Steam Jet Ejector

Steam jet ejector merupakan alat pembangkit vacuum dengan menggunakan steam sebagai media pendorong. Suatu pancaran cairan, gas atau uap (steam) keluar dari nozzle dengan kecepatan tinggi sehingga dihasilkan tekanan rendah di titik nozzle tersebut. Dengan demikian, gas yang harus diangkut akan terhisap, terbawa dan mengalami percepatan.

Steam jet ejector berfungsi untuk mengeluarkan gas atau uap dari suatu ruangan dan mempertahankan kevakuman yang tercapai. Steam jet ejector merupakan pompa yang tidak mempunyai bagian-bagian yang bergerak. Oleh karena itu, pompa ini sangat sederhana dan tidak memerlukan perawatan yang rumit.

Dalam steam jet ejector, steam yang telah dipakai dikondensasi dengan mencampurkannya dengan air. Daya hisap dan vacuum akhir yang tercapai seringkali tergantung pada tekanan awal pancaran, tekanan uap kondensate dan konstruksi pompa (jumlah langkah kerjanya).

Dengan steam jet ejector satu langkah hanya bisa dicapai vacuum sebesar 130 mbar (atau perbandingan kompresi sekitar 1:8).

Pada steam jet ejector yang disusun secara seri, beberapa jet ejector dihubungkan berturut-turut dan makin kebelakang jet ejector semakin kecil. Pada tiap langkah, steam diumpankan secara terpisah. Agar uap dan steam dari langkah sebelumnya tidak dikompresi pada langkah berikutnya, maka diantara jet ejector dipasang condenser kontak. Didalam kondeser kontak ini, disemprotkan air agar uap dan steam terkondensasi. Air yang keluar dari condenser dialirkan melalui pipa barometik (ketinggian minimal 10 meter) atau dengan pompa (misalnya dengan side channel pump).

Selain dengan system seri dan karena steam jet ejector tidak mempunyai daya hisap yang besar, maka untuk membuat vacuum awal sering digunakan pompa pendesak (misalnya dengan pompa vacuum cincin air). Dalam proses stripping untuk evaporasi, sering digunakan sebuah steam jet ejector dengan tekanan input steam 4 bar dan steam outputnya digunakan sebagai steam stripper untuk stage sebelumnya, sedangkan vacuum awal digunakan pompa vacuum cincin air. Dengan system seperti ini bisa diperoleh vacuum awal 600 mbar (oleh pompa) dan vacuum akhir sebesar 980 mbar.

Vacuum akhir ditempat hisap yang dicapai dengan steam jet ejector langkah majemuk dibatasi oleh tekanan uap dari kondensate dan besarnya sekitar 4 mbar abs (-996 mbar). Vacuum akhir yang lebih baik (0,7 mbar abs) bisa dicapai bila bahan pancar dari langkah pertama tidak dikondensasi (langsung dibuang) karena uap akhir yang tersisa biasanya merupakan uap yang tidak mudah untuk dikondensasi.

Pada steam jet ejector yang bekerja pada vacuum yang tinggi (diatas 5 mbar), maka diperlukan pemanasan jet ejector supaya tidak terbentuk es akibat titik beku air dilewati selama operasi berlangsung. Pemanasan bisa dilakukan dengan system coil yang mengelilingi body jet ejector yang biasa dikenal dengan trace heater. Model sekarang, trace heater dibuat mengelilingi penuh dinding jet ejector dan supaya berfungsi optimal maka coil harus benar-benar menempel dinding jet ejector.

Steam jet ejector bersifat stabil terhadap penghisapan cairan atau uap yang terkondensasi (sama halnya dengan pompa pancar air). Umumnya dipakai steam jet ejector 3 langkah atau 4 langkah secara seri,  tergantung dari kebutuhan vacuum disesuaikan dengan biaya steam dan air. Steam yang dipakai biasanya adalah dry saturated steam dengan tekanan sekitar 10 bar atau lebih.

EFFESIENSI PEMAKAIAN STEAM

Lima hari yang lalu Bos memanggilku untuk membahas pencapaian Objektif, salah satunya soal efisiensi pemakaian steam. Si Bos bilang, "Pak Edy, pemakaian steam di pabrik ekstraksi 2012 turun 15% dibanding tahun sebelumnya dan bulan-bulan awal di tahun ini masih memenuhi target. Hal itu tidak jelek, tetapi angka bulanannya sebenarnya berfluktuasi, kenapa tidak bisa dijaga stabil pada kisaran angka yang rendah?"

Dalam hati aku mengeluh, "sudah dikasih sapi, masih minta gajah". Itulah Bos, sudah beberapa kali kujelaskan soal pemakaian steam di pabrik ekstraksi, tetapi dia tetap tidak mengerti atau mungkin tidak mau mengerti. Yang dia lihat adalah data, dan meminta pencapaian yang lebih bagus dari data tersebut atau setidaknya dijaga stabil data pada kisaran yang bagus, tanpa memberi masukan langkah-langkah atau solusi yang bisa dilakukan. Tetapi itu wajar, tugas bos memang seperti itu, yang dipikirkan adalah biaya operasional yang serendah mungkin dan saya harus selalu berpikir bagaimana untuk bisa mencapainya.

Apa yang bisa lakukan untuk menghemat steam?

Pertama untuk bisa menjawab pertanyaan ini kita harus tahu apa itu steam dan bagaimana sifatnya. Steam yang dipakai ada dua jenis, yaitu saturated steam dan superheated steam. Sedangkan fungsi dari steam bermacam-macam tergantung kebutuhan proses, tetapi secara umumnya steam dipakai sebagai media pemanas, pembawa, fluida penggerak, fluida pencipta vacuum, dll.

Saturated steam dikenal juga sebagai steam jenuh/steam basah merupakan steam yang berada dalam kondisi titik didihnya. Pernah ada kasus, di Pabrik Minyak Goreng (PMG) yang menggunakan pembangkit vacuum dengan steam jet ejector, kondisi vacuum  tidak tercapai sehingga proses pembuatan minyak goreng gagal, analisa penyebab masalah dari department (PMG) mengatakan; “vacuum nge-drop disebabkan oleh kondisi steam yang basah”. Sialnya bagi department pembangkit steam (boiler), bos percaya dengan analisa penyebab masalah tersebut (maklum, bos biasanya kurang memahami soal teknis/proses, mereka biasanya lebih memahami bisnis dan manajemen), sehingga department boiler yang kena getahnya.

Steam yang keluar dari boiler dipastikan merupakan steam basah/steam jenuh/saturated steam bila tidak ada proses lanjutan berupa pemanasan lanjut atau reducer tekanan. Dalam mesin boiler air dipanaskan hingga menguap, tekanan steam yang terjadi berhubungan dengan kecepatan penguapan dan flowrate pemakaian steam. Untuk flowrate pemakaian yang tetap, semakan besar tekanan  berarti semakin cepat proses penguapan dan berarti juga semakin besar kebutuhan panas/bahan bakar. Jadi adanya kasus vacuum nge-drop karena steamnya basah merupakan alasan yang tidak tepat selama tekanan steam sesuai spesifikasi dan stabil, sehingga dalam kasus ini, tidak selayaknya department boiler mendapat getahnya karena bisa dipastikan faktor penyebab vacuum nge-drop bukan dari steam.

Sebagai catatan, dalam proses transfer di pipe line dari boler ke pemakai steam, dipastikan akan terjadi proses kondensasi dan penurunan tekanan karena adanya panas yang hilang ke lingkungan. Oleh karena itu, dalam perancangan pipe line dari boiler ke pemakai steam harus dipertimbangkan faktor loss panas, sehingga steam yang sampai ke pemakai sesuai dengan spesifikasi yang diharapkan.

Superheated steam atau biasa disebut steam kering/steam lewat jenuh merupakan steam dalam kondisi diatas titik didihnya. Superheated steam diciptakan dari saturated steam dengan cara pemanasan lanjut atau dengan flash/reducer steam. Superheated steam dibuat biasanya untuk penggunaan khusus misalnya kondensate yang terjadi merupakan pengganggu proses/alat atau yang dibutuhkan hanya pada kebutuhan aliran fluidanya, contohnya adalah untuk steam stripping, steam penggerak turbin, dll

Saya ingat ketika masih kuliah, Bapak Dosen pernah bertanya "Bila anda menggunakan steam sebagai media pemanas, anda pilih saturated atau superheated steam?" Bila jawabannya adalah superheated steam tanpa alasan lain, Pak Dosen pasti menyalahkannya, karena panas latent steam  sebesar 2100 kJ/kg jauh lebih besar daripada kapasitas panasnya (4,2 kJ/kg/K). Hal ini benar, tetapi jangan sampai tertanam dipikiran bahwa steam untuk pemanas harus saturated steam, bila ada superhated steam yang tidak terpakai (misalnya sisa penggerak turbin) bila dipakai pasti merupakan suatu penghematan yang sangat besar.

Pada prinsipnya, untuk berhemaat pemakaian steam  langkahnya cukup sederhana, yaitu jangan sampai terjadi overprocessing dan kebocoran, serta steam trap harus dalam kondisi normal.

Beberapa hari yang lalu, rekan kerja saya melihat bebapa bagian pipa steam tidak mempunyai isolasi. Dia mengatakan; “Pak Edy, itu pipa steam yang tidak berisolasi apa tidak sebaiknya diberi isolasi, klo terbuka begitu pasti banyak steam yang mengembun dan hal ini merupakan pemborosan steam”.

Benarkah pipa steam yang tidak berisolasi menyebabkan banyak panas steam yang hilang sehingga steam menjadi mengembun? 

Fungsi utama dari isolasi steam adalah fungsi untuk mencegah kecelakaan permukaan panas, bukan sebagai penghambat transfer panas karena sebenarnya hambatan transfer panas oleh isolasi lebih kecil daripada hambatan transfer panas oleh udara. Jadi udara lebih efektif untuk menghambat transfer panas daripada isolasi. Tetapi isolasi menjadi sangat penting untuk menghambat transfer panas di pipa steam bila pipa steam tersebut terletak diruang terbuka yang bisa terkena hujan dan hembusan angin. Hujan dan angin bisa menyebabkan panas steam terbuang.

PEMAKAIAN LISTRIK

Dalam sebuah pabrik, umumnya porsi biaya terbesar untuk biaya operasional (utility) disumbangkan oleh biaya pemakaian listrik. Sedikit saja kita bisa mengurangi pemakaian biaya untuk komponen yang memberikan porsi biaya terbesar dalam operasional, maka penurunan biaya operasional secara keseluruhan akan terasa significant. Oleh karena itu, biasanya bila ada Bos baru, hampir pasti bos tersebut akan menanyakan; “Pak Edy, kebutuhan listrik sebesar ini untuk apa saja? Bisakah lebih dikurangi?”.

Apa yang bisa kita lakukan untuk bisa menghemat pemakaian listrik?

Untuk menjawab pertanyaan itu, kita perlu mengidentifikasi setiap alat/mesin yang menggunakan listrik. Adakah yang bisa tidak perlu dioperasikan atau adakah yang perlu dilakukan pengaturan operasionalnya sehingga diperlukan listrik yang lebih rendah. Dalam identifikasi, sebaiknya dimulai dengan mesin listrik yang membutuhkan listrik yang besar. Pompa dengan power 80 kW tentu lebih berpengaruh terhapat biaya listrik dibanding lampu 100 watt.

Sebenarnya tahapan yang tidak kalah pentingnya adalah tahapan ketika perancangan pembangunan pabrik. Ketika dalam perancangan kita salah mimilih alat/mesin listrik dengan kapasitas yang melebihi kebutuhan proses (overprocessing), maka pemborosan pemakaian listrik akan terjadi selama pabrik dioperasikan dan hal ini merupakan biaya yang sangat besar. Misalnya adalah kita memilih motor untuk pompa, bila dalam perancangan kita memilih pompa yang terlalu besar (motor terlalu besar) dari pada kebutuhan proses, maka selama operasi diperlukan listrik lebih besar daripada yang seharusnya bisa dipakai. Bila sudah terjadi hal seperti ini, untuk mengganti pompa/motor sesuai kapasitas yang diinginkan berarti diperlukan biaya investasi baru lagi yang cukup besar dan hal ini umumnya jarang dilakukan bila overprocessingnya tidak terlalu besar.

Rumus pemakaian listrik adalah kW = 3^0,5 x 0,8 x V x A / 1000. V adalah tegangan listrik yang dalam pabrik biasanya stabil diangka 380 volt. Sedangkan A adalah arus listrik yang besarnya ada yang stabil dan ada yang berubah-ubah tergantung beban yang diberikan. Contoh arus listrik yang besarnya stabil misalnya untuk motor penggerak pompa sentrifugal, lampu, dll. Sedangkan motor untuk menggerakkan mesin yang bebannya berubah, misalnya mesin press, besarnya arus listrik tergantung beban yang diberikan.

Mesin listrik dengan arus stabil harus dipilih yang cocok untuk kebutuhan proses dan jangan sampai terjadi overprocessing. Bila overprocessing, berarti pemborosan untuk selamanya (selama dipakai), bila diganti dengan mesin yang sesui kebutuhan proses, berarti diperlukan investasi baru. Pilih mana yang lebih murah. Untuk mesin listrik dengan arus listrik yang besarnya sesuai beban, maka lakukan operasional yang memerlukan listrik yang paling kecil. Misalnya dengan cara jangan menambah jumlah mesin yang dioperasikan bila beban mesin yang telah dioperasikan belum mencapai maksimal. Satu mesin dengan beban maksimal akan memerlukan listrik lebih sedikit bila dibandingkan dengan mengoperasikan dua mesin dengan beban yang rendah untuk flowrate material proses yang sama.