LAPORAN TUGAS KHUSUS
LAPORAN TUGAS KHUSUS
PT. PERTAMINA (PERSERO) RU VI BALONGAN
PT. PERTAMINA (PERSERO) RU VI BALONGAN
EVALUASI
EVALUASI KINERJA
KINERJA HEAT EXC
HEAT EXCHANGER
HANGER 20E-103
20E-103 PADA
PADA UNIT
UNIT
CATALYT
CATALYTII C CON
C CONDE
DE NS
NSATI
ATI O
ON UNI
N UNI T
T
Periode : 20 Januari
Periode : 20 Januari
–
–
20 Februari 2017
20 Februari 2017
Disusun Oleh :
Disusun Oleh :
Siti
Siti Hardiyanti
Hardiyanti Pradana
Pradana
5213414008
5213414008
Dessy
Dessy Ratna
Ratna Puspita
Puspita
5213414062
5213414062
JURUSAN TEKNIK KIMIA
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
SEMARANG
SEMARANG
2017
2017
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
HALAMAN JUDUL
DAFTAR ISI DAFTAR ISI ... ... ... 11 DAFTAR TABEL DAFTAR TABEL ... ... ... 33 DAFTAR GAMBAR DAFTAR GAMBAR ... ... ... 44 BAB I BAB I ... ... ... 55 PENDAHULUAN PENDAHULUAN ... ... ... 55 1.11.1 Latar BelakangLatar Belakang ... 5 ... 5 1.2
1.2 Rumusan masalahRumusan masalah ... ... ... 66 1.3 1.3 TujuanTujuan ... ... ... 77 1.4 1.4 ManfaatManfaat ... ... ... 77 BAB II BAB II... ... 88 TINJAUAN PUSTAKA TINJAUAN PUSTAKA ... ... ... 88 2.1
2.1 Perpindahan Perpindahan PanasPanas ... ... ... 88 2.1.1
2.1.1 Konduksi Konduksi ((conductionconduction)) ... ... ... 99 2.1.2
2.1.2 Konveksi Konveksi ((convectionconvection)) ... ... ... 99 2.1.3
2.1.3 Radiasi Radiasi ((radiationradiation)) ... 9 ... 9 2.2
2.2 Alat Alat Penukar Penukar PanasPanas ... ... ... 99 2.3
2.3 Kegunaan Kegunaan Alat Alat Penukar Penukar PanasPanas... 1... 100 2.4
2.4 Arah Arah Aliran Aliran Fluida Fluida pada pada Alat Alat Penukar Penukar PanasPanas ... ... 1... 111 2.5
2.5 Tipe Tipe Heat Heat Exchanger Exchanger ... ... 1... 133 2.5.1
2.5.1 Double Pipe He Double Pipe Heat Exchangeat Exchanger r ... ... 1... 144 2.5.2
2.5.2 Shell and Tube Heat Shell and Tube Heat ExchangeExchanger r ... ... ... 1515 2.5.3
2.5.3 Plate Plate and and Frame Frame Heat Heat ExchangeExchanger r ... 20 ... 20 2.5.4
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
HALAMAN JUDUL
DAFTAR ISI DAFTAR ISI ... ... ... 11 DAFTAR TABEL DAFTAR TABEL ... ... ... 33 DAFTAR GAMBAR DAFTAR GAMBAR ... ... ... 44 BAB I BAB I ... ... ... 55 PENDAHULUAN PENDAHULUAN ... ... ... 55 1.11.1 Latar BelakangLatar Belakang ... 5 ... 5 1.2
1.2 Rumusan masalahRumusan masalah ... ... ... 66 1.3 1.3 TujuanTujuan ... ... ... 77 1.4 1.4 ManfaatManfaat ... ... ... 77 BAB II BAB II... ... 88 TINJAUAN PUSTAKA TINJAUAN PUSTAKA ... ... ... 88 2.1
2.1 Perpindahan Perpindahan PanasPanas ... ... ... 88 2.1.1
2.1.1 Konduksi Konduksi ((conductionconduction)) ... ... ... 99 2.1.2
2.1.2 Konveksi Konveksi ((convectionconvection)) ... ... ... 99 2.1.3
2.1.3 Radiasi Radiasi ((radiationradiation)) ... 9 ... 9 2.2
2.2 Alat Alat Penukar Penukar PanasPanas ... ... ... 99 2.3
2.3 Kegunaan Kegunaan Alat Alat Penukar Penukar PanasPanas... 1... 100 2.4
2.4 Arah Arah Aliran Aliran Fluida Fluida pada pada Alat Alat Penukar Penukar PanasPanas ... ... 1... 111 2.5
2.5 Tipe Tipe Heat Heat Exchanger Exchanger ... ... 1... 133 2.5.1
2.5.1 Double Pipe He Double Pipe Heat Exchangeat Exchanger r ... ... 1... 144 2.5.2
2.5.2 Shell and Tube Heat Shell and Tube Heat ExchangeExchanger r ... ... ... 1515 2.5.3
2.5.3 Plate Plate and and Frame Frame Heat Heat ExchangeExchanger r ... 20 ... 20 2.5.4
2.5.4 Air Air Cooled Cooled Heat Heat ExchangeExchanger r ... 2... 211 2.5.5
2.8
2.8 Fouling Fouling Factor Factor (Rd)(Rd) ... ... 2... 244 2.8.1
2.8.1 Mekanisme Mekanisme PembentukanPembentukan Fouling Fouling ... ... ... 2626 2.8.2
2.8.2 Penyebab Penyebab dan dan Akibat Akibat TerjadinyaTerjadinya Fouling Fouling ... ... ... 2727 2.8.3
2.8.3 Pencegahan dan Cara MengatasiPencegahan dan Cara Mengatasi Fouling Fouling ... 28 ... 28 BAB III BAB III ... ... ... 3030 METODOLOGI METODOLOGI ... ... 3... 300 3.1 Pengumpulan Data 3.1 Pengumpulan Data ... 30 ... 30 3.1.1
3.1.1 Pengumpulan Pengumpulan Data Data Primer Primer ... ... 3030 3.1.2
3.1.2 Pengumpulan Data Sekunder Pengumpulan Data Sekunder ... 27 ... 27 3.2
3.2 Pengolahan DataPengolahan Data ... ... ... 2828 BAB IV
BAB IV ... ... 3... 3 33 PEMBAHASAN
PEMBAHASAN ... 33 ... 33 4.1 Evaluasi nilai Q Desain dan
4.1 Evaluasi nilai Q Desain dan Q AktualQ Aktual... ... 3434 4.2 Evaluasi Nilai Rd Desain dan Rd
4.2 Evaluasi Nilai Rd Desain dan Rd AktualAktual ... 35 ... 35 4.3 Evaluasi
4.3 Evaluasi Nilai EfisiensNilai Efisiensi Aktual dan Dei Aktual dan Desainsain... 37... 37 4.4 Evaluasi
4.4 Evaluasi Nilai Efisiensi AkNilai Efisiensi Aktual dan Desain Terhtual dan Desain Terhadap Nilai Rdadap Nilai Rd ... ... ... 3838 Gambar 15 Grafik Perbandingan Rd dan Efisiensi
Gambar 15 Grafik Perbandingan Rd dan Efisiensi ... 38 ... 38 BAB V BAB V ... ... ... 4040 PENUTUP PENUTUP ... ... 4... 400 5.1 Simpulan 5.1 Simpulan ... ... ... 4040 5.2 Saran 5.2 Saran ... ... ... 4545 DAFTAR PUSTAKA DAFTAR PUSTAKA ... ... ... 4646 LAMPIRAN 1 PERHITUNGAN DATA DESAIN
DAFTAR TABEL
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Data Primer Tubular Heat Exchanger
Tabel 1 Data Primer Tubular Heat Exchanger
……….
……….31
31
Tabel 2 Data Sekunder 10 Januari sampai 11 Januari 2017
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Arah Aliran Co-Current atau Paralel Flow
Gambar 1 Arah Aliran Co-Current atau Paralel Flow………..
………..12
12
Gambar 2 Arah Aliran Counter Current Flow
Gambar 2 Arah Aliran Counter Current Flow
………..
………..12
12
Gambar 3 Arah Aliran Cross Flow
Gambar 3 Arah Aliran Cross Flow
………..
………..13
13
Gambar 4 Profil Suhu Arah Aliran
Gambar 4 Profil Suhu Arah Aliran
………...
………...13
13
Gambar 5 Double-Pipe Heat Exchanger
Gambar 5 Double-Pipe Heat Exchanger
………..
………..15
15
Gambar 6 Shell and Tube Heat Exchanger
Gambar 6 Shell and Tube Heat Exchanger
………..
………..16
16
Gambar 7 Susunan tube pada shell and tube heat exchanger
Gambar 7 Susunan tube pada shell and tube heat exchanger
………...
………...17
17
Gambar 8 Tubes Layout pada shell and tube heat exchanger
Gambar 8 Tubes Layout pada shell and tube heat exchanger
………..
………..18
18
Gambar 9 Penempatan baffle
Gambar 9 Penempatan baffle………..
………..19
19
Gambar 10 Plate and Frame Heat Exchanger
Gambar 10 Plate and Frame Heat Exchanger
………..
………..21
21
Gambar 11 Air Cooled Heat Exchanger
Gambar 11 Air Cooled Heat Exchanger
………..
………..22
22
Gambar 12 Coil Heat Exchanger
Gambar 12 Coil Heat Exchanger
……….
……….22
22
Gambar 13 Grafik Perbandingan Rd desain dengan Rd aktual
Gambar 13 Grafik Perbandingan Rd desain dengan Rd aktual
………
………37
37
Gambar 14 Grafik Perbandingan Flowrate dan Efisiensi
Gambar 14 Grafik Perbandingan Flowrate dan Efisiensi
………
………38
38
Gambar 15 Grafik Perbandingan Nilai Rd Desain dan Efisiensi
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pertamina RU VI balongan merupakan kilang yang dirancang untuk
mengolah minyak mentah jenis Duri ( 80% ).
Crude
duri mempunyai harga jual
yang relatif rendah karena kualitasnya yang kurang baik sebagai bahan baku
kilang, karena mengandung residu yang sangat tinggi mencapai 78%, kandungan
logam berat dan karbon serta nitrogen yang juga tinggi sehingga memerlukan
Secondary Recovery.
RCC
complex
merupakan
Secondary Recovery
yang terdiri dari beberapa
unit operasi di kilang RU- VI balongan yang berfungsi untuk mengolah residu
minyak (
Crude Oil
) menjadi produk-produk minyak bumi yang bernilai tinggi
seperti: LPG,
Gasoline, Light Cycle Oil, Decant Oil, Propylene, dan Polygasoline
dengan beberapa unit proses dalam RCC
complex
unit yaitu unit
Residual
Catalytic Cracker Unit
dan juga Light End Unit
yang didalamnya terdapat proses
Catalytic Condensation Unit
( CCU ).
Catalytic Condensation Unit
merupakan proses lanjutan dari
Propylene
Recovery Unit
(PRU) yang bertugas untuk mengolah
mixed butane
menjadi
gasoline
dengan angka oktan yang tinggi dengan menggunakan katalisator asam
fosfat padat dengan suhu operasi yang tinggi sehingga memerlukan sebuah
Heat
Exchanger
sebelum produk masuk ke
storage tank
. Produk yang dihasilkan dari
unit
Catalytic Condensation Unit
( CCU ) adalah polygasoline dan butana.
Heat Exchanger merupakan suatu alat yang menghasilkan perpindahan
panas dari suatu fluida, baik yang digunakan dalam proses pemanasan maupun
proses pendinginan. Kondisi operasi yang tepat dapat menghasilkan produk yang
sesuai dengan apa yang diinginkan pada suatu proses. Kondisi operasi yang
diperhatikan antaralain temperature dan tekanan proses. Namun alat ini memiliki
jangka waktu tertentu untuk berjalan dan berfungsi dengan baik sesuai dengan
desain awal. Waktu tersebut merupakan variabel, tergantung dari fluida yang
masuk ke Heat Exchanger dan komposisi fluida tersebut. Apabila fluida banyak
kotoran (partikel padat atau komponen pengotor), maka semakin cepat alat
tersebut kotor. Maka dari itu perlu dilakukan pembersihan agar alat dapat
berjalan dengan baik. Jika tidak dilakukan pembersihan pada alat, kotoran dari
fluida yang terbentuk akan menyebabkan terjadinya penuruan efisiensi dan
performa dari Heat Exchanger tersebut karena tidak meratanya transfer panas.
Jika Heat Exchanger memiliki efisiensi yang tinggi, maka kehilangan
panas dapat ditekan sekecil mungkin yang pada akhirnya akan mengurangi biaya
untuk penyediaan energi suatu pabrik. Oleh karena itu dilakukan evaluasi kinerja
Stabilizer Bottom Heat Exchanger
(20-E-103) pada unit
Condensation Catalytic
Unit /
CCU (Unit 20) ini untuk mengetahui alat ini sudah bekerja dengan baik
atau belum, apabila belum maka harus dilakukan pembersihan. Apabila
pembersihan pada Heat Exchanger dilakukan secara berkala, kinerja, performa,
dan efisiensi dari Heat Exchanger akan terjaga sehingga menjadikan alat tersebut
beroperasi dengan baik.
1.2 Rumusan masalah
Rumusan masalah dari tugas khusus kerja praktek ini antara lain :
1.
Bagaimana kinerja dari
Stabilizer Bottom Heat Exchanger
(20-E-103)
pada unit
Condensation Catalytic Unit /
CCU (Unit 20) pada kondisi
aktual berdasarkan
heat flow
(Q),
fouling factor
(Rd), dan efisiensi
dari tanggal 10 Januari 2017 sampai 11 Januari 2017 ?
kondisi aktual dengan data desain berdasarkan
heat flow (Q), fouling
factor
(Rd), dan efisiensi dari tanggal 10 sampai 11 Januari 2017?
1.3 Tujuan
Tujuan dari dari Tugas Khusus Kerja Praktek ini antara lain :
1.
Mengetahui evaluasi kinerja pada
Stabilizer Bottom Heat Exchanger
(20-E-103) pada unit
Condensation Catalytic Unit /
CCU (Unit 20).
2.
Mengetahui perbandingan hasil evaluasi performa
Stabilizer Bottom
Heat Exchanger
(20-E-103) pada unit
Condensation Catalytic Unit /
CCU (Unit 20) antara kondisi aktual dengan kondisi desain.
1.4 Manfaat
Manfaat dari dari Tugas Khusus Kerja Praktek ini antara lain :
1.
Mengetahui pengaruh
fouling factor
(Rd) terhadap kinerja
Stabilizer
Bottom Heat Exchanger
(20-E-103) pada unit
Condensation Catalytic
Unit /
CCU (Unit 20).
2.
Mengevaluasi kinerja
Stabilizer Bottom Heat Exchanger
(20-E-103)
pada unit
Condensation Catalytic Unit /
CCU (Unit 20) agar dapat
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Perpindahan Panas
Perpindahan panas adalah suatu ilmu pengetahuan yang berurusan
dengan laju pertukaran panas antara badan panas dan badan dingin yang disebut
dengan
source
dan
receiver
. Pada umumnya perpindahan panas dapat
berlangsung melalui 3 cara yaitu secara konduksi, konveksi dan radiasi.
Hukum Pertama Termodinamika atau Hukum Kekelaan Energi
menyatakan bahwa : “Energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan,
melainkan hanya bisa diubah bentuknya saja.” Dalam suatu proses perpindahan
panas dapat mengakibatkan adanya perubahan-perubahan yang terjadi seperti,
perubahan temperatur, tekanan, reaksi kimia, dan lain-lain.
Perpindahan panas adalah ilmu yang mempelajari secara rinci
mekanisme perpindahan energi terutama yang berupa panas karena perbedaan
suhu (
driving force
ΔT). Arah perpindahan
panas adalah dari medium dengan
temperatur yang lebih tinggi menuju ke medium dengan temperatur yang lebih
rendah.
Proses terjadinya perpindahan panas dapat terjadi secara langsung
maupun tidak langsung. Proses perpindahan panas secara langsung yaitu
perpindahan panas ketika fluida yang panas akan bercampur secara langsung
dengan fluida dingin tanpa adanya pemisah. Sedangkan proses perpindahan
secara tidak langsung yaitu perpindahan panas ketika antara fluida panas dan
fluida dingin tidak berkontak secara langsung melainkan adanya pemisah berupa
sekat-sekat pemisah. Panas dapat berpindah melalui tiga mekanisme yang
berbeda diantaranya :
2.1.1 Konduksi (conduction)
Konduksi atau hantaran merupakan transfer energi dari partikel dengan
energi yang lebih tinggi menuju ke partikel di sekitarnya yang memiliki
kandungan energi yang lebih rendah sebagai akibat dari interaksi antar partikel.
Konduksi dapat terjadi pada padatan, gas dan cairan. Pada gas dan cairan,
konduksi disebabkan oleh tumbukan dan difusi molekul, sedangkan konduksi
pada padatan disebabkan oleh kombinasi antara vibrasi molekul dan perpindahan
energi karena elektron bebas.
2.1.2 Konveksi (convection)
Konveksi atau aliran merupakan transfer energi antara suatu permukaan
padatan dengan fluida (gas atau cairan) yang bergerak dan melibatkan efek
konduksi sekaligus pergerakan fluida. Semakin cepat pergerakan fluida, semakin
besar laju perpindahan panas konveksi.
2.1.3 Radiasi (radiation)
Radiasi atau pancaran merupakan perpindahan panas yang terjadi karena
pancaran gelombang elektromagnetik (atau foton) dengan panjang gelombang
tertentu. Tidak seperti konduksi dan konveksi, mekanisme perpindahan panas
radiasi tidak memerlukan medium dan dapat terjadi pada ruang hampa.
2.2
Alat Penukar Panas
Pada sebagian besar industri kimia, proses produksi dijalankan pada
temperatur tertentu sehingga melibatkan proses pemanasan atau pendinginan,
adapula proses yang diserta dengan perubahan fasa seperti pengembunan dan
penguapan. Untuk mencapai kondisi operasi tersebut suatu industri memerlukan
suatu alat penukar panas atau yang biasa dikenal dengan sebutan
Heat
Exchanger, sehingga proses produksi dapat berjalan dengan baik.
pertukaran panas antara dua arus fluida yaitu : fluida panas (hot fluid
) dan fluida
dingin (cold fluid
) dengan adanya perbedaan temperatur tanpa disertai dengan
pencampuran (mixing
) antar keduanya, karena panas yang ditukar terjadi dalam
suatu sistem maka kehilangan panas dari suatu benda akan sama dengan panas
yang diterima oleh benda lain.
Tujuan melakukan perpindahan panas pada industri antara lain:
a.
Memanaskan atau mendinginkan suatu fluida hingga mencapai temperatur
yang diinginkan pada proses lain.
b.
Mengubah keadaan atau fasa suatu fluida.
c.
Menghemat energi pada proses selanjutnya.
Pada proses pengolahan minyak, alat penukar panas banyak digunakan
diantaranya sebagai alat pemanas atau pendingin fluida proses maupun produk
yang akan disimpan dalam tangki penyimpanan. Pada industri pengolahan
minyak,
heat exchanger
yang paling banyak digunakan adalah tipe shell and tube
heat exchanger.
Hal ini disebabkan karena beberapa keuntungan diantaranya :
a.
Memberikan luas permukaan perpindahan panas yang besar dengan
bentuk atau volume yang kecil.
b.
Cukup baik untuk beroperasi bertekanan.
c.
Dibuat dengan berbagai jenis material, sesuai dengan fluida yang
mengalir didalamnya, sesuai dengan suhu dan tekanan.
d.
Mudah dibersihkan
e.
Konstruksinya sederhana dan pemakaian ruangan yang relatif kecil.
f.
Prosedur pengoperasiannya sangat mudah dimengerti oleh operator.
g.
Konstruksinya tidak satu kesatuan yang utuh sehingga pengangkutannya
relatif mudah.
1.
Cooler
. Alat penukar panas yang digunakan untuk mendiginkan fluida
panas sehingga mencapai kondisi relatif yang diinginkan dengan
menggunakan suatu media pendingin berupa air atau udara.
2.
Preheater.
Alat penukar panas yang berfungsi metransfer panas dari
produk-produk yang bersuhu tinggi ke umpan sebelum masuk ke
furnace,
agar kerja furnace menjadi lebih ringan.
3.
Condenser.
Alat penukar panas yang digunakan untuk mengembunkan
uap dari suatu unit proses.
4.
Vaporizer
.
Alat penukar panas yang digunakan untuk menguapkan
sebagian besar cairan.
5.
E vaporator
.
Alat penukar panas yang digunakan untuk memekatkan suatu
larutan dengan menguapkan sebagian besar air (atau solven) dari suatu
larutan encer.
6.
Reboiler
.
Alat penukar panas yang berfungsi menguapkan liquid pada
bagian dasar kolom distillasi sehingga fraksi-fraksi ringan yang terikut
dalam hasil bawah dapat diuapkan kembali, dengan media pemanas
umumnya berupa steam atau fluida panas.
7.
Boiler.
Alat penukar panas yang digunakan untuk membangkitkan steam
(mengubah air dari fase cair ke fase uap pada suhu dan tekanan tertentu).
2.4
Arah Aliran Fluida pada Alat Penukar Panas
Arah aliran fluida yang mengalir didalam
Heat Exchanger
terbagi
menjadi tiga tipe yaitu :
1.
Aliran Searah (co-current
atau paralel flow)
Pada tipe aliran ini fluida panas dan fluida dingin masuk pada ujung penukar
panas yang sama dan kedua fluida mengalir searah menuju ujung penukar
panas yang lain.
Gambar 1 Arah Aliran Co-Current atau Paralel Flow
2.
Aliran Berlawanan Arah (
counter current flow
)
Pada tipe aliran ini fluida panas dan fluida dingin masuk melalui ujung
penukar panas yang berbeda. Masing-masing fluida mengalir dengan arah
berlawanan menuju ujung penukar panas keluar.
Gambar 2 Arah Aliran Counter Current Flow
3.
Aliran Silang (
cross flow
)
Pada tipe aliran ini fluida panas dan fluida dingin mengalir pada
right angle
satu sama lain.
Heat Excanger
dengan tipe aliran ini banyak digunakan
dalam pemanasan dan pendinginan udara atau gas.
Gambar 3 Arah Aliran Cross Flow
Akibat terjadinya penukaran panas, maka akan terjadi perubahan suhu. Arah
aliran menyebabkan perbedaan profil suhu yang terjadi pada saat proses
penukaran panas. Berikut adalah profil suhu yang terjadi
Gambar 4 Profil Suhu Arah Aliran
2.5
Tipe Heat Exchanger
Heat Exchanger
memiliki beberapa tipe sesuai dengan kebutuhan proses
yang ada. Ada enam tipe
Heat Exchanger, dimana yang paling umum digunakan
adalah tipe
Double Pipe Heat Exchanger
dan
Shell and Tube Heat Exchanger
,
dengan penjelasan masing-masing enam tipe sebagai berikut :
2.5.1
Double Pipe H eat E xchanger
Heat Exchanger
ini adalah tipe yang paling sederhana, terdiri dari dua
buah pipa dengan ukuran diameter yang berbeda, pipa dengan diameter lebih
kecil diletakkan didalam pipa dengan diameter lebih besar dan kedua pipa
disusun secara konsentris (satu sumbu).
Heat Exchanger
jenis ini hanya dapat
digunakan untuk kapasitas yang kecil ( A < 200ft
2), biasanya dibuat dalam
bentuk pipa U (sering disebut
hairpin
).
Heat Exchanger
jenis ini dapat digunakan
untuk gas-liquid atau gas-gas.
Kelemahan
Heat Exchanger
jenis
Double Pipe
ini adalah terbatasnya
jumlah panas yang dapat ditransfer, namun karena kemudahan dalam
pembersihan dan konstruksinya maka penggunaannya menjadi lebih umum.
Dengan keterbatasannya untuk kapasitas yang kecil, jika diperlukan luas
perpindahan panas yang besar, maka dapat dipakai beberapa pipa U yang
dihubungkan secara seri atau paralel. Namun cara tersebut kurang efektif karena
jumlah
hairpin
yang besar sehingga akan membutuhkan tempat yang luas dan
jika terjadi kebocoran aka sulit dikendalikan. Oleh karena itu sebagai solusinya
Gambar 5 Double-Pipe Heat Exchanger
2.5.2
Shell and Tube H eat E xchanger
Jenis umum dari penukar panas, biasanya digunakan dalam kondisi
tekanan relatif tinggi, yang terdiri dari sebuah
shell
yang didalamnya disusun
pipa yang banyak (tube) dengan rangkaian tertentu untuk mendapatkan luas
permukaan yang optimal. Fluida mengalir di
sheel
maupun di
tube sehingga
terjadi perpindahan panas antara fluida dengan dinding
tube sebagai perantara.
Pada dinding
shell
biasanya dipasang penghalang (baffle) untuk menambah
turbulensi (jarak antar
baffle biasanya 0,2-1 D
shell).
Keuntungan dari
Shell and Tube Heat Exchanger
adalah sebagai berikut :
a.
Dapat digunakan secara luas di berbagai industri karena dapat digunakan
untuk kapasitas yang lebih besar (> 200 ft
2).
b.
Mempunyai susunan mekanik yang baik dengan bentuk yang cukup baik
untuk operasi bertekanan.
c.
Tersedia dalam berbagai bahan konstruksi, dimana dapat dipilih jenis
material yang dipergunakan sesuai dengan temperatur dan tekanan operasi.
d.
Dapat digunakan dalam rentang kondisi operasi yang melebar.
e.
Prosedur pengoperasian lebih mudah.
f.
Metode perancangan yang lebih baik telah tersedia.
g.
Pembersihan dapat dilakukan denga lebih mudah.
Gambar 6 Shell and Tube Heat Exchanger
Komponen penyusun
Shell and Tube Heat Exchanger
antara lain :
1.
Shell
Merupakan bagian tengah alat penukar panas dan tempat untuk
tube bundle.
Antara shell
dan tube bundle
terdapat fluida yang menerima atau melepaskan
panas. Yang dimaksud dengan lintasan shell
adalah lintasan yang dilakukan oleh
fluida yang mengalir ke dalam melalui saluran masuk (
inlet nozzle) melewati
bagian dalam shell
dan mengelilingi
tube kemudian keluar melalui saluran keluar
(outlet nozzle).
2.
Tube
Merupakan pipa kecil yang tersusun didalam
shell
yang merupakan tempat
fluida yang akan dipanaskan ataupun didinginkan.
Tube tersedia dalam berbagai
bahan logam yag memiliki harga konduktifitas panas yang besar sehingga
ukuran yang didefinisikan sebagai
birmingham wire gauge (BWG). Aliran fluida
dalam tube sering dibuat melintas lebih dari satu kali dengan tujuan untuk
memperbesar koefisien perpindahan panas lapisan film sisi fluida dalam
tube.
Pengaturan ini terjadi dengan adanya
pass devider
dalam
channel
yang berfungsi
untuk membagi aliran fluida dalam
tube.
Gambar 7 Susunan tube pada shell and tube heat exchanger
a.
Tube Sheet
Komponen ini adalah suatu flat lingkaran yang fungsinya memegang
ujung-ujung
tube dan juga sebagai pembatas aliran fluida di sisi
shell and tube.
b.
Tube Dise Channels and Nozzle
Berfungsi untuk mengatur aliran fluida pada sisi
tube.
c.
Tube Pitch
Lubang yang tidak dapat dibor dengan jarak yang sangat dekat, karena jarak
tube yang terlalu dekat akan melemahkan struktur penyangga
tube. jarak
terdekat antara dua
tube yang berdekatan disebut
Clearance. Tube diletakkan
dengan susunan bujur sangkar atau segitiga seperti terlihat pada gambar
berikut :
Gambar 8 Tubes Layout pada shell and tube heat exchanger
d.
Channel Cover
Merupakan bagian penutup pada konstruksi
Heat Exchanger
yang dapat
dibuka pada saat pemeriksaan dan pembersihan alat
e.
Pass Devider
Komponen ini berupa plat yang dipasang didalam
channels untuk membagi
aliran fluida
tube bila diinginkan jumlah
tube pass lebih dari satu.
f.
Baffles
Pada umumnya tinggi segment potongan dari
baffle adalah seperempat
diameter dalam shell
yang disebut 25%
cut segmental baffle. Baffle
tersebut
berlubang-lubang agar bisa dilalui oleh tube
yang diletakkan pada
rod-baffle.
Baffle digunakan untuk mengatur aliran lewat
shell
sehingga turbulensi yang
lebih tinggi akan diperoleh. Adanya
baffle dalam
shell
menyebabkan arah
aliran fluida dalam shell
akan memotong kumpulan
tube secara tegak lurus,
sehingga memungkinkan pengaturan arah aloran dalam
shell
maka dapat
meningkatkan kecepatan linearnya. Sehingga akan meningktakan harga
untuk mengontrol serta mengarahkan aliran fluida yang mengalir diluar
tube
sehingga turbulensi aliran meningkat maka koefisien perpindahan panas
akan meningkat dan laju perpindahan panas juga meningkat. Penempatan
baffle
dan bentuknya dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 9 Penempatan baffle
Dasar pertimbangan untuk fluida yang mengalir di bagian shell
dan
tube
pada shell and tube heat exchanger
antara lain :
1.
Fluida yang lebih kotor selalu melalui bagian yang mudah dibersihkan, yaitu
tube terutama bila
tube bundle bisa diambil, tetapi dapat juga melalui bagian
shell
bila kotorannya banyak mengandung
coke karena lebih mudah
dibersihkan.
2.
Fluida yang lebih cepat memberikan kotoran, tekanan tinggi, dan korosif
selalu ditempatkan di
tube karena
tube tahan terhadap
high pressure
dan
biaya pemeliharaanya lebih murah.
3.
Fluida yang berbentuk campuran
non condensable gas
melalui
tube
agar
tidak terjebak.
4.
Fluida yang berpotensi menimbulkan korosi ditempatkan pada
tube,
dengan
tujuan dapat menekan biaya penggantian
shell
yang lebih mahal dari pada
tube
jika terjadi kerusakan akibat korosif.
5.
Fluida yang mempunyai volume besar dilewatkan melalui
tube
karena
adanya cukup ruangan dan fluida yang mempunyai volume kecil dilewatkan
melalui
shell
karena dapat dipasang
baffle
untuk menambah
transfer-rate
tanpa menghasilkan kelebihan
pressure drop
.
6.
Fluida ang lebih viskos atau yang mempunyai
low transfer-rate
dilewatkan
melalui
shell
karena dapat digunakan
baffle
.
7.
Fluida dengan laju alir rendah dialirkan di dalam
tube
. Diameter
tube
yang
kecil menyebabkan kecepatan linear fluida (
velocity
) masih cukup tinggi,
sehingga menghambat
fouling
dan mempercepat perpindahan panas.
2.5.3 Plate and Frame Heat Exchanger
Plate and Frame Heat Exchanger
merupakan sejenis penukar panas untuk
fluida yang didalamnya tersusun banyak sekat-sekat yang berfungsi sebagai
pemisah (pembatas) antara fluida panas dan fluida dingin. Sekat-sekat tersebut
juga berfungsi sebagai pengarah aliran. Perpindahan panas yang terjadi didalam
Plate and Frame Heat Exchanger
adalah secara konveksi, konduksi, dan sedikit
radiasi. Perpindahan panas konveksi terjadi antara plate dengan fluida,
perpindahan panas konduksi terjadi pada plate (dinding pemisah fluida) dan
perpindahan panas secara radiasi terjadi dari
Heat Exchanger
ke lingkungan
Gambar 10 Plate and Frame Heat Exchanger
2.5.4 Air Cooled Heat Exchanger
Air Cooled Heat Exchanger
adalah salah satu tipe penukar panas dimana
minimal salah satu fluidanya berfasa gas. Pada simulasi ini,
Air Cooled Heat
Exchanger
berfungsi untuk menurunkan relatif gas tanpa perubahan fase
sehingga hanya ada panas relatif. Yang menjadi fluida panas adalah gas,
sedangkan fluida dinginnya adalah udara. Proses perpindahan panas antara gas
dengan udara terjadi di sepanjang
tube, gas akan melepaskan panas sedangkan
udara akan menyerap panas sehingga
relative gas menurun, tetapi
relative udara
meningkat. Aliran udara dan gas terjadi secara konveksi dengan menggunakan
kompresor.
Tekanan kerja gas pada
Air Cooled Heat Exchanger
tinggi sehingga masuk
dalam kategori bejana bertekanan (
pressure vessel
) sehingga dalam
perancangannya harus berpedoman pada ASME
Section VIII dan BP Migas.
Parameter desain yang perlu diperhatikan adalah material
tube dan plat serta
ketebalan minimal
tube dan plat
header.
Gambar 11 Air Cooled Heat Exchanger
2.5.5 Coil Heat Exchanger
Coil Heat Exchanger
ini mempunyai pipa berbentuk koil yang
dibenamkan di dalam sebuah
box berisi air dingin yang mengalir atau
disemprotkan untuk mendinginkan fluida panas yang mengalir di dalam pipa.
Jenis ini disebut juga sebagai
box cooler
jenis ini biasanya digunakan untuk
pemindahan kalor yang relatif kecil dan fluida yang di dalam
shell
yang akan
Selain jenis-jenis
Heat Exchanger
yang telah dijelaskan diatas, juga
terdapat beberapa
Heat Exchanger
yang dirancang khusus sehingga memiliki
luas transfer panas per unit volume yang besar yang sering disebut dengan
Compact Heat Exchanger
. Rasio antara luas transfer panas dengan volume
disebut area
density
(β). Suatu
Heat Exchanger
disebut sebagai
Compact Heat
Exchanger
jika memiliki nilai β > 700 m
2/m
3(atau 200 ft
2/ft
3). Contoh dari
Compact Heat Exchanger
misalnya radiator mobil (β = 1000 m
2/m
3), turbin gas
(β = 6000
m
2/m
3), regenerator dari
Stirling engine
(β = 15000 m
2/m
3) dan
paru- paru manusia (β = 20000 m
2/m
3).
Compact Heat Exchanger
biasanya digunakan
untuk proses pertukaran panas antara gas-gas, gas-cair, atau cair-gas.
2.6 Feed Bottom Exchanger 20-E-103
Feed Bottom Exchanger 20-E-103
pada unit Catalytic Condensation Unit
merupakan alat penukar panas jenis
shell and tube heat exchanger
dengan tipe
aliran
Cunter courent. Feed Bottom Exchanger 20-E-103
digunakan untuk
memanaskan Stabilizer Feed Bottom Exchanger dengan memanfaatkan panas
dari penambahan katalis yang bersifat eksoterm.
Feed Bottom Exchanger
20-E-103
dalam dapur kemudian melewati air cooler jenis fin fan untuk menurunkan
suhu sebelum feed tersebut masuk ke dalam
storage tank.
2.7
Permasalahan pada Heat Exchanger
Penggunaan
Heat Exchanger
secara terus menerus akan menimbulkan
permasalahan. Permasalahan yang sering muncul pada
Heat Exchanger
pada
umumnya adalah sebagai berikut :
1.
Masalah yang berkaitan dengan proses
a.
Penurunan
perfomance
karena pengotoran (
fouling
) sehingga target
temperatur yang diinginkan tidak tercapai.
b.
Perubahan distribusi aliran dalam proses sehingga dapat menyebabkan
terjadinya penyimpangan aliran pada
shell
dan
tube.
c.
Perubahan
physical properties
fluida yang mengalir pada
shell
atau
tube
akibat perubahan komposisi
crude
atau fluidanya sendiri terutama yang
langsung mempengaruhi koefisien perpindahan panasnya seperti
viskositas,
thermal conductivity
, dan
specifications
.
2.
Masalah yang berkaitan dengan mekanikal
a.
Kerusakan pada bagian peralatan
Heat Exchanger.
b.
Korosif
c.
Gasket
bocor
d.
Berkurangnya luas area
tube
karena ada sebagian
tube
yang ditutup atau
diplug.
2.8
Fouling Factor (Rd)
Fouling
dapat didefinisikan sebagai pembentukan deposit pada
permukaan alat penukar panas yang dapat menghambat perpindahan panas dan
meningkatkan hambatan aliran fluida pada alat penukar panas tersebut. Lapisan
fouling
dapat berasal dari pertikel-partikel atau senyawa lainnya yang tersangkut
aliran fluida. Pertumbuhan lapisan tersebut dapat meningkat apabila permukaan
pembentukan lapisan
fouling
merupakan fenomena yang sangat kompleks
sehingga sukar untuk dianalisa secara analitik. Mekanisme pembentukan
fouling
dan metode pendekatannya juga sangat beragam dan berbeda-beda.
Berdasarkan proses terbentuknya endapan atau kotoran,
fouling
dibagi
menjadi lima jenis antara lain :
1.
Precipitation Fouling
Pengotoran jenis ini biasanya terjadi pada fluida yang mengandung
garam-garam yang terendapkan pada suhu tinggi seperti garam, kalsium,
fosfat, sulfat, dan lain-lain.
2.
Particulate Fouling
Pengotoran ini terjadi akibat pengumpulan partikel-partikel padat yang
terbawa oleh fluida diatas permukaan perpindahan panas, seperti debu
pasir, dan lain-lain.
3.
Chemical Reaction Fouling
Pengotoran ini terjadi akibat adanya reaksi kimia didalam fluida yang
terjadi diatas permukaan perpindahan panas dimana material bahan
permukaan perpindahan panas tidak ikut bereaksi. Contohnya adalah
reaksi polimerisasi.
4.
Corrosion Fouling
Pengotoran ini terjadi akibat reaksi kimia antara fluida kerja dengan
material bahan permukaan perpindahan panas.
5.
Biological Fouling
Pengotoran ini berhubungan dengan aktifitas organisme biologis yang
terdapat atau terbawa aliran fluida, seperti lumut, jamur, dan lain-lain.
Fouling Factor
(Rd) adalah angka yang menunjukan hambatan akibat
adanya kotoran yang terbawa oleg fluida yang mengalir di dalam
Heat
Exchanger
yang melapisi bagian dalam dan luar
tube. Fouling Factor
dapat
mempengaruhi proses perpindahan panas karena dapat menghambat pergerakan
panas didalamnya yang diakibatkan karena deposit tersebut. Apabila nilai
fouling
factor
hasil perhitungan lebih besar dari nilai
fouling factor
desain maka
perpindahan panas yang terjadi di dalam alat tidak memenuhi kebutuhan
prosesnya dan harus segera dibersihkan. Oleh karena itu, nilai
fouling factor
desain harus tetap dijaga agar perpindahan panas dapat optimal untuk kebutuhan
proses.
Evaluasi
fouling factor
dilakukan supaya dapat mengetahui keberadaan
kotoran di dalam alat dan waktu pembersihan harus dilakukan. Nilai
fouling
factor
yang semakin besar akan mengakibatkan efisiensi perpindahan panas yang
semakin menurun dan nilai
pressure drop
yang semakin tinggi. Hal tersebut
dapat menyebabkan penurunan kinerja dari
heat exchanger
.
Fouling factor
dapat
ditentukan berdasarkan harga koefisien perpindahan panas
overall
untuk kondisi
clean
dan
dirty
pada alat penukar panas yang digunakan.
2.8.1 Mekanisme Pembentukan
F ouling
Secara umum mekanisme terjadinya
fouling,
pembentukan dan
pertumbuhan deposit terdiri dari :
1.
Initiation,
yaitu pada periode kritis dimana temperatur, konsentrasi, dan
gradien kecepatan dari zona deplesi oksigen dan kristal terbentuk dalam
waktu singkat.
2.
Transport partikel ke permukaan.
-
Infaction :
secara mekanik.
-
Diffusion : secara turbulen.
-
Thermophoresis
dan
Electrophoresis.
5.
Attachment,
yaitu awal dari terbentuknya lapisan deposit.
6.
Transformattion or Aging
, yaitu periode kritis dimana perubahan fisk
maupun struktur kimia atau kristal dapat meningkatkan kekuatan dan
ketahanan lapisan.
Removal or Re-entrainment
, yaitu perpindahan lapisan
fouling
dengan cara
pemutusan, erosi, dan spalling.
2.8.2 Penyebab dan Akibat Terjadinya
Fouling
Penyebab terjadinya
fouling
pada
heat exchanger
adalah sebagai berikut :
a.
Adanya pengotor berat (
hard deposit
) yaitu kerak keras yang berasal dari
hasil korosi atau
coke
keras.
b.
Adanya pengotor berpori (
porous deposit
) yaitu kerak lunak yang berasal
dari dekomposisi kerak keras.
Kondisi yang mempengaruhi terjadinya
fouling
antara lain :
a.
Temperatur yang tinggi.
b.
Waktu tinggal yang lama, terutama pada daerah yang bertemperatur
tinggi.
c.
Flow velocity.
d.
Material konstruksi dan permukaan yang halus.
Terbentuknay
fouling
akan menimbulkan beberapa akibat seperti :
a. Terjadinya kenaikan tahanan
heat transfer
sehingga biaya perawatan
bertambah.
b. Ukuran
heat exchanger
menjadi lebih besar, kehilangan energi
meningkat, waktu untuk
shut down
lebih lama, dan biaya perawatan lebih
besar.
2.8.3 Pencegahan dan Cara Mengatasi
F ouling
Pencegahan
fouling
dapat dilakukan dengan tindakan-tindakan berikut :
1. Menggunakan bahan konstruksi yang tahan korosi.
2. Menekan potensi
fouling
, dapat dengan cara melakukan penyaringan.
3. Menginjeksi anti
foulant
pada fluida
4. Menempatkan
nozzle
(
shell side
dan
tube side)
di permukaan terendah
atau tertinggi pada HE untuk menghindari terjadinya kantung-kantung gas
ataupun kantung volume fluida diam.
Namun jika telah terjadi
fouling
di dalam
heat exchanger
, maka sebaiknya
segera dilakukan pembersihan (
cleaning
) agar tidak menimbulkan kerusakan
lainnya.
Terdapat tiga tipe cara pembersihan (
cleaning)
yang mungkin dapat
dilakukan seperti :
1.
Chemical / Physical Cleaning
Metode pembersihan dengan mensirkulasikan
agent
melalui peralatan,
biasanya menggunakan HCl 5
–
10%.
Kelebihan :
-
Tidak perlu membongkar alat, sehingga menghemat waktu dan pekerja.
-
Tidak ada kerusakan mekanik pada
tube
.
Kelemahan :
-
Hanya membersihan beberapa tipe deposit, dalam hal ini
coke
sukar
dilakukan.
-
Tube
yang tersumbat penuh, disarankan untuk melakukan
mechanical
cleaning
terlebih dahulu karena sirkulasi dari
cleaning agent
tidak
mungkin dilakukan.
-
Deposit kemungkinan dapat terakumulasi di tempat dimana aliran relatif
lambat.
2.
Mechanical Cleaning
Terdapat tiga tipe
mechanical cleaning
yang dapat dilakukan seperti :
-
Driling
atau
Turbining
Pembersihan ini dilakukan dengan mengedrill deposit yang menempel
pada dinding
tube
. Pembersihan ini paling dianjurkan untuk
tube
yang
tertutup total.
-
Hydro jeting
Pembersihan ini dilakukan dengan cara menginjeksikan air ke dalam
tube
pada tekanan tinggi, untuk jenis deposti yang lunak.
-
Sand Blasting
Pembersihan ini dilakukan dengan cara menyemprotkan campuran air
dengan pasir ke dalam
tube
pada tekanan tinggi.
3.
Gabungan keduanya
Merupakan gabungan dari
chemical cleaning
diikuti dengan
mechanical
cleaning
. Pembersihan dengan cara ini pada kondisi tertentu dapat
meningkatkan efektivitas pembersihan
fouling
pada
heat exchanger.
BAB III
METODOLOGI
3.1 Pengumpulan Data
Pengumpulan data sangat dibutuhkan untuk mengavaluasi
Stabilizer
Bottom Heat Exchanger
(20-E-103) pada unit
Condensation Catalytic Unit /
CCU (Unit 20). Data yang dipakai yaitu kerja
heat exchanger
pada tanggal 10
Januari 2017 sampai tanggal 11 Januari 2017 Adapun metode pengumpulan data
disini terbagi menjadi dua, yaitu metode pengumpulan data primer dan
pengumpulan data sekunder.
3.1.1
Pengumpulan Data Primer
Pengumpulan data primer disini yaitu mengambil data
Stabilizer Bottom
Heat Exchanger
(20-E-103) pada unit
Condensation Catalytic Unit /
CCU (Unit
20) desain. Fungsinya yaitu untuk bahan acuan dalam mengevaluasi
Stabilizer
Bottom Heat Exchanger
(20-E-103) pada unit
Condensation Catalytic Unit /
CCU (Unit 20), apakah
heat exchanger
yang sedang dipakai masih dalam
keadaan bagus atau sudah perlu dilakukan cleaning. Data desain
Stabilizer
Bottom Heat Exchanger
(20-E-103) pada unit
Condensation Catalytic Unit /
3.1.2 Pengumpulan Data Sekunder
Pengumpulan data sekunder yaitu data yang diperlukan sebagai bahan
perhitungan pada analisa evaluasi
Stabilizer Bottom Heat Exchanger
(20-E-103)
pada unit
Condensation Catalytic Unit /
CCU (Unit 20) desain. Data diperoleh
dari data lapangan dan data literatur. Data studi lapangan diperoleh dengan cara
melihat kondisi operasi dan aliran proses aktual
Stabilizer Bottom Heat
Exchanger
(20-E-103) pada unit desain. dari tanggal 10 Januari 2017 sampai
dengan 11 Januari 2017, yaitu berupa data-data temperatur
in
dan
out
, serta
data-data laju alir masing-masing fluida yang mengalir, baik di
shell
maupun di
tube.
Pada studi Literatur, data-data yang diperoleh adalah langkah-langkah
perhitungan
heat exchanger
dan grafik serta tabel yang digunakan. Literatur yang
digunakan adalah Kern, D.Q., 1974 “
Process Heat Transfer
”.
Data sekunder yang didapat adalah sebgai berikut :
Tabel 2 Data Sekunder 10 Januari 2017 sampai dengan 11 Januari 2017
Tanggal
Tube
20FU029 20TI047 20TI074
Flow Tin Tout
10 Januari 2017 6,70984 176,8285 68,51292 11 Januari 2017 6,57909 173,6912 71,13396
Tanggal
Shell
20Fu029 20FU033 Ton/hr 20TI003 20TI073 Total flow Tin Tout 10 Januari 2017 6,70984 13,68962 20,39946 57,66491 64,35327 11 Januari 2017 6,57909 14,01631 20,5954 61,70449 67,21642
3.2
Pengolahan Data
Dari data primer maupun sekunder dilakukan pengolahan data melalui
perhitungan dengan cara Kern, dengan langkah-langkah sebagai berikut :
1. Menghitung Neraca Panas
Untuk perhitungan kerja alat penukar panas, persamaan yang digunakan
yaitu :
Q= m.c.∆T / Q=m.λ
Keterangan :
Q
= jumlah panas yang diinginkan, btu/hr
m
= Laju alir massa, lb/hr
c
= spesific heat, btu/lb.
ᵒ
F
∆
T
= Perbedaan temperatur yang masuk dan keluar, .
ᵒ
F
λ
=
enthalpy
2. Menghitung
Log Mean Temperature Difference (LMTD)
Adalah beda suhu rata-rata di sepanjang
Heat Exchanger
yang dinyatakan
dalam beda suhu rata-rata logaritmik. Nilai tergantung dari konfigurasi
aliran fluida di dalam HE
Mean Temperature Difference
(ΔT)
mpada beberapa literatur (misalnya
Kern, 1950) sering disebut de
ngan (ΔT)
LMTD (LMTD:Log Mean
Temperature Difference
). Untuk HE multi-pass, terdapat faktor koreksi
FT.
Nilai FT dapat dibaca pada Fig. 18 Kern, dengan menghitung R dan S.
= ℎ ℎ
lnℎ
ℎ
3. Menghitung Flow Area
Pada Tube
=
× ′
Keterangan :
= Flow area tube,
2
= Jumlah tube
= Flow area per tube,
2
N = Jumlah pass
4. Menghitung Mass Velocity
Pada Tube
=
Keterangan :
= Mass velocity tube, lb/hr.
2
Wt = Flow rate fluida di tube, lb/hr
= Flow area tube,
2
5. Menghitung Bilangan Reynold (Re)
Pada Tube
= ×
Keterangan :
= Reynold number di tube
D/ ID
= Diameter ekivalen di tube, ft ( Table 10
6. Faktor Perpindahan Panas, jH
Nilai jH dapat diperoleh dari fig.28, kern untuk shell dan fig. 24, Kern
untuk tube. Namun apabila nilai Reynold number over range, nilai jh
dapat dihitung menggunakan persamaan :
Pada Tube
= 0,36(
×
)
,55
(
×
)
,5
atau
Membaca pada fig.28, Kern
7. Menghitung Koefisien Panas h
Pada Shell
ℎ =
× ×(
×
)
1 ⁄
× ∅
atau
memakai asumsi dan melakukan pembacaan pada fig.15.11, Kern
Dimana :
ℎ
= Coeffision transfer di-shell, btu/hr.
2
.℉
k = Konduktivitas pada temperature kalorik, btu/hr.
2
.℉
c = Specific heat pada temperature kalorik, btu/lb.
2
.℉
= Viskositas pada temperature kalorik,
℉
∅
= Viscosity ratio
D = Diameter ekivalen tube
Jh = Faktor perpindahan panas
Pada Tube
ℎ
∅
= ℎ∅
×
Keterangan :
hi = Koefisien transfer di-tube, btu/hr.
2
.℉
8. Menghitung Overall Koefisient
Merupakan keofisien perpindahan panas gabungan dari keseluruhan
proses transfer pada yang terjadi dalam HE. Nilai koefisien transfer panas
keseluruhan (U) secara umum tergantung pada mekanisme perpindahan
panas yang terjadi dalam HE (seperti: konduksi, konveksi, radiasi, dan
lain-lain), sifat-sifat fluida, dan jenis HE.
Untuk estimasi awal pada saat peranangan/desain, kisaran nilai U dapat
dibaca pada literatur (Table 8. Kern). Pada saat desain dilakukan, U akan
terkoreksi dari perhitungan.
Koefisien perpindahan panas keseluruhan (U) yang diperlukan untuk
memenuhi kondisi operasi dalam HE dapat ditentukan dari Persamaan
Umum
pada Nomor 1, jika A, Q dan ΔT diketahui. Jika A tidak diketahui,
maka U tidak dapat dihitung sehingga harus dihitung terpisah berdasarkan
koefisien perpindahan panas konveksi dari pipa dalam (h
io) dan koefisien
perpindahan.
= ℎ
ℎ ℎ
× ℎ
Keterangan :
Uc
= Clean overall Koefisient, btu/hr.
2
.℉
ℎ
= koefisien transfer di shell, btu/hr.
2
.℉
9. Menghitung
Design Overall K oefisient
(Ud)
Design
Overall
Koefisient
merupakan
koefisien
perpindahan
panasmenyeluruh setelah terjadi pengotoran pada
Heat Exchanger,
misalnya pembentukan kerak atau deposit
.
Terbentuknya kerak ini dapat
menambah resistansi atau hambatan perpindahan panas sehingga dapat
menurunkan performa dari HE dan perpindahan panasmenjadi tidak
maksimal. Untuk mengatasinya perlu dipertimbangkan adanya
fouling
factor
(Rd). Besarnya Ud lebih kecil dari Uc.
=
× ∆
Keterangan :
Ud = Overall Heat Transfer Koefisient, btu/hr.
2
.℉
A = Total
surface
10.
F ouling F actor
, Rd
Fouling Factor
dapat menjadi dasar pertimbangan apakah suatu hasil
rancangan HE dapat diterima atau tidak. Rancangan HE dapat diterima
jika Rd terhitung lebih besar dari Rd yang diperlukan (
required Rd
).
Dengan kisaran nilai Rd tergantung dari jenis fluida dan prosesnya (Table
12, Kern).
=
×
Keterangan :
Uc
= Clean overall Koefisient, btu/hr.
2
.℉
BAB IV
PEMBAHASAN
RCC
complex
merupakan
Secondary Recovery
yang terdiri dari beberapa
unit operasi di kilang RU- VI balongan yang berfungsi untuk mengolah residu
minyak (
Crude Oil
) menjadi produk-produk minyak bumi yang bernilai tinggi
seperti: LPG,
Gasoline, Light Cycle Oil, Decant Oil, Propylene, dan Polygasoline
dengan beberapa unit proses dalam RCC
complex
yaitu unit
Residual Catalytic
Cracker Unit
dan juga Light End Unit
yang didalamnya terdapat proses
Catalytic
Condensation Unit
( CCU ).
Unit
Catalytic Condensation Unit
CCU / (Unit 20) itu sendiri berfungsi
untuk mengolah campuran butane/butilene dari
Propylene Recovery Unit
(unit 19 ) dengan bantuan larutan fosfat dengan kapasitas 13.000 BPSD menjadi
produk gasoline dengan berat molekul tinggi yang disebut polygasoline dan
butana. Produk
Polygasoline ini dibentuk dari campuran senyawa-senyawa C4
tak jenuh dan butan dari RCC Complex.
Heat Exchanger
merupakan suatu alat yang menghasilkan perpindahan
panas dari suatu fluida, baik yang digunakan dalam proses pemanasan maupun
proses pendinginan. Kondisi operasi yang tepat dapat menghasilkan produk yang
sesuai dengan apa yang diinginkan pada suatu proses. Kondisi operasi yang
diperhatikan antaralain
temperatur
e dan tekanan proses. Arah perpindahan panas
nya dari medium dengan temperatur yang lebih tinggi menuju ke medium
dengan temperatur yang lebih rendah.
Feed Bottom Exchanger
(20-E-103) merupakan alat yang terdapat dalam
unit
Catalytic Condensation Unit /
CCU (Unit 20) yang digunakan untuk
dipompa oleh Flash Rectifier Bottom Pumpn (20-P-106) ke
Feed Bottom
Exchanger
(20-E-103) dan dipanaskan sampai suhu reaksi.
Ketika fluida mengalir di sepanjang
Heat Exchanger
sebagian pengotor
dan fluida lainnya akan menempel pada dinding-dinding
shell
dan
tube
yang
dalam jangka waktu yang cukup lama akan membentuk kerak yang menyebabkan
terhambatnya laju perpindahan panas dan penyumbatan pada aliran fluida di
dalam
heat exchanger
. Transfer panas yang terhambat akan membuat proses
perpindahan panas terhalang dan membuat suhu yang diinginkan tidak sesuai.
Oleh karena itu perlu dilakukan evaluasi terhadap kinerja
heat exchanger
.
Adapun parameter evaluasi dilaksanakan berdasarkan hasil perhitungan nilai
duty
(Q) dan
fouling factor
(Rd)
Feed Bottom Exchanger
(20-E-103) pada unit
Catalitic Condensation Unit
pada periode 10 Januari 2017 sampai dengan 11
Januari 2017.
4.1 Evaluasi nilai Q Desain dan Q Aktual
Nilai Q merupakan total panas yang ditransfer dari fluida yang panas ke
fluida yang dingin ataupun sebaliknya. Berdasarkan dari hasil perhitungan data
desain dan data aktual Q pada
Feed Bottom Exchanger
(20-E-103) pada unit
Catalitic Condensation Unit
pada periode 10 Januari 2017 sampai dengan 11
Januari 2017 dapat dilihat perbandingan antara kedua data pada tabel berikut ini :
Tanggal
Nilai Q Design ( Btu/hr)
Nilai Q Aktual ( Btu/hr)
Shell
Tube
Shell
Tube
10 Januari 2017
748628,1741 1066433,535 422318,4973 1730458,425
11 Januari 2017
748628,1741 1066433,535 360388,6140 1552983,84
Pada tabel diatas dapat dilihat tabel perbandingan antara nilai Q desain
dan Q aktual pada
Combined heat exchanger
20-E-103 pada tanggal 10 Januari
2017 sampai dengan 10 Januari 2017, Q aktual shell lebih rendah apabila
dibandingkan dengan nilai Q desain. Perbedaan antara nilai Q aktual dengan nilai
Q desain ini disebabkan karena memang ada perbedaan jumlah feed yang masuk,
jumlah feed aktual yang masuk jauh lebih kecil dibanding feed desain.
Sedangkan jika dibandingkan antara Q shell dan Q tube pada aktual
maupun desain ada perbedaan antara nilai panas yang masuk dan nilai panas
yang keluar, hal tersebut dikarenakan beberapa faktor, diantaranya yaitu faktor
pengotor, kebocoran pada alat, umur alat.
4.2 Evaluasi Nilai Rd Desain dan Rd Aktual
Nilai
fouling factor
(Rd) merupakan nilai yang digunakan untuk
menunjukkan besar kecilnya faktor pengotor yang terdapat dalam
heat
exchanger
. Parameter Rd ini digunakan untuk mengetahui perlu tidaknya
heat
exchanger
tersebut dibersihkan. Apabila Rd aktual > Rd desain maka
heat
exchanger
perlu dibersihkan. Berdasarkan dari hasil perhitungan data desain dan
data aktual Rd (
fouling factor
) pada
Feed Bottom Exchanger
20-E-103 pada 10
Januari 2017 sampai dengan 11 Januari 2017 dapat dilihat perbandingan antara
kedua data pada grafik berikut ini :
Gambar 13 Grafik Perbandingan Nilai Rd Desain dan Rd Aktual
Pada grafik di atas dapat dilihat perbandingan antara nilai Rd desain dan
Rd aktual pada
Feed Bottom Exchanger
20-E-103 pada tanggal 10 Januari 2017
sampai dengan 11 Januari 2017 semua nilai Rd aktual berada di atas Rd Desain,
berarti
heat exchanger
ini mempunyai faktor pengotor yang lebih tinggi dari
desainnya. Hasil ini menunjukan bahwa deposit kontaminan pada
Feed Bottom
Exchanger
20-E-103 sudah banyak sehingga Heat Exchanger tersebut sudah
harus dilakukan
cleaning
.
1; 0,0008 1; 0,0077 2; 0,0092 0,0000 0,0010 0,0020 0,0030 0,0040 0,0050 0,0060 0,0070 0,0080 0,0090 0,0100 0 0 , 5 1 1 , 5 2 2 , 5
