Pengertian Boiler

Ketel Uap (bahasa Inggris:boiler) adalah alat untuk menghasilkan uap air, yang akan digunakan
untuk pemanasan atau tenaga gerak.

Ketel uap adalah alat yang berfungsi menghasilkan uap pada suhu dan tekenan yang ditentukan
atau bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau
steam berupa energi kerja.
Persyaratan menjadi ketel Uap
Sebuah ketel uap harus memenuhi persyaratan-persyaratan sebagai berikut :
1. Dalam waktu tertentu harus dapat menghasilkan uap dengan berat tertentu dan tekanan
lebih besar dari 1 atmosfir.
2. Uap yang dihasilkan harus dengan kadar air yang sedikit mungkin
3. Kalau dipakai alat pemanas lanjut, maka pada pemakaian uap yang tidak teratur, suhu uap
tidak boleh berubah banyak dan harus dapat diatur dengan mudah
4. Pada waktu olah gerak dimana pemakaian uap berubah-rubah maka takanan uap tidak boleh
berubah banyak
5. Uap harus dapat dibentuk dengan jumlah bahan bakar yang serendah mungkin
6. Susunan pengopakan bahan bakar harus sedemikian rupa sehingga bahan bakar dapat
dibakar dengan tidak memerlukan ongkos dan tenaga yang terlalu besar.
Peraturan yang berlaku

Sertifikasi bagi operator Ketel Uap dan Ketel Uap mengacu pada peraturan berikut:

1. ASME sect. I, II, dan V

2. Undang-Undang Uap Tahun 1930
3. Peraturan Uap thn 1930 4. Undang- undang No.1 thn 1970
Komponen Utama
1. Economizer
untuk memanaskan feedwater dengan memanfaatkan panas dari gas asap sebelum masuk ke
cerobong. Prinsip kerjanya sama seperti halnya dengan heat exchanger.
2. Steam drum
saat steam (uap air) belum mencapai saturated steam, maka separator (pemisah) didalam steam
drum akan melakukan bypass dan membiarkan air turun ke tahap selanjutnya.
3. Downcomer
Downcomer yang berbentuk pipa mengalirkan air ke bagian terbawah dari sistem
selanjutnya melalui lower connecting pipes.
4. Furnace
Merupakan komponen yang berfungsi sebagai tempat terjadinya proses pembakaran
dari campuran bahan bakar dengan udara.
Furnace
Komponen Utama
5. Superheater
Proses terakhir steam yang melalui pemanasan berulang-ulang kali
6. Main Steam Pipe
Pipa ini yang nantinya akan mensuplai superheated steam ke turbin.
Proses
Proses pada Boiler secra umum terbagi jadi 3 yaitu:

- Proses air menjadi steam

- Proses bahan bakar (batu bara, limestone, oil) sampai menjadi abu sisa pembakaran

- Proses udara sampai menjadi gas buang

CARA MEMBUAT BOILER DARI
VIDEO
-Proses Mendesain bentuk boiler
- Setelah desain jadi,Pilih plate/Baja/Bahan Dasar yang akan digunakan.Ketabalan plate bergantung
tekanan operasional yg akan digunakan pada boiler
- Lalu,Menggunakan Hydrolic Bending Machine,plat/Baja dirolling untuk menjadi bagian shell boiler(Kulit
boiler/bagian luar boiler)
- Inner shell ini akan menampung air yang akan dipanaskan menjadi steam.
- Proses rolling distop sementara,lalu bagian tepi tepi boiler dipersiapkan dengan cara di gurinda untuk
diwelding menyatukan ujung ujung plat
- Proses rolling dilanjutkan sesuai diameter yg ditentukan,lalu bagian lain tepi plate di gurinda lagi untuk
perisiapan welding.
- Welding dilakukan oleh mesin,dengan tambahan bahan granula spesial yang bisa melindungi welding
dari kontaminasi udara.
CARA MEMBUAT BOILER DARI
VIDEO
- Bahan Granula dibersihkan sehingga welding terbentuk sempurna.
- Membuat boiler head,lalu diwelding sehingga menyatu dengan shell(Plat yang tadi).Boiler
head dua buah dipasang dibagian atas dan bawah
- Mencocokkan pipa pipa dalam boiler dengan boiler head,melewati 2 buah boiler head.
- Pipa pipa boiler di last secara hati hati ditempatnya.
- Memasukkan Combustion Cahamber(ruang Pembakaran) ke dalam shell,Nantinya bahan bakar
akan ditambahkan ke ruang pembakaran untuk memanaskan air.
- Dilakukan tes tekan dengan tekanan maksimum,dengan menggunakn air yang diisi diantara
ruang pembakaran dan shell.
CARA MEMBUAT BOILER DARI
VIDEO
- Selanjutnya Boiler dilapisi /dibungkus untuk membantu boiler Meahan panas,setelah itu
dilapisi lagi dengan yang namanya outer jacket.
- Bejana tekan ditambahkan blower.
- Menambahkan beberapa instrumen yang mendukung beberapa perangkat kontrol dan sensor
seperti water indicator dalam boiler.
- Mengkoneksikan perangkat elektronik dengan boiler sehingga kerja boiler bisa dipantau
- Menguji kembali boiler seperti pengecekan ruang pembakaran,dan komponen lainnya apakah
bekerja sesuai fungsinya.
- Setelah lulus uji,tahap terakhir boiler diberi label label tertentu seperti merk pembuat nya
Material
Bejana pada suatu ketel uap biasanya terbuat dari baja (steel /alloy steel), atau awalnya dari besi
tempa.

Tembaga atau kuningan sering digunakan karena lebih mudah di-pabrikasi untuk ketel uap
ukuran kecil.

Besi tuang (cast iron)digunakan untuk bejana pemanas untuk pemanas air.
BAHAN BOILER
Bahan tahan api boiler harus memiliki kekuatan mekanik yang cukup dan mampu menahan
berbagai gaya seperti

Bobot batu bata yang berdekatan

Aksi getar
Pemotongan & aksi abrasif dari bingkai
Flue dust
Suhu tinggi
Perubahan suhu mendadak
Muat pada kondisi servis
Tindakan kimia dan abrasif fase operasional

Bahan (senyawa murni) yang digunakan untuk membuat refraktori (seperti MgO, SiC, Fireclay dll.)
Memiliki titik lebur yang tinggi pada kisaran 1800 ° sampai 2800 ° C.
Perubahan permanen pada sifat refraktori sebagian besar disebabkan oleh suhu tinggi.
BAHAN BOILER
Bahannya harus bisa melebar dan berkontraksi secara seragam dengan perubahan suhu tanpa retak.
Secara ekonomi, tidak mungkin menggunakan refraktori tunggal pada ketel dan dengan demikian jenis yang berbeda digunakan untuk
bersama-sama setelah memastikan bahwa mereka mampu menahan suhu yang menjadi sasarannya.

Persyaratan Penting yang menentukan properti Refractory Boiler:

Refraktabilitas: Ini adalah properti di mana refraktori akan berubah bentuk berdasarkan muatannya sendiri dan umumnya ditentukan
oleh komposisi bahan yang digunakan untuk membuat refraktori.

Porositas: Ini adalah properti untuk melawan serangan kimiawi (biasanya oleh bahan bakar dan air). Nilai porositas rendah berarti
kekuatan tinggi dan konduktivitas panas yang baik.

Kekuatan Refraktori: Ini adalah ketahanan refraktori terhadap beban tekan, tegangan dan tegangan geser.

Berat jenis: Sebagian besar terkait dengan jenis bata tahan api, berat jenisnya terkait dengan berat bata. Batas kejut gravitasi yang
lebih tinggi akan memiliki kekuatan lebih besar.

Spalling: Spalling adalah jenis cacat, juga dikenal sebagai fraktur refraktori, yang disebabkan oleh beban termal dan / atau mekanis
yang berlebihan pada refraktori.
BAHAN BOILER
Material Pada USC Boiler

USC boiler beroperasi pada tekanan dan temperatur yang lebih tinggi dibanding subcritical boiler. Ini berdampak pada pemilihan material
pressurized part boiler, yaitu tube, pipa, dan header. USC boiler menggunakan material dengan grade yang lebih tinggi dibanding
subcritical boiler.

Dasar dari pemilihan material pada USC boiler adalah: ketahan akan creep yang tinggi, mampu las yang baik, tahan terhadap
embrittlement, fracture toughness, konduktivitas panas yang baik, koefisien ekspansi termal yang rendah, ketahanan terhadap thermal
fatigue, ketahanan korosi dan erosi, ketahanan terhadap oksidasi, expoliation dan spalling, dan efektifitas harga yang baik [1].

Beberapa jenis baja yang dipakai pada USC boiler adalah:

Ferritic steel, tahan sampai temperatur 565OC

Ferritic-martensitic steel, tahan sampai temperatur 620OC

Austenitic steel, tahan sampai temperatur 665OC

High nickel alloy, tahan sampai 700OC

BAHAN BOILER
Beberapa pertimbangan dalam mendesain furnace /Water-cooled walls
Fungsi dari furnace adalah mencegah proses pembakaran keluar dari zona pembakaran, menyerap panas dari proses
pembakaran dan “memindahkannya” ke fluida kerja. Untuk mencegah proses pembakaran keluar dari zona
pembakaran, antar tube furnace dilas dengan menggunakan membrane baja.
Untuk menghindari fenomena DNB, stuktur water-cooled walls: vertical wall dengan riffled tube atau spiral wall
dengan smooth tube.
Pada beban tertentu USC beroperasi di subcritical regime, terutama saat wet mode. Konsekuensinya tube untuk
furnace harus bisa beroperasi dengan water-wetted surface.
Material untuk lower membrane wall furnace adalah ferritic steel: T11, T12, T23, atau T24.
Upper membrane wall furnace dibuat vertikal, dengan roof tube, pada subcritical mode ‘berperan’ sebagai
superheater. Pada tekanan yang relatif rendah (pada beban rendah), densitas steam juga rendah sehingga efek
pendinginannya pada upper membrane tube tidak begitu baik. Pada sliding pressure boiler, temperature metal furnace
tube pada beban rendah lebih tinggi dibanding saat beban penuh. Ini dapat mengakibatkan overheating, hot spot dan
kegagalan tube saat beban rendah. Material untuk upper membrane walls antara lain: T12, T23, HCM12, T91, atau
T92.
BAHAN BOILER
Bahan dari mana refraktori dibuat dikelompokkan menjadi tiga kelompok:

Bahan asamnya : tanah liat, silika, kuarsa, batu pasir, gamister.

Bahan netral : kromit, grafit, plumbago, alumina.

Bahan basa atau basa : jeruk nipis, magnesia, zirkonia.

Perhatian khusus harus diambil saat memilih bahan tahan api dan harus diasuransikan bahwa
bahan asam dan basa tetap terpisah seperti di bawah suhu tinggi, keduanya bereaksi satu sama
lain untuk membentuk garam, yang mengurangi keefektifan refraktori.
BAHAN BOILER
Umumnya pipa dan header terbuat dari baja paduan rendah seperti P11 dan P22. Mekanisme
kerusakan pada header salah satunya adalah thermal fatigue yang dapat mengakibatkan retak
(crack). Crack terjadi pada ligament antar lubang tube.
Kandungan Cr yang lebih tinggi membuat ketahanan creep jenis baja ini dua kali lebih tinggi
dibanding 2¼ Cr-Mo. Hal ini juga menyebabkan ketahanan terhadap oksidasi pada sisi steam
(steam-side oxidation) dan korosi pada sisi api (fire-side corrosion) meningkat. P91 telah
digunakan untuk header dan pipa pada boiler USC dengan temperatur lebih dari 600 OC. P92
yang dikembangkan dari P91 allowable stress nya lebih tinggi dan dapat digunakan untuk
temperatur uap sampai 620OC. Lebih dari 620OC, baja 9% Cr ketahanan terhadap oksidasinya
terbatas, sehingga baja 12% Cr dan baja tahan karat austenitic digunakan untuk aplikasi pada
temperatur lebih dari 620OC.
Jenis Jenis Ketel
Menurut UU
Karena tempat penggunaannya berbeda-beda, maka menurut Undang-Undang Uap pasal 9,
Ketel Uap dibagi menjadi tiga yaitu :
Ketel Tetap atau Ketel Darat, yaitu ketel-ketel yang dipakai di darat seperti pabrik-pabrik, PLTU
dan lain-lain yang mempunyai pondasi yang tetap.
Ketel Kapal, yaitu ketel-ketel yang dipakai di kapal. Di sini perlengkapan alat-alat keselamatan
ketel biasanya mempunyai konstruksi yang sedikit berbeda dengan ketel-ketel lainnya,
mengingat keadaan kapal-kapal yang selalu oleng selama berlayar.
Ketel-Ketel yang dapat bergerak. yaitu ketel-ketel yang tidak termasuk dalam kedua golongan
ketel tersebut di atas, seperti ketel kereta api, ketel tiang pancang dan lain-lain.
Berdasarkan Tipe Konstruksi
Berdasarkan tipe konstruksinya boiler dibagi menjadi 3 tipe yaitu :
- Boiler gantung
- Boiler duduk
- Boiler paket (package boiler)
Berdasarkan tipe bahan bakar
- Circulated Fluidized Bed (CFB) Boiler
- Pulverized Coal (PC) Boiler
BERDASARKAN PEMAKAIANNYA
1.Ketel stasioner (stasionary boiler) atau ketel tetap. Yang termasuk stasioner adalah ketel-
ketel yang didudukan pada suatu pondasi yang tetap.
BERDASARKAN PEMAKAIANNYA
2.Ketel mobil (mobile boiler), ketel pndah / portable boiler. Yang termasuk ketel mobil adalah
ketel yang dipasang pada pondasi yang berpindah-pindah (mobil ), seperti boiler lokomotif, loko
mobile termasuk juga ketel kapal ( marine boiler ).
BERDASARKAN LETAK RUANG
PEMBAKARAN
1. Ketel dengan pembakaran di dalam (internally fired steam boiler). Dalam hai ini ruang
pembakaran berada di bagian dalam ketel . kebanyakan ketel pipa api memakai system ini.
BERDASARKAN LETAK RUANG
PEMBAKARAN
2. Ketel dengan pembakaran di luar (outernally fired steam boiler). Dalam hai ini ruang
pembakaran berada di luar ketel . kebanyakan ketel pipa air memakai system ini.
BERDASARKAN JUMLAH LORONG
1. Ketel dengan lorong tunggal (single tube steam boiler). Pada single tube steam boiler, hanya
terdapat 1 lorong saja, lorong api ataupun lorong air.
BERDASARKAN JUMLAH LORONG
2. Ketel dengan lorong ganda (multi tube steam boiler)
BERDASARKAN TUTUP SHELLNYA
1. Ketel tegak (vertikal steam boiler)
BERDASARKAN TUTUP SHELLNYA
2. Ketel mendatar (horizontal steam boiler)
BERDASARKAN BENTUK DAN
LETAK PIPA
1. Ketel dengan pipa lurus .
BERDASARKAN BENTUK DAN
LETAK PIPA
2. Ketel dengan pipa miring datar dan miring tegak
BERDASARKAN PEREDARAN AIR
KETEL
1. Ketel dengan peredaran alam (natural circulation steam boiler). Pada natural circulation
boiler, peredaran air dalam ketel terjadi secara alami yaitu air yang ringan naik,dan terjadilah
aliran aliran conveksi alami.
2. Ketel dengan peredaran paksa (forced circulation steam boiler). Pada ketel dengan aliran
paksa, aliran peksa diperoleh dari sebuah pompa yang digerakkan dengan motor listrik.
BERDASARKAN TEKANAN
KERJANYA
1.Tekanan kerja rendah : ≤5 atm
2. Tekanan kerja sedang : 5-40 atm
3. Tekanan kerja tinggi : 40-80 atm
4. Tekanan kerja sangat tinggi : >80 atm
BERDASARKAN KAPASITASNYA
1. Kapasitas rendah : ≤2500 kg/jam
2. Kapasitas sedang : 2500-50000 kg/jam
3. Kapasitas tinggi : >50000 kg/jam
BERDASARKAN SUMBER DAYA
PANASNYA
1. Ketel uap dengan bahan bakar alami
2. Ketel uap dengan bahan bakar buatan
3. Ketel uap dengan energi nuklir
Berdasarkan temperatur dan tekanan uap
keluaran boiler
Boiler konvensional subcritical, tekanan dan temperatur uap sekitar 16-17 Mpa dan 547 oC,
efisiensi 38%.
Boiler supercritical, tekanan dan temperatur uap sekitar 22-24 Mpa dan 560 oC, efisiensi 45%.
Boiler ultra-supercritical, tekanan dan temperature uap lebih besar 26 MPa dan 700 oC, efisiensi
mendekati 50%.