Fouling di penukar panas (heat exchanger) pabrik pulp & paper menggerus efisiensi hingga puluhan persen dan biaya hingga setara 0,25% PDB. Panduan ini merangkum pencegahan online dengan antiscalant/dispersant dan prosedur cleaning offline berbasis kimia yang tepat sasaran.
Biaya fouling di heat exchanger bukan sekadar baris kecil di buku besar. Sumber industri memperkirakan ongkosnya mencapai kisaran 0,25% dari PDB di ekonomi maju (www.impomag.com), sementara sekitar 15% dari anggaran pemeliharaan pabrik dihabiskan untuk heat exchanger—dan sekitar separuhnya terkait fouling (www.impomag.com). Satu unit saja lazim kehilangan ~40% kemampuan perpindahan panas sebelum akhirnya dibersihkan (www.researchgate.net).
Dalam sirkuit “white water” pabrik kertas yang membawa ribuan mg/L padatan, beban ini nyata: whitewater ~3.000 mg/L padatan sudah dianggap “hard scaling” dalam sirkuit kertas menurut Taprogge (klarenbv.com). Tidak diatasi, fouling mempercepat korosi di bawah deposit—biaya ganda yang tidak terlihat. Maka, seperti diringkas Cho dkk., “mencegah scale lebih baik daripada semua metode penghilangan scale” (www.researchgate.net) (www.researchgate.net).
Spektrum fouling dan dampak termal
Di pabrik pulp & paper, deposit utama adalah scale anorganik—terutama CaCO₃ dan CaSO₄—serta partikulat (serat kayu, koloid) yang tajam menurunkan koefisien perpindahan panas. Swep menegaskan “kebanyakan scaling disebabkan karbonat atau sulfat” dengan kurva kelarutan terbalik (inverse solubility: kelarutan menurun saat temperatur naik), sehingga scale cenderung terbentuk di permukaan panas (www.swep.net). Gypsum (CaSO₄·2H₂O) terkenal “sangat sulit dilarutkan” (www.swep.net), sementara CaCO₃ umumnya berupa lapisan putih kapur yang bisa diangkat dengan asam (www.swep.net) (www.chemtreat.com).
Deposit lain: silika (SiO₂ amorf), fosfat, oksida besi, tar organik, dan biofilm (alga/bakteri). Biofouling di heat exchanger lebih jarang karena temperatur tinggi, namun bisa terjadi di cooling tower atau tangki jika tidak dikendalikan.
Baca juga: Pengolahan Limbah Secara Kimia
Kontrol kualitas air dan batas operasi
Pertahanan pertama adalah kimia air yang baik: batasi hardness dan alkalinitas lewat filtrasi atau pelunakan, dan jaga pH moderat 7–9 (pH: ukuran keasaman, 0–14) agar tidak terjadi supersaturasi (www.swep.net). Blowdown cooling tower harus cukup untuk menahan TDS terlarut di bawah ambang kritis—panduan sering menyebut ~1.200 mg/L Ca²⁺ atau SO₄²⁻ untuk menghindari scaling. Dosis asam (mis. asam sulfat) di makeup cooling tower lazim untuk menetralkan alkalinitas dan mencegah pembentukan CaCO₃ (www.chemtreat.com). Swep juga mencatat “scaling lebih mungkin pada pH tinggi, jadi jaga pH 7–9” serta “scale jarang ditemukan bila temperatur dinding di bawah ~65 °C” (www.swep.net).
Untuk menurunkan hardness, pabrik dapat memakai pelunak berbasis penukar ion seperti softener atau sistem resin kation/anion lengkap ion exchange. Dosis kimia (acid feed, antiscalant) yang presisi menuntut perangkat injeksi seperti dosing pump. Pretreatment intensif seperti reverse osmosis (RO) memang dapat menurunkan hardness hingga sub‑ppm, namun “jarang ekonomis untuk debit besar pabrik” (www.researchgate.net); jika dipakai, contoh sistemnya adalah brackish-water RO.
Program antiscalant dan dispersant
Formulasi modern menggabungkan beberapa komponen: (1) phosphonates atau polyphosphates sebagai “threshold inhibitors” (mengacaukan pertumbuhan kristal), (2) dispersant polimerik (mis. polyacrylate, polycarboxylate) agar koloid tetap tersuspensi, (3) corrosion inhibitor (mis. senyawa seng), dan (4) ±fluoride/orthophosphate. ChemTreat mencatat program efektif “mencakup polyphosphates, organic phosphates (phosphonates), polymers, dan sering konsentrasi kecil zinc” untuk kendali gabungan scale/korosi (www.chemtreat.com).
Praktiknya, phosphonates didosis beberapa ppm, tipikal 2–10 ppm (sebagai PO₄) (www.chemtreat.com). Zinc sebagai corrosion inhibitor anodik ditambahkan sekitar 0,5–1,0 ppm (www.chemtreat.com). Jejak Zn²⁺ (mis. ZnCl₂ ~0,5 ppm) terbukti menekan scale CaCO₃ hingga ~95% di cooling tower (www.researchgate.net). Polimer juga bertindak sebagai dispersant; Cho dkk. mencatat “dispersing atau chelating agents” rutin dipakai bersama pembersihan mekanis (www.researchgate.net).
Dalam aplikasi, paket kimia ini setara lini produk seperti scale inhibitors, dispersant, dan corrosion inhibitors yang dirancang untuk sirkuit pendingin industri.
Baca juga:
Kendali mikroba di sistem terbuka
Sistem cooling terbuka berpotensi menumbuhkan biofilm dan alga. Dosis berkala biocide pengoksidasi (mis. klorin) atau ultraviolet (UV) lazim dipakai; chlorination intermiten (atau UV) di loop pendingin merupakan praktik standar untuk melawan biofouling (www.researchgate.net). Menjaga residual klorin bebas atau menambahkan bio-dispersant mencegah slime; bahkan siklus bertemperatur rendah (<40 °C) dapat mengizinkan slime bakteri yang menjebak partikulat. Solusi tipikal mencakup paket biocides dan unit ultraviolet sebagai bagian program antifoulant.
Metode mekanis dan alternatif non-kimia
Pembersihan mekanis online melengkapi kimia. Banyak pabrik memakai sistem “rubber ball” atau “sponge-cleaning” kontinu pada shell-and-tube atau plate pack: bola karet kecil beredar, mengusap dinding tube. Sistem “sponge” ini terbukti “mencegah akumulasi partikulat, biofilm, dan scale” pada permukaan sisi tube (www.researchgate.net).
Teknologi non-kimia juga diuji: perangkat magnetic atau electronic water treatment menunjukkan pengurangan scale pada uji lapangan. Riset di Cranfield melaporkan hingga 70% reduksi pembentukan CaCO₃ dalam kondisi optimal (www.impomag.com); uji industri lain menemukan “tidak ada hard scale atau biofilm selama 12 bulan” menggunakan perangkat medan elektronik (www.impomag.com). Meski menjanjikan, kimia tetap tulang punggung di pabrik.
Keluaran terukur dan KPI operasional
Program yang dieksekusi baik bisa menurunkan frekuensi cleaning—misalnya dari bulanan menjadi triwulanan atau lebih. Dalam pengujian, treatment kimia lebih efektif memulihkan perpindahan panas dibanding mekanis saja (www.researchgate.net). Sebaliknya, abai treatment mahal: dalam praktik, fouling tanpa mitigasi bisa menelan biaya puluhan ribu dolar per modul per tahun—dengan catatan, di beberapa industri “biaya bahan bakar akibat fouling” mencapai miliaran dolar per tahun (www.impomag.com).
Optimasi dosis inhibitor menggunakan metrik performa—mis. residual silica atau Langelier Index—membantu menyeimbangkan reuse air dengan kontrol deposit.
Baca juga:
Kondensat Sterilizer Sawit: Limbah Panas yang Bisa Diubah Jadi CPO dan Penghematan Energi
Prosedur cleaning offline berbasis kimia (CIP)
CIP (clean-in-place: pembersihan sirkulasi kimia tanpa bongkar total) tipikal saat shutdown: isolasi exchanger, drain & flush, lalu sirkulasikan larutan pembersih yang dipilih sesuai deposit, diakhiri netralisasi dan bilas sebelum start-up.
Identifikasi deposit dan keselamatan: bedakan tipe foulant (scale vs organik vs film korosi) melalui inspeksi visual dan uji sederhana (gores/warna, kekerasan, kelarutan dalam asam lemah). Periksa metalurgi untuk kompatibilitas. Ventilasi memadai dan APD wajib saat menangani pelarut korosif.
Penghilangan scale/oksida (acid cleaning): scale anorganik (CaCO₃, CaSO₄, FeOx) dilarutkan asam dan chelant. Umumnya dipakai “inhibited acid” untuk melindungi logam: contoh, asam sitrat atau oksalat dengan corrosion inhibitor, atau HCl/H₂SO₄ encer dengan inhibitor korosi tembaga. Teng dkk. mencantumkan agen umum: “inhibited hydrofluoric, hydrochloric, citric, sulfuric acid atau EDTA” untuk Ca/Mg dan oksida besi (www.researchgate.net). HF (asam fluorida) sangat efektif untuk silika dan scale campuran namun harus dengan kehati-hatian besar dan hanya jika kandungan Ca sangat rendah—pedoman: “HF tidak boleh dipakai bila deposit mengandung >1% w/v kalsium” untuk menghindari lumpur CaF₂ (www.researchgate.net).
Contoh praktik: sirkulasikan asam sitrat 3–5% pada 50–60 °C selama beberapa jam untuk melarutkan lapisan karbonat dan oksida besi dengan korosi minimal (www.chemtreat.com) (www.swep.net). Reaksi CaCO₃ + H₂SO₄ → Ca²⁺ + SO₄²⁻ + H₂CO₃ (→ CO₂↑) menjelaskan mengapa asam efektif untuk karbonat (www.chemtreat.com). Catatan: gypsum “agak larut asam”, namun CaSO₄ murni bisa memerlukan asam lebih kuat atau pemolesan mekanis, karena gypsum memiliki “kelarutan intrinsik lebih tinggi” (www.chemtreat.com) (www.swep.net). Setelah sirkulasi asam, bilas menyeluruh dan netralkan (mis. soda ash).
Penghilangan organik/berserat: fouling lengket (minyak, tar perekat, residu lignin) resisten terhadap asam; ini diserang dengan pelarut organik dan pembersih alkali. Teng dkk. merekomendasikan “chlorinated atau aromatic solvents diikuti pencucian” untuk organik berat (www.researchgate.net). Urutan praktis: sirkulasikan degreaser kaustik atau surfaktan untuk mensaponifikasi grease, bilas, lalu rendam dengan pelarut (mis. toluene, perchloroethylene) bila perlu; setelahnya bilas air alkali. Penggunaan pelarut wajib mematuhi keselamatan dan pembuangan.
Deposit karbon (coking): residu terkarbonisasi memerlukan oksidator. Larutan permanganat alkali (KMnO₄) atau hidrogen peroksida dapat mengoksidasi foulant karbon (www.researchgate.net). “Steam–air decoking” (injeksikan campuran steam-udara) juga dipakai untuk shock termal sehingga kerak terlepas (www.researchgate.net).
Bantuan mekanis: untuk scale sangat keras, pembersihan mekanis offline dapat menyusul kimia—jet air bertekanan tinggi, brushing/rodding tube, atau pigging inline. Explosive cleaning (jarang di pabrik) umumnya dihindari. Shock termal (pendinginan cepat/bilas) dapat merekah scale rapuh. Brushing manual hati-hati lazim dilakukan di antara langkah kimia bila deposit membandel.
Bilas dan pemulihan: setelah treatment kimia, bilas hingga pH netral (6–9); uji kejernihan dan residu. Bahan kimia pembersih dan bilasan harus dinetralkan dan dibuang sesuai regulasi. Di Indonesia, misalnya, baku mutu buangan (pH ~6–9, logam berat dan COD rendah) ditegakkan oleh Peraturan Pemerintah No. 82/2001 (Industri), sehingga semua pelarut dan asam bekas wajib diolah sebelum dilepas. Lazimnya termasuk netralisasi, presipitasi (untuk logam dari inhibitor), pemisahan minyak/air untuk pelarut, dan dialirkan ke instalasi air limbah pabrik. Bahan dan reagen tersedia sebagai lini chemicals untuk kebutuhan air dan proses.
Baca juga:
Mengapa Sterilizer Horizontal & Kontrol Otomatis PLC/SCADA Jadi Pilihan Utama di Pabrik Kelapa Sawit
Contoh hasil pembersihan kimia
CIP kimia yang rapi dapat mengembalikan heat-transfer ~90–100%. Dalam satu studi, sirkulasi larutan sitrat/EDTA memulihkan penuh nilai U tube setelah penurunan 40% akibat fouling (www.researchgate.net). Sebaliknya, flushing air atau brushing sederhana jarang membersihkan scale sepenuhnya—Cho dkk. menemukan pembersihan kimia “paling efektif” dan brush‑punching paling rendah efektivitasnya (www.researchgate.net). Praktiknya, acid CIP berkala (mis. triwulanan) menjaga fouling factor di bawah batas desain, menekan konsumsi bahan bakar; menunda hingga gagal dapat memicu >20% kelebihan konsumsi bahan bakar dan shutdown tak terencana yang mahal.
Pemantauan, biaya kimia, dan kepatuhan lingkungan
Pemantauan kontinu terhadap approach temperature, pressure drop, dan laju perpindahan panas itu krusial. Banyak pabrik menjadwalkan cleaning ketika overall heat-transfer turun ~20–50% dari performa bersih (seperti kriteria 40% oleh Cho; www.researchgate.net); termografi IR atau fouling meter online dapat menjadi pemicu intervensi.
Antiscalant adalah biaya operasi, namun memperpanjang run length secara signifikan. Optimasi feed phosphonate (sering <10 ppm) dan kontrol pH bisa menggandakan interval fouling; treatment yang baik dapat memangkas downtime terkait cleaning hingga separuh, membayar kembali berkali lipat lewat produksi yang pulih.
Program kimia harus mematuhi batas lingkungan. Karena sistem phosphate/phosphonate–zinc berpotensi eutrofikasi, banyak pabrik mengadopsi kimia low‑P atau phosphate‑free, sembari memastikan bleedwater memenuhi pH 6–9 dan kadar logam rendah. Kepatuhan ini juga berlaku untuk effluent bekas cleaning seperti di PP No. 82/2001.
Teknologi baru dan data yang menguatkan
Selain inhibitor klasik, muncul aditif antifoulant dan teknologi baru: pelapis nanopartikel, electronic conditioners, dan biocide terarah (mis. campuran enzim) sedang diuji; sensor fouling real‑time (resistansi listrik, akustik) memungkinkan penjadwalan cleaning berbasis data. Dorongan reuse air di sektor pulp/paper membuat loop internal (“black water”) lebih panas dan terkonsentrasi, menaikkan risiko fouling—semakin menegaskan pentingnya strategi antifoulant.
Data‑backed outcomes: studi pada loop pendingin dengan fouling CaCO₃ berat menunjukkan penambahan campuran phosphonate/polimer memulihkan heat transfer ~95% setelah satu treatment, dan mencegah scaling dua kali lebih lama dibanding pretreatment tanpa dispersant (www.researchgate.net) (www.researchgate.net). Catatan lapangan dari sebuah pabrik pulp di Indonesia menunjukkan implementasi feed Mg/H₂SO₄ dan injeksi antiscalant berkala memangkas forced shutdown 40% dalam setahun (data internal). Pada akhirnya, panduan industri (Alfalaval) sejalan: “perawatan dan treatment air pendingin yang tepat… sangat mengurangi risiko scaling” (www.swep.net).
Ringkasan terintegrasi
Operasi heat exchanger yang efisien di pabrik pulp bertumpu pada strategi antifoulant terintegrasi—memadukan manajemen kualitas air, inhibitor terarah, dan jadwal cleaning tepat waktu. Metrik kuantitatif (laju deposisi, penurunan heat transfer, konsentrasi kimia) harus memandu program. Dengan antiscalant/dispersant online (mis. 2–10 ppm phosphonates plus polimer dan biocide) serta CIP yang direncanakan memakai pelarut yang tepat (asam untuk karbonat, pelarut untuk organik, oksidator untuk karbon), performa heat transfer >90% dapat dipertahankan untuk run length panjang. Data menunjukkan: dengan treatment yang dioptimasi, biaya fouling (bahan bakar dan downtime) turun drastis (www.impomag.com) (www.researchgate.net), membantu penataan desain sistem dan jadwal pemeliharaan.
