Makalah:

KESELAMATAN INDUSTRI - Standard Operasi Keamanan Boiler

 

Boiler : Sebuah Ketel Uap

Boiler merupakan bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam berupa energi kerja. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air panas atau steam pada tekanan dan suhu tertentu mempunyai nilai energi yang kemudian digunakan untuk mengalirkan panas dalam bentuk energi kalor ke suatu proses. Jika air didihkan sampai menjadisteam, maka volumenya akan meningkat sekitar 1600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga sistem boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik.

 

Proses Kerja Boiler

Energi kalor yang dibangkitkan dalam sistem boiler memiliki nilai tekanan, temperatur, dan laju aliran yang menentukan pemanfaatan steam yang akan digunakan. Berdasarkan ketiga hal tersebut sistem boiler mengenal keadaan tekanan-temperatur rendah (low pressure/LP), dan tekanan-temperatur tinggi (high pressure/HP), dengan perbedaan itu pemanfaatansteam yang keluar dari sistem boiler dimanfaatkan dalam suatu proses untuk memanasakan cairan dan menjalankan suatu mesin (commercial and industrial boilers), atau membangkitkan energi listrik dengan merubah energi kalor menjadi energi mekanik kemudian memutar generator sehingga menghasilkan energi listrik (power boilers). Namun, ada juga yang menggabungkan kedua sistem boiler tersebut, yang memanfaatkan tekanan-temperatur tinggi untuk membangkitkan energi listrik, kemudian sisa steam dari turbin dengan keadaan tekanan-temperatur rendah dapat dimanfaatkan ke dalam proses industri dengan bantuan heat recovery boiler.

Sistem boiler terdiri dari sistem air umpan, sistem steam, dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan dari sistem air umpan, penanganan air umpan diperlukan sebagai bentuk pemeliharaan untuk mencegah terjadi kerusakan dari sistem steam. Sistem steammengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steamdialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua perlatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem. 

Sebelum menjelaskan keanekaragaman boiler, perlu diketahui komponen dari boiler yang mendukung teciptanya steam, berikut komponen-komponen boiler:

1.    Furnace

Komponen ini merupakan tempat pembakaran bahan bakar. Beberapa bagian dari furnace siantaranya : refractory, ruang perapian, burnerexhaust for flue gascharge and discharge door .

2.    Steam Drum

Komponen ini merupakan tempat penampungan air panas dan pembangkitan steam. Steam masih bersifat jenuh (saturated steam).

3.    Superheater

Komponen ini merupakan tempat pengeringan steam dan siap dikirim melalui main steam pipe dan siap untuk menggerakkan turbin uap atau menjalankan proses industri.

4.    Air Heater

Komponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan udara luar yang diserap untuk meminimalisasi udara yang lembab yang akan masuk ke dalam tungku pembakaran.

5.    Economizer

Komponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan air dari air yang terkondensasi dari sistem sebelumnya  maupun air umpan baru.

6.    Safety valve

Komponen ini merupakan saluran buang steam jika terjadi keadaan dimana tekanan steam melebihi kemampuan boiler menahan tekanan steam.

7.    Blowdown valve

Komponen ini merupakan saluran yang berfungsi membuang endapan yang berada di dalam pipa steam.

 

Klasifikasi Boiler

Setelah mengetahui proses singkat, sistem boiler, dan komponen pembentuk sistem boiler, perlu diketahui keanekaragaman 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:

Berdasarkan tipe pipa :

1.     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.

2.     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, kemudiansteam yang dihasilkan terlebih dahulu dikumpulkan di dalam sebuahsteam-drum. Sampai tekanan dan temperatur sesuai, melalui tahap secondary superheater dan  primary superheater baru steamdilepaskan 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.

 

Tabel 1.1. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan tipe pipa.

No.

Tipe Boiler

Keuntungan

Kerugian

1

Fire Tube

Proses pemasangan mudah dan cepat, Tidak membutuhkan settingkhusus

Tekanan operasi steamterbatas untuk tekanan rendah 18 bar

 

 

Investasi awal boiler ini murah

Kapasitas steam relatif kecil (13.5 TPH) jika diabndingkan dengan water tube

 

 

Bentuknya lebihcompact dan portable

Tempat pembakarannya sulit dijangkau untuk dibersihkan, diperbaiki, dan diperiksa kondisinya.

 

 

Tidak membutuhkan area yang besar untuk 1 HP boiler

Nilai effisiensinya rendah, karena banyak energi kalor yang terbuang langsung menuju stack

2

Water Tube

Kapasitas steam besar sampai 450 TPH

Proses konstruksi lebih detail

 

 

Tekanan operasi mencapai 100 bar

Investasi awal relatif lebih mahal

 

 

Nilai effisiensinya relatif lebih tinggi dari fire tube boiler

Penanganan air yang masuk ke dalam boiler perlu dijaga, karena lebih sensitif untuk sistem ini, perlu komponen pendukung untuk hal ini

 

 

Tungku mudah dijangkau untuk melakukan pemeriksaan, pembersihan, dan perbaikan.

Karena mampu menghasilkan kapasitas dan tekanan steam yang lebih besar, maka konstruksinya dibutuhkan area yang luas

 

Berdasarkan bahan bakar yang digunakan :

1.     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.

2.     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.

3.     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.

4.     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.

 

Tabel 1.2. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan bahan bakar.

No.

Tipe Boiler

Keuntungan

Kerugian

1

Solid Fuel

Bahan baku mudah didapatkan.

Sisa pembakaran sulit dibersihkan

 

 

Murah konstruksinya.

Sulit mendapatkan bahan baku yang baik.

2

Oil Fuel

Sisa pembakaran tidak banyak dan lebih mudah dibersihkan.

Harga bahan baku paling mahal.

 

 

Bahan bakunya mudah didapatkan.

Mahal konstruksinya.

3

Gaseous Fuel

Harga bahan bakar paling murah.

Mahal konstruksinya.

 

 

Paling baik nilai effisiensinya.

Sulit didapatkan bahan bakunya, harus ada jalur distribusi.

4

Electric

Paling mudah perawatannya.

Paling buruk nilai effisiensinya.

 

 

Mudah konstruksinya dan mudah didapatkan sumbernya.

Temperatur pembakaran paling rendah.

 

Berdasarkan kegunaan boiler :

1.     Power Boiler

Tipe power boiler memiliki karakteristik : kegunaan utamanya sebagai penghasil steam sebagai pembangkit listrik, dan sisa steam digunakan 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.

2.     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.

3.     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.

4.     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

5.     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.

 

Tabel 1.3. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan kegunaan.

No.

Tipe Boiler

Keuntungan

Kerugian

1

Power Boiler

Dapat menghasilkan listrik dan sisa steamdapat menjalankan proses industri.

Konstruksi awal relatif mahal.

 

 

Steam yang dihasilkan memiliki tekanan tinggi

Perlu diperhatikan faktor safety.

2

Industrial Boiler

Penanganan boiler lebih mudah.

Steam yang dihasilkan memiliki tekanan rendah.

 

 

Konstruksi awal relatif murah.

 

3

Commercial Boiler

Penanganan boiler lebih mudah.

Steam yang dihasilkan memiliki tekanan rendah.

 

 

Konstruksi awal relatif murah.

 

4

Residential Boiler

Penanganan boiler lebih mudah.

Steam yang dihasilkan memiliki tekanan rendah.

 

 

Konstruksi awal relatif murah.

 

5

Heat Recovery Boiler

Penanganan boiler lebih mudah.

Steam yang dihasilkan memiliki tekanan rendah.

 

 

Konstruksi awal relatif murah.

 

 

Berdasarkan konstruksi boiler :

1.     Package Boiler

Tipe package boiler memiliki karakteristik : perakitan boiler dilakukan di pabrik pembuat, pengiriman langsung dalam bentuk boiler.

2.     Site Erected Boiler

Tipe site erected boiler memiliki karakteristik : perakitan boiler dilakukan di tempat akan berdirinya boiler tersebut, pengiriman dilakukan per komponen.

  

Tabel 1.4. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan konstruksi.

No.

Tipe Boiler

Keuntungan

Kerugian

1

Package Boiler

Mudah pengirimannya.

Terbatas tekanan dan kapasitas kerjanya.

 

 

Dibutuhkan waktu yang singkat untuk mengoprasikan setelah pengiriman.

Komponen-komponen boiler tergantung pada produsen boiler.

2

Site Erected Boiler

Tekanan dan kapasitas kerjanya dapat disesuaikan keinginan.

Sulit pengirimannya, memakan biaya yang mahal.

 

 

Komponen-komponen boiler dapat dipadukan dengan produsen lain.

Perlu waktu yang cukup lama setelah boiler berdiri, setelah proses pengiriman.

 

Berdasarkan tekanan kerja boiler :

1.     Low Pressure Boilers

Tipe low pressure boiler memiliki karakteristik : tipe ini memiliki tekanan steam operasi kurang dari 15 psig atau menghasilkan air panas dengan tekanan dibawah 160 psig atau temperatur dibawah 250 0F

2.     High Pressure Boilers

Tipe high pressure boiler memiliki karakteristik : tipe ini memiliki tekanan steam operasi diatas 15 psig atau menghasilkan air panas dengan tekanan diatas 160 psig atau temperatur diatas 250 0F

 

Tabel 1.5. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan tekanan kerja.

No.

Tipe Boiler

Keuntungan

Kerugian

1

Low Pressure

Tekanan rendah sehingga penanganannya tidak terlalu rumit

Tekanan yang dihasilkan rendah, tidak dapat membangkitkan listrik.

 

 

Area yang dibutuhkan tidak terlalu besar, dan biaya konstruksi tidak lebih mahal dari high pressure boiler

 

2

High Pressure

Tekanan yang dihasilkan tinggi sehingga dapat membangkitkan listrik dan sisanya dapat didaur ulang untuk mengoprasikan proses industri

Tekanan tinggi sehingga penanganannya perlu diperhatikan aspek keselamatannya.

 

 

 

Area yang dibutuhkan besar dan biaya konstruksi lebih mahal dari low pressure boiler

 

Berdasarkan cara pembakaran bahan bakar :

1.     Stoker Combustion

Tipe stoker combustion memiliki karakteristik : tipe ini memanfaatkan bahan bakar padat untuk melakukan pembakaran, bahan bakar padat dimasukkan kedalam ruang pembakaran melalui conveyor ataupun manual. Tipe ini memiliki sisa pembakaran yang harus diatangani berupa bottom ash atau fly ash yang dapat mencemari lingkungan.

2.     Pulverized Coal

Cara kerja : proses ini menghancurkan batu bara dengan ball mill atau roller mill sehingga batu bara memiliki ukuran kurang dari 1 mm. kemudian batu bara berupa bubuk ini disemprotkan ke dalam ruang pembakaran.

3.     Fluidized Coal

Cara kerja : proses ini menghancurkan batu bara dengan crusher, sehingga batu bara memiliki ukuran kurang dari 2 mm. Pada proses ini pembakaran dilakukan dalam lapisan pasir, batu bara akan langsung membara jika mengenai pasir.

4.     Firing Combustion

Tipe firing memiliki karakteristik : tipe ini memanfaatkan bahan bakar cair, padat, dan gas untuk melakukan pembakaran, pemanasan yang terjadi lebih merata.

Cara kerja : bahan bakar cair digunakan sebagai preliminary firing fueldimasukkan kedalam ruang pembakaran melalui oil gun. Setelah tercapai temperatur yang sesuai, pembakaran diambil alih oleh coal nozzle atau gas nozzle.

 

 Tabel 1.6. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan pembakaran.

No.

Tipe Boiler

Keuntungan

Kerugian

1

Stoker Combustion

Konstruksinya relatif sederhana.

Limbah yang diproduksi pembakaran lebih banyak

 

 

 

Panas yang dihasilkan kurang merata jika tidak ada komponen pendukung.

 

 

 

Effisiensi relatif rendah

2

Pulverized

Efisiensi relatif tinggi

Konstruksinya rumit dan membutuhkan dana investasi yang mahal.

 

 

Proses pembakaran lebih merata pada tungku pembakaran.

 

3

Fluidized Bed

Efisiensi relatif tinggi

Konstruksinya rumit dan membutuhkan dana investasi yang mahal.

 

 

Suhu pembakaran tidak mencapai suhu 1000 0C sehingga tidak menimbulkan NOX

 

4

Firing

Limbah yang diproduksi pembakaran lebih sedikit

Konstruksi relatif rumit, perlu nozzle.

 

 

Panas yang dihasilkan lebih merata

 

 

 

Effisiensi relatif lebih baik

 

 

Berdasarkan material penyusun boiler :

1.     Steel

Tipe boiler dari bahan steel memiliki karakteristik : bahan baku utama boiler terbuat menggunakan steel pada daerah steam.

2.     Cast Iron

Tipe boiler dari bahan cast iron memiliki karakteristik : bahan baku utama boiler terbuat menggunakan besi cor pada daerah steam.

 

Tabel 1.7. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan material.

No.

Tipe Boiler

Keuntungan

Kerugian

1

Steel

Kuat dan tahan lama.

Biaya relatif mahal.

 

 

Dapat dialiri steamuntuk tekanan tinggi.

Konstruksi lebih rumit.

2

Cast Iron

Biaya relatif murah.

Rentan dan mudah rusak.

 

 

Konstruksi lebih sederhana.

Dapat dialiri steam untuk tekanan yang terbatas.

 

Boiler safety

Boiler PLTU 600 MW
Boiler PLTU 600 MW

 

Fungsi Proteksi/Pengaman Boiler

Pengaman boiler dimaksudkan untuk menjaga dan menghindari gangguan yang lebih serius pada boiler dan alat bantunya, yang mengakibatkan menurunnya kemampuan boiler, ataupun kerusakan pada peralatan.

Prinsip Dasar

Dasar dari pengaman boiler dan alat bantunya adalah bahwa alat pengaman harus dapat menjamin kontinuitas pelayanan produksi uap suatu boiler.

Proteksi

Suatu boiler memerlukan pengaman untuk menjaga keandalan operasi dalam masa periode panjang. Sistem pengaman boiler ini secara umum akan menggambarkan keamanan boiler dari korosi, overheating dan thermal stress yang ditimbulkan pada saat proses startup, normal operasi dan shutdown.

Boiler vent harus dibuka selama proses pengisian berlangsung agar udara pada boiler tube dapat dikeluarkan, tujuannya untuk mengurangi kemungkinan terjadinya korosi akibat oksidasi udara yang terjebak dalam boiler tube selain udara. Selain itu juga dapat menimbulkan kavitasi dan water hammer. Sebelum dioperasikan boiler harus dibilas (purge) dari gas bekas yang berakumulasi dalam ruang bakar ini penting karena gas bekas sisa pembakaran yang tidak terbuang akan membentuk suatu gas panas yang dapat menimbulkan ledakan dalam ruang pada saat boiler ignitor startup karena selama periode ini banyak kemungkinan terjadi combustible dan explosive akibat seringnya terjadi kegagalan penyalaan ignitor dan kondisi pembakatan yang tidak stabil.

Daerah boiler yang memerlukan perhatian khusus diantaranya:

Economizer

Feedwater tidak selalu ditambah pada saat menaikkan tekanaan boiler karena air dalam boiler selalu sirkulasi secara alami. Tetapi tanpa adanya feedwater dalam air pengisi tidak akan mengalir ke economizer. Economizer diamankan dari terbentuknya penguapan feedwater di dalam tube, karena uap yang terjebak didalamnya dapat menimbulkan water hammer, thermal shock dan dapat menimbulkan fluktuasi control drum level. Untuk mengamankan masalah ini perlu adanya aliran sirkulasi yang dibuka terus dari sisi economizer inlet header ke salah satu downcomer. Valve ini harus dibuka pada saat boiler sedang mengalami gangguan pada feedwater flow control, tujuannya untuk menghindari proses penguapan pada economizer tube akibat terhentinya sirkulasi alami. Economizer menjadi subjek korosi baik internal maupun eksternal. Korosi internal dapat dicegah dengan menjaga PH feedwater antara 8 dan 9 dengan cara injeksi kimia. Eksternal korosi dapat disebabkan oleh terjadinya kondensasi antara rendahnya suhu feedwater dengan tingginya suhu gas sisa pembakaran yang melewati economizer. Penanggulangan masalah ini dengan cara menjaga economizer berada di daerah yang jauh dari titik pengembunan, kasus ini harus dihindari pada saat proses startup maupun setelah unit berbeban.

Furnace

Furnace merupakan bagian yang memerlukan perhatian yang serius. Karena berhubungan dengan masalah tekanan uap dan temperatur uap serta temperatur ruang bakar  yang sangat tinggi. Faktor-faktor yang menjadi perhatian adalah:

-    Tekanan operasi boiler
Boiler tidak boleh beroperasi diatas tekanan kerjanya dan tidak pernah melebihi tekanan desainnya.
-    Operasi boiler balance firing
Hal ini berkaitan dengan panas yang dihasilkan pembakaran terhadap ruang bakar apabila terjadi imbalance firing maka akan mengakibatkan terganggunya proses sirkulasi alam dan gangguan pada tube akibat overheating.

Steam Drum

Selama kondisi normal operasi tekanan di drum dan level drum serta kualitas air harus selalu terkontrol. Permukaan steam drum sangat tinggi maka saat startup dan shutdown perbedaan temperatur di daerah ini harus sangat diperhatikan yaitu perbedaan antara top dan bottom harus sekecil mungkin dalam hal ini penting untuk menjaga terjadinya thermal stress pada steam drum.

Batasan-batasan yang harus diperhatikan antara lain:
-    Pada saat terjadi perubahan fase air dan uap pada steam drum.
-    Perbedaan antara top dan bottom tidak melebihi setpoint maksimal 50 0C untuk startup dan 100 0C untuk shutdown.

Superheater

Superheater berlokasi di daerah yang perpindahan panasnya secara convection induction mengundang perhatian yang cukup serius karena berkaitan bersangkutan dengan kondisi temperatur uap dan pengaman temperatur metal tube superheater  pengaman terhadapnya terjadi overheating pada tube superheater sangat penting terjadinya gangguan sistem sirkulasi alam pada wall tube di ruang bakar merupakan efek terjadinya overheating karena produksi dan aliran uap terganggu sementara aliran gas pembakaran yang melewati daerah konveksi induksi tinggi.

Batasan-batasan pengaman superheater diantaranya:
-    Main steam temperature harus selalu dikontrol
-    Kondisi pembakaran harus balance firing/diatur sesuai formasinya
-    Thermocouple keluar superheater harus dimonitor
-    Gas temperatur masuk daerah superheater harus dibatasi selam startup sampai kondisi unit normal operasi.

Mode Operasi Pengaman Boiler

Pengaman Secara Langsung


1.    Safety Valve

Sebelum boiler dinyatakan siap operasi, safety valve harus diperiksa dan bila perlu diset ulang sesuai dengan daerah kerjanya. Prosedur ini sangat penting mengingat setelah boiler firing akan menghasilkan tekanan. Tekanan uap ini dapat menentukan bahwa safety valve berfungsi sebagai pengaman terhadap terjadinya tekanan uap lebih yang diproduksi boiler.

2.    Relief Valve

Relief valve dapat digolongkan sebagai pengaman seperti halnya safety valve tapi relief valve ini berfungsi sebagai pembatas atau pengaman tekanan maksimal pada daerah kerja zat cair/liquid. Penggunaan pengaman relief valve ini ditempatkan pada daerah sebagai berikut:
-    Header reheat/HP bypass spray water
-    Header auxiliary steam spray
-    Ignitor oil level header
-    Heavy fuel oil level header

Pengaman Secara Tidak Langsung


1.    Pneumatic Valve

Pneumatic valve sebagaimana juga safety valve berfungsi sebagai pengaman tekanan uap lebih pada boiler hanya dilengkapi dengan alat sensor tekanan yang disampaikan melalui signal elektronik ke elektro mekanik untuk membuka pilot valve.


2.    Pengaman Boiler Drum Level

Berfungsi untuk mengontrol tinggi rendahnya permukaan air pada boiler drum sebagai pengaman terjadinya “boiler drum level high trip” dan “boiler drum level low trip”.
Adapun alasan pengamanan terjadinya “boiler drum level high trip” adalah mengamankan boiler drum dari terjadinya carry over di drum yang akan mengakibatkan deposit pada area superheater dan sudu turbine. Deposit akan menghambat heat transfer pada superheater yang mengakibatkan overheating pada tube superheater dan pada sudu turbine akan mengakibatkan terjadinya unbalance dan vibrasi pada turbine.
Sedangkan kondisi “boiler drum level low trip” dapat mengakibatkan terganggunya sirkulasi alami yang akan berakibat overheating di steam drum dan produksi uap terhambat.


3.    Pengaman Boiler Furnace

Berfungsi untuk mengontrol tekanan ruang bakar/boiler sebagai pengaman terjadinya:
-    Furnace pressure > max
-    Furnace draft > max
Sehubungan dengan tipe boiler dengan desain balance draft dimana desain pressure yang diizinkan -10mmWg, hal ini untuk menjamin kestabilan proses pembakaran. Transportasi bahan bakar batubara ke ruang bakar dan proses pengeluaran abu batubara dari dalam ruang bakar menuju alat penangkap debu dll. Bila batasan pengamanan terlampaui dan menyimpang maka proses diatas akan terganggu. Hal-hal yang harus dijaga untuk menghindari kondisi diatas adalah dengan cara:
1)    Periksa level water seal through pada bottom hopper boiler harus berada pada posisi diatas normal level. Periksa LCV an bypass valve water supplynya.
2)    Periksa kondisi manhole boiler sebelum startup boiler harus pada kondisi tertutup termasuk desorvation door.
3)    Level air pada SDCC boiler bottom kondisi normal.


4.    Pengaman Boiler Main Steam Temperature

Fungsinya adalah mengontrol tinggi temperature uap utama keluar superheater tingkat ke 2 sebagai pengaman terjadinya temperature uap utama melebihi batas desain yang diijinkan.
Pengamanan ini dimaksudkan untuk menghindari terjadinya thermal stress pada suatu turbin tingkat pertama akibat perbedaan temperatur terlalu tinggi antara temperatur uap utama yang masuk dengan temperatur metal pada sudu turbin. Selain itu untuk menghindari terjadinya kelelahan bahan pada tube superheater akibat temperatur uap yang melebihi kemampuan maksimum tube-tube superheater.


5.    Pengaman Total Air Flow

Berfungsi untuk mengamankan jumlah total udara yang masuk ke windbox/ruang bakar pada saat proses pembilasan (purge) boiler. Pada saat startup boiler dan normal operasi harus memenuhi jumlah total flow lebih besar daripada minimal (>30% saat purge boiler).
Pada saat pembilasan boiler kita mengharapkan seluruh gas-gas sisa pembakaran yang terakumulasi dalam ruang bakar dan saluran-saluran gas buang dapat didorong/dikeluarkan oleh udara sejumlah >30% atau kira-kira 600 ton/jam dibuang ke udara luar minimal gas-gas sisa pembakaran bersih dalam waktu 3 menit (desain) kemudian pengamanan pada saat startup dan normal operasi toral udara ini memegang peranan sebagai udara pembakaran (combustion air) jadi pabila total udara pembakaran minimal <30% maka jumlah perbandingan antara udara dan bahan bakar tidak akan sempurna dengan pasti kita mengkhawatirkan akan terjadinya kegagalan penyalaan yang berulang-ulang dan salah satu penyebab combusable in flue gas.


6.    Pengaman Instrumen Air Pressure Header

Udara instrumen adalah sebagai kebutuhan utama dalam sistem kontrol pneumatic PLTU. Pasokan udara instrumen harus betul-betul terjaga dan sangat spesial mengingat sumber tenaga seluruh kontrol boiler turbine dan alat bantunya terletak pada keandalan supply udara instrumenyang kontinyu dan tetap pada tekanan kerjanya.
Mengingat keutamaan dan fungsi udara instrumen sebagai sumber tenaga bagi seluruh kontrol boiler turbin dan alat bantunya maka apabila terjadi tekanan udara turun dibawah titik kerjanya hal ini akan mengakibatkan seluruh fungsi kontrol pneumatic terhenti dan akan melumpuhkan kegiatan operasi boiler dan turbine.

Antisipasi pada saat terjadinya gangguan udara instrumen pressure low alarm diantaranya:
-    Segera buka backup valve SAC menuju header udara instrumen.
-    Segera periksa kondisi kompresor udara instrumen dan proses supplynya.
-    Lokalisir kemungkinan terjadinya kebocoran udara instrumen pada seluruh line.
-    Lokalisir kemungkinan ada valve drain/vent udata yang terbuka.


7.    Pengaman Scanner Cool Pressure

Fungsinya adalah untuk mengamankan sistem pendingin pada scanner sensor flame. Pentingnya deteksi nyala api pada suatu boiler untuk meyakinkan adanya pembakaran, sehingga tidak akan terjadi penumpukan bahan bakar akibat kegagalan penyalaan api. Pendeteksi nyala api diamankan dari panasnya area ruang bakar dengan jalan memberikan pendinginan berupa perapat udara bertekanan pada seluruh permukaan alat pendeteksi api tersebut.

Terganggunya sistem pendinginan ini akan mengakibatkan melting point pada alat pendeteksi nyala api karena terjadi kontak langsung antara alat dengan panasnya api yang dideteksi kerusakan. Pendeteksi api/scanner akan memberi isyarat pada burner-burner yang sedang beroperasi untuk trip sehingga boiler akan trip.

Apabila terjadi flame scanner blower discharge pressure low alarm lakukan hal seperti dibawah ini:
-    Periksa select auto start scanner blower yang standby pada posisi auto.
-    Periksa saringan/filter udara blower inlet kemungkinan kotor.
-    Periksa kemungkinan kebocoran pada line joint.

Contoh  Batasan Operasi

1.    Drum Level
High Alarm : 50 mm ; Low Alarm : -50 mm
High Trip : 250 mm  ; Low Trip : -250 mm
2.    Temperature Main Steam & Reheat Steam
High Alarm : 550 oC ;  High Trip : 570 oC (delay 60 second)
560 oC (delay 600 second)  ; 550 oC (delay 6000 second)
3.    Furnace Pressure
High Alarm : 50 mmWg  ; Low Alarm : -50 mmWg
Furnace Draft High Trip : 225 mmWg ; Furnace Pressure Low : -225 mmWg
4.     Boiler Safety Valve Main Drum
RV 39 : 3011 psi , RV 40 : 2975 psi , RV 41 : 3047 psi, RV 42 : 3064 psi , RV 43 : 2993 psi , RV 44 : 3029 psi
Secondary Superheater Outlet Header / Main Steam ; SV 13 : 195 kg/cm2, SV 14 : 196 kg/cm2, SV 15 : 197 kg/cm2
Reheat Outlet Header / Hot Reheat ; SV 92 : 57 kg/cm2, SV 102 : 57 kg/cm2 (SV=safety valve)

Water Quality

air yang masuk keboiler selalu dikondisikan (air bebas mineral) bertujuan agar tidak merusak material / pipa-pipa besi boiler, maka kualitasnya selalu  dikontrol, dan setiap waktu diambil sample airnya dan diinjeksi bahan kimia yang mana kadar pH, conductivity, Clorine , Phospate, Silica terjaga dalam batas nilai yang diijinkan. dan jika terjadi kualitasnya kurang bagus maka harus dibuang (blowdown) dan diganti dengan air yang baru (make up).

Kualitas Air
Kadar garam : < 20 usiemen ; PH : 9,2 – 9,5 / Silika : &lt 0,0185 ppm / PO4 : 0,3 – 3 ppm / Cl- : < 0,5 ppm

Efisiensi: 

agar boiler bekerja secara hemat dan efisien selain jenis batu bara yang dipakai, maka proses pembakarannya dioptimalkan dapat mencapai pembakaran yang sempurna. yang mana operator boiler berperan penting untuk mengendalikan, diantaranya komposisi bahan bakar dan udara pembakar, ogsigen analizer, cerobong asap, sootblowing, dll selalu dipantau.

Handal

 peralatan bantu pada boiler terpasang lebih dari satu (sepasang atau lebih), bertujuan apabila salah satu alat bantu tersebut terjadi gangguan maka tidak akan sampai mengetripkan (stop) boiler tapi yang stand by akan jalan untuk memback upnya. sehingga produksi uap tetap tersedia walau tidak dengan pembebanan generator yang maksimum.

gambar berikut adalah salah satu jenis boiler

Boiler and Problems

Tubes Failure ( bocor)

 Penyebabnya

  • ·      Over Heating    
  • ·      Material grade
  • ·      Gas Temperature
  • ·      Internal Scale
  • ·      Minimum Thickness (ketebalan minimum)
  • ·      Fly Ash Erosion
  • ·      Blowing Steam  Erosion
  • ·      Manufacture defact ( cacat dari pabrikan)

Dampak: Lost of opportunity for production  3 – 5 hari

 Slagging dan Fouling

 Penyebabnya

Sangat bervariasi 

 Dampak

·   Heat Transfer terganggu

·    Efisiensi Boiler 

·    Mengancam Lost of opportunity for production 5 – 10 hari.

Mill Failure

 Mill Explosion

 Penyebabnya

§  Explosive Mixture ( PA and PF)

§  Uncomplete innertin

§  Internal wear

Boiler dan Kecelakaan

Hazard – Resiko dan Pencegahannya

Resiko Operasi

Penyebab

Efek

Pencegahan

Ledakan Minyak

Temperatur bahan bakar yang tinggi

Pengaturan thermostat yang tidak tepat, Katup pengontrol Uap tidak bias terbuka.  Pengontrol listrik otomatis tidak bias dikendalikan.

Ledakan

Oil Gasification (Perubahan fase pada minyak)

Nyala api yang tidak stabil,

Ledakan api yang menyebabkan Kerusakan pada property dan Kehilangan Nyawa

Periksa secara berkala Pemanas dan Instrumen pengontrol

Ikuti Instruksi dari Pabrikasi

Ledakan Gas

Perbaikan saluran gas

Kerusakan pada pipa atau katup

Ledakan.

Kebakaran.

Kehilangan nyawa dan Kerusakan properti

Gunakan metode yang tepat untuk purging dan pengisian ulang di saluran gas. Ikuti NFPA 54

Wet gas (gas basah)

Adanya distillate di gas

Api mati dan Terpercik secara tiba tiba.

Ledakan

Kebakaran

Hilangnya nyawa atau luka

Kerusakan pada boiler dan properti

Ikuti NFPA 54 untuk system penyediaan Wet Gas

Perubahan Drastis pada nilai BTU gas

Perbedaan sumber gas dengan perbedaan nilai pemanasan

Pembakaran yang tidak sempurna (jelek)

Ledakan

Kerusakan pada Boiler

Hilangnya Nyawa atau luka

Alarm yang cocok

Gunakan pengontrol pembakaran yang responsive dengan pergantian BTU

Tekanan yang terlalu tinggi

Malfungsi pada regulator gas

Campuran kaya Bahan bakar

Ledakan

Kerusakan Boiler

Pengawasan yang baik pada pengoperasian regulator

Cek operasi dan pengaturan penggantian tekanan secata berkala

Mengganti dan memperbaiki regulator

Kebocoran Uap

Kebocoran Uap

Kerusakan atau korosi pada pipa atau bagian lain

Luka Bakar

Pastikan semua sambungan dan pipa kuat

Pastikan semua personel mengetahui dan menyadari bahaya dari kebocoran uap superheated

Ledakan Uap

Malfungsi pada katup pengaman

Gangguan (penghalang) antara boiler dan katup

Katup mengalami kerusakan atau korosi

Gangguan pada outlet katup

Saat tekanan naik, katup tak akan terbuka sehingga terjadi akumulasi tekanan pada boiler

Memecah boiler

Hilangnya nyawa dan kerusakan property

Memperbaiki atau mengganti katup pengaman

Hilangkan penghalang

Test secara berkala semua dengan standar dari ASME

Level air rendah

Malfungsi pencegah air rendah / pencegah air rendah terlewati

Operator error

Tidak berfungsinya instrument pengawas

Permukaan boiler mengalami overheat

Boiler pecah

Hilangnya nyawa

Pastikan operasi system penyuplai air ke boiler bekerja dengan baik secara berkala di cek

Latih dengan baik operator boiler

Ganti pengontrol level air

Ledakan Tungku

Pemantikan yang terlambat

Pemantik tidak memadai

Tekanan bahan bakar rendah

Aliran udara yang berlebih

Suhu bahan bakar rendah

Air di bahan bakar

Ledakan samping

Kebakaran

Kerusakan pada boiler

Berikan pemantik yang memadai

Perbaiki pengaturan rasio antara bahan bakar dengan udara

Tinjau ulang petunjuk dari pabrikasi

Kebakaran

Kebakaran

Ledakan

Kegagalan elektrik atau mekanis

Kesalahan pada pengoperasian alat

Potensial untuk melukai atau menewaskan personel

Merusak alat

Operasikan alat menurut cara pemakaian yang telah diberikan oleh pabrikasi

Latih operator untuk menjaga denganbaik alat (goodhousekeeping)

Latih personel untuk memadamkan api secara darurat

Beberapa hal yang harus diperhatikan

1.    Ikuti instruksi yang telah diberikan oleh Pabrikasi. Gunakan standar Operasi yang telah dibuat dan mereferensikan beberapa pekerjaan ke standar ASME

2.    Training – Pekerja harus benar benar diberikan pelatihan mengenai keselatan dalam mengoperasikan peralatan. Training keselamatan seharusnya menjadi proses kontinyu yang bertujuan untuk mendidik pekerja untuk mengenal dan menjaga keselamatan dalam pikiran mereka. Program pelatihan harus dilakukan terus menerus dan diawasi

3.    Kebersihan – kebersihan lingkungan sangat penting untuk keselamatan dan kebaikan jalannya operasi dalam pabrik. Rendahnya kebersihan meningkatkan resiko kecelakaan

4.    Pakaian dan peralatan pengaman – pakaian yang pantas harus dipakai sepanjang waktu. Hindari pakaian terbuka dan perhiasan. Peralatan pengaman harus dipakai selama diperlukan (contoh : topi kerja, masker, penutup kuping, kacamata, sarung tangan, sepatu kerja.) jangan pernah mengoperasikan peralatan besar sperti peralatan berputar, mesin otomatis, mesin listrik kecuali terdapat pengaman alatnya.

5.    Permukaan panas – banyak sekali permukaan panas terdapat di boiler dan bahkan area yang bukan permukaan pemanasan pun dapat menjadi tidak nyaman karena panas. Oleh karena itu, pekerja baru harus dibuat sadar akan hal ini. Hati hati dalam bekerja terutama apabila berada dalam jarak dekat dengan boiler. Tidak pernah masuk ke boiler kecuali sampai tahapan yang telah ditentukan.

6.    Awasi alat alat pengontrol jarak jauh – di pabrik banyak unit yang menggunakan pengontrol jarak jauh. Perhatikan apakah ada pekerja pada unit yang akan di start up sebelum unit tersebut benar bener dinyalakan

7.    Bunyi – bunyi bising terdapat di pabrik dan secara akumulatif akan menyebabkan penyakit pada pekerja. Gunakan selalu peralatan pengaman, contoh penuutp kuping

Maintenance

Kontrol resiko

Kontrol engineering

1.    Pengcekan pengisolasian area permukaan boiler dan pipa

2.    Pengecekan automatic shutdown devices

3.    Pengecekan pengontrol bahan bakar dan udara

4.    Pengecekan katup

5.    Pengecekan pengontrol level air

Kontrol Administrativ

1.    Pelatihan operator alat

2.    Peninjauan ulang prosedur pengontrolan alat

3.    Peninjauan ulang Prosedur Operasi

4.    Inspeksi Lapangan

5.    Audit

6.    Pengecekan kandungan air boiler

Inspeksi luar

Inspeksi luar dilakukan oleh pengawas boiler yang tersertifikasi. Bagian bagian yang mendapati pengawasan antara lain adalah:

1.    Kebocoran

2.    Instrument indicator

3.    Instrument pengaman

4.    System pengontrol

5.    Katup

6.    Kebersihan

7.    Label

8.    Pemipaan

Inspeksi dalam

Inspeksi luar dilakukan oleh pengawas boiler yang tersertifikasi. Bagian bagian yang mendapati pengawasan antara lain adalah:

Inspeksi Bagian Pembakaran:

  1. Door gaskets
  2. Fire side insulation
  3. Tube sheet
  4. Tubes
  5. Blower
  6. Stack

Inspeksi Bagian Air:

  1. Tube bundle
  2. Scale buildup
  3. Condensate feed water tanks
  4. Chemistry control systems
  5. Level floats

Boiler Tests

Berikut adalah beberapa test yang harus dilakukan secara berkala terhadap bagian bagian dari boiler

1.    Safety/Relief Valve Operational Test (bulanan)

2.    Check System for Leaks (mingguan)

3.    Low Water Fuel Cutoff (LWFCO) Rapid Drain Test (mingguan dan setiap start up)

4.    Burner Check  (bulanan)

5.    Water Chemistry Check (bulanan)

6.    LWFCO Slow Drain Tes (4 kali setahun)

7.    Circ and/or Condensate Pump Check (4 kali setahun)

8.    Safety Valve Setpoint Test (rutin)

9.    Drain Water Gage Glass (seperlunya)

Daftar Pustaka

http://febriantara.wordpress.com/2008/10/24/klasifikasi-boiler/

http://hasimpci.wordpress.com/2009/06/29/masalah-utama-boiler/

http://hasimpci.wordpress.com/2009/09/01/boiler/

http://www.coveragefirst.com/portal/server.pt/gateway/PTARGS_0_21939_410890_0_0_18/CFBoilerSafetyProgram.htm

http://www.uofaweb.ualberta.ca/cme/safety_guidelines.cfm