KIMIA PLTP

Darajat. 10 Maret 2009.PT. INDONESIA POWER UBP KAMOJANG

SASARAN PROGRAM BAGI PESERTA ;Memahami akan tugas dan fungsi Pengoperasian unit khususnya mengenai aspek kimia dengan baik dan benarMemahami jenis, sifat kimia Panas bumi dengan baik dan benarMemahami SOP Penanggulangan akibat dari pengaruh kimia panas bumi terhadap operasi unit

MATERI PROGRAM ;Panas Bumi Sebagai Sumber Energi Pembangkit Listrik.Sifat-sifat Zat yg terkandung Dalam Fluida Panas Bumi.Pengaruh Zat-Zat Dalam Fluida Uap Panas Bumi Dan Pencegahannya.Standard Material.Lingkungan Hidup.

1.1. Pendahuluan.Fluida sumber panas bumi yang berpotensi untuk menggerakan turbine generator,baik langsung maupun tidak langsung,secara sekilas sangat menguntungkan, namun disisi lain kandungan fluida tersebut berisi zat-zat kimia yg bervariasi,dapat menyebabkan masalah-masalah dalam penanganannya selama operasi.Oleh karena itu kita perlu mengenal :1.Zat-Zat yg terkandung dalam fluida panas bumi.2.Apa Sifat-sifat Zat-Zat tersebut.3. Apa pengaruhnya thd peralatan & lingkungan.4.Bagaimana menanganinya. Pengetahuan Kimia ini dimaksudkan agar para operator mendapat wawasan tentang maksud dan tujuan mengoperasikan suatu peralatan PLTP dan dilain pihak adanya kerja sama dg analis kimia yg dapat membantu untuk menunjang pengoperasian yang aman dan efisien.

I.2. Sistem PLTP.1.2.1. Katagori Sumber Energi Panas Bumi. Ahli Geokimia mengkatagorikan sumber energi panas bumi dialam sebagai berikut.Fluida Air Tek.rendah.( 40 100oC).- (80-180oC).TDS < 10.000. ppm.Fluida Air Temp. Tinggi (100-200oC).TDS =10.000 35.000 ppm.Fluida Uap Temp. Tinggi. (200-300oC). TDS < 20 ppm.Fluida Air berkadar garam & Temp. Tinggi. (200-300oC). TDS 35.000 350.000 ppm. Dari keterangan di atas kita dapat melihat jenis pembangkit berdasarkan tingkat temperatur dan mengandung uap atau air serta banyaknya TDS dalam fluida.

1.2.2. Jenis Sistem PLTP. Jenis sistem PLTP yang ada di Indonesia al :Flash Steam Turbin contoh PLTP Kamojang,Darajat,Dieng.Binary Cycle contohnya PLTP Lahendong.

1.3. Zat-Zat Terkandung Dalam Fluida Panas Bumi.Zat-zat terkandung dalam fluida uap panas bumi pada umumnya terdiri dari :Uap air (H2O) : +/- 99,6 %.Gas-gas :CO2, H2S, CH4, N2, H2, O2 dll.Garam-garam : Cl, CO3, SO4, As2, S2 dll.Sedimen-sedimen : SiO2,CaO, Batu-batuan dan abu.Asam : Asam Borak (H3BO3). Untuk PLTP Kamojang Fluidanya tidak mengandung oksigen dan uapnya saturated.analisa terlampir.

2.Sifat-Sifat Zat Terkandung dalam Fluida Panas Bumi.2.1. Sifat Zat.2.1.1 Hidrogen Sulfida.Hampir semua Panas Bumi mengandung gas H2S. Gas ini termasuk gas yg dapat menyebabkan kesehatan terganggu, oleh karena itu lingkungan PLTP harus dilengkapi dengan detektor gas H2S.adapun sifat-sifat gas ini sbb.

Sifat

Warna : tidak berwarna.Bau : Seperti Telur Busuk.Specific Gravity : 1,197 pada 70oF.Batas Eksposif : 4,3 46 % dalam Vol udara.Titik Nyala : 500oF.Faktor Kelarutan : 4,0 1 dalam air pd 32oF. : 2,6 1 dalam air pd 68oF.pH : 3 dalam H2O.

Polusi batas konsentrasi (ANSI) 237-2- 1972. (dalam ppm) 0,13 : Mulai berbau.4,6 : mudah dideteksi dan bau sekali.10 : Mata pedih.50-100 : Mata merah dan sesak napas setelah 1 jam dan mematikan dalam 48 jam200-300 : Mematikan dalam 1 jam.500-700 :Pingsan dan dapat mati dalam 30-60 menit.700-1000 : Cepat pingsan dan mematikan.1000-2000: dalam beberapa menit mematikan. Larut dalam air disebut asam sulfida dan korosif terhadap metal.

2.1.2. Carbon Dioksida. (CO2).Carbon dioksida merupakan gas yg pada umumnya berasaal dari hasil pembakaran carbon atau hydrocarbon.Contoh:C + O2 CO2.CH4 +2 O2 CO2. + 2H2O.Sifat-sifat:Warna : tidak berwarna.Bau : tidak berbau.Specific Gravity (20oC) : 1,871 Kg/m3.Korosif : Larut dalam air.membentuk asam carbonat yang dapat bereaksi dengan metal. Contoh :CO2 + H2O H2CO3. Fe + H2CO3 FeCO3 + H2.Polusi : dapat menimbulkan green hause effect diudara sehingga bumi makin panas.pH : +/- 5 dalam air.

2.1.3. Sulfur Dioksida (SO2). Sulfur dioksida merupakan gas dari hasil pembakaran. Contoh:S + O2 SO2 O2 SO3.2 ZnS + 3 O2 2 ZnO + 2 SO2.3 H2S + 3 O2 2 H2O + 2 SO2.Sifat-sifat :Warna : Tidak berwarna.Bau : Berbau merangsang.Korosif : Larut dalam air disebut asam sulfit.bila terdapat cukup O2 akan membentuk asam sulfat. Contoh: SO2 + H2O H2SO4.Polusi : di udara menimbulkan polusi dapat merusak saluran pernapasan dan saluran pencernaan pada kadar 0,12-0,19 ppm (300-500 kg/cm3).selama 24 jam

2.1.4. Uap Air (H2O ).

Uap air merupakan bagian terbesar dari kandungan fluida panas bumi dan bila terkonduksi dapat melarutkan gas-gas sehingga pH drop dan dapat menimbulkan korosi pada metal.Contoh : H2O + H2S H2S cair gas cair. Disamping dapat melarutkan gas-gas air dapat pula melarutkan zat-zat lain sehingga bersifat korosif.

2.1.5. Pentane (C5H12).Uap pentane berasal dari cairan pentane yg dipanaskan.cairan ini merupakan salah satu hasil produk pengilangan minyak bumi yang dipakai dalam sistem binary cicle.Sifat-sifat:Pada temperatur kamar berbentuk cair.Warna : tidak berwarna.Bau : tidak berbau.Titik didih : 36,2oC.Titik beku : -129,7 oC.Pada umumnya tidak bereaksi dg senyawa lain kecuali dg halogen atau oksigen pada kondisi tertentu.Bila dipanaskan pada temp.tinggi tanpa udara. Carbon dan Hidrogen dapat terpecah menjadi bermacam-macam senyawa.

2.1.5. Uap Pentane.Specific Gravity : 0,63 pada 20oC (cair).Berat molekul : 72.Rumus Kimia Isometri : n Pentane. Iso pentane, dimethyl pentane.Mudah terbakar di udara bila terkena nyala api.:

2.2. Sifat Zat-Zat Padat.2.2.1. Silika (SiO2).Kandungan Fluida PLTP pada temperature tinggi biasanya setimbang dalam bentuk quartz sedangkan pada waktu flashing atau melalui pendinginan akan menjadi bentuk amorphous. Pada temperature > 300o kerak terjadi.Endapan zat padat terlarut ini biasanya menimbulkan deposit pada waktu sudu awal turbin dengan konsentrasi paling tinggi dibandingkan kandungan deposit lainnya.Disamping pada sudu-sudu turbin,deposit juga dapat terjadi pada daerah katup-katup.Deposit ini dapat menimbulkan efisiensi turbin menurun dan turbin unbalance.:

2.2.2. Garam-Garam.Calcite (CaCO3) :Garam ini biasanya menimbulkan deposit pada daerah temperatur tinggi seperti pada reinjection well.Sulfat (SO4),Chlorida(Cl) & Sulfida (S) : Garam ini selain dapat menimbulkan deposit,juga dapat menimbulkan korosi karena mudah terhidrolisa oleh air membentuk asam. Contoh . MgCl2 + 2H2O HCl + Mg (OH)2 kadar Cl dalam fluida panas bumi dibatasi

2.3. Sifat-Sifat Bahan Berbahaya dan beracun.2.3.1. Mercury (Hg) dan Plumbum (Pb).Mercury adalah zat yg mudah menguap pada temperatur tinggi danmerupakan bagian partikel dalam fluida.Kebanyakan Hg ini mengendap pada lumpur dalam basin cooling tower setelah menempuh perjalanan panjang melewati turbin,kondensor,cooling tower.Mercury ini bersifat racun, karena dapat berakumulasi dalam tubuh manusia,bronchitis dan sakit kepala akut pada konsentrasi 1,2 8,8 mg/m3.Kadar yg diijinkan 0,002 ppm.demikian pula logam berat Pb di batasi 0,03 ppm.:

2.3.2. Arsenic dan Boron.Zat ini sering terdapat dalam fluida panas bumi dalam bentuk asam dan larutannya dalam air bersifat racun.Dapat menimbulkan gangguan pada sistem saraf sentral,depresi,iritasi saluran pencernaan ,koma dan kematian pada konsentrasi > 0,05 ppm As dan >1 ppm B,sehingga air buangan dari basin cooling tower yang berkadar As dan B melebihi batas tidak boleh dimasukan kedalam sungai sebaiknya di reinjeksikan kedalam bumi.Uap yang di kelurkan melalui vent structure juga berbahaya bagi lingkungan.:

3. Pengaruh Zat-zat dalam Fluida Uap Panas Bumi dan pencegahannya.3.1. Pengaruh Gas H2S.Keasaman uap dapat ditunjukan dengan adanya pH uap yang rendah (4,2-4,8).Ini disebabkan adanya gas H2S,CO2,SO2/SO3 dan garam-garam SO4 dan Cl yg dapat menimbulkan korosi bila kondisi uapnya basah, yaitu pada daerah saluran uap yang dilalui sumur uap,pipa tranmisi,separator dan turbin.Khusus gas H2S dapat menimbulkan Sulphide Stress Corrosion Cracking (SSCC), Fatique,sedimen pada material turbin.Gas H2S yg kontak langsung dg air pendingin yg banyak mengandung Oksigen terlarut dari cooling tower,dapat teroksidasi membentuk asam sedimen dan asam sulfat.:

2H2S + 3O2 2H2SO3.2H2SO2 + O3 2H2SO4.Sehingga air kondensat bersifat asam dan korosif pada kondensor dan cooling tower. Bagian cooling tower yg terkena korosi pitting main anchor,washer support,flat washer,bolt dan nail. Kerusakan ini disebabkan kondisi material dari cast iron, meskipun komposisi material yg dibutuhkan adalah SUS 316.Selain dari itu gas H2S yg tidak sempat larut dalam air kondensat akan keluar melalui vent stack cooling tower. :

3.2. Pengaruh Silika dan zat zat lain penunjang terbentuknya deposit.Silika (SiO2), Calsit (CaO), garam-garam,sedimen-sedimen dan oksida-oksida merupakan kandungan fluida yang dapat menyebabkan terjadinya deposit dan erosi pada daerah katup-katup,terutama pada sudu pertama turbin. ( Gambar Terlampir):

Contoh Analisa Deposit Pada turbin (%berat)Silika (SiO2) 44.Besi Oksida (Fe2O3). 8.Kalsium Oksida (CaO) 1,3.Magnesium Oksida (MgO) -.Kalium Oksida (K2O). 1,5.Natrium Oksida (Na2O) 18.Sulfat (SO4) 18.Klorida (Cl) 4.:

3.3. Pengaruh Bahan Berbahaya dan Beracun.Pada bagian depan telah diuraikan sifat-sifat logam-logam berat seperti Hg,Pb dan zat-zat beracun seperti As dan B yg sangat berbahaya terutama bagi manusia. Bahan berbahaya dan beracun ini pada konsentrasi yang melebihi batas dari baku mutu lingkungan dapat mencemari lingkungan dan berbahaya bagi mahluk hidup. Air buangan dapat berupa air kondensat dari separator seperti pada sistem binary maupun air buangan dari over flow basin cooling tower.:

3.4.Pencegahan Korosi didaerah Pipa Tranmisi.Pipa dilapisi glass wool, tidak hanya mencegah hilang panas,juga mencegah kontak dengan udara luar yang korosif.Bila unit stop agar pipa selalu dalam kondisi bertekanan uap untuk mencegah masuknya udara kedalam pipa.

3.5.Pencegahan Korosi dan Deposit pada Turbin.Meskipun dari reservoir uap yang dihasilkan adalah vapour dominated dan dapat dialirkan langsung ke unit, namun untuk menjaga kwalitas uap yang baik, perlu disediakan separator dan demister.untuk memisahkan padatan terlarut dan titik-titik air dalam uap, sehingga uap masuk turbin bebas dari padatan dan butiran air.

Kwalitas uap masuk turbin yang diharapkan mempunyai kandungan sbbSiO2 Maks 1 ppm.TDS Maks 5 ppm.Cl Maks 1 ppm.Fe Maks 1 ppm.Kebasahan mak 1%.Gas tidak terkondensasi 1 3 %.

Disamping membatasi kandungan zat-zat terlarut dalam uap.material turbin disesuaikan dengan desain tahan thd korosi, antara lain.Dipasang pelindung erosi stelite pada sudu tingkat ahir untuk menahan erosi karena water droplet dalam aliran uap,stelite yg dipakai biasanya bronz atau silver.Material Rotor turbin tebuat dari CrMoV alloy dan sedikit Ni.Sudu ahir dg material 17-4 PH (kuat thd fatige) dan sudu pertama dg material 12 Cr.Casing dibuat dari plat carbon steel ASTM 273,AISI 1020 atau BS 4360.

4.3.Pencegahan Korosi di kondensor Untuk mencegah terjadinya korosi pada daerah kondensor , maka diperlukan : Air pendingin di treatment dengan NaOH agar netral, yang diinjeksikanpada sisi outlet basin cooling tower. Pompa injeksi (1 stan-by)akan bekerja otomatik berdasarkan input signaldari pH meter, yang dipasang di basin cooling tower. Bila pH air dibawah 7, maka pompa otomatis bekerja dan stop.pH 8,0, sehingga pH air pendingin pada range 7- 8,0.

Material kondensor shell dibuat pertama kali di pabrik dengan bahan dari plat carbon steel yang dilapisi dengan epoxy resin, kemudian belakangan praktis menggunakan plat carbon steel 20 mm yang dilapisi stainlees steel SS 316 setebal 2 mm. Untuk spray header, splash tray, fixing, spray nozzel dan lain-lain, dipakai stainless steel SS 304 atau SS 316. pipa-pipa kondensat dapat dibuat dari fiber glass reinforced plastic.

4.4.Pencegahan Korosi di cooling Tower. Karena air kondensat sangat korosif (pH antara 4 6), maka untuk mengatasi ini, perlu peralatan yang tahan korosi, antara lain :Pipa-pipa air dibuat dari fiber glass reinforced plastic. Fitting-fitting sistim air pendingin yang kontak langsung dengan air pendingin dibuat dari stainless steel.Basin cooling tower dibuat dari beton yang dilapisi sejenis sphalt (coal ter epoxy) yang tahan terhadap serangan asam dan sulfat.Tower fill support : SS 316 atau fibre glass reinforced plastic.Fan deck dan dinding penyekat dari treated wood. Fan : fibre glass atau cast alumunium.Fan stack : fibre glass.

5. Lingkungan Hidup. Sejak awal pembangunan PLTP, tentunya PLN sudah membuat AMDAL dengan RKL dan RPL nya, sehingga limbah yang dikeluarkan dari kegiatan PLTP tidak mencemari lingkungan atau masih dibawah ambang batas yang ditentukan oleh KLH. Pada dasarnya, limbah PLTP dapat dikelompokan menjadi :

5.1. Limbah cair.Air buangan biasanya berasal dari kondensat separator, flasher, demister, blowdown kondensor, over flowair dan basin cooling tower. Dari limbah cair ini yang perlu diperhatikan antara lain :

Kandungan bahan yang berbahaya dan beracun seperti Hg, Pb, As dan B, yang tidak boleh melebihi batas baku mutu lingkungan (lihat pada halaman sifat-sifat zat terkandung dalam fluida) Sebaiknya air buangan yang mengandung zat-zat tersebut sebaiknya dikembalikan ke bumi dengan jalan reinjektion, agar tidak berdampak kepada mahluk hidup. Bandingkan kandungan zat-zat tersebut dengan standar dari KLH. Sisa energi panas Sisa panas dari air buangan bila dibuang kesungai akan mempengaruhi habitat ikan-ikan dan micro organisme. Untuk menurunkan panas air buangan dibuat jauh dan berkelok-kelok, agar sampai di sungai perbedaan panas dengan air sungai masih dalam batas yang diijinkan. 5.1. Limbah cair

Keasaman ph air yang masih rendah karena mengandung asam atau garam-garam yang berasal dari fluida uap panas bumi, harus dinetralkan terlebih dahulu sebelum dibuang. Netralisasi biasanya dengan caustic sampai harga pH antara 7-9, sudah dapat dibuang ke sungai.Sisa chlorin dan biocide Agar air pendingin tidak tumbuh ganggang, lumut dan micro organisme, yang dapat menimbulkan fouling dan penyumbatan pada sistim air pendingin, maka kedalam basin cooling tower diinjeksikan hypo chlorite. Untuk menkontrol pertumbuhan bakteri yang dapat merusak beton bangunan cooling tower, juga diinjeksikan larutan biocide

Sisim injeksi hypo chlorite dari biocide dapat dilihat pada flow diagram dihalaman berikut : 5.1. Limbah cair

Yang perlu diperhatikan air buanggan tidak boleh mengandung sisa chlorine > 1 ppm. Lokasi titik injeksi sodium hypoclorite pada stream pompa sirkulasi air pendingin, yang diinjeksikan secara kontinu.

Bila air buangan (limbah cair) akan dimasukan kedalam air sungai, maka perlu diingatagar kondisi air sungai harus masih dibawah ambang batas baku mutu lingkungan untuk kelas kegunaan air di sungai tersebut (lihat daftar berikut ini). Untuk lebih aman dan untuk tujuan pengisian perut bumi, maka sebaiknya air buangan (limbah cair) diinjeksikan ke bumi

5.1. Limbah cair

PLTP dengan fluida 244.190 kg/jam mempunyai kandungan gas-gas +/- 0,4% berat = 976,76 kg/jam. Gas-gas tersebut terdiri dari :

87,4 %CO2 = 87,4 /100 x 976,76 Kg/jam = 835,69 kg/jam

8,2%H2S = 8,2/100 x976,76 Kg/jam

Gas-gas lainnya :H2 = 3,069 kg/jam N2 = 37,607 kg/jam CH2 = 2,304 kg/jam

Gas-gas berikut akan keluar melalui vent structure pada saat sudden trip dan mencemari linkungan, serta peralatan listrik. Untuk mengurangi polusi udara maka perlu diusahakan:

Mempertinggi ejector stack Membuat sistim aliran udara paksa (fan)Menampung gas dan mengalirkan ke cooling tower yang memiliki daya hembus dengan fan lebih tinggi Menampung gas dan mengalirkan ke treatment plant Penghijauan, untk menangkap CO25.2. Limbah gas.

Disamping zat-zat padat yang terlarut bersama air buangan, dikenal pula bahwa lumpur yang ada dibasin cooling tower merupakan limbah padat tergolong non B3. Untuk menangani pengambilan lumpur ini perlu memakai alat keselamatan kerja yang memadai, seperti masker sarung tangan dll. Golongan limbah padat jenis non B3 ini sebaiknya dimasukan dalam lubang dan ditimbum dengan tanah (land fill).

Limbah lumpur cooling tower sample kering dari lumpur cooling tower pada 105oC.

Terima kasih

**************************************