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.
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.
Terimakasih atas penjabarannya ttg AC-HE,,,mantab.
BalasHapusTapi ada yang ingin saya tanyakan,, untuk SKPP,,yang disebut satu unit AC-HE itu maksudnya satu bay atau bukan ya???
Izin tanya, untuk HE dengan tekanan diatas 170 kg/cm2 pengujian/ leak test nya seperti apa yah?
BalasHapussaya saat ne bekerja mengoperasikan unit mesin plate hate exchanger type m15.mfm
BalasHapusyg mau saya tanyakan untuk pembersihan atau pencucian yg baik itu gemana ya caranya