Pengolahan Air Pengisi Boiler dan HRSG

Tulisan ini menjadi lanjutan dari artikel tentang Heat Recovery Steam Generator (HRSG) yang terpisah kontennya. Tujuannya untuk lebih fokus mengulik materi dan menghemat isi laman dan waktu bagi pembaca. Dalam tulisan ini akan diuraikan tentang bagaimana air yang digunakan di boiler/ HRSG diolah terlebih dulu sebelum dapat digunakan. Mulai dari perlakuannya hingga penanganan saat terjadi trouble pada air tsb.

Sebagaimana diketahui, boiler/ HRSG merupakan peralatan yang bekerja dengan air yang bertekanan dan temperatur yang tinggi. Tekanan dan temperatur yang tinggi menyebabkan komponen air memiliki sifat yang berbeda. Hampir semua komponen dalam air umpan (makeup water) dalam keadaan terlarut. Walau demikian, di bawah kondisi panas dan tekanan hampir seluruh komponen terlarut keluar dari larutan sebagai padatan partikulat, kadang-kadang dalam bentuk Kristal dan pada waktu lain sebagai bentuk amorph (tak berbentuk). Jika kelarutan komponen spesifik dalam air terlewati, maka akan terjadi pembentukan kerak dan endapan.

Maka dari itu, memproduksi uap/ steam yang berkualitas bergantung pada pengolahan air yang benar untuk mengendalikan kemurnian steam, endapan dan korosi. Air pengisi boiler/ HRSG harus cukup terbebas dari pembentukkan endapan padat supaya perpindahan panas yang cepat dan efisien dan harus tidak korosif terhadap logam boiler. Karena hal ini akan berpengaruh terhadap kinerja, efisiensi, dan umur pakai boiler ke depannya.

Ada 5 parameter kualitas yang dipantau pada air pengisi boiler:

1. Konduktivitas
2. Kadar asam (pH)
3. Kesadahan
4. Kadar silika (SiO2)
5. Gas terlarut O2 dan CO2
6. Kadar klorin (Cl-)

Konduktivitas merupakan kemampuan air dalam menghantarkan listrik yang diukur dengan satuan mikro-mhos (µ-ʊ) atau mikro-siemens (µs). Pemantauan konduktivitas air bukan untuk melihat kemampuan daya listriknya, tetapi untuk menggambarkan kandungan mineral-mineral yang terdapat pada air tsb. Mineral-mineral ini yang dihindari dan harus dikendalikan, kalau bisa dihilangkan, karena dapat menyebabkan korosif dan endapan di logam boiler. Dan efek terburuknya merusak peralatan boiler itu sendiri.

Kadar asam (pH) merupakan derajat keasaman atau kebasaan yang dimiliki air. Kadar asam yang rendah akan membuat sifat air menjadi asam, dan jika tinggi akan semakin basa. Air umpan yang bersifat asam tentu akan merusak material logam boiler tsb, maka di boiler dijaga tetap basa dengan kadar pH tertentu. Untuk pH yang sendiri dijaga antara 9 – 12 pH nya. Air yang terlalu basa dapat mengakibatkan foaming (pembentukan busa) pada air pengisi boiler yang bisa terbawa ke turbin. Pada efek yang lebih ekstrim, pH yang terlalu tinggi juga akan terjadi caustic gauging karena terbentuknya NaOH, yang mana jika bereaksi dengan Fe (logam piping misalnya) akan mengkibatkan korosi.

Kesadahan merupakan tingkat kandungan mineral-mineral dalam air. Mineral yang umum terdapat pada air adalah ion kalsium (Ca) dan magnesium (Mg) dalam bentuk garam karbonat. Kalsium dan magnesium bikarbonat larut dalam air membentuk larutan basa/ alkali. Garam-garam tesebut terurai dengan pemanasan, melepaskan karbon dioksida dan membentuk lumpur lunak yang kemudian mengendap. Hal ini disebut dengan “kesadahan sementara”, yang dapat dibuang dengan pemanasan. Selain itu, air juga mengandung anion, seperti kalsium dan magnesium sulfat, klorida nitrat (CaCl2, Ca(CO3)2, CaSO4, MgCl2, Mg(NO3)2 dan MgSO4) yang disebut dengan air sadah tetap, yang tidak bisa dihilangkan dengan pemanasan saja namun dengan injeksi kimia tertentu. Air sadah ini akan membentuk endapan di dalam boiler dan menempel di logam-logam seperti tube-tube dan piping system. Endapan ini bersifat isolator memperlambat perpindahan panas, sehingga dapat menurunkan efisiensi boiler. Bahkan lebih dari itu, efek isolasi endapan ini menyebabkan naiknya temperatur logam boiler dan berakibat kegagalan pipa (bocor, crack dsb) karena pemanasan berlebih.

Kadar silika (SiO2), dalam air pengisi boiler kehadirannya dapat meningkatkan pembentukan kerak silika yang keras. Silika yang bereaksi dengan garam magnesium dan kalsium akan membentuk silikat magnesium dan kalsium, yang kemudian menempel di logam perpipaan menghambat perpindahan panas pada logam. Dan jika terbawa oleh uap sampai ke turbin akan menempel membentuk kerak/ endapan pada blade-blade turbin, yang akibatnya akan mengurangi efisiensi konversi energi termal di turbin uap.

Gas terlarut (O2 dan CO2), yang menyebabkan korosi di logam pipa-pipa boiler. Metode penghilangan gas terlarut ini dapat secara mekanis dan juga kimiawi. Dan terakhir adalah kandungan klorin (Cl-) yang menyebabkan korosi yang sangat parah pada peralatan boiler. Untuk Cl- kandungannya sediri tidak ditoleransi sekecil apapun mengingat efeknya yang sangat buruk pada logam.

Setelah mengenal apa-apa saja kualitas air yang dipantau pada air pengisi boiler, selanjutnya akan dijelaskan bagaimana perlakuan-perlakuan yang dilakukan untuk mengendalikan kandungan-kandungan tsb. Pada umumnya pengolahan air pengisi boiler memilik cukup banyak treatment, terutama dari awalnya bila bahan baku air dibuat dari air laut. Tetapi dalam tulisan ini hanya akan dibahas air yang akan digunakan di boiler saja, jadi proses-proses sebelumnya tidak akan disinggung.

Air pengisi boiler berawal dari kondensor. Ada 2 jenis air disini, yaitu air kondensat yang merupakan ekstraksi dari uap yang terkondensasi dan air baru yang ditambahkan yang berasal dari luar, yang biasa disebut air makeup atau air demin. Pada bagian ini dilakukan injeksi kimia ammonia pada sistem kondensat untuk menaikkan pH nya. Selain itu juga injeksi hidrazin untuk mengikat oksigen yang terdapat di air tsb dan membentuk lapisan feromagnetik yang melindungi logam dari korosi.

Lalu berdasarkan alirannya, air kondensat ini akan menuju ke tangki deaerator. Deaerator sendiri juga terdapat treatment air yang disebut deaerasi (penghilangan gas-gas terlarut) seperti oksigen (O2) dan karbondioksida (CO2) yang memang secara alami terdapat di air. Gas-gas terlarut ini sangat meningkatkan korosi, bila dipanaskan CO2 dan O2 dilepaskan sebagai gas dan bergabung dengan air (H2O) membentuk asam karbonat (H2CO3). Asam karbonat ini yang mengkorosi logam dan melarutkan besi (Fe).

Deaerasi sendiri ada 2 jenis, yaitu secara mekanis dan kimiawi. Deaerasi secara mekanis menggunakan uap untuk memanaskan air kondensat. Caranya mengontak langsung air kondensat dengan uap tsb. Air kondensat dialirkan ke tangki deaerator dalam bentuk kabut (spray) sehingga molekulnya lebih kecil yang tujuannya untuk memperluas bidang kontak antara air dan uap nantinya. Air kondensat yang mengabut ini selanjutnya akan jatuh ke kisi-kisi (tray). Pada bagian bawah tray, uap disemburkan ke atas dan bercampur dengan air kondensat yang menetes pada kisi-kisi tsb. Akibatnya terjadi pertukaran panas antara uap dengan air dan sekaligus terjadi pula proses deaerasi. Oksigen dan gas-gas lain akan mengalir ke atas dan keluar dari deaerator menuju atmosfer melalui venting.

Pada kenyataannya proses deaerasi secara mekanis ini tidak dapat menghilangkan kadar oksigen dan CO2 100%. Maka untuk memaksimalkannya, dilakukanlah deaerasi secara kimiawi menggunakan senyawa hidrazin seperti yang sudah disebutkan di atas. Hidrazin (N2H4) diinjeksikan di line kondensate sebelum masuk ke deaerator. Selain itu juga dilakukan injeksi ammonia untuk menaikkan pH air kondensat, yang biasanya rendah terutama air yang berasal dari kondensat hotwell kondensor.

Selanjutnya, dari deaerator air kondensat akan dikirim ke drum-drum di boiler/ HRSG. Ada beberapa macam drum berdasarkan tekanan kerjanya. Ada tekanan tinggi (high pressure), tekanan menengah (intermediate pressure) dan tekanan rendah (low pressure). Ada yang hanya menggunakan drum HP dan LP, dan yang lainnya ada juga yang menggunakan ketiganya. Di tempat penulis bekerja, terdapat dua tipe tsb. Ada blok yang menggunakan drum HP dan LP, ada juga blok yang menggunakan drum HP, IP dan LP. Dua jenis HRSG ini memiliki konstruksi dan diagram aliran fluida yang berbeda.

Di drum-drum ini air akan diinjeksikan senyawa phosphate (H3PO4). Fungsi dari phosphate yaitu:

• Menaikkan pH
• Mengikat silika dan mengubahnya jadi lumpur
• Melunakkan kesadahan

Fungsi phosphate sangat vital di boiler/ HRSG. Sebagai treatment terakhir sebelum uap masuk ke turbin, phosphate menetralkan semaksimal mungkin mineral-mineral yang bisa terbawa ke uap. Untuk fungsi mengikat silika dan mengubahnya jadi lumpur, pada drum terdapat fasilitas blowdown, untuk membuang lumpur tsb.

Itu tadi sekilas gambaran tentang treatment air pengisi boiler/ HRSG. Perhatian terhadap kualitas air dan uap di sistem pembangkit uap akan berefek pada kesehatan peralatan dan efiisensi perlatan tsb, dan tentunya berimbas ke biaya operasional dan perawatan.

Daftar pustaka:

https://rakhman.net/power-plants-id/deaerator/

www.energyefficiencyasia.org/boiler_dan_pemanas_fluida_termis