Hot Water Boiler Marine

Sistem pemanas pada kapal berperan penting dalam menjaga temperatur bahan bakar dan mendukung kelancaran operasi mesin. Pada kapal yang menggunakan Heavy Fuel Oil (HFO), pemanasan diperlukan untuk menurunkan viskositas agar bahan bakar lebih mudah dipompa, dipisahkan, dan disuplai menuju mesin.

Kapal MV Amazon, yang berdasarkan data penelitian merupakan kapal kontainer milik PT SPILL Indonesia, menggunakan steam boiler untuk memanaskan HFO bunker tank, settling tank, daily service tank, jalur bahan bakar, serta beberapa peralatan pendukung. Namun, penggunaan steam boiler membutuhkan pengolahan air, sistem blowdown, steam trap, condensate return, dan pemeliharaan pressure equipment.

Oleh karena itu, dilakukan studi teknis dan ekonomi untuk membandingkan sistem existing dengan thermal oil boiler marine. Analisis teknis bertujuan menentukan kapasitas heater, jenis thermal fluid, flow circulation pump, supply pump, piping, heat exchanger, dan sistem kontrol yang sesuai untuk kapal MV Amazon.

Sementara itu, analisis ekonomi membandingkan beberapa komponen biaya, antara lain:

Investasi peralatan
Biaya instalasi
Biaya thermal fluid
Biaya bahan bakar
Biaya pompa dan listrik
Biaya pemeliharaan
Biaya modifikasi sistem
Potensi penghematan selama operasi

Berdasarkan hasil perhitungan dalam penelitian, kebutuhan thermal oil heater untuk MV Amazon diperoleh sekitar 581 kW. Sistem direncanakan menggunakan heat-transfer fluid CALFLO™ LF dari Petro-Canada, circulation pump dengan kapasitas sekitar 21,66 m³/jam, dan supply atau transfer pump sekitar 2 m³/jam.

Hasil analisis ekonomi menunjukkan bahwa investasi awal serta biaya fluida kerja steam boiler lebih rendah dibandingkan thermal oil boiler. Meskipun demikian, biaya bahan bakar thermal oil boiler dalam studi tersebut diperkirakan lebih ekonomis daripada steam boiler.

Perbandingan tersebut menunjukkan bahwa pemilihan sistem tidak boleh hanya berdasarkan harga pembelian. Biaya operasi, efisiensi, jam kerja, kebutuhan steam lain di kapal, harga bahan bakar, umur thermal oil, ruang instalasi, dan persyaratan class juga harus dianalisis.

Ringkasan Data Perencanaan

Parameter	Data Hasil Studi
Kapal	MV Amazon
Jenis kapal	Kapal kontainer
Sistem existing	Steam boiler
Sistem yang dianalisis	Thermal oil boiler
Media yang dipanaskan	HFO
Kapasitas thermal oil heater	±581 kW
Setara kapasitas panas	±499.700 kcal/jam
Thermal fluid	Petro-Canada CALFLO™ LF
Flow circulation pump	±21,66 m³/jam
Kapasitas supply pump	±2 m³/jam
Fokus analisis	Teknis dan ekonomi

Kapasitas 581 kW setara dengan sekitar:

$581 \times 860 = 499.660 kcal/jam$

Dengan demikian, kapasitas awal thermal oil heater berada pada kelas sekitar 500.000 kcal/jam. Burner harus dipilih berdasarkan kebutuhan input panas setelah memperhitungkan efisiensi heater dan safety margin.

Tujuan Konversi Sistem Pemanas

Konversi dari steam boiler menuju thermal oil heater bertujuan mengevaluasi kemungkinan penggunaan sistem yang lebih sederhana untuk pemanasan HFO.

Thermal oil heater tidak membutuhkan steam trap, blowdown, atau condensate return. Selain itu, fluida dapat menghasilkan temperatur tinggi tanpa tekanan saturasi seperti pada sistem steam.

Namun, konversi tersebut tetap membutuhkan:

Expansion tank
Sump tank
Circulation pump
Standby pump
Heat exchanger
Supply dan return piping
Flow switch
Temperature control
Burner interlock
Fire-safety system
Thermal oil analysis
Persetujuan class society

Thermal Oil Boiler

Pengertian Thermal Oil Boiler

Thermal oil boiler atau thermal oil heater adalah sistem pemanas yang menggunakan minyak pemindah panas sebagai media pembawa energi. Thermal oil dipanaskan di dalam coil heater, kemudian dialirkan menuju peralatan proses menggunakan circulation pump.

Berbeda dengan steam boiler, thermal oil heater tidak mengubah fluida menjadi uap selama kondisi operasi normal. Fluida tetap berada dalam fase cair dan bersirkulasi secara tertutup.

Thermal oil dapat digunakan untuk memanaskan:

Heat exchanger
Reactor
Tank heating coil
Oven
Rotary dryer
Hot press
Asphalt tank
CPO tank
Crude-oil tank
HFO heating system
Peralatan proses lainnya

Sistem ini banyak digunakan ketika proses membutuhkan temperatur tinggi dengan kontrol yang stabil.

Cara Kerja Thermal Oil Boiler

Thermal oil dipompa dari sisi return menuju heater. Di dalam heater, fluida mengalir melewati coil dan menerima panas dari gas hasil pembakaran.

Setelah temperatur meningkat, thermal oil bergerak menuju peralatan pengguna. Pada heat exchanger atau heating coil, fluida melepaskan sebagian panasnya ke produk.

Selanjutnya, thermal oil yang temperaturnya lebih rendah kembali menuju circulation pump dan heater. Proses tersebut berlangsung secara terus-menerus selama sistem beroperasi.

Aliran sederhananya adalah:

Circulation Pump → Thermal Oil Heater → Peralatan Proses → Return Line → Circulation Pump

Expansion tank terhubung ke sistem untuk menampung perubahan volume thermal oil ketika temperaturnya meningkat.

Pengaturan Temperatur

Temperature sensor dipasang pada jalur outlet dan return thermal oil. Kemudian, sinyal temperatur dikirim ke controller untuk mengatur kapasitas burner.

Jika temperatur return turun karena kebutuhan proses meningkat, burner akan meningkatkan kapasitas pembakaran. Sebaliknya, output burner turun ketika temperatur thermal oil mendekati set point.

Jenis pengaturan burner dapat berupa:

One-stage
Two-stage
Progressive two-stage
Modulating

Untuk proses dengan perubahan beban yang besar, burner modulating dapat memberikan kontrol temperatur yang lebih stabil.

Control valve juga dapat dipasang pada masing-masing peralatan pengguna. Valve tersebut mengatur flow thermal oil berdasarkan kebutuhan temperatur proses.

Tekanan Operasi Thermal Oil

Thermal oil heater dapat menghasilkan temperatur sekitar 200–350°C tanpa tekanan saturasi tinggi seperti steam pada temperatur serupa.

Namun, tidak tepat apabila seluruh thermal oil boiler disebut hanya membutuhkan tekanan sekitar 1 bar. Tekanan sistem ditentukan oleh circulation pump dan total hambatan aliran.

Beberapa faktor yang memengaruhi tekanan adalah:

Pressure drop coil heater
Panjang serta diameter piping
Jumlah elbow dan valve
Strainer
Heat exchanger
Viskositas thermal oil
Flow rate
Perbedaan elevasi
Kondisi cold start

Oleh karena itu, design pressure harus ditentukan melalui perhitungan hydraulic dan mechanical design.

Perbandingan Thermal Oil Boiler dan Steam Boiler

Thermal oil boiler dan steam boiler sama-sama digunakan untuk menyediakan energi panas. Meskipun demikian, keduanya memiliki karakteristik operasi, kebutuhan peralatan, pemeliharaan, dan risiko yang berbeda.

Perbandingan Umum

Parameter	Thermal Oil Boiler	Steam Boiler
Fluida kerja	Thermal oil	Air dan steam
Perubahan fase	Tetap cair pada operasi normal	Air berubah menjadi steam
Temperatur tinggi	Dicapai pada tekanan relatif rendah	Tekanan naik mengikuti temperatur saturasi
Water treatment	Tidak diperlukan	Umumnya diperlukan
Blowdown	Tidak seperti steam boiler	Diperlukan
Steam trap	Tidak diperlukan	Diperlukan pada jaringan steam
Condensate return	Tidak digunakan	Umumnya digunakan
Expansion tank	Diperlukan	Tidak seperti sistem thermal oil
Circulation pump	Beroperasi terus-menerus	Feed-water pump memasok air boiler
Risiko utama	Kebocoran dan kebakaran fluida panas	Steam bertekanan, low-water dan water hammer
Analisis fluida	Kualitas thermal oil	Kualitas feed water dan boiler water
Aplikasi	Pemanasan tidak langsung	Pemanasan langsung maupun tidak langsung

Efisiensi Thermal Oil dan Steam Boiler

Thermal oil boiler tidak membutuhkan steam trap, condensate return, atau blowdown seperti pada sistem steam. Oleh karena itu, beberapa sumber kehilangan energi dapat dikurangi.

Pada steam boiler, kehilangan panas dapat berasal dari:

Blowdown
Kebocoran steam
Steam trap yang rusak
Condensate yang tidak dikembalikan
Flash steam
Piping tanpa insulasi
Temperatur gas buang
Excess air

Sementara itu, kehilangan energi pada thermal oil system dapat berasal dari:

Piping tanpa insulasi
Expansion tank yang terlalu panas
Temperatur gas buang tinggi
Excess air
Coil kotor
Kebocoran thermal oil
Flow yang tidak sesuai
Heater beroperasi pada beban terlalu rendah

Oleh sebab itu, thermal oil heater tidak selalu otomatis lebih efisien 5–8% daripada steam boiler. Nilai efisiensi harus dibandingkan berdasarkan kondisi sistem secara menyeluruh.

Steam boiler yang dilengkapi economizer, condensate return, automatic blowdown, dan combustion control dapat bekerja dengan efisiensi tinggi. Sebaliknya, thermal oil heater yang tidak dirawat dapat mengalami peningkatan konsumsi bahan bakar.

Cara Meningkatkan Efisiensi

Efisiensi kedua sistem dapat ditingkatkan melalui:

Combustion tuning
Burner modulating
Insulasi piping
Economizer
Heat recovery
Pengaturan excess air
Pembersihan heating surface
Monitoring temperatur gas buang
Perawatan pompa dan valve
Pengoperasian sesuai beban

Persyaratan Operator

Steam boiler merupakan pressure equipment yang tunduk pada peraturan keselamatan di setiap negara. Persyaratan operator, inspeksi, sertifikasi, dan pengawasan berbeda menurut kapasitas, tekanan, serta ketentuan wilayah.

Thermal oil heater dapat memiliki ketentuan berbeda karena tidak menghasilkan steam bertekanan. Namun, sistem ini tetap menggunakan burner, bahan bakar, fluida panas, pompa, dan peralatan keselamatan.

Oleh karena itu, operator thermal oil harus memahami:

Prosedur start-up
Prosedur shutdown
Cold circulation
Pemanasan bertahap
Flow minimum
Expansion tank level
High-temperature trip
Burner interlock
Penanganan kebocoran
Prosedur keadaan darurat

Jangan menyatakan bahwa thermal oil heater tidak membutuhkan operator khusus tanpa memeriksa peraturan, class, dan ketentuan fasilitas setempat.

Korosi dan Kerusakan Fluida

Korosi pada Steam Boiler

Steam boiler dapat mengalami korosi akibat oksigen terlarut, pH yang tidak sesuai, chloride, carbon dioxide, dan kontaminasi lainnya.

Selain itu, mineral dalam air dapat membentuk kerak pada permukaan tube. Kerak menghambat perpindahan panas dan meningkatkan temperatur logam.

Untuk mengendalikannya, sistem steam membutuhkan:

Water softener
Deaerator
Chemical dosing
Pemeriksaan pH
Pemeriksaan hardness
Pemeriksaan conductivity
Blowdown
Analisis boiler water

Kondisi pada Thermal Oil Boiler

Thermal oil tidak membentuk kerak mineral seperti air. Selain itu, fluida mempunyai sifat pelumasan yang membantu komponen circulation pump tertentu.

Namun, sistem thermal oil tidak sepenuhnya bebas korosi atau kerusakan. Permasalahan tetap dapat terjadi akibat:

Thermal oil teroksidasi
Temperatur film terlalu tinggi
Kontaminasi air
Carbon deposit
Kebocoran
Korosi eksternal
Material yang tidak kompatibel
Udara masuk melalui expansion tank
Fluida digunakan melewati umur layanan

Karena itu, sampel thermal oil perlu dianalisis secara berkala.

Parameter pengujiannya dapat mencakup:

Viscosity
Flash point
Acid number
Carbon residue
Moisture content
Insoluble material
Distillation range

Perbandingan Pemeliharaan

Pemeliharaan Steam Boiler

Perawatan steam boiler dapat mencakup:

Pemeriksaan steam trap
Pengujian safety valve
Water analysis
Blowdown
Pembersihan tube
Pemeriksaan level gauge
Pengujian low-water cut-off
Perawatan feed-water pump
Perawatan deaerator
Perawatan condensate-return pump
Pemeriksaan pressure part
Inspeksi burner

Pemeliharaan Thermal Oil Boiler

Perawatan thermal oil system meliputi:

Analisis kualitas thermal oil
Pembersihan strainer
Pemeriksaan circulation pump
Pemeriksaan mechanical seal
Pemeriksaan expansion tank
Pemeriksaan flow switch
Pengujian high-temperature limiter
Pemeriksaan coil
Pemeriksaan kebocoran
Combustion tuning
Pemeriksaan burner
Pemeriksaan insulasi

Thermal oil tidak membutuhkan steam trap, blowdown, atau chemical water treatment. Meskipun demikian, biaya penggantian thermal oil dapat cukup besar jika fluida mengalami degradasi.

Keselamatan dan Dampak Lingkungan

Steam boiler dan thermal oil heater mempunyai jenis risiko berbeda.

Steam boiler menghadapi risiko:

Tekanan tinggi
Kebocoran steam
Low-water
Overpressure
Water hammer
Kegagalan pressure part

Sementara itu, thermal oil system menghadapi risiko:

Kebocoran fluida panas
Kebakaran
Overheating
Low-flow pada coil
Oksidasi thermal oil
Expansion tank overflow
Kerusakan mechanical seal

Air boiler yang mengandung chemical tidak boleh dibuang tanpa penanganan yang sesuai. Demikian pula, thermal oil bekas harus dikumpulkan dan dikelola berdasarkan jenis fluida serta ketentuan lingkungan.

Oleh sebab itu, thermal oil tidak boleh dianggap lebih aman tanpa kajian risiko. Sistem tetap membutuhkan fire protection, emergency shutdown, leak control, ventilation, dan operator terlatih.

Perbandingan Biaya Operasional

Air sebagai media steam boiler memiliki harga lebih rendah daripada thermal oil. Namun, steam system membutuhkan water treatment, chemical, blowdown, dan condensate handling.

Sebaliknya, thermal oil memiliki biaya pembelian awal lebih tinggi. Sistem juga membutuhkan volume fluida yang cukup besar untuk mengisi heater, piping, heat exchanger, dan expansion tank.

Biaya thermal oil mencakup:

Pembelian awal fluida
Pengisian sistem
Top-up
Analisis laboratorium
Filtrasi
Penggantian fluida
Pengelolaan thermal oil bekas

Oleh karena itu, perbandingan biaya harus mencakup investasi dan biaya operasi selama beberapa tahun.

Komponen Perhitungan Biaya

Biaya	Thermal Oil Boiler	Steam Boiler
Fluida awal	Relatif tinggi	Relatif rendah
Water treatment	Tidak seperti steam	Diperlukan
Chemical	Tidak untuk water treatment	Diperlukan sesuai kondisi
Blowdown loss	Tidak seperti steam	Ada
Steam trap	Tidak digunakan	Membutuhkan inspeksi
Daya pompa	Circulation pump terus beroperasi	Feed-water dan condensate pump
Analisis fluida	Thermal oil analysis	Water analysis
Penggantian media	Thermal oil sesuai kondisi	Make-up water terus digunakan
Perawatan burner	Diperlukan	Diperlukan

Kapan Memilih Thermal Oil Boiler?

Thermal oil heater dapat dipertimbangkan apabila proses membutuhkan:

Temperatur 200–350°C
Pemanasan tidak langsung
Kontrol temperatur stabil
Tekanan relatif rendah
Tidak membutuhkan steam sebagai media proses
Distribusi panas ke beberapa heat exchanger
Tidak memerlukan humidification atau sterilization dengan steam

Aplikasinya mencakup:

Pemanasan HFO kapal
Cargo tank heating
Asphalt tank
Reactor chemical
Hot press
Rotary dryer
Oven
Industri karet
Industri plastik
Industri tekstil
Pengolahan kayu
Pengolahan minyak

Kapan Memilih Steam Boiler?

Steam boiler lebih sesuai apabila proses membutuhkan:

Steam untuk kontak langsung
Sterilization
Humidification
Cooking
Cleaning
Turbine
Steam ejector
Proses yang memanfaatkan latent heat
Jaringan steam existing

Studi Kasus Penggunaan Thermal Oil Heater untuk Pemanasan HFO pada Kapal MV Amazon

Rumusan Masalah

Sistem pemanasan bahan bakar merupakan bagian penting dalam pengoperasian kapal yang menggunakan Heavy Fuel Oil (HFO). Bahan bakar tersebut memiliki viskositas tinggi sehingga harus dipanaskan sebelum dipompa, dipisahkan, dan disuplai menuju mesin utama atau auxiliary engine.

Berdasarkan kebutuhan tersebut, studi ini membahas beberapa permasalahan berikut:

Bagaimana rancangan sistem pemanasan HFO menggunakan thermal oil heater yang sesuai untuk diterapkan pada kapal MV Amazon?
Berapa kapasitas thermal oil heater, circulation pump, heat exchanger, dan piping yang dibutuhkan?
Bagaimana karakteristik perpindahan panas pada sistem tersebut?
Bagaimana perbandingan teknis antara thermal oil heater dan steam boiler?
Apakah penggunaan thermal oil heater memberikan keuntungan ekonomi ketika diterapkan pada kapal MV Amazon?

Batasan Masalah

Agar pembahasan tetap terarah, analisis dibatasi pada beberapa ketentuan berikut:

Analisis teknis hanya dilakukan terhadap sistem pemanasan bahan bakar HFO.
Data utama menggunakan informasi teknis kapal MV Amazon.
Perhitungan kebutuhan panas mengikuti kapasitas tank dan pola operasi kapal.
Penentuan ketebalan insulasi menggunakan asumsi berdasarkan studi literatur dan rekomendasi material.
Analisis tidak membahas perubahan struktur kapal secara menyeluruh.
Perhitungan ekonomi menggunakan harga peralatan, bahan bakar, fluida, dan pekerjaan berdasarkan asumsi yang harus diperbarui.
Desain final tetap membutuhkan persetujuan pemilik kapal, galangan, konsultan, dan class society.

Tujuan Studi

Studi penggunaan thermal oil heater pada MV Amazon mempunyai beberapa tujuan:

Memperoleh gambaran teknis instalasi sistem pemanasan HFO menggunakan thermal oil heater.
Menentukan kebutuhan panas untuk menaikkan dan mempertahankan temperatur HFO.
Menghitung kebutuhan flow serta head circulation pump.
Menentukan ukuran awal heater, heat exchanger, piping, dan expansion tank.
Menganalisis karakter operasi sistem thermal oil.
Membandingkan kebutuhan pemeliharaan dengan sistem steam.
Menghitung biaya investasi dan biaya operasi.
Menilai kelayakan ekonomi perubahan sistem pemanasan.

Manfaat Studi

Hasil studi diharapkan memberikan manfaat berikut:

Memberikan gambaran sistem pemanasan HFO kepada pemilik kapal.
Menjadi data awal untuk menentukan kapasitas thermal oil heater.
Membantu membandingkan thermal oil heater dengan steam boiler.
Memberikan perkiraan biaya investasi sistem.
Membantu menghitung biaya bahan bakar dan pemeliharaan.
Menjadi referensi awal sebelum pembuatan detailed engineering.
Membantu pemilik kapal menentukan kelayakan konversi sistem.

Dasar Perpindahan Panas pada Boiler dan Thermal Oil Heater

Panas yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar harus dipindahkan secara efektif menuju fluida kerja. Pada steam boiler, fluida tersebut berupa air. Sementara itu, thermal oil heater menggunakan heat-transfer oil.

Perpindahan panas berlangsung melalui tiga mekanisme utama.

Radiasi

Radiasi merupakan perpindahan panas dari flame dan gas pembakaran menuju permukaan coil tanpa memerlukan kontak langsung.

Bagian coil yang menghadap combustion chamber menerima radiasi panas dalam jumlah besar. Oleh karena itu, bentuk furnace, posisi burner, flame length, dan luas permukaan coil sangat memengaruhi perpindahan panas.

Konduksi

Konduksi terjadi ketika panas melewati dinding pipa. Panas berpindah dari permukaan luar tube menuju permukaan dalam yang bersentuhan dengan fluida.

Kemampuan perpindahan panas dipengaruhi oleh:

Material tube
Ketebalan tube
Temperatur permukaan
Deposit atau carbon
Kondisi permukaan
Thermal conductivity material

Deposit pada permukaan coil dapat menghambat perpindahan panas dan meningkatkan temperatur tube.

Konveksi

Konveksi berlangsung ketika gas pembakaran mengalir melewati permukaan coil. Selain itu, konveksi juga terjadi saat thermal oil bergerak di dalam pipa dan menerima panas dari dinding tube.

Kecepatan aliran harus dijaga agar perpindahan panas berlangsung baik. Apabila aliran terlalu rendah, film temperature dapat meningkat dan mempercepat degradasi thermal oil.

Jenis Boiler untuk Sistem Marine

Fire-Tube Steam Boiler

Fire-tube boiler mengalirkan gas panas melalui pipa api. Air berada di dalam shell dan mengelilingi tube tersebut. Panas dari gas pembakaran kemudian mengubah air menjadi steam.

Fire-tube boiler banyak digunakan untuk kapasitas dan tekanan rendah sampai menengah. Beberapa kelebihannya meliputi:

Konstruksi relatif sederhana
Volume air relatif besar
Tekanan steam cukup stabil
Mudah dibuat dalam bentuk package boiler
Dapat menggunakan bahan bakar minyak atau gas

Namun, fire-tube boiler membutuhkan pengolahan air, blowdown, kontrol level, safety valve, dan pemeriksaan pressure part.

Water-Tube Steam Boiler

Water-tube boiler mengalirkan air melalui tube. Sementara itu, gas panas mengalir pada sisi luarnya.

Jenis ini dapat digunakan untuk kapasitas serta tekanan steam yang lebih tinggi. Karakteristiknya meliputi:

Respons perubahan beban lebih cepat
Volume air lebih kecil
Dapat dirancang untuk tekanan lebih tinggi
Efisiensi dapat ditingkatkan dengan economizer
Membutuhkan kontrol kualitas air yang ketat
Sistem level dan feed water lebih responsif

Water-tube boiler juga dapat menggunakan forced draft, induced draft, atau balanced draft sesuai desain pembakarannya.

Sistem Steam Boiler untuk Pemanasan HFO

Steam boiler merupakan bejana bertekanan yang memanaskan air hingga menghasilkan steam. Selanjutnya, steam dialirkan menuju heat exchanger, heating coil, tracing line, purifier, settling tank, service tank, dan peralatan lain.

Sumber Feed Water

Feed water umumnya berasal dari:

Condensate return, yaitu steam yang telah melepaskan panas kemudian kembali menjadi air.
Make-up water, yaitu air tambahan yang telah melalui proses pengolahan.

Economizer dapat digunakan untuk memanaskan feed water menggunakan panas dari gas buang. Dengan demikian, kebutuhan bahan bakar boiler dapat dikurangi.

Komponen Steam Boiler

Sistem steam boiler dapat terdiri dari:

Steam boiler
Burner
Feed-water tank
Deaerator
Feed-water pump
Economizer
Steam header
Pressure controller
Level gauge
Level transmitter
Safety valve
Blowdown system
Condensate-return system
Water-treatment equipment
Stack

Deaerator tidak digunakan untuk memisahkan steam dari air. Komponen ini berfungsi mengurangi oksigen dan gas terlarut dari feed water agar risiko korosi pada boiler berkurang.

Sementara itu, expansion tank bukan tempat menampung saturated steam dari deaerator. Pada sistem steam, condensate atau feed-water tank digunakan untuk menampung air. Expansion tank lebih umum digunakan dalam sistem thermal oil atau hot water tertutup.

Thermal Oil Heater untuk Pemanasan HFO

menggunakan minyak pemindah panas sebagai media sirkulasi. Thermal oil dipanaskan di dalam coil heater, kemudian circulation pump mengalirkannya menuju peralatan pengguna panas.

Pada heat exchanger atau tank coil, thermal oil melepaskan energi untuk memanaskan HFO. Setelah itu, fluida kembali menuju heater melalui return line.

Alur sederhananya adalah:

Circulation Pump → Thermal Oil Heater → HFO Heat Exchanger → Return Line → Circulation Pump

Sistem juga terhubung dengan expansion tank untuk menampung perubahan volume thermal oil.

Komponen Sistem Thermal Oil Marine

Sistem thermal oil untuk kapal dapat terdiri dari:

Thermal oil heater
Burner
Circulation pump
Standby pump
Expansion tank
Sump tank
HFO heat exchanger
Supply header
Return header
Control valve
Strainer
Piping dan valve
Insulasi
Panel kontrol
Temperature transmitter
Pressure gauge
Flow switch
Differential-pressure switch
Stack atau exhaust duct
Emergency shutdown

Prinsip Operasi

Burner memanaskan coil berdasarkan temperatur return dan outlet thermal oil. Ketika beban panas meningkat, temperatur return turun sehingga burner meningkatkan kapasitas.

Sebaliknya, ketika kebutuhan panas berkurang, kapasitas burner menurun. Burner modulating dapat menjaga temperatur supply lebih stabil dibandingkan sistem ON/OFF.

Control valve pada masing-masing pengguna mengatur jumlah thermal oil yang mengalir menuju heat exchanger. Valve dapat dikendalikan berdasarkan temperatur HFO pada outlet.

Tekanan Operasi

Thermal oil dapat menghasilkan temperatur sekitar 250–350°C tanpa tekanan saturasi tinggi seperti steam. Namun, sistem bukan berarti selalu bekerja pada tekanan 1 bar.

Tekanan aktual ditentukan oleh:

Head circulation pump
Pressure drop heater
Pressure drop heat exchanger
Panjang dan diameter piping
Viskositas thermal oil
Elevasi sistem
Tekanan desain komponen

Oleh karena itu, seluruh peralatan harus memiliki design pressure yang sesuai dengan kondisi operasi dan kemungkinan dead-head pump.

Perhitungan Kebutuhan Panas HFO

Kebutuhan panas untuk menaikkan temperatur HFO dapat dihitung menggunakan:

$Q = m \times C_{p} \times Δ T$

Keterangan:

$Q$ = energi panas
$m$ = massa HFO
$C_{p}$ = panas jenis HFO
$Δ T$ = kenaikan temperatur

Apabila pemanasan harus selesai dalam waktu tertentu, kapasitas heater dihitung menggunakan:

$Q ˙ = t m \times C ^{p} \times Δ T + Q_{l oss}$

Keterangan:

$Q ˙$ = kapasitas panas per jam
$t$ = waktu pemanasan
$Q_{l oss}$ = kehilangan panas dari tank dan piping

Data yang dibutuhkan meliputi:

Volume HFO
Densitas
Temperatur awal
Temperatur target
Waktu pemanasan
Luas permukaan tank
Temperatur lingkungan
Ketebalan insulasi
Temperatur air laut
Jam operasi

Penentuan Insulasi Pipa

Insulasi membantu mengurangi kehilangan panas dari piping thermal oil menuju ruang mesin dan lingkungan.

Pemilihan ketebalan insulasi mempertimbangkan:

Temperatur thermal oil
Diameter pipa
Temperatur lingkungan
Kecepatan udara
Material insulasi
Thermal conductivity
Temperatur permukaan yang diizinkan
Persyaratan keselamatan kebakaran
Keterbatasan ruang kapal

Material yang dapat dipertimbangkan meliputi mineral wool, rockwool, calcium silicate, atau material marine-approved lainnya. Bagian luar insulasi dapat menggunakan aluminium atau stainless-steel cladding.

Ketebalan final tidak boleh hanya menggunakan asumsi literatur. Perhitungan harus diverifikasi dengan data material dan persyaratan marine.

Perbandingan Thermal Oil Heater dan Steam Boiler

Efisiensi Sistem

Thermal oil tidak membutuhkan blowdown dan steam trap. Oleh karena itu, beberapa kehilangan yang terdapat pada sistem steam dapat dihindari.

Namun, tidak tepat menyatakan thermal oil selalu 5–8% lebih efisien. Efisiensi aktual dipengaruhi oleh:

Desain heater atau boiler
Temperatur gas buang
Excess air
Kondisi burner
Insulasi
Condensate return
Economizer
Beban operasi
Kondisi heat exchanger

Steam boiler dengan economizer dan condensate return yang baik dapat memiliki efisiensi sistem tinggi. Oleh karena itu, perbandingan harus menggunakan data operasi nyata.

Operator dan Perizinan

Persyaratan operator boiler berbeda pada setiap negara dan yurisdiksi. Steam boiler bertekanan umumnya mempunyai persyaratan inspeksi serta operator tertentu.

Thermal oil heater dapat memiliki ketentuan berbeda karena media dan karakter tekanannya tidak sama. Namun, peralatan tersebut tetap membutuhkan operator yang terlatih, prosedur keselamatan, inspeksi, dan persetujuan class.

Perhitungan biaya operator tidak boleh menggunakan angka mata uang lama tanpa pembaruan dan sumber yang jelas.

Korosi

Steam boiler berisiko mengalami korosi dan deposit apabila kualitas air tidak dikendalikan. Oksigen, mineral, pH, chloride, dan kontaminan dapat mempercepat kerusakan.

Thermal oil tidak menimbulkan scale mineral seperti air. Meskipun demikian, sistem thermal oil bukan berarti bebas korosi. Kerusakan tetap dapat terjadi karena:

Oksidasi thermal oil
Kontaminasi air
Korosi eksternal
Kondensasi
Kebocoran
Degradasi fluida
Carbon deposit
Material yang tidak kompatibel

Oleh sebab itu, inspeksi piping, coil, tank, dan thermal oil tetap diperlukan.

Pemeliharaan

Steam boiler membutuhkan pemeriksaan:

Kualitas air
Steam trap
Blowdown
Condensate pump
Feed-water pump
Safety valve
Level control
Pressure parts

Sementara itu, sistem thermal oil membutuhkan pemeriksaan:

Kualitas thermal oil
Circulation pump
Expansion tank
Strainer
Coil
Flow interlock
Temperature limiter
Kebocoran
Burner
Carbon deposit

Jumlah komponen tertentu pada thermal oil dapat lebih sedikit. Namun, biaya penggantian fluida dan pembersihan sistem dapat menjadi signifikan jika thermal oil mengalami degradasi.

Keselamatan dan Lingkungan

Steam boiler mempunyai risiko tekanan tinggi, kebocoran steam, low-water, dan water hammer. Sebaliknya, thermal oil mempunyai risiko kebocoran fluida panas serta kebakaran.

Thermal oil yang bocor tidak boleh dibuang langsung ke lingkungan. Fluida bekas harus ditangani sesuai karakteristik produk dan ketentuan pengelolaan limbah.

Oleh karena itu, perbandingan keselamatan harus mempertimbangkan jenis bahaya, bukan menyimpulkan bahwa salah satu sistem sepenuhnya bebas risiko.

Biaya Operasional

Steam menggunakan air yang relatif murah, tetapi membutuhkan pengolahan air, chemical, blowdown, dan pemeliharaan condensate system.

Thermal oil lebih mahal daripada air. Namun, fluida dapat digunakan dalam jangka panjang jika temperatur film, oksidasi, dan kebersihannya dijaga.

Komponen biaya thermal oil meliputi:

Harga awal thermal fluid
Top-up akibat kebocoran
Analisis laboratorium
Penggantian fluida
Pembersihan sistem
Konsumsi listrik pompa
Konsumsi bahan bakar
Pemeliharaan burner

Analisis Ekonomi Konversi Sistem

Analisis ekonomi harus membandingkan kondisi steam boiler existing dengan sistem thermal oil yang direncanakan.

Biaya Investasi

investasi thermal oil dapat meliputi:

Thermal oil heater
Burner
Circulation pump
Standby pump
Expansion tank
Sump tank
Heat exchanger
Piping
Valve
Insulasi
Panel kontrol
Thermal oil
Fabrikasi
Instalasi
Testing dan commissioning
Modifikasi ruang mesin
Dokumentasi dan persetujuan class

Biaya Operasi Tahunan

Biaya operasi dihitung dari:

$C_{o p er a s i} = C_{f u e l} + C_{e l ec t r i c i t y} + C_{main t e nan ce} + C_{f l u i d} + C_{l ab o u r}$

Perhitungan harus menggunakan harga aktual bahan bakar, listrik, spare part, thermal oil, dan tenaga kerja.

Payback Period

Waktu pengembalian investasi dapat dihitung menggunakan:

$Payback Period = Penghematan Tahunan Investasi Konversi$

Jika investasi konversi sebesar Rp2 miliar dan penghematan bersih Rp400 juta per tahun, maka:

$Payback Period = 400.000.0002.000.000.000 = 5 tahun$

Contoh tersebut hanya ilustrasi dan bukan hasil aktual untuk MV Amazon.

Kesimpulan Awal

Thermal oil heater dapat menjadi pilihan untuk sistem pemanasan HFO pada kapal MV Amazon karena mampu menyediakan temperatur tinggi tanpa tekanan saturasi seperti steam.

Namun, kelayakan teknis dan ekonominya tidak dapat ditentukan hanya berdasarkan keuntungan umum. Analisis harus mencakup kebutuhan panas HFO, kondisi boiler existing, ruang instalasi, konsumsi bahan bakar, daya pompa, biaya thermal oil, maintenance, dan persyaratan class.

Konversi dapat dipertimbangkan apabila:

Sebagian besar steam hanya digunakan untuk pemanasan HFO.
Tidak banyak peralatan lain yang membutuhkan steam.
Ruang instalasi thermal oil tersedia.
Sistem piping dapat dimodifikasi.
Penghematan operasi mampu mengembalikan investasi.
Risiko kebakaran thermal oil dapat dikendalikan.
Desain disetujui owner dan class society.

Sebaliknya, mempertahankan steam boiler mungkin lebih tepat apabila kapal masih membutuhkan steam untuk banyak fungsi operasional.

Catatan: Nama kapal, data kapasitas, temperatur, konsumsi bahan bakar, dan biaya harus diverifikasi menggunakan dokumen resmi MV Amazon. Bagian ini merupakan penyusunan ulang studi teknis, bukan approved design atau hasil perhitungan final.