Fungsi dan Cara Kerja Boiler Di Kapal Yang Harus Diketahui Engineer

Sistem boiler akan menghasilkan uap dengan tekana tinggi yang digunakan untuk beragam kebutuhan, baik untuk mendukung mesin maupun sistem utilitas di atas kapal.

Sejak era kapal uap, boiler telah menjadi benda penting untuk sistem penggerak dan pemanas di kapal. Bahkan sampai sekarang in meskipun teknologi mesin telah berkembang pesat, boiler tetap digunakan sebagai sumber energi panas yang efisien.

Apa Itu Boiler Kapal

Boiler kapal adalah suatu peralatan yang digunakan untuk memanaskan air hingga menghasilkan uap dengan tekanan dan temperatur tertentu sesuai kebutuhan sistem di kapal.

Secara sederhana, prosesnya dapat dijelaskan: Air - Pemanasan - Penguapan - Steam - Digunakan untuk kebutuhan kapal

Pada prinsipnya, boiler mengubah energi panas menjadi energi uap. Uap yang dihasilkan kemudian dimanfaatkan untuk berbagai kebutuhan, mulai dari pemanasan bahan bakar, pemanasan cargo, pemanas air, kebutuhan domestik, pembersihan, hingga penggerak peralatan tertentu yang menggunakan tenaga uap.

Pada kapal dengan sistem tertentu, panas untuk menghasilkan uap dapat diperoleh dari pembakaran bahan bakar melalui burner.

Sementara itu, panas dari gas buang mesin induk juga dapat dimanfaatkan melalui exhaust gas boiler atau economizer, sehingga energi panas yang sebelumnya terbuang ke atmosfer dapat digunakan kembali.

Energi panas yang diperlukan dapat berasal dari beberapa sumber. Pada oil-fired boiler, energi diperoleh dari pembakaran bahan bakar di dalam furnace. Sedangkan pada exhaust gas boiler, panas berasal dari gas buang mesin.

Di dalamnya terdapat berbagai komponen seperti steam drum, water drum, tube, furnace, burner, feedwater system, safety valve, pressure gauge, water level control, dan sistem kontrol yang bekerja bersama untuk menghasilkan steam secara aman.

Apa Fungsi Boiler di Atas Kapal

Fungsi boiler sangat bergantung pada jenis kapal dan sistem yang digunakan. Pada kapal modern, umumnya digunakan sebagai sumber energi panas untuk sistem utilitas, bukan sebagai penggerak utama kapal.

1. Pemanas Bahan Bakar

Salah satu fungsi penting boiler pada kapal yang menggunakan Heavy Fuel Oil (HFO) adalah menyediakan steam untuk pemanasan bahan bakar.

HFO mempunyai viskositas yang relatif tinggi. Jika temperatur bahan bakar terlalu rendah, bahan bakar menjadi semakin kental sehingga sulit dipompa dan dialirkan melalui sistem fuel oil.

Karena itu, fuel oil harus dipanaskan hingga mencapai temperatur yang sesuai dengan kebutuhan sistem.

Steam dari boiler dapat digunakan pada fuel oil heater untuk menjaga temperatur dan viskositas bahan bakar pada kondisi yang sesuai sebelum bahan bakar masuk ke mesin.

2. Pemanas Cargo pada Kapal Tanker

Boiler mempunyai peranan yang sangat penting pada kapal tanker yang mengangkut muatan dengan viskositas tinggi.

Beberapa jenis cargo minyak dapat menjadi semakin kental ketika temperaturnya turun. Kondisi tersebut dapat menyulitkan proses discharge karena pompa cargo membutuhkan kondisi muatan yang sesuai agar dapat bekerja secara efektif.

Steam dari boiler dapat dialirkan menuju cargo heating system, misalnya melalui heating coil yang dipasang di dalam cargo tank.

Steam memindahkan panas ke cargo sehingga temperatur muatan tetap berada pada kondisi yang dibutuhkan.

Dalam hal penanganan muatan di kapal Tanker maka boiler sangat membantu untuk hal-hal sebagai berikut:

Mempertahankan temperatur cargo
Menjaga viskositas cargo
Mempermudah proses discharge
Mengurangi beban cargo pump

3. Pemanasan Tangki dan Pipa

Selain cargo, steam juga dapat digunakan untuk memanaskan berbagai tangki dan jalur pipa.

Pada kapal yang menggunakan fuel oil dengan viskositas tinggi, beberapa tangki seperti fuel oil settling tank, service tank, dan storage tank dapat dilengkapi sistem heating.

Pemanasan diperlukan agar bahan bakar tetap dapat dipompa dan diproses dengan baik. Steam tracing juga dapat digunakan pada bagian tertentu dari sistem perpipaan untuk mempertahankan temperatur fluida.

4. Kebutuhan Domestik

Boiler juga dapat menyediakan steam untuk berbagai kebutuhan akomodasi kapal. Steam atau panas dari sistem steam dapat digunakan untuk:

Pemanas air
Galley
Laundry
Heating system
hot water system

Pada kapal penumpang, kebutuhan ini dapat menjadi sangat besar karena jumlah orang yang harus dilayani lebih banyak.

5. Tank Cleaning

Pada kapal tertentu, steam dapat digunakan untuk membantu kegiatan pembersihan tangki dan peralatan.

Penggunaan steam untuk cleaning bergantung pada jenis cargo, desain kapal, prosedur tank cleaning, serta persyaratan keselamatan.

Pada kapal tanker, pekerjaan pembersihan tangki harus dilakukan dengan mempertimbangkan risiko flammable vapor, toxic gas, oxygen deficiency, dan static electricity.

6. Deicing dan Steam Tracing

Kapal yang beroperasi di daerah bersuhu sangat rendah menghadapi risiko pembentukan es pada pipa dan peralatan tertentu.

Steam dapat digunakan sebagai sumber panas untuk steam tracing dan membantu mencegah pembekuan pada jalur yang membutuhkan perlindungan temperatur.

Dengan mempertahankan temperatur pipa, aliran fluida dapat tetap berjalan dan risiko kerusakan akibat pembekuan dapat dikurangi.

Jenis-Jenis Boiler

1. Fire Tube Boiler

Pada fire-tube boiler, gas panas mengalir di dalam tube, sedangkan air berada di luar tube. Gas hasil pembakaran melewati pipa-pipa pemanas dan mentransfer panas kepada air yang mengelilinginya.

Fire tube boiler, juga dikenal sebagai smoke tube boiler, adalah jenis boiler di mana gas panas bersirkulasi di dalam jaringan pipa yang dikelilingi air sebagai fluida kerja.

Boiler jenis ini menghasilkan tekanan sekitar 10–15 bar dan mampu menampung volume air yang besar. Konstruksinya lebih sederhana sehingga cocok digunakan ketika kebutuhan uap besar.

Kelebihan:

konstruksi relatif sederhana
mudah dipahami dan dioperasikan
memiliki volume air yang relatif besar
cocok untuk kebutuhan steam tertentu

Kekurangan:

kemampuan menghasilkan steam bertekanan sangat tinggi lebih terbatas
respons terhadap perubahan beban dapat lebih lambat
volume air yang besar dapat meningkatkan konsekuensi apabila terjadi kegagalan tekanan.

Fire-tube boiler banyak digunakan untuk aplikasi dengan kebutuhan steam yang tidak terlalu tinggi.

2. Water Tube Boiler

Water tube boiler adalah kebalikan dari fire tube boiler. Pada sistem ini, air dialirkan melalui pipa-pipa internal, sedangkan gas panas berada di ruang pembakaran dalam jumlah lebih besar.

Desain ini membuat laju penguapan air lebih tinggi, efisiensi perpindahan panas lebih baik, dan sistemnya lebih aman karena air panas dalam jumlah besar tidak bersentuhan langsung dengan shell.

Pada water-tube boiler, air mengalir di dalam tube, sedangkan gas panas berada di luar tube. Desain ini memungkinkan perpindahan panas yang efektif dan cocok untuk menghasilkan steam pada tekanan yang lebih tinggi.

Kelebihan:

mampu menghasilkan steam bertekanan tinggi
perpindahan panas efektif
kapasitas steam dapat besar
respons terhadap perubahan beban dapat lebih cepat

Kekurangannya:

konstruksi lebih kompleks
biaya lebih tinggi
membutuhkan kualitas feedwater yang baik
maintenance membutuhkan keahlian lebih tinggi.

Water-tube boiler banyak digunakan pada sistem yang membutuhkan kapasitas dan tekanan steam tinggi.

Bagaimana Cara Kerja Boiler

Untuk memahami cara kerja boiler, hal pertama yang perlu dipahami adalah proses perpindahan energi panas.

Pada boiler berbahan bakar, bahan bakar dibakar di dalam furnace. Energi kimia yang tersimpan dalam bahan bakar berubah menjadi energi panas.

Panas tersebut kemudian ditransfer ke air melalui permukaan pemanas atau tube. Secara sederhana: Fuel - Air - Combustion - Heat - Water - Steam

Steam yang terbentuk kemudian dikumpulkan dan dialirkan menuju steam header atau sistem pengguna.

Tahap 1 - Feedwater Masuk ke Boiler

Air yang akan digunakan untuk menghasilkan steam disebut feedwater. Feedwater biasanya berasal dari sistem kondensat dan kemudian dipompa menuju boiler menggunakan feedwater pump.

Sebelum masuk boiler, air dapat melalui berbagai tahap pengolahan untuk menjaga kualitas air. Kualitas feedwater sangat penting karena air dengan kandungan mineral atau kontaminan yang tinggi dapat menyebabkan scale, corrosion, dan carryover.

Tahap 2 - Air Dipanaskan

Setelah masuk ke boiler, air menerima panas dari sumber energi. Pada oil-fired boiler, panas berasal dari pembakaran fuel di furnace.

Pada exhaust gas boiler, panas berasal dari gas buang mesin. Temperatur air kemudian meningkat hingga mencapai kondisi penguapan.

Tahap 3 - Air Berubah Menjadi Steam

Ketika mendapatkan energi panas yang cukup, air berubah menjadi uap. Steam yang terbentuk kemudian dikumpulkan dan dipisahkan dari air.

Pada sistem tertentu, steam dapat mengalami proses pemanasan lanjutan untuk menghasilkan superheated steam. Namun, kebutuhan tersebut bergantung pada jenis boiler dan aplikasi kapal.

Tahap 4 - Steam Digunakan

Steam yang telah mencapai tekanan dan temperatur yang sesuai dialirkan menuju berbagai pengguna. Contohnya fuel oil heater, cargo heater, tank heating system, hot water system, galley, laundry, tank cleaning system dan steam turbine atau steam-driven equipment pada kapal tertentu.

Tahap 5 - Steam Mengembun Menjadi Kondensat

Setelah digunakan, steam kehilangan sebagian energinya dan berubah kembali menjadi air yang disebut condensate.

Kondensat dapat dikumpulkan melalui condensate return system dan dikembalikan ke sistem feedwater.

Siklus ini membuat penggunaan air menjadi lebih efisien.

Secara sederhana: Boiler - Steam - Heat User - Condensate - Feedwater - Boiler

Inilah yang disebut sebagai steam cycle.

Sumber Panas pada Boiler Kapal

Boiler kapal dapat memperoleh energi panas dari lebih dari satu sumber.

Oil-Fired Boiler

Pada oil-fired boiler, bahan bakar dibakar menggunakan burner. Sistem ini tetap dapat menghasilkan steam meskipun mesin induk sedang tidak beroperasi.

Komponen pentingnya meliputi:

fuel oil pump
burner
ignition system
combustion fan
furnace
feedwater pump
safety valve
control system.

Burner mencampurkan bahan bakar dan udara dalam kondisi yang sesuai untuk menghasilkan pembakaran yang stabil.

Exhaust Gas Boiler

Selain menggunakan burner, kapal dapat memanfaatkan panas dari exhaust gas mesin induk. Gas buang mesin mempunyai temperatur tinggi sehingga masih mengandung energi panas yang dapat dimanfaatkan.

Gas buang dialirkan melalui tube atau heating surface pada exhaust gas boiler sehingga panasnya berpindah ke air.

Sistem ini merupakan bentuk waste heat recovery karena memanfaatkan energi yang sebelumnya akan terbuang melalui exhaust.

Keuntungan utamanya adalah mengurangi kebutuhan bahan bakar tambahan untuk menghasilkan steam ketika mesin induk sedang beroperasi.

Perpindahan Panas pada Boiler

Proses kerja boiler melibatkan perpindahan panas dari sumber energi menuju air. Terdapat tiga mekanisme perpindahan panas yang perlu dipahami oleh engineer.

Konduksi

Konduksi merupakan perpindahan panas melalui material. Contohnya, panas dari gas panas berpindah melalui dinding tube menuju air.

Konveksi

Konveksi terjadi melalui pergerakan fluida. Gas panas bergerak melewati heating surface, sementara air mengalami sirkulasi di dalam boiler.

Radiasi

Radiasi terjadi ketika energi panas dipancarkan dari sumber panas. Pada furnace, panas dari api dapat ditransfer menuju permukaan pemanas melalui radiasi.

Ketiga mekanisme tersebut bekerja secara bersamaan dalam sistem boiler.

Konstruksi Boiler Kapal

Boiler kapal umumnya berbentuk silinder atau kubah. Ukuran dan tingkat kerumitan konstruksinya bergantung pada jenis kapal, kapasitas, dan kebutuhan uapnya.

Kapal tanker yang membutuhkan pemanas kargo konstan, kapal yang beroperasi di iklim dingin, serta kapal penumpang dengan konsumsi uap tinggi biasanya dilengkapi boiler berukuran besar dengan desain rumit, bahkan lebih dari satu unit.

Boiler memiliki ruang tertutup yang terdiri atas drum utama berisi air, jaringan pipa untuk pertukaran panas, saluran masuk air, saluran keluar uap, pompa, katup, pengukur tekanan, serta perlengkapan pendukung lainnya.

Jika dahulu boiler dibuat dari besi, kini materialnya telah beralih ke baja berkualitas tinggi yang lebih kuat, tahan lama, dan antikarat.

Material yang sering digunakan antara lain baja karbon, baja paduan tahan creep, baja tahan karat ferritik berkualitas tinggi, hingga baja tarik tinggi.

Semua konstruksi boiler harus mengikuti standar dan regulasi ketat karena lingkungan bertekanan tinggi pada boiler memiliki risiko ledakan.

Oleh sebab itu, pengujian material, baik destruktif maupun non-destruktif, sangat penting dilakukan pada setiap tahap pembentukan dan konstruksi boiler.

Apa Perbedaan Main Boiler dan Auxiliary Boiler

Dalam sistem kelistrikan dan pemanas di kapal, boiler memegang peranan penting untuk mendukung berbagai kebutuhan operasional.

Terdapat dua jenis utama boiler yang digunakan, yaitu Main Boiler dan Auxiliary Boiler. Keduanya memiliki perbedaan yang cukup signifikan dalam fungsi, ukuran, tekanan, hingga jenis bahan bakar yang digunakan.

Main boiler biasanya digunakan untuk propulsi kapal, terutama pada kapal dengan turbin uap. Oleh karena itu, ukurannya besar dengan kapasitas tinggi agar mampu menyediakan tenaga yang diperlukan untuk menggerakkan turbin.

Uap yang dihasilkan juga memiliki tekanan tinggi, sesuai kebutuhan sistem propulsi. Dari segi konstruksi, main boiler umumnya menggunakan water-tube boiler karena jenis ini lebih efisien dalam menghasilkan tekanan besar.

Untuk bahan bakar, main boiler biasanya menggunakan heavy fuel oil, meskipun dalam beberapa kasus juga dapat menggunakan diesel oil atau gas alam.

Contoh penerapan main boiler dapat ditemukan pada kapal samudra (ocean liner) di masa lalu, beberapa kapal perang, serta kapal pemecah es (icebreaker) yang membutuhkan tenaga besar.

Sementara itu, auxiliary boiler dipakai untuk berbagai layanan pendukung di atas kapal, seperti pemanas, pembersihan, hingga pembangkit listrik untuk peralatan tambahan.

Karena peruntukannya tidak sebesar main boiler, ukurannya lebih kecil dengan kapasitas yang lebih rendah.

Uap yang dihasilkan juga bertekanan lebih rendah, cukup untuk melayani sistem utilitas. Dari segi tipe, auxiliary boiler dapat berupa fire-tube maupun water-tube, bergantung pada aplikasi dan ukuran kapal.

Bahan bakarnya bisa berupa heavy fuel oil, diesel oil, atau bahkan memanfaatkan gas buang dari mesin induk.

Auxiliary boiler digunakan hampir di semua jenis kapal, termasuk kapal tanker, kapal kargo, kapal pesiar, serta berbagai kapal lain yang membutuhkan layanan tambahan.

Perbedaan utama antara main boiler dan auxiliary boiler terletak pada fungsi utamanya. Main boiler berperan dalam sistem propulsi kapal yang membutuhkan tenaga besar, sementara auxiliary boiler lebih difokuskan untuk melayani kebutuhan utilitas dan pendukung di atas kapal.

Apa Saja Komponen Keselamatan Boiler

Karena boiler bekerja pada tekanan tinggi, berbagai perangkat keselamatan dipasang untuk melindungi sistem. Beberapa di antaranya adalah:

Safety Valve, untuk melepaskan tekanan ketika melebihi batas yang ditentukan
Pressure Gauge, untuk menunjukkan tekanan steam
Water Level Gauge, untuk memantau level air
Low Water Level Alarm, untuk memberikan peringatan ketika level terlalu rendah
Flame Failure Protection, untuk mendeteksi kegagalan api burner
Burner Management System, untuk mengendalikan proses pembakaran
High Pressure Alarm, untuk memberikan peringatan ketika tekanan meningkat
Feedwater Control, System untuk menjaga level air.

Peralatan tersebut harus diuji secara berkala sesuai prosedur kapal, PMS, serta persyaratan class dan flag administration yang berlaku.

Perawatan Boiler Yang Perlu Diperiksa

Boiler merupakan perlengkapan atau alat yang bekerja pada kondisi temperatur dan tekanan tinggi. Kesalahan operasi atau maintenance dapat menimbulkan risiko serius.

Beberapa masalah yang dapat terjadi antara lain:

Scale

Endapan mineral pada heating surface dapat menghambat perpindahan panas. Akibatnya, konsumsi energi meningkat dan temperatur material dapat menjadi terlalu tinggi.

Corrosion

Korosi dapat terjadi akibat kualitas air yang buruk, kandungan oksigen terlarut, atau kondisi kimia yang tidak sesuai. Jika korosi berkembang, ketebalan tube dapat berkurang dan risiko kebocoran meningkat.

Soot Deposit

Pada sisi gas buang, jelaga dapat menempel pada heating surface. Lapisan soot bertindak sebagai insulator sehingga mengurangi efisiensi perpindahan panas.

Pada kondisi tertentu, penumpukan soot juga dapat meningkatkan risiko soot fire pada exhaust gas boiler.

Low Water Level

Level air yang terlalu rendah merupakan salah satu kondisi yang sangat berbahaya. Jika heating surface tidak terendam dengan baik, temperatur material dapat meningkat secara berlebihan dan menyebabkan kerusakan.

Karena itu, boiler dilengkapi dengan low water level alarm dan protective shutdown system sesuai desain.

Lokasi: Jakarta, Daerah Khusus Ibukota Jakarta, Indonesia

Yakob Taruklangi I am Yakob Taruklangi, a professional seafarer as a Deck Officer on tanker ship and offshore vessel. Throughout my career, I have gained valuable knowledge and experience in the maritime industry, which I am passionate about sharing with others. Writing allows me to reflect on my journey at sea and provide insights into shipping, seamanship, and life onboard, with the hope of contributing to the wider maritime community.

Karya Pelaut