INSPEKSI HEAT EXCHANGER

HEAT EXCHANGER adalah alat penukar/perpindahan  panas dari suatu fluida yang temperaturnya tinggi ke fluida lain yang temperaturnya lebih rendah tanpa terjadi kontak secara langsung diantara kedua fluida tersebut.

Klasifikasi:

1)   Heat exchanger: Disebut heat exhanger apabila alat tersebut  dipergunakan untuk menukarkan panas antara dua proses stream tanpa adanya perubahan phase pada kedua proses stream tersebut dengan maksud mendinginkan satu fluida dan memanaskan fluida lainnya.

2)  Cooler: alat penukar panas (mendinginkan) fluida proses yang panas dengan media pendingin (air, udara) tanpa adanya perubahan phase.

3)  Condenser: alat penukar panas, yang digunakan untuk menurunkan  suhu dari uap/vapour sampai ke suhu cair dengan menyerahkan panasnya kepada fluida yang lain (biasanya air).

4)  Reboiler: Alat penukar panas dimana dalam satu proses kerjanya satu proses stream berubah menjadi phase uap.

5)  Pre heater: alat pemanas dari suatu feed untuk satu unit proses dengan media pemanas steam atau hot proses lainnya.

Faktor yang mempengaruhi perpindahan panas adalah:

1)  Perbedaan temperature: Semakin besar selisih temperatur akan semakin cepat perpindahan panasnya.

2)  Thermal Conductivity: Setiap benda mempunyai thermal conductivity sendiri-sendiri, yaitu angka yang menunjukan kemampuan perambatan panas. Misalnya: logam mempunyai thermal conductivity yang lebih baik dari pada kayu.

3)  Luas permukaan kontak: Luas permukaan mempengaruhi jumlah panas yang dapat dipindahkan oleh suatu bend, semakin luas permukaan akan semakin banyak terjadi perpindahan panas.

4)  Kecepatan aliran suatu fluida: Semakin tinggi kecepatan aliran fluida akan semakin menaikan perpindahan panasnya terhadap fluida yang lain.

5)  Arah aliran: Dua fluida yang mempunyai temperatur berbeda dan hendak dipertukarkan panasnya, maka fluida tersebut bisa alirannya searah (paralel flow). Tetapi boleh juga berlawanan arah alirannya (counter flow), dalam kenyataan aliran yang berlawanan perpindahan panasnya lebih efektif.

 

TUJUAN  PEMERIKSAAN

Pada umumnya  tujuan untuk dilakukannya pemeriksaan adalah untuk menentukan kondisi phisik dari peralatan, menentukan  laju korosi  (corrosion  rate) serta menentukan penyebab terjadinya kerusakan.

Dengan adanya data pemeriksaan tersebut maka selanjutnya dapat digunakan untuk menentukan tindakan perbaikan yang diperlukan untuk jangka pendek maupun untuk jangka panjang ataupun penggantian,  mencegah ataupun memperlambat kerusakan lebih lanjut. menentukan waktu peralatan perlu diganti  (remaining  life), untuk menjaga kontinuitas produksi dan menghindarkan adanya stop yang tidak terencana (unscheduled shutdown)

1.Keselamatan 

Korosi dan erosi dapat melemahkan bagian-bagian dari Heat Exchanger yang diserangnya sehingga akan menyebabkan kerusakan, kebocoran atau kegagalan. Kebocoran dapat membahayakan keselamatan dan menimbulkan kebakaran.  

Walaupun kebocoran tube tidak begitu serius dari segi keselamatan,  tetapi dapat menyebabkan produksi menyimpang dari spesifikasi, karena itu perlu menghentikan kegiatan alat yang bersangkutan.  Kerusakan tube didalam cooler dapat menimbulkan kerugian produksi dan juga dapat menimbulkan masalah keselamatan bila minyak atau vapour atau gas terbebas bersama air pendingin.

Kerusakan pada shell, channel dan cover akan menimbulkan kebocoran yang serius dan kegagalan.

2.Penghematan Biaya Pemeliharaan

Heat Exchanger merupakan suatu alat yang mahal dilihat dari konstruksinya yang rumit, terdiri dari shell, channel, tube sheet, tube, cover, baffle-plate, tie-rod dan gasket, memberikan banyak kemungkinan rusak. Dengan pemeriksaan yang cermat, mencatat semua data kerusakan dan perbaikan yang dialaminya akan bermanfaat dalam menentukan perbaikan yang akan datang dan penggantian yang diperlukan. Hal ini dapat membantu perencanaan pemeliharaan untuk mengurangi down-time dan biaya.

Jenis Heat Exchanger:

1.  SHELL DAN TUBE BUNDLE HEAT EXCHANGER (API 660).

Type Shell & Tube Heat Exchanger dideskripsikan oleh symbol pada stationary head, shell dan rear head.

Terdapat beberapa type dari shell dan tube bundle exchanger antara lain:

a.   Fixed tubesheet dan floating tubesheet serta floating head cover.

Terdiri dari shell yang berbentuk silinder dengan flange pada setiap ujungnya, channel dan channel cover, floating head cover serta shell cover.

Diameter salah satu tube sheetnya lebih kecil sehingga dapat masuk kedalam shell dan diameter tube sheet lainnya lebih besar dari pada diameter shell sehingga tidak dapat masuk (tertahan) kedalam shell.

Setelah tube bundle dimasukan kedalam shell maka tubesheet yang diameternya lebih besar akan tertahan pada flange shell.

Channel diikatkan dengan menggunakan baut ke arah lubang baut flange shell sehingga tube sheet akan terjepit diantara keduanya dengan kuat, floating head cover lalu diikatkan dengan menggunakan baut ke tubesheet yang diameternya lebih kecil.

Channel dan floating head cover dapat juga terdiri dari atas beberapa ruangan yang terpisah oleh pass partition plate, sehingga fluida dapat mengalir masuk melalui sebagian dari tube dan keluar melalui sebagian tube lainnya kearah channel. Jumlah jalan yang selanjutnya sering disebut sebagai “pass” dari arah fluida tergantung dari designnya.

Arah arus aliran fluida didalam shell diatur dengan menggunakan baffle plate.

Dengan adanya perubahan suhu (panas) maka akan terjadi kontraksi dan ekspansi pada tube bundle.

Tube bundle dengan floating tubesheet  akan bebas bergerak didalam shell sehingga proses ekspansi dan kontraksi didalam shell tidak tertahankan.

 

b.   Dua fixed tube sheet.

Konstruksi untuk heat exchanger dengan dua fixed tubesheet pada dasarnya sama dengan type floating tubesheet perbedaan terletak pada kedua tube sheetnya yang fixed (tetap).

Pada heat exchanger dengan type ini kelemahannya tidak dapat membersihkan bagian dalam shell, sehingga pemakaian heat excahnger dengan type ini lebih ditujukan kepada kondisi proses yang bersih atau proses pembersihan dengan metode chemical cleaning.

Dikarenakan kedua tubesheet dalam kondisi tetap (fixed) maka ekspansi dan kontraksinya tube bundle menjadi sangat terbatas kecuali  pada shell dilengkapi dengan expansion bellows. 

c.   Satu fixed tube sheet dengan “ U” tube.

Konstruksinya terdiri dari tube yang dibengkokan sehingga menyerupai huruf “U” dan dengan satu buah tubesheet yang tetap.

 

d.   Double tubesheet.

Konstruksi tube bundle dengan menggunakan double tube sheet  yang dipasang sejajar dan berdekatan kemudian tube yang berupa “U” dipasang dengan system roll kedalam kedua tube sheet, pada konstruksi ini tidak menggunakan  floating tubesheet.

e.   Reboiler dan evaporator.

Konstruksinya sama seperti untuk satu fixed tube-sheet, tetapi terdapat ruang yang besar diatas tube bundle horizontal reboiler. Ruang ini untuk tempat vapor yang dihasilkan dari liquid dengan melewatkan steam melalui tube bundle.

 

2.  AIR COOLED HEAT EXCHANGER (API 661)

Exchanger dengan pendinginan udara prinsipnya sama dengan type tube bundle yang terbuka, tanpa shell, tube bundles didesign sebagai assembly lengkap. Disini udara digunakan sebagai fluida pendingin. Pada tube dipasang fins untuk memperluas bidang pendinginan. Tube bundle diletakkan dalam suatu rangka konstruksi, terhadapnya dialirkan udara dengan memakai fans. Fansnya dapat diletakkan dibawah (Forced Draft) atau diatas (Induced Draft) tube bundle. Tube harus  disupport pada barisan tubes yang terbawah untuk mencegah sagging dan meshing atau terjadi deformation of fins  pada design temperature. Tube support harus mempunyai jarak tidak lebih dari 1,83 meter (6 feet) dari center ke center.

Air cooler ini digunakan untuk mengkondensasikan atau mendinginkan vapor dan liquid. Biaya design dan perawatan yang relatip lebih murah dari type shell dan tube bundle exchanger juga merupakan pertimbangan mengapa konstruksi ini dipilih.

Air cooled exchanger memerlukan lebih sedikit perlengkapan utilities bila dibandingkan dengan shell dan tube bundle exchanger karena tidak memerlukan rumah pompa air dan sistim perpipaan untuk air. Kerusakan karena korosi juga berkurang karena tidak menggunakan air sebagai media pendinginan.Air cooler hanya dapat dipakai untuk heat exchanger dengan kapasitas kecil.

 

 Figure 3. Figure a and b is typical construction of tube bundles with removable cover plate and removable bonnet  

                       header

4.  BOX COOLER: 

Pada alat penukar panas dengan  jenis box cooler, tube bundle yang berbentuk rangkaian (coil) pipa direndam kedalam air yang berada dialam bak besar. Bundle atau coil tersebut dapat diletakan dalam posisi vertikal maupun horisontal. Fluida panas yang akan didinginkan dimasukan kedalam cooler melalui top header pada posisi vertikal atau bagian atas bila posisinya horisontal, selanjutnya fluida tersebut keluar melalui bagian bawah cooler. Air yang dingin masuk dari bagian bawah box dan air yang sudah panas mengalir keluar melalui bagian atas. Pengaturan seperti ini merupakan arus yang berlawanan arah dan memberikan pendinginan yang maximum dengan pemakaian air yang minimum.

 

5.     BAGIAN-BAGIAN HEAT EXCHANGER.

Sebagai pedoman terhadap istilah-istilah yang standard pada umumnya menggunakan pedoman dari TEMA Standard. Hal ini akan cukup membantu para Inspector dalam membuat laporan dan rekomendasinya.

Istilah umum yang sering kita dengar adalah pada saat melakukan pekerjaan pengujian/pengetesan, istilah tersebut adalah “tubeside dan shell side”.

Tube side dapat diartikan sebagai sisi dimana fluida mengalir melalui bagian dalam tube sedangkan “shell side” dapat diartikan sebagai fluida yang mengalir pada sisi bagian luar tube.

INSPEKSI

Tujuan dilakukannya pemeriksaan: untuk menentukan kondisi phisik dari peralatan, menentukan  laju korosi  (corrosion  rate) serta menentukan penyebab terjadinya kerusakan, selanjutnya dapat digunakan untuk menentukan tindakan perbaikan yang diperlukan untuk jangka pendek maupun untuk jangka panjang ataupun penggantian,  mencegah ataupun memperlambat kerusakan lebih lanjut. menentukan waktu peralatan perlu diganti  (remaining  life), untuk menjaga kontinuitas produksi dan menghindarkan adanya stop yang tidak terencana (unscheduled shutdown

1.     Aspek Safety

Korosi dan erosi dapat melemahkan bagian-bagian dari Heat Exchanger yang diserangnya sehingga akan menyebabkan kerusakan, kebocoran atau kegagalan. Kebocoran dapat membahayakan keselamatan dan menimbulkan kebakaran.  .

2.  Penghematan Biaya Pemeliharaan

Dengan pemeriksaan yang cermat, mencatat semua data kerusakan dan perbaikan yang dialaminya akan bermanfaat dalam menentukan perbaikan yang akan datang dan penggantian yang diperlukan. Hal ini dapat membantu perencanaan pemeliharaan untuk mengurangi down-time dan biaya.

A.   Pemeriksaan Ukuran (dimensi)

Tiga besaran yang sangat penting untuk diketahui dari suatu peralatan adalah :

1.     Batas ketebalan mininium (retiring thickness).

2.     Laju kerusakan, rate of deterioration atau corrosion rate.

3.     Sisa umur, remaining life.

Beberapa variable utama yang mempengaruhi ketebalan minimum adalah ukuran, bentuk, tipe exchanger, material dan metode pembuatan. Bila kerusakan disebabkan oleh korosi dan erosi, corrosion rate dapat ditentukan dengan membandingkan selisih hasil pengukuran yang dilakukan dengan waktu pemakaian, dinyatakan dalam mm atau inci pertahun.

Corrosion rate = mm/year = (t original - t actual)/Service life

Bila corrosion rate lebih besar dari nol, remaining life dapat dihitung dengan rumus berikut:

Remaining life, year = (t actual - t minimum)/Corrosion life 

Dengan formula diatas saja beium cukup untuk menentukan remaining life karena harus dipertimbanakan juga beban luar yang bekerja.  Juga perlu dipertimbangkan kemungkinan atau adanya kerusakan-kerusakan lain seperti creep, fatigue, stress corrosion cracking, hydrogen attack, carbonization, graphitization dan sebagainya.

Bentuk lain dari kerusakan seperti mechanical damage, retak dan kerusakan karena kesalahan operasi umumnya sukar diramalkan.

Remaining life untuk sesuatu exchanger atau bagian exchanger harus diketahui jauh sebelumnya untuk mencegah penggantian yang tiba-tiba. Harus diingat bahwa bagian-bagian yang berbeda dari exchanger, mempunyai remaining life yang berbeda.

Kebanyakan exchanger dibuat dengan ketebalan yang lebih dari pada yang diperlukan untuk menjaga supaya cukup tahan lama terhadap korosi dan tekanan operasi. Kelebihan tebal ini dinamakan corrosion allowance.

Tebal minimum harus ditentukan pada shell, channel, cover bonnet tube, tube sheet, dan bagian-bagian lainnya yang menerima tekanan.

Minimum shell thickness.

Tebal minimum dari shell dihitung menurut code design formula dari ASME, Boiler and Pressure Vessel Section VIII Division 1.

MIMINUM SHELL THICKNESS (Semua Dimensi Dalam Inchi)

NOMINAL SHELL DIAMETER	MINIMUM THICKNESS		ALLOY (*)
	CARBON STEEL
	PIPE	PLATE
8 – 12	Sch. 30	-	1/8
13 – 29	3/8	3/8	3/16
30 – 39	-	7/16	¼
40 – 60	-	½	5/16

 

 (*)        Schedule 5S dibolehkan untuk 8 inches shell diameter.

Nominal total thickness untuk clad atau lined shell sama untuk carbon steel plate shell.

Minimum shell cover thickness (ASME, Boiler and Pressure Vessel Section VIII, Division 1.)

Nominal thickness untuk shell cover paling sedikit sama dengan tebal shell seperti pada tabel 1.

Minimum channel and bonnet thickness (ASME, Boiler and Pressure Vessel Section VIII, Division 1) Tebal nominal dari channel dan bonnet tidak boleh kurang dari tabel 1.

Minimum flat channel cover thickness. (TEMA standard.)

Minimum tube thickness (ASME, Boiler and Pressure Vessel Section VIII, Division I atau TEMA standard).

Tube sheet thickness (TEMA standard).

B.  FREKWENSI DAN WAKTU PEMERIKSAAN

1).  Peraturan Pemerintah

pertimbangan legalitas yaitu adanya PP 11 tahun 1979 dimana untuk setiap peralatan di kilang minyak INDONESIA harus memiliki SKPP (Surat Kelayakan Penggunaan Peralatan) yang berlaku selama 3 tahun.

Dengan demikian setiap 3 tahun peralatan heat exchanger haruslah diperiksa guna memenuhi aspek legalitasnya.

2).  Pemeriksaan saat cleaning

Umumnya peralatan yang memerlukan cleaning rutin adalah pada preheat system, cooler dan condensor dengan air laut. Disamping itu juga umumnya peralatan dapat distop individu tanpa harus menggangu jalannya operasi secara keseluruhan.

3).  Schedule pemeriksaan.

Schedule pemeriksaaan umumnya dirancang sedemikian rupa yang melibatkan semua departemen sehingga dapat terencana secara detail dan matang dengan demikian hasil pemeriksaannya diharapkan akan memenuhi kebutuhan kelangsungan operasi sesuai dengan rencana operasi kedepan.

PENGUJIAN

 

Setelah heat exchanger berhenti dari operasi, sebelum dibuka sebaiknya diadakan pengujian  terhadap shell side atau tube side terlebih dahulu untuk mengetahui exchange dalam keadaan bocor atau tidak. Bila ternyata bocor maka pada exchanger tersebut perlu dibuka dan diuji kembali untuk mencari tempat yang bocor.

Kriteria penerimaan untuk pengujian suatu heat exchanger sangat tergantung pada acuan standart yang diterapkan saat alat tersebut dibangun, namun metoda pengujian umumnya sama.

Bila suatu heat exchanger akan direlease dari operasinya , maka pengujian tekan dapat dilakukan terhadap shell maupun tube Kebocoran dapat diketahui melalui adanya fluida keluar melalui drain nozzle terendah. Pengujian umumnya memerlukan waktu tahan (holding time) yang tujuannya untuk mengetahui tighteness dan memberi kesempatan bagi inspector mengamati , seluruh bagian dari heat exchanger. Jika ditemukan ada yang bocor maka bocoran diperbaiki lebih dahulu baru kemudian dilakukan pengujian ulang.

Sebagai contoh , pada pengujian floating head cover dengan tekanan ada didalam tube, dimana shell cover dilepas maka potensi bocor dapat terjadi pada gasket floating head cover, rol-rolan tube, tube. Bila ditemukan bocoran pada gasket maka perlu dilakukan menambah pengikatan baut floating head cover, bila kebocoran pada rol-rolan tube maupun tube, maka yang dapat dilakukan adalah dengan pengujian shell side untuk mengetahui tube mana yang bocor.

Oleh karena itu untuk heat exchanger umumnya pengujian tekan dilakukan sebanyak 2 kali, yaitu : Shell side test dan Tube side test namun ada juga yang menerapkan pengujian hingga 3 kali yaitu melakukan pengujian shell side test sebelum dan sesudah tube side test.

Media pengujian dapat berupa air, air dengan spesifikasi khusus maupun udara atau N2 tergantung dengan standart dan code yang diterapkan. Untuk heat exchanger yang terbuat dari material Austenitic SS maka umumnya air yang digunakan untuk hidrostatic test memiliki batas kandungan CI (-) nya harus dibawah 50 ppm untuk menghindari SCC. Demikian juga bila menggunakan udara maka batas maksimum udara boleh ditekan maksimum 7 Kg/Cm2 karena sifat dari udara tersebut akan memiliki efek explosive.

Besarnya tekanan pengujian sangat tergantung pada standart dan code yang diterapkan sebagai contoh:

·         TEMA mengatur besar tekanan pengujian hidrostatic test adalah 1,5 kali tekanan design dengan koreksi temperatur. Untuk pneumatic test adalah 1,25 kali tekanan design dengan koreksi tempratur.

·         STD 160, mengatur besar tekanan pengujian hidrostatic test maupun pneumatic test sama dengan yang diatur pada TEMA RCB 1.3.

·         KP-9, mengatur besar tekanan pengujian hidrostatict test adalah tidak kurang dari 1,5 kali tekanan kerja maksimum yang diijinkan, untuk pneumatic test tidak diatur.

·         ASME VIII DIV I, mengatur besar tekanan pengujian hidrostatic test adalah paling tidak 1,5 kali tekanan design. Untuk pneumatic test adalah paling tidak 1,25 kali tekanan design dengan koreksi tempratur.

·         NBIC, mengatur besar tekanan pengujian tekan adalah tidak boleh lebih dari 1,5 kali tekanan maksimum yang diijinkan, Bila besar pegujian tekan original mempertimbangkan corrosion allowance maka besarnya pengujian juga mempertimbangkan sisa corrosion allowance.

Untuk batasan temperatur pengujian seluruh standart maupun code memiliki batasan pada range min 15, 6 °C s/d 49 °C

Bila dispesifikasi khusus oleh pemilik bahwa pegujian harus menggunakan air dengan tempratur diatas 49 °C maka besamya pengujian tekan harus mempertimbangkan koreksi tempratur.

Pengujian tekan

Untuk heat exchanger tipe fixed tube, tube weld harus ditest menggunakan pneumatic test pada tekanan 25 Psi(173 Kpa) dari shell side dengan air sabun terutama untuk tube yang diexpand. Kecuali untuk differential pressure design, hydrostatic test secara sendiri-sendiri pada shell side dan tube side harus dilakukan. Minimum temperature untuk hydrotest harus sesuai dengan ASME Code section VIII Division 1. Tekanan hydrotest harus dijaga paling tidak selama 1 jam. Setelah pengujian selesai, heat exchanger harus didrain. Air untuk hydrotest unit dengan material austenitic stainless steel harus menggunakan potable water dengan chloride ion kurang dari 50 ppm (mg/kg). jika diminta oleh purchaser, pengujian hydrotest dari shell side harus dilakukan dengan bonnet atau channel cover dilepas. Nozzle reinforcement pad harus dilakukan pneumatic test pada tekanan 25 psi. untuk keperluan keamanan, penambahan pengujian pneumatic harus dilakukan pada tekanan 25 psi (173Kpa). Sambungan flange yang telah dilepas setelah pengujian hydrotest harus dipasang ulang dengan gasket baru/gasket yang belum pernah dipakai dan dilakukan hydrotest kembali untuk pengencangan. Pengecatan atau external coating tidak boleh dilakukan pada area weld sebelum dilakukan final hydrotest. Heat exchanger yang berfungsi sebagai cadangan harus dilakukan hydrotest juga.