BAB I

PAGE

BAB II

SISTEM UTILITAS2.1 Unit Pengolahan Air

Air memiliki peran yang sangat penting dalam pabrik urea. Ketersediaan air dalam industri harus terus ada, karena tanpa air suatu industri tidak dapat beroperasi. Persyaratan kualitas air yang dapat digunakan dalam industri berbeda beda , tergantung kepada tujuan penggunaannya. Air yang berasal dari alam pada umumnya belum memenuhi persyaratan yang diperlukan, sehingga harus mengalami proses pengolahan terlebih dahulu.2.1.1 Pengolahan Air Secara Sederhana

Secara sederhana pengolahan air meliputi sedimentasi, koagulasi, filtrasi, demineralisasi dan deaerasi serta penambahan senyawa-senyawa kimia tertentu. Secara garis besar proses pengolahan air melalui beberapa tahapan, yaitu:1. Screen

Screen merupakan penyaring awal padatan-padatan kasar seperti kayu, daun, dan bebatuan yang kemungkinan terbawa pada saat air dialirkan dari sungai ke bak pengendapan. Screen terdiri dari 2 bagian yaitu bar screen dan traveling screen. Bar screen berbentuk seperti palang yang berbaris. Bar screen berfungsi untuk menyaring padatan besar seperti batang dan ranting. Setelah melalui bar screen, padatan kecil seperti potongan-potongan sampah yang masih terlewat disaring kembali pada traveling screen. Penyaringan terakhir sebelum air dialirkan ke bak pengendapan adalah strainer. Strainer berfungsi untuk menyaring solid yang tersuspensi yang berdiameter sampai 1/16 inch, dimana solid ini tidak tersaring pada bar screen dan traveling screen. Adapun contoh skema screen yang akan digunakan dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Skema Screen2. Bak Pengendapan

Sebelum air sungai dipompakan ke clarifier terlebih dahulu air diendapkan didalam bak pengendapan untuk menghilangkan kotoran-kotoran yang masih terdapat didalam air sungai. Bentuk dari bak pengendapan ini adalah empat persegi panjang (balok) dengan bagian atasnya terbuka.3. Tangki Pelarutan Al2(SO4)3

Tangki pelarutan tawas berfungsi sebagai tempat untuk melarutkan alum [Al2(SO4)318H2O] sebelum diinjeksikan ke dalam clarifier, tawas yang dilarutkan sebanyak 50 gr/m3 air [Nalco, 2007]. Pemilihan Al2(SO4)3 sebagai koagulan karena harganya yang lebih murah, daya penggumpalan yang cukup baik, dan mudah diproleh di pasaran.

4. Tangki Pelarutan Na2CO3Tangki ini digunakan sebagai tempat untuk melarutkan soda ash (Na2CO3) sebelum diinjeksikan ke dalam clarifier. Soda ash (Na2CO3) yang dilarutkan sebanyak 50 gr/m3 air [Nalco, 2007]. 5. ClarifierClarifier tank merupakan tangki berbentuk silinder yang digunakan sebagai tempat penampungan air yang dipompakan dari waduk. Clarifier Tank berfungsi untuk mengendapkan kotoran-kotoran yang tidak larut seperti lumpur. Alat ini bekerja memisahkan partikel berat dengan aliran berputar. Partikel dengan berat jenis < 1 gr/m3 akan bergerak menuju permukaan air sedangkan partikel dengan berat jenis > 1 gr/m3 akan mengendap ke dasar clarifier. Sebelum masuk ke clarifier tank, tawas [Al2(SO4)3.18H2O] dan soda ash dengan konsentrasi masing-masing 50 gr/m3 diinjeksikan ke air yang bertujuan untuk menjernihkan dan menaikkan pH air. Di dalam clarifier terjadi proses koagulasi oleh senyawa koagulan. koagulasi yaitu proses netralisasi muatan sehingga partikel-partikel dapat saling berdekatan satu sama lain. Partikel yang saling berdekatan ini kemudian membentuk flok-flok. Setelah flok terbentuk, terjadilah proses flokulasi diantara flok-flok tersebut. Flokulasi adalah proses penyatuan antar flok sehingga membentuk partikel dengan ukuran yang lebih besar dan berpotensi untuk mengendap. Akumulasi endapan inilah yang kemudian disebut sludge/lumpur. Range pH ideal pada proses ini adalah 6,0 7,5 [Nalco, 2007] Efek dari kinerja tawas adalah turunnya pH karena terbentuknya asam. Oleh sebab itu, perlu ditambahkan soda ash (Na2CO3) untuk meningkatkan pH.

Di dalam air, koagulan akan mengalami proses disosiasi, hidrolisa dan polimerisasi. Reaksi dissosiasi yang terjadi adalah:

Al2(SO4)3 ( 2 Al3+ + 3 SO42-

Reaksi hidrolisa:

(SO4)3 + 6 H2O ( 2 Al(OH)3+ 3 H2SO4

Reaksi polimerisasi ion kompleks:{Al(H2O)6}3++ H2O ( {Al(H2O)5OH}2++ H2O

{Al(H2O)5OH}2+ + H2O ( {Al(H2O)4(OH)2}4++ H2O

Dalam proses klarifikasi ini, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan [alco, 2007] Titik injeksi bahan kimia

Volume clarifier (minimal waktu tinggal 3 jam) dan volume clarifier

Penentuan dosis bahan kimia dilakukan melalui Jar Test

Dosis bahan kimia dapat berubah sesuai dengan kondisi bahan baku

Level sludge harus dijaga minimal/maksimal berkisar 2 meter dari level air bersih. Sludge dibuang secara berkala minimal per 1 hari. Sludge berfungsi sebagai penyaring/penahan flok-flok yang baru terbentuk.6. Sand Filter

Sand filter merupakan saringan yang digunakan untuk memisahkan padatan yang tersuspensi yang terdapat pada air dengan menggunakan media penyaring berupa pasir, sehingga diharapkan hasil air saringan ini sudah bebas dari padatan dan sudah bisa digunakan untuk keperluan boiler, pengolahan, pendingin dan untuk kebutuhan domestik. Sand filter ini berbentuk silinder tegak dengan tutup atas datar dengan bahan konstruksi carbon steel. Adapun contoh skema sand filter yang akan digunakan dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Untuk air yang digunakan sebagai umpan boiler diperlukan air yang lunak dan mendekati murni (kadar silika dan hardness rendah) sehingga diperlukan proses pengolahan air lanjutan, yaitu cation exchanger, anion exchanger, dan deaerator.

Gambar 2.2. Skema Sand Filter [Nalco, 2007]

7. Tangki Air DomestikTangki air domestik berfungsi untuk menampung air untuk keperluan domestik, seperti untuk kebutuhan karyawan, musholla, kantin, laboratorium, taman, perumahan, kantor dan lain-lain.8. Ion exchanger

Prosesnya adalah menggunakan alat Cation Exchanger dan Anion Exchanger untuk menghilangkan ion-ion di dalam air. Ion-ion, seperti: Ca+2 dan Mg+2 dapat menyebabkan kesadahan terutama pada alat-alat proses. Oleh sebab itu, ion-ion pengganggu tersebut harus dihilangkan dari air. Adapun contoh skema ion exchanger yang akan digunakan dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Cation Exchanger Air umpan boiler dan air proses yang digunakan merupakan air murni yang bebas dari garam-garam terlarut. Cation exchanger dapat mengurangi kesadahan air yaitu menghilangkan kation-kation (misal Ca+2, Mg+2) dalam air. Resin yang digunakan adalah weak acid cation.Reaksi pengikatan yang terjadi dipermukaan resin,RH2 + CaSO4 ( H2SO4 + RCaRH2 + MgCl2 ( 2HCl + RMgUntuk regenerasi resin digunakan HCl, reaksi yang terjadi,

RCa + 2HCl ( CaCl2 + RH2

RMg + 2HCl ( MgCl2 + RH2

Anion Exchanger

Anion exchanger berfungsi menghilangkan anion-anion (misal, Cl-, SiO22-, CO32- dan SO42-) dalam air. Resin yang digunakan adalah weak and intermediate base anion.Reaksi pengikatan yang terjadi dipermukaan resin:

R-OH + H2SO4 (2H2O + R2SO4

R-OH + HCl ( H2O + RClUntuk regenerasi resin digunakan NaOH, reaksi yang terjadi:

RCl + NaOH ( R-OH + NaClR2SO4 + NaOH ( 2R-OH + Na2SO4

Gambar 2.3. Skema Kation dan Anion Exchanger

9. Tangki Air Umpan BoilerBerfungsi untuk menampung air umpan boiler dan untuk menjaga kontuinitas umpan air boiler.

10. DeaeratorGas-gas yang terlarut dalam air umpan seperti O2, CO2 dan NH3 dapat menyebabkan korosi pada boiler. Untuk menghilangkan gas-gas tersebut maka diperlukan proses deaerasi dengan menggunakan deaerator. Jenis deaerator yang digunakan adalah thermal deaerator karena efisiensi yang tinggi. Suhu yang dibutuhkan untuk memisahkan O2 dan CO2 adalah 103oC yang dicapai dengan injeksi steam [Wilmar Group, 2007] Kemudian air yang telah mengalami proses deaerasi siap digunakan untuk air umpan boiler. Untuk memahami lebih lanjut mengenai bentuk deaerator dapat dilihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4. Contoh Deaerator [Kurita Handbook, 1999]2.1.2 Air Umpan Boiler

Air umpan boiler adalah air yang disuplai ke boiler untuk diubah menjadi steam. Sedangkan sistem air umpan adalah sistem penyediaan air secara otomatis untuk boiler sesuai dengan kebutuhan steam. Ada dua sumber air umpan, yaitu:

Kondensat : steam yang telah berubah fasa menjadi air (mengembun)

Air make up : air baku yang sudah diolahBoiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air dididihkan sampai menjadi steam, volumnya akan meningkat sekitar 1.600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik.Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan(feed water system), sistem steam(steam system)dan sistem bahan bakar(fuel system).

1. Sistem air umpan(feed water system)menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam.Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan.2. Sistem steam(steam sistem)mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan.3. Sistem bahan bakar(fuel sistem)adalah semua peralatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yangdibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahanbakar yang digunakan pada sistem.

Sistem yang lain adalah penggunaan economizer untuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas buang, untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi.

Secara umum air yang akan digunakan sebagai air umpan boiler adalah air yang tidak mengandung unsur yang dapat menyebabkan terjadinya endapan yang dapat membentuk kerak pada boiler, air yang tidak mengandung unsur yang dapat menyebabkan korosi terhadap boiler dan sistem penunjangnya dan juga tidak mengandung unsur yang dapat menyebabkan terjadinya pembusaan terhadap air boiler. Oleh karena itu untuk dapat digunakan sebagai air umpan boiler maka air baku dari sumber air harus dilakukan pengolahan terlebih dahulu, karena harus memenuhi persyaratan tertentu seperti yang diuraikan dalam tabel dibawah ini:, harus diolah terlebih dahulu, pengolahan air ini meliputi :

1. Pengolahan InternalPengolahan Internal (Internal Treatment) adalah pengkondisian air boiler dengan bahan kimia treatment dan pengaturan lainnya dengan tujuan agar korosi, pengerakan dapat dihindari dan kemurnian uap terjaga baik. Pengolahan ini dengan cara pemberian bahan kimia langsung ke dalam boiler bersama-sama dengan air pengisi boiler. Reaksi yang terjadi menyebabkan naiknya kandungan zat padat / endapan yang dapat menyebabkan pembusaan / primming dan carry over. Jumlah zat padat dapat ditekan dengan pengaturan blowdown, sehingga permasalahn yang terjadi dapat diatasi.Tujuan pengolahan ini untuk mengatur atau mengontrol zat-zat padat, alkalinitas,kelebihan fosfat, gas-gas korosif, menghindarkan timbulnya endapan- endapan yang dapat melekat dan mengeras pada dinding atau pipa-pipa boiler dan membuat lapisan boiler lebih tahan terhadap korosi. Beberapa mekanisme yang terjadi dalam Internal Treatment, antara lain:

1. Mereaksikan kesadahan dengan bahan kimia, agar kerak kalsium karbonat yang keras berubah menjadi endapan yang lunak berlumpur sehingga bisa dibuang melalui blowdown.

2. Mengkondisikan pH/Alkalinitas air boiler untuk menghindarkan pengerakan silica.

3. Penggunaan anti-busa (anti foam) untuk mencegah potensi pembusaan yang akan mengakibatkan terjadinya carry-over dan menurunkan kemurnian uap.

Beberapa jenis bahan kimia yang umum digunakan dalam Internal treatment adalah sebagai berikut:

Fosfat (jenis ortho ataupun polyfosfat): bereaksi kesadahan kalsiumuntuk menetralisir kesadahan air dengan membentuk hydrat trikalcium fosfat yang berbentuk lumpur dan dapat dibuang melalui blowdown secara terus-menerus atau secara berkala melalui bawah ketel. Natural and synthetic dispersants (Dispersant): meningkatkan sifat dispersif air boiler. Beberapa contoh Polymeric Dispersant adalah: Polimer Alam : lignosulphonates, tannin Polimer sintetik : polyacrylates, maleat acrylate copolymer, maleat styrene copolymer, dll.

Sequestering agents (anti scale) seperti phoshate organic (phosphonates), Polymaleic acid (PMA), Sulfonated co-polymer, dll. Oxygen scavengers (Pemakan Oksigen) : seperti natrium sulfit, tannis, hidrazin, hidroquinon/progallol berbasis derivatif, hydroxylamine derivatif, asam askorbat derivatif, dll. Oxygen Scavengers ini, dikatalisasi ataupun tidak, akan mengurangi kadar oksigen terlarut dalam feed-water. Beberapa jenis dari oxygen scavenger ini juga berfungsi sebagai passivator untuk mem-passivasi permukaan logam seperti Hydrazine, Hydroxylamine derivate, dll. Pilihan produk dan dosis yang diperlukan akan tergantung pada jenis alat mekanis yang digunakan (Deaeator atau Heating Tank) Anti-foaming or anti-priming agents : campuran bahan aktif permukaan yang mengubah tegangan permukaan cairan, menghilangkan busa dan mencegah terbawa air halus partikel.2. Pengolahan EksternalPengolahan eksternal digunakan untuk membuang padatan tersuspensi, padatan terlarut (terutama ion kalsium dan magnesium yang merupakan penyebab utama pembentukan kerak) dan gas-gas terlarut (oksigen dan karbon dioksida).Proses perlakuan eksternal yang ada adalah:

1. Pertukaran ion2. De-aerasi (mekanis dan kimia)3. Osmosis balik4. Penghilangan mineral atau demineralisasi

Sebelum digunakan cara di atas, diperlukan langkah membuang padatan dan warna dari bahan baku air, sebab bahan tersebut dapat mengotori resin yang digunakan pada bagian pengolahan berikutnya.Metode pengolahan awal adalah sedimentasi sederhana dalam tanki pengendapan atau pengendapan dalam clarifier dengan bantuan koagulan dan flokulan. Penyaring pasir bertekanan, dengan aerasi untuk menghilangkan karbon dioksida dan besi, dapat digunakan untuk menghilangkan garam-garam logam dari air sungai.

Tahap pertama pengolahan adalah menghilangkan garam sadah dan garan non-sadah. Penghilangan yang hanya garam sadah disebut pelunakan, sedangkan penghilangan total garam dari larutan disebut penghilangan mineral atau demineralisasi. Proses pengolahan eksternal dijelaskan dibawah ini.

Proses Pertukaran Ion (Plant Pelunakan)Pada proses pertukaran ion, kesadahan dihilangkan dengan melewatkan air pada bed zeolit alam atau resin sintetik dan tanpa pembentukan endapan. Jenis paling sederhana adalah pertukaran basa dimana ion kalsium dan magnesiun ditukar dengan ion sodium. Setelah jenuh, dilakukan regenerasi dengan sodium klorida. Garam sodium mudah larut, tidak membentuk kerak dalam boiler. Dikarenakan penukar basa hanya menggantikan kalsium dan magnesium dengan sodium, maka tidak mengurangi kandungan TDS, dan besarnya blowdown. Penukar basa ini juga tidak menurunkan alkalinitasnya.

Demineralisasi merupakan penghilangan lengkap seluruh garam. Hal ini dicapai dengan menggunakan resin kation, yang menukar kation dalam air baku dengan air hidrogen menghasilkan asam hidroklorida, asam sulfat dan asam karbonat. Asam karbonat dihilangkan dalam menara degassing dimana udara dihembuskan melalui air asam. Berikutnya, air melewati resin anion, yang menukar anion dengan asam mineral (misalnya asam sulfat) dan membentuk air. Regenerasi kation dan anion perlu dilakukan pada jangka waktu tertentu dengan menggunakan asam mineral dan soda kaustik, supaya kemampuan pertukaran ion pulih kembali.

Sebelum penggunaan kembali resin yang telah jenuh, perlu dilakukan pencucian atau pembilasan dengan air lunak untuk menghilangkan kelebihan NaCl yang tersisa diunggun resin. Air regenerasi biasanya memerlukan 80 160 kg NaCl untuk setiap 1 m3 resin dengan larutan garam 5 20%. Laju air garam yang digunakan berkisar 40 l/menit.m2. Penghilangan lengkap silika dapat dicapai dengan pemilihan resin anion yang benar. Proses pertukaran ion, jika diperlukan dapat digunakan untuk demineralisasi yang hampir total, seperti untuk boiler pembangkit tenaga listrik.

Proses pelunakan air dengan resin penukar ion ini lebih efisien dan praktis dibandingkan dengan proses pelunakan menggunakan pengendapan kimia karena tidak menghasilkan lumpur, peralatan sederhana dan mudah dioperasikan.

Gambar 2.6 Pertukaran Ion De-aerasiDeaerasi adalah perlakuan terhadap air untuk menghilangkan gas-gas yang larut dalam air. Adapun gas-gas yang larut dalam air adalah :

Oksigen ( O2 )

Karbondioksida ( CO2 )

Hidrogen ( H2S )

Pengaruh gas CO2 dalam air dapat menyebabkan air bersifat asam. Bila gas ini terkandung dalam air, maka air menjadi korosif terhadap pipa yang akan membentuk besi karbonat yang larut. Didalam air yang terkandung 2-50 ppm CO2, air bersifat korosif. Gas yang mempercepat korosi adalah oksigen, korosif yang terjadi mengakibatkan lubang-lubang. Untuk menghilangkan gas-gas terlarut seperti oksigen, dapat didilakukan dengan cara mekanis atau kimiawi.

Metode deaerasi ini dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu :

Metode deaerasi dengan sistem pemanasan

Proses deaerasi pemanasan adalah proses pemisahan yang dilakukan dengan menggunakan peralatan mekanik yang telah dirancang sedemikian rupa yang digunakan untuk proses kerja sesuai dengan yang diinginkan. Prinsip dasar dari deaerasi dengan sisitem pemanasan adalah apabila temperature dinaikkan pada air maka kelarutan dari gas-gas akan berkurang atau turun. Jadi syarat-syarat terjadinya deaerasi secara maksimal itu sangat tergantung pada temperature. Jika temperatur tidak sesuai dengan yang seharusnya, maka deaerasi tersebut tidak berjalan baik.

Metode deaerasi dengan sistem penambahan zat kimia Deaerasi dengan sistem penambahan zat kimia adalah dengan cara memasukkan larutan kimia ke dalam air.

Osmosis Balik

Osmosis balik menggunakan kenyataan bahwa jika larutan dengan konsentrasi yang berbeda-beda dipisahkan dengan sebuah membran semi-permeable, air dari larutan yang berkonsentrasi lebih kecil akan melewati membran untuk mengencerkan cairan yang berkonsentrasi tinggi. Jika cairan yang berkonsentrasi tinggi tersebut diberi tekanan, prosesnya akan dibalik dan air dari larutan yang berkonsentrasi tinggi mengalir kelarutan yang lebih lemah. Hal ini dikenal dengan osmosis balik.2.1.3 Unit Pembangkit SteamDi dalam operasi pabrik, steam berfungsi sebagai media transfer energi. Steam dihasilkan oleh unit peralatan pembangkit steam yang disebut boiler. Prinsip kerja unit boiler adalah memindahkan panas (heat transfer) dari panas hasil pembakaran bahan bakar (fuel) di dalam ruang pembakaran ke air yang berada dalam tube melalui permukaan tube. Karena panas pembakaran yang sangat tinggi, maka perpindahan panas berlangsung secara radiasi. Unit ini bertujuan untuk memenuhi kebutuhan steam pada proses produksi.

Pada prinsipnya, boiler dapat digolongkan kedalam dua tipe yaitu boiler tipe pipa api (fire-tube type boiler) dan boiler pipa air (water-tube type boiler).

1. Boiler Tipe Pipa Api (Fire-Tube Type Boiler)Pada fire tube boiler, gas panas melewati pipa-pipa dan air umpan boiler ada di dalam shell untuk dirubah menjadi steam. Fire tube boiler biasanya digunakan untuk kapasitas steam yang relatif kecil dengan tekanan steam rendah sampai sedang. Boiler pipa api umumnya digunakan untuk memproduksi steam dengan kapasitas rendah hingga 20.000 lb (9.000 kg) steam per jam dan tekanan 100 hingga 150 psig (8-11 atm) (Kern, 1965). Fire tube boiler dapat menggunakan bahan bakar minyak bakar, gas atau bahan bakar padat dalam operasinya. Untuk alasan ekonomis, sebagian besar fire tube boiler dikonstruksi sebagai paket boiler (dirakit oleh pabrik) untuk semua bahan bakar [UNEP, 2006]. Untuk mengetahui lebih jelas mengenai Fire Tube Boiler dapat dilihat pada Gambar 2.7

Gambar 2.7 Skema Fire Tube Boiler [UNEP, 2006]Sedangkan contoh profil fire tube boiler dapat dilihat pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Fire Tube Boiler [US Departement of Energy, 2002]2. Boiler Tipe Pipa Air (Water-Tube Type Boiler)Pada water tube boiler, air umpan boiler mengalir melalui pipapipa masuk ke dalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakar membentuk steam pada daerah uap dalam drum. Boiler ini dipilih jika kebutuhan steam dan tekanan steam sangat tinggi. Boiler pipa air umumnya digunakan untuk memproduksi steam dengan kapasitas hingga 200.000 lb (90.000 kg) steam per jam dan tekanan hingga 235 psig (17 atm) [Kern, 1965]. Banyak water tube boiler yang dikonstruksi secara paket jika digunakan bahan bakar minyak bakar dan gas. Untuk water tube boiler yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum dirancang secara paket. Karakteristik water tube boiler sebagai berikut [UNEP, 2006]:

Forced draft, induced draft, dan balanced draft membantu untuk meningkatkan efisiensi pembakaran

Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant pengolahan air

Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggiUntuk mengetahui lebih jelas mengenai Water Tube Boiler dapat dilihat pada Gambar 2.9.

Gambar 2.9 Skema Water Tube Boiler [UNEP, 2006]Pada prarancangan pabrik urea ini, tipe boiler yang digunakan adalah boiler pipa air (water tube boiler) karena kebutuhan steam yang tinggi dalam proses produksi. Profil boiler ini dapat dilihat pada Gambar 2.10Gambar 2.10 Contoh profil Water Tube Boiler [Departement of Energy, 2002]Boiler plant terdiri dari beberapa peralatan utama antara lain:

1. Steam drum

Fungsi utama steam drum pada boiler pipa air adalah untuk menyediakan volum yang cukup dan kecepatan (velocity) yang rendah dalam pemisahan steam dan air. Disamping itu steam drum dilengkapi dengan cyclone separator dan scrubber dengan tutjuan agar arah yang ditempuh oleh steam ke outlet steam header makin jauh sehingga pemisahan steam dengan air menjadi lebih sempurna. Alat-alat ini dapat mencegah mechanical entrainment dari titik-titik air yang terikut dengan steam (mechanical carry over), tetapi sama sekali tidak berpengaruh terhadap physical entrainment yaitu penguapan material yang terlarut dalam steam (volatile carry over).

Tingkat kemurnian steam (steam purity) sangat tergantung dari keperluan dan penggunaannya. Steam purity yang tinggi biasanya diperlukan untuk penggerak turbin, dan biasanya diperoleh dari boiler modern bertekanan tinggi. Karena heat flux yang tinggi pada boiler bertekanan tinggi menyebabkan boiler tube superheater dan turbine blade dari steam turbin generator sangat sensitif terhadap scale deposite. Cyclone separator biasanya dipasang single atau double raw secara longitudinal pada sisi steam drum. Begitu campuran steam-air masuk ke dalam steam drum dari beberapa risers, seterusnya masuk ke cyclone separator.

Dengan gaya sentrifugal, air akan terpisah dari steam dalam cyclone dan kemudian kembali ke steam drum dibawah water level. Sedangkan steam naik keatas melewati scrubber terus masuk ke superheater dan steam header. Steam drum juga merupakan tempat untuk air bahan dan tempat fasilitas CBD (Continuous Blow Down).

2. Superheater

Saturated steam yang keluar dari scrubber masuk ke superheater untuk pemanasan lebih lanjut sehingga masuk ke steam header sudah dalam keadaan superheated. Temperatur permukaan (tube metal temperature) lebih panas jika dibandingkan dengan temperatur steam. Tergantung dari temperatur steam yang diproduksi, beberapa macam steel alloy dapat digunakan seperti:

Carbon steel tubing untuk temperature steam sampai 800 F

Chrome-molybdenum steel untuk temperature steam sampai 950 F

Stainless steel type 321 untuk temperature steam sampai 1050 F3. Burner

Burner merupakan alat dimana bahan bakar/fuel dapat mengalami pembakaran. Burner ini terdiri bagian utama yaitu Gun Burner dan Tip burner.4. Combustion Space/Fire box (Ruangan / tempat terjadinya pembakaran).5. Stack (sarana pembuangan gas hasil pembakaran/flue gas).6. Air Fan (FDF) (alat untuk mensuplai udara pembakaran)7. Kontrol dan Instrumentasi Merupakan suatu sistem untuk mengendalikan operasi boiler agar dapat beroperasi sesuai yang diinginkan, misalnya: control valve, pressure gauge/switch, transmitter dan sebagainya.

Adapun prinsip kerja boiler ini adalah Air yang akan diumpankan ke boiler harus memenuhi standar air baku umpan boiler, sehingga air umpan ini harus diberikan treatment khusus di Water Treatment Plant (WTP). Kemudian air dipompakan ke steam drum, air akan turun secara alami melalui pipa downcomer ke pipa header yang ada setiap sisi boiler. Air dalam pipa yang panas akan naik ke steamdrum melalui pipa riser. Di steam drum air yang belum menjadi steam akan turun kembali melalui pipa downcomer, namun yang telah menjadi steam akan naik menuju Low Superheater. Steam pada tahap ini masih berupa saturated steam (masih mengandung air/steam basah). Kemudian steam akan masuk ke Desuperheater yang berguna untuk mengatur temperatur dari steam, apabila steam memiliki temperatur diatas batas, maka akan diturunkan temperaturnya dengan cara mengalirkan feed water dalam heat exchanger (shell & tube). Kemudian steam akan dilewatkan High Superheater untuk mendapatkan suhu yang diinginkan. Lalu steam siap untuk disupplai ke unit-unit yang membutuhkan.

Tingkat emisi gas buang yang dihasilkan pada boiler ini diperkirakan tidak begitu besar, dimana CO berkisar 300 g/m3 (nilai standar 10.000 g/m3), NO2 berkisar 35 g/m3 (nilai standar 150 g/m3) dan debu berkisar 200 g/m3 (nilai standar 230 g/m3). Sedangkan tingkat kebisingan yang dihasilkan berkisar 55 dB (nilai standar 60 dB) [Wilmar Group, 2007].