MAKALAH UTILITASFIRE 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 peralatan-

peralatan 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 pipa-

pipa/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