

1. https://rakhman.net/power-plants-id/sistem-desalination-plant/
2. Modul Presentasi Pengoperasian Desalination Plant PLTGU Grati 2016