Cooling Water

Cooling WaterKebutuhan air yang pertama adalah untuk kebutuhan pendingin. Air ini dipergunakan di kondensor untuk merubah uap yang berasal dari turbin menjadi air kembali sebagai rangkaian siklus rankine. Spesifikasi air yang dibutuhkanpun ada dua jenis:

Yang pertama adalah pada PLTU yang didesain untuk dibangun di tepi laut, ia menggunakan air laut sebagai sumber airnya. PLTU ini menggunakan kondensor dengan material yang tahan terhadap korosi. Air laut yang telah mengalami proses filtrasi dipompa untuk masuk ke kondensor sisi tube sebagai media pendingin uap air yang mengalir di sisi shell. Proses filtrasi tersebut menggunakan alat bernama trash rake dan travelling screen. Trash rake menjadi tahap filtrasi sebelum travelling screen. Trash rake berfungsi untuk menangkal kotoran-kotoran laut yang ukurannya besar. Sedangkan travelling screen berfungsi untuk memfilter air laut dari kotoran-kotoran yang berukuran lebih kecil.

Selain proses filtrasi, air laut tersebut juga telah disuntikkan bahan kimia tertentu untuk mencegah hewan-hewan laut berkembang biak di area inlet dan outlet air laut. Pada sisi tube kondensor digunakan sistem tube cleaner yang berfungsi untuk menjaga kebersihan tubing kondensor agar tidak terjadi penyumbatan padanya.

Yang kedua adalah air pendingin pada PLTU yang menggunakan cooling tower. Air yang digunakan biasanya bersumber dari sungai atau air tanah. Karena pada cooling tower selalu ada bagian air yang ikut menguap, maka kemungkinan terbentuknya sedimentasi, kerak, hidupnya organisme-organisme kecil, dan bahkan korosi dapat terjadi di pipa-pipa cooling water. Untuk itu diperlukanlah treatment-treatment tertentu untuk menanganinya. Seperti injeksi kimia supaya tidak sampai ada perkembangbiakan organisme-organisme air, serta penggunaan sistem blowdown untuk membuang sedimen-sedimen yang telah terbentuk. Selain itu injeksi bahan kimia juga dapat digunakan untuk mencegah terjadinya korosi.

Auxiliary Cooling WaterAuxiliary cooling water adalah air yang dibutuhkan sebagai media pendingin berbagai peralatan di PLTU seperti lub oil system, pendingin kompresor, pendingin pompa, dan sebagainya. Air pendingin ini bersirkulasi secara close loop / siklus tertutup, dengan menggunakan pompa untuk membangkitkan tekanan. Selain pompa digunakan pula sistem heat exchanger untuk mendinginkan auxiliary cooling water yang bersirkulasi, dan menggunakan cooling water sebagai media pendingin. Auxiliary cooling water yang bersirkulasi disyaratkan harus tidak bersifat korosif dan bersih dari kandungan zat-zat yang dapat menimbulkan kerak. Untuk itu air yang digunakan harus ditreatment terlebih dahulu sebelum digunakan. Selain itu diperlukan injeksi zat kimia tertentu selama sistem auxiliary cooling water beroperasi agar kualitasnya tetap terjaga anti korosif.

Service Water dan Potable WaterService water digunakan untuk memenuhi kebutuhan sistem penanggulangan kebakaran, supply air demineralisasi, kebutuhan kebersihan PLTU, serta kebutuhan-kebutuhan tambahan lainnya. Service water harus telah bersih dari zat-zat padat terlarut (suspended solids), tidak keruh, dan tidak berwarna. pH service water dijaga di kisaran 6,0 sampai 8,5 dan total dari dissolved solids dibatasi kurang dari 1.000 mg/L.

Pada PLTU biasanya juga disediakan potable water atau air dengan kualitas dapat dikonsumsi oleh manusia. Jika ada sebagian service water yang digunakan untuk potable water maka ia harus terklorinasi dan sesuai dengan standard kualitas air minum yang telah ditetapkan oleh peraturan pemerintah setempat. Untuk itu biasanya supaya dapat dihemat dalam instalasi pipa, sistem pemrosesan airnya, serta lebih efisien, maka PLTU menggunakan satu proses untuk memproduksi service water dan potable water sekaligus.

Air Demineralisasi (Demineralized Water)Air terdemineralisasi digunakan sebagai media kerja siklus air-uap air pada PLTU. Air ini selain dimasukkan pada pengisian sistem di awal proses sebelum dilakukan penyalaan boiler, juga sebagai make up atau supply tambahan yang ditambahkan ke dalam sistem secara terkontrol. Penambahan tersebut dibutuhkan karena adanya kerugian (losses) yang terjadi. Kerugian-kerugian tersebut seperti akibat dari penggunaan sootblower pada boiler, proses deaerasi, serta adanya uap yang dibuang untuk menjaga kualitas dari uap air tersebut.

Air demineralisasi juga digunakan pada sistem pendingin generator (Primary Water System), pendingin pompa sirkulasi boiler (motor cavity), sistem sealing pada pompa ekstraksi kondensat, serta sistem-sistem lain yang membutuhkan air terdemineralisasi sebagai komponen kerjanya.

Air terdemineralisasi adalah air hasil olahan yang sudah bebas dari kandungan-kandungan mineral terlarut yang dapat berbahaya bagi peralatan-peralatan yang bekerja pada siklus uap air. Berbagai macam ion mineral maupun dalam bentuk senyawa yang terkandung dalam air, harus dihilangkan melalui proses-proses tertentu sebelum air tersebut dapat digunakan lebih lanjut. Selain untuk mencegah terjadinya korosif dan kerak yang dapat terbentuk, juga untuk mencegah terjadinya short circuit jika digunakan pada alat-alat seperti motor cavity dan sistem pendingin pada generator sisi stator (primary water system).

Kualitas AirSecara alami air mengandung berbagai jenis zat kimia dan material-material solid lainnya. Material-material tersebut akan mempengaruhi proses yang akan digunakan PLTU untuk mengolah air lebih lanjut sehingga dapat terjaga kualitasnya sesuai dengan kebutuhan yang ada. PLTU yang menggunakan air tanah memiliki treatment air yang berbeda dengan PLTU yang mengambil air dari laut. Namun demikian secara umum kandungan zat-zat yang ada adalah sama, sekalipun kadarnya sangat berbeda. Berikut adalah zat-zat yang terkandung di dalam air secara umum:

Kekeruhan (turbidity): Faktor kekeruhan pada air mempengaruhi tampilan kejernihan air. Pada suatu sistem proses dapat menyebabkan terbentuknya deposit (kerak), dan sangat mempengaruhi proses tersebut. Cara menghilangkannya dapat dilakukan dengan proses koagulasi, pengendapan, dan filtrasi.

Hardness: Berupa garam magnesium dan calsium (CaO3). Material ini akan membentuk kerak di boiler, saluran pipa, heat exchanger, dan lain sebagainya. Material ini dapat dihilangkan dengan proses softening, demineralisasi, treatment air di dalam boiler, dan penggunaan surfactant (surface-active agents). Penggunaan surfactant dapat menurunkan tegangan permukaan air sehingga dapat terpisah antara air dan zat-zat solid yang terkandung.

Alkalin: Dapat berupa Bikarbonat (HC03)-, karbonat (C03)2-, dan hydrat (OH)-. Senyawa-senyawa tersebut dapat membentuk foam dan membawa material-material padat melalui uap air. Menyebabkan embrittlement pada baja-baja boiler. Bikarbonat dan carbonat dapat menghasilkan CO2 yang merupakan sumber korosi di saluran sistem kondensat (kondensor, pompa ekstraksi kondensat). Zat-zat ini dapat diminimalisir kandungannya dengan cara softening (lime and lime-soda softening, hydrogen zeolite softening), penambahan zat asam (acid treatment), demineralisasi, serta dealkalisasi melalui proses pertukaran anion (anion exchange).

Mineral asam bebas: Dapat berupa H2SO4 dan HCl yang sangat berbahaya pada baja karena sifatnya yang korosif. Menetralisirnya dengan menggunakan bahan alkali.

Karbon dioksida (CO2): Menjadi penyebab korosi di saluran air dan beberapa saluran uap air dan kondensat. Menghilangkannya melalui proses aerasi, deaerasi, dan netralisasi menggunakan zat alkali.

Konsentrasi ion H+ yang ditunjukkan dengan bilangan pH: Nilai pH bervariasi pada air tergantung banyaknya zat asam dan bahan alakali yang terkandung di dalamnya. Umumnya air alami memiliki nilai pH 6,0-8,0. Sedangkan air laut di kisaran 7,5-8,4. Nilai pH dapat dinaikkan dengan menggunakan zat-zat alkali dan diturunkan dengan zat-zat asam.

Sulfat (SO42-): Ion ini jika bereaksi dengan ion lain seperti kalsium, akan menimbulkan zat padat dan membentuk kerak. Namun jika berdiri sendiri tidak terlalu memiliki dampak yang signifikan. Sulfat dapat dihilangkan melalui proses demineralisasi.

Klorida (Cl-): Menambah material padat serta meningkatkan karakter korosif pada air. Dapat dihilangkan melalui proses demineralisasi.

Nitrat (NO3-): Dapat menimbulkan bahan padat meskipun tidak terlalu besar. Pada kesehatan bayi dapat menyebabkan methemoglobinemia. Sedangkan pada dunia industri dapat kita gunakan keberadaannya untuk mengontrol embrittlement pada logam-logam boiler. Material ini dapat dihilangkan melalui proses demineralisasi.

Fluorida (F-): Digunakan pada dunia kesehatan untuk mengontrol kerusakan pada gigi. Sedangkan pada dunia industri tidak terlalu berbahaya. Dapat diserap dangan menggunakan magnesium hidroksida dan kalsium fosfat,

Sodium (Na+): Ion ini menambah kandungan solid di dalam air. Dan jika membentuk ikatan dengan OH- akan menibulkan korosi di pipa-pipa boiler pada kondisi tertentu. Ion ini dapat dihilangkan melalui demineralisasi.

Silika (SiO2): Material ini dapat membentuk kerak di boiler dan sistem air pendingin. Sedangkan di sisi turbin uap dapat melarutkan deposit yang ada karena membentuk uap silika. Silika dapat dihilangkan melalui proses panas dengan menggunakan garam magnesium atau diserap dengan proses pertukaran anion yang dikombinasikan dengan demineralisasi.

Besi (Fe2+ dan Fe3+) dan Mangan (Mn2+): Material ini dapat merubah warna air dan menjadi sumber kerak di saluran pipa dan boiler. Dihilangkan dengan cara aerasi, koagulasi dan filtrasi, line softening, pertukaran kation (cation exchange), filtrasi kontak, dan penggunaan bahan surface-active (penghilang tegangan permukaan).

Aluminium (Al3+): Zat ini dapat menimbulkan kerak di sistem air pendingin serta di pipa boiler. Material ini dapat dihilangkan dengan menggunakan sistem filter dan clarifier yang berkualitas.

Oksigen (O2): Oksigen menjadi sumber korosi pada saluran pipa, boiler, heat exchanger, dan sebagainya. Dapat dihilangkan melalui proses deaerasi, penggunaan sodium sulfit, serta penggunaan corrosion inhibitor (zat yang menurunkan kecepatan logam untuk korosi).

Hidrogen sulfida (H2S): Senyawa ini selain bersifat korosif dan beracun, juga menimbulkan bau yang tak sedap seperti telur busuk. Dapat dihilangkan melalui proses aerasi, klorinasi dan anion exchange.

Amonia (NH3): Menimbulkan korosi pada logam tembaga dan seng dengan membentuk larutan ion kompleks. Dihilangkan melalui cation exchange dengan hidrogen zeolit, klorinasi, dan deaerasi.

Larutan padat (desolved solids): Desolved solids menjadi satuan yang menunjukkan banyaknya zat-zat padat terlarut di dalam air. Konsentrasi tinggi dari desolved solid dapat mengganggu karena menyebabkan proses foaming di boiler.

Suspended solids: Adalah kandungan padatan total yang tidak terlarut di dalam air dan dapat mengendap akibat gravitasi. Suspended solid menimbulkan kerak di heat exchanger, boiler, saluran pipa, dan alat-alat lain. Dapat dihilangkan melalui filtrasi dan pengendapan.

Proses

Tahap FiltrasiAir laut yang menjadi bahan baku utama dialirkan menuju sea water pit, dan untuk menghambat pertumbuhan biota-biota laut diinjeksikan sodium hipoklorit dengan kadar tertentu. Selanjutnya air laut difiltrasi menggunakan travelling screen untuk menghilangkan kotoran-kotoran yang berukuran besar.

Dari sea water pit, air laut dialirkan menuju primary filter dengan menggunakan sebuah pompa. Diperjalanan, air tersebut diinjeksi senyawa koagulan FeSO4 yang berfungsi untuk mengumpulkan partikel-partikel berukuran kecil menjadi partikel-partikel berukuran lebih besar sehingga lebih mudah dilakukan proses filtrasi.

Setelah injeksi FeSO4, air dialirkan menuju ke filter pertama yang disebut dengan Primary Filter, dengan tujuan untuk menahan suspended solids yang terkandung di dalam air laut. Filter ini berjenis multi media filter yang berarti menggunakan beberapa jenis komponen yang berbeda pada satu filter. Komponen-komponen tersebut adalah antrasit pada lapisan atas, pasir pada lapisan tengah, garnet pada lapisan paling bawah, dan gravel sebagai media pendukung. Dari primary filter air dialirkan menuju polishing filter yang memiliki komponen sama dengan primary filter dengan tujuan untuk lebih membersihkan air dari suspended solids yang ada.

Komponen Primary dan Polishing Filters

Setelah melalui proses filtrasi di primary dan polishing filter, air ditampung di sebuah tangki bernama filter tank. Air di filter tank selain akan menuju ke proses selanjutnya juga digunakan untuk proses backwash pada primary dan polishing filter. Tahapan selanjutnya, air dari filter tank dialirkan menuju cartridge filter yang memiliki clearence sebesar 5 m dengan tujuan untuk melindungi membran reverse osmosis dari suspended solids yang masih mungkin terkandung di dalam air.

Tahap DesalinasiAir dari cartridge filter dialirkan menuju proses Desalination Reverse Osmosis. Desalination Reverse Osmosis adalah proses filtrasi dengan menggunakan membran semi permeable dengan jalan membalik proses Osmosis. Pada tahap ini, air laut sudah berubah menjadi air tawar, dari konduktivitas 40.000-50.000 S/cm sebelum masuk proses menjadi 700-800 S/cm di akhir proses reverse osmosis ini.

Selanjutnya air akan mengalami proses decarbonator atau proses menghilangkan kandungan CO2 dalam air. CO2 harus dihilangkan karena ia akan membentuk bikarbonat jika di dalam air dan dapat menurunkan pH. Proses ini dengan jalan menghembuskan udara ke dalam tangki air sisi bawah menggunakan blower, sehingga udara akan mengikat CO2 dalam air.

Setelah itu air ditampung kembali di tangki Permeate Storage Tank. Dari tangki ini, air dialirkan ke dua jalur yaitu jalur pertama untuk digunakan sebagai potable water dan service water, dan jalur yang kedua adalah menuju proses demineralisasi.

Air yang digunakan untuk potable dan service water mengalami proses-proses lanjutan sebagai berikut:

Diinjeksi soda ash yang bertujuan untuk menaikkan pH menjadi 9,2-9,6.

Penambahan sodium silikat untuk membuat lapisan pasif di permukaan pipa.

Air untuk potable water dialirkan ke carbon filter yang bertujuan untuk menghilangkan warna, bau, dan rasa. Kemudian diinjeksikan hipoklorit untuk membunuh mikroorganisme air. Selanjutnya potable water masuk ke potable water tank sebelum dapat dipergunakan secara umum.

Sedangkan service water dialirkan ke service tank dan dipergunakan untuk keperluan umum serta kebutuhan pemadam kebakaran.

Tahap DemineralisasiTahap ini menggunakan air dari hasil tahap desalinasi. Demineralisasi juga menggunakan proses reverse osmosis, yang membedakan adalah penggunaan membran semi permeable jenis lain. Air yang keluar dari proses ini akan memiliki nilai konduktifitas sebesar hanya 20-30 S/cm dari 1000 S/cm pada saat sebelum proses.

Selanjutnya air dialirkan menuju mixed bed dengan tujuan untuk menangkap ion-ion baik positif maupun negatif yang terdapat di dalam air dengan menggunakan resin. Resin merupakan polimerisasi dari difinil benzena dan stirine serta ditambah dengan gugus aktif. Kation resin memiliki gugus aktif H+ sedangkan anion resin memiliki gugus aktif OH-.

Prinsip Reverse Osmosis

Air hasil dari proses demineralisasi inilah yang selanjutnya dipergunakan sebagai media kerja untuk proses siklus air uap air. Selain itu juga dipergunakan sebagai media kerja auxiliary cooling water dan pendingin pada stator generator.