Shell and Tube Air Pre-Heater (APH) PLTU : Material, Korosi dan Karekteristiknya (1 of 2)

PLTU berbahan bakar batu bara terdapat 3 jenis berdasarkan tipe boiler furnace (ruang pembakarannya) yaitu : (Feriyanto YE, 2015)

Pulverizer Coal (PC) Boiler, menggunakan batubara kualitas bagus dengan minim ash, moisture dan kalori rendah sehingga PLTU cenderung aman, jarang korosi, jarang terdapat kerusakan sehingga handal untuk menghasilkan daya yang tinggi
Circulating Fluidized Bed (CFB) Boiler, menggunakan batubara kualitas rendah (low rank) dengan banyak ash, moisture dan kalori rendah, Pembakarannya pun memanfaatkan pasir sebagai heat continuity di furnace sehingga potensi abrasi, tube leakage, korosi, vibrasi peralatan sangat umum terjadi sehingga daya yang bisa dibangkitkan kapasitas sedang. Engineer di CFB memiliki pengalaman yang mahal harganya karena hampir semua permasalahan PLTU pasti terjadi dan membutuhkan plan & action yang matang. Bekerja di CFB memberikan pengalaman yang luar biasa karena proses, operasi dan pemeliharaan harus dipelajari semua agar unit bisa beroperasi maksimal
Stoker Boiler, menggunakan batubara dengan syarat ukuran partikel agak besar minim ash karena sistem pembakarannya adalah seperti panggangan sate (rak berjalan) sehingga jika ukuran batubara terlalu kecil maka akan jatuh dari rak berjalan. Boiler ini bisa diisi semua jenis bahan bakar (kayu, sampah, batu bara dll) sehingga daya yang bisa dibangkitkan sangat kecil dengan karakteristik kerusakan yang terjadi adalah kerusakan pada rak berjalan (travelling grate) karena harus beroperasi pada suhu tinggi terlebih jika clearance antar bagian rak (chain grate) tersumbat batubara sehingga menghambat berjalannya rak (rak tidak bisa tertekuk) maka rak akan putus dan operasi boiler berhenti

Pada boiler CFB terdapat fasilitas untuk menaikkan efisiensi dengan memanfaatkan udara panas gas buang yang masih bisa digunakan untuk memanaskan awal (pre-heat) fluida yang dilalui baik air (economizer) maupun udara (air pre-heater/APH). Terdapat 2 tipe APH yang umum digunakan di PLTU yaitu tubular dan shell-tube. Pembahasan yang akan dikaji adalah APH jenis shell and tube

Gambar 1. Vertical Shell & Tube APH

Gambar 2. Horizontal Shell and Tube

Berdasarkan jurnal “On the Failure Analysis of an Air-Preheater in a Steam Power Plant” karya Shayan, M.R, et al (2015) sebagai berikut :

Berdasarkan jurnal tersebut didapatkan informasi sebagai berikut :

Penggunaan tube APH dari material corten atau enamel coated adalah tahan terhadap acid dew point corrosion
Dew point temperature H₂SO₄adalah 138-142 ^oC

Berdasarkan jurnal “SO₃ Formation in Copper Smelting Process : Thermodynamic Consideration” karya Chen, et al (2016) didapatkan informasi sebagai berikut :

Berdasarkan literatur tersebut didapat beberapa informasi sebagai berikut :

Proses oksidasi SO₂ menjadi SO₃bisa terbentuk pada 2 kondisi yaitu temperatur rendah (< 700 ^oC) dan temperatur tinggi yang terkontrol oleh oxygen partial pressure
Di PLTU, pembentukan SO₃ sangat kuat dipengaruhi oleh residence time pada temperatur rendah dan excess air pada temperature tinggi, dimana excess airmempengaruhi peningkatan konsentrasi SO₃
Pada temperatur operasi < 300 ^oC, proporsi SO₃ terhadap total sulphur adalah tertinggi

Berdasarkan “Handbook of Sulphuric Acid Manufacturing” karya Louise Douglas (2005) sebagai berikut :

Berdasarkan literatur tersebut didapat beberapa informasi sebagai berikut :

Proses pembentukan SO₃ dipercepat dengan adanya agent katalis yaitu oksida besi yang berasal dari padatan sisa pembakaran yang terikut flue gas
Temparatur efektif pembentukan SO₃pada 570-640 ^oC
Kesetimbangan untuk konversi dari SO₂ke SO₃ semakin bertambah ketika flue gas terlarut dengan udara atmosfer sehingga otomatis flue gas terdinginkan
Dibawah temperaturr 371 ^oC pembentukan SO₃ melambat namun tetap terus terjadi dan jika terdapat H₂O (fase gas) maka dengan cepat membentuk gas H₂SO₄

Berdasarkan jurnal “Heat Recovery from Corrosive Flue Gas” karya Berg, BVD (2015) sebagai berikut :

Berdasarkan jurnal tersebut didapat informasi sebagai berikut :

Flue gasyang mengandung sulphur akan menjadi korosif pada operasi < 150 ^oC dan dikenal dengan istilah acid dew point corrosion
Salah satu alternatif pencegahan acid dew point corrosionadalah penggunaan glass tube dan polimer tube namun itu sangat sensitif terhadap flow induced vibration dan temperature shock sehingga menyebabkan tube bisa pecah

Berdasarkan jurnal “Cold End Corrosion : Causes and Cures” karya Ganapathy, V (1989) sebagai berikut :

Berdasarkan jurnal tersebut didapatkan informasi sebagai berikut :

Terdapat 2 alternatif yang cukup efektif dalam pengendalian cold end corrosion yaitu :

Menjauhi operasi dibawah dew point acid (sulphuric acid)
Penggunaan corrosion resistant material seperti bahan dari glass, teflon

Kutip Artikel ini sebagai Referensi (Citation):

Feriyanto, Y.E. (2019). Shell and Tube Air Pre-Heater (APH) PLTU : Material, Korosi dan Karekteristiknya, Best Practice Experience in Power Plant. www.caesarvery.com. Surabaya

Referensi:

[1] Feriyanto, YE. (2015). Macam-Macam Boiler. Sains Teknologi & Bisnis. www.caesarvery.com

[2] Feriyanto, YE. (2019). KlasifikasiNama-Nama Tube Boiler. Sains Teknologi & Bisnis. www.caesarvery.com

[3] Shayan, M.R, et al. (2015). On the Failure Analysis of an Air-Preheater in a Steam Power Plant. Journal of Failure Analysis and Prevention

[4] Chen, et al. (2016). SO₃ Formation in Copper Smelting Process : Thermodynamic Consideration. 7th International Symposium on High Temperature Metallurgical Processing

[5] Louise Douglas. (2005). Handbook of Sulphuric Acid Manufacturing

[6] Berg, BVD. (2015). Heat Recovery from Corrosive Flue Gas

[7] Ganapathy, V. (1989). Cold End Corrosion : Causes and Cures