Air Ultra-Murni dan AVT: Resep Kimia yang Menjaga HRSG Tetap Menghasilkan

Faktanya keras: kotoran setingkat ppb (part per billion) sudah cukup untuk memangkas performa HRSG (heat recovery steam generator) dan turbin uap. Sebuah studi menunjukkan turbin 30 MW kehilangan lebih dari 5% kapasitas hanya karena deposit carryover pada bilah turbin (www.watertechnologies.com). Di sisi lain, korosi di jalur air umpan pernah berujung tragedi—kebocoran elbow di Surry (1986) menewaskan empat pekerja dan memicu kerugian puluhan juta (www.powermag.com).

Tak heran para pakar menyebut kimia air sebagai “lifeblood” (urat nadi) pembangkit uap (www.powermag.com). Manajemen kimia yang buruk mempercepat FAC (flow‑accelerated corrosion, korosi dipercepat aliran) dan under‑deposit attack, memperpendek umur HRSG/turbin dan menaikkan forced outage.

Standar dan kerangka regulasi

Untuk mencegah korosi dan deposit, acuan internasional seperti IAPWS, EPRI, dan ASME menetapkan batas ketat untuk kualitas air/steam. Di Indonesia, pembuangan blowdown wajib memenuhi standar nasional (PP 82/2001), dan keselamatan (Permen ESDM 10/2021) mensyaratkan sistem makeup boiler memadai (es.scribd.com). Meski regulasi lokal tak merinci kimia air umpan, praktik pembangkit mengadopsi panduan IAPWS (2010) dan EPRI (2013/2019) tentang limit konduktivitas, pH, oksigen, dan kotoran di titik siklus utama. Pembuangan blowdown kemudian ditangani agar memenuhi batas Kementerian Lingkungan.

Target kualitas makeup ultra‑murni

Makeup untuk HRSG modern diproduksi di kisaran ~18 MΩ·cm (sekitar 0,055 µS/cm), dengan hardness dan silika single‑digit ppb. Sumber industri menyebut makeup yang dirancang baik lazimnya mengandung Na <2 µg/kg dan cation conductivity <0,2 µS/cm (www.power-eng.com). Rekomendasi ASME/EPRI menyasar, antara lain, konduktivitas <0,1 µS/cm, hardness <0,2 mg/L CaCO₃, dan silika <10–20 ppb (ebrary.net).

Parameter kunci yang dikejar: konduktivitas ≤0,1–0,2 µS/cm pada 25 °C (ebrary.net; www.power-eng.com), silika idealnya <10 µg/L (ebrary.net), hardness ~0 (biasanya <0,2 mg/L CaCO₃) (ebrary.net), TOC (total organic carbon) idealnya <300 ppb, dan ion lain (Cl⁻, SO₄²⁻, Na⁺) <20–50 ppb—contoh target Na⁺ <2 µg/kg (www.power-eng.com). Sebuah kompendium industri bahkan menyarankan konduktivitas di storage tank <0,1 µS/cm dan silika <20 ppb (<10 ppb untuk once‑through) serta hardness <0,2 mg/L (ebrary.net).

Baca juga: 

Penerapan Sistem Biofilter dalam Pengolahan Limbah Air

Rangkaian pemurnian makeup

Alur lazim: pretreatment berupa filtrasi dan karbon aktif (mengurangi partikel dan organik) diikuti penghilangan hardness (Ca/Mg) dengan softening atau presipitasi lime‑soda hingga <0,1–0,2 mg/L CaCO₃ (ebrary.net). Klorin dihilangkan hingga level ppb karena merusak resin dan paduan boiler. Pretreatment ke RO (reverse osmosis) kerap diperkuat oleh unit ultrafiltration sebagai penjaga kestabilan beban partikel, sementara karbon aktif dapat diterapkan melalui media karbon aktif di hulu.

Pemotongan TDS utama dilakukan oleh RO, seringkali two‑pass; untuk air baku payau/PDAM dipenuhi oleh sistem RO brackish, sedangkan bila sumbernya air laut yang didesalinasi, opsi SWRO relevan dengan konteks pembangkit. Polishing akhir menaikkan resistivitas ke level ultra‑pure melalui mixed‑bed ion exchange atau EDI (electrodeionization). Pada banyak fasilitas, filtrasi kartrid di hilir—misalnya cartridge filter—digunakan sebagai pengaman partikel halus sebelum tangki penyimpanan.

Target akhirnya: air demineralisasi “nyaris nol” ionik—konduktivitas ≤0,1 µS/cm dan kontaminan sub‑ppb—yang diawasi oleh monitor resistivitas online. Rangkaian ini sejalan dengan rekomendasi bahwa makeup ultra‑murni adalah lini pertahanan pertama umur panjang HRSG (www.power-eng.com; ebrary.net).

Deaerasi dan kendali oksigen terlarut

Deaerator (perangkat penghilangan gas terlarut dengan uap/spray) fisik mengeliminasi ~95–99% O₂ hingga level puluhan µg/L. Namun residu O₂ (plus inleakage udara/CO₂) wajib dituntaskan secara kimia. Skema AVT (All‑Volatile Treatment, program yang hanya memakai bahan volatil) menambahkan oxygen scavenger volatil secara kontinyu. Secara historis, hydrazine (N₂H₄) adalah standar; alternatif modern meliputi carbohydrazide, diethylhydroxylamine (DEHA), atau films and polymer‑based scavengers (fliphtml5.com).

Tujuan desain: DO (dissolved oxygen) ≲10 µg/kg di discharge pompa kondensat (fliphtml5.com). Deaerator lazim dioperasikan ~1–3 bar dengan venting ketat, sementara analyzer oksigen di outlet pompa umpan memverifikasi target <10 µg/kg. Dosis scavenger diatur untuk menetralkan O₂ terukur dengan sedikit overshoot sehingga ada residu kecil di boiler—contohnya, memelihara hydrazine ~20–100 ppb di air boiler untuk mendorong O₂ ke level ppb. Implementasi praktis: injeksi scavenger di discharge pompa umpan atau outlet condensate polisher; kontrol laju dengan ORP (oxidation‑reduction potential) atau pengukuran DO; pemilihan material memperhatikan bahwa ammonia bersifat korosif ke tembaga, sehingga pada sistem paduan campur Fe/Cu lazim diterapkan AVT(R) (reducing), sedangkan pada sistem all‑ferrous dapat dipilih AVT(O) (sedikit oksigen) (fliphtml5.com). Scavenger (hydrazine/organik) juga terdekomposisi membentuk ammonia, menambah alkalinitas.

Untuk injeksi presisi, unit dosing pump menjaga keakuratan chemical feed, sementara pilihan oxygen scavengers volatil sejalan dengan filosofi “tanpa deposit” pada AVT.

Pengaturan alkalinitas dengan ammonia

AVT mengandalkan ammonia (atau kadang neutral volatile amines) untuk menaikkan pH menyeluruh, meminimalkan korosi baja feritik dan menekan FAC. Target feedwater pH pada kondisi ambient umumnya ~9,2–9,8 (fliphtml5.com), yang berkorelasi dengan pH steam ~8,8 (pada 1000 °C). Praktisnya, ammonia diinjeksikan di discharge pompa kondensat agar terdistribusi ke feedwater dan steam.

Pembaruan EPRI (2013) dan ASME menaikkan rekomendasi pH untuk HRSG all‑ferrous pada AVT—condensate pH 9,6–10,0 untuk menekan FAC (www.powermag.com). Namun, kenaikan pH berarti lonjakan ammonia bebas: dari pH 9,6 ke 10,0, ammonia naik dari ~2,3 mg‑N/L menjadi ~11,8 mg‑N/L (naik 5×) (www.powermag.com). Desain harus menyeimbangkan manfaat pengurangan transport besi (mengurangi FAC) (www.power-eng.com) dengan risiko pemuatan resin polisher dan potensi caustic attack jika berlebihan.

Pada sistem campuran Cu/Fe atau yang memakai reduksi (AVT(R)), pH sedikit lebih rendah (~9,2–9,5) kerap dipilih untuk mencegah stress corrosion pada tembaga (fliphtml5.com; www.power-eng.com). Di sirkuit all‑ferrous, pH 9,6–9,8 kini lazim (www.powermag.com). Pengukuran memakai pH probe dan cation conductivity analyzer (CACE, konduktivitas setelah penukar kation) untuk mengestimasi ammonia; tanpa CO₂, konduktivitas yang lebih tinggi mengindikasikan lebih banyak ammonia. Di fasilitas dengan polisher, kapasitas condensate-polisher harus memperhitungkan breakthrough ketika resin “kenyang” ammonia. Opsi amina netral yang volatil dapat dipertimbangkan selaras dengan neutralizing amine.

baca juga: 

Pengertian dan Pengaruh TDS dan TSS Terhadap Kualitas Air

Pemantauan dan kontrol siklus

Program monitoring ketat adalah kunci. Target nominal (IAPWS/EPRI) mencakup: DO <10 µg/kg di discharge pompa umpan (fliphtml5.com; fliphtml5.com); pH feedwater ~9,2–9,8 dan pH drum ~9,0–9,6 (fliphtml5.com); CACE idealnya <0,2 µS/cm di feed (www.power-eng.com; fliphtml5.com) untuk menandakan nihilnya kontaminasi ionik asam; dan di air boiler dijaga <1,5 µS/cm (fliphtml5.com).

Sodium dan silika: Na⁺ di air drum dijaga <2 µg/kg dan silika serendah mungkin; untuk steam jenuh, IAPWS menyarankan Na⁺ <2 µg/kg dan SiO₂ <10–20 µg/kg (fliphtml5.com). Secara desain, makeup ultra‑murni biasanya sudah membawa Na⁺ <2 ppb (www.power-eng.com). Target korosi: total Fe di feedwater di bawah 5 µg/kg dan Cu di bawah 2 µg/kg pada kondisi AVT reduksi (fliphtml5.com), dan untuk AVT(O) all‑ferrous, Fe <2 µg/kg (fliphtml5.com). Turbiditas lazimnya <1 NTU.

Pemantauan loop: konduktivitas (normal & CACE), pH, ORP/DO, plus analisis laboratorium berkala (ICP‑MS/AAS untuk ion & logam, TOC analyzer) dengan level aksi terdefinisi—misalnya 2× nilai normal sebagai Level 1 (fliphtml5.com). IAPWS merekomendasikan akumulasi jangka panjang (total tahunan Fe atau Na) tetap di bawah limit untuk menghindari pembersihan tak terjadwal (fliphtml5.com).

Kontrol blowdown: manual terjadwal atau, lebih baik, dikontrol konduktivitas untuk menjaga TDS (total dissolved solids) di bawah setpoint. Praktik umum menjaga TDS boiler ~500–1000 mg/L (tergantung tekanan) atau menggunakan siklus‑konsentrasi 5–8×. Desain HRSG sering memuat beberapa valve blowdown di economizer atau steam drum. Blowdown yang dibuang kemudian diolah agar memenuhi batas lingkungan.

Penanganan bahan kimia dan keselamatan

Skema AVT ini hanya memakai bahan volatil tanpa membentuk deposit. Phosphate, filming amines, atau bahan padat lain tidak digunakan; penambahan jenis ini berisiko under‑deposit corrosion dan carryover. Hydrazine (N₂H₄)—bila dipakai—beracun dan diatur ketat (IARC Group 2B karsinogen), sehingga banyak fasilitas beralih ke organik yang lebih aman seperti carbohydrazide atau DEHA. Sistem umpan kimia (tangki, pompa, mixer) wajib memenuhi regulasi keselamatan kimia (PPK3) dan mencegah venting hydrazine bebas. Paket kimia boiler yang sesuai filosofi AVT dapat dirujuk pada chemicals untuk boiler.

Verifikasi dosis dilakukan dengan analyzer ammonia di kondensat dan probe redoks (ORP) di feedwater. Perlu dicatat, level ammonia tinggi (hingga ~10–12 mg/L NH₃‑N pada pH 10) dapat membebani resin polisher; kompensasi mungkin diperlukan (mis. blowdown lebih besar atau kapasitas polisher yang ditingkatkan) (www.powermag.com). Ammonia juga terkait serangan lokal seperti “grooving” pada stainless steel; konsentrasi sangat tinggi (>~pH 9,3) dapat menyerang paduan seri 300 (www.power-eng.com). Inspeksi berkala—borescope atau eddy‑current pada area kritis seperti belokan superheater—disarankan saat mengoperasikan AVT pH tinggi.

Kinerja, efisiensi, dan tren

Program kimia air yang dijalankan dengan disiplin memberikan dampak terukur. Menekan Fe ke <2–5 µg/kg dan silika ke ppb satu digit mencegah penyusutan pipa boiler dan fouling turbin. Dalam satu studi, kontrol kimia ketat (paduan bebas Ni, kimia all‑volatile) menurunkan besi di feedwater hingga <2 ppb (fliphtml5.com), sehingga korosi produk turun signifikan. Variasi kecil—sub‑10 µg/kg Fe atau NH₃—berpengaruh pada laju FAC (www.power-eng.com).

Efisiensi: uap bersih melewati turbin sesuai desain heat rate. Sebaliknya, deposit menaikkan hambatan aliran/termal—sebuah turbin dipaksa off‑line hanya 3 bulan karena deposit cepat (www.watertechnologies.com). Dengan pengendalian kimia, potensi penghematan mencapai jutaan dari penundaan kapital (lebih jarang cleaning/retubing) dan pengembalian output (contoh 5% per turbin—rujuk kasus di www.watertechnologies.com).

Tren: industri bergeser ke rezim pH lebih tinggi/kurang reduksi jika memungkinkan. EPRI 2013 (dan BestPractices 2019) merekomendasikan condensate pH 9,6–10,0 untuk HRSG all‑ferrous guna melawan FAC (www.powermag.com). Analyzer online kontinyu dan pemodelan kimia lanjutan diadopsi untuk kontrol yang lebih halus. Regulasi lingkungan/kesehatan mendorong penggantian hydrazine oleh organik yang lebih aman; blowdown yang mengandung by‑product scavenger (mis. nitrat) wajib memenuhi standar efluen lokal.

Baca juga: 

Penerapan Sistem Biofilter dalam Pengolahan Limbah Air

Ringkasan rekomendasi operasional

• Makeup Water: gunakan pemurnian bertahap (filter + softener + 2‑pass RO + EDI/mixed‑bed) untuk mencapai ≤0,1 µS/cm dan kontaminan sub‑ppb (ebrary.net; www.power-eng.com). Monitor secara sering. Implementasi dapat memanfaatkan RO dua tahap diikuti EDI atau mixed‑bed.
• Deaeration: operasikan deaerator di vacuum untuk menurunkan O₂ hingga <20 ppb; gunakan oxygen scavenger (hydrazine atau ekuivalen) untuk mendorong DO <10 µg/kg (fliphtml5.com). Paket scavenger volatil tersedia pada produk oxygen scavengers.
• Chemical Dosing: pertahankan feedwater pH ~9,2–9,8 (sesuaikan dengan metalurgi). Tambahkan ammonia di discharge pompa kondensat untuk mencapai setpoint. Dosis scavenger bersamaan untuk menetralkan O₂ residu (mis. 20–100 ppb hydrazine di air boiler atau organik ekuivalen). Hindari bahan non‑volatile (phosphate, sodium hydroxide) saat operasi normal. Umpan presisi didukung oleh dosing pump.
• Monitoring: gunakan monitor loop untuk konduktivitas (normal & CACE), pH, ORP/DO, serta cek lab periodik (silika, Fe, Na, Cu) sesuai tabel IAPWS/EPRI (fliphtml5.com; fliphtml5.com). Tetapkan action limit ~2× nilai normal. Sampling di drum, feedpump, dan steam pada titik baku.
• Action Plans: pertahankan blowdown cukup untuk mencegah drift konduktivitas/alkalinitas. Hasil ambigu/ekskursi memicu investigasi/pembersihan; pada kebocoran kondensor/kontaminasi, siapkan protokol (penutupan valve, chemical flush) sesuai panduan IAPWS (fliphtml5.com; fliphtml5.com). Layanan pembersihan tersedia melalui boiler cleaning service.
• Dokumentasi: pelihara manual kualitas air yang merujuk target‑target ini, lengkap dengan catatan running resin, konsumsi kimia, dan tren analitik. Penuhi standar Indonesia dan best practice global.

Intinya: mencapai silika <10 ppb dan Fe <2 µg/kg di feed mencegah fouling bilah turbin yang mahal, dan menjaga konduktivitas feed <0,2 µS/cm berkorelasi dengan kualitas “turbine‑grade” (www.power-eng.com; fliphtml5.com). Karena perubahan beberapa ppb saja bisa berujung selisih output beberapa persen (www.watertechnologies.com), investasi pada program air yang disiplin terbayar lewat uptime, efisiensi, dan umur peralatan.