BAB IPENDAHULUAN

A. Latar BelakangPada sistem pembangkit tenaga uap di butuhkan pemanas lanjut uap. Uap berasal dari ketel uap. Fungsi pemanas lanjut pada pemanasan ini yaitu meningkatkan kualitas uap yang dihasilkan ketel uap. Uap yang dihasilkan ketel uap masih berupa uap basah. Jika uap basah ini digunakan langsung untuk menggerakkan turbin, maka kurang menguntungkan. Selain sudu turbin uap akan cepat rusak, kerja yang dihasilkan juga tidak optimum. Dengan pemakaian pemanas lanjut, uap basah ketel uap turbin akan dikeringkan. Sehingga meningkatkan kualitas dan memberikan kerja pada turbin uap yang lebih baik.Peranan alat superheater tersebut sangat vital, karena apabila performancenya mengalami gangguan sehingga kinerjanya menurun, maka tingkat keadaan uap yang dihasilkan menjadi lebih rendah sehingga daya yang dihasilkan oleh turbin dapat menjadi lebih rendah. Adapun makalah ini dibuat untuk mencari solusi atas sebuah masalah yang dihadapi oleh alat superheater, yang merupakan salah satu komponen boiler instalasi pembangkit tenaga uap.

B. Perumusan MasalahAdapun masalah yang akan dibahas dalam makalah ini adalah :1. Pengertian pemanas uap (superheater), fungsi, dan prinsip kerjanya;2. Penyebab kerusakan dan penurunan efisiensi pemanas uap (superheater);3. Perbaikan efisiensi pemanas uap boiler.

C. Tujuan1. Untuk mengetahui pengertian pemanas uap boiler, fungsi, dan prinsip kerjanya;2. Untuk mengetahui kerusakan dan penurunan efisiensi pemanas uap;3. Untuk mengetahui perbaikan efisiensi pemanas uap boiler.

BAB IILANDASAN TEORI

A. Pengertian Pemanas Uap Boiler (Superheater)Superheater merupakan salah satu komponen boiler instalasi pembangkit tenaga uap yang peranannya sangat vital, karena apabila performancenya mengalami gangguan sehingga kinerjanya menurun, maka tingkat keadaan uap yang dihasilkan menjadi lebih rendah sehingga daya yang dihasilkan oleh turbin dapat menjadi lebih rendah.Dalam unit pembangkit listrik, untuk memutar turbin dibutuhkan uap yang sifatnya kering yang dikenal sebagai superheating steam. Untuk membuat uap kering, maka uap jenuh dimasukkan kedalam superheater (pemanas lanjut uap). Fungsi pemanas lanjut pada pemanasan ini yaitu meningkatkan kualitas uap yang dihasilkan ketel uap. Uap yang dihasilkan oleh ketel uap adalah uap basah, uap ini tidak begitu efisien dalam menggerakkan turbin karena sudu turbin akan cepat rusak dan kerja turbin tidak optimum.Boiler superheater memproduksi uap air superheatedatau kering. Uap air ini menyimpan lebih banyak energi panas daripada uap airsaturated(uap air basah), ditandai dengan nilai entalpi yang lebih tinggi. Uap air ysng diproduksi oleh boiler konvensional umumnya hanya mencapai fasesaturated, dan pada boiler superheater uap airsaturatedini akan dipanaskan lebih lanjut mencapai fasesuperheated. Selain menyimpan energi panas yang lebih besar, uap air superheater juga menghilangkan sifat basah dari uap saturated sehingga tidak akan terjadi kondensasi yang terlalu cepat di dalam mesin yang menggunakan uap air tersebut.Keuntungan utama menggunakan boiler superheater dapat mengurangi konsumsi bahan bakar dan air, namun di sisi lain ada biaya tambahan yang diperlukan untuk perawatan yang lebih besar. Tanpa adanya perawatan yang baik pada boiler superheater, resiko keselamatan sangat mungkin terjadi. Karena boiler superheater bekerja pada tekanan dan temperatur yang tinggi, sangat berbahaya bila terjadi kerusakan pipa pada boiler tersebut.

Gambar 1. Skema Superheater Boiler

B. Penyebab Penurunan Efisiensi Boiler SuperheaterPada umumnya penurunan kinerja alat tersebut, disebabkan oleh menurunnya efektifitas perpindahan panas yang terjadi di dalam alat tersebut akibat terjadinya pengotoran permukaan baik oleh aliran fluida uap air di dalam pipa-pipanya maupun oleh aliran fluida gas panas yang berasal dari proses pembakaran bahan bakar di dalam boiler. Pengotoran permukaan (Fouling) terjadi, di satu sisi akibat pengotoran oleh kandungan - kandungan senyawa garam yang terangkut di dalam aliran uap air yang mengalir di permukaan dalam pipa-pipanya, dan pada sisi luar pipa oleh partikel debu dan berbagai senyawa kimia yang terangkut di dalam aliran gas panas hasil pembakaran bahanbakar.Fouling adalah fenomena menempel dan menumpuknya deposit pada dinding penghantar panas (superheatermaupunre-heater). Fouling yang berkembang akan dapat menyebabkan bermacam macam masalah seperti penurunan suhu uap pada keluaran (outlet)super heater, menyempit dan tersumbatnya jalur aliran gas, serta menurunkan efisiensi perpindahan panas.Selain menyebabkan kerugian energi, kondisi operasi yang demikian akan menyebabkan laju proses produksi menjadi menurun. Apabila kondisi tersebut terus berlanjut biasanya instalasi proses produksi harus berhenti beroperasi karena peralatan penukar kalornya harus menjalani pemeliharaan (maintenance) dan pembersihan (cleaning).

Gambar 2. Fouling pada Permukaan Superheater

Pembentukan deposit pada permukaan superheater, reheater dan pipa penguapan (fouling) terjadi pada temperatur kurang dari 1000-1100 0C. Prosesnya cenderung memakan waktu beberapa hari. Proses pembentukan deposit ini hanya disebabkan oleh senyawa yang memiliki suhu leleh yang rendah, khususnya logam alkali. Selain menyebabkan menurunnya proses penyerapan panas, deposit fouling juga menyebabkan meningkatkan pressure drop pada aliran flue gas. Kondisi ini selanjutnya akan meningkatkan laju alir flue gas dan menyebabkan terjadinya proses overheating pada bagian tube (pipa) heat exchange.

Pengaruh Bahan Bakar Terhadap Pembentukan FoulingDeposit pada permukaan tube sisi api, sebagian besar terdiri dari senyawa oksida in-organik, seperti silika, alamunium, besi, sulfur dan juga senyawa alkali seperti kalium, potasium, dan natrium. Lapisan pertama (antara tube dan deposit), pada umumnya tersusun oleh berbagai macam besi-oksida yang terbentuk akibat reaksi logam tube dan udara di sekitarnya.

Selama pembakaran, senyawa anoraganik dan kadang-kadang organik yang ada pada bahan bakar akan terlepas dalam bentuk residu atau abu. Residu ini dapat berupa vapor, cairan (melting), ataupun padatan, tergantung kepada temperatur pembakaran. Saat ini, sebagian besar boiler dibangun dalam bentuk bubbling.(BFB) atau sirkulasi (CFB) unggun. Material unggun dapat berupa pasir. Material unggun ini dapat menyerap residu tergantung dari ukuran partikel yang diserap. Salah satu perbedaan antara bahan bakar biomassa dan fosil adalah kandungan metal alkali pada biomassa lebih besar dari pada fosil. Metal alkali seperti kalium(K) dan natrium (Na) memiliki titik leleh dan temperatur penguapan lebih rendah di bandingkan dengan material anorganik lainnya. Kondisi ini menyebabkan senyawa anorganik tersebut mudah menempel pada tube boiler. Inilah salah satu yang menyebabkan permasalahan fouling pada penggunaan bahan bakar biomassa. Bahan bakar biomassa, contohnya kayu memiliki komposisi yang sangat tidak homogen, dan kadang-kadang mengandung material klorin (Cl), seng (Zn), dan timbal (Pb). Elemen ini akan bereaksi dengan metal alkali membentuk kaliumklorida (KCL) yang memiliki dua kerugian utama, yaitu: titik leleh yang rendah (5000C) dan sangat korosif. Saat ini, telah berkembang teknik mencampurkan biomassa dengan unsur tertentuk untuk mendapatkan kondisi pembakaran yang lebih bagus. Unsur tersebut berupa Al, Si dan S yang dapat menjerap logam alkali dan mencegah terjadinya reaksi pembentukan kalium klorida. Unsur tersebut secara alami terdapat pada batu bara, sehingga akan sangat baik jika menggunakan bahan bakar campuran biomassa dan batu bara. Keberadaan sulfur (S) juga akan memberikan efek terhadap pembentukan KCl. Sulfur akan bereaksi dengan kalium membentuk K2SO4 yang memiliki titik leleh 9000C dan mencegah reaksi pembentukan KCl.

C. Perbaikan Efisiensi Pemanas Uap BoilerPeralatan yang digunakan dalam pembersihan deposit (abu dan slag) adalah sootblower. Media pembersihannya dapat berupa saturated steam , superheated steam, udara atau air bertekanan. Pada sebagian besar kasus, superheated steam merupakan media cleaning yang paling sering digunakan karena dia memiliki efek pembersihan yang lebih tinggi dan sifat erosi yang lebih rendah jika dibandingkan dengan saturated steam. Pada boiler yang berukuran besar, media cleaning yang sering digunakan adalah udara bertekanan. Sedangkan penggunaan air, lebih efektif digunakan dari pada steam pada deposit yang tidak terlalu tebal.Metode lain yang digunakan untuk mengendalikan padatan tersuspensi adalah dengan melakukan filtrasi secara kontinu terhadap sebagian air yang disirkulasi.Pemilihan heat exchanger juga mempengaruhi pembentukan fouling. Bahan (material) dari pipa superheater harus sesuai seperti ketentuan perencanaan, karena disini menyangkut nilai koefisien perpindahan panas dan laju perpindahan panas yang berlangsung.

Cara Mengurangi Fouling pada Heat ExchangerBerikut ini adalah cara mengurangi terjadinyafoulingpadaHeat Exchanger, yaitu :1.Pemilihan heat exchanger ( HE ) yang tepat, Penggunaan beberapa tipe HE tertentu dapat mengurangi pembentukanfoulingdi karenakan areadead spaceyang lebih sedikit dibandingkan dengan tipe yang lainnya, sepertiplatedanspiralheat exchanger, namun begitu jenis HE tersebut hanya dapat menanganidesign pressuresampai 20 25 bar dan designtemperature250oC (plate) dan 400oC (spiral).2.Gunakan diameter tube yang lebih besar. STHE umumnya didesain dengan ukurantubedari 20 mm atau 25 mm, untuk penggunaanfluidayang kotor (foulingresistance> 0.0004 h-m2C/kal ) gunakantubedengan diameter ( minimum ) 25 mm (outsidediameter, OD )3.Kecepatan tinggi,seperti yang telah di jelaskan di atas bahwa pada kecepatan tinggi,foulingdapat dikurangi, koefisienheat transferjuga akan semakin tinggi, namun demikian mengoperasikan HE dengan kecepatan tinggi mengakibatkanpressure dropyang tinggi pula serta erosi , kenaikanpressure droplebih cepat dari pada kenaikan koefisien perpindahan panas, maka perlu dicari kecepatan yang optimum.4.Margin pressure drop yang cukup. Pada HE yang digunakan untukfluidayang berpotensi membentukfouling yang tinggi, disarankan untuk menggunakan margin 30 40 % antarapressure dropyang diijinkan (allowable) denganpressure dropyang dihitung ( calculated ) hal ini dilakukan untuk antisipasipressure dropyang tinggi akibat penggunakan kecepatan yang tinggi.5.Gunakan tube bundle dan heat exchanger cadangan. Jika penggunaan HE untukfluidayang berpotensi membentukfoulingyang sangat ekstrim, makatubebundle candangan sebaiknya digunakan.Jikafoulingtelah terjadi cukup cepat ( setiap 2 3 bulan ) maka sebaiknya digunakan HE cadangan. STHE cadangan juga diperlukan untuk tipe STHEFixedtubesheet ( pembentukanfoulingyang tinggi padatube, seperti pada reboiler thermosiphon vertikal yang menggunakanfluidapolimer seperti pada Butadiene plant).6.Gunakan 2 shell yang disusun secara paralel. dengan penggunaan STHE dimana Shell disusun secara seri, maka jika salah satu STHE telah terjadi penumpukan ( akumulasi )fouling( dimana STHE tersebut diservice ) maka STHE yang satunya lagi dapat digunakan, walaupun tentunya terjadi penurunan output, sebaiknya kapasitas yang digunakan masing- masing antara 60 70 % dari kapasitas total7.Gunakan Wire Fin tube. PenggunaanWire fintube,dapat mengurangi terbentuknyafouling, pada awalnya penambahanwire fintubeini digunakan untuk meningkatkan perpindahan panastubepada aliran laminar.Wire findapat menaikkan pencampuran radial ( radial mixing ) dari dindingtubehingga kebagian centre ( tengah ), efek gerakan pengadukan inilah yang dapat meminimalisasikan deposit pada dindingtube.8.Gunakan Fluidized Bed HE, HE tipe ini dapat menghandlefoulingyang ekstrim.ApabilaFluidakotor ditempatkan pada shell.9. Gunakan U-Tube atau Floating head.Kelemahanan penggunaan Utubeadalah kesulitan pembersihan pada bagian U.10.Gunakan susunan tube secara Square atau Rotate Square. susunan square menyediakan akses yang lebih sehingga cleaning HE secara mechanical dengan menggunakan Rodding atau hydrojetting baik pada susunan triangle, namun begitutubeyang disusun secara square memberikan koefisienheat transferyang rendah, untuk situasi seperti ini , maka rotate square dapat digunakan.11.Meminimalisasikan dead space dengan desain baffle secara optimum. STHE lebih mudah mengalamiFoulingdikarenakan adanya dead space, oleh sebab itu , penentuan jarak antar baffle ( baffle spacing ) dan baffle cut sangatlah penting, kedua variable tersebut sangat berpengaruh dalam pentuan besar kecilnya koefisien perpindan panas pada shell. Nilai Baffle cut sebaiknya digunakan antara 20 -30 %, dimana baffle cut sebesar 25 % adalah nilai yang cukup baik sebagai starter. Untuk perpindahan panas yang hanya melibatkan panas sensible ( seperti heater atau cooler ) disarankan tidak menempatkan posisi baffle secara vertikal, untuk perpindahan panas yang melibatkan panas laten atau terjadinya perubahan fase ( seperti condenser, vaporizer ) disarankan untuk menempatkan posisi baffle secara vertikal.12.Kecepatan tinggi, sama seperti padatube, pengunaan kecepatan tinggi pada shell akan dapat mengurangi pembentukanfouling, dan dapat menaikkan koefisien perpindahan panas shell. Kecepatan pada shell umumnya ( disamping faktor lain sepertitubepitch dan lain lain ) dipengaruhi oleh diameter shell dan baffle spacing.13.Gunakan tube pitch yang lebih besar untuk fouling yang lebih sangat tinggi. Umumnyatubepith yang digunakan adalah sebesar 1.25 kali dari OD untuk triangular pitch dan 6 mm lebih dari OD untuk square.

BAB IIIKESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulana. Jika temperatur gas pembakaran yang keluar superheater masih tinggi : Penyerapan energi panas gas pembakaran oleh uap air didalam pipa superheater adalah sempurna (tidak ada kerugian energi panas). Efisiensi superheater akan naik.

b. Jika temperatur gas pembakaran yang keluar superheater rendah : Penyerapan energi panas gas pembakaran oleh uap air didalam pipa superheater adalah besar (ada kerugian energi panas). Efisiensi superheater akan turun.

c. Temperatur gas pembakaran yang keluar dari superheater adalah : Temperatur gas pembakaran saat masuk superheater Penyerapan energi panas gas pembakaran oleh uap air

B. SaranDalam pemanfaatan energi panas gas pembakaran yang maximum, maka efisiensi superheater harus dinaikan dengan jalan menjaga kebersihan pipa-pipa superheater dari kotoran dan kerak-kerak yang terbentuk akibat persinggungan -fluida baik itu didalam maupun diluar pipa superheater.