Sistem Monitoring Kualitas Air Boiler

Kualitas air boiler sangat penting untuk diperhatikan, dengan tujuan agar boiler memiliki usia kerja optimal. Hal ini dikarenakan air boiler menjadi faktor yang paling utama sebagai penyebab terjadinya korosi pada pipa-pipa boiler. Dan korosi, menjadi momok perusak yang paling utama terhadap boiler.

Kualitas air boiler ditunjukkan oleh berbagai parameter terukur yang harus berada pada nilai tertentu untuk dapat merepresentasikan kualitas air boiler berada dalam kondisi baik. Beberapa parameter penting tersebut antara lain yaitu:

  1. Oksigen terlarut di dalam air sebesar 0,007-0,04 mg/l.
  2. Kapur (CaCO3) terlarut di dalam air sebesar 0,03-0,5 mg/l.
  3. pH air sebesar 7,5-11.
  4. Konduktivitas spesifik air sebesar 100-3500 mS/cm.

Lebih lengkapnya, perhatikan 2 tabel berikut ini.

20140105-074229 PM.jpg

Standard Kualitas Air Boiler Menurut APAVE (Association of electrical and steam unit owners)

20140106-080757 AM.jpg

Standard Kualitas Air Boiler Menurut ABMA (American Boiler Manufacturers Association)
(Sumber)

Nilai-nilai parameter sifat air di atas berbeda untuk setiap tekanan kerja boiler. Hal ini dikarenakan semakin tinggi tekanan kerja boiler, maka akan semakin tinggi pula temperatur didih air boiler. Sifat-sifat air sangat dipengaruhi oleh temperatur kerjanya. Semakin tinggi temperatur air, semakin tinggi pula korosifitasnya (baca artikel berikut). Sehingga semakin tinggi tekanan dan temperatur air, akan semakin ketat batasan parameter sifat air yang diijinkan.

Secara garis besar, sistem monitoring kualitas air boiler dapat dilakukan dengan dua cara, secara manual dan secara otomatis kontinyu. Secara manual berarti operator boiler secara berkala melakukan pengambilan sampel air boiler, dan membawanya ke laboratorium untuk dilakukan pengukuran beberapa parameter sifat air. Hasil pengukuran yang didapat, menjadi acuan untuk mengambil keputusan selanjutnya seperti penambahan zat kimia, membuka blow down valve, atau keputusan lain yang bertujuan untuk menjaga kualitas air boiler tersebut. Metode monitoring manual ini lebih cocok digunakan pada boiler berukuran kecil yang beban kerjanya tidak mengalami perubahan secara cepat.

Metode monitoring kualitas air boiler yang kedua adalah secara otomatis kontinyu. Sistem ini secara kontinyu mengambil sampel air boiler dan mengalirkannya ke sebuah panel khusus (biasa disebut dengan sampling panel). Di panel khusus ini ada sebuah sistem pendinginan untuk mendinginkan sampel air boiler, sebelum masuk ke alat ukur parameter sifat air. Sistem ini biasanya terdapat beberapa alat ukur untuk sekaligus mengukur beberapa parameter dalam satu waktu. Selain itu sistem ini tidak hanya mengambil sampel air dari boiler saja, akan tetapi juga mengambil sampel dari berbagai titik yang diperlukan. Sehingga sistem ini sangat cocok untuk digunakan pada boiler berukuran besar seperti pada pembangkit listrik tenaga uap.

20140107-030117 PM.jpg

Titik-titik Sampling Monitoring Kualitas Air Boiler Pada Sebuah PLTU
(Sumber)

Metode monitoring otomatis ini menghasilkan hasil pembacaan parameter-parameter sifat air boiler lebih spesifik dan real time. Hasil pembacaan sensor-sensornya terkoneksi langsung ke panel pusat ruang kontrol, sehingga perubahan apapun yang terjadi akan dengan cepat dapat dideteksi oleh operator. Dengan kecanggihan sistem ini, membuatnya sangat ideal diaplikasikan pada boiler-boiler berukuran besar seperti pada PLTU.

Menanggulangi Korosi Pada Boiler

Korosi bersifat irreversible atau dengan kata lain tidak dapat kembali ke bentuk asalnya. Sehingga untuk mengatasi terjadinya korosi adalah hanya dengan jalan pencegahan. Berikut adalah metode-metode untuk mencegah terjadinya korosi pada boiler:

  1. Menghilangkan Kandungan Udara Dalam Air. Udara atmosfer mengandung sekitar 20% oksigen yang menjadi komponen penting terjadinya korosi. Udara bebas ini biasa berkontak langsung dengan pipa-pipa boiler yang tidak sedang beroperasi. Ditambah dengan kondisi udara yang lembab, korosi pun tidak mungkin dapat dihindari. Sehingga untuk menggantikan udara bebas yang mengisi pipa boiler saat ia tidak beroperasi, biasanya digunakan gas nitrogen atau udara yang telah diminimalisir kandungan air didalamnya dengan menggunakan air dryer.

    20131220-124605 PM.jpg

    Penggunaan Udara Kering Pada Boiler Yang Sedang Tidak Beroperasi
    (a) Pengering Udara (Air Dryer)
    (b) Udara Kering Dimasukkan Melalui Pipa Main Steam

    Pada boiler-boiler berukuran besar, penggunaan sebuah sistem untuk menghilangkan kandungan udara di dalam air adalah sebuah keharusan. Berikut adalah sistem tersebut:

    1. Deaerator. Alat ini menjadi satu sistem yang saat ini selalu digunakan pada boiler-boiler besar, karena kepraktisan dan keawetannya. Secara mekanis deaerator membuang kandungan udara di dalam air boiler dengan jalan menyemprotkan uap air bertekanan rendah ke aliran air yang berada di dalam sebuah drum. Uap air panas akan melarutkan udara ke dalam uap tersebut dan membuangnya melalui saluran venting.

      20131219-052913 PM.jpg

      Deaerator
      (Sumber: Wikipedia)

    2. De-activator. Alat ini menggunakan metode sacrificing atau pengorbanan, yakni dengan jalan mengalirkan air boiler ke dalam sebuah drum besar yang di dalamnya dilengkapi dengan jaring-jaring baja. Jaring-jaring baja inilah yang akan mengikat gas-gas terlarut sehingga ia akan mengkorosi jaring-jaring tersebut. Dengan cara ini diharapkan gas-gas yang memicu terjadinya korosi tidak akan menyerang pipa-pipa boiler, karena gas-gas tersebut telah mengkorosi jaring-jaring baja di dalam deactivator. Namun sistem ini tidak handal, dan membutuhkan biaya yang besar karena jaring-jaring baja di dalam drum harus sering diganti.

    20131230-105222 AM.jpg

    Komponen-komponen Deaerator
    (Sumber)

Korosi Pada Boiler

Korosi menjadi salah satu masalah yang sangat lazim terjadi pada boiler. Bahkan dapat dikatakan bahwa, tidak ada boiler yang tidak mengalami korosi. Karena boiler menggunakan media kerja air yang jika tidak diperhatikan, akan sangat mudah mengkorosi pipa-pipa boiler.

Air murni yang hanya tersusun oleh molekul H2O dan tanpa ada zat lain yang terlarut di dalamnya, bersifat tidak korosif. Zat-zat lain yang terlarut di dalam air lah yang menjadi salah satu pemicu air memiliki sifat yang korosif. Oksigen menjadi salah satu gas yang mudah larut di dalam air dan menjadi penyebab utama terjadinya korosi pada pipa-pipa boiler.

Temperatur air juga menjadi salah satu faktor pendukung terjadinya korosi. Seperti yang kita ketahui bersama bahwa air di dalam boiler akan mencapai temperatur yang sangat tinggi sesuai dengan jenis boiler yang digunakan. Air yang berada pada temperatur tinggi akan memiliki sifat-sifat yang sangat berbeda dengan air pada temperatur ruang. Pada temperatur di atas temperatur kritisnya, air akan menjadi lebih mudah melarutkan berbagai macam zat yang bahkan sebelumnya tidak mudah larut. Hal ini diakibatkan karena pada temperatur tersebut air lebih mudah terionisasi dan pecah membentuk ion-ion H3O+ dan OH-. Faktor inilah yang semakin mendorong terjadinya korosi pada pipa-pipa boiler.

20131217-083550 AM.jpg

Proses Terjadinya Korosi
(Sumber)

Korosi pada pipa-pipa boiler melibatkan atom Fe yang mengalami kontak dengan air sehingga teroksidasi membentuk kation Fe2+ dengan jalan melepaskan dua elektronnya. Elektron-elektron tersebut selanjutnya akan mereduksi atom oksigen dan bereaksi dengan air membentuk ion hidroksida.
    Fe       → Fe2+ + 2e-
    O2 + 2H2O + 4e-   → 4OH-

Selanjutnya ion Fe2+ bereaksi dengan ion OH- membentuk ferro hidroksida.
    Fe2+ + 2OH-   → Fe(OH)2

Pada kondisi kekurangan oksigen, atau biasa disebut dengan anaerobik, ferro hidroksida dapat teroksidasi lebih lanjut untuk membentuk lapisan magnetit yang justru bermanfaat bagi boiler untuk mencegah korosi yang lebih parah.
    3Fe(OH)2       → Fe3O4 + H2 + H2O

Berikut adalah bentuk-bentuk korosi yang terjadi pada boiler:

  1. Penipisan Pipa. Korosi pertama pada boiler biasa terjadi pada pipa yang alirannya mengalami semacam tabrakan atau turbulen, seperti pada lekukan pipa. Kondisi ini menyebabkan molekul-molekul Fe hanya teroksidasi hingga membentuk Fe2+ dan tidak lebih lanjut membentuk Fe3+ yang berfungsi untuk membentuk magnetit. Karena tidak terbentuk lapisan magnetit, maka korosi akan lebih dalam mengikis pipa boiler. Pengikisanpun terus berlanjut didukung dengan aliran fluida di dalam pipa yang turbulen, sehingga ketebalan pipa berangsur-angsur menipis akibat korosi jenis ini.

    Berikut adalah kondisi-kondisi yang memicu terjadinya korosi jenis ini:

    • Aliran yang bertabrakan.
    • Nilai pH yang rendah
    • Kandungan oksigen di dalam air terlalu tinggi
    • Adanya zat kimia yang memudahkan besi untuk lebih mudah terlarutkan

    Korosi ini sangat berbahaya karena pada suatu saat pipa yang terkorosi dapat pecah dan meledak akibat tekanan fluida yang tinggi pada sisi pipa yang menipis. Untuk menghindarinya perlu dilakukan inspeksi menyeluruh pada setiap bagian pipa boiler. Jika ditemukan tanda-tanda penipisan pipa atau korosi, segera ganti bagian tersebut dengan pipa baru.