Modul Modul Cooling Water SystemCooling Water System

20092009

Tipikal Distribusi Air Industri KimiaTipikal Distribusi Air Industri Kimia

Treatment

Treatment

Treatment

Cooling Water

Process Equipment/ HE

Boiler

CT

Blow down

WWTP

Blow down Boiler

Primary Treatment

-Filtrasi

-Sedimentasi

-Koagulasi

-Flokulasi

-Fe/Mn Removal

Evaporation

losses

kondensat

Pre Treatment

-Screening

-prasedimentasi

Sumber air

Recirculated SystemRecirculated System

•

cooling tower menerima air make up, cooling tower menerima air make up, dilengkapi fasilitas blow down, dan system dilengkapi fasilitas blow down, dan system sirkulasi air sirkulasi air

Proses penurunan suhu diikuti dengan Proses penurunan suhu diikuti dengan penguapan air dimana yang menguap penguapan air dimana yang menguap adalah air bersih adalah air bersih

konsentrasi parameter kimia air pendingin konsentrasi parameter kimia air pendingin yang tersirkulasi meningkat, seperti yang tersirkulasi meningkat, seperti kandungan padatan terlarut (TDS)kandungan padatan terlarut (TDS)

Once Through SystemOnce Through System

air mengalir melalui heat air mengalir melalui heat exchanger cukup sekali exchanger cukup sekali

air pendingin dalam jumlah yang air pendingin dalam jumlah yang besar maka kenaikan suhu air besar maka kenaikan suhu air keluaran tidak terlalu besar keluaran tidak terlalu besar

Kandungan mineral di air Kandungan mineral di air pendingin tidak berubah karena pendingin tidak berubah karena tidak ada akumulasi tidak ada akumulasi

ketersediaan air melimpah ketersediaan air melimpah

Closed SystemClosed System

Menggunakan air pendingin yang sama Menggunakan air pendingin yang sama berulang ulang dalam satu siklusberulang ulang dalam satu siklus

Air pendingin menyerap panas di HE kemudian Air pendingin menyerap panas di HE kemudian melepaskan di HE lainnya biasanya dengan melepaskan di HE lainnya biasanya dengan media pendingin udara (air cooler)media pendingin udara (air cooler)

Dalam sistem ini tak terjadi proses penguapanDalam sistem ini tak terjadi proses penguapan

Laju resirkulasi cooling water untuk 700

MW coal-fired power plant sekitar

71,600 m3/jam dan sistem resirkulasi

tersebut membutuhkan laju water

make-up sekitar 5 % (3.600 m3/jam)

Jika plant tersebut menggunakan once-

through cooling water, akan dibutuhkan

100.000 m3/jam. Dan sejumlah

tersebut akan selalu dibuang ke badan

air dengan suhu yang relatif tinggi

(sekitar 50 oC)

Struktur dalam Struktur dalam

Air Sebagai Media PendinginAir Sebagai Media Pendingin

mempunyai kapasitas panas spesific yang mempunyai kapasitas panas spesific yang tinggi. Cp air sebesar 1 BTU/lbm.F yang tinggi. Cp air sebesar 1 BTU/lbm.F yang berarti air akan menyerap 1 BTU kalor berarti air akan menyerap 1 BTU kalor untuk meningkatkan suhu 1 lbm sebesar 1 untuk meningkatkan suhu 1 lbm sebesar 1 ooF. Bandingkan dengan media pendingin F. Bandingkan dengan media pendingin freon yang menyerap hanya 0,22 BTU freon yang menyerap hanya 0,22 BTU untuk meningkatkan suhu 1 lbm sebesar untuk meningkatkan suhu 1 lbm sebesar 11ooF.F.

Air berada dalam fasa cairnya dalam Air berada dalam fasa cairnya dalam rentang suhu operasi yang relatif besarrentang suhu operasi yang relatif besar

viskositas rendah sehingga biaya viskositas rendah sehingga biaya pemompaan tidak besarpemompaan tidak besar

murah, tersedia dalam jumlah besarmurah, tersedia dalam jumlah besar

tidak beracun , stabil secara kimia, dan tidak beracun , stabil secara kimia, dan tidak mudah terbakartidak mudah terbakar

Kelemahan Media AirKelemahan Media Air

bisa menyebabkan bisa menyebabkan korosi karena korosi karena adanya Oadanya O22 dan CO dan CO22

menimbulkan menimbulkan endapan karena endapan karena pengotor Ca, Mg, Si, pengotor Ca, Mg, Si, Fe, dan padatan Fe, dan padatan tersuspensitersuspensi

Contoh Persyaratan Contoh Persyaratan Air PendinginAir Pendingin

NoNo ParameterParameter NilaiNilai

11 Konduktivitas umhos/cmKonduktivitas umhos/cm < 1.000< 1.000

22 Turbidity, ppmTurbidity, ppm < 10< 10

33 Suspended Solid, ppmSuspended Solid, ppm < 10< 10

44 Total Hardness, ppm Total Hardness, ppm CaCOCaCO33

< 100< 100

55 Total BesiTotal Besi < 1,0< 1,0

66 Residu Clorine, ppm ClResidu Clorine, ppm Cl22 0,5 – 1,00,5 – 1,0

77 Silika, ppm SiOSilika, ppm SiO22 < 150< 150

88 Total Cromat, ppm Total Cromat, ppm CrCr22OO44

1,5 – 2,51,5 – 2,5

99 pHpH 6,5 – 7,56,5 – 7,5

Indeks Kestabilan AirIndeks Kestabilan Air

Indeks Kejenuhan Langelier (LI)Indeks Kejenuhan Langelier (LI) LI = pH – pHsLI = pH – pHs Semakin + semakin besar potensi Semakin + semakin besar potensi

kerakkerak Tak menunjukkan potensi korosiTak menunjukkan potensi korosi

pH terukur langsungpH terukur langsung

pHs = (9,3+A+B)-(C+D)pHs = (9,3+A+B)-(C+D)

A = (Log10 [TDS] - 1) / 10

 B = -13.12 x Log10 (oC + 273) + 34.55

C = Log10 [Ca2+ as CaCO3] - 0.4

D = Log10 [alkalinity as CaCO3]

Tabel penentuan parameter Tabel penentuan parameter Indeks Kejenuhan Langelier (LI)Indeks Kejenuhan Langelier (LI)

Total D Solids

A Calcium hardness

C Total alkalinitas

D

ppm ppm CaCO3 ppm CaCO3

50 - 350 400 - 1100

0,10,2

101214

0,60,70,8

101214

1,01,11,2

18 0,9 18 1,3

Suhu B 23 1,0 23 1,4

oC oF 2835

1,11,2

2836

1,51,6

0 32 2 36 7 4410 5014 5818 6422 7228 8232 90 38 10044 11251 12457 13464 148 72 16282 180

2,62,52,42,32,22,12,01,91,81,71,61,51,41,31,21,1

44567083

111139175230280350440560700870

1050-

1,31,41,51,61,71,81,92,02,12,22,32,42,52,62,7-

45567088

111140177230280360450560700880

--

1,71,81,92,02,12,22,32,42,52,62,72,82,93,0--

Bisa juga dalam bentuk Grafik

Water Analysis:Water Analysis: pH = 7.5 = 7.5 TDS = 320 mg/L = 320 mg/L Calcium = 150 mg/L (or ppm) as CaCO3Calcium = 150 mg/L (or ppm) as CaCO3 Alkalinity = 34 mg/L (or ppm) as CaCO3Alkalinity = 34 mg/L (or ppm) as CaCO3

LSI Formula:LSI Formula: LSI = pH - pHsLSI = pH - pHs pHs = (9.3 + A + B) - (C + D) where: pHs = (9.3 + A + B) - (C + D) where:

• A = (Log10[TDS] - 1)/10 = 0.15A = (Log10[TDS] - 1)/10 = 0.15• B = -13.12 x Log10(oC + 273) + 34.55 = 2.09 at 25°C and 1.09 at 82°CB = -13.12 x Log10(oC + 273) + 34.55 = 2.09 at 25°C and 1.09 at 82°C• C = Log10[Ca2+ as CaCO3] - 0.4 = 1.78C = Log10[Ca2+ as CaCO3] - 0.4 = 1.78• D = Log10[alkalinity as CaCO3] = 1.53D = Log10[alkalinity as CaCO3] = 1.53

Calculation at 25Calculation at 25ooC:C: pHs = (9.3 + 0.15 + 2.09) - (1.78 + 1.53) = 8.2pHs = (9.3 + 0.15 + 2.09) - (1.78 + 1.53) = 8.2 LSI = 7.5 - 8.2 = - 0.7LSI = 7.5 - 8.2 = - 0.7 Menunjukkan tak ada kecenderungan pembentukan kerakMenunjukkan tak ada kecenderungan pembentukan kerak

Calculation at 82Calculation at 82ooC:C: pHs = (9.3 + 0.15 + 1.09) - (1.78 + 1.53) = 7.2pHs = (9.3 + 0.15 + 1.09) - (1.78 + 1.53) = 7.2 LSI = 7.5 - 7.2 = + 0.3LSI = 7.5 - 7.2 = + 0.3 Menunjukkan ada sedikit kecenderungan pembentukan kerakMenunjukkan ada sedikit kecenderungan pembentukan kerak

Indeks Kejenuhan Ryznard Indeks Kejenuhan Ryznard (RSI)(RSI)

RSI = 2.pHs – pHRSI = 2.pHs – pH

pHs dari kurvapHs dari kurva pHs = pCa+pAlk+CpHs = pCa+pAlk+C

RSI << 6 the scale

tendency increases as the

index decreases

RSI >> 8 mild steel

corrosion becomes an

increasing problem

RI Indication (Ryznar 1942)

RI<5,5 Heavy scale will form

5,5 < RI < 6,2 Scale will form

6,2 < RI < 6,8 No difficulties

6,8 < RI < 8,5 Water is aggressive

RI > 8,5 Water is very aggressive

RI Indication (Carrier 1965)

4,0 - 5,0 Heavy scale

5,0 - 6,0 Light scale

6,0 - 7,0 Little scale or corrosion

7,0 - 7,5 Corrosion significant

7,5 - 9,0 Heavy corrosion

>9,0 Corrosion intolerable

Hubungan Indeks Hubungan Indeks kestabilan dg kestabilan dg Potensi Potensi Pembentukan Pembentukan kerak dan korosikerak dan korosi

Perhitungan RSIPerhitungan RSIKualitas Air:

Neraca Massa Neraca Massa Sistem PendinginSistem Pendingin

Cooling

TowerMake Up (M)

Blow Down (B)

Drift/Windage (W)

Air Pendingin Masuk(Resirkulasi)

Evaporasi (E)

Process Equipment

M = E + W + BM = E + W + B

Make Up (M)Make Up (M)air tambahan untuk mempertahankan debit air air tambahan untuk mempertahankan debit air tersirkulasitersirkulasi

Evaporation (E)Evaporation (E)kehilangan air karena penguapan yang merupakan air kehilangan air karena penguapan yang merupakan air murni. Evaporasi biasanya sekitar 1 % dari debit murni. Evaporasi biasanya sekitar 1 % dari debit resirkulasi untuk setiap penurunan 10 resirkulasi untuk setiap penurunan 10 ooF (5,6 F (5,6 ooC)C)

Windage/Drift(W)Windage/Drift(W)kehilangan air karena terbawa aliran udara, jumlahnya kehilangan air karena terbawa aliran udara, jumlahnya biasanya kecil antara 0,007 % - 0,2 % dari debit biasanya kecil antara 0,007 % - 0,2 % dari debit resirkulasi. Biasanya dalam perhitungan diabaikanresirkulasi. Biasanya dalam perhitungan diabaikan

Blow Down (B)Blow Down (B)pembuangan air untuk mengendalikan peningkatan pembuangan air untuk mengendalikan peningkatan konsentrasi padatan karena proses siklus. Debit blow konsentrasi padatan karena proses siklus. Debit blow down sekitar 0,3 % air tersirkulasi down sekitar 0,3 % air tersirkulasi

Contoh perhitungan neraca massa Contoh perhitungan neraca massa Neraca Massa:Neraca Massa:QM QM == QB + QEQB + QEQM / QB = 1 + QE / QB QM / QB = 1 + QE / QB sehingga QE / (X – 1) = QB sehingga QE / (X – 1) = QB

Siklus (X) adalah ratio CB/CMSiklus (X) adalah ratio CB/CM

Neraca Komponen:Neraca Komponen:QM . CMQM . CM == QB . CBQB . CBsehingga:sehingga:CB/CM CB/CM == QM/QB = QM/QB =

100/20 100/20 = 5 siklus = 5 siklus = X = X

Blow Down rate (QB):Blow Down rate (QB):QM/5 QM/5 == 100/5 = 20 gpm100/5 = 20 gpm

Evaporation rate (QE):Evaporation rate (QE):100 – 20 100 – 20 == 80 gpm 80 gpm

CoolingTower

E ?

Blow downCl- 100 ppmQB ?

Make up100 gpmCl- 20 ppm

Cycles of Concentration compares solids concentrated through evaporation in the circulating water with dissolved solids in makeup water. Since chlorides are soluble in water, for example, the cycles of concentration are equal to the ratio of chlorides in circulating water to chlorides in makeup water

Perhitungan Evaporation rate secara Perhitungan Evaporation rate secara langsung dengan prinsip neraca energilangsung dengan prinsip neraca energi

TT :: beda suhu air panas masuk CT dengan air dingin keluar CTbeda suhu air panas masuk CT dengan air dingin keluar CTQRQR :: debit resirkulasidebit resirkulasiQEQE :: debit evaporasidebit evaporasi

Prinsip perhitungan neraca energi adalah energi yang dilepas air Prinsip perhitungan neraca energi adalah energi yang dilepas air resirkulasi (yang ditunjukkan dengan penurunan suhu air) hanya resirkulasi (yang ditunjukkan dengan penurunan suhu air) hanya digunakan untuk menguapkan sebagian massa air dengan digunakan untuk menguapkan sebagian massa air dengan memberikan kalor latennya. Energi yang diserap oleh aliran udara memberikan kalor latennya. Energi yang diserap oleh aliran udara diabaikan.diabaikan.

jammQTCpjammQ ER/)/( 33

Cp = 1 kkal/kg.oC sedangkan λ (25 OC) = 581.5 Kkal/kg