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