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).