I. Latar Belakang Proyek dan Spesifikasi Lini Produksi
Studi kasus ini melibatkan lini produksi galvanisasi celup panas yang dirancang untuk komponen struktural baja skala besar, dengan tungku seng yang memiliki dimensi internal 13 meter panjang, 1,8 meter lebar, dan 3,5 meter kedalaman. Dimensi ini sesuai dengan kapasitas seng terukur 420 ton dan output maksimum per jam sekitar 18 ton, yang mengklasifikasikan ini sebagai lini produksi operasi berkelanjutan tugas berat. Lini ini dirancang untuk pembakaran gas alam langsung dan dikonfigurasi untuk pasokan daya tiga fase 380V/50Hz, menetapkan dasar yang berbeda dari proyek 60Hz yang ditujukan untuk Amerika Selatan dalam kasus sebelumnya.
Sistem tangki mengadopsi substrat beton dengan lapisan anti-korosi plastik yang diperkuat fiberglass (FRP). Tangki proses inti – pengawetan, pembilasan, fluks, pendinginan, dan pasivasi – berbagi dimensi eksternal terpadu 13 meter panjang, 1,8 meter lebar, dan 3 meter kedalaman, menciptakan perbedaan kedalaman 0,5 meter dari tungku seng yang harus diperhitungkan dalam perencanaan jalur perjalanan pengangkat.
II. Sistem Pemanasan dan Parameter Pasokan Gas
Sumber energi pemanasan adalah gas alam pipa, dengan nilai kalor yang dibutuhkan berada dalam kisaran 8.400 hingga 8.600 dikalikan 4,18 kJ/m³, tekanan masuk dijaga antara 100 dan 200 kPa, dan tekanan simpul gas dikontrol antara 90 dan 80 kPa. Bagian pembakaran dilengkapi dengan enam burner pulsa berkecepatan tinggi, model TJ300, masing-masing dengan konsumsi gas instan sekitar 70 m³/jam, menjadikan total konsumsi instan 420 m³/jam. Pipa pasokan gas mengadopsi konfigurasi saluran masuk ganda dengan satu unit beroperasi dan satu unit siaga, memastikan pasokan tanpa gangguan selama produksi berkelanjutan.
Tungku beroperasi di bawah mode pembakaran tekanan mikro-positif. Pada produksi beban penuh, perkiraan konsumsi gas desain adalah sekitar 12,5 meter kubik per ton benda kerja. Kontrol suhu menggunakan loop regulasi PID 3 tahap, dengan suhu bak seng diperoleh melalui termokopel dan ditampilkan di layar besar. Kisaran kontrol target adalah 438 hingga 450°C, dengan sistem secara otomatis menyesuaikan output burner berdasarkan penyimpangan dari setpoint. Deteksi nyala api menggunakan sensor ultraviolet, dan sistem pengapian mendukung mode ganda tinggi-rendah otomatis dan manual.
III. Bahan Konstruksi Tangki dan Pendekatan Anti-Korosi
Berbeda dengan konstruksi struktur baja dengan pelat baja yang digunakan dalam kasus sebelumnya, lini produksi ini menggunakan tangki beton dengan lapisan anti-korosi FRP untuk bagian pra-perlakuan dan pasca-perlakuan. Sebanyak enam tangki – untuk pengawetan, pembilasan, fluks, pendinginan, dan pasivasi – berbagi dimensi eksternal terpadu 13 meter panjang, 1,8 meter lebar, dan 3 meter kedalaman. Konstruksi tangki beton adalah tanggung jawab pembeli, dengan penjual hanya menyediakan pemasangan lapisan FRP. Pembagian kerja ini cocok untuk skenario di mana pembeli sudah memiliki lubang tangki yang ada atau lebih memilih konfigurasi tangki tetap tugas berat.
Bagian pengawetan terdiri dari tiga tangki pengawetan tertutup. Waktu perendaman per tangki adalah sekitar 6 menit dalam kondisi karat normal dan dapat diperpanjang hingga 30 menit untuk benda kerja yang berkarat parah, tergantung pada kondisi permukaan. Ruang pengawetan beroperasi di bawah tekanan negatif, dengan setpoint tekanan negatif 5 hingga 10 Pa – 5 Pa pada hari cerah dan disesuaikan menjadi 10 Pa pada hari hujan untuk mengkompensasi variasi tekanan atmosfer. Kipas frekuensi variabel secara otomatis mengurangi frekuensi setelah mencapai tekanan yang ditetapkan. Kereta rel tanah digunakan untuk pemuatan dan pembongkaran material untuk memastikan kabut asam tidak menyebar ke bengkel.
Terdapat satu tangki fluks, dengan suhu operasi dijaga antara 50 dan 70°C dan pH dikontrol sekitar 5. Perangkat penghilang besi otomatis membatasi konsentrasi ion besi hingga dalam 1 mg/L, dan lumpur yang disaring dikirim ke oven pengering lumpur. Bagian pendinginan dan pasivasi masing-masing terdiri dari satu tangki, dengan proses pasivasi bebas krom.
IV. Konfigurasi Sistem Pengolahan Kabut Asam dan Asap Seng
Ruang pengawetan tertutup berukuran 17.150 mm panjang, 15.000 mm lebar, dan 6.350 mm tinggi, dengan struktur baja eksternal berukuran 17.150 mm kali 15.600 mm kali 8.450 mm. Kabut asam pertama-tama melewati tahap pengenceran – air pengenceran juga digunakan untuk menyiapkan asam segar, mengurangi konsumsi alkali – dan kemudian memasuki menara netralisasi penyerapan kabut asam. Menara digerakkan oleh kipas induksi frekuensi variabel 45 kW, dengan probe deteksi pH dipasang di saluran masuk dan keluar untuk memantau efisiensi netralisasi secara real-time.
Pengolahan asap seng menggunakan dua logika pengumpulan independen. Salah satunya adalah tudung penutup bergerak yang dipasang di atas tungku seng, memanfaatkan kecenderungan asap naik secara alami untuk penangkapan. Yang lainnya adalah sistem penangkapan hisap dua sisi di kedua sisi tungku. Kedua pendekatan menggunakan kontrol frekuensi variabel – dimulai pada 50 Hz selama 2 hingga 3 menit sebelum benda kerja diturunkan ke dalam tungku, kemudian dikurangi menjadi 10 Hz selama periode non-galvanisasi untuk meminimalkan konsumsi daya.
Asap seng yang tertangkap melewati filter kantong untuk menghilangkan partikulat, kemudian melalui tahap deodorisasi tirai air, dan akhirnya dibuang oleh kipas induksi frekuensi variabel 160 kW. Pengumpul debu dirancang untuk berhenti selama peniupan berkecepatan tinggi dan beroperasi pada kecepatan rendah untuk memastikan kantong filter dibersihkan secara efektif.
V. Sistem Pemanfaatan Panas Buangan Bertingkat (Modul Teknologi Inti)
Skema pemanfaatan panas buangan untuk lini produksi ini lebih komprehensif daripada kasus sebelumnya, mencakup enam tahap. Suhu gas buang secara bertahap menurun dari sekitar 500°C di saluran keluar tungku hingga mendekati kondisi ambien.
Tahap 1: Pemanasan cairan fluks. Gas buang keluar dari tungku pada sekitar 500°C dan melewati penukar panas baja tahan karat untuk memanaskan air sirkulasi hingga sekitar 90°C. Air panas ini kemudian dikirim ke koil penukar panas paduan titanium di dalam tangki fluks, menaikkan cairan fluks ke setpoint proses 50 hingga 70°C. Paduan titanium adalah pilihan material wajib karena sifat korosif seng klorida dan amonium klorida dalam larutan fluks.
Tahap 2: Pengeringan benda kerja. Setelah pertukaran panas tahap pertama, gas buang memasuki lubang pengering, yang berukuran 14 meter panjang, 5 meter lebar, dan 3 meter kedalaman. Gas buang melewati penukar panas, dan blower suhu tinggi mengalirkan udara panas ke permukaan benda kerja untuk pengeringan yang cepat dan seragam. Efek pengeringan menggabungkan panas radiasi dari struktur lubang itu sendiri dengan aliran udara panas konvektif.
Tahap 3: Pemanasan awal udara pembakaran (dipatenkan). Saat gas buang terus mendingin hingga sekitar 200°C, ia memasuki penukar panas udara pembakaran, memanaskan awal udara pembakaran yang dibutuhkan oleh burner dari suhu ambien hingga 50 hingga 150°C. Udara pembakaran yang dipanaskan awal ini, ketika dikirim ke tungku, meningkatkan suhu pembakaran teoritis. Desain memperkirakan penghematan gas sekitar 2 hingga 3 m³ per ton bagian yang digalvanis – penghematan aktual tergantung pada kondisi operasi spesifik lokasi.
Tahap 4: Pengeringan lumpur (dipatenkan). Tangki pengering lumpur baja tahan karat 316L berukuran 6.000 mm panjang, 750 mm lebar, dan 375 mm tinggi dipasang di atas saluran gas buang penukar panas udara pembakaran. Ini menggunakan gas buang pada sekitar 150 hingga 200°C untuk mengeringkan lumpur filter press dari kandungan kelembaban sekitar 80% hingga sekitar 10%, secara signifikan mengurangi berat pembuangan di luar lokasi.
Tahap 5: Pemulihan panas buangan tepi tungku (dipatenkan). Suhu tepi tungku seng mencapai sekitar 200°C. Koil lapisan ganda baja tahan karat yang ditempatkan di sepanjang tepi tungku memanaskan air sirkulasi untuk mandi, pemanasan awal asam, atau pemanasan bengkel.
Tahap 6: Pemanasan bengkel gas buang. Panas buangan tingkat rendah yang tersisa sebelum pembuangan akhir dilepaskan langsung ke bengkel melalui pipa baja, dengan tindakan perlindungan luka bakar diterapkan.
Selain itu, air panas dari bagian pendinginan disirkulasikan melalui pipa penukar panas dengan asam dingin di tangki pengawetan, secara bersamaan mencapai pengurangan suhu air pendingin dan pemanasan awal cairan asam – desain serbaguna yang mengurangi persyaratan investasi menara pendingin.
VI. Logistik Pengangkatan dan Penimbangan Online
Pengangkatan benda kerja menggunakan konfigurasi pengangkat ganda 5 ton ditambah 5 ton. Empat set pengangkat spesifikasi ini dipasang di area pengawetan, dipasang di bagian luar atap ruangan tertutup, dengan kait memanjang ke dalam ruangan untuk operasi melalui remote control nirkabel. Benda kerja dipasang secara manual ke rak besar menggunakan rangka pengangkat, diangkat ke ketinggian tetap, kemudian diangkut dengan kereta rel tanah ke dalam ruangan pengawetan, di mana crane overhead memprosesnya secara berurutan melalui setiap stasiun tangki.
Lini produksi ini dilengkapi dengan sistem penimbangan online yang membaca berat benda kerja mentah sebelum pengawetan dan berat jadi setelah galvanisasi. Dengan menghitung perbedaannya, ia memantau kehilangan besi selama pengawetan dan peningkatan berat lapisan seng, memungkinkan pelacakan konsumsi seng secara real-time dan penyesuaian proses – fitur yang tidak ada dalam kasus sebelumnya.
Solusi logistik menyediakan dua opsi otomatisasi untuk pembeli: pengangkat listrik gantry dengan remote control, atau pengangkat rel cincin dengan kereta RGV untuk kontrol yang diprogram PLC. Pendekatan kontrol yang diprogram secara tepat mengontrol waktu perendaman untuk mencegah operator memperpanjang waktu perendaman berdasarkan pengalaman individu, sehingga menghindari lapisan seng yang terlalu tebal.
VII. Distribusi Beban Listrik
Total kapasitas listrik terpasang dari seluruh lini produksi adalah sekitar 530 kW. Beban utama didistribusikan sebagai berikut: kipas induksi asap seng 160 kW, kipas induksi kabut asam 45 kW, sistem pengolahan asam bekas 80 kW, motor crane overhead 15 kW, peralatan penghilang besi 15 kW, kompresor udara 7,5 kW, pompa semprot total 26 kW (termasuk dua unit 7,5 kW dan satu unit 11 kW), motor pengangkat total 40 kW, menara pendingin 4 kW, pencahayaan 20 kW, dan stasiun lift 22,5 kW. Cadangan 30 kW dialokasikan untuk ekspansi di masa mendatang.
VIII. Modul Opsional: Sistem Regenerasi Asam Bekas
Proposal ini mencakup modul opsional – lini pengolahan asam bekas yang menggunakan metode perpindahan asam sulfat, dengan kapasitas pemrosesan yang dirancang 5 hingga 10 ton per hari. Asam bekas harus memiliki konsentrasi ion besi lebih dari 120 g/L, konsentrasi ion feri kurang dari 5 g/L, dan konsentrasi asam bebas lebih dari 5%. Proses ini menggunakan kristalisasi beku untuk mengendapkan besi klorida, yang kemudian direaksikan dengan asam sulfat pekat untuk menghasilkan besi sulfat dan gas hidrogen klorida. Gas hidrogen klorida dipulihkan sebagai asam klorida yang diregenerasi dan dikembalikan ke bagian pengawetan, sementara besi sulfat dijual sebagai produk sampingan dalam bentuk besi sulfat monohidrat.
Peralatan memiliki peringkat daya total sekitar 200 kW, dengan konsumsi daya sekitar 40 kWh per ton asam bekas yang diolah. Sistem menempati sekitar 150 meter persegi, dengan tinggi peralatan 7 meter dan jarak pemasangan dan operasi yang dibutuhkan 9 meter. Spesifikasi proses mensyaratkan bahwa asam yang diregenerasi mengandung residu besi kurang dari 4% dan mencapai konsentrasi asam yang diregenerasi 15% hingga 22%. Produk sampingan besi sulfat harus memiliki kemurnian lebih dari 90%, dengan batas ketidakmurnian titanium di bawah 0,75%, arsenik di bawah 0,0002%, timbal di bawah 0,0001%, kadmium di bawah 0,0001%, merkuri di bawah 0,00002%, kromium di bawah 0,001%, asam bebas di bawah 1%, dan bahan tidak larut di bawah 0,5%.