BAB IV PROSES DESALINATION PLANT DI PLTGU MUARA KARANG 1.1 Kandungan Air Laut Perbedaan antara air laut dan air tawar darat adalah pada segi kuantitas dan kualitas garamnya. Garam-garam utama yang terdapat dalam air laut adalah klorida (55%), natrium (31%), sulfat (8%), magnesium (4%), kalsium (1%), potasium (1%) dan sisanya (kurang dari 1%) terdiri dari bikarbonat, bromida, asam borak, strontium dan florida. Air laut mempunyai berbagai macam kandungan elemen yang berbentuk ion-ion, dan air laut mempunyai ph berkisar 7,5 8,4. Pada tabel berikut ini dapat dilihat kandungan yang dimiliki air laut. Chemical ion valence concentration part of salinity molecular mmol/ ppm, mg/kg % weight kg Chloride Cl -1 19345 55.03 35.453 546 Sodium Na +1 10752 30.59 22.990 468 Sulfate SO4-2 2701 7.68 96.062 28.1 Magnesium Mg +2 1295 3.68 24.305 53.3 Calcium Ca +2 416 1.18 40.078 10.4 Potassium K +1 390 1.11 39.098 9.97
Bicarbonate HCO3-1 145 0.41 61.016 2.34 Bromide Br -1 66 0.19 79.904 0.83 Borate BO3-3 27 0.08 58.808 0.46 Strontium Sr +2 13 0.04 87.620 0.091 Fluoride F -1 1 0.003 18.998 0.068 Tabel 4.1 Elemen-elemen yang dikandung air laut (sumber : www.seafriend.org.nz/oceano/seawater html) Air yang digunakan dalam siklus PLTU/G ini disebut air demin, yakni air yang mempunyai kadar conductivity (Kemampuan untuk menghantarkan listrik) sebesar 0,2 µs (mikro siemen). Sebagai perbandingan air mineral yang kita minum sehari-hari mempunyai kadar conductivity sekitar 100 200 µs. ph Pengukuran ph diperlukan untuk mengontrol korosi atau kerak. Pada ph rendah akan terjadi korosi dan ph tinggi akan terjadi kerak. Selain itu ph tinggi menimbulkan busa, sehingga akan menyebabkan Carry Over. Konduktiviti Konduktiviti merupakan kesanggupan air untuk menghantarkan listrik. Dalam larutan (cair), daya listrik ini disebabkan oleh adanya ion-ion, sehingga dengan mengukur konduktiviti dapat diketahui jumlah zat padat terlarut didalamnya. Kemurnian uap dapat dilihat dengan mengukur konduktiviti kondensat yang merupakan tapsiran zat padat yang carry over sebagai hasil uap tidak murni. 1.2 Pengertian Desalination
Desalination Plant adalah plant yang digunakan untuk mengolah air laut menjadi air tawar atau air bahan baku produksi dengan sistem penguapan. Didalam unit PLTGU, peran desalination sangat diperlukan sekali menyediakan kebutuhan air yang dipergunakan untuk keperluan diantaranya: 1. HRSG 2. Pendingin mesin 3. Pemadam kebakaran 4. Air service, air yang digunakan sehari-hari. Fungsi desalination plant adalah mengolah air laut menjadi air murni. Proses desalination yang umum dilakukan adalah dengan cara menguapkan (evaporating) air laut. Air laut dalam suatu chamber diberi tekanan kurang dari 1 atm, maka air laut tersebut akan menguap walau temperatur masih dibawah temperatur penguapan. Uap yang dihasilkan ini adalah uap murni tanpa mengandung zat-zat terlarut. Bila air laut dipanaskan, maka airnya akan menjadi uap dan garam-garamnya akan tertinggal. Selanjutnya bila uap tersebut didinginkan akan diperoleh air kondensat yang disebut air desal atau fresh water. Didalam sistem kerja desalination yang pertama diperhatikan adalah menurunnya tekanan udara pada ruang pengolahan air / chamber / stage yang lebih dikenal sebutan vakum (vacuum). Dengan menurunnya tekanan udara pada chamber / stage air laut tidak harus menunggu 100 C untuk menguap dan mendidih. Untuk membuat vakum pada ruang chamber dilakuan dengan cara menyeprot uap ruang chamber, uap ini nantinya akan keluar bersama udara.
Gambar 4.1 Desalination Plant Sumber : Foto Album Vatoni susilo 1.3 Proses Desalination Plant Pemanasan Proses menaikkan temperatur air laut terjadi di Brine Heater Penguapan Tebentuknya fase uap dari sebagian air laut terjadi di Evaporator Pengkondensasian Proses perubahan fase dari uap (vapor) ke air (liquid) terjadi di kondensor evaporator. Air laut dipompa oleh Sea Water Feed Pump menuju tube stage terakhir sampai ke tube stage pertama, selanjutkan masuk ke Brine Heater untuk dipanaskan dengan temperatur antara 96 C - 110 C. Kemudian masuk ke stage no 1 hingga stage terakir. Air laut yang tidak menguap dipompa dengan brine blowdown pump dikembalikan atau dibuang ke laut.
Pada waktu proses tersebut terjadi penguapan karena adanya vakum, uap tersebut tertarik ke atas lebih cepat dan menyentuh pipa-pipa diatasnya yang dialiri oleh air laut yang tempraturnya lebih dingin sehingga terjadi kondensasi dinamakan air distilate. Untuk menghindari carry over antara penampungan air kondensasi dengan air laut dipasang demister, hasil air kondensasi tersebut ditampung dan mengalir ke chamber air distilate, selanjutnya dipompa oleh distilate pump menuju ke Make Up Tank. Steam yang mamanaskan brine heater diambilkan dari unit yang sedang beroperasi, kondensasi steam di brine heater dinamakan air Condensate. Gambar 4.2 Proses Desalination Plant KUALITAS AIR DISTILATE : CL = <1000 ppb CONDUCTIVITY = < 20 µs/cm KUALITAS AIR CONDENSATE : CL CONDUCYVITY = <1000 ppb = <1 µs/cm
Air Condensate Air condensate dari brain heater dipompa dengan condensate pump, ada yang masuk ke evaporator/chamber untuk proses produksi dan ada juga yang di spray masuk ke brain heater untuk menjaga temperatur. 1.4 Proses Kerja Desalination Plant di PLTGU Sebelum menjalankan pompa Sea Water Feed Pump terlebih dahulu membuka steam untuk menjalankan starting ejector guna menarik vakum dari stage. Setelah memenuhi syarat vakumnya, sea water pump bekerja beserta pompa-pompa lainnya. Air laut sebelum masuk ke tube stage di masukkan terlebih dahulu ke debris filter yang bertujuan untuk membuang sampah dan kotoran yang terbawa air laut. Dari outlet filter dibagi 2 bagian: 1 Sebagai pendingin ejector. 2 Masuk ke proses untuk menjadi air tawar. Air laut masuk melalui pipa menuju tube stage terakhir/chamber, belum melalui proses pemanasan. Terjadinya perpindahan panas disini, air laut masuk terkena penguapan kemudian air menjadi panas. Dengan adanya pemanasan ini menambah efisiensi sehingga brine heater tidak diperlukan panas terlalu tinggi. Temperatur dipertahankan antara 96 C - 110 C. Air laut masuk stage pertama sampai stage terakhir dan menguap melalui air yang masih dingin dengan bantuan vakum maka terjadilah kondensasi. Air yang terkondensasi dari stage awal sampai terakir ditampung menjadi satu dinamakan air distilate dan selanjutnya dipompa dengan pompa Distilate Pump masuk ke Raw/Make Up Water Tank. Kemudian air yang tidak menguap dikembalikan kelaut dengan pompa Brine Blow Down Pump.
1.5 Peralatan-Peralatan Utama Desalination Plant Dolpin Screen Dolpin screen merupakan saringan awal sebelum air laut masuk ke bar screen. Bar Screen Bar screen atau saringan kasar berfungsi untuk menyaring sampah atau kotoran yang besar, terutama menyaring potongan-potongan kayu, daun-daun, plastik, dan kotoran sejenis. Bar screen harus dibersihkan secara rutin, terutama bila kotorannya sudah banyak. Pembersihan dilakukan secara manual, yaitu dengan diangkat dan dibersihkan menggunakan tangan. Kotoran yang ada diangkat dan dibuang, kemudian bar screen-nya dibuka dan dibersihkan menggunakan kain lap/katun. Apabila sudah bersih, bar screen dapat dipasang kembali. Proteksi yang dilakukan pada bar screen berupa sacrinficial anode, dengan menggunakan Al anoda atau Zn anoda. Artinya Al atau Zn yang termakan sedangkan material baja besi (Fe) tidak termakan. Gambar 4.2 Bar screen Sumber : http://www.infobarscreens.com/ Travelling Screen
Travelling Screen atau saringan putar berfungsi sebagai penyaring kotoran-kotoran yang lolos dari bar screen. Saringan putar ini dapat dibersihkan secara otomatis dengan menggunakan spray water, yang dihasilkan dari screen wash pump dan dikontrol dengan timer. Perbedaan tinggi permukaan air sebelum dan setelah saringan, dapat diatur dengan menggunakan timer, salah satu yang mana tercapai lebih dahulu. Disini juga dilakukan proteksi katodik sama pada bar screen yaitu alumunium anode yang dipasang pada bingkai (frame). Gambar 4.3 Travelling Screen Sumber : http://www.nslpg.com/ SEA WATER FEED PUMP Berfungsi mensuply air laut yang diproses didalam desal plant dan juga sebagai pendingin pada ejector. EJECTOR Berfungsi untuk menghisap udara atau membuang gas-gas yang ada didalam chamber, tujuannya untuk mempercepat proses penguapan air laut. CONDENSATE PUMP Berfungsi untuk memompa air condensate dari brine heater
DISTILATE PUMP Berfungsi untuk memompa air distilate hasil dari proses desalination plant dimasukan ke raw/make up water tank. BRINE BLOW DOWN PUMP Pompa untuk membuang sisa air laut yang sudah tidak bisa diproses lagi. LAYAR MONITOR Berfungsi untuk mengatur jalannya operasinal baik start maupun stop. CHEMICAL INJECTION PUMP Berfungsi untuk menginjeksi bahan kimia Anti Scaling dan Anti Foam. 1.6 Masalah Yang Sering Dihadapi Pengoperasian desalination banyak menghadapi masalah-masalah. Masalah yang sering timbul diantaranya: 1. Berkembangnya biota laut diantaranya kerang dan tiram yang menempel didinding pipa dan chamber dan bisa menutup tube-tube brine heater yang mengakibatkan dapat mengurangi produksi. 2. Pengerakan dan korosi pada material yang ada. 3. Foaming pada air laut, pengerakan / scaling merupakan masalah yang paling banyak menibulkan kerugian bila terjadi pada pipa-pipa brine heater. Pengerakan dapat diatasi dengan cara menginjecsikan Anti Scaling kedalam air laut sedang untuk menghilangkan buih / busa menggunakan Anti Foam. Anti Scalling
Untuk mencegah terjadinya scalling pada heat exchanger di sisi air laut karena kandungan calcium, natrium dan magnesium digunakan : Carboxylate Polymer Anti Foam Untuk mencegah carry over karena terjadinya gelembung-gelembung busa (foam) yang mengakibatkan naiknya konduktivity distillate digunakan : Campuran Polyglycol & Propanol Pada bagian ini mulai terjadi banyak permasalahan, karena air laut penuh dengan polutanpolutan. Masalah-masalah yang sering dijumpai pada pengoperasian desalination plant diataranya berkembangnya biota laut atau kerang pada tube-tube, pengerakan (scaling), korosi, dan foaming (pembusaan). Pengerakan (scaling) merupakan masalah yang paling banyak menimbulkan kerugian, karena terjadi pada pipa-pipa brine heater. Akibatnya dapat terjadi penurunan produk, karena menurunnya kapasitas pertukaran panas. Selain itu terjadinya proses korosi di bawah deposit (kerak). Pengerakan dapat terjadi karena adanya kandungan bahan kimia tertentu pada air laut, dan adanya reaksi kimia selama proses penguapan (evaporasi). Proses pengerakan dapat diatasi dengan membatasi temperatur brine, dan menambah bahan kimia inhibitor, yang berfungsi mencegah terjadinya pengerakan. Kedua cara tersebut dapat dilakukan secara bersamaan. Reaksi primer - 2HCO 3 CO 2 + CO - 3 + H 2 O H 2 O + CO - 3 2OH - + CO 2 Reaksi sekunder Mg +2 + 2OH - Mg (OH) 2 (pada temperatur dan ph tertinggi) (Brucite) (mengedap)
Anhydrite biasanya tidak menimbulkan masalah dan kurang larut pada temperatur tinggi, tapi memerlukan waktu yang lama mengendap atau membentuk kerak. Hemydrate (CaSO 4.x1/2H O) mengendap seketika begitu terbentuk, paling sering ditemukan pada kerak evaporator. Dehydrate (CaSO 4 2H 2 O) kelarutannya relatif lebih baik dibandingkan lainnya. Komponen pembentuk kerak lainnya adalah Mg 6 Fe(CO 3 ) 3.x4H 2 O,SO 2,CaSiO 3 atau MgSiO 3 Tahapan pembentukan kerak adalah pertama pembentukan CO 3 dan OH, kemudian akan mencapai titik jenuhnya apada temperatur yang tinggi. Kedua, pembentukan inti Kristal (nucleation). Dan ketiga, pertumbuhan Kristal. Pada tahap ketiga ini anion dan kation bergerak secara diffuse menuju inti Kristal dan bergabung ke dalam Iattice atau terjadi pertumbuhan Kristal. Untuk mencegah terjadinya pergerakan (scale inhibition) dengan cara menambahkan scale inhibitor (antiscale agent) ke dalam air laut. Selama ini dikenalkan beberapa scale inhibitor yang biasanya digunakan, yaitu H 2 SO 4 dan inhibitor ambang batas (threshold inhibitor). Ada tiga jenis threshold inhibitor, yaitu polyphosphate, phosphate, dan polycarboxylic. Cara kerjanya dengan berfungsi sebagai growth inhibitor (pembatasan pertumbuhan), dengan menghambat dan menghentikan pertumbuhan yang terjadi pada Kristal. Hasilnya pertumbuhan pertumbuhan Kristal di luar kebiasaanya, sehingga dihasilkan Kristal yang bulat dan tidak mudah menempel sebagai kerak. Selain itu berfungsi pula sebagai dispersant, yaitu partikel padat seperti lumpur, debu dan Kristal
CaCO 3 dipertahankan dalam bentuk suspense, sehingga dengan demikian mencegah terbentuknya endapan yang mengerak. Kriteria pemilihan bahan kimia sabagai antiscale adalah : a. Bahan kimia yang mempunyai kemampuan untuk mendistorsi Kristal. Mekanismenya dengan meningkatkan daya kelarutan dari Kristal tersebut, dan mengubah bentuk struktur pertumbuhan Kristal. Proses tersebut terjadi karena adanya bahan polimer yang mempunyai bentuk tidak teratur dan masuk kedalam kisi-kisi Kristal, yang dapat menahan terjadinya endapan yang mempunyai sifat struktur kimia yang getas dan keras. b. Bahan kimia harus mempunyai sifat dispersant. Mekanismenya dapat mengabsorbsi atau menyerap pada permukaan Kristal dan memberikan muatan-muatan sejenis terhadap kristal tersebut, akibatnya pertikel tetap tinggal diam sebagai suspense. c. Bahan kimia harus mempunyai sifat sequestren. Mekanismenya dengan mencegah ion dari keadaan normal dengan membentuk senyawa ion komplek Bahan anti scale yang digunakan di PLTU/PLTG adalah bahan kimia yang mengandung polyphosphate dan polycarboxylic. Selain berfungsi sebagai anti scale, bahan kimia tersebut juga berfungsi threshold inhibitor. Sehingga dapat berfungsi mencegah terjadinya kerak dan dapat memecahkan kerak yang sudah terbentuk. Air destilasi yang diperoleh dari proses desalination plant yang ditampung dengan raw water tank belum memenuhi syarat untuk pengisian boiler. Sehingga perlu diolah kembali melalui peralatan water treatment. Dari raw water tank, air dipompa ke water treatment. Selanjutnya air tersebut melalui pre-filter air dan juga diberi mix bed polisher yang terdapat bahan kimia anion resin yang
dapat mengikat ion negatif dan kation resin yang dapat mengikat ion positif. Ion-ion yang terdapat pada water tank adalah ion positif Na+ dan ion negatif Cl-. Dengan banyaknya ion yang menempel pada mix bed polisher, maka kemungkinan besar air menjadi jenuh sehingga mempengaruhi proses penyaringan. Untuk itu perlu dihilangkan dengan menggunakan hydrolic acid, cautic sods dan dibantu panas uap dari boiler. Air yang telah dihilangkan mineralnya (demineralized water) ditampung dalam tangki penambah (make up water tank) yang selanjutnya akan digunakan dalam proses berikutnya untuk air penambah atau pengisi di boiler.