Kerak Kerak
-
Upload
febrian-adhitya-rachman -
Category
Documents
-
view
14 -
download
2
description
Transcript of Kerak Kerak
Kerak dan Jenis-Jenisnya
Istilah scale dipergunakan secara luas untuk deposit keras yang terbentuk pada
peralatan yang kontak atau berada dalam air. Dalam operasi produksi minyak bumi
sering ditemui mineral scale seperti CaSO4, FeCO3, CaCO3, dan MgSO4. Senyawa-
senyawa ini dapat larut dalam air. Scale CaCO3 paling sering ditemui pada operasi
produksi minyak bumi. Akibat dari pembentukan scale pada operasi produksi minyak
bumi adalah berkurangnya produktivitas sumur akibat tersumbatnya penorasi, pompa,
valve, dan fitting serta aliran. Penyebab terbentuknya deposit scale adalah
terdapatnya senyawasenyawa tersebut dalam air dengan jumlah yang melebihi
kelarutannya pada keadaan kesetimbangan. Faktor utama yang berpengaruh besar
pada kelarutan senyawa-senyawa pembentuk scale ini adalah kondisi fisik (tekanan,
temperatur, konsentrasi ion-ion lain dan gas terlarut).
1. Petunjuk dan Identifikasi Masalah Scale dan Kemungkinan Penyebabnya di
lapangan Operasi Di lapangan operasi masalah scale dan kemungkinan
penyebabnya dapat dilihat dari:
1. Untuk warna terang atau putih
a. Bentuk fisik : Keras, padat, dan gambar halus
Penambahan HCL 15%: Tidak Larut
Komposisi : BaSO4, SrSO4, CaSO4dalam air yang terkontaminasi
b. Bentuk fisik : Panjang, padat kristalnya seperti mutiara
Penambahan HCL 15% : Larut tanpa ada gelembung gas, larutan menunjukkan
adanya SO4 dengan BaCl2
Komposisi: Gipsum, CaSO4 ,2H20 dalam air terkontaminasi dari dalam air super
saturation.
c. Bentuk fisik : Padat, halus, kristal berbentuk penambahan HCL 15%. Mudah larut
dan ada gelembung gas.
Komposisi : CaCO3, campuran CaCO3dan MgCO3jika dilarutkan perlahanlahan.
2. Untuk warna gelap dari coklat sampai dengan hitam
a. Bentuk fisik : Padat dan coklat
Penambahan HCL 15%: Residu berwarna putih, pada pemanasan berwarna coklat
Komposisi : Sama dengan 1a dan 1b untuk residu warna putih, yang berwarna coklat
adalah besi oksida yang merupakan produk korosi atau pengendapan yang disebabkan
oleh oksigen
b. Bentuk fisik :Padat berwarna putih
Penambahan HCL 15%:Logam hitam larut perlahan-lahan dengan perubahan pada
H2S, putih, residu yang tidak larut
Komposisi :Sama dengan 1a. dan 1b. diatas untuk residunya warna hitam adalah besi
sulfida yang merupakan produk korosi.
2. Reaksi-Reaksi Yang Menyebabkan Scale
Reaksi-reaksi terbentuknya padatan deposit antara lain:
a. BaCl2+ Na2SO4 BaSO4+ 2 NaCI
Barium sulfat terdapat dalam air terkontaminasi
b. CaCl2+ Na2SO4 CaSO4 + 2NaCI
Gipsum terdapat dalam air terkontarninasi atau supersaturation.
c. Ca(HCO3)2 CaCO3+ CO2+ H2O
Kalsium karbonat terdapat dalam supersaturation karena penurunan tekanan,
panas dan agitasi.
3. Pencegahan Scale dengan Scale Inhibitor
Scale inllibitor adalah bahan kimia yang menghentikan atau mencegah terbentuknya
scale bila ditambahkan pada konsentrasi yang kecil pada air. Penggunaan bahwa
kimia ini sangat menarik, karena dengan dosis yang sangat rendah dapat mencukupi
untuk mencegah scale dalam periode waktu yang lama.
Mekanisme kerja scale inhibitor ada dua, yaitu:
1. Scale inhibitor dapat teradsorpsi pada permukaan kristal scale pada saat mulai
terbentuk. Inhibitor merupakan kristal yang besar yang dapat menutupi kristal
yang kecil dan menghalangi pertumbuhan selanjutnya.
2. Dalam banyak hal bahan kimia dapat dengan mudah mencegah menempelnya
suatu partikel-partikel pada permukaan padatan.
Tipe Scale Inhibitor
Kelompok scale inhibitor antara lain: inorganik poliphospat, Inhibitor organik,
Phosponat, ester phospat, dan polimer. Inorganik poliphospat adalah padatan
inorganik non-kristalin. Senyawa ini jarang digunakan dalam operasi perminyakan.
Kerugiannya adalah merupakan padatan dan bahan kimia ini mudah terdegradasi
dengan cepat pada pH rendah atau pada temperatur-tinggi. Inhibitor organik biasanya
dikemas sebagai cairan konsentrat dan tidak dapat dipisahkan sebagai bahan kimia
stabil. Ester phospat merupakan scale inhibitor yang sangat efektif tetapi pada
temperatur diatas 175°C dapat menyebabkan proses hidrolisa dalam waktu singkat.
Phosponat merupakan scale inhibitor yang baik untuk penggunaan pada temperatur
diatas 350 oF. Sedangkan polimer seperti akrilat dapat digunakan pada temperatur
diatas 350°C.
Pemilihan Scale Inhibitor
Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pemilihan jenis inhibitor untuk
mendapatkaIl efektifitas kerja inhibitor yang baik adalah sebagai berikut:
Jenis scale, dengan diketahuinya komposisi scale, dapat dilakukan pemilihan
scale inhibitor yang tepat.
Kekerasan scale.
Temperatur, secara umum, inhibitor berkurang keefektifannya apabila
temperatur meningkat.
Setiap inhibitor mempunyai batas maksimum temperatur operasi agar dapat
berfungsi dengan baik.
pH, kebanyakan scale inhibitor konvensional tidak efektif pada pH rendah.
Kesesuaian bahan kimia, scale inhibitor yang digunakan harus sesuai dengan
bahan kimia lain yang juga digunakan untuk kepentingan operasi seperti
corrosion inhibitor. Beberapa scale inhibitor ada yang bereaksi dengan
kalsium, magnesium atau barium membentuk scale pada konsentrasi yang
tinggi.
Padatan terlarut, semakin banyak padatan terlarut maka semakin tinggi
konsentrasi inhibitor yang digunakan.
Kesesuaian dengan kondisi air, kandungan ion-ion kalsium, barium, dan
magnesium yang ada dalam air akan menyebabkan terjadinya reaksi dengan
beberapa jenis inhibitor sehingga menimbulkan masalah baru yaitu
terbentuknya endapan. Sehingga jenis inhibitor harus dipilih sesesuai
mungkin.
lklim, setiap inhibitor mempunyai titik lebur tertentu dan cara menginjeksikan
ke dalam sistem, sehingga untuk menghindari terjadinya pembekuan ataupun
perubahan komposisi dari inhibitor.
Beberapa Jenis Scale Inhibitor
1. Hidrokarbon
Hidrokarbon diperlukan sebagai pelarut hidrokarbon digunakan untuk menghilangkan
minyak, parafin, atau asphaltic materials yang menutupi scale yang terbentuk, karena
apabila digunaka asam sebagai penghilang scale maka asam ini tidak akan bereaksi
dengan scale yang tertutupi oleh minyak (oil coated scale), oleh sebab itu minyak
harus dihilangkan terlebih dahulu dari scale dengan menggunakan hidrokarbon.
2. Asam klorida
Asam klorida adalah bahan yang banya digunakan untuk membersihkan scale yang
telah terbentuk. Bahan ini dapat digunakan pada berbagai kondisi. Asam klorida
digunakan dengan konsentrasi 5%, 10%, atau 15% HCl. Reaksi yang terjadi:
CaCO3+ 2 HCI H2O + CO2+ CaCl2
Corrotion inhibitor harus ditambahkan dalam Hcl untuk menghindari efek keasaman
pada pipa yang dapat menyebabkan korosi.
3. Inorganic Converters
Inorganic converters biasanya merupakan suatu karbonat atau hidroksida yang akan
bereaksi dengan kalsium sulfat dan membentuk acid soluble calcium carbonate.
Kemudian diikuti dengan penambahan asam klorida untuk melarutkan karbonat atau
kalsium hidroksida yang terbentuk.
CaSO4+ (NH4)2CO3 (NH4)2SO4+ CaCO3
CaCO3+ 2 HCl H2O + CO2+ CaCl2
CO2yang terbentuk dari reaksi dengan asam ini akan membantu mengeluarkan secara
mekanis scale yang mungkin tersisa. Inorganic converters sebaiknya tidak digunakan
pada scale yang keras.
4. Organic Converters
Organic converters seperti natrium sitrat, potassium asetat sering digunakan. Reaktan
ini akan bereaksi dengan scale kalsium sulfat, sehingga scale akan menjadi lebih
lunak dan mudah dibersihkan dengan melewatkan air.
5. Natrium Hidroksida
Larutan 10% natrium hidroksida dapat melarutkan hingga 12,5% berat dari scale
kalsium karbonat.
4. Jenis-Jenis Kerak
Secara umum kerak pada boiler dibagi atas empat yaitu: kerak silika, kerak
karbonat, kerak sulfat dan kerak besi
a. Kerak silika
Gambar 1. Kerak Silika
Kerak silika yang terjadi pada boiler industri ialah :
1. Analcite (Sodium Alumino Silicate – Na2O.Al2O3.4SiO2.2H2O) terbentuk
sebagai hasil terikutnya aluminium pada boiler melalui air umpan. Biasanya
aluminium yang terikut adalah : aluminium yang dipergunakan pada
pratreatment yang pelaksanaannya kurang pengwasan. Aluminium yang
terikut dalam jumlah sedikit kali akan dapat menyebabkan kerak yang besar.
Oleh sebab itu pada pengendalian air umpan perlu pengawasan yang ketat
terhadap aluminium dan silika.
2. Acmite (Sodium Ferrous Silika – Na2Fe2O3 4SiO2) dan kerak Fe – Si yang
dapat dibentuk dari hasil korosi, ini banyak terjadi pada boiler bagian – bagian
persambungan dan tempat yang mudah terjadi korosi.
Kerak komposit sering mengandung silika yang berasal dari tanah liat yang
tersuspensi dalam air. Tanah liat berisi silika dan aluminium hampir sama dengan
analcite, dan merupakan pertimbangan dalam interprestasi hasil analisis tentang
penyebab komposit tersebut. Kerak laminar kerak yang dipecahkan menunjukkan
lapisan – lapisan kerak yang tipis. Pembentukan lapisan kerak merupakan indikasi
pembentukan berbagai kerak dengan berbagai kondisi boiler. (Naibaho, P.M.,
1996).
Penyingkiran Silika
Silika tidak dapat disingkirkan dengan pertukaran kation – hidrogen atau
pertukaran natrium zeolit, dan biasanya hanya tersingkir sebagian di dalam proses
gamping – soda, dingin maupun panas. Silika merupakan ketidakmurnian yang
sangat tidak dikehendaki, karena dapat menyebabkan pembentukan kerak yang
melekat sangat kuat. Silika dapat disingkirkan dari air ketel dengan menggunakan
gamping dolomit atau magnesia aktif di dalam pelunak. Jika menggunakan
koagulasi dan pengendapan sebelumnya, sebagian silika dapat disingkirkan
dengan koagulat feri. Zat ini sangat cocok bila konsentrasi silika tinggi di dalam
air penambah. Metode ini tidak dapat membuang seluruh silika yang larut, tetapi
dapat menurunkan konsentrasinya sampai cukup rendah sehingga pembuangan
cuci (blowdown) ketel dapat mencegah pembentukan kerak di dalam ketel bila
dilakukan dengan baik. Cara yang paling umum digunakan untuk menghasilkan
air yang hanya mengandung sedikit silika ialah demineralisasi. (Austin, G.T.,
1996).
b. Kerak Karbonat
Gambar 2. Kerak Karbonat
Kerak adalah tumpukan keras dari bahan anorganik terutama pada permukaan
perpindahan panas yang disebabkan oleh pengendapan partikel mineral dalam
air. Seperti air menguap dalam menara pendingin, uap yang murni hilang dan
konsentrasi padatan terlarut dalam air yang tersisa. Jika konsentrasi siklus ini
dibiarkan berlanjut, berbagai kelarutan padat akhirnya akan terlampaui.
Padatan kemudian akan menetap di dalam pipa atau pada permukaan
pertukaran panas, di mana ia sering membeku menjadi kerak ( Bhatia, 2003 ).
Masalah yang cukup serius yang dijumpai pada sebagian besar proses
industri, yaitu terjadinya pengendapan garam pada dinding-dinding peralatan
proses aliran fluida, terutama pada permukaan transfer panas dan permukaan
alat-alat evaporasi. Pengendapan ini tidak diharapkan karena penumpukannya
menyebabkan timbulnya kerak yang dapat mengganggu transfer panas
sehingga mengurangi efisiensi dan menghambat pengaliran pada proses aliran
fluida. Di samping itu, kerak yang menumpuk pada pipa-pipa saluran, lubang-
lubang dan beberapa bagian aliran pada proses aliran fluida dapat
menyebabkan gangguan yang serius pada pengoperasian, karena penumpukan
kerak ini dapat mengakibatkan terjadinya korosi dan kerusakan pada peralatan
proses produksi. Dalam penelitiannya Suharso dan kawan-kawan melakukan
penelitian pertumbuhan kerak dengan mencampurkan larutan 0,1 M CaCl2 dan
larutan 0,1 M Na2CO3 masing-masing dalam 250 mL akuabides pada suhu 80 °C
( Suharso dkk.,2009 ).
Pembentukan deposit kerak (scale) CaCO3 oleh air sadah (air dengan kandungan
ion Ca yang tinggi) pada sistem perpipaan di industri maupun rumah tangga
menimbulkan banyak permasalahan teknis dan ekonomis. Saksono dan kawan-
kawan telah melakukan penelitian dengan melarutkan padatan CaCl2 dan
Na2CO3 di dalam air demin untuk menghasilkan larutan Na2CO3 dengan
konsentrasi 0,005 M, 0,010 M, 0,015 M, dan 0,020 M. Demikian juga untuk
larutan CaCl2 (Saksono dkk., 2007 ).
Di dalam proses industri pengerakan merupakan permasalahan yang masih
sangat memprihatinkan terutama pada sistem pendingin dan industri minyak
bumi. Ini adalah alasan mengapa banyak penelitian masih dikembangkan untuk
memahami fenomena kerak. Untuk tujuan ini beberapa metode telah
dikembangkan untuk mempercepat terbentuknya kerak ( Euvrard dkk., 2004 ).
Penghambatan pertumbuhan kristal tampaknya menjadi metode yang paling
efisienmengendalikan kerak CaCO3, CaF2, CaSO4, 2H2O dan BaSO4.
Efektivitas inhibitor kerak tergantung pada kemampuan sebuah aditif untuk
mengganggu langkah-langkah pembentukan kerak, yaitu baik dengan langkah
nukleasi atau dengan pertumbuhan kristal ( Tzotzi dkk., 2007 ).
Asam malat dengan gugus karboksilat ganda juga menunjukkan pengaruh
yang signifikan terhadap morfologi kristal. Asam malat mempengaruhi
morfologi kristal bahkan pada konsentrasi sangat rendah. Konsentrasi asam
malat dan pH awal larutan penting bagi morfologi akhir dari CaCO3.
c. Kerak Besi (Korosi)
Gambar 3. Kerak Besi
Peristiwa Korosi
Korosi dapat disebabkan oleh oksigen dan karbon dioksida yang terdapat
dalam uap yang terkondensasi. Korosi merupakan peristiwa logam kembali
kebentuk asalnya di alam misalnya besi menjadi oksida besi, alumunium dan
lain-lain. Peristiwa korosi dapat terjadi disebabkan oleh :
- Gas-gas yang bersifat korosif seperti O2, CO2, H2S
- Kerak dan deposit
- Perbedaan logam ( korosi galvanis )
- pH yang terlalu rendah dan lain-lain
Jenis korosi yang dijumpai pada boiler dan sistem uap adalah general
corrosion, pitting ( terbentuknya lubang ) dan embrittlement ( peretakan
baja). Adanya gas yang terlarut, oksigen dan karbon dioksida pada air umpan
boiler adalah penyebab utama general corrosiondan pitting corrosion ( tipe
oksigen elektro kimia dan diffrensial ). Kelarutan gas-gas ini di dalam air
umpan boiler menurun jika suhu naik. Kebanyakan oksigen akan memisah
pada ruang uap, tetapi sejumlah kecil residu akan tertinggal dalam larutan atau
terperangkap pada kantong-kantong atau dibawah deposit, hal ini dapat
menyebabkan korosi pada logam-logam boiler. Karena itu penting untuk
melakukan proses deoksigenasi air boiler.Jumlah rata-rata korosi atau
serangan elektrokimia akan naik jika nilai pH air menurun. Selain itu air
umpan boiler akan dikondisikan secara kimia mencapai nilai pH yang relatif
tinggi. Bentuk korosi yang tidak umum tetapi berbahaya adalah bentuk korosi
embrittlement atau keretakan inter kristalin pada baja yang terjadi jika berada
pada tekanan yang tinggi dan lingkungan kimia yang tidak sesuai. Caustic
embrittlement atau keratakan inter kristalin pada baja yang terjadi jika berada
pada tekanan yang tinggi dan lingkungan kimia yang tidak sesuai. Caustic
embrittlementterjadi pada sambungan penyumbat dan meluas pada ujung
tabung dimana celah memungkinkan perkembangan suatu lingkungan caustic
yang terkonsentrasi.( Diilon,C.P. 1989)
Hidrogen embrittlement adalah bentuk lain dari retakan interkristalin yang
terjadi pada tabung air boiler yang disebabkan tekanan tinggi dan kondisi
temperatur yang tertentu.Untuk mengurangi terjadinya peristiwa korosi dapat
dilakukan pencegahan sebagai berikut :
- Mengurangi gas-gas yang bersifat korosif
- Mencegah terbentuknya kerak dan deposit dalam boiler
- Mencegah korosi galvanis
- Menggunakan zat yang dapat menghambat peristiwa korosif
- Mengatur pH dan alkalinitas air boiler dan lain-lain
d. Kerak Sulfat
Gambar 4. Kerak Sulfat
Pengoperasian evaporator pada temperatur tinggi akan dapat menyebabkan
terbentuknya kerak sehingga konduktivitas termal permukaan perpindahan
panasnya berkurang. Teknik utama yang diterapkan saat ini dalam pabrik
desalinasi air laut secara termal adalah penambahan antiscalantuntuk
mengontrol kerak alkalin, seperti kalsium karbonat (Amjad, 1996).
Endapannya cukup lembut dan akan dapat segera dipisahkan dari permukaan
heat exchanger melalui pencucian langsung dengan asam (Butt dkk., 1985)
atau pembersihan dengan bola sepon (Al-Bakeri, 1993). Untuk mencegah
kerak non-alkalin seperti kalsium sulfat (CaSO4), temperatur maksimum air
asin dipertahankan dibawah 120°C. Dari sudut pandang ekonomi, evaporator
yang beroperasi pada temperatur yang lebih tinggi pada dasarnya
meningkatkan kinerja, sedangkan kerak dapat dicegah (Conti and Pascali,
1985).
Temperatur maksimum air asin dalam pabrik MSF konvensional terbatas
karena kerak CaSO4, yang tidak dapat dikendalikan secara efektif oleh
antiscalantdan tidak dapat dipisahkan secara kimia. Oleh sebab itu, pemisahan
unsur-unsur pembentuk kerak merupakan cara yang paling efektif untuk
mencegah pengotoran CaSO4. Secara umum, tiga tipe teknik dapat digunakan
untuk memisahkan Ca2+atau SO42−: endapan kalsium karbonat (Khan,
1986), nanofiltrasi (NF) (Hassan dkk., 1998), dan ion exchange (IX) (Barba
dkk., 1982; Boari, 1974). Ca2+ dan HCO3− keduanya dapat dipisahkan
masingmasing melalui reaksi dengan MgCO3 dan Ca(OH)2; CaCO3yang
terbentuk disaring. Walaupun kerak alkalin dan CaSO4 dapat dihilangkan
dengan proses endapan kalsium karbonat, konsumsi bahan kimia yang besar
telah mencegah penggunaanya pada pretreatment dalam pabrik desalinasi.
Membran NF secara khusus digunakan pada kebanyakan ion bervalensi dua
dan beberapa ion bervalensi satu dalam air laut, tergantung pada tipe
membran dan kondisi operasi. NF, sebagai pretreatment air laut pada RO dan
MSF telah diteliti dalam pilot plant (Hassen, dkk., 1998).
Temperatur maksimum air asinnya akan dapat dinaikkan setingggi 160°C
tanpa menggunakan antiscalantsaat 90% ion-ion bervalensi dua dalam air laut
dipisahkan (Al-Sofi dkk., 1999). Seperti halnya RO, NF juga akan
membutuhkan penyaringan air umpan sebelum melewati membran. Tetapi,
desalinasi termal tidak begitu sensitif terhadap padatan tersuspensi; oleh sebab
itu, pretreatment NF menjadi sangat berlebihan dan mahal. Selama beberapa
dekade, IX dilaporkan dapat mengurangi konsentrasi Ca2+ atau SO42− dalam
air laut, masing-masing dengan menggunakan resin kation dan anion. Tetapi,
resin kation kuat menunjukkan selektivitas Ca2+ yang rendah, disebabkan
oleh rasio Na+/Ca2+(∼20) dan Mg2+/Ca2+(∼4.5) yang tinggi dalam air laut
(Barba dkk, 1982). Resin anion lemah yang mengandung gugus fungsional
amino primer dan sekunder dalam matriks hidrofilik berpori cenderung
menuju ion-ion bervalensi satu dan ion-ion bervalensi banyak (Boari dkk.,
1974). Proses pengantian SO42− dalam air laut dengan Cl−dari resin tersebut
disebut DESULF (Zannoni dkk., 1987). Resin yang terpakai dapat
diregenerasi dengan menggunakan air asin blowdown yang dipekatkan,
sehingga menghemat biaya bahan kimia regenerantnya. Dengan menggunakan
IX, pretreatment MSF dan RO (Zannoni dkk., 1987) secara memuaskan telah
dipakai dalam pabrik desalinasi. Evaporatornya beroperasi pada 150°C tanpa
membentuk CaSO4(De Maio dkk., 1983). Untuk mencapai selektivitas
SO42−yang tinggi selama IX, sejumlah besar asam diperlukan untuk
mengendalikan pH air laut dalam range 3−4 (De Maio dkk., 1979).