Sistem boiler terdiri dari berbagai komponen untuk memproduksi uap bertekanan tinggi, seperti pemanas air, deaerator, economizer, dan superheater. Terdapat dua jenis boiler utama yaitu firetube boiler dan watertube boiler, yang memiliki perbedaan dalam sirkulasi fluida dan kegagalan yang sering terjadi. Kegagalan sistem boiler secara umum disebabkan oleh korosi dan pembentukan deposit akibat kimia air serta tegangan mekanik.

1. Sistem Air Boiler (Boiler Water Systems)
 Sistem Boiler
– feedwater heater
– Deaerator
– Economizer
– Superheater
– Boiler
 Fire-tube Boiler
 Water Tube Boiler
 Boiler Water Chemistry
 Failures pada Sistem Boiler

2. Sistem Boiler
 Sistem boiler adalah sistem yang berfungsi untuk
memproduksi steam (uap bertekanan) dan/atau air panas
dengan cara memindahkan panas yang dihasilkan dari
pembakaran bahan bakar atau listrik ke air.
 Terdiri dari sistem penunjang (feedwater heater, deaerator,
Economizer dan superheater) dan sistem utama yaitu boiler.
– feedwater heaters
 Untuk meningkatkan efisiensi boiler dengan cara memanaskan
feedwater menggunakan panas dari aliran fluida lain, seperti air
blowdown dari boiler dan steam sisa yang berlebih.
 Pada umumnya berupa shell and tube heat exchanger.
 Diklasifikasikan menjadi : (1) tekanan rendah (sebelum melalui
deaerator); (2) tekanan tinggi (setelah melalui deaerator); (3)
pemanas sekaligus deaerator

3.  Masalah utama yang sering dijumpai
– Korosi, terutama disebabkan O2 dan pH yang tidak sesuai. Laju korosi
dipercepat oleh temperatur yang relatif tinggi.
– Erosi, terjadi di sisi tube maupun shell karena laju alir air atau steam
yang terlalu tinggi.
– Deaerator
 Berfungsi untuk memanaskan feedwater dan mereduksi gas O2 dan gas-
gas lain sampai batas yang diperbolehkan.
 Diklasifikasikan menjadi dua jenis :
Pressured deaerators
– Menghilangkan O2 sampai air mengandung 7 ppb O2.
– Tray-type (spray-tray type) (Gambar 1a) dan spray type (spray-
scrubber type) (Gambar 1b).
– Prinsip kerja: feedwater di-spray menggunakan spray nozzle/valve
menjadi butiran kecil. Butiran air dikontakkan dengan steam pada
pada tray-tray. Temperatur air naik sehingga kelarutan gas-gas
berkurang. Gas akan di-scrub oleh steam. Gas dan steam yang tidak
terkondensasi dikeluarkan melalui sistem ventilasi (Gambar 1).

4. – Vacuum deaerators (vacuum degasifier).
 Menghilangkan O2 sampai 330-360 ppb.
 Prinsip kerja : Deaerator berupa tabung dalam
kondisi vakum. feedwater di-spray menggunakan
spray nozzles dan jatuh ke packed column dengan
raschig rings. Karena tabung vakum, gas-gas dalam
butiran/lapisan film air akan menguap. Gas-gasdan
uap air dikeluarkan dari deaerator melalui pompa
vakum (gambar 2).
 Masalah utama yang sering dijumpai :
– Korosi, stress corrosion cracking pada tray chamber dan
spray nozzle; oxygen pitting pada vent condensers.
– Erosi pada baffle dekat steam inlet.

5. Sistem Boiler
Gambar 1. Presured deaerators (a) tray-type; (b) spray-type
(a) (b)

6. Sistem Boiler
Gambar 2. Vacuum deaerators/degasification

7. Sistem Boiler
– Economizer
 Meningkatkan efisiensi boiler dengan cara memanaskan feedwater
menggunakan panas dari gas buang yang dihasilkan fireside boiler.
 Diklasifikasikan menjadi 2 jenis
– Staming economizer : 5-20% feedwater menjadi steam
– Non-steaming economizer
 Masalah utama yang sering dijumpai :
– Oxygen pitting terutama pada inlet feedwater.
– Deposit dari produk korosi dan oksida metal yang terbawa oleh air.
– Superheater
 Berfungsi untuk memanaskan steam jenuh yang dihasilkan evaporator sampai
menjadi superheated steam bertemperatur dan tekanan tertentu.
 Berdasarkan cara pemindahan padas dari gas pemanas ke air superheaer
diklasifikasikan menjadi tiga jenis yaitu radiant superheater, convective
superheater dan combined superheater.
 Masalah utama yang sering dijumpai :
– Oksidasi logam karena temperatur gas yang sangat tinggi yang dapat
mengakibatkan pecahnya tube.
– Oxygen pitting.

8. Sistem Boiler
Klasifikasi berdasar posisi relatif pemanas dg produk steam :
 Firetube Boiler
– Api dan gas panas yang dihasilkan berada di dalam tube
bundle dalam suatu drum air (water drum) (Gambar 3).
Air bersirkulasi di bagian luar tube (Gambar 4). steam
yang dihasilkan mengalir ke bagian atas drum dan
keluar melalui steam header.
– Efisien (efisiensi pembentukan steam 80%) untuk
menghasilkan steam dengan laju di bawah 68.000
kg/jam dan tekanan 10 bar.
– Mampu menghadapi fluktuasi beban yang tiba-tiba
karena tekanan yang relatif kecil berkaitan dengan
cukup banyaknya air yang akan diuapkan di water drum.

9. Sistem Boiler
 Permasalahan yang sering dijumpai :
– Korosi : Oxygen pitting; Galvanic corrosion; Caustic dan acidic corrosion
– Deposit (scale dan sludge)
– Local Overheating
– Foaming
– Erosi pada bagian inlet feedwater dan baffle.
Gambar 3. Firetube Boiler : Internal Furnace Gambar 4. Sirkulasi air pada Firetube Boiler

10. – Watertube Boiler
 Api dan gas panas hasil pembakaran mengalir di bagian luar tube
sedangkan air bersirkulasi di dalam tube (Gambar 5). Steam yang
terbentuk di bagian tube yang dipanaskan (Gambar 6) akan naik lalu
masuk ke dalam drum. Di dalam drum, steam terpisah dari air di
bagian atas drum lalu masuk ke steam header.
 Mampu menghasilkan steam bertekanan tinggi dan mempunyai
kapasitas yang relatif besar.
 Permasalahan yang sering dijumpai :
– Korosi : Oxygen pitting; galvanic corrosion, caustic dan acidic
corrosion; hydrogen embrittlement karena tekanan di dalam tube sangat
tinggi; corrosion fatigue.
– Deposit (terutama scale)
– Overheating pada hampir semua bagian tube yang disebabkan oleh
deposit yang terbentuk.
– Erosi yang berakibat pada penipisan tube.

11. Sistem Boiler
Gambar 5. Water-tube boiler :
Bent-Tube of The Striling Type
Gambar 6. Sirkulasi air pada
Water-tube boiler

12. Sistem Boiler
 Perbandingan Firetube boiler dengan Watertube boiler
– Tekanan steam pada watertube boiler (tube side) lebih besar daripada
firetube boiler (waterdrum side). Tekanan yang tinggi dapat memicu
hydrogen embrittlement (>1500 psig) dan steam blanketing yang
menyebabkan failure pada logam.
– Tube pada watertube boiler sangat rentan terhadap pembentukan deposit
yang menyebabkan penyumbatan (blockage) aliran air/steam yang
menyebabkan terganggunya sirkulasi air dalam tube. Sirkulasi air yang
tidak baik akan menyebabkan overheating yang berakibat pada failure
pada logam.
– Tube pada firetube boiler lebih rentan terhadap pembentukan deposit dan
korosi karena abu (ash) dan zat-zat lain yang terdapat dalam bahan bakar.
– Deposit/korosi pada bagian tube lebih sukar untuk dibersihkan
dibandingkan pada bagian shell/drum.Karena potensi pembentukan
deposit/korosi oleh partikel dalam air lebih besar dibandingkan oleh
partikel dalam bahan bakar, maka maintenance watertube boiler lebih sulit
dan membutuhkan biaya yang lebih besar dibandingkan maintenance
firetube boiler.

13. Boiler Water Chemistry
 Empat senyawa pengotor utama pada air umpan boiler adalah :
• Padatan pembentuk kerak, umumnya garam-garam Ca dan Mg hasil
proses korosi, silika (Si), mangan (Mn), dan besi (Fe);
• Garam sodium terlarut, yang secara normal tidak membentuk kerak tetapi
dapat memekat dibawah endapan deposit sehingga mengakibatkan
terjadinya korosi atau bila di dalam air boiler dapat meningkatkan
carryover akibat pembentukan foaming;
• Gas-gas terlarut O2 & CO2 yang mengakibatkan korosi; dan
• Silika yang terbawa uap dengan konsentarsi cukup akan mengendap di
steam turbine.
 Konsentrasi senyawa pengotor maksimum yang diijinkan sebagai
persyaratan air umpan boiler bervariasi tergantung dari tekanan
operasi boiler (Tabel 1).

14. Boiler Water Chemistry
Tekanan ketel
(psig)
Padatan Total
(ppm)
Alkalinitas
(ppm)
Padatan
Tersuspensi
Silika*
(ppm)
0 - 300 3500 700 300 125
301 - 450 3000 600 250 90
451 - 600 2500 500 150 50
601 - 750 2000 400 100 35
751 - 900 1500 300 60 20
901 - 1000 1250 250 40 8
1001 - 1500 1000 200 20 2.5
1501 - 2000 750 450 10 1.0
diatas 2000 500 100 5 0.5
Tabel 1. Persyaratan Air Ketel pada Berbagai Tekanan Kerja

15. Standar the American Boiler Manufactures’ Association (ABMA) dan
the American Society of Mechanical Engineers (ASME)
Pembatasan Komponen Air Umpan Sesuai Tipe dan Tekanan Boiler:
 Kandungan lumpur dan TSS hasil pengendapan kesadahan pada air boiler
akibat panas dan interaksi bahan kimia yang digunakan dan produk proses
korosi yang berkontribusi terhadap pembentukan deposit pada tabung, busa,
serta meningkatkan beban (carry over).
 TDS (garam-garam yang secara natural berada di dalam air umpan, silika
terlarut, dan bahan kimia yang ditambahkan) yang umumnya tidak langsung
berkontribusi terhadap pembentukan kerak tetapi, pada konsentrasi sangat
tinggi, mengakibatkan terbentuknya busa dan beban berlebih atau
meningkatkan korosi di bawah kerak.
 Silika, yang menentukan ‘blowdown’ air yang mengandung silika cukup tinggi
dan bila terbawa uap air akan mengakibatkan pengerakan di beberapa tempat.
 Besi (Fe), yang banyak terdapat pada bolier tekanan tinggi dan menetukan
blow down air yang disirkulasi pada boiler.

16. Boiler Water Chemistry
Gambar 7. Diagram sebab akibat korosi pada boiler

17. Failures pada Sistem Boiler
 Disebabkan oleh korosi dan pembentukan
deposit (scale dan sludge) serta gaya-gaya
mekanik.
– Deaerator cracking
 Crack (retakan) biasanya ditemukan pada sambungan dan
daerah yang dipengaruhi panas di sekitar sambungan.
 Penyebab:
– Mekanik : Sambungan yang kurang baik, tegangan yang cukup
tinggi pada sambungan, erosi karena water/steam hammer.
– Kimia : Korosi karena kandungan gas oksigen tinggi dan pH
yang rendah pada temperatur yang relatif tinggi.

18. Failures pada Sistem Boiler
– feedwater line errosion
 Disebabkan laju alir air, terutama campuran air-steam, yang relatif
tinggi pada tube feedwater.
 Menyebabkan penipisan logam pipa.
– Failure pada tube economizer
 Pada umumnya disebabkan oleh gas O2 (O2 pitting), akumulasi
basa/caustic soda (caustic embrittlement) di bawah deposit dan
cracking karena tegangan yang terlalu besar pada tube.
– Failure pada tube superheater
 Disebabkan oleh overheating failure (short and long-term overheating)
dan O2 piting.
 Biasanya terjadi saat start-up dan shutdown (laju alir air kecil/low
load) dan downtime (terjadi kontak antara air dengan O2).

19. Failures pada Sistem Boiler
– Failure karena overheating
 Secara umum dibedakan ke dalam
dua mekanisme yang berbeda :
– Long-term overheating : disebabkan
akumulasi deposit secara perlahan
yang menahan perpindahan panas
sehingga terjadi overheating pada
dinding tube (Gambar 8).
– rapid overheating : disebabkan oleh
sirkulasi air yang terganggu karena
adanya blokade pada tube atau karena
ketinggian air yang tidak mencukupi
pada steam drum (Gambar 9).
 Biasanya terjadi pada steam drum
dan superheater.
Gambar 8. Long-term overheating
Gambar 9. Rapid overheating

20. Failures pada Sistem Boiler
– Failure karena korosi
 Stress corrosion cracking
– Disebabkan kombinasi antara korosi dan tegangan yang
berlebihan yang diterima tube.
– Sering terjadi pada sambungan tube, penyangga, area
bertemperatur relatif rendah (inlet feedwater tube).
 Caustic corrosion dan Caustic embrittlement
– Caustic corrosion disebabkan oleh peningkatan konsentrasi
basa/caustic soda pada bagian bawah deposit sejalan
dengan penurunan konsentrasi air karena evaporasi air.
– Menyebabkan terbentuknya lubang dan penipisan pada
lapisan logam.
– Caustic embrittlement merupakan kombinasi antara caustic
corrosion dan tegangan yang tinggi yang diterima logam.
– Sering terjadi pada steam drums dan headers.

21. Failures pada Sistem Boiler
– Fatigue dan corrosion fatigue
 Fatigue disebabkan oleh tegangan yang tidak merata yang diterima
oleh logam seperti karena ketidakseragaman distribusi gas panas pada
permukaan logam tube. Logam tube menjadi lemas/lentur yang dapat
menimbulkan keretakan dan kebocoran.
 Sering terjadi pada tube lurus di boiler dan di shell-and-tube waste
heat boiler.
 Corrosion fatigue merupakan kombinasi antara fatigue dengan korosi.
– Strees-Induced corrosion
 Korosi yang dipicu oleh tegangan mekanik yang diterima logam saat
pembuatan dan fabrikasi logam.
 Sering terjadi di ujung lengkungan tube, threaded bolts dan separator
jenis cyclone.

22. Failures pada Sistem Boiler
 Dissolved O2 corrosion
– Disebabkan oleh adanya O2 di dalam feed maupun boiler water
yang menyebabkan terbentuknya pitting pada tube.
– Sering terjadi pada feedwater heater dan economizer.
 Chelant corrosion
– Terjadi saat garam natrium berada dalam konsentrasi yang relatif
tinggi selama periode waktu tertentu.
– Menyebabkan penipisan lapisan logam pada daerah yang
mempunyai tegangan berlebih (ujung lengkungan tube dan ujung-
ujung baffle).
 steam blanketing
– Kondisi saat permukaan logam dilapisi oleh superheated steam
sehingga pembentukan deposit karena presipitasi berlangsung
sangat cepat. Deposit akan memacu korosi (under-deposit
corrosion) yang dapat menyebabkan failure.
– Sering terjadi di superheater tube.

23. Failures pada Sistem Boiler
– Acidic attack corrosion
 Disebabkan oleh pH yang rendah.
 Menyebabkan penipisan pada lapisan logam.
– Korosi karena tembaga
 Disebabkan oleh deposit tembaga yang masih tersisa saat pembersihan
deposit tembaga oksida menggunakan asam.
 Menyebabkan pitting.
 Sering terjadi di boiler drums dan permukaan tube.
– Hydrogen embrittlement
 Disebabkan oleh terbentuknya atom hidrogen produk acidic corrosion,
kemudian terakumulasi di bawah deposit (scale) yang keras dan padat
sehingga tekanan dalam tube menjadi sangat besar. Apabila hidrogen
bereaksi dengan karbon dari logam maka akan terbentuk gas metan
yang semakin memperbesar tekanan.
 Menyebabkan pecahnya tube.
 Terjadi pada boiler bertekanan tinggi (diatas 1500 psig).