Makalah Boiler

  • View
    5.247

  • Download
    43

Embed Size (px)

Text of Makalah Boiler

KETEL UAP (BOILER)1. PENDAHULUAN Unit utilitas merupakan sarana penunjang yang diperlukan untuk operasi suatu proses. Unit utilitas ini mencakup beberapa bagian, diantaranya adalah unit pengolahan air, unit pembangkit steam, unit pembangkit listrik, udara tekan dan lain-lain. Pada makalah ini, yang akan dibahas adalah masalah unit pembangkit steam (boiler). 1.1 Prinsip Kerja Boiler Boiler atau ketel uap merupakan sebuah alat untuk menghasilkan uap, dimana terdiri dari dua bagian yang penting : dapur pemanasan, yaitu untuk menghasilkan panas yang didapat dari pembakaran bahan bakar dan boiler proper, yaitu sebuah alat yang mengubah air menjadi uap. Fluida panas (uap) kemudian disirkulasikan dari ketel untuk berbagai proses dalam aplikasi industri, seperti untuk penggerak, pemanas, dan lain-lain. Hal-hal yang mempengaruhi effisiensi boiler adalah bahan bakar dan kualitas air umpan boiler. Parameter-parameter yang mempengaruhi kualitas air umpan boiler antara lain : 1. Oksigen terlarut; Dalam jumlah yang tinggi dapat menyebabkan korosi pada peralatan 2. boiler.

Kekeruhan; Dapat mengendap pada perpipaan dan peralatan proses serta mengganggu proses.

3.

pH; Bila tidak sesuai dengan standart kualitas air umpan boiler dapat menyebabkan korosi pada peralatan.

4.

Kesadahan; Merupakan kandungan ion Ca dan Mg yang dapat menyebabkan kerak pada peralatan dan perpipaan boiler sehingga

menimbulkan local overheating.

1

5.

Fe; Fe dapat menyebabkan air berwarna dan mengendap di saluran air dan boiler bila teroksidasi oleh oksigen.

6.

Asiditas; Kadar asiditas yang tinggi dapat menyebabkan korosi.

Gambar 1.1 prinsip dasar ketel uap

1.2 Tipe Boiler Secara umum, boiler digolongkan menjadi dua tipe : 1. Boiler Pipa Api (Fire Tube Boiler) Pada boiler pipa api, api dan gas panas yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar mengalir melalui pipa-pipa yang dikelilingi oleh air yang berfungsi sebagai penyerap panas. Panas dihantarkan melalui dindingdinding pipa dari gas-gas panas ke air disekelilingnya. Boiler pipa api dapat menggunakan bahan bakar minyak, gas, dan bahan bakar padat.

2

Gambar 1.2 ketel pipa api

Gambar 1.3 boiler pipa api

Boiler pipa api memiliki keuntungan sebagai berikut: Konstruksi yang relatif lebih kuat Biaya perawatan murah Pengoperasian dan perawatan mudah Flexibilitas dalam pengaturan dan perubahan beban pada saat pengoperasiannya

3

Akan tetapi, terdapat juga beberapa hal yang tidak menguntungkan, diantaranya: Kapasitas kecil Efisiensi termal rendah Lambat mencapai tekanan kerja maksimum

2. Boiler Pipa Air (Water Tube Boiler) Pada boiler pipa air, air berada di dalam pipa-pipa yang dikelilingi oleh api dan gas-gas panas yang berada di luar pipa, sehingga pembentukan uap terjadi di dalam pipa-pipa. Pada dinding dapur boiler pipa air, hampir semuanya tertutup oleh pipa-pipa air. Pipa-pipa air ini berfungsi sebagai permukaan perpindahan panas, dan sebagai pendingin dinding dapur boiler sehingga akan

memperpanjang usia pakainya.

Gambar 1.4 Ketel Pipa Air

4

Gambar 1.5 boiler pipa air

1.3 Bagian-Bagian Boiler 1. Ruang bakar/furnace merupakan tempat berlangsungnya pembakaran. 2. Alat pembakar/burner merupakan tempat bercampurnya bahan bakar dengan udara dan melakukan pembakaran. 3. Permukaan penguap/steaming surface, berfungsi menangkap energi kalor dari gas dan meneruskannya ke air sehingga air menjadi uap. 4. Cerobong/stack berfungsi sebagai saluran pembuangan gas asap dan menarik api. 5. Drum uap/steam drum, berfungsi sebagai pengumpul uap, pemisah uap dan tempat pemasukan air.

5

1.4 Alat Tambahan pada Ketel Boiler Alat tambahan pada ketel uap diantaranya yaitu: 1. Indikator tinggi air merupakan alat untuk menunjukan tinggi permukaan air yang ada pada boiler. Alat ini berada di depan boiler. 2. Katup pengaman berfungsi untuk menjaga dari terjadinya peledakan boiler karena tekanan yang melebihi batas. Terdapat empat macam jenis katup pengaman, yaitu: Lever safety valve Berfungsi untuk menjaga tekanan boiler tetap aman. Jika ada tekanan yang melebihiseting, maka katup akan terangkat dari kedudukannya dan uap akan keluar secaraotomatis,sehngga tekanan dalam air akan turun. Dead weight safety valve Umumnya dipakai pada boiler yang diam. Pada tekanan normal pemberat akanmenyebabkan katup terletak pada kedudukannya. Jika tekanan melebihi seting, katupakan terangkat dari

kedudukannya dan uap akan keluar sehingga tekanan normallagi. Jumlah pemberat disesuaikan dengan tekanan perencanaan. High steam and lower safety valve Katup ini terletak di puncak pada ketel uap Cornish dan Lancashire. Katup inidigunakan jika tekanan kerja uap lebih besar daripada seting, dan jika level air dalam boiler terlalu rendah. Spring loaded safety valve Biasanya dipakai pada boiler yang bergerak, misalnya pada kereta api. Terdapat duakatup yang di tempatkan pada dudukan katup. Jika tekanan melebihi seting, makauap mendesak katup. 3. Pemanas air, befungsi untuk menaikkan temperatur air yang masuk ke boiler. Dengan pemanas ini, maka beban termis boiler akan lebih ringan, dan mengurangikerak-kerak pada boiler.

6

4. Pompa pengisi air, berfungsi sebagai pengisi air pada boiler. 5. Pengatur air merupakan alat kontrol otomatis untuk mengatur pemasukan air agar tingginya tetap di dalam boiler. 6. Ekonomiser merupakan jenis dari pemanas air. Akan tetapi, ekonomiser menerima panas dari gas-gas sisa pembakaran yang menuju stack Keuntungan dari ekonomiser yaitu: Mengefisiensikan bahan bakar antara 15-20% Dapat mencegah timbulnya kerak dalam pipa air, karena boiler sudah dipanaskan dan kerak terbentuk dalam pipa-pipa

ekonomiser. 7. Water treatment plant, berfungsi untuk mengolah air agar air tersebut baik untuk boiler. 8. Separator, berguna untuk menghilangkan moist ure - moist ure uap setelah dari boiler untuk didistribusikan. Uap dari boiler dibawa ke dalam chamber yang jauh lebih besar dari pipanya sendiri, sehingga terjadi ekspansi volume. 9. Kipas udara atau blower, berfungsi untuk memasukkan udara ke dalam ruang bakar boiler.

7

Instalasi Ketel Uap

Gambar 1.6 Instalasi Ketel Uap Komponen Utama : 1. Pompa air umpan ketel 2. Economiser 3. Boiler 4. Superheater 5. Alat Pemanas Udara ( APL) 6. Ruang Bakar 7. Cerobong Asap 8. Blower

8

Cara kerja Air umpan ketel dari tangki dipompakan ke economizer untuk dipanaskan awal sebelum masuk ketel uapm Dari economizer air yang sudah hangat dialirkan ke ketel, selanjutnya dipanaskan sampai menghasilkan uap jenuh (saturated steam). Uap jenuh dari ketel dipanaskan lanjut di pemanas lanjut (superheater) dan menghasilkan uap panas lanjut (superheated steam) yang siap untuk digunakan, seperti : Menggerakkan turbin uap (steam turbine) Untuk keperluan pemrosesan (merebus, memanaskan, dll.) Steam generation juga dilengkapi dengan peralatan peralatan keselamatan, seperti : Pengukur level air di ketel Pengukur tekanan di ketel dll

1.5 Bahan Bakar dan Proses Pembakaran Unsur-unsur kimia yang terkandung dalam bahan bakar dan dapat menghasilkan energi panas adalah karbon (C), hidrogen (H2), dan belerang (S). Unsur-unsur tersebut akan teroksidasi di ruang bakar dan membentuk gas-gas yang disebut gas asap. Pada umumnya, bahan bakar juga mengandung oksigen (O2) yang bereaksi terlebih dahulu dengan hidrogen. Adanya hidrogen merupakan kerugian energi panas karena jumlah hidrogen yang seharusnya menghasilkan energi panas di ruang bakar seluruhnya, sebagian telah terambil oleh oksigen.

1.6 Kebutuhan Udara Pembakaran Udara yang dibutuhkan untuk membakar bahan bakar dengan reaksi kimia yang sempurna disebut keperluan udara teoritik dan stokiometrik. Kebutuhan udara biasanya dinyatakan dengan jumlah udara yang diperlukan untuk membakar 1 kg bahan bakar. Dari reaksi kimia dapat ditentukan udara dan

9

gas asap yang terjadi. Kebutuhan udara dan gas asap yang terjadi untuk setiap kg unsur bahan bakar dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 1.1 Kebutuhan udara dan gas asap yang terjadi Keperluan Udara Unsur Bahan Bakr (kg) Oksigen kg/kg Unsur 2,667 8 1 Nitrogen terbawa kg/kg Unsur 8,828 26,483 3,31 Udara Kg/kg Unsur 11,495 34,483 4,31 Gas Asap Hasil hasil reaksi Rumus Kimia CO2 H2O SO2 Jumlah kg/kg unsur 3,667 9 2 Nitroge n kg/kg Unsur 8,828 26,483 3,31 Total kg/kg Unsur 12,495 35,483 5,31

C H S

Jika setiap bahan bakar mengandung unsur-unsur sebagai berikut: Karbon (C) = c kg

Hidrogen (H2) = h kg Belerang (S) = s kg Nitrogen (N2) = n kg Oksigen (O2) = o kg Air (H2O) Abu (A) Total = w kg = a kg 1 kg Maka keperluan udara teoritik (Lt) adalah sebagai berikut: Lt = 11,495 (c) + 34,483 (h-o/8) + 4,31 (s)kg udara/kg bb Keperluan udara yang sebenarnya (Ls) dinyatakan dengan persamaan : Ls = (1 - ) Lt = faktor kelebihan udara (exess air) Harga bergantung pada jenis bahan bakar, ukuran bahan bakar dan cara pembakaran. Ls juga biasa disebut perbandingan bahan bakar/air fuel ratio (AF).

10

Keperluan udara per kg bahan bakar sering dinyatakan dalam Nm3 dengan persamaan: Lsv = = Nm3kg bb

1.7 Gas Asap/ Flue Gas Hasil Pembakaran Jumlah asap yang terjadi jika bahan bakar tidak mengandung abu harus sama dengan penjumlahan udara yang diberikan dengan bahan bakar yang terbakar. Jika udara yang diberikan memiliki faktor untuk setiap kg bahan bakar, udara sejumlah. Lt tidak melakukan reaksi pembakaran. Udara tersebut masih tetap dan berada dengan asap. 1.8 Pengujian Boiler Pengujian boiler dapat membantu dalam menemukan penyimpangan efisiensi boilerdari efisiensi terbaik dan target area permasalahan untuk tindakan perbaikan. Di dalam pengujian boiler, hal yang harus diperhatikan, yaitu: 1.8.1 Neraca Panas Neraca panas merupakan keseimbangan energi total yang masuk terhadap energi total y