Home > Umum > Steam Trap

Steam Trap

6 December 2011

  • Mengapa kita memerlukan steam trap?

Agar pengoperasian steam system lebih efektif dan efisien maka harus diproteksi dari ketiga hal berikut:

  1. Kondensat
  2. Udara
  3. Fluida non-kondensibel

Kondensat terbentuk dalam sistem ketika panas dari steam telah digunakan. Oleh karena kehadiran kondensat akan mengganggu efisiensi dari operasi steam system maka kondensat harus dibuang dari sistem.

Udara. udara adalah salah satu isolator yang paling bagus, tetapi jika bercampur dengan steam maka akan menurunkan temperatur steam dan akan mengurangi efektifitas dari keseluruhan steam system. Untuk alasan tersebut udara HARUS secara kontinyu dikeluarkan dari sistem dengan menggunakan steam trap agar dapat beroperasi secara efisien dan hemat energi.

Fluida non-kondensibel. Fluida non-kondensibel seperti karbon dioksida (CO2) yang dapat memacu terjadinya korosi dan berbagai kerusakan lain terhadap peralatan.

  • Apa itu steam trap?

Steam trap adalah valve otomatis yang didesain untuk mengeluarkan kondensat, udara, dan fluida non-kondensibel yang terjebak atau tertahan di steam system. Steam trap dibagi menjadi 4 kategori utama : Thermostatic, mechanical, Thermodynamic, dan Drain Orifice.

Dalam setiap steam system ada 4 (empat) fasa operasi dimana steam trap memainkan peran penting:

  1. Start-Up. Selama “strat-up”, ketika steam system mulai diaktifkan, udar dan fluida non-kondensibel HARUS dikeluarkan dari sistem.
  2. Heat-up. Selama “heat-up”, ketika sistem bekerja mencapai suhu dan tekanan yang diinginkan kondensat harus dikeluarkan dari sistem.
  3. Pada temperatur yang diinginkan. Ketika level yang diinginkan telah tercapai, valve harus ditutup untuk mempertahankan steam.
  4. Pemanfaatan panas. Selama pemanfaatan panas, valve tetap tertutup kecuali jika kondensat terbentuk, kemudian valve akan terbuka dan mengeluarkan kondensat dan akan segera menutup kembali tanpa membuang steam.
  • Perbedaan steam trap yang bagus dan jelek

Steam trap yang bagus harus :

  1. Mengeluarkan kondensat, udara, dan fluida non-kondensabel.
  2. Bisa menyesuaikan load dengan range temperatur dan pressure yang lebar.
  3. Bisa tahan terhadap pembekuan (freeze-proof) apabila diperlukan.
  4. Simpel dan kuat.
  5. Hanya sedikit part yang bergerak.
  6. Membutuhkan maintenance yang rendah dan spare part.
  7. Umurnya panjang.

Steam trap yang jelek :

  1. Mengeluarkan live steam.
  2. Mengalami kegagalan jika terjadi perbahan tekanan.
  3. Responnya lambat dan kurang igap.
  4. Terlalu banyak, terlalu singkat, atau terlalu lama saat membuka.
  5. Memerlukan perawatan dan penyetelan yang terlalu sering.
  6. Memerlukan spare part atau ukuran orifice yang banyak untuk tekanan yang berbeda.

1.   Thermostatic Steam Traps

Thermostatic steam trap beroperasi berdasarkan respon langsung terhadap temperatur. Ada dua macam yaitu Bimetalic dan Bellow.

a.   Bellow Trap

Dari semua perlatan actuating (actuating devixe), bellow trap adalah peralatan dengan operasi yang paling mendekati ideal, efisien, dan paling ekonomis. Steam trap jenis ini bereaksi dengan cepat dan tidak memerlukan pengaturan. Bellow trap bekerja hanya dengan satu moving part. Jika cairan memenuhi/mengisi metal bellows maka akan bereaksi dengan cepat dan presisi terhadap kehadiran steam.

Selama proses start-up dan warm-up, akan terjadi kevakuman sehingga menyebabkan bellows tetap tertarik, sehingga valve akan membuka dan mengeluarkan udara sera fluida non-kondensibel (Gambar 1).  kemudian kondensat akan dikeluarkan (Gambar 2). Lalu ketika ada steam masuk maka akan menyebabkan cairan didalam bellow menguap dan bellow akan mengembang sehingga valve akan tertutup (Gambar 3).

Gambar 1. Bellows trap start-up or warm-up
gambar 2. Condensate discharging
Gambar 3. Valve closed

At temperature (pada suhu operasi) valve akan tetap tertutup dan akan membuka apabila terdapat kondensat, udara, atau fluida non-kondesibel lainnya yang menyebabkan bellow bereaksi dan valve membuka.

Tidak seperti disc trap, bellow trap sensitif terhadap temperatur disbanding dengan time cycle device (peralatan siklus berdasarkan waktu). Tidak akan terjadi kesalahan antara steam dengan udara karena bellow hanya bereaksi berdasarkan temperatur. Dan tidak seperti pada bucket trap, bellow trap tidak memerlukan variasi ukuran untuk valve dan seat untuk berbagai macam tekanan.

b.   Bimetallic Trap

Bimetallic trap bekerja apabila ada perbedaan pada kedua logam dalam thermostat, dengan menggunakan prinsip perbedaan pemuaian antara kedua logam tersebut maka akan menghasilkan pergerakan membuka dan menutup pada valve.

Gambar 4 menggambarkan ketika kondensat yang suhunya lebih dingin kontak dengan bimetallic disc, lalu disc akan mengalami penyusutan. Takanan pada kondensat yang masuk mengakibatkan valve membuka dari seat (dudukannya) dan kondensat akan mengalir. Pada Gambar 5, ketika steam memasuki trap maka bimetallic disc akan terpanaskan dan kemudian disc akan mengembang lalu memaksa valave untuk menutup sehingga aliran akan terhenti.

Gambar 4. bimetallic disc open___Gambar 5. bimetallic disc close

Bimetallic trap merupakan jenis trap yang sederhana tetapi trap ini punya kelemahan delay waktu (selang waktu) ketika akan membuka atau menutup. Setting pada trap ini juga tidak dapat diubah karena elemen yang digunakan hanya untuk satu kali setting dan harus diganti apabila ingin merubah setting untuk menjaga efisiensinya.

2.   Mechanical Steam Traps

a.   Inverted Bucket Trap

Pada inverted bucket trap terdapat semacam ember yang bentuknya terbalik dan beroprasi naik turun.

Gambar 6. Saat start-up, trap terisi oleh air. Posisi bucket (A) berada di bagaian bawah dan valve (B) akan terbuka penuh sehingga kondensat akan mengalir keluar.

Gambar 6. IB trap open

Gambar 7. Udara yang terjebak di dalam bucket akan keluar melalui lubang ventilasi (C). Pada beberapa bucket ada tambahan lubang ventilasi yang dikontrol oleh bimetallic strip yang tetap tertutup apabila ada steam. Lubang ventilasi hanya beroperasi selama strat-up. Kelemahan bucket trap ialah dalam mengatasi masalah kapasitas udara.

Gambar 7. IB trap air vent

Gambar 8. At temperature (pada temperatur operasi), steam memasuki bagian bawah bucket dan bucket akan mengapung serta valve akan tertutup (B). Selama penggunaan panas (heat use), kondensat yang terbentuk akan masuk ke bucket dan mengangkat bucket. Lalu bucket akan kehilangan keseimbangan (buoyancy) dan kemudian akan turun serta membuka kembali valve dan mengeluarkan kondensat (lihat Gambar 7).

Gambar 8. IB trap closed

Bucket trap kuat dan handal meskipun apabila ada pengumpulan udara di bucket dapat mengakibatkan valve tertutup dan menyebabkan kondensat masuk ke line steam. Kelemahan lainnya yaitu steam bisa saja lolos jika bucket kehilangan muatannya (lihat gambar 9).

Bucket trap membutuhkan muatan berupa air yang membuat bucket tetap terangkat ketika ada steam, kecuali jika ditambahkan isolasi yang mahal. Oleh karena bucket trap bertumpu pada fixed force (gaya yang tetap) berupa berat dari bucket maka lubang discharge harus menyesuaikan tekanan kerja.

b.   Float and Thermostatic Trap

Float and thermostatic trap mengkombinasikan kemampuan venting dari thermostatic trap dengan kontrol level cairan yang bagus dari float trap.

Gambar 9. Selama strat-up sebelum kondensat mencapai trap, elemen thermostatic untuk mengeluarkan air. Float akan duduk pada seat.

Gambar 9. F & T trap during start-up

Gambar 10. ketika kondensat panas dan steam mencapai trap, thermostatic elemen akan mengembang dan menutup ventilasi udara. Kondensat akan mengangkat float dan akan mengalir keluar dari trap.

Gambar 10. Hot condensate enter trap

Gambar 11. Ketika jumlah kondensat yang masuk ke trap berkurang, maka float akan kembali menurun dan flow kondensat yang mengalir akan berkurang. Gaya keseimbangan (buoyancy) dari float akan memepertahankan liquid level seal  di atas seat ring sehingga steam tidaka akan lolos dari trap.

Gambar 11. Steam enter the trap

Seperti pada inverted bucket trap, Float & thermostatic trap juga bergantung pada satu gaya tetap (fixed force) yaitu gaya keseimbangan (buoyancy) dari float. Discharge orifice harus diukur berdasarkan perbedaan tekanan. Apabila kita memasang low pressure F & T trap pada kondisi high pressure maka akan menyebabkan trap mengalami locking up (float tidak mau turun). Perbedaan yang mencolok antara F & T trap dengan inverted bucket trap adalah pada siklus discharge-nya. F & T trap lebih mirip discharge yang kontinyu sementara inverter bucket trap men-discharge ondensat dengan siklus tertentu (intermittent).

2.   Thermodynamic Steam Traps

Thermodynamic steam trap adalah jenis intermittent trap (cycle device) yang berekasi terhadap ketidakseimbangan tekanan pada valving device (biasanya disc).

Gambar 12. Tekanan yang disebabkan oleh air atau kondensat mengangkat disc dan udara atau kondensat akan mengalir keluar.

Gambar 12. Thermodynamic trap valve open

Gambar 13. Ketika steam datang pada inlet port, bocoran steam (blowby) pada kecepatan yang tinggi akan menciptakan tekanan yang rendah di bagian bawah disc. Sebagian buangan kondensat akan meniup disc ke bagian atas chamber, sehingga disc akan mengarah ke bawah.

Gambar 13. Steam arrive into inlet port

Gambar 14. Flow akan terhenti apabila tekanan yang terjebak di chamber bagian atas disc telah cukup.

Gambar 14. Disc trap closed

Selama operasi, penurunan tekanan di dalam chamber membuat tekanan yang masuk akan mengangkat disc dan membuka trap (lihat gambar 12). Penurunan tekanan bisa disebabkan oleh kondensat yang lebih dingin.

Oleh karena design disc trap adalah thermodynamic trap, apabila trap berada pada kondisi yang basah atau kering chamber mungkin lebih dahulu dingin akibat kegagalan atau siklus yang terlalu cepat sehingga mengakibatkan steam loss dan wear. Design Thermodynamic steam trap yang lebih canggih terdapat steam jacket yang mengelilingi chamber sehingga dapat mencegah kondisi lingkungan mempengaruhi kerja dari disc trap. Trap jenis ini juga tahan terhadap water binding. Jika tekanan air terjebak di atas disc maka trap akan gagal menutup.

Gambar 15. Kinerja trap sangat dipengaruhi oleh kotoran dan atau material asing yang dapat menyebabkan trap gagal membuka.

Gambar 15. Disc trap fail open

3.   Orifice Steam Traps

Gambar 16. Orifice trap

Steam trap tipe orifice didesain untuk continous flow. Orifice trap mengeluarkan (discharge) udara, kondensat, dan semua jenis gas non-kondensibel dengan sedikit steam yang lolos.

Ukuran dari fixed orifice harus dihitung agar beban kondensat yang dikeluarkan selalu pada efisiensi panas yang maksimum. Kurang lebih 10-25 % dari kondensat panas yang dibuang dari steam pada sisi downstream orifice, pada pressure drop konstan. Efek flushing mencegah aliran dari saturated steam. Pada kondisi yang aktual prosentase beart minimum dari steam dikeluarkan bersama kondensat, karena volume spesifik dari steam jauh lebih besar dari kondensat.

Kecepatan fluida pada saat melewati orifice adalah turbulen. Perhitungan steam loss bisa diperkirakan tetap selama 10 tahun lebih. Faktor yang paling berpengaruh terhadapefisiensi performa orifice trap adalah desain dari orifice trap. Apabila orifice trap didesain dengan benar maka thermal efisiensi bisa mencapai 98 %. Orifice trap bisa digunakan pada semua pressure, tetapi idealnya digunakan untuk saturated atau superheated steam dengan pressure 250 Psig atau lebih. (sumber:bangkitwidayat.wordpress.com)

%d bloggers like this: