Selasa, 29 Mei 2012

LUBRICANT

LUBRICANT

A wide variety of lubricants are available. The principal types are reviewed here.

Liquid, oily lubricants

Animal and vegetable products were certainly man's first lubricants and were used in large quantities. But, because they lack chemical inertness and because lubrication requirements have become more demanding, they have been largely superseded by petroleum products and by synthetic materials. Some organic substances such as lard oil and sperm oil are still in use as additives because of their special lubricating properties.

Petroleum lubricants are predominantly hydrocarbon products extracted from fluids that occur naturally within the Earth. They are used widely as lubricants because they possess a combination of the following desirable properties:
1. availability in suitable viscosities
2. low volatility
3. inertness (resistance to deterioration of the lubricant)
4. corrosion protection (resistance to deterioration of the sliding surfaces)
5. low cost

However, petroleum lubricants loose their inertness when subjected to elevated temperatures, such as those encountered in modern engines. This causes deterioration of the lubricant by oxidation, and leads to formation of gum, varnish and other insoluble deposits. Therefore in most applications petroleum lubricants have to be frequently changed, if longevity of the equipment is desired.

Synthetic lubricants generally can be characterized as oily, neutral liquid materials not usually obtained directly from petroleum but having some properties similar to petroleum lubricants.
In certain ways they are superior to hydrocarbon products. Some synthetics exhibit greater stability of viscosity with temperature changes, resistance to scuffing and oxidation, and fire resistance. Since the properties of different types of synthetics vary considerably, each synthetic lubricant tends to find a special application. There is NO single synthetic lubricant type that is ideal for all lubricant applications. Commercial synthetic lubricants (Motor Oil, Gear Oil) are therefore a blend of several different types of Synthetics as well as select additives.

Grease
Another form of oily lubricant is grease, a solid or semisolid substance consisting of a liquid lubricant containing a thickening agent.

The liquid lubricant is made from inedible lard, the rendered fat of waste animal parts, or is petroleum-derived or synthetic high viscosity oil.
Soaps of aluminum, barium, calcium, lithium, sodium, and strontium are the major thickening agents. Nonsoap thickeners consist of such inorganic compounds as modified clays or fine silicas, or such organic materials as arylureas or phthalocyanine pigments.

White grease is made from inedible hog fat and has a low content of free fatty acids. Yellow grease is made from darker parts of the hog and may include parts used to make white grease.

Brown grease contains beef and mutton fats as well as hog fats. Fleshing grease is the fatty material trimmed from hides and pelts. Bone grease, hide grease, and garbage grease is named according to their origin. In some factories, food offal is used along with animal carcasses, butcher-shop scraps, and garbage from restaurants for recovery of fats.

Greases of mineral or synthetic origin consist of a thickening agent dispersed in a liquid lubricant such as petroleum oil or a synthetic fluid. The thickening agent may be soap, an inorganic gel, or an organic substance. Other additives inhibit oxidation and corrosion, prevent wear, and change viscosity. The fluid component is the more important lubricant for clearances between parts that are relatively large, but for small clearances the molecular soap layers provide the lubrication.

Synthetic grease may consist of synthetic oils containing standard soaps or may be a mixture of synthetic thickeners, or bases, in petroleum oils. Silicones are greases in which both the base and the oil are synthetic. Synthetic greases are made in water-soluble and water-resistant forms and may be used over a wide temperature range. The synthetics can be used in contact with natural or other rubbers because they do not soften these materials.

Special-purpose greases may contain two or more soap bases or special additives to gain a special characteristic.

Lubrication by grease may prove more desirable than lubrication by oil under conditions
when:
1. less frequent lubricant application is necessary
2. grease acts as a seal against loss of lubricant and ingress of contaminants
3. less dripping or splattering of lubricant is called for
4. less sensitivity to inaccuracies in the mating parts is needed


Solid lubricants

Definition of solid lubricant: A solid lubricant is a material used as powder or thin film to provide protection from damage during relative movement and to reduce friction and wear. Other terms commonly used for solid lubrication include dry lubrication, dry-film lubrication, and solid-film lubrication. Although these terms imply that solid lubrication takes place under dry conditions, fluids are frequently used as a medium or as a lubricant with solid additives.

A solid lubricant is a film of solid material composed of inorganic or organic compounds or of metal. Perhaps the most commonly used solid lubricants are the inorganic compounds graphite and molybdenum disulfide (MoS2 ) and the polymer material polytetrafluoroethylene (PTFE).

There are three general kinds of inorganic compounds that serve as solid lubricants:
  1. Layer-lattice solids: materials such as graphite and molybdenum disulfide, commonly called molysulfide, have a crystal lattice structure arranged in layers. Strong bonds between atoms within a layer and relatively weak bonds between atoms of different layers allow the lamina to slide on one another. Other such materials are tungsten disulfide, mica, boron nitride, borax, silver sulfate, cadmium iodide, and lead iodide. Graphite's low friction is due largely to adsorbed films; in the absence of water vapor, graphite loses its lubricating properties and becomes abrasive. Both graphite and molysulfide are chemically inert and have high thermal stability.
  2. Miscellaneous soft solids: a variety of inorganic solids such as white lead, lime, talc, bentonite, silver iodide, and lead monoxide are used as lubricants.
  3. Chemical conversion coatings: many inorganic compounds can be formed on ametallic surface by chemical reaction. The best known such lubricating coatings are
    sulfide, chloride, oxide, phosphate, and oxalate films.

 Solid organic lubricants are usually divided into two broad classes:

  1. Soaps, waxes, and fats: this class includes metallic soaps of calcium, sodium, lithium; animal waxes (e.g., beeswax and spermaceti wax); fatty acids (e.g., stearic and palmitic acids); and fatty esters (e.g., lard and tallow).
  2. Polymeric films: these are synthetic substances such as polytetrafluoroethylene(PTFE also known as Teflon®) and polychlorofluoroethylene. One major advantageof such film-type lubricants is their resistance to deterioration during exposure tothe elements. For Example: ½" (13mm) thick plates of polymeric film are used inmodern prestressed concrete construction to permit thermal movement of beamsresting atop columns. The long-lived polymeric film plate facilitates suchexpansion and contraction of the structural members.
Thin films of soft metal on a hard substrate can act as effective lubricants, if the adhesion to the substrate is good. Such metals include lead, tin, and indium.

Characteristics of Solid Lubricants

Characteristics: The properties important in determining the suitability of a material for use as a solid lubricant are discussed below.

  1. Crystal structure. Solid lubricants such as graphite and MoS2 possess a lamellar crystal structure with an inherently low shear strength. Although the lamellar structure is very favorable for materials such as lubricants, nonlamellar materials also provide satisfactory lubrication.
  2. Thermal stability. Thermal stability is very important since one of the most significant uses for solid lubricants is in high temperature applications not tolerated by other lubricants. Good thermal stability ensures that the solid lubricant will not undergo undesirable phase or structural changes at high or low temperature extremes.
  3. Oxidation stability. The lubricant should not undergo undesirable oxidative changeswhen used within the applicable temperature range.
4 . Volatility. The lubricant should have a low vapor pressure for the expected application at extreme temperatures and in low-pressure conditions.
5. Chemical reactivity. The lubricant should form a strong, adherent film on the base material.
6. Mobility. The life of solid films can only be maintained if the film remains intact. Mobility of adsorbates on the surfaces promotes self-healing and prolongs the endurance of films.
7. Melting point. If the melting point is exceeded, the atomic bonds that maintain the molecular structure are destroyed, rendering the lubricant ineffective.
8. Hardness. Some materials with suitable characteristics, such as those already noted, have failed as solid lubricants because of excessive hardness. A maximum hardness of 5 on the Mohs’ scale appears to be the practical limit for solid lubricants.
9. Electrical conductivity. Certain applications, such as sliding electric contacts, require high electrical conductivity while other applications, such as insulators making rubbing contact, require low conductivity.

Applications of Solid Lubrication

Applications of Solid Lubrication. Generally, solid lubricants are used in applications not tolerated by more conventional lubricants. The most common conditions requiring use of solid lubricants are:

(1) Extreme temperature and pressure conditions. These are defined as high-temperature applications up to 1926°C ( 3500°F), where other lubricants are prone to degradation or decomposition; extremely low temperatures, down to -212°C (-350°F), where lubricants may solidify or congeal; and high-to-fullvacuum applications, such as space, where lubricants may volatilize.

(2) As additives. Graphite, MoS2 , and zinc oxide are frequently added to fluids and greases. Surface conversion coatings are often used to supplement other lubricants.

(3) Intermittent loading conditions. When equipment is stored or is idle for prolonged periods, solids provide permanent, noncorrosive lubrication.

(4) Inaccessible locations. Where access for servicing is especially difficult, solid lubricants offer a distinct advantage, provided the lubricant is satisfactory for the intended loads and speeds.

(5) High dust and lint areas. Solids are also useful in areas where fluids may tend to pick up dust and lint with liquid lubricants; these contaminants more readily form a grinding paste, causing damage to equipment.

(6) Contamination. Because of their solid consistency, solids may be used in applications where the lubricant must not migrate to other locations and cause contamination of other equipment, parts, or products.

(7) Environmental. Solid lubricants are effective in applications where the lubricated equipment is immersed in water that may be polluted by other lubricants, such as oils and greases.

Advantages of Solid Lubrication
Some advantages of solid lubrication are:
(1) More effective than fluid lubricants at high loads and speeds.
(2) High resistance to deterioration in storage.
(3) Highly stable in extreme temperature, pressure, radiation, and reactive environments.
(4) Permit equipment to be lighter and simpler because lubrication distribution systems and seals are not required.

Disadvantages of Solid Lubrication
(1) Poor self-healing properties. A broken solid film tends to shorten the useful life of the lubricant.
(2) Poor heat dissipation. This condition is especially true with polymers due to their low thermal conductivities.
(3) Higher coefficient of friction and wear than hydrodynamically lubricated bearings.
(4) Color associated with solids may be undesirable.

Graphite has a low friction coefficient and very high thermal stability (2000°C [3632°F] and above). However, practical application is limited to a range of 500 to 600°C (932 to 1112°F) due to oxidation. Furthermore, because graphite relies on adsorbed moisture or vapors to achieve low friction, use may be further limited. At temperatures as low as 100°C (212°F), the amount of water vapor adsorbed may be significantly reduced to the point that low friction cannot be maintained. In some instances sufficient vapors may be extracted from contaminants in the surrounding environment or may be deliberately introduced to maintain low friction. When necessary, additives composed of inorganic compounds may be added to enable use at temperatures to 550°C ( 1022°F). Another concern is that graphite promotes electrolysis. Graphite has a very noble potential of + 0.25V, which can lead to severe galvanic corrosion of copper alloys and stainless steels in saline waters.

Molybdenum disulfide (MoS2 ). Like graphite, MoS2 has a low friction coefficient, but, unlike graphite, it does not rely on adsorbed vapors or moisture. In fact, adsorbed vapors may actually result in a slight, but insignificant, increase in friction. MoS2 also has greater load-carrying capacity and its manufacturing quality is better controlled. Thermal stability in nonoxidizing environments is acceptable to 1100°C (2012°F), but in air it may be reduced to a range of 350 to 400°C (662 to 752°F).

Soft metal films. Many soft metals such as lead, gold, silver, copper, and zinc, possess low shear strengths and can be used as lubricants by depositing them as thin films on hard substrates. Deposition methods include electroplating, evaporating, sputtering, and ion plating. These films are most useful for high temperature applications up to 1000°C (1832°F) and roller bearing applications where sliding is minimal

Surface treatments commonly used as alternatives to surface film depositions include thermal diffusion, ion implantation, and chemical conversion coatings.

(a) Thermal diffusion: This is a process that introduces foreign atoms into a surface for various purposes such as increasing wear-resistance by increasing surface hardness; producing low shear strength to inhibit scuffing or seizure; and in combination with these to enhance corrosion-resistance.

(b) Ion implantation: This is a recently developed method that bombards a surface with ions to increase hardness, which improves wear- and fatigue-resistance.

(c) Chemical conversion coatings: Frequently, solid lubricants will not adhere to the protected metal surface. A conversion coating is a porous nonlubricating film applied to the base metal to enable adherence of the solid lubricant. The conversion coating by itself is not a suitable lubricant.

(d) Polymers: Polymers are used as thin films, as self-lubricating materials, and as binders for lamellar solids. Films are produced by a process combining spraying and sintering. Alternatively, a coating can be produced by bonding the polymer with a resin. Sputtering can also be used to produce films. The most common polymer used for solid lubrication is PTFE The main advantages of PTFE are low friction coefficient, wide application range of -200 to 250°C (-328 to 418°F), and lack of chemical reactivity. Disadvantages include
lower load-carrying capacity and endurance limits than other alternatives. Low thermal conductivity limits use to low speed sliding applications where MoS2 is not satisfactory. Common applications include antistick coatings and self-lubricating composites.

Methods of Applying Solid Lubricants

There are several methods for applying solid lubricants.

Powdered solids. The oldest and simplest methods of applying solid lubricants are noted as follows:

(a) Burnishing: Burnishing is a rubbing process used to apply a thin film of dry powdered solid lubricant such as graphite, MoS2 , etc., to a metal surface. This process produces a highly polished surface that is effective where lubrication requirements and wear-life are not stringent, where clearance requirements must be maintained, and where wear debris from the lubricant must be minimized. Surface roughness of the metal substrate and particle size of the powder are critical to ensure good application.

(b) Hand rubbing: Hand rubbing is a procedure for loosely applying a thin coating of solid lubricant.

 (c) Dusting: Powder is applied without any attempt to evenly spread the lubricant. This method results in a loose and uneven application that is generally unsatisfactory.

(d) Tumbling:. Parts to be lubricated are tumbled in a powdered lubricant. Although adhesion is not very good, the method is satisfactory for noncritical parts such as small threaded fasteners and rivets.

(e) Dispersions: Dispersions are mixtures of solid lubricant in grease or fluid lubricants. The most common solids used are graphite, MoS2 , PTFE, and Teflon®. The grease or fluid provides normal lubrication while the solid lubricant increases lubricity and provides extreme pressure protection. Addition of MoS2 to lubricating oils can increase load-carrying capacity, reduce wear, and increase life in roller bearings, and has also been found to reduce wear and friction in automotive applications. However, caution must be exercised when using these solids with greases and lubricating fluids. Grease and oil may prevent good adhesion of the solid to the protected surface. Detergent additives in some oils can also inhibit the wearreducing ability of MoS2 and graphite, and some antiwear additives may actually increase wear. Solid lubricants can also affect the oxidation stability of oils and greases. Consequently, the concentration of oxidation inhibitors required must be carefully examined and controlled. Aerosol sprays are frequently used to apply solid lubricant in a volatile carrier or in an air-drying organic resin. However, this method should be limited to short-term uses or to light- or moderate-duty applications where thick films are not necessary. Specifications for solid lubricant dispersions are not included in this manual. Before using dispersions, users should become familiar with their applications and should obtain information in addition to that provided in this manual. The information should be based on real-world experiences with similar or comparable applications.

Self-Lubricating Composites

Self-lubricating composites: The primary applications for self-lubricating composites include dry bearings, gears, seals, sliding electrical contacts, and retainers in roller bearings. Composites may be polymer, metal-solid, carbon and graphite, and ceramic and cermets.

Polymer Lubrication

Polymer Lubrication: The low thermal conductivity of polymers inhibits heat dissipation, which causes premature failure due to melting. This condition is exacerbated if the counterface material has the same or similar thermal conductivity. Two polymers in sliding contact will normally operate at significantly reduced speeds than a polymer against a metal surface. The wear rate of polymer composites is highly dependent upon the surface roughness of the metal counterfaces. In the initial operating stages, wear is significant but
can be reduced by providing smooth counterfaces. As the run-in period is completed, the wear rate is reduced due to polymer film transfer or by polishing action between the sliding surfaces. Environmental factors also influence wear rate. Increased relative humidity inhibits transfer film formation in polymer composites such as PTFE, which rely on transfer film formation on counterfaces. The presence of hydrocarbon lubricants may also produce similar effects. Composites such as nylons and acetals, which do not rely on transfer film formation, experience reduced wear in the presence of small amounts of hydrocarbon lubricants.

Metal-Solid Lubrication

Metal-solid Lubrication: Composites containing lamellar solids rely on film transfer to achieve low friction. The significant amount of solids required to improve film transfer produces a weak composite with reduced wear life. Addition of nonlamellar solids to these composites can increase strength and reduce wear. Various manufacturing techniques are used in the production of metal-solid composites. These include powder metallurgy, infiltration of porous metals, plasma spraying, and electrochemical code position. Another fabrication technique requires drilling holes in machine parts and packing the holes with solid lubricants. One of the most common applications for these composites is selflubricating roller bearing retainers used in vacuum or high temperatures up to 400°C (752°F). Another application is in fail-safe operations, where the bearing must continue to operate for a limited time following failure of the normal lubrication system.

Carbon and Graphites

Carbon and graphites: The primary limitations of bulk carbon are low tensile strength and lack of ductility. However, their high thermal and oxidation stabilities at temperatures of 500 to 600°C (932 to 1112°F) (higher with additives) enable use at high temperatures and high sliding speeds. For graphitic carbons in dry conditions, the wear rate increases with temperature. This condition is exacerbated when adsorbed moisture inhibits transfer film formation. Furthermore, dusting may also cause failure at high temperatures and sliding speeds. However, additives are available to inhibit dusting.

Ceramics and Cemets

Ceramics and cermets. Ceramics and cermets can be used in applications where low wear rate is more critical than low friction. These composites can be used at temperatures up to 1000°C (1832°F). Cermets have a distinct advantage over ceramics in terms of toughness and ductility. However, the metal content tends to reduce the maximum temperature limit. Solid lubricant use with bulk ceramics is limited to insertion in machined holes or recesses.

Gaseous lubricants

Lubrication with a gas is analogous in many respects to lubrication with a liquid, since the same principles of fluid-film lubrication apply. Although both gases and liquids are viscous fluids, they differ in two important particulars. The viscosity of gases is much lower and the compressibility much greater than for liquids. Film thicknesses and load capacities therefore are much lower with a gas such as air. In equipment that handles gases of various kinds, it is often desirable to lubricate the sliding surfaces with gas in order to simplify the apparatus and reduce contamination to and from the lubricant. The list of gases used in this manner is extensive and includes air, steam, industrial gases, and liquidmetal vapors.

Jumat, 11 Mei 2012

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.
 


Pengikut