Sistem Air Pengisi

Ilustrasi Boiler Feedwater Pump

Air pengisi berfungsi untuk memasok kebutuhan air ke boiler dengan spesifikasi dan kualitas air sesuai dengan yang ada diboiler. Didalam lintasannya dari tangki kondensor hingga masuk boiler (economiser) air ini mengalami pemanasan dan dijaga kualitasnya agar sesuai dengan spesifikasi yang telah ditentukan. Pemanasan air pengisi dilakukan melalui pemanas atau ”feed heater” dan kualitas dijaga dengan injeksi bahan kimia.

1. Sistem Pemanas Air Pengisi

Didalam turbin uap sistem langsung (straight condensing) seperti ditunjukkan pada gambar 1, semua uap yang melalui governor valve diekspansikan sepanjang turbin. Uap tersebut kemudian masuk kedalam kondensor untuk dikondensasi menjadi air dan dipompa kembali ke ketel. Praktis semua panas laten didalam uap dilepaskan didalam kondensor dan dibawa oleh air pendingin ke laut atau ke menara pendingin.

Gambar 1. Siklus Sirkulasi Langsung

Temperatur air kondensat masuk ke ketel sedikit lebih tinggi daripada temperatur ketika meninggalkan kondensaor, sedikit penambahan panas terjadi akibat dipompa. Jika efisiensi turbin adalah 

Sedangkan

Output turbin = panas yang masuk – panas yang keluar

Sehingga

Apabila jumlah panas yang dikeluarkan ke kondensor dapat dikurangi, maka efisiensi turbin dapat dinaikkan. Hal ini dilakukan dengan mengambil sebagian uap dari turbin dan memanfaatkan panas laten nya untuk memanaskan air pengisi sebelum masuk kembali ke ketel. Uap ini digunakan untuk memanaskan air pengisi didalam pemanas (heater). 

Dengan menaikan temperatur air masuk ketel, maka jumlah bahan bakar yang diperlukan oleh ketel untuk merubah air menjadi uap akan berkurang. Pada gambar 2 menunjukkan turbin dengan beberapa pemanas air. Agar uap dapat melakukan kerja didalam turbin secara optimal sebelum diambil untuk pemanas air, maka diterapkan sistem pemanas air bertingkat. Pada unit pembangkit yang besar jumlah tingkat pemanas bervariasi dan dapat mencapai 8 tingkat.

Gambar 2. Sirkit Air Pengisi dengan 5 Tingkat Pemanas

2. Jenis Pemanas

Secara umum terdapat 2 (dua) jenis pemanas air, yaitu pemanas jenis permukaan (surface/tube) dan pemanas jenis kontak langsung (direct contact).

• Pemanas permukaan

Pemanas permukaan terdiri dari kumpulan pipa-pipa berbentuk huruf U yang dibungkus dengan casing (shell). Air pengisi sebagai fluida yang lebih dingin mengalir didalam pipapipa sedangkan uap sebagai pemanas berada diluar pipa didalam casing. Perpindahan panas terjadi melalui perantaraan dinding pipa. Oleh karena itu daya hantar panas dan koefisien perpindahan panas dari pipa sangat menentukan efesiensi pemanas. Sedangkan pengotoran pada sisi dalam atau sisi luar pipa dapat diabaikan karena pipa relatif bersih.

Gambar 3. Pemanas tipe permukaan (surface/tube)

Pemanas dilengkapi dengan saluran drain kondensat untuk mengalirkan air hasil kondensasi uap keluar pemanas dan venting untuk membuang gas/noncondensable gas dari dalam casing pemanas. Proses perpindahan panas terjadi ketika uap dialirkan kedalam pemanas, panas laten uap diserap oleh air, temperatur air naik dan uap terkondensasi menjadi air. Air kondensat ditampung sementara di dalam casing pemanas. Agar panas uap dapat diserap oleh air secara optimal, maka arah lintasan uap dibuat berliku-liku dan level air kondensat menutup saluran drain.

• Pemanas Kontak Langsung

Pemanas kontak langsung adalah berupa ruangan (tangki), dimana uap dan air pengisi disemprotkan dan bercampur secara langsung. Tidak ada kerugian panas dalam pemanas tipe kontak langsung karena semua panas dalam uap diserap oleh air tanpa ada perantara, sehingga efisiensi perpindahan panasnya 100%.

Kelemahan pemanas kontak langsung adalah terjadinya drop tekanan yang besar sehingga memerlukan tambahan pompa apabila terdiri dari beberapa tingkat. Contoh penerapan pemanas kontak langsung adalah deaerator. Deaerator selain berfungsi untuk membuang udara dan (noncondensable) gas juga memanaskan air pengisi. Udara dan gas dibuang ke atmosfir, sedangkan uap terkondensasi bercampur dengan air pengisi.

Gambar 4. Deaerator dan Tangki Air Pengisi

3. Proteksi Pemanas Air Pengisi

Level air kondensat didalam pemanas dikontrol secara otomatis pada ketinggian tertentu. Namun apabila kontrol otomatis gagal berfungsi sehingga level air melebihi batas yang ditentukan, hal ini dapat menimbulkan masuknya air ke turbin (thermal sock). Untuk mencegah terjadinya gangguan pada turbin akibat level pemanas yang tinggi, maka pada pemanas dipasang proteksi yang akan menyetop aliran uap ke pemanas.

Pada sebagian sistem pemanas air pengisi untuk mencegah air masuk kesaluran uap, maka dipasang deteksi adanya air didalam saluran uap. Selain itu juga dipasang saluran drain alternatif dari heater langsung ke kondensor.

4. Pompa Air Pengisi

Pada umumnya pompa air pengisi yang digunakan adalah jenis pompa sentrifugal bertingkat banyak dengan putaran tetap atau putaran bervariasi. Sebagai penggerak pompa digunakan motor listrik. Namun pada unit dengan kapasitas yang besar umumnya menggunakan turbin uap sebagai penggerak pompa.

Mengingat besar kapasitasnya, pompa air pengisi dilengkapi dengan sistem pelumasan dan pendingin pelumas tersendiri. Sirkulasi pelumasan digerakkan dengan pompa yang terpasang pada poros atau dengan motor listrik. Sedangkan air pendingin dipasok dari sistem pendingin bantu.

Pengaturan aliran air pengisi dapat dilakukan dengan control valve untuk pompa dengan putaran tetap atau dengan putaran untuk pompa putaran bervariasi (variable speed). Jika penggerak pompa adalah turbin uap, maka pengaturan dilakukan dengan governor valve. Pompa dilengkapi dengan katup dan saluran resirkulasi atau minimum flow yang akan membuka bila aliran air mencapai batas minimum yang ditetapkan. Katup ini harus dapat bekerja otomatis agar dapat mengamankan pompa pada saat start pompa maupun saat terjadi perubahan aliran yang besar.

Gambar 5. Pompa Air Pengisi