RESUME "Feedwater and Steam System Components Sebastian"

PTM 2013	RESUME	ST. FAJAR P
FKIP	“KOMPONEN SISTEM AIR UMPAN DAN SISTEM UAP”	K2513063
UNS		SPU / SMT IV

Sebastian Teir, Antto Kulla

Helsinki University of Technology Department of Mechaninal Engineering

Energy Engineering and Environmental Protection Publications

Steam Boiler Technology eBook

Espoo 2002

Bab ini menyajikan materi mengenai komponen umum sebagian besar desain boiler.

1.         Steam Drum

Steam drum merupakan komponen penting dalam boiler sirkulasi alami, boiler sirkulasi paksa dan boiler sirkulasi kombinasi (alami dan paksa) yang berfungsi sebagai pencampur air umpan dengan air boiler yang bersirkulasi, penyuplai sirkulasi air ke evaporator melalui downcomers, penerima campuran air/uap dari risers, pemisah air dan uap, pembersih kotoran, pengontrol keseimbangan kimiawi air oleh chemical feed dan continuous blowdown, penyuplai uap panas, penyimpan air dan sebagai titik acuan untuk mengontrol air umpan. 

       Prinsip Kerja

Prinsip kerjanya adalah air umpan dari economizer masuk ke steam drum, kemudian air disalurkan melalui sparger nozzles (pipa nozel) steam drum, diarahkan ke bagian bawah drum dan kemudian melalui downcomers menuju ke supply header. Boiler recovery ini beroperasi dengan sirkulasi alami yang berarti bahwa perbedaan gravitasi spesifik antara air yang turun (downcoming water) dan air yang naik (uprising water)/campuran uap di tungku tabung menginduksi sirkulasi air. Internal drum membantu untuk memisahkan uap panas dari air. Semakin besar diameter drum, semakin lebih efisien pemisahannya. Air dan uap yang mengalir dalam steam drum dengah arah yang berlawanan. Air meninggalkan bagian bawah drum menuju ke downcomers dan uap keluar dari atas drum menuju ke superheaters (pemanas lanjut). Ketinggian air normal adalah di bawah garis tengah steam drum dan waktu tinggal air normalnya antara 5-20 detik.

Pada steam drum terjadi proses pemisahan air dengan uap, pemisahan didasarkan pada perbedaan densitas (kerapatan) air dan uap. Hal ini penting untuk kestabilan dan aliran campuran air/uap tetap menuju ke steam drum. Ada berbagai jenis alat untuk pemisahan air seperti plate baffles untuk mengubah arah aliran, pemisah berdasarkan gaya sentrifugal (cyclones) dan juga uap pemurni seperti pengering layar (banks of screens) dan pencuci.

Pemisahan ini biasanya dilakukan dalam beberapa tahap, umumnya adalah pemisahan primer, sekunder pemisahan dan pengeringan.

Kemurnian dan Kualitas Uap

Kotoran pada uap menyebabkan endapan pada permukaan bagian dalam tabung. Endapan kotoran mengubah tingkat perpindahan panas dari tabung dan menyebabkan superheater terlalu panas. Sifat yang paling penting dari uap:

a. Kualitas uap, Kadar air: prosentase berat uap kering atau uap air dalam campuran. Kandungan air setelah evaporator (sebelum superheaters) harus
< 0,01% berat (persen berat).

b. Kepadatan isi, kemurnian uap: bagian per juta dari padatan kotoran dalam uap.

Continous Blowdown

Ketika air bersirkulasi dalam uap menghasilkan siklus, resirkulasi dalam jumlah besar, uap meninggalkan drum dan air umpan ditambahkan untuk menggantikan uap yang keluar yang menyebabkan konsentrasi kotoran padat terbentuk.
Untuk menghilangkan jumlah padatan yang terkonsentrasi diperlukan sparger sepanjang drum terletak di garis tengah.

Pipa Continous Blowdown

Digunakan untuk meniup akumulasi (padatan terkonsentrasi) keluar dari drum dan masuk ke dalam "Continous Blowdown tank". Penempatan steam drum
dalam boiler sirkulasi alami harus ditempatkan setinggi mungkin dalam ruangan boiler karena perbedaan ketinggian antara tingkat air pada steam drum dan titik di mana air mulai terjadi penguapan di boiler tabung. Steam drum biasanya ditempatkan di atas boiler. Untuk kontrol sirkulasi dan sekali-melalui boiler steam drum dapat ditempatkan lebih bebas, karena sirkulasi tidak tergantung pada tempat steam drum (sirkulasi berbasis pompa).

2.        Sistem Air Umpan

Sistem air umpan merupakan bagian dari proses pembangkit listrik sebelum boiler, yaitu antara kondensor (setelah turbin) dan yang economizer. Sistem air umpan menyediakan tepat jumlah air umpan untuk boiler dan parameternya adalah temperatur, tekanan dan kualitas. Sistem air umpan juga menyediakan penyemprot air untuk menyemprotkan air di superheaters dan reheaters. Terdiri dari :

a.    Tangki Air Umpan

Sebuah boiler harus memiliki air umpan cadangan yang besar seperti yang dibutuhkan untuk mematikan secara aman dari boiler. Panas yang diserap oleh boiler steam yang diambil harus memperhitungkan dimensi cadangan air umpan (tangki air umpan). Biasanya tangki air umpan ditempatkan di atas pompa air umpan di ruang boiler.

Air kondensasi (dari turbin) dimurnikan untuk input normal tangki air umpan. Gas kimia dibuang di daerator sebelum kondensasi dan air murni mencapai tangki air umpan. Uap tekanan rendah digunakan untuk menghilangkan gas mengandung oksigen dari air umpan, kemudian dari tangki air umpan ke kondensor.

b.   Pompa Air Umpan

Pompa air umpan dapat menyalurkan dari tangki air umpan menuju ke boiler. Untuk boiler yang kecil dapat menggunakan hanya satu buah pompa air umpan, sedangkan untuk unit yang lebih besar setidaknya dua pompa air umpan sangatlah diperlukan.

Pompa air umpan biasanya lebih terukur dalam kaitannya dengan laju aliran massa uap untuk memiliki kapasitas cadangan yang cukup untuk air blowdown dan pembersih jelaga uap. Pompa air umpan kecil selalu memakai tenaga listrik, sementara pomp air umpan besar mungkin memakai tenaga uap.

Perhitungan kepala pompa air umpan (N/m²) :

c.         Pemanas Air Umpan

Ada dua jenis pemanas air umpan dalam proses pembangkit listrik, yakni pemanas air umpan bertekanan tinggi (High Pressure) dan pemanas air umpan bertekanan rendah (Low Pressure). Dalam proses pembangkit listrik, pemanas air umpan HP biasanya terletak setelah pompa air (sebelum economizer), sedangkan pemanas air umpan LP biasanya terletak di antara kondensor dan tangki air umpan (daerator).

Pengontrolan Suhu Uap

Konsumsi uap turbin (proses industri) membutuhkan suhu uap yang relatif konstan (±5°C), oleh karena itu kontrol suhu uap pada boiler sangat diperlukan. Sistem kontrol suhu uap membantu mempertahankan tingginya efisiensi turbin, dan suhu bahan turbin dilevel wajar terhadap perubahan beban boiler. Metode untuk mengontrol temperatur uap diantaranya penyemprotan air superheated steam, memotong uap (superheater bypass), memotong gas buang, gas buang re-sirkulasi, sistem penukar panas, penyesuaian sistem firing.

Dolezahl Attemperator

Dolezahl attemperator (de-superheater) adalah sistem kontrol suhu uap yang menggunakan kondensat sebagai air semprot. Pada sistem dolezahl attemperator uap jenuh dari steam drum mengarah ke kondensor yang didinginkan oleh air umpan. Kondensat (air jenuh) terus dari kondensor semprot kelompok air (injector). Injector menyemprotkan air menjadi uap dengan demikian mengurangi suhu uap superheated. Injector biasanya terletak antara tahap superheater.

Keuntungan utama dari dolezahl attemperators adalah air semprot dengan kualitas tinggi karena kotoran tidak mengikuti aliran uap dari steam drum, sedangkan kelemahannya yakni dari segi harga yang terlampau mahal. Saat ini dolezahl attemperators digunakan dalam aplikasi boiler khusus.

Semprot kelompok air

Air penyemprotan aliran uap adalah metode yang paling umum untuk pengontrolan suhu steam secara langsung. Keuntungan utama dari kontrol suhu dengan penyemprotan air ini adalah kecepatan dan efektivitas penggunaannya (digunakan pada boiler skala besar). Dapat pula digunakan untuk memanaskan uap kontrol suhu, tetapi biasanya reheat kontrol suhu uap dilakukan oleh menggabungkan air penyemprotan dengan beberapa metode lain (misalnya memotong gas buang). Fungsi utama dari semprot kelompok air adalah untuk mengurangi suhu uap dengan menyuntikkan air ke aliran uap untuk mencegah tabung superheater terhadap suhu yang berlebihan (terlalu panas), yang dapat menyebabkan kerusakan tabung superheater. Air bisa disemprot menjadi air umpan atau kondensat. Sistem menggunakan kondensat disebut attemperator.

Jenis alat penyemprot air

a.         Pengabut berdasarkan aliran air bertekanan

Prinsip alat penyemprot berdasarkan air bertekanan memiliki banyak kemungkinan penyemprotan air baik dari arah dan jenis nozzle. Jenis sistem ini berlaku ketika variasi aliran uap tidak besar dan perbedaan suhu antara uap yang masuk harus didinginkan dan saat keluar sudah didinginkan cukup besar.

b.         Atomisasi oleh aliran uap

Alat penyemprot berdasarkan uap menggunakan uap sebagai media untuk atomisasi. Aliran atomisasi uap biasanya konstan, menjadi sekitar 20% dari aliran air pendingin. Pilihan semprot jenis alat penyemprot air didasarkan pada kebutuhan berbagai operasi (di sini dibutuhkan minimal beban operasional) dan biasanya sangat banyak kasus-spesifik.