MAKALAH UTILITAS FIRE TUBE BOILER Disusun oleh : Irfan Arfian Maulana (2014710450002) Sintani Nursabila (2013710450009) Kevin Andreas (2013710450010) JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS JAYABAYA 2015
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT yang karena rahmat serta karunia-nya lah penulis dapat menyelesaikan tugas makalah Utilitas. Dalam makalah ini penulis membahas mengenai Fire Tube Boiler sebagai prasyarat terselesaikannya makalah ini. Penulis berharap agar makalah ini bermanfaat bagi pembaca maupun penulis. Di dalam pembuatan makalah ini tak luput dari kesalahan baik yang disengaja maupun tidak. Maka dari itu penulis menyambut baik jika ada saran maupun kritik demi kebaikan makalah ini. Jakarta, November 2015
DAFTAR ISI
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Steam generator/pesawat pembangkit uap/ketel uap/boiler adalah suatu suatu bejana tertutup yang terbuat dari baja digunakan untuk menghasilkan uap. Atau unit pesawat yang dapat dipakai untuk merubah energi panas dari bahan bakar diberikan kepada air melalui bagian pendidih sehingga terbentuk uap. Untuk menghasilkan uap bertekanan pada boiler diperlukan panas/kalor, panas ini berasal dari proses pembakaran bahan bakar yang terjadi pada ruang bakar. Uap yang dihasilkan oleh ketel uap, dipergunakan sebagai fluida kerja atau sebagai media pemanas untuk berbagai macam keperluan, dari keperluan rumah tangga atau sampai dengan keperluan industri. Proses ketel uap secara sederhana dapat digambarkan seperti proses memasak air, dimana dalam pemanasan air dibutuhkan sumber energi panas guna memasaknya. Pemanasan diperoleh dari bahan bakar padat, cair, gas ataupun dari tenaga listrik dan tenaga-tenaga lainnya. Proses ketel uap adalah suatu kombinasi dari peralatanperalatan yang bekerja untuk memproduksi panas dengan media fluida yang diuapkan dengan kapasitas dan tekann serta temperature tertentu, pada umumnya uap tersebut dipergunakan diluar ketel uap. Proses pemanasan pada ketel uap dilaksanakan dengan tiga tahap, yaitu sebagai berikut: 1. Proses pemanasan sehingga air menjdi uap basah ( Wet Steam ) 2. Proses pemanasan sehingga air jenuh menjadi uap jenuh ( Saturated Steam ) 3. Proses pemanasan sehingga uap jenuh menjadi uap panas lanjut ( Superheated Steam ). Proses uap panas pada aplikasinya kadang memerlukan pengerjaan lanjut sehingga diperoleh uap panas kering untuk pemanasan tersebut. Selain itu air isian juga perlu penanganan khusus agar dalam proses pembentukan uap tidak menimbulkan efek-efek yang dapat merugikan pada ketel. Keseluruhan proses itu
harus dikontrol sehingga pelaksanaan produksi uap terkondisi dan tidak membahayakan bagi operator dan lingkungan sekitarnya. Fungsi boiler yaitu sebagai penghasil uap panas, sedang didunia perminyakan uap/steam dari boiler ini digunakan untuk: Proses pengolahan minyak Pemanasan minyak berat Sebagai fluida kerja/penggerak turbin uap, mesin uap Membersihkan pipa minyak 1.2 Prisip Kerja Prinsip kerja dari boiler (Saturated steam) bisa dilihat pada gambar di bawah ini. Air umpan setelah melalui proses pretreatment di softener atau air condensate dipompakan ke economizer. Di economizer terjadi pemanasan awal yang memanfaatkan panas buang di chimney. Selanjutnya air umpan masuk ke dalam ketel tapi sebelumnya diberikan chemical sesuai dosis yang ditentukan. Setelah itu air umpan yang mengalami pemanasan didalam ketel uap berubah fasa menjadi steam dan siap didistribusikan. Setelah steam berubah fasa kembali menjadi air (air condensat) maka bisa kembali dipompakan kedalam ketel kembali. Air make up hanya digunakan untuk menggantikan hilangnya air akibat proses blowdown.
1.3 Syarat-syarat Boiler yang Baik Boiler yang baik harus memenuhi persyaratan yang ditinjau dari segi teknis, ekonomis, maupun keselamatan kerja. Persyaratan umum yang harus dipenuhi adalah: Hemat dalam pemakaian bahan bakar. Pengoperasian fleksibel ( dapat menyesuaikan naik turunnya beban ). Konstruksi ringkas dan sederhana agar mudah dalam pengoperasian dan perawatannya. Mempunyai system pembuangan lumpur yang baik. Dapat menghasilkan uap yang bersih Material yang digunakan memenuhi standar yang berlaku. Dilengkapi peralatan pengaman yang memenuhi standar dari dinas pengawasan keselamatan kerja Departemen Tenaga Kerja. Jumlah panas yang hilang karena radiasi harus sekecil-kecilnya. Peredaran gas panas dari pembakaran harus baik sehingga transfer panas dapat maksimal. Perbandingan ruang uap dan air, saluran luar dan sirkulasi air yang memadai Boiler harus dapat dioperasikan dalam waktu singkat. 1.4 Syarat Air Umpan Boiler Boiler atau ketel uap merupakan sebuah alat untuk pembangkit uap dimana uap ini berfungsi sebagaizat pemindah tenaga kaloris. Tenaga kalor yang dikandung dalam uap dinyatakan dengan entalpi panas. Hal-hal yang mempengaruhi efisiensi 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 boiler. 2. Kekeruhan, dapat mengenda pada perpipaan dan peralatan proses serta mengganggu proses.
3. Ph, bila tidak sesuai dengan standar kualitas air umpan boiler dapat menyebabkan korosi pada peralatan 4. Kesadahan, merupakan kandungan ion Ca dan Mg yang dapat menyebabkan kerak pada peralatan serta perpipaan boiler sehingga menimbulkan local overheating 5. Fe, dapat menyebabkan air bewarna dan mengendap disaluran air dan boiler bila teroksidasi oleh oksigen Secara umum air yang akan digunakan sebagai umpan boiler adalah air yang tidak mengandung unsur yang dapat menyebabkan terjadinya endapan yang dapat membentuk kerak pada boiler dan air yang tidak mengandung unsur yang dapat menyebabkan korosi boiler. 1.5 Klasifikasi Boiler Berbagai bentuk boiler telah berkembang mengikuti kemajuan teknologi dan evaluasi dari produk-produk boiler sebelumnya yang dipengaruhi oleh gas buang boiler yang mempengaruhi lingkungan dan produk steamseperti apa yang akan dihasilkan. Berikut klasifikasi boiler yang telah dikembangkan: a. Berdasarkan tipe pipa : Fire Tube: Tipe boiler pipa api memiliki karakteristik : menghasilkan kapasitas dan tekanan steam yang rendah. Cara kerja : proses pengapian terjadi didalam pipa, kemudian panas yang dihasilkan dihantarkan langsung kedalam boiler yang berisi air. Besar dan konstruksi boiler mempengaruhi kapasitas dan tekanan yang dihasilkan boiler tersebut. Water Tube: Tipe boiler pipa air memiliki karakteristik : menghasilkan kapasitas dan tekanan steam yang tinggi. Cara Kerja : proses pengapian terjadi diluar pipa, kemudian panas yang dihasilkan memanaskan pipa yang berisi air dan sebelumnya air tersebut dikondisikan terlebih dahulu melalui economizer, kemudian steam yang dihasilkan terlebih dahulu dikumpulkan di dalam sebuah steam-drum. Sampai tekanan dan temperatur sesuai, melalui tahap secondary superheater dan primary superheater baru steam dilepaskan ke pipa utama distribusi. Didalam pipa air, air yang mengalir harus dikondisikan terhadap mineral atau kandungan lainnya yang
larut di dalam air tesebut. Hal ini merupakan faktor utama yang harus diperhatikan terhadap tipe ini. b. Berdasarkan bahan bakar yang digunakan : Solid Fuel Tipe boiler bahan bakar padat memiliki karakteristik : harga bahan baku pembakaran relatif lebih murah dibandingkan dengan boiler yang menggunakan bahan bakar cair dan listrik. Nilai effisiensi dari tipe ini lebih baik jika dibandingkan dengan boiler tipe listrik. Cara kerja : pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara percampuran bahan bakar padat (batu bara, baggase, rejected product, sampah kota, kayu) dengan oksigen dan sumber panas. Oil Fuel Tipe boiler bahan bakar cair memiliki karakteristik : harga bahan baku pembakaran paling mahal dibandingkan dengan semua tipe. Nilai effisiensi dari tipe ini lebih baik jika dbandingkan dengan boiler bahan bakar padat dan listrik. Cara kerja : pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara percampuran bahan bakar cair (solar, IDO, residu, kerosin) dengan oksigen dan sumber panas. Gaseous Fuel Tipe boiler bahan bakar gas memiliki karakteristik : harga bahan baku pembakaran paling murah dibandingkan dengan semua tipe boiler. Nilai effisiensi dari tipe ini lebih baik jika dibandingkan dengan semua tipe boiler berdasarkan bahan bakar. Cara kerja : pembakaran yang terjadi akibat percampuran bahan bakar gas (LNG) dengan oksigen dan sumber panas. Electric Tipe boiler listrik memiliki karakteristik : harga bahan baku pemanasan relatif lebih murah dibandingkan dengan boiler yang menggunakan bahan bakar cair. Nilai effisiensi dari tipe ini paling rendah jika dbandingkan dengan semua tipe boiler berdasarkan bahan bakarnya. Cara kerja : pemanasan yang terjadi akibat sumber listrik yang menyuplai sumber panas. c. Berdasarkan kegunaan boiler : Power Boiler Tipe power boiler memiliki karakteristik : kegunaan utamanya sebagai penghasil steam sebagai pembangkit listrik, dan sisa steamdigunakan untuk menjalankan proses industri. Cara kerja : steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan tipe water tube boiler, hasil steam yang dihasilkan memiliki tekanan dan kapasitas yang besar, sehingga mampu memutar steam turbin dan menghasilkan listrik dari generator.
Industrial Boiler Tipe industrial boiler memiliki karakteristik : kegunaan utamanya sebagai penghasil steam atau air panas untuk menjalankan proses industri dan sebagai tambahan pemanas. Cara kerja : steam yang dihasilkan boiler ini dapat menggunakan tipe water tube atau fire tube boiler, hasil steam yang dihasilkan memiliki kapasitas yang besar dan tekanan yang sedang. Commercial Boiler Tipe commercial boiler memiliki karakteristik : kegunaan utamanya sebagai penghasil steam atau air panas sebagai pemanas dan sebagai tambahan untuk menjalankan proses operasi komersial. Cara kerja : steam yang dihasilkan boiler ini dapat menggunakan tipe water tube atau fire tube boiler, hasil steam yang dihasilkan memiliki kapasitas yang besar dan tekanan yang rendah. Residential Boiler Tipe residential boiler memiliki karakteristik : kegunaan utamanya sebagai penghasil steam atau air panas tekanan rendah yang digunakan untuk perumahan. Cara kerja : steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan tipe fire tube boiler, hasil steam yang dihasilkan memiliki tekanan dan kapasitas yang rendah Heat Recovery Boiler Tipe heat recovery boiler memiliki karakteristik : kegunaan utamanya sebagai penghasil steam dari uap panas yang tidak terpakai. Hasilsteam ini digunakan untuk menjalankan proses industri. Cara kerja : steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan tipe water tube boiler atau fire tube boiler, hasil steam yang dihasilkan memiliki tekanan dan kapasitas yang besar. d. Berdasarkan konstruksi boiler : Package Boiler Tipe package boiler memiliki karakteristik : perakitan boiler dilakukan di pabrik pembuat, pengiriman langsung dalam bentuk boiler. Site Erected Boiler Tipe site erected boiler memiliki karakteristik : perakitan boiler dilakukan di tempat akan berdirinya boiler tersebut, pengiriman dilakukan per komponen.
BAB II PEMBAHASAN 2.1 Boiler Pipa Api (Fire Tube Boiler) Kata Fire Tube Boiler diartikan dalam bahasa indonesia yang artinya adalah tabung api boiler. Fire Tube Boiler adalah jenis boiler di mana gas panas dari api melewati satu atau lebih tabung berjalan melalui wadah tertutup air. Arti lain fire tube boiler adalah energi panas dari gas yang melewati sisi tabung oleh konduksi termal, pemanas air dan akhirnya menciptakan uap. Konstruksi ketel uap pipa api terdiri dari sebuah silinder atau tangki berisi air dimana didalam tangki tersebut terdapat susunan pipa-pipa/tube yang dialiri oleh gas asap. Pipa-pipa ini merupakan pengembangan ketel uap lorong api dengan pengembangan sebagai berikut : Volume kecil (isi air ketel ) dibuat lebih kecil Luas bidang pemanas dapat diusahakan lebih besar Ruang aliran gas asap dapat diperbesar sehingga aliran gas asap tidak cepat keluar dari ketel uap. Dengan usaha-usaha diatas dapat dicapai efisiensi ketel yang lebih besar dan kapasitas ketel dapat diperbesar tetapi masih kurang dari 10 ton/jam dengan tekanan kurang dari 20 atm. Pada umumnya ketel uap pipa-pipa api masih mempunyai lorong api yang berfungsi sebagai ruang bakar. Keuntungan ketel uap pipa api :
Tidak membutuhkan air isian ketel dengan kualitas yang tinggi Konstruksi sederhana sehingga perawatan lebih mudah 6 Endapan lumpur lebih mudah dibersihkan. Kelemahan ketel uap pipa api : Pemanasan awal membutuhkan waktu lama Tekanan uap yang dihasilkan rendah Kapasitas uap yang dihasilkan kecil. 2.2 Peralatan Ketel Uap Peralatan Utama 1. Dapur atau Furnace Furnace atau ruang bakar pada ketel uap berfungsi sebagai tempat berlangsungnya proses pembakaran bahan bakar. 2. Drum ketel Tempat untuk menampung air umpan yang merupakan bahan baku uap serta sebagai tempat uap yang telah terbentuk. Selain sebagai tempat penampung air dan uap juga merupakan bodi / casing dari ketel itu sendiri. 3. Pipa / Tube boiler Pipa-pipa didalam boiler yang meneruskan perpindahan panas hasil pembakaran dimana sebagai media laluan gas panas dari furnace. 4. Burner Burner atau sering biasa disebut gun burner merupakan alat pengabut bahan bakar untuk membentuk partikel-partikel kecil dan bercampur dengan udara sehingga mudah terbakar dengan sempurna. 5. Superheater Alat untuk menaikkan suhu uap jenuh dari penguapan air langsung menjadi uap panas lanjut tanpa diikuti kenaikan tekanan. 6. Blower
Blower pada ketel uap (force draft fan) yang berfungsi sebagai penghasil udara pada proses pembakaran didalam furnace. 7. Cerobong asap Bagian boiler yang berfungsi untuk mengeluarkan gas sisa pembakaran.
2.3 Jenis-jenis Boiler/Ketel Uap Pipa Api 2.3.1. Ketel Uap Schots Ketel uap ini direncanakan agar api dan asap selalu bersinggungan dengan dinding-dinding yang berbatasan dengan air atau uap, dari kotak api melalui pipa-pipa mencapai cerobong asap menuju keluar. Ketel uap marine (kapal) jenis Scotch atau tangki digunakan untuk kerja di laut karena kekompakannya, efisien dalam operasinya dan kemampuannya untuk menggunakan berbagai jenis air Kekurangan dari jenis ini adalah besarnya drum ketel, terlebih lagi menggunakan tiga silinder. Drum ketel yang besar memerlukan dinding yang tebal sehingga untuk kapasitas yang besar ketel uap menjadi mahal. Gambar 1: Ketel Uap Schots. Keterangan gambar : 1. Pintu bahan bakar 2. Pintu angin bawah 3. Batang-batang rangka bakar 4. Penyangga batang rangka bakar 5. Jembatan api 6. Silinder api
7. Kotak api (flame case) 8. Pipa-pipa api (fire pipe) 9. Jembatan panunjang 10.Baut-baut dan mur penunjang 11.Lubang orang 2.3.2. Ketel Uap Kombinasi Ketel uap ini merupakan bentuk penyempurnaan dari ketel uap schots. Memerlukan dua buah drum ketel dengan posisi diatas dan dibawah. Silinder-silinder ini ditempatkan pada bagian bawah sedangkan pipa-pipanya pada bagian atas. Keuntungan dari ketel uap ini adalah pemakaian drum ketel dapat lebih kecil diameternya dan bias lebih tipis, juga dapat dipasang sekaligus dengan superheater dan economizer. Gambar 2: Ketel Uap Kombinasi.
Keterangan gambar : 1. Pintu bahan bakar 2. Pintu angin bawah 3. Batang-batang rangka bakar 4. Penyangga batang-batang rangka bakar 5. Lapisan bahan bakar padat 6. Sumuran abu = Ash pit 7. Jembatan api = Fire Bridge 8. Silinder api = Fire Sylinder 9. Kotak api = Fire Box 10. Pipa-pipa api = Fire Pipe 11. Kotak asap = Smoke box 12. Lorong gas asap sebelah kanan dan kiri drum ketel 13. Kolong gas asap = Flue Gas Canal 14. Cerobong asap = Chimney 15. Drum bawah = Lower drum 16. Drum atas = Upper drum 17. Pipa penghubung uap drum bawah ke drum atas 18. Dom uap = steam dom 19. Pipa pengambilan uap kenyang dari drom uap 20. Pipa uap kenyang menuju kepemanas lanjut uap 21. Tabung pembagi uap kenyang = saturated steam header 22. Pipa-pipa pemanas lanjut uap = superheater pipes 23. Tabung pengumpul uap yang dipanaskan lanjut = Superheater steam header 24. Keran uap utama = Main steam valve 25. Uap yang dipanaskan lanjut menu kepemakaian 26. Tembokkan ketel 27. Pondasi ketel 2.3.3. Ketel Uap Lokomotif Prinsip kerja dari ketel ini adalah pada bagian belakang ketel uap lokomotif terdapat sebuah tunku yang merupakan kotak api dan pada bawah tungku terdapat
rangka bakar yang digunakan membakar bahan bakar. Didlam pipa-pipa api ini ditempatkan pipa-pipa pemanas lanjut uap (superheater) tergantung dari besar kecilnya tabung api. Uap panas lanjut yang dihasilkan ketel uap ini akan melakukan ekspansididlam mesin uap yorak atau turbin uap yang akan menggerakkan roda-roda lokomotif. Gambar 3: Ketel Uap Lokomotif Keterangan gambar : 1. Pintu bahan bakar 2. Batang-batang rangka bakar 3. Kotak api 4. Jembatan api 5. Tabung- tabung api 6. Pipa-pipa api = fire pipe 7. Kotak asap = smoke box 8. Cerobong asap = chimney 9. Dom uap = steam dom 10. Pengambilan uap 11. Keran uap utama 12. Batang-batang pengatur pengambilan uap 13. Tuas (handle) pengatur 14. Pipa uap kenyang menuju super heater 15. Header atau pembagi uap kenyang 16. Pipa-pipa superheater 17. Header (pengumpulan) uap dipanaskan
18. Pipa uap yang dipanaskan lanjut 19. Penghembusan 20. Tangki ketel 2.3.4. Ketel Pipa Api Tegak Kelemahan dari pipa api tegak adalah : a. Gas panas cepat keluar. b. Pipa api bagian atas tidak didinginkan secara langsung sehingga cepat rusak. c. Pemanasan awal cukup lama isi air terlalu besar dibanding luas pemanasan. d. Uap yang terbentuk cenderung menempel pada pipa. e. Kapasitas rendah. f. Tekanan kerja rendah. 2.3.5. Ketel Uap Pipa Api Cochran Konstruksi ketel uap api cochran berupa silinder dengan pipa-pipa horizontal, keuntungannya adalah : a. Pipa tidak dilapisi uap b. Ruang bakar berada dibawah sehingga sirkulasi air lebih baik c. Pondasi cukup sempit d. Permukaan air cukup luas sehingga uap bebas memisahkan diri dari air Gambar 4: Ketel Uap Pipa Api Tegak Dan Cochran
BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan Steam generator/pesawat pembangkit uap/ketel uap/boiler adalah suatu bejana tertutup yang terbuat dari baja digunakan untuk menghasilkan uap atau unit pesawat yang dapat dipakai untuk merubah energi panas dari bahan bakar diberikan kepada air melalui bagian pendidih sehingga terbentuk uap. Klasifikasi Boiler, Berdasarkan isi tube/pipa: Boiler lorong api, Boiler pipa api (fire tube/smoke tube boiler), Boiler pipa air (water tube boiler) dan Boiler kombinasi. Boiler/ Ketel Uap Pipa Api, Konstruksi ketel uap pipa api terdiri dari sebuah silinder atau tangki berisi air dimana didalam tangki tersebut terdapat susunan pipapipa/tube yang dialiri oleh gas asap. Jenis-Jenis Boiler / Ketel Uap Pipa Api yaitu Ketel Uap Schots, Ketel Uap Kombinasi, Ketel Uap Lokomotif, Ketel Pipa Api Tegak, dan Ketel Uap Pipa Api Cochran.
DAFTAR PUSTAKA Niwa, Annes. 2014. Pengolahan Air Untuk Boiler (Ketel Uap). http://annesniwa.blogspot.co.id/2014/09/pengilahan-air-untuk-boiler-ketel-uap.html Djokosetyardio, M.J, 1989, Ketel Uap, Pradnya Paramita, Jakarta. http://www.furnacesuppliers.com/fire