Jumat, 10 Desember 2010

PROSES KERJA ALIRAN UAP MESIN BOILER FIRE TUBE OMNICAL, DDH1 6.0-10


PROSES KERJA ALIRAN UAP MESIN BOILER FIRE TUBE OMNICAL, DDH1 6.0-10
Tangki Air
Water threatment
Boiler ini mempunyai badan yang berbentuk silinder yang diletakkan menurut sumbu horizontal dan biasanya terdiri dari satu lorong api (bergelombang/corrugated atau rata/plain) dimana gas panas hasil pembakaran di lorong api dibelokkan kedepan diluar dinding badan selanjutnya berputar kembali kebelakang terus kecerobong asap[1]. Diagram blok aliran uap pada pembuatan pellet ternak dapat dilihat pada gambar 3.1.
air

Mesin Boiler
air
 


Produk pellet
Mesin Press
Mesin Heater
uap
uap
Bahan setengah jadi (kulit gandum dihaluskan)

27
Gambar 3.1 Diagram Blok Aliran Uap Pada Pembuatan Pellet
Dalam proses aliran uap tersebut pertama-tama air masuk ke dalam water threatment yang bertujuan mengolah air menjadi air berkualitas tinggi. Setelah itu air masuk ke dalam boiler yang mempunyai berat 6 ton dengan total kandungan airnya perhari sekitar kurang lebih 1870 liter dengan menggunakan bahan bakar residu sebesar kurang lebih 2000 liter perhari. Uap yang dihasilkan masuk ke dalam heater dan selanjutnya dialirkan melalui pipa menuju mesin press CPM Fedder Mixer. Input dari luar menuju mesin press yaitu bahan setengah jadi berupa gandum yang telah dihaluskan. Setelah itu output ataupun hasil keluar dari mesin press yaitu berupa makanan ternak (pellet). Uap yang dihasilkan mesin boiler tipe fire tube untuk dialirkan kedalam mesin press mencapai 22157 m3 perhari serta dapat mencapai produk 485 kg perhari. Untuk mendapatkan hasil yang maksimal  proses kerja aliran uap boiler fire tube omnical, DDH1 6.0-10 menggunakan bahan bakar residu dengan kualitas yang baik, sudah tentu urutan pengerjaannya harus dilakukan sesuai dengan ketentuan, dan urutan proses kerja aliran uap boiler fire tube omnical, DDH1 6.0-10 menggunakan bahan bakar residu yang dilakukan pada  PT. ISM BOGASARI FLOUR MILLS yang dijabarkan melalui skema komponen yang dapat dilihat pada gambar 3.2.
Steam Drum
Tangki air
Economizer
Safety Valve
Blowdown Valve
Furnace
Air Heater
Superheater
 








Gambar 3.2 Skema Komponen Boiler Fire Tube Omnical, DDH1 6.0-10
3.1              Komponen  Boiler Fire Tube Omnical, DDH1 6.0-10
Komponen boiler fire tube itu berupa furnace yang merupakan tempat pembakaran bahan bakar. Beberapa bagian dari furnace diantaranya: refractory, ruang perapian, burner, exhaust for flue gas, charge and discharge door. Steam drum komponen ini merupakan tempat penampungan air panas dan pembangkitan steam, steam masih bersifat jenuh. Superheater komponen ini merupakan tempat pengeringan steam dan siap dikirim melalui main steam pipe dan siap menggerakkan proses produksi. Air heater komponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan udara luar yang diserap untuk meminimalisi udara yang lembab yang akan masuk kedalam tungku pembakaran. Economizer komponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan air dari air yang terkondensasi dari sistem sebelumnya maupun air umpan baru. Safety valve komponen ini merupakan saluran buang steam jika terjadi keadaan dimana tekanan steam melebihi kemampuan boiler menahan tekanan steam. Blowdown valve komponen ini merupakan saluran yang berfungsi membuang endapan yang berada didalam pipa steam[2].
3.2       Fungsi Boiler Fire Tube Omnical, DDH1 6.0-10
Fungsi dari boiler fire tube  itu sendiri adalah sebagai pembakaran (fire) tempat dimana beradanya api didalam pipa. 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. Tipe boiler pipa air memiliki karakteristik, menghasilkan kapasitas dan tekanan steam yang rendah. Keuntungan yang diperoleh jika memakai boiler seperti ini adalah proses pemasangan mudah dan cepat, tidak membutuhkan setting khusus, investasi awal boiler ini murah, bentuknya lebih compact dan portable, tidak membutuhkan area yang besar untuk 1 HP boiler. Sedangkan kerugian nya yaitu tekanan operasi steam terbatas untuk tekanan rendah 18 bar, kapasitas steam relatif kecil (13,5 TPH) jika dibandingkan dengan water tube, tempat pembakarannya sulit dijangkau untuk dibersihkan dan diperiksa kondisinya. Serta nilai effisiensinya rendah karena banyak energi kalor yang terbuang langsung menuju stack[6].
3.3       Proses Kerja Aliran Uap Boiler Fire Tube Omnical, DDH1 6.0-10
Secara umum proses kerja aliran uap boiler fire tube omnical, DDH1 6.0-10 menggunakan bahan bakar dasar residu sama seperti proses-proses kerja bagian boiler lainnya yang berada di proses boiler dalam PT. ISM Bogasari Flour Mills sebuah perusahaan pangan. Prosesnya dari benda blank (benda yang sudah berbentuk tetapi belum bisa dipergunakan untuk menghasilkan  komponen tertentu seperti contohnya air), sampai benda jadi (sudah bisa digunakan untuk jadi bagian dari komponen tertentu seperti contohnya uap). Yang melalui berbagai mesin produksi di dalam proses boiler dan berbagai macam proses boiler.
Didalam proses kerja aliran uap boiler fire tube omnical, DDH1 6.0-10 menggunakan bahan bakar residu hampir sama seperti proses kerja boiler yang lainnya hanya yang membedakan bentuk dan langkah-langkahnya saja, proses-proses dalam proses kerja boiler fire tube omnical, DDH1 6.0-10 menggunakan bahan bakar residu melalui beberapa sistem seperti :
1.      Sistem air umpan
2.      Sistem steam
3.      Sistem bahan bakar

3.3.1    Sistem Air Umpan  
Sistem air umpan ini adalah sistem air dalam proses aliran uap boiler fire tube omnical, DDH1 6.0-10 menggunakan bahan bakar residu. Proses softener yaitu air dihasilkan langsung dari PDAM dan dialirkan langsung ke proses ini, dimana dalam proses ini air yang tadi dialirkan dari PDAM tidak langsung masuk ke dalam boiler akan tetapi air (PDAM) masuk ke dalam tangki yang selanjutnya dilakukan proses softener. Dalam proses ini air diolah lagi menjadi air berkualitas tinggi dengan cara penambahan garam di dalam tangkinya tersebut. Difungsikan supaya air anti karat, anti slak (lumpur), dan anti scal (silica). Pengolahan air di dalam boiler fire tube merek ini bertujuan menghilangkan kesadahan dan mencegah pengendapan kerak pada logam boiler. Pengaturan bahan tersuspensi seperti lumpur dari kesadahan dan oksida besi dalam boiler agar tidak melekat pada boiler. Menyediakan pelindung anti busa (anti foam) untuk memungkinkan suatu konsentrasi yang sesuai dari padatan yang terlarut dan tersuspensi di dalam air tanpa membawa busa ke dalam uap, serta menghilangkan O2 dari boiler dan mengatur alkalinitas yang cukup untuk menghindari korosi pada boiler. Pengisian bahan-bahan kimia dalam internal treatment yaitu berupa softening chemical (fosfat, soda ash, coustic dan lain-lain) ditambahkan langsung kedalam air pengisi boiler pada titik dekat pemasukan ke dalam drum boiler. Tujuannya agar langsung bereaksi dengan air sebelum masuk kedaerah penghasil uap (steam generating). Bahan kimia pengikat O2 (sulfat dan hydrazine) dimasukkan kedalam sistem air pengisi boiler. Bahan kimia pencegah kerak dan korosi dalam sistem air pengisi boiler (poli fosfat bahan organik dan lain-lain sebagainya), harus ditambahkan kedalam sistem air pengisi boiler secara terus-menerus, serta bahan kimia pencegah korosi pada sistem kondensat ditambahkan langsung kedalam uap atau kedalam sistem air pengisi boiler. Bahan kimia yang digunakan termasuk Na2Co3,NaOH dan macam-macam Na fosfat. Bahan kimia akan bereaksi dengan Ca dan Mg dalam air pengisi boiler. Kadang-kadang digunakan Na silikat (Na2SiO3) untuk mengatur alkalinitas dan bereaksi dengan Mg. Untuk pengaturan lumpur digunakan golongan Tanin, Liginin dan Alginat[2]. Data total kandungan air dalam boiler dapat dilihat pada tabel 3.1 dan gambar mesin softener dapat dilihat pada gambar 3.3.
                            
gambar 3.3 Mesin Softener
Tabel 3.1 Data Total Kandungan Air Dalam Boiler
jam
Jenis air
TDS auto
(ppm)
TDS manual
(ppm)
PH auto
PH manual
TH
TEK
(bar)
ket
17.00
blowdown
1870
2710
10,2
10,7
0
4,2

21.00
Boiler no.2
1900
2650
10,2
10,4
0
4,2

17.00
softener
217
217
6,0
6,0
0
4,2


Total kandungan air dalam boiler (TDS) berkisar sampai ±1900 ppm serta potensial hidrogen (PH) mencapai 10,2 per hari dengan tekanan 4,2 bar. Total hardness (kesadahan) mencapai 0 bertujuan agar air tidak berkarat atau memiliki endapan. Jika Total hardness (TH) melebihi 0 maka akan menimbulkan kerak ataupun endapan yang nantinya akan merusak boiler.
Sebelum air masuk kedalam boiler air disimpan telebih dahulu didalam tangki air yang bertujuan supaya air setelah proses softener dapat bertahan lama. Adapun manfaat dari tangki air tersebut adalah:

1.   Tahan Terhadap Radiasi Ultra Violet
Tangki / Tandon tahan terhadap radiasi ultra violet yang dapat menyebabkan perubahan warna, keretakan, dan akhirnya dapat membuat tangki air pecah.
2.      Tahan Terhadap Segala Cuaca
Tangki air dibuat sedemikian rupa agar tahan terhadap segala perubahan cuaca atau iklim yang terjadi ( tahan terhadap temperatur mulai -300 C sampai dengan 600 C ) sehingga tangki air tidak akan mudah pecah, retak maupun mengelupas.
3.      Instalasi Yang Mudah
Untuk Pemasangan / Instalasi sangat mudah dan cepat karena cukup di letakkan di atas permukaan / fondasi yang datar dan dapat di letakkan di atas menara (tower) karena bahannya cukup ringan. Gambar tangki air dapat dilihat pada gambar 3.4.
             
Gambar 3.4 Tangki Air
3.3.2    Sistem Steam
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 menjadi steam, maka volumenya akan meningkat sekitar 1600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga sistem boiler merupakan peralatan yang harus dikelolah dan dijaga dengan baik. Sedangkan boiler seperti tipe fire tube ini adalah boiler yang berdiameter besar, mempunyai shell (badan) dan saluran gas buang, ruang api, pipa api didalam bejananya. Pada boiler fire tube ini, gas panas hasil pembakaran disalurkan di dalam pipa-pipa, sedangkan air berada disebelah luarnya. Konstruksi boiler ini sederhana, pada umumnya jenis boiler ini mempunyai tekanan dibawah 10 kg/cm2 dan kapasitasnya kurang dari 10 ton/jam.
Karekteristik boiler fire tube ini yaitu[6] :
-     Konstruksi sederhana, biaya pengoperasian murah, mudah penanganannya.
-     Tidak dapat dibuat untuk tekanan tinggi dan kapasitas besar.
-     Setelah start, waktu boiler untuk menghasilkan tidak dapat terlalu lama, hanya memerlukan waktu beberapa menit tergantung dari bahan bakar, tekanan uap juga tidak berubah, tergantung dari jumlah beban.
-     Jika boiler ini meledak, akan menimbulkan kerusakan yang lebih parah jika dibandingkan dengan jenis boiler lainnya.
Boiler pada PT.ISM BOGASARI FLOUR MILLS merupakan boiler silinder mendatar yang mempunyai badan yang berbentuk silinder yang diletakkan menurut sumbu horizontal dan biasanya terdiri dari satu lorong api (bergelombang/corrugated atau rata/plain) dimana gas panas hasil pembakaran di lorong api dibelokkan kedepan diluar dinding badan selanjutnya berputar kembali kebelakang terus kecerobong asap. Fire tube merupakan bagian bidang panas terbesar pada boiler mendatar. Kekuatan lorong api dapat ditambah dengan menambah tebal dindingnya. Akan tetapi dinding yang lebih tebal akan menghambat perpindahan gas panas ke air. Perbedaan temperatur akan menyebabkan tegangan-tegangan thermis yang besar pada silinder api, sehingga dimungkinkan dapat terjadi retak-retak pada arah memanjang. Lorong api rata biasanya dipakai untuk tekanan kerja yang rendah, karena lorong api ini kurang mempunyai gaya pegas, selain itu lorong api rata ini kurang mampu menampung tekanan dari luar. Sedangkan lorong api bergelombang mempunyai daya pegas yang besar dan lebih mampu menahan tekanan dari luar. Pada kekuatan yang sama, dinding lorong api bergelombang dapat dibuat lebih tipis daripada dinding lorong api rata[1]. Gambar boiler silindris mendatar dengan pipa dapat dilihat pada gambar 3.5.

 
Gambar 3.5 Boiler Silindris Mendatar Dengan Pipa Api.
Proses kerja mesin boiler itu sendiri yaitu energi kalor yang dibangkitkan dalam sistem boiler memiliki nilai tekanan, temperatur, dan laju aliran yang menentukan pemanfaatan steam yang akan digunakan. Bedasarkan ketiga hal tersebut sistem boiler mengenal keadaan tekanan-temperatur rendah (low pressure/LP), dan tekanan-temperatur tinggi (high pressure/HP)[1]. Boiler fire tube omnical, DDHI 6.0-10 termasuk boiler dengan temperatur tinggi. Sistem boiler ini sendiri 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 steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Proses pengapiannya terjadi didalam pipa, kemudian panas yang dihasilkan dihantarkan langsung kedalam boiler yang berisi air.

3.3.2    Sistem Bahan Bakar
 Sistem bahan bakar adalah semua peralatan 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. Sistem boiler ini menggunakan bahan bakar residu yang merupakan bahan bakar cair berat yang mempunyai sifat penguapan yang relatif rendah, kekentalan tinggi. Residu dibuat dari fraksi residu yang berasal dari  distilasi atmosferik. Digunakannya residu (Bottom oil) sebagai bahan bakar daripada batubara karena mempunyai keuntungan sebagai berikut[3] :
-          Nilai kalori yang cukup tinggi
-          Harga perkalori lebih murah
-          Biaya operasi dan penanggananya lebih murah
-          Tidak mengandung logam berat
-          Kadar abu lebih rendah
-          Tidak rusak pada penyimpanaan dalam waktu yang lama
-          Memiliki efisiensi yang tinggi pada sistem pembakaran
Pada boiler fire tube omnical, DDHI 6.0-10 menggunakan bahan bakar residu kurang lebih 228,25 liter/jam yang menghasilkan steam sebesar 2401,875 m3/jam. Produk yang dihasilkan  mencapai kurang lebih 52,5 kg/jam. Data produk, bahan bakar serta uap yang dihasilkan dalam boiler fire tube dapat dilihat pada gambar 3.2.
Tabel 3.2 Data Produk, Bahan Bakar Serta Uap Yang Dihasilka Boiler Fire Tube Omnical, DDH1 6.0-10
SHIFT
PRODUCT
(kg/jam)
FUEL
(liter/jam)
RATA-RATA (m3/liter)
STEAM
(m3/jam)
08.00-16.00
52,5
228,125
4,3
2401,875
16.00-24.00
56,875
240,625
4,2
2703,75
24.00-08.00
72,5
281,25
3,8
3203,875
Total
181,875
750
4,1
8308,875

Sifat-sifat fisika residu (bottom oil)[4] :
1.      Sifat umum
Sifat umum yaitu sifat yang hasil ujinya dapat menggambarkan atau memperkirakan kualitas satu produk dan kaitannya dengan pengujian sifat lainnya dengan segera.
2.      Sifat pembakaran
Pada dasarnya jika membeli bahan bakar, yang diperlukan adalah     kalori atau panasnya. Panas pembakarannya adalah jumlah panas yang dihasilkan dalam satuan btu/lb, kcal/kg, atau btu/usg. Jika panas yang dihasilkan dapat diketahui maka jumlah residu yang akan dipakai dapat diketahui.
3.      Sifat kemudahan mengalir
Sifat kemudahan mengalir dalam residu sangat berpengaruh kepada sistem pemompaan, baik pada waktu penyaluran dengan sistem perpipaan maupun dalam pemakaiannya dan pembentukan kabut (atomizing) dalam ruang bakar.
4.      Sifat kebersihan
Rusaknya residu dapat diakibatkan oleh kontaminasi atau tingginya kadar  karbon yang dapat menimbulkan kerak pada lubang nozel combustion. Sedangkan tingginya kadar air dapat membuat residu sulit untuk dinyalakan pertama kali dan dan api yang terbentuk tidak akan stabil atau mudah mati dan panas pembakaran yang dihasilkan akan rendah karena energi yang dihasilkan dari pembakaran residu akan terserap untuk penguapan air (endotermis). Selain itu tingginya kadar air dapat mengakibatkan tekanan yang berlebihan dalam ruang bakar.
5.      Sifat keselamatan
Untuk menjamin keselamatan pemakaian dan penyimpanan residu perlu diperhatikan titik nyala (flash point) residu.

Sifat –sifat kimia residu (buttom oil) [4] :
1.      Pencemaran udara
Gas buang hasil pembakaran residu yang mengandung kadar belerang tinggi akan menghasilkan gas SO2. Gas SO2 yang terbentuk akan teroksidasi menjadi SO3 dan bila beraksi dengan uap air dengan jumlah besar akan menyebabkan hujan asam, reaksi:
(1) hidrokarbon (C,H,S) + O2 ---> CO2 + SO2 + kalori
(2) SO2 + ½ O2 ----> SO3
(3) SO3 + H2O (dari reaksi pertama) -----> H2SO4 encer
            2.    Kerusakan pada ruang bakar
Dengan kondisi sama seperti reaksi tersebut jika H2SO4 encer yang   korosif  tersebut terkondensasi dalam ruang bakar saat combustion dimatikan dapat mengakibatkan karat. Gambar bahan bakar residu dapat dilihat pada gambar 3.6.

Gambar 3.6 Bahan bakar residu
3.3.3    Heater  (Proses Percabangan)
Heater ini adalah proses percabangan dalam proses aliran uap boiler fire tube omnical, DDH1 6.0-10. Didalam proses heater pada boiler di PT.ISM BOGASARI FLOUR MILLS yaitu percabangan yang dilakukan banyak pipa untuk mengalirkan uap yang telah dihasilkan boiler menuju mesin press. Uap dari boiler langsung dikirim ke mesin press tetapi melalui mesin heater terlebih dahulu. Setelah uap telah masuk ke dalam mesin heater lalu mesin heater akan mengalirkan serta mengatur suhu yang akan dialirkan. Dalam heater itu sendiri memiliki banyak cabang pipa, yang pada akhirnya menuju ke mesin press. Sebelum masuk ke mesin press fluida atau uap akan melewati sensor flowmeter yaitu alat untuk mengetahui berapa jumlah uap yang dihasilkan. Sensor flowmeter bisa langsung mengetahui besaran tekanan serta jumlah uap yang mengalir. Gambar sensor flowmeter pada aliran uap mesin boiler dapat dilihat pada gambar 3.7 serta gambar mesin heater dapat dilihat pada gambar 3.8.



Gambar 3.7 Sensor Flowmeter Pada Aliran Boiler
Gambar 3.8  Mesin Heater
Sensor flowmeter tersebut mempunyai peranan yang sangat penting bagi perhitungan uap yang dihasilkan. Setelah itu uap yang dihasilkan masuk kedalam mesin press yang dimana didalam mesin press tersebut uap akan menekan produk yang akan dihasilkan. Dimana input ke mesin press berupa kulit gamdum setengah jadi. Dalam uap atau panas yang tinggi serbuk kulit gandum akan di press yang akan menghasilkan produk pellet ternak. Gambar mesin press dapat dilihat pada gambar 3.9 serta gambar produk dapat dilihat pada gambar 3.10.
Gambar 3.9 Mesin Press
Gambar 3.10 Produk (Pellet Ternak)
Setelah produk jadi, produk yang dihasilkan ternyata masih memiliki suhu yang cukup panas. Produk tersebut akan dikirim ke mesin pendingin yang bertujuan mengurangi suhu panas yang ada didalam pellet ternak tersebut dan akhirnya produk pun siap untuk dikemas dan dipasarkan.