3 Heat Exchanger 12 13

(1)

HEAT EXCHANGER

(ALAT PENUKAR KALOR)

(2)

PRINSIP PERPINDAHAN PANAS

TEMPERATURE :

suatu ukuran energi yang dimiliki oleh suatu benda, sebagai ukuran apakah benda tersebut relatif panas atau dingin. Umumnya diwakili dengan suatu satuan unit seperti, Celcius atau Fahrenheit.

HEAT :

suatu bentuk energi yang tersimpan dalam suatu benda akibat dari suatu bentuk energi yang tersimpan dalam suatu benda akibat dari perbedaan temperatur yang terjadi pada benda tersebut. Umumnya diwakili dengan satuan unit Kalori atau BTU.

PERPINDAHAN PANAS (Heat Transfer) :

Energi dapat berpindah dalam bentuk heat dari suatu zat ke lingkungannya atau zat lain apabila diantara kedua zat tersebut berbeda temperaturnya.

(3)

KONDUKSI :

Perpindahan panas yang mengalir dari daerah yang

bertemperatur tinggi kedaerah yang bertemperatur lebih rendah didalam suatu medium (padat, cair atau gas) atau antara medium yang berlainan tetapi bersinggungan secara langsung (kontak langsung)

Q = Perpindahan panas

langsung)

Q = Perpindahan panas

persatuan waktu, t

A = Luas penampang medium d = Tebal medium

k = Konduktivitas termal

medium

(4)

KONVEKSI :

Perpindahan panas yang terjadi antara suatu permukaan benda/medium dengan suatu fluida yang bergerak pada suatu perbedaan temperatur

Q = Perpindahan panas persatuan Q = Perpindahan panas persatuan

waktu, t

A = Luas penampang medium h = Koefisien konveksi

T = Temperatur (benda dan fluida)

Q = hA(Tw - Ts)

q

h T_S

Area = A T_w

(5)

RADIASI :

Perpindahan panas yang terjadi akibat emisi gelombang elektromagnet dari suatu permukaan atau ruang. Radiasi tidak memerlukan media perpindahan panas dan dapat terjadi dalam ruang hampa udara.

Besar radiasi yang

dipancarkan suatu benda : dipancarkan suatu benda :

ε_{= emissivity material} σ_{= Konstanta Boltzman,}

5.67×10-8 _W/m2_K4

A = luas permukaan T = Temperatur benda

(6)

EVAPORASI :

Proses pemanasan suatu liquid sampai pada temperatur titik didihnya untuk menghasilkan phasa lain dari liquid tersebut, yaitu vapor (uap).

(7)

KONDENSASI :

Proses pendinginan terhadap suatu uap liquid untuk kembali ke phasa semula, yaitu liquid.

(8)

HEAT EXCHANGER

Konsep Dasar

• Alat penukar kalor (heat exchanger) merupakan suatu alat yang berfungsi untuk memindahkan kalor dari suatu fluida ke fluida yang lain.

kalor dari suatu fluida ke fluida yang lain.

• Bentuk sederhana dari alat penukar kalor adalah sebuah alat yang mencampurkan langsung antara fluida panas dengan fluida dingin. Dengan sistem demikian, kedua fluida tersebut suatu saat akan mencapai temperatur akhir yang sama.

(9)

WHAT IS A HEAT EXCHANGER?

They are devices specifically designed for the efficient

(10)

WHAT ARE HEAT EXCHANGERS

USED FOR?

They have the function to transfer heat

as

efficiently

as

possible.

Heat

exchangers are widely used in :

I. refrigeration

II. air conditioning

III. space heating

IV. electricity generation

V. chemical processing

(11)

(12)

Applications of Heat Exchangers

Heat Exchangers prevent car engine

overheating and increase efficiency

Heat exchangers are used in Industry for

heat transfer

Heat

exchangers are used in AC and

(13)

HEAT EXCHANGER

Aplikasi

Heat

exchanger

kebanyakan

ditemukan

dalam

aplikasi

sistem

proses

kimia

maupun

mechanical.

Aplikasi tersebut antara lain :

1. Proses Pemanasan awal (Preheater)

2. Proses Pendinginan (Cooler)

3. Proses Penguapan (Evaporasi)

(14)

HEAT EXCHANGER Aplikasi

Dalam suatu proses yang membutuhkan temperatur tinggi/rendah, fluida yang masuk sebelumnya harus dipanaskan/ didinginkan awal terlebih dahulu dalam suatu tahapan daripada langsung

1. Proses Pemanasan Awal (Preheater) dan Pendinginan (Cooler)

suatu tahapan daripada langsung memanaskannya atau mendinginkannya dari temperatur awal (lingkungan) ke temperatur tinggi/rendah yang dibutuhkan. Hal ini untuk menghindari thermal shock stress pada material peralatan yang dipakai. Contoh pada aplikasi ini adalah, U-Tube FeedWater

(15)

HEAT EXCHANGER Aplikasi

Setiap sistem pengkondisian udara, setidaknya ada dua heat exchanger yang terlibat, yaitu evaporator dan condenser. Untuk kedua sistem, fluida mengalir ke dalam HE dan memindahkan panas (mengambil atau melepas panas) ke

2. Proses Penguapan (Evaporasi) dan Pengembunan (Kondensasi)

(mengambil atau melepas panas) ke media pendingin / pemanas. Untuk condenser, fluida (gas) berubah phasa menjadi liquid dan untuk evaporator fluida (liquid) berubah phasa menjadi gas (uap). Proses ini diperlukan jika fluida tersebut akan digunakan lagi dalam suatu siklus sesuai dengan bentuk phasa-nya. Contoh untuk aplikasi ini adalah Steam Condenser / Evaporator

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

CONSTRUCTION TYPE

OF HEAT EXCHANGER

(JENIS KONSTRUKSI

ALAT PENUKAR KALOR)

(22)

HEAT EXCHANGER

Berdasarkan prinsip perpindahan panas yang terjadi, heat

exchanger dibagi dalam tiga group :

1. Direct Contact Heat Exchanger, Aliran fluida panas

dan dingin dicampurkan secara langsung sehingga terjadi perpindahan panas

2. Recuperators, Aliran fluida panas dan dingin

dipisahkan dengan suatu dinding sehingga

perpindahan panas terjadi secara konveksi melalui dinding tersebut.

3. Regenerator, Perpindahan panas terjadi dalam beberapa tahap, pertama dari fluida panas ke media penyimpan kemudian dari media penyimpan ke fluida

(23)

CLASSIFICATION OF HEAT EXCHANGERS

Heat exchangers may be classified according to the following main criteria:

• Recuperators and regenerators

• Transfer processes: direct contact and indirect • Transfer processes: direct contact and indirect

contact

• Geometry of constructions: tubes,plates and extended surfaces

• Phase change mechanisms: condensers and evaporators

(24)

RECUPERATORS

• The conventional heat exchangers with heat transfer between two fluids.

(25)

REGENERATORS

• Storage type heat exchangers.

The same flow passage (matrix) is alternately occupied by one of the two fluids.

(26)

(27)

(28)

TRANSFER PROCESSES

• Heat transfer between the cold and hot fluids through a direct contact

1. Direct contact type heat exchangers:

through a direct contact between these fluids.

• Examples: Spray and

tray condensers, cooling towers, fluidization

(29)

•Heat energy is

exchanged between hot and cold fluids through a heat transfer surface.

2. Indirect contact type heat exchangers:

heat transfer surface.

(30)

HEAT EXCHANGER

1. Parallel Flow, Jika aliran dari kedua fluida yang melakukan perpindahan panas mengalir dalam satu arah

Berdasarkan pola aliran fluida yang terjadi, heat exchanger dibagi dalam tiga pola aliran :

dQ/dt= Rate of heat transfer between two fluids

T= Logarithmic mean

(31)

HEAT EXCHANGER

2. Counter Flow, Jika aliran dari kedua fluida yang

melakukan perpindahan panas mengalir berlawanan arah

T= Logarithmic mean

temperature difference defined by: dQ/dt= Rate of heat transfer between two fluids

(32)

HEAT EXCHANGER

Konsep Dasar

3. Cross Flow, Jika aliran dari kedua fluida yang melakukan perpindahan panas mengalir secara bersilangan

(33)

(34)

Cross Flow Heat Exchangers

(35)

Jenis-jenis Heat Exchanger

1. Double Pipe Heat Exchanger

Konstruksinya terdiri dari pipa yang ditempatkan di Sesuai dengan jenis aplikasinya, saat ini terdapat berbagai jenis konstruksi Heat Exchanger yang telah dipakai di dunia industri :

Konstruksinya terdiri dari pipa yang ditempatkan di dalam pipa lain yang berdiameter lebih besar. Jenis

ini banyak dipakai untuk pemanasan atau

pendinginan dimana area perpindahan panas yang

dibutuhkan relatif kecil (sampai 50 m2). Kelebihan

jenis ini adalah mudah dalam pemasangan dan

perawatan, namun relatif mahal untuk area

(36)

Double Pipe HE

(37)

Tube in Tube Heat Exchangers

T₂ t₁ T₁ t₂ Parallel Flow T₁ T₂ t₂ T₁ t₁ Counter Flow T₁ T₁ T₂ t₁ t₂ Position T e m p er at u re T₁ T₂ t₂ t₁ T em p er at u re Position

(38)

Concentric tube (double piped)

• One pipe is placed concentrically within

the diameter of a larger pipe

• Parallel flow versus counter flow

Heat Exchanger Types

Fluid B

Fluid A Fluid B

(39)

Concentric Tube (Double Piped)

• used when small heat transfer areas are

required (up to 50 m

2

)

• used with high P fluids

Heat Exchanger Types

• used with high P fluids

• easy to clean (fouling)

• bulky and expensive per unit heat transfer area

• Flexible, low installation cost, simple

(40)

Heat Exchangers

(41)

Double Pipe Heat Exchanger

Counter flow Parallel flow

(42)

FLOW ARRANGEMENTS

1. Paralel Flow Heat Exchangers:

(43)

Paralel Flow Heat Exchangers

• Another type is parallel flow, where the fluids flow in the same direction:

(44)

2. Counter Flow Heat Exchangers:

(45)

Counter Flow Heat Exchangers

• One is counterflow where the fluids flow in opposite directions in the heat exchanger:

(46)

DOUBLE-PIPE HEAT EXCHANGERS

• They consist of one pipe concentrically located inside a second, larger one.

• Cold and hot liquid respectively flows in the gap of inner pipe

flows in the gap of inner pipe and sleeve pipe.

• Structure is simple and heat transmission is large.

(47)

DOUBLE-PIPE HEAT EXCHANGERS

• When the process calls for a temperature cross, it is the most efficient

design and will result in design and will result in

fewer sections and less surface area.

(48)

DOUBLE-PIPE HEAT EXCHANGERS

ADVANTAGES:

• Operates in true counter current flow permitting extreme temperature cross.

• Economically adaptable to service differentials. • Economically adaptable to service differentials. • Ideal for wide temperature ranges and

differentials.

(49)

(50)

Cross Flow Heat Exchanger

• Alat penukar kalor aliran silang adalah alat penukar kalor di mana fluida yang satu

mengalir di dalam suatu tabung, sedangkan fluida lain yang temperaturnya berbeda

mengalir melintas di luar tabung dengan arah melintang.

melintang.

• Penukar kalor aliran silang digunakan untuk pemanasan atau pendinginan udara atau gas, di mana gas dialirkan menyilang pada tabung, sedangkan fluida yang lainnya

digunakan di dalam tabung untuk

(51)

Cross Flow Heat Exchangers

(52)

Cross-flow Heat Exchangers

• another type is cross-flow, shown below. These are common in air

(53)

Cross flow heat exchanger (con’t)

• Pada alat penukar kalor ini dikenal dua

macam arus fluida, yaitu arus campur

(mixed stream) dan arus tak campur

(unmixed stream).

• Fluida dikatakan campur bila dapat bergerak

bebas di dalam alat tersebut sambil menukar

kalor, sedang fluida tak campur terkurung di

dalam tabung saluran penukar kalor dan tak

dapat bercampur selama proses

(54)

Cross flow heat exchanger (con’t)

• Kedua fluida campur (both mixed)

• Satu fluida campur (mixed) dan

Ada tiga susunan penukar kalor silang :

• Satu fluida campur (mixed) dan

fluida lainnya tidak campur

(unmixed)

• Kedua fluida tidak campur (both

(55)

(56)

(57)

(58)

• finned versus unfinned

• mixed versus unmixed

(59)

(60)

(61)

SHELL AND TUBE

HEAT EXCHANGER

(62)

Untuk mendapatkan area perpindahan panas yang besar dari jenis Double Pipe Heat Exchanger, pipa yang digunakan mestilah sangat panjang. Akibatnya, kehilangan tekanan yang terjadi juga besar, dibutuhkan pompa dengan kapasitas besar, dan sejumlah besar material yang akhirnya membutuhkan biaya yang relatif

Konsep

material yang akhirnya membutuhkan biaya yang relatif sangat besar.

Hal ini berarti kita membutuhkan bentuk konstruksi yang kompak untuk keperluan area perpindahan panas

yang besar tersebut, jenis Shell and Tube Heat

(63)

Shell and Tube Heat Exchanger

Konstruksinya terdiri dari berkas tube yang ditempatkan di dalam suatu shell, sehingga dua fluida yang melalui tube dan shell akan melakukan perpindahan panas secara konduksi dan konveksi melalui dinding tube. Keuntungan jenis ini adalah dapat digunakan dalam banyak aplikasi,

mudah dalam perawatan dan memiliki perbedaan

temperatur yang tinggi. temperatur yang tinggi.

(64)

Shell and Tube Heat Exchanger

• In a closed heat exchanger, the fluids do not mix. This is a shell-and-tube heat exchanger.

(65)

(66)

(67)

Shell and Tube Heat Exchanger

• Can you identify shells, tubes, and baffles?

(68)

(69)

(70)

Shell and Tube Heat Exchanger

Untuk meningkatkan performance, heat exchanger dapat didesain, sehingga kedua fluida yang melakukan perpindahan panas dapat bersinggungan beberapa kali dalam satu unit heat exchanger.

Jika kedua fluida bersinggungan lebih dari satu kali, maka disebut

Multi-Pass Heat Exchanger.

Umumnya Multi-Pass HE menggunakan jenis U-Bend Tube untuk

mengalirkan kembali fluida sehingga dapat bersinggungan lebih dari satu Jika kedua fluida bersinggungan hanya satu kali maka disebut

(71)

Shell and Tube Heat Exchanger

Baffles are used to

establish a cross-flow and to induce turbulent mixing of the shell-side fluid, both of which enhance

convection.

The number of tube and The number of tube and

shell passes may be varied One Shell Pass and One Tube Pass

(72)

TUBULAR HEAT EXCHANGERS

• are so widely used because the technology

is well established for making precision

metal tubes capable of containing high

pressures in a variety of materials.

There is no limit to the range of pressures

and temperatures that can be

(73)

TUBULAR HEAT EXCHANGERS

SHELL AND TUBE SHELL AND TUBE

(74)

Klasifikasi dan Standarisasi

Untuk melindungi pemakai jenis Shell and Tube Heat Exchanger dari bahaya akibat tekanan dan temperatur tinggi dan resiko kegagalan alat, suatu standard telah diaplikasikan dan dianut oleh standard telah diaplikasikan dan dianut oleh banyak industri sebagai pegangan dalam merencanakan, mengoperasikan dan merawat Heat Exchanger jenis Shell and Tube.

Standar tersebut adalah Tubular Exchanger Manufacturers Association (TEMA).

(75)

Tubular Exchanger Manufacturers Association (TEMA), dari sisi design dan fabrikasi membagi jenis

Shell and Tube Heat Exchanger ini dalam 3 kelas :

Klasifikasi dan Standarisasi

1. Kelas R, HE yang didesain dan difabrikasi untuk kondisi berat pada industri gas dan petroleum.

berat pada industri gas dan petroleum.

2. Kelas C, HE yang didesain dan difabrikasi untuk kondisi yang lebih ringan dan untuk keperluan industri umum.

3. Kelas B, HE yang didesain dan difabrikasi untuk keperluan proses-proses kimia.

Ketiga jenis kelas tersebut, semua diaplikasikan dalam kilang LNG

(76)

Misalnya kilang LNG yang banyak menggunakan jenis HE shell and tube dan menurut standard TEMA mengikuti kelas fabrikasi kelas RCB, maka yang menjadi patokan utama dari kelas RCB adalah:

Klasifikasi dan Standarisasi

Hasil perkalian nominal diameter shell (inch) dan Design Pressure

(PSI) tidak lebih dari 60.000.

Inside diamater Shell tidak lebih dari 60 inch Inside diamater Shell tidak lebih dari 60 inch

Design pressure tidak lebih dari 3000 PSI

Standard Test dilakukan dalam kondisi 1,5 kali Design Pressure

jika menggunakan cairan (Hydrotest), dan 1,25 kali design pressure jika menggunakan udara (pneumatic test).

(77)

Aplikasi Shell & Tube HE

Jenis Shell and Tube Heat Exchanger kebanyakan dipakai pada aplikasi proses berikut (termasuk proses di kilang LNG):

(78)

Shell & Tube Heat Exchanger, TEMA Class RCB

Dari bentuk konstruksinya terbagi atas 3 bagian yaitu, Front-End Stationary Head, Shell dan Rear-End Head.

Type AES

(79)

Aplikasi Shell & Tube HE

(80)

Aplikasi Shell & Tube HE

3. WASTE HEAT BOILER

(81)

Aplikasi Shell & Tube HE

4. KETTLE TYPE REBOILER

(82)

Aplikasi Shell & Tube HE

5. THERMOSYPHON REBOILER

(83)

Aplikasi

Shell & Tube HE

(84)

Konstruksi Shell & Tube Heat Exchanger

Seperti ditampilkan sebelumnya, berikut jenis-jenis

konstruksi Shell & Tube Heat Exchanger berdasarkan standar TEMA kelas RCB.

(85)

Konstruksi Shell & Tube Heat Exchanger

Penamaan (istilah) dari bagian konstruksi Shell & Tube Heat Exchanger

Tube side Bagian dalam Tube.

Shell side Bagian luar tube, diantara tube dan dinding shell.

Tube sheet Suatu plat tebal yang dilengkapi lubang (1 lubang untuk setiap tube), tempat

dimana tube ditanam.

Tube bundle Berkas kumpulan tube terdiri dari tube, tube sheet dan baffle plate

Shell Suatu silinder dimana tube bundle ditempatkan.

Channel Suatu jenis bagian depan HE tempat fluid dimasukkan dan dikeluarkan ke dan dari

tube side. Memiliki dinding pemisah yang memisahkan aliran yang masuk dan keluar. Serta mempunyai penutup yang dapat dilepaskan.

Bonnet Seperti Channel tapi dengan penutup yang tidak bisa dilepaskan (menyatu).

Baffle plate Dapat dibentuk dengan model yang bervariasi, namun bentuk dasarnya adalah

segmental. Memiliki dua fungsi yaitu ; sebagai pendukung tube dan sebagai

pengarah aliran pada shell side sehingga didapatkan perpindahan panas yang lebih efektif.

Tie rods Batang yang dipasang diantara tube sheet untuk mendukung baffles. Juga berfungsi

(86)

Konstruksi Shell & Tube Heat Exchanger

Penamaan (istilah) dari bagian konstruksi Shell & Tube Heat Exchanger

1. Inlet (or outlet) tube side 2. Outlet (or inlet) tube side

12. U tubes

13. Channel with partition wall 2. Outlet (or inlet) tube side

3. Inlet (or outlet) shell side 4. Outlet (or inlet) shell side 5. Bonnet without partition wall 6. Fixed tube sheet

7. Shell

8. Straight tubes 9. Baffle plate

10. Bonnet with partition wall 11. Tube sheet

13. Channel with partition wall 14. Channel cover

15. Floating-head tube sheet 16. Floating-head backing device 17. Floating-head cover

18. Shell cover 19. Shell nozzle

20. Liquid level connection 21. Liquid level connection 22. Weir

(87)

Konstruksi Shell & Tube Heat Exchanger

Bagian-bagian utama dari Shell & Tube Heat Exchanger :

1. TUBE, merupakan media mengalirnya salah satu dari

dua fludia yang melakukan perpindahan panas dalam Shell & Tube HE. Dinding tube merupakan bidang pemisah dari kedua fluida dan sekaligus berfungsi sebagai bidang perpindahan panas.

Bahan dan ketebalan dinding tube harus dipilih agar diperoleh penghantaran panas yang baik dan juga mampu pada tekanan operasi fluidanya serta tidak mudah terkorosi atau tererosi oleh fluida kerjanya.

(88)

Konstruksi Shell & Tube Heat Exchanger

2. SHELL, bagian yang merupakan media mengalirnya fluida

yang akan dipertukarkan panasnya dengan fluida yang mengalir di dalam tube, konstruksi shell ini sangat ditentukan oleh keadaan tube yang akan ditempatkan di dalamnya.

Shell dapat dibuat dari sebuah pipa yang berdiameter besar atau dari plat yang berdiameter besar atau dari plat yang dirol. Untuk shell ini terdapat

standard yang menentukan jenis

bahan dan minimum ketebalan yang

harus dipenuhi untuk berbagai

ukuran diamater shell. Standard

tersebut selain TEMA juga standard ASME Section VIII Pressure Vessel.

(89)

Konstruksi Shell & Tube Heat Exchanger

3. BAFFLE, berfungsi untuk mengubah arah aliran fluida

didalam shell dan sebagai pendukung dari berkas tube. Bentuknya berupa piringan yang dilubangi untuk penempatan tube, dibentuk sedemikian rupa agar aliran fluida dalam shell dapat menyentuh permukaan tube secara efektif untuk perindahan panas.

(90)

Konstruksi Shell & Tube Heat Exchanger

4. TUBESHEET, merupakan penyatuan bagian ujung dari

berkas tube yang memisahkan fluida yang satu terhadap fluida lainnya. Tubesheet harus dibuat kuat terhadap tegangan geser dan momen untuk menghindari kebocoran, karena bagian ini yang paling rentan terhadap kebocoran.

(91)

Contoh Jenis Shell & Tube HE

TEMA-Type AEW

Memiliki design yang fleksibel dengan jenis floating tubesheet dan removable tube bundle.

Aplikasi

Heater atau cooler untuk electrolyte, condensate, brine, boiler blowdown atau hydraulic, turbine, dan compress oils/fluids.

Keuntungan Keuntungan

• Floating tubesheet memungkinkan terjadinya differential thermal expansion antara shell dan tubes.

• Shell dapat dibersihkan dengan steam atau secara mekanikal. • Bundle dapat dengan mudah diperbaiki atau diganti.

Kekurangan

• Susunan Tube terbatas hanya untuk satu pass. • Terbatas dari sisi design temperature dan tekanan.

(92)

Contoh Jenis Shell & Tube HE

TEMA-Type BEM

Memiliki design dengan jenis external floating head dengan entrance area yang besar sehingga memudahkan dari sisi maintenance.

Aplikasi

Untuk sirkulasi regenerasi dari liquid yag bersifat krosif, gas atau uap (vapor)

Keuntungan

• Floating head memungkinkan terjadinya differential thermal expansion antara shell dan • Floating head memungkinkan terjadinya differential thermal expansion antara shell dan

tubes.

• Shell dapat dibersihkan dengan steam atau secara mekanikal. • Bundle dapat dengan mudah diperbaiki atau diganti.

Kekurangan

• Fluida sisi shell terbatas pada fluida non-toxic dan non-volatile seperti lube oil dan hydraulic oil

(93)

Contoh Jenis Shell & Tube HE

TEMA-Type BEP

Memiliki design dengan jenis fixed tubesheet dengan removable channel atau bonnet sehingga heat transfer maksimum terjadi pada sisi shell.

Aplikasi

Untuk heating atau cooling oil, air atau fluida untuk proses kimia.

Keuntungan Keuntungan

• Lebih murah dari jenis removable bundle. • Susunan tube dapat untuk multipass flow

Kekurangan

• Shell hanya dapat dibersihkan dengan proses chemical cleaning

(94)

Contoh Jenis Shell & Tube HE

TEMA-Type AES

Memiliki design dengan jenis Straight tubes dan internal clamp-ring floating head cover. Tube bundle jenis removable sehingga mudah dalam pemeliharaan.

Aplikasi

Paling banyak dipakai pada process plant termasuk untuk cooling dan heating atau condensing vapor.

Keuntungan

• Memungkinkan terjadinya thermal expansion antara shell dan tube • Sangat baik untuk fluida yang mudah terbakar atau beracun

• Susunan tube dapat untuk multipass flow

Kekurangan

• Shell cover dan clamp-ring floating head cover harus dibuka terlebih dahulu untuk melepaskan bundle sehingga memiliki biaya pemeliharaan yang lebih besar.

(95)

Pemasangan, Pengoperasian dan Perawatan

Standard TEMA dan ASME juga mengatur masalah instalasi, pengoperasian dan perawatan Heat Exchanger.

1. Instalasi / Pemasangan

Pada pemasangan suatu Heat Exchanger yang perlu diperhatikan adalah, daerah bebas untuk perbaikan, pembersihan atau bahkan untuk penggantian dari heat exchanger tersebut. Untuk jenis U-Tube, pada daerah Stationary Head (Channel Head) harus diberi ruangan cukup luas untuk penarikan tube bundle atau ruangan dibelakang cukup luas untuk penarikan tube bundle atau ruangan dibelakang exchanger tersebut mempunyai daerah yang cukup luas untuk penarikan shell pada saat perbaikan. Untuk jenis removable bundle, pada daerah stationary head (channel head) harus mempunyai ruangan cukup luas untuk penarikan tube bundle dalam waktu perbaikan.

Pondasi dari heat exchanger tersebut juga harus cukup kuat untuk menahan berat exchanger sehingga tak mengakibatkan kedudukan exchanger berubah dan akan menyebabkan pipa inlet atau outlet mengalami tarikan / tekanan sehingga menyebabkan kerusakan pada

(96)

Pemasangan, Pengoperasian dan Perawatan

2. Pengoperasian

Suatu heat exchanger tidak boleh dioperasikan pada kondisi yang melebihi seperti yang telah tertera pada name plate exchanger tersebut.

Start Up Operation, Untuk exchanger jenis removable bundle dioperasikan

pertama kali dengan membentuk sirkulasi dengan fluida dingin (cold medium), dan dilanjutkan dengan mengalirkan fluida panas (hot medium). Selama proses dan dilanjutkan dengan mengalirkan fluida panas (hot medium). Selama proses start up semua valve venting harus dalam keadaan terbuka dan tetap terbuka sampai semua bagian shell dan tube terisi penuh oleh fluida. Untuk jenis fixed tubesheet fluida harus dialirkan secara simultan untuk memperkecil ekspansi yang terjadi antara shell dan tube.

Shut Down Operation, untuk jenis removable bundle dapat dilakukan dengan menghentikan aliran fluida panas secara bertahap kemudian diikuti penghentian aliran fluida dingin. Untuk jenis fixed tubesheet, dapat dilakukan dengan mempertahankan ekspansi antara shell dan tube seminimal mungkin. Semua

(97)

Pemasangan, Pengoperasian dan Perawatan

3. Perawatan

Pemeriksaan heat exchanger harus dilakukan dalam setiap jangka waktu tertentu pada bagian luar dan dalam dari heat exchanger. Pemeriksaan tersebut terdiri dari :

Indikasi Fouling, adalah indikasi penumpukan sisa-sisa fluida di dalam heat exchanger yang dapat mengurangi efisiensi heat exchanger secara serius. exchanger yang dapat mengurangi efisiensi heat exchanger secara serius. Fouling ini dapat dilihat dari adanya kehilangan tekanan yang besar atau kinerja heat exchanger yang kurang maksimal.

Indikasi kebocoran tube, Umumnya ada 2 cara pengetesan yang dilakukan

untuk mendeteksi adanya kebocoran pada tube, yaitu Standard Test dan Pneumatic Test. Standard Test dilakukan secara HydroTest dengan menggunakan air. Tekanan uji untuk cara ini adalah 1,5 kali design pressure. Bila liquid (air) tidak boleh digunakan, test dengan media gas / udara (pneumatic test) dapat dilakukan dengan batasan tekanan uji 1,25 kali design

(98)

(99)

SHELL AND TUBE HE

•are the most commonly used heat exchangers in oil refineries and other large chemical

processes.

•are used when a process

requires large amounts of fluid requires large amounts of fluid to be heated or cooled.

• provide transfer of heat efficiently.

•use baffles on the shell-side fluid to accomplished mixing or turbulence.

(100)

SHELL AND TUBE HE

• tube : strong, thermally conductive, corrosion

resistant, high quality

• outer shell : durable,

APPLICATIONS:

• Oil refining,

• Vapor recovery systems

• Permanent engines, • outer shell : durable,

highly strong

• inner tube : having

effective combination of durability, corrosion

resistant and thermally conductive

• Permanent engines, • Industrial paint

(101)

SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGERS

U - TUBE HEAT EXCHANGERS

FIXED TUBE HEAT EXCHANGERS

(102)

U - TUBE HEAT EXCHANGERS

Heat exchanger systems consisting of straight length tubes bent into a U-shape surrounded by a shell.

(103)

U - TUBE HEAT EXCHANGERS

• Both initial and maintenance costs are

reduced by reducing the number of joints.

• They have drawbacks like inability to

replace individual tubes except in the outer

row and inability to clean around the bend.

(104)

U - TUBE HEAT EXCHANGERS

• Examples : reboilers, evaporators and Kettle type. • They have enlarged shell sections for vapor-liquid

(105)

FIXED TUBE HEAT EXCHANGERS

have straight tubes that are secured at both ends to tube sheets welded to the shell

.

(106)

FIXED TUBE HEAT EXCHANGERS

• They are the most economical type design.

• They have very popular version as the heads

can be removed to clean the inside of the

tubes.

• Cleaning the outside surface of the tubes is

impossible as these are inside the fixed part.

(107)

FLOATING HEAD HEAT EXCHANGER

one tube is free to float within the shell and

the other is fixed relative to the shell.

(108)

FLOATING HEAD HEAT EXCHANGERS

• A floating head is excellent for applications

where the difference in temperature between

the hot and cold fluid causes unacceptable

stresses in the axial direction of the shell and

tubes.

• The floating head can move, so it provides

the possibility to expand in the axial direction.

• Design allows for bundle to be removed for

(109)

FLOATING HEAD HEAT EXCHANGERS

• Examples : kettle boilers which have dirty heating medium.

• They have the most highest construction cost of all exchanger types.

(110)

PLATE HEAT EXCHANGERS

Konstruksinya terdiri dari sekumpulan plat bentukan yang diikat dalam suatu frame yang menekan gasket untuk mencegah terjadi kebocoran. Plat tersebut begitu tipis sehingga memungkinkan lebih banyak kontak yang terjadi untuk mendapatkan heat

transfer rate yang lebih besar. Keuntungannya dapat

diaplikasikan untuk banyak jenis aliran fluida namun memiliki keterbatasan tekanan dan temperatur terhadap material gasket.

(111)

PLATE HEAT EXCHANGERS

– GASKETED PLATE – SPIRAL PLATE

(112)

• Limited to below 25 bar and 250 ºC

• Plate heat exchangers have three main types : gasketed, spiral heat exchangers and

PLATE HEAT EXCHANGERS

spiral heat exchangers and lamella

• The most common of the plate-type heat exchangers is the gasketed plate heat exchanger

(113)

GASKETED PLATE HE

• The most common of the plate-type heat plate-type heat exchangers is the gasketed plate heat exchanger

(114)

SPIRAL PLATE HE

• Ideal flow conditions and the smallest

possible heating surface

(115)

LAMELLA

• Consisting of cylindrical

shell surrounding a

number heat transfering

lamellas.

• Similar to tubular heat

exchanger

(116)

ADVANTAGES OF PLATE HE

• Plate heat exchangers yield heat transfer

rates three to five times greater than other

types of heat exchangers.

• The design of the plate heat exchanger

allows to add or remove plates to optimize

performance, or to allow for cleaning, service,

or maintenance with a minimum of downtime.

• Plate exchangers offer the highest efficiency

mechanism for heat transfer available in

industry.

(117)

EXTENDED SURFACE HEAT

EXCHANGERS

- PLATE FIN HEAT EXCHANGER

- TUBE FIN HEAT EXCHANGER

(118)

DISADVANTAGES OF PLATE HE

• Plate exchangers are limited when high

pressures, high temperatures, or

aggressive fluids are present.

• Because of this problem these type of heat

exchangers have only been used in small,

low pressure applications such as on oil

coolers for engines.

(119)

PLATE FIN HEAT EXCHANGER

• For gas to gas

applications.

• Widely used in

cryogenic, energy

recovery, process

industry,

refrigeration and air

coditioning

(120)

TUBE FIN HEAT EXCHANGER

• For gas to liquid heat

exchangers.

• Used as condersers in

electric power plant,

as oil coolers in

propulsive power

plants, as ir cooled

exchangers in process

and power industires.

(121)

PHASE CHANGE

HEAT EXCHANGERS

1.Reboilers

(Evaporaters)

(122)

1)REBOILER

to generate vapor to drive fractional

distillation separation

Most Common Reboiler’s Types

Kettle Reboilers

Forced Recirculation Reboilers

(123)

(124)

Major factors influence reboiler type

selection:

Plot space available Total duty required

Fraction of tower liquid traffic vaporized Fouling tendency

Temperature approach available Temperature approach required

(125)

Kettle Reboilers

Advantages

Insensitive to hydrodynamics

High heat fluxes are possible

Disadvantages

All the dirt collects and non volatiles accumulate

Shell side is difficult to possible

Can handle high vaporization

Simple piping Unlimited area

Shell side is difficult to clean

Difficult to determine the degree of mixing Oversize shell is

(126)

(127)

Thermosiphon Reboiler

operate using natural circulation with

process flow on the shell side

process flow on the tube or shell side in

vertical units.

not require a pump for recirculation

have sensible heat transfer followed by

nucleate boiling.

(128)

(129)

Forced Recirculation Reboilers

• These reboiler types have two

mechanisms of heat transfer: sensible

heat transfer followed by nucleate boiling.

• Process flow is typically on the tube side

of a standard exchanger in the vertical

position.

(130)

2)CONDENSERS

a) Water-Cooled Condensensers b) Air- Cooled Condensers Condensensers Horizontal shell and tube

Vertical shell and tube

Shell and coil

Condensers Phases:

1) de-super-heating 2) Condensing

(131)

(132)

SELECT AN WATER-COOLED

CONDENSER

…IF:

1. Adequate water supplies are available from tower, city or well sources.

2. Water supply is of good quality.

3. Heat recovery is not practical or unimportant.

4. Plant ambient temperatures consistently exceed 95°F. 4. Plant ambient temperatures consistently exceed 95°F. 5. Ambient air is polluted with large dust and dirt particles.

ADVANTAGE & DISADVANTAGES

1. Offer lower capital investment.

2. Operates more efficiently on hot summer days. 3. Easier to operate.

(133)

SELECT AN AIR-COOLED

CONDENSER

...WHEN:

1. Adequate water supply not available from tower or well sources.

2. Water supply is not of good quality.

3. Heat recovery is practical and important.

4. Plant ambient temperature will not consistently exceed 95°F. 4. Plant ambient temperature will not consistently exceed 95°F. 5. Ambient air is not polluted with large dust and dirt particles.

ADVANTAGE & DISADVANTAGES

1. Somewhat more costly to purchase and operate. 2. Gives less cooling on hot summer days.

3. Consumes more electricity.

(134)

(135)