Boiler Water Level Control dan Alarm System

Boiler Water Level Control adalah suatu system untuk mengatur/menjaga level air didalam steam drum agar tetap berada pada range yang aman/normal.

System ini menggunakan Feed Water Modulating Valve yang berfungsi untuk mengatur pemompaan air dari Feed Water Pump kedalam steam drum dan system deteksi level air pada Steam drum agar level air didalam steam drum dapat dijaga konstan pada posisi Normal Water Level.

Baca Juga: Proses Pembentukan Steam Boiler

Pada Prakteknya sytem deteksi level air yang digunakan ada tiga jenis yaitu ;

A. Float and Coil System
B. Submerged Electrode System
C. Pressure Differentials Detection System

Sedangkan Alarm System berfungsi untuk memberikan peringatan apabila level air dalam boiler pada posisi tidak aman yaitu terlalu rendah atau terlalu tinggi.

A. Float & Coil System

Sistem Float & Coil adalah metode untuk mendeteksi dan mengatur level air dalam boiler. Sistem ini menggunakan kombinasi dari pelampung (float), coil, dan magnetic switch untuk tujuan alarm dan pengendalian level air secara otomatis. Berikut adalah penjelasan lengkap mengenai cara kerja sistem ini:

1. Komponen Utama

• Pelampung (Float): Sebuah komponen yang mengapung di atas permukaan air dalam chamber. Pelampung ini bergerak naik turun sesuai dengan perubahan level air.
• Actuator Magnetik: Terletak di bagian atas pelampung, yang bergerak bersama pelampung.
• Modulating Coil: Komponen yang menghasilkan sinyal output yang bervariasi berdasarkan posisi pelampung.
• Modulating Control Box: Unit kontrol yang membandingkan sinyal dari modulating coil dengan sinyal umpan balik dari motor listrik.
• Electric Motor: Motor yang menggerakkan orifice disc pada valve modulating.
• Orifice Disc dan Valve Modulating: Mengatur aliran air umpan (feed water) ke boiler.
• Alarm Coil dan Relay: Komponen yang mendeteksi posisi pelampung untuk memberikan sinyal alarm.

2. Cara Kerja Sistem

1. Deteksi Level Air:
   • Perubahan level air dalam boiler menyebabkan pelampung dalam chamber bergerak naik atau turun.
   • Pelampung membawa actuator magnetik yang berada di atasnya.
2. Penghasilan Sinyal Output:
   • Gerakan actuator magnetik mempengaruhi modulating coil, menghasilkan sinyal output yang bervariasi.
   • Sinyal ini dikirim ke modulating control box.
3. Perbandingan Sinyal:
   • Modulating control box membandingkan sinyal dari modulating coil dengan sinyal umpan balik dari posisi motor listrik.
   • Jika kedua sinyal tidak seimbang, control box mengirim perintah untuk menggerakkan motor listrik.
4. Pengaturan Posisi Motor:
   • Motor listrik menggerakkan orifice disc pada valve modulating.
   • Perubahan posisi valve mempengaruhi bukaan valve, mengatur jumlah aliran feed water ke boiler.
5. Penyesuaian Aliran Air:
   • Jika level air dalam boiler turun, valve akan membuka lebih lebar untuk menambah aliran air.
   • Jika level air naik, valve akan menutup untuk mengurangi aliran air.
6. Sistem Alarm:
   • Naik atau turunnya actuator pada modulating control chamber juga mempengaruhi output signal dari alarm coil.
   • Jika actuator mencapai titik level tertentu yang telah diatur sebelumnya, relay dalam alarm unit pada modulating control box akan diaktifkan.
   • Relay yang aktif akan memicu sistem alarm, memberi tahu operator tentang kondisi kritis level air dalam boiler.

3. Keuntungan dan Keandalan

• Otomatisasi: Sistem ini memungkinkan pengendalian level air secara otomatis, mengurangi intervensi manual.
• Keamanan: Dengan adanya sistem alarm, risiko kerusakan akibat level air yang tidak sesuai dapat diminimalkan.
• Presisi: Penggunaan modulating coil dan kontrol motor listrik memberikan respons yang cepat dan akurat terhadap perubahan level air.

4. Aplikasi

Sistem Float & Coil ini sangat umum digunakan pada berbagai jenis boiler industri untuk memastikan operasi yang aman dan efisien. Dengan pengendalian yang tepat, boiler dapat bekerja pada kondisi optimal, menghemat energi dan mengurangi biaya operasional.

B. Submerged Electrode System

C. Differential Pressure Transmitter System

Sistem Differential Pressure Transmitter (DPT) adalah metode yang menggunakan alat khusus untuk mendeteksi dan mengatur level air dalam steam drum boiler. Sistem ini mengandalkan prinsip perbedaan tekanan untuk menentukan level air dan mengirimkan sinyal elektrik untuk mengontrol valve modulating secara akurat.

1. Komponen Utama

• Differential Pressure Transmitter (DPT): Alat yang mengukur perbedaan tekanan antara dua titik dalam steam drum.
• Steam Drum: Bagian dari boiler di mana level air diukur.
• Water Level Controller: Unit kontrol yang menerima dan mengolah sinyal dari DPT.
• Control Valve/Modulating Valve: Valve yang mengatur aliran feed water berdasarkan sinyal dari water level controller.

2. Cara Kerja Sistem

1. Pengukuran Perbedaan Tekanan:
   • DPT dipasang untuk mengukur perbedaan tekanan antara dua titik di steam drum: satu titik di bagian bawah (dalam air) dan satu titik di bagian atas (dalam uap).
   • Perbedaan tekanan ini mencerminkan level air dalam steam drum, karena tekanan pada titik yang terendam air akan lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan pada titik yang terendam uap.
2. Pengubahan Perbedaan Tekanan menjadi Sinyal Elektrik:
   • DPT mengubah perbedaan tekanan yang terdeteksi menjadi sinyal arus listrik dalam rentang 4 – 20 mA.
   • Sinyal 4 mA biasanya menunjukkan level air terendah (terkuras), sementara 20 mA menunjukkan level air tertinggi (penuh).
3. Pengiriman Sinyal ke Water Level Controller:
   • Sinyal dari DPT dikirim ke water level controller untuk diolah lebih lanjut.
   • Water level controller membandingkan data level air aktual dengan set value atau nilai yang telah ditentukan sebelumnya.
4. Pengolahan Data oleh Water Level Controller:
   • Controller mengolah sinyal dari DPT dan membandingkannya dengan set value yang telah diinput sebelumnya, yang biasanya berupa Normal Water Level.
   • Berdasarkan hasil perbandingan, controller menentukan apakah perlu menambah atau mengurangi aliran feed water ke boiler.
5. Mengirim Sinyal Output ke Control Valve:
   • Water level controller mengirimkan sinyal output dalam bentuk arus listrik 4 – 20 mA ke control valve atau modulating valve.
   • Sinyal ini menginstruksikan valve untuk membuka lebih lebar atau menutup sebagian, sesuai dengan kebutuhan untuk mempertahankan level air pada kondisi Normal Water Level.
6. Pengaturan Aliran Air:
   • Control valve/modulating valve menerima sinyal dari controller dan menyesuaikan bukaan valve.
   • Jika level air lebih rendah dari Normal Water Level, valve akan membuka lebih lebar untuk menambah aliran feed water.
   • Jika level air lebih tinggi, valve akan menutup sebagian untuk mengurangi aliran feed water.

3. Keuntungan dan Keandalan

• Akurasi Tinggi: Menggunakan DPT memberikan pengukuran level air yang sangat akurat berdasarkan perbedaan tekanan.
• Respon Cepat: Sistem ini memberikan respons yang cepat terhadap perubahan level air, memastikan level air tetap dalam batas normal.
• Otomatisasi dan Efisiensi: Water level controller secara otomatis mengatur control valve, meningkatkan efisiensi operasional dan mengurangi kebutuhan intervensi manual.
• Keamanan: Dengan deteksi yang akurat dan kontrol otomatis, risiko kerusakan boiler akibat level air yang tidak sesuai dapat diminimalkan.

4. Aplikasi

Sistem Differential Pressure Transmitter cocok digunakan pada berbagai jenis boiler industri, terutama di lingkungan yang membutuhkan kontrol level air yang presisi dan responsif. Sistem ini sangat bermanfaat dalam aplikasi di mana perubahan level air dapat mempengaruhi keselamatan dan efisiensi operasi boiler.

Dilihat dari parameter yang di deteksi system ini dapat dibagi menjadi 3 jenis yaitu :

Pengendalian level air dalam boiler dapat dibagi menjadi tiga jenis sistem berdasarkan jumlah parameter yang dideteksi dan dikendalikan, yaitu Single Element Control System, Two Element Control System, dan Three Element Control System. Berikut penjelasan lengkap dan detail dari masing-masing sistem:

1. Single Element Control System
2. Two Element Control System
3. Three Element Control System

2. Two Element Controller

3. Three Element Controller

Three Element Control System adalah sistem kontrol level air yang paling kompleks dan akurat, karena mendeteksi dan mengendalikan tiga parameter: level air, aliran feed water, dan aliran uap yang keluar dari boiler.

Komponen Utama:

• Level Sensor: Mengukur level air dalam steam drum.
• Feed Water Flow Sensor: Mengukur aliran feed water yang masuk ke boiler.
• Steam Flow Sensor: Mengukur aliran uap yang keluar dari boiler.
• Controller: Unit yang mengolah sinyal dari ketiga sensor dan memberikan perintah ke control valve.
• Control Valve: Valve yang mengatur aliran feed water.

Cara Kerja:

• Level sensor mendeteksi level air dalam steam drum dan mengirimkan sinyal ke controller.
• Feed water flow sensor mengukur aliran feed water dan mengirimkan sinyal ke controller.
• Steam flow sensor mengukur aliran uap yang keluar dari boiler dan mengirimkan sinyal ke controller.
• Controller membandingkan ketiga sinyal ini dengan set point yang telah ditentukan.
• Berdasarkan hasil perbandingan, controller mengirimkan sinyal ke control valve untuk menyesuaikan aliran feed water.
• Dengan memonitor ketiga parameter ini, sistem ini dapat menyesuaikan aliran feed water dengan sangat akurat, bahkan dalam kondisi beban uap yang berubah-ubah.

Keuntungan:

• Sangat Akurat: Memberikan kontrol yang sangat akurat terhadap level air, mengkompensasi perubahan dalam aliran feed water dan aliran uap.
• Responsif: Sangat responsif terhadap perubahan beban uap, sehingga sangat cocok untuk operasi boiler dengan variasi beban yang tinggi.

Keterbatasan:

• Kompleksitas Tinggi: Memerlukan instalasi, konfigurasi, dan pemeliharaan yang sangat kompleks.
• Biaya Tinggi: Menggunakan tiga sensor dan sistem kontrol yang canggih meningkatkan biaya secara signifikan.