Mencegah Kerak Silika di Boiler Pabrik Sawit: Kunci Ada di Demineralisasi dan Fosfat

Silika ada di mana-mana dalam air baku—air permukaan/sumur tipikal mengandung 1–100 mg/L SiO₂ (www.freedrinkingwater.com). Di dalam boiler, penguapan menaikkan konsentrasi; sebagian silika ikut menguap (volatilize) bersama uap dan membentuk deposit “glassy” yang bandel di drum uap dan turbin—menginsulasi permukaan panas dan menurunkan efisiensi (www.researchgate.net) (www.saka.co.id). Clark (2014) melaporkan kerak silika dapat memangkas efisiensi perpindahan panas ~28% (www.saka.co.id).

Batas silika dan risiko operasional

Kode boiler seperti ASME dan SNI menetapkan limit ketat: silika di uap harus ≤0,02 mg/L (20 ppb) (www.saka.co.id) (id.scribd.com). Secara praktis, ini membuat silika di air boiler (dinormalisasi terhadap tekanan drum) perlu dijaga ≲0,3–0,4 mg/L (www.researchgate.net) (id.scribd.com).

Standar Indonesia SNI 7268:2009 bahkan mengizinkan silika di feedwater hingga 50 mg/L pada tekanan rendah (turun menjadi 5 mg/L pada tekanan sangat tinggi), tetapi mewajibkan silika di boiler (steam drum) ≤0,02 mg/L (id.scribd.com) (id.scribd.com). Pada studi 39 boiler kelapa sawit, beberapa pabrik dengan sumber air sungai/sumur (silika tinggi) melampaui limit silika ASME sehingga berisiko deposit (www.researchgate.net).

Demineralisasi makeup water

Solusi utamanya: makeup water harus sangat terdemineralisasi (demineralization/DM: penghilangan mineral lewat ion exchange atau reverse osmosis). Praktiknya, sebagian besar boiler mengandalkan feed yang disoftening atau dide-min (www.watertechnologies.com).

Untuk silika, strong-base anion exchange wajib karena silika terlarut bersifat lemah ioniknya sehingga perlu resin bermuatan kuat agar tertangkap (www.lenntech.com). Silika biasanya menjadi impuritas pertama yang breakthrough saat resin jenuh; bahkan dilaporkan bed DM yang kelelahan bisa melepas “slug” silika ~4× lebih tinggi dari air baku (www.lenntech.com).

Karena itu, pemantauan kontinu krusial—pada instalasi bertekanan tinggi lazim dipasang online silica analyzer yang bisa menangkap lonjakan yang tidak terlihat oleh parameter konduktivitas saja (www.lenntech.com) (www.saka.co.id).

Teknologi pengolahan eksternal

DM yang terjaga bisa memangkas silika feed ke level “negligible”. Pada desain DM untuk boiler bertekanan tinggi, target efleuen silika kerap <0,02 mg/L (www.researchgate.net). Contoh kasus: saat kesalahan regenerasi resin mendorong silika >0,02 mg/L, pemasangan unit polishing ultrafiltrasi menurunkannya kembali; hasilnya, konduktivitas dan konsumsi bahan bakar turun, sementara generasi uap meningkat (www.researchgate.net). Untuk aplikasi pretreatment/polishing seperti ini, unit ultrafiltration lazim digunakan.

Opsi resin khusus pun menjanjikan: pabrik pupuk yang beralih ke anion resin kapasitas tinggi (Purolite PFA870) memperpanjang waktu deplesi silika ~290% (www.purolite.com). Pada proyek serupa, pemilihan dan penggantian ion exchange resin yang tepat menjadi krusial.

Untuk feed yang menuntut pelarutan zat terlarut lebih dalam, reverse osmosis (RO) pada air payau membantu menahan silika dan TDS; sistem brackish-water RO umum dipakai pada TDS menengah. Sistem berbasis membran yang terintegrasi dapat dirancang modular; portofolio membrane systems menggabungkan RO/NF/UF sesuai kebutuhan.

Pada banyak pabrik, rangkaian softener di hulu efektif menurunkan hardness (Ca/Mg) sebelum tahap demin, sementara unit demineralizer—kombinasi kation/anion exchanger—menurunkan silika dan ion anorganik lain secara agresif. Untuk target super-rendah, bed campuran mixed-bed dapat memoles hingga <20 ppb silika dan TDS amat rendah (sesuai deskripsi produk). Sistem ion exchange lengkap tersedia sebagai Ion-Exchange skid.

Program internal berbasis fosfat

Bahkan dengan pretreatment yang bagus, selalu ada hardness sisa (Ca/Mg) yang terbawa dari makeup atau kondensat. Kontrolnya dilakukan internal lewat program kimia berbasis fosfat (phosphate program). Fosfat memicu kalsium mengendap sebagai kalsium fosfat/hidroksiapatit (hydroxyapatite) di bulk boiler water; pada pH tinggi (~11–12), partikel ini bermuatan permukaan netral dan tetap sebagai sludge tersuspensi yang bisa dikeluarkan lewat blowdown (www.watertechnologies.com).

Magnesium cenderung membentuk magnesium silikat (sludge “lunak”) bila silika tersedia, atau Mg(OH)₂ bila silika minim (www.watertechnologies.com). Namun bila pH terlalu rendah, Mg mengendap sebagai magnesium fosfat yang keras dan melekat—itulah sebabnya alkalinitas tinggi esensial dalam program fosfat untuk menghindari build-up Mg-fosfat (www.watertechnologies.com). Polimer atau fosfonat lazim ditambahkan agar sludge tetap terdispersi.

Penyiapan dosis yang tepat terbantu oleh dosing pump akurat. Pada sisi bahan kimia, kontrol alkalinitas dan pencegah scale tersedia sebagai paket alkalinity control dan scale control di lini chemicals for boilers.

Spesifikasi operasi dan target numerik

Contoh operasi: sebuah boiler “Yoshimin” di pabrik gula pada 21 bar dikendalikan dengan hardness feed ≲3 ppm sebagai CaCO₃ dan silika ≲3 ppm; air boiler dijaga pH ~10,5–11 dengan fosfat residual ~4–10 ppm dan alkalinitas ~350–800 ppm. Program ini—plus blowdown rutin—“berdampak baik pada kondisi pipa drum boiler” (iptek.its.ac.id).

Secara empiris dan pemodelan, mengontrol hardness dan silika feed menurunkan dissolved solids di boiler, sehingga cycles of concentration (rasio konsentrasi padatan di air boiler terhadap feed) lebih terkendali (www.researchgate.net). Hydroxyapatite juga jauh kurang menginsulasi dibanding CaCO₃ (www.bondwater.com).

Pada boiler yang dibatasi ~15 siklus, liquor fosfat 200 ppm sering memadai; pada unit siklus sangat tinggi (30–40×), dosis lebih besar 500–800 ppm mungkin diperlukan (www.bondwater.com) (www.bondwater.com). Monitoring online memverifikasi residu fosfat beberapa ppm dan memantau hardness; payoff-nya nyata: ketebalan scale dan penalti bahan bakar turun. Pada contoh sebelumnya, boiler berjalan mulus 140 hari pengujian tanpa kebocoran pipa (iptek.its.ac.id).

Target praktis yang sering dipakai: feed hardness <3–5 ppm CaCO₃, feed silika <3–5 ppm, fosfat boiler ~5–15 ppm, pH boiler ~10,5–11, hardness boiler <15–20 ppm dan silika boiler <20–50 ppm (tergantung tekanan) (iptek.its.ac.id) (id.scribd.com). Standar Indonesia menetapkan silika di boiler (steam drum) ≤0,02 mg/L (id.scribd.com), sementara efleuen demin idealnya <0,02 mg/L (www.researchgate.net). Biaya blowdown “tanpa batas” atau pretreatment ekstra memang ada, tetapi jauh lebih murah dibanding outage tak terencana dan penggantian pipa.

Monitoring silika dan blowdown

Silika di feed/boiler dipantau real-time via spektrofotometri berkala atau analyzer online (www.saka.co.id) (www.lenntech.com). Kegagalan demineralisasi atau sumber air silika tinggi cepat memicu scale; saat terdeteksi, blowdown segera dan perbaikan sumber direkomendasikan (www.nautilusshipping.com) (www.researchgate.net).

Troubleshooting kimia air boiler

• Kenaikan silika di uap/drum: periksa kinerja demineralizer. Ukur silika di feed/efleuen DM; lonjakan (>0,02–0,05 mg/L) sering menandakan resin jenuh atau bypass (www.researchgate.net) (www.lenntech.com). Regenerasi/replace resin atau tambah tahap polishing. Tingkatkan frekuensi blowdown sampai silika turun (saran Nautilus Tech). Evaluasi sumber baku (mis. musiman). Karena carryover silika turun pada pH lebih tinggi, pastikan pH boiler di kisaran atas (≈10,5–11) sebelum opsi lain (www.researchgate.net).
• Hardness/alkalinitas tak terduga: jika hardness boiler naik, sumbernya sering softener exhausted atau bocor. Verifikasi siklus regenerasi softener dan bypass valve. Cek fosfat residu—bila terlalu rendah, Ca tidak terikat menjadi sludge. Sesuaikan dosing fosfat/kaustik. Blowdown keluarkan sludge; bila deposit telanjur terbentuk, diperlukan pembersihan offline asam (atau EDTA) untuk pulihkan perpindahan panas.
• Foam/carryover: busa bisa mengangkut silika/karbonat ke uap. Kontrol organik/minyak di kondensat/filtrasi. Pertimbangkan dosis kecil amina penetral (neutralizing amine) atau antifoam; setpoint TDS diturunkan (surface blowdown lebih sering) membantu karena larutan sangat alkali cenderung foamy. Opsi amina tersedia sebagai neutralizing amine.
• Konduktivitas/TDS tinggi: lonjakan menandakan akumulasi padatan; biasanya rate blowdown terlalu rendah untuk siklus operasi. Atur controller agar konduktivitas/siklus tetap on-target. Karena silika dan hardness menambah TDS, menurunkan parameter feed lewat DM atau fosfat juga membatasi kenaikan konduktivitas (www.researchgate.net).
• pH/alkalinitas terlalu rendah/tinggi: target pH air boiler ~10–11. Jika rendah, pastikan soda kaustik atau trisodium phosphate cukup; pada program fosfat, alkalinitas rendah berisiko endapan Ca-fosfat menempel (www.watertechnologies.com). Jika terlalu tinggi (risiko caustic embrittlement), kurangi alkali atau gunakan karbonat/fosfat tribasis.

Sampling harian dan spesiasi penting: kit silika spektrofotometrik atau analyzer online (www.saka.co.id), titrasi hardness, pengukuran alkalinitas/pH dan uji besi. Tren memberi petunjuk akar masalah: lonjakan mendadak di feed silika/hardness menunjuk isu pretreatment; drift lambat fosfat boiler mengindikasikan deplesi bahan kimia. Dengan membandingkan analitik feed vs drum, siklus dapat dihitung dan neraca untuk Ca, Mg, Cl⁻, dan silika ditutup.

Dampak pada pabrik kelapa sawit

Studi pada pabrik sawit mencatat: sebagian pabrik menjaga kualitas boiler, tetapi kontrol silika, hardness, dan besi masih perlu ditingkatkan (www.researchgate.net). Dengan praktik di atas, hasilnya konsisten: tidak ada hard scale di tube, efisiensi termal stabil, dan patuh limit silika paling ketat—<20 ppb di uap (www.saka.co.id) (id.scribd.com).

Catatan sumber

Angka dan batas di artikel ini didukung oleh Veolia Water Handbook – Boiler Deposits (www.watertechnologies.com) (www.watertechnologies.com), SNI 7268:2009 (id.scribd.com) (id.scribd.com), riset boiler pabrik sawit (www.researchgate.net) (iptek.its.ac.id), dan literatur teknik tentang silika dan resin (www.lenntech.com) (www.purolite.com) serta praktik operasi (www.nautilusshipping.com) dan program fosfat (www.bondwater.com).