PENCEGAHAN KERAK DAN KOROSI PADA AIR ISIAN KETEL UAP Rusnoto Abstrak Ketel uap adalah suatu pesawat yang fungsinya mengubah air menjadi uap dengan proses pemanasan melalui pembakaran bahan bakar di dalam ruang bakar. Jadi bahan utama pengisi, tersebut harus benar-benar bersih dari segala kotoran dan kerak yang dapat menempel pada dinding ketel. Kalau hal ini dibiarkan maka lama kelamaan akan keroposdan ketel bisa rusak. Untuk mencegah terbentuknya kerak maupun korosi ketel maka air dibersihkan duluyaitu dengan cara memasukkan zat kimia tertentu kedalam air isian. Zat kimia tadi bisa dimasukkan sebelum air masuk ketel (External Water Treatment) dan sesudah air masuk ketel (Internal Water Treatment). Pencegahan korosi bisa dilkukan dengan memasukkan zat kimia tertentu ke dalam air isian dan dengan cara mengalirkan uap terhadap arah aliran air, jadi disini aliran air bersinggungan dengan aliran uap. Kata kunci : Ketel Uap, External Water Treatment, Internal Water Treatment. Pendahuluan Industri-industri sekarang baik yang berskala besar maupun kecil masih menggunakan pesawat ketel sebagai tenaga pembangkit dan sebagai media bantu. Contoh pengamatan dilapangan industry tahu, industry rotan masih menggunakan pesawat ketel sebagai media pemanas dan media bantu. Kereta api jaman dulumenggunakan pesawat ketel untuk menggerakkan kereta karena kurang efesien dan memakan banyak tenaga maka manusia merubah kereta api dengan tenaga listrik, bahan bakar dll. Pengertian ketel uap (boiler) adalah suatu pesawat tenaga yang digunakan untuk mengubah air menjadi uap dengan jalan pemanasan pada temperature dan tekanan tertentu, lewat proses pembakaran bahan bakar di dalam ruang bakar. Uap yang dihasilkan dari ketel uap dapat dipergunakan untuk berbagai macam keperluan, seperti : - Sebagai fluida kerja/penggerak mula, untuk keperluan ini biasanya dibutuhkan uap yang bertekanan tinggi. - Sebagai media pemanas, untuk keperluan ini biasanya uap yang mempunyai tekanan rendah. - Sebagai media bantu, untuk keperluan ini biasanya menggunakan uap yang mempunyai tekanan sedang. Dilihat dari konstruksinya ketel uap terbagi menjadi 2, yaitu : 1. Ketel uap pipa api Ketel uap pipa api mempunyai konstruksi terdiri dari sebuah tangki silinder yang berisi air dan di dalam tangki tersebut terdapat lorong api dan susunan pipa-pipa yang dialiri oleh gas panas yang disebut pipa api. Pipa ini terendam air dalam
tangki, karena itu gas asap yang mengalir melalui pipa-pipa api memberikan panasnya kepada air yang terdapat diantara pipa-pipa api. Contoh ketel uap pipa api adalah ketel locomotif, ketel scoth, ketel vertical. 2. Ketel uap pipa air Ketel uap pipa air adalah suatu ketel uap yang bekerja dimana air beredar didalam pipa sedangkan pemanasan dilakukan oleh gas-gas asap yang berada diluar pipa. Kelebihan ketel uap pipa air disbanding dengan pipa api adalah : - Pemanasan awal lebih cepat - Tekanan dan temperature dapat direncanakan lebih tinggi - Effisiensi lebih tinggi Kelemahan ketel uap pipa air disbanding denga ketel uap pipa api adalah : - Konstruksinya lebih rumit - Air isian ketel menggunakan air isian yang berkualitas tinggi. Contoh ketel uap pipa air adalah ketel Babcock & Wilcocx, ketel lamong, ketel Yarrow, ketel Loefler. Proses Pembentukan Uap Uap adalah bagian cairan yang diuapkan dan terdiri dari gas yang masih mengandung partikel-partikel cairan didalamnya, dengan pemanasan partikel-partikel cairan ini akan teruapkan. Gejala pembentukan uap dapat dijelaskan dengan memperhatikan sebuah torak yang dapat bergerak dalam suatu silinder dan dapat menyerap kalor (panas) dari sumber pemanasan luar. Lihat gambar di bawah ini : Kalor Torak Uap Air Silinder Air dipompakan dari bawah silinder dengan tekanan yang seimbang dengan tekanan yang bekerja di atas torak. Kalor mengalir secara continue melewati dinding silinder dan memanasi air dalam silinder tersebut, sehingga mula-mula mencapai suhu t C dan volume meningkat menyebabkan torak akan tertekan ke atas. Selanjutnya air mulai mendidih dan terbentuklah uap air, torak akan terdorong ke atas sampai semua air berubah menjadi uap jenuh dan selanjutnya menjadi uap kering. Uap jenuh adalah uap yang mempunyai tekanan dan temperatur mendidih yang sama dengan tekanan dan temperature mendidih air yang ada dibawahnya atau dengan kata lain uap yang dalam keadaan seimbang dengan air yang ada di bawahnya. Uap kering (uap panas lanjut) adalah uap yang temperaturnya lebih tinggi dari temperature uap jenuh pada tekanan yang sama atau dengan kata lain uap yang tidak seimbang dengan air. Air Isian Ketel Untuk pembentukan uap di dalam ketel diperlukan sejumlah air isian ketel. Air ketel bisa diambil dari air sumur, air sungai, air laut, dll. Penyediaan air isian ketel yang ideal harus memenuhi persyaratan tertentu,
sehingga kapasitas uapmdan tekana kerja dari ketel akan sesuai dengan yang dibutuhkan. Jadi apabila menginginkan kapasitas yang besar dan tekanan kerja yang tinggi, maka air isian ketel yang diperlukan adalah air yang berkualitas. Secara umum persyaratan air yang digunakan untuk pengisian ketel adalah : - Tidak akan mengendapkan beberapa zat yang dapat menyebabkan kerak sehingga dapat mengurangi daya hantar panas dan menyebabkan efesiensi ketel rendah. - Tidak akan mengakibatkan korosi pada ketel uap yang dapat mengakibatkan kerusakan. Batas kandungan zat-zat yang terlarut di dalam air isian ketel (Babcock & Willcox, 1960, Steam Its Generation & Use) : Tekanan Kerja Ketel (Psig) Total Solid (ppm) 0-300 3500 301-450 3000 451-600 2500 601-750 2000 751-900 1500 901-1000 1250 Pencegahan Kerak dan Lumpur Pelunakan air yang digunakan untuk mencegah pembentukan kerak dan lumpur adalah : a. External Water Treatment Yaitu membersihkan air isian ketel dari garam-garam yang dapat menimbulkan kerak dan lumpur sebelum air masuk ketel. Cara-cara yang digunakan antara lain : 1. Proses pemanasan Cara ini digunakan jika dalam air isian ketel terdapat garam-garam sadah sementara (karbonat asam). Dengan adanya pemanasan karbonat-karbonat asam akan mengendap. Reaksinya ((Babcock & Willcox, 1960, Steam Its Generation & Use) : Mg(HCO3)2 + panas MgCO3 + CO2 +H2 Ca(HCO3)2 + panas CaCO3 + CO2 +H2O 2. Pengendapan dengan proses koagulasi Dengan menambahkan bahan kimia tertentu ke dalam air yang akan dijernihkan. Bahan yang digunakan adalah Natrium Aluminat (Na2Al2O4). Reaksinya ((Babcock & Willcox, 1960, Steam Its Generation & Use): Na2Al2O4 + CaCl CaAl2O4 + 2NaCl Na2Al2O4 + Ca(HCO3)2 CaAlO4 +Na2CO3 + CO2 + H2O 3. Pelunakan air dengan soda kapur. Proses pelunakan air dengan soda kapur untuk mengubah bahan-bahan penyebab kesadahan yang larut menjadi senyawa yang tidak larut. Dimana air sadah merupakan air yang kelebihan kandungan garam. Kesadahan air terbagi menjadi 2 macam : - Kesadahan sementara - Kesadahan tetap Kesadahan sementara disebabkan berlebihnya garam-garam asam seperti Ca(HCO3) dan Mg(HCO3)2. Sedangkan kesadahan tetap disebabkan karena berlebihnya garam-garam CaSO4, MgSO4, CaCl2 dan MgCl2. Adapun bahan-bahan kimia yang biasanya digunakan untuk proses ini daharapkan kesadahan air akan hilang atau setidaknya berkurang. Reaksinya ((Babcock & Willcox, 1960, Steam Its Generation & Use) : Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 2CaCO3 + 2H2O CaCO3 + Mg(OH)2 + 2H2O
b. Internal Water Treatment Yaitu penambahan bahan kimia ke dalam air yang sedang memasuki ketel uap dan reaksinya terjadi di dalam ketel. Bahan kimia yang dibubuhkan ke dalam ketel ini dimaksudkan untuk menghilangkan sisa-sisa kesadahan air (sisa-sisa garam) yang dapat menimbulkan kerak dimana bahan kimia yang dimasukkan ke dalam air isian ketel akan bereaksi dengan garam-garam pembentuk kerak yang berupa lumpur yang dapat dikeluarkan melalui blow down (saluran pembuangan). Bahan kimia yang digunakan adalah Natrium Phospat (Na3PO4). Reaksinya ((Babcock & Willcox, 1960, Steam Its Generation & Use) : 3CaCO3 + 2Na3PO4 Ca(PO4)2 + 3Na3CO3 Pencegahan Korosi Korosi adalah peristiwa oksidasi terhadap logam sehingga menjadi senyawa logam karena pengaruh sekitar (udara, air, lembab, dll) Korosi terjadi akibat adanya proses oksidasi oleh O2, maka guna mencegah terjadinya korosi pada bagian ketel uap, kadar oksigen dalam air ketel harus diperhatikan. Pada korosi itu secara alamiah tidak dapat dicegah tapi hanya dapat dihambat. Untuk menghambat terjadinya korosi pada ketel uap, dapat dilakukan dengan berbagai cara, antara lain : a. Dengan memasukkan soda sulfit (Na2SO3) ke dalam air isian ketel untuk mengikat O2 sehingga terbentuklah soda sulfat (Na3SO4). Reaksinya ((Babcock & Willcox, 1960, Steam Its Generation & Use) O2 + 2Na2SO3 2Na2SO4 Namun cara ini kurang ekonomis karena menimbulkan zat-zat yang larut dalam air isian ketel. b. Dengan cara memisahkan O2 dan CO2 dari air ketel dengan mengalirkan uap terhadap arah aliran air isian. Dalam proses ini aliran air bersinggungan dengan aliran uap. Kesimpulan Kerusakan ketel kebanyakan diakibatkan oleh korosi dan endapan kerak air isian ketel. Kalau kerak yang menempel pada ketel dibiarkan saja, maka akan berakibat fatal pada ketel karena hal ini bisa menyebabkan over heating atau kelebihan panas setempat dan ketel bisa pecah sehingga tidak bisa beroperasi lagi. Sehingga bagi operator ketel harus benarbenar teliti dan rajin dalam perawatan ketel. Untuk mencegah kerusakan ketel yang disebabkan oleh endapan kerak dan korosi bisa dilakukan dengan cara external water treatment, internal water treatment dan untuk korosi yaitu dengan cara memisahkan O2 dan CO2 dari air ketel. Asme, 1983, Boiler and pressure Vessel Code. Daftar Pustaka Babcock and Wilcox, 1960, Steam Its Generation and Use, New York.
Brownell and Young, 1979, Process Equipment Design Vessel Design, Third Edition, Wiley Eastern Limited, New Delhi. Djoko Setyarjo,M.J, 1987, Ketel Uap, Edisi Pertama, PT.Pradnya Paramita, Jakarta. Filipo Harahap, 1983, Thermodinamika Teknik, Edisi Kedua, Penerbit Erlangga, Jakarta. Holman,J.P., 1946, Heat Transfer, First, Edition, Mc.Graw Hill Book Company Inc, New York. Surbakti,B.M, 1985, Pesawat Tenaga Uap I, Mutiara Solo, Solo. Syamsir A.Muin, 1988, Pesawat-Pesawat Konversi Energi I (Ketel Uap), CV.Rajawali, Jakarta. Tambunan, ESM, 1984, Ketel Uap, Karya Agung, Jakarta.