BAB I PENDAHULUAN
I.I Latar Belakang
Alat penukar panas atau Heat atau Heat Exchanger (HE) (HE) adalah alat yang digunakan untuk memindahkan panas dari sistem ke sistem lain tanpa perpindahan massa dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai adalah air yang dipanaskan sebagai fluida panas dan air biasa sebagai air pendingin (cooling ( cooling water ). ). Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar fluida dapat berlangsung secara efisien. Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak, baik antara fluida terdapat dinding yang memisahkannya maupun keduanya bercampur langsung (direct ( direct contact ). ). Penukar panas sangat luas dipakai dalam industri seperti kilang minyak, pabrik kimia maupun petrokimia, industri gas alam, refrigerasi, pembangkit listrik. nit penukar panas adalah suatu alat untuk memindahkan panas dari suatu fluida ke fluida yang lain. !ebagian besar dari industri"industri yang berkaitan dengan pemprosesan selalu menggunakan alat ini, sehingga alat penukar panas ini mempunyai peran yang penting dalam suatu proses produksi atau operasi. !alah satu tipe dari alat alat penuka penukarr panas panas yang yang banya banyak k dipaka dipakaii adalah adalah Shell and Tube Heat Exchanger . Alat Alat ini terdiri terdiri dari sebuah sebuah shell silindris di bagian luar dan
sejumlah tube (tube bundle) di bagian dalam, dimana temperatur fluida di dalam tube bundle bundle berb berbed edaa deng dengan an di luar luar tube (di (di dal dalam shell ) sehingg sehinggaa terjadi terjadi
perpindahan panas antara aliran fluida didalam tube dan dan di luar luar tube. Adapun daerah yang berhubungan dengan bagian dalam tube disebut dengan tube side dan yang di luar dari tube disebut shell side. Pemilihan yang tepat suatu alat penukar panas akan menghemat biaya operasional harian dan pera#atan. Bila alat penukar panas dalam keadaan baru, maka maka permu permukaan kaan logam logam dari dari pipa"p pipa"pipa ipa pemana pemanass masih masih dalam dalam keadaa keadaan n bersih bersih setelah setelah alat alat berope beroperasi rasi beberap beberapaa lama lama maka maka terben terbentuk tuklah lah lapisa lapisan n kotora kotoran n atau kerak pada permukaan pipa tersebut. $ebal tipisnya lapisan kotoran tergantung 1
dari fluidanya. Adanya lapisan tersebut akan mengurangi koefisien perpindahan panasnya. Harga koefisien perpindahan panas untuk suatu alat penukar panas selal selalu u meng mengal alam amii peru peruba baha han n selam selamaa pema pemaka kaia ian. n. Bata Batass terak terakhi hirr alat alat dapa dapatt berfungsi sesuai dengan perencanaan adalah saat harga koefisien perpindahan panas mencapai harga minimum.
1.2 Rumusan Masalah
%. Apa yang yang dimaksud dimaksud dengan dengan !hell and $ube $ube Heat E&chang E&changer' er' . Bagaimana Bagaimana sistem sistem kerja kerja !hell !hell and and $ube $ube Heat E&chan E&changer' ger' . Apa saja bagian bagian"bagian "bagian*komp *komponen onen dari dari !hell and and $ube $ube Heat Heat E&changer' E&changer' +. Apa saja saja tipe"tipe tipe"tipe dari !hell !hell and and $ube $ube Heat E&chan E&changer' ger' . Bagaimana Bagaimana pera#ata pera#atan n umum umum untuk untuk !hell !hell and and $ube $ube Heat E&changer' E&changer'
1.3 Tujuan
Penulisan makalah ini memiliki beberapa tujuan, antara lain%. engetahui engetahui pengertian pengertian !hell !hell and and $ube $ube Heat E&chan E&changer ger . engetahui engetahui dan dan memahami memahami sistem sistem kerja kerja !hell !hell and $ube $ube Heat E&changer E&changer . engetahui engetahui bagian"b bagian"bagian agian*komp *komponen onen dari !hell !hell and $ube $ube Heat Heat E&changer E&changer +. engetahui engetahui tipe"tipe tipe"tipe dari dari !hell !hell and $ube $ube Heat Heat E&change E&changer r . engetahui engetahui cara cara pera#atan pera#atan umum umum pada !hell !hell and $ube $ube Heat E&chang E&changer er
2
BAB II PEMBAHAAN
2.1 Pengert!an hell an" Tu#e Heat E$%hanger
!hell and tube heat e&changer merupakan jenis alat penukar panas yang banyak digunakan pada suatu proses seperti petroleum, industri kimia, dan industri H/A0. !hell and tube heat e&changer mengandung beberapa u"tube sejajar di dalam shell. !hell and tube heat e&changer digunakan saat suatu proses membutuhkan fluida untuk dipanaskan atau didinginkan dalam jumlah besar. Berdasarkan desainnya, shell and tube heat e&changer mena#arkan area penukaran panas yang besar dan menyediakan efisiensi perpindahan panas yang tinggi. ntuk membuat perpindahan panas yang lebih baik dan untuk menyangga tube yang ada di dalam shell, maka sering dipasang baffle. Efektifitas perpindahan panas meningkat dengan dipasangnya baffle. Efektifitas meningkat seiring dangan mengecilnya jarak antar baffle hingga suatu jarak tertentu kemudian menurun, !hell and tube heat e&changer merupakan bejana tekanan dengan banyak tube didalamnya. Pada suatu proses, fluida mengalir melalui tube pada e&changer saat fluida lainnya mengalir keluar tube yang berada di antara shell. 1luida pada sisi tube dan pada sisi shell terpisah oleh tube sheet.
2ambar %.3onstruksi detail dari $EA !hell and $ube Heat E&changer
3
4enis ini merupakan jenis yang paling banyak digunakan dalam industri perminyakan. Alat ini terdiri dari sebuah shell (tabung*slinder besar) dimana didalamnya terdapat suatu bandle (berkas) pipa dengan diameter yang relati5e kecil. !atu jenis fluida mengalir didalam pipa"pipa sedangkan fluida lainnya mengalir dibagian luar pipa tetapi masih didalam shell seperti gambar diatas. Alat penukar panas ini terdiri atas suatu bundel pipa yang dihubungkan secara parallel dan ditempatkan dalam sebuah pipa mantel (cangkang ). 1luida yang satu mengalir di dalam bundel pipa, sedangkan fluida yang lain mengalir di luar pipa pada arah yang sama, berla#anan, atau bersilangan. 3edua ujung pipa tersebut dilas pada penunjang pipa yang menempel pada mantel. ntuk meningkatkan effisiensi pertukaran panas, biasanya pada alat penukar panas ini dipasang sekat ( buffle ). 6ni bertujuan untuk membuat turbulensi aliran fluida dan menambah #aktu tinggal ( residence time ), namun pemasangan sekat akan memperbesar pressure drop operasi dan menambah beban kerja pompa, sehingga laju alir fluida yang dipertukarkan panasnya harus diatur.
2.2 !stem &erja 2.2.1 Te'r! "an A(l!kas!
7ua fluida mengalir dengan temperature a#al yang berbeda mengalir sepanjang heat e&changers. !atu aliran mengalir sepanjang tabung sedangkan arus lain pada bagian luar tabung tetapi masih di dalam shell. Panas ditransfer dari satu fluida ke fluida lainnya melalui dinding tabung, baik dari sisi tabung menuju shell atau sebaliknya. 1luida bisa merupakan cairan atau gas pada sisi shell maupun pada sisi tabung. 7alam tujuan memindahkan panas secara efisien, suatu area perpindahan kalor yang besar harus digunakan, oleh karena itu terdapat banyak tabung. 7engan cara ini, panas yang dibuang dapat disimpan untuk digunakan. Hal ini adalah suatu jalan yang baik untuk memelihara energi. Heat e&changer yang berfasa tunggal (cairan atau gas) pada setiap sisi dapat disebut heat e&changer berfasa satu atau berfasa tunggal. Heat e&changer berfasa dua dapat digunakan untuk memanaskan cairan dan mendidihkannya sehingga menjadi gas (uap air), terkadang disebut boiler, atau mendinginkan uap 4
air untuk dikondensasikan menjadi bentuk cairan (condenser), pada umumnya perubahan fase yang terjadi berada pada sisi shell. Boiler didalam mesin uap lokomotif biasanya cukup besar, yang pada umumnya shell and tube heat e&changer terbentuk silinder. Pada pembangkit tenaga listrik yang besar dengan steam"dri5en
turbin,
shell
and
tube
condenser
digunakan
untuk
mengkondensasikan uap air yang keluar turbin ke dalam bentuk air yang dapat didaur ulang kembali menjadi uap air, yang mungkin pada shell and tube tipe boiler. Beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam menentukan aliran fluida dalam shell side dan $ube side untuk shell and $ube e&changer adalah a. 3emampuan untuk dibersihkan (0leanability) 4ika dibandingkan cara membersihkan $ube dan !hell, maka pembersihan sisi shell jauh lebih sulit. ntuk itu fluida yang bersih biasanya dialirkan di sebelah shell dan fluida yang kotor melalui $ube. b. 3orosi asalah korosi atau kebersihan sangat dipengaruhi oleh penggunaan dari paduan logam. Paduan logam tersebut mahal, oleh karena itu fluida dialirkan melalui $ube untuk menghemat biaya yang terjadi karena kerusakan shell. 4ika terjadi kebocoran pada $ube, heat e&changer masih dapat difungsikan kembali. Hal ini disebabkan karena $ube mempunyai ketahanan terhadap korosif, relatif murah dan kekuatan dari small diameter $ube melebihi shell. c. $ekanan !hell yang bertekanan tinggi dan diameter yang besar akan diperlukan dinding yang tebal, hal ini akan memakan biaya yang mahal. ntuk mengatasi hal itu apabila fluida bertekanan tinggi lebih baik dialirkan melalui $ube.
5
d. $emperatur Biasanya lebih ekonomis meletakkan fluida dengan temperatur lebih tinggi pada $ube side, karena panasnya ditransfer seluruhnya ke arah permukaan luar $ube atau ke arah shell sehingga akan diserap sepenuhnya oleh fluida yang mengalir di shell. 4ika fluida dengan temperatur lebih tinggi dialirkan padashell side, maka transfer panas tidak hanya dilakukan ke arah $ube, tapi ada kemungkinan transfer panas juga terjadi ke arah luar shell (ke lingkungan). e. !ediment* !uspended !olid * 1ouling 1luida
yang
mengandung
sediment*suspended
solid
atau
yang
menyebabkan fouling sebaiknya dialirkan di $ube sehingga $ube"$ube dengan mudah dibersihkan. 4ika fluida yang mengandung sediment dialirkan di shell, maka sediment*fouling tersebut akan terakumulasi pada stagnant 8one di sekitar baffles, sehingga cleaning pada sisi shell menjadi tidak mungkin dilakukan tanpa mencabut$ube bundle. f.
/iskositas 1luida yang 5iscous atau yang mempunyai lo# transfer rate dile#atkan melalui shell karena dapat menggunakan baffle. 3oefisien heat transfer yang lebih tinggi dapat diperoleh dengan menempatkan fluida yang lebih 5iscous pada shell side sebagai hasil dari peningkatan turbulensi akibat aliran crossflo# (terutama karena pengaruh baffles). Biasanya fluida dengan 5iskositas 9 c!t dialirkan di shell side untuk mengurangi luas permukaan perpindahan panas yang diminta. 3oefisien perpindahan panas yang lebih tinggi terdapat pada shell side, karena aliran turbulen akan terjadi melintang melalui sisi luar $ube dan baffle.
1aktor yang mempengaruhi efekti5itas alat penukar panas (Heat E&changer) terutama Heat e&changer tipe shell : tube-
6
%) penggunaan baffle dapat meningkatkan efektifitas alat penukar panas, hal ini sejalan dengan peningkatan koefisien perpindahan panas. ) pengaruh tebal isolasi pada bagian luar shell, efektifitas meningkat hingga suatu harga maksimum dan kemudian berkurang. ) dengan menggunakan alat penukar panas tabung konsentris, efektifitas berkurang, jika kecepatan udara masuk dingin meningkat dan efektifitas meningkat, jika laju alir massa udara meningkat. +) enentukan jarak antar baffle minimum ;, dari diameter shell sedangkan jarak maksimum ialah %& diameter bagian dalam shell. 4arak baffle yang panjang akan membuat aliran membujur dan kurang menyimpang dari aliran melintang 2.2.2 Desa!n shell an" tu#e heat e$%hanger
$erdapat banyak 5ariasi pada desain shell and tube. !ecara khusus, ujung dari tiap tabung dihubungkan ke plenums (terkadang disebut #ater bo&es) melalui lubang dalam tube sheets. !hell and $ube Heat E&changer adalah jenis Heat E&changer yang paling umum dipergunakan pada proses >; Ada dua sisi utama dalam design !$HE, !hell !ide dan $ube !ide. Berdasarkan konstruksinya, !$HE dapat dibagi atas beberapa type, masing masing type diberi kode berdasarkan kombinasi type 1ront Head, !hell, dan
7
3arakteristik masing masing type dari !hell and $ube tersebut digambarkan pada tabel berikut8
!etelah mengetahui karateristik dari masing masing type shell and tube heat e&changer, selanjutnya design didasarkan atas keperluan atau ser5icenya. 7esign yang komple& biasanya menimbulkan biaya yang lebih mahal dan pera#atan yang lebih sulit sehingga biasanya hanya digunakan untuk keperluan yang tidak memungkinkan penggunaan yang lebih simpel. 9
$abung mungkin berbentuk lurus atau bengkokkan dimana dengan bentuk atau sering disebut dengan "tubes.
7idalam pembangkit daya nuklir disebut reactor air bertekanan, heat e&changers besar disebut steam generator merupakan berfasa ganda. !hell and tubes yang secara khas memiliki "tubes. !emua hal tersebut digunakan untuk mendidihkan
air
dari
steam
turbin condenser
menjadi uap air
untuk
mengendalikan turbin tersebut untuk menghasilkan tenaga. 3ebanyakan shell and tube heat e&changer memiliki desain aliran baik %,, atau +aliran pada sisi tabung. Hal ini bergantung pada frekuensi fluida pada tabung yang melalui fluida pada shell. Pada heat e&changer berfasa tunggal, fluida masuk pada satu ujung tabung dan keluar melalui ujung tabung lainnya. !team turbin condenser dalam pembangkit tenaga sering merupakan %"pass straight tube heat e&changer. 7ua dan empat pass merupakan desain yang umum karena fluida dapat masuk dan keluar pada sisi yang sama. Hal tersebut membuat konstruksinya menjadi lebih sederhana. $erdapat baffles yang mengarahkan aliran melalui sisi shell sehingga fluida tidak mengambil jalan pintas melalui sisi shell yang dapat menyebabkan 5olume arus rendah yang tidak efektif. Heat e&changer arus berla#anan
10
merupakan yang paling efisien sebab memberikan perbedaan suhu rata"rata yang paling tinggi antara arus dingin dengan arus panas. Banyak perusahaan tidak menggunakannya sebab dapat rusak dengan mudah dan menjadi lebih maha untuk dibangun. !ering multiple heat e&changer dapat digunakan untuk menirukan arus aliran berla#anan dari e&changer tunggal yang besar. 2.2.3 Pem!l!han Mater!al Ta#ung
Agar dapat memindahkan panas dengan baik, material tabung harus mempunyai thermal conducti5ity. 3arena panas ditransfer dari suatu sisi yang panas menuju sisi yang dingin melalui tabung, terdapat perbedaan temperature sepanjang lebar tabung. 3arena ada kecenderungan material tabung untuk mengembang berbeda"beda secara thermal pada berbagai temperature thermal stresses muncul selama operasi. Hal ini sesuai terhadap tegangan dari tekanan tinggi dari fluida itu sendiri. aterial tabung juga harus sesuai dengan kedua hal yaitu sisi shell dan sisi tube yang
dialiri
untuk periode lama diba#ah kondisi"kondisi operasi
(temperature, tekanan, pH, dan lain"lain) untuk memperkecil hal yang buruk seperti korosi. !emua yang dibituhkan yaitu melakukan pemilihan seksama atas bahan yang kuat, thermal"conducti5e, corrosion resistant, material tabung bermutu tinggi, yang secara khas berbahan metal. Pilihan material tabung yang buruk bisa mengakibatkan suatu kebocoran melalui suatu tabung antara sisi shell dan tube yang menyebabkan fluida yang le#at terkontaminasi dan kemungkinan hilangnya tekanan.
2.3 Bag!an)Bag!an*&'m('nen hell an" Tu#e Heat E$%hanger
11
3eterangan
0onnections ? ukuran yang distandarkan untuk pemasangan yang mudah, penambahan galur (thread) permukaan pelindung untuk memudahkan pemasangan.
2asket ? fiber berkualitas tinggi yang dikompres
Head ? berbahan standar cast iron atau steel head
$ubesheet ? bend tubes diperluas terhadap tubesheet yang membiarkan untuk perluasan dan penyusutan tabung karena fluktuasi suhu
ounting ? saddles yang diganbungkan dengan unit standar untuk mounting yang cepat dan mudah
!hell ? #elded shell dilindungi dengan cat berkualitas tinggi untuk menghambat korosi
$ube bundles ? berbahan stainless steal, tampilan tube bundle yang unikmeminimalisasi permasalahan yang muncul dan mengoptimumkan media aliran dalam unit
Baffles ? adanya celah baffles dengan jarak minimum antara tabung untuk menjamin aliran fluida yang benar dan meminimalisasi bypass
2.+ T!(e)T!(e hell an" Tu#e Heat E$%hanger 12
2.+.1 ,!$e" Tu#e heet atau ,!$e" Hea" -T(e L/ M/ atau N0
1i&ed"tube"sheet heat e&changer (gambar %%">b) lebih sering digunakan dibandingkan jenis lainnya, dan frekuensi penggunaannya meningkat beberapa tahun terakhir ini. $ibesheet dilas atau digabungkan dengan shell. Biasanya perluasan mele#ati shell dan bertindak sebagai flanges, dimana tube"side header ini dibaut. 3onstruksi ini menyebabkan shell and tube sheet mater ial menyatu satu sama lain. 3etika pengelasan tidaklah mungkin, konstruksi tipe @blind"gasket digunakan. Blind gasket tidak dapat diakses untuk pemeliharaan atau penggantian 13
ketika unit telah dibangun. 3onstruksi ini digunakan untuk steam surface condenser, yang beroperasi di ba#ah 5akum. $ube side header (atau channel) dapat dilas pada tubesheet. !eperti ditunjukkan gambar %%" jenis 0 dan , konstruksi jenis ini sedikit lebih mahal dibandingkan dengan jenis B dan atau A dan C masih memberikan keuntungan dimana tabung mungkin diuji atau digantikan tanpa mengganggu pipa penghubung tube"side. $idak ada pembatasan atas banyaknya aliran tube"side. Aliran shell"side dapat satu atau lebih, #alaupun shell dengan lebih dari aliran side"shell jarang digunakan. $abung dapat dengan sepenuhnya mengisi heat e&changer shell. 4arak antara tabung yang paling jauh atau paling luar dan shell hanya merupakan kebutuhan yang minimum untuk pembuatan. Antara bagian dalam shell dan baffles terdapat jarak yang harus diberikan, sehingga baffles dapat bergeser terhadap shell. $oleransi pembuatan memerlukan beberapa jarak tambahan antara bagian luar dari baffles dan tabung yang paling jauh atau paling luar. 4arak tepi antara tabung yang luar (=$C) dan diameter baffle harus sesuai untuk mencegah getaran tabung dari patahan sampai lubang baffle. $abung yang paling luar pasti termasuk dalam =$C. 4arak antara diameter shell dan =$C sekitar % mm (%* in) untuk > mm ( in) di dalam diameter shell dan keatasnya, %% mm (D*%> in) untuk + mm">%; mm (%; in"+ in) pipe shell, dan kurang untuk diameter pipe shell yang lebih kecil. $abung dapat digantikan. $ube"side"header, channel co5er, gasket dan lainnya dapat dilakukan pemeliharaan dan penggantian namun tidak untuk struktur shell"side baffle maupun blind gasket. !elama perpindahan tabung, tabung dapat patah sampai shell. 3etika hal itu terjadi, akan menjadi sangat sulit untuk memindahkan dan menggantikan tabung. Prosedur yang umum adalah menutup lubang yang sesuai pada tube sheet.
14
Perluasan yang berbeda antara shell dan tube dapat berkembang dikarenakan perbedaan dalam panjang yang disebabkan oleh ekspansi thermal. Berbagai jenis sambungan ekspansi digunakan untuk menghilangkan tegangan yang berlebihan yang disebabkan oeh perluasan*pemuaian. 3ebutuhan akan sambungan ekspansi merupakan kegunaan dari jumlah perbedaan ekspansi antara lain. Penanganan yang salah selama pembuatan, pemindahan, pemasangan atau pera#atan heat e&changer dilengkapi dengan jenis bello# berdinding tipis atau tipe sambungan ekspansi torodial dapat merusak sambungan. 7i dalam unit yang lebih besar, light"#all"joint ini peka terhadap kerusakan dan beberapa perancang memilih penggunaan dinding yng lebih berat dari formed heads. 2.+.2 U)Tu#e Heat E$%hanger
$ube bundle yang berisi stationary tube sheet, u"tubes, baffle atau plat pendukung, tie rods dan spaces yang sesuai. $ube bundle dapat dipindahkan dari
15
heat e&changer shell. !uatu tube sider (stationary head) dan shell dengan integral shell co5er, yang dimana dilas pada shell, telah disediakan. asing"masing tabung bebas untuk memperluas tanpa ada batasan ditempatkan diatasnya oleh tabung lain. "tube bundle memiliki keuntungan jarak yang minimum antara batas tabung luar dan bagian dalam shell untuk perpindahan konstruksi tube bundle apapun. 4arak merupakan sama pentingnya seperti pada fi&ed"tube"sheet heat e&changer. Banyaknya lubang tabung yang diberikan shell lebih sedikit untuk fi&ed" tube"sheet e&changer karena pembatasan pada pembengkokkan tabung pada radius yang sangat pendek. 7esain u"tube memberikan keuntungan untuk mengurangi banyaknya sambungan. Pada konstruksi bertekanan tinggi, bentuk ini menjadi
penting
pemeliharaan.
dipertimbangkan
Penggunaan
dalam
konstruksi
mengurangi
u"tube
telah
biaya
a#al
meningkat
dan
dengan
pengembangan tentang pembersih tabung hidrolik, yang dapat memindahkan residu dari bagian lurus dan bengkokan pada tabung. Pemebersihan mekanik bagian dalam tabung telah diuraikan oleh ohannes (chem..eng,>>.%FD"%G(7ec.%+,%GG)).
"tube e&changer dengan tabung tembaga, cast iron headers, dan bagian lain yang merupakan baja karbon digunakan untuk air dan uap di dalam bangunan kantor, sekolah, rumah sakit, hotel dan lain"lain. Cembar tabung non"ferrous atau G;"%; tabung tembaga"nikel adalah yang paling sering digunakan sebagai material pengganti. !tandar e&changers ini tersedia dari sejumlah harga sebenarnya yang jauh di ba#ah peralatan industri proses. 2.+.3 Pa%ke")Lantern)R!ng E$%hanger
3onstruksi ini merupakan straight"tube bundle yang dapat dipindahkan yang sedikit mahal. Bagian"bagian dari heat e&change jenis ini dapat dilihat pada gambar berikut.
1luida shell dan tube side masing"masing berisi dengan cincin terpisah dari kemasan terpisah dengan suatu lantern ring dan dipasang pada floating tube sheet. Cantern ring dilengkapi dengan #eep holes. 3ebocoran yang mele#ati packing pergi mele#ati #eep holes dan kemudian menetes ke tanah. 3ebocoran di packing tidak akan mengakibatkan pencampuran dua cairan di dalam e&changer. Cebar floating tube sheet harus cukup besar agar dapat mudah untuk packing, lantern ring dan differential e&pansion. $erkadang skirt digabungkan dengan tube sheet tipis untuk memberikan permukaan pada packing dan lantern ring. 4arak antara batas tabung yang luar dan bagian dalam shell adalah sedikit lebih besar dari yang untuk fi&ed"tube"sheet dan "tube e&changers. Penggunaan floating"tube"skirt menyebabkan peningkatan jarak ini. $anpa skirt, jarak harus
17
dipertimbangkan untuk gangguan lubang tabung selama tabung menggoncang dekat tepi luar tabung atau untuk pengelasan ujung tube pada floating tube sheet. 2.+.+ uts!"e)Pa%ke"),l'at!ng Heat E$%hanger
1luida dari sisi shell mengandung balutan dari banyak cincin, yang ditekan diantara kotak isian dengan balutan penyokong cincin.
7ulu, konstruksi ini sering digunakan di industri kimia, tapi beberapa tahun belakangan ini penggunaannya telah berkurang. 3onstruksi bundle yang dapat dipindahkan menyesuaikan dengan perbedaan ekspansi antara shell dan tube dan penggunaannya untuk perbaikan bagian shell hingga +%D kPa dan >;; lbf* in pada %>;0 (>;;;1). $idak terdapat batasan angka pada jumlah dari sisi tube yang dilalui atau pada desain tekanan dan temperature bagian tube. =utside" packed floating heat e&changer merupakan tipe umum yang sering digunakan untuk konstruksi bundle yang dapat dipindahkan di industri kimia. !aat floating"tube"sheet skirt mengalami kontak dengan balutan dari cincin, dapat menghaluskan akhir mesin. !plit"shear"ring masuk pada alur floating"tube"sheet skirt. !lip on backing flange, pada saat penggunaannya, ditahan di tempat untuk shear ring, terpasang pada e&ternal floating"head co5er. 1loating head co5er biasanya berupa cakram bundar, dengan sejumlah ganjil dari tube"side passes, no88le aksial bisa dipasang pada floating"head co5er. 4ika sisi no88le diperlukan, cakram bundar diganti oleh dished head atau channel barrel (sama seperti gambar %%">f) terpasang diantara floating"head co5er dan floating"tube"sheet skirt. 2.+. Internal ,l'at!ng Hea" E$%hanger 18
7esain internal"floating"head e&changer digunakan secara ekstensif di jasa pertroleum refinery, tapi beberapa tahun belakangan ini, penggunaannya menurun, $ube bundle lebih mudah dipindahkan dan floating tube sheet yang bergerak ( atau mengambang ) dapat menyesuaikan dengan perbedaan ekspansi antara shell dan tube. Batas tube terluar mendekati diameter bagian dalam gasket pada floating tube sheet. 4arak (antara shell dan =$C) adalah G mm (% %*F in) untuk shell pipa dan D mm (% D*%> in untuk diameter plate shell sedang). !plit backing ring dan baut biasanya menahan floating head co5er pada floating tube sheet. !plit backing ring dan baut biasanya terletak melebihi ujung shell dan di dalam co5er"shell berdiameter besar. !hell co5er, split backing ring, dan floating head co5er harus dipindahkan sebelum tube bundle bisa mele#ati e&changer shell. 2.+. Pull)Thr'ugh),l'at!ng Heat E$%hanger.
3onstruksinya sama seperti internal"floating"head split"backing ring e&changer kecuali floating"head co5ernya yang terpasang tepat pada floating tube sheet, $ube bundle dapat diambil tanpa memindahkan shell co5er atau floating" head co5er. Hal ini dapat mengurangi #aktu pera#atan saat pemeriksaan dan perbaikan. 4arak yang besar antara shell dan tube harus tesedia untuk gasket dan baut pada floating"head co5er. 4araknya sekitar ", kali dibandingkan dengan desain 19
yang dibutuhkan split"ring. !ealing strips atau dummy tubes biasanya dipasang untuk mengurangi tube bundle yang mele#ati. 2.+.4 ,all!ng),!lm E$%hangers
1alling film shell and tube heat e&changer telah dikembangkan untuk macam"macam pelayanan dan dibuat oleh !ack (0hem.eng program,>,(juli %G>D)). 1luida masuk di puncak 5ertical tabung, 7istributor atau slotted tubes menyimpan liuid di aliran film di dalam permukaan tubes, dan film menempel pada permukaan tabung saat jatuh ke dasar tabung. 1il dapat didinginkan. 7ipanaskan, diuapkan atau dibekukan (oleh medium perpindahan panas yang cocok) di luar tabung. $ube distributor telah dikembangkan untuk berbagai macam aplikasi. 1i&ed tube sheets dengan atau tanpa sambungan ekspansi dan outside"packed head adalah desain yang digunakan. 2.+.5 (l!t)#a%k!ng)r!ng ,l'at!ng Hea" -T(e 0
!atu tubesheet fi& dengan baik pada shell dan tubesheet satunya terapung, dan dimungkinkan untuk memindahkan secara terpisah antara shell side dan tube side, serta seluruh tube bundle dapat dilepas. ntuk memisahkan antara fluida pada shell dengan fluida yang mele#ati tube side, maka dipergunakan flanged co5er yang dibautkan pada split backing ring pada sisi lain tubesheet. Akses ke tube end pada stationary end hanya dapat dilakukan dengan melepaskan head co5er, sedangkan akses ke tube end pada floating head end dilakukan dengan
20
melepas
shell
co5er,
split
back
ring
dan
floating
head
co5er.
Ada internal joint pada type ini sehingga membutuhkan design yang sangat hati hati dan cermat. 2.+.6 uts!"e Pa%ke" 7l'at!ng hea" -T(e P0
ntuk memasukkan fluida dari tube side ke floating head, salah satu silindrical barrel (!kirt) dilaskan pada sisi luar floating tubesheet, sementara lainya ditetapkan dengan sebuah slip on backing flange dan flat co5er. Backing flange dipasang dengan sebuah split shear ring yang ditempatkan dalam celah pada skirt, keberadaan split shear ring memungkinkan bagi flange dan co5er untuk dilepas. $ekanan dan temperatur pada shell side terbatas pada ; bar dan ;; deg0. 2.+.18 Ba'nat tu#e
Pada type ini, tube bagian luar, tube bagian dalam dan shell side dapat dilepaskan secara bebas. $ype ini cocok untuk perbedaan temperatur yang e&trim antara kedua fluida di shell side dan tube side. 1ree end masing"masing pipa bagian luar di seal ke sebuah co5er !hell side biasanya dilengkapi dengan buffle seperti halnya type lain, akan tetapi untuk ukuran shell 5ertikal yang relati5e pendek kadang tidak diperlukan adanya buffle. !ecara garis besarnya ada dua $ahap 7etail 7esign untuk !hell and $ube Heat E&changer. 21
$ahap pertama adalah $hermal 7esign dan selanjutnya diteruskan dengan echanical 7esign. =utput atau hasil yang diperoleh pada $hermal design akan menjadi data input untuk echanical design. 2.+.11 D'u#le #un"le 9a('r!:er
7ouble type ini adalah spesial design non"$EA dan cocok dipergunakan untuk penguapan liuid pada temperatur yang rendah. eskipun dapat dipenuhi dengan single bundle, akan tetapi spesial design diperlukan untuk mencegah pembekuan kondensate. Bundle bagian ba#ah berperan sebagai kettle yang memanaskan fluida dalam shell dan pendinginan terjadi pada fluida pada tube side, sementara itu bundle bagian atas berperan menurunkan kembali temperatur fluida dapam shell dan menyerap panasnya untuk menguapkan fluida dingin pada tibe side pada bundle atas ini.
&euntungan shell ; tu#e e$%hanger <
22
a. emiliki permukaan perpindahan panas persatuan 5olume yang lebih besar b. empunyai susunan mekanik yang baik dengan bentuk yang cukup baik untuk operasi bertekanan. c. $ersedia dalam berbagai bahan konstruksi d. Prosedur pengopersian lebih mudah etode perancangan yang lebih baik telah tersedia
2. Pera=atan (a"a alat hell an" Tu#e Heat E$%hanger
%. elakukan pembersihan secara berkala seperi di ba#ah ini •
Alirkan minyak panas atau hasil penyulingan melalui tabung atau shell dengan kecepatan yang baik,pada umumnya secara efektif dapat memindahkan kotoran atau hal serupa yang masih tersimpan didalamnya.
•
2aram yang tersimpan mungkin dapat dicuci bersih dengan mengalirkan air panas yang bersih.
•
Beberapa campuran pembersih komersil seperti @=akite dan @7o#ell mungkin efektif dalam menghilangkan kotoran yang sulit dihilangkan.
•
4ika tidak satupun dari metoda diatas efektif untuk menghilangkan sesuatu dalam skala besar, coke mungkin dapat digunakan.
. Amati kondisi bagian dalam dan luar dari seluruh tabung dan jaga kebersihannya. elalaikan dalam pemeliharaan kebersihan semua tabung dapt mengakibatkan kemacetan aliran yang mengalir sepanjang tabung, dengan konsekuensi tabung menjadi terlalu panas dibandingkan dengan sekitar tabung, yang akan menghasilkan perluasan tegangan dan membocorkan tabung hingga tube"sheet"joint.3etika shutting do#n untuk perbaikan, hal yang penting bah#a semua cairan dikeringkan dari heat e&changer dan dikendurkan sampai tekanan atmosfer dan temperature lingkungan. . 4angan mencoba untuk membersihkan tabung dengan mengeluarkan uap air melalui tabung indi5idu. Hal ini menjadikan tabung terlalu panas dan 23
mengakibatkan perluasan tegangan dan membocorkan tube hingga tube" sheet"joint. +. 4angan menangani tube bundle dengan pengait atau perkakas lain yang mungkin dapat merusak tabung. . ntuk memperat suatu sambungan tabung, gunakan roller tipe tube e&pander yang sesuai. >. ntuk membersihkan dan memeriksa di dalam tabung, pindahkan channel co5er (atau bonnet) dan jangan memindahkan channel. D. ntuk menempatkan kebocoran sambungan antara tabung dan lembar tabung atau suatu tabung terpisah, prosesnya sebagai berikut a. $ipe 0hannel •
Pindahkan channel co5er
•
enerapkan tekanan hidrolik di dalam shell
b. $ipe bonnet •
Pindahkan bonnet
•
Bolt test ring pada tempatnya dengan gasket dan packing
•
enerapkan tekanan hidrolik di dalam shell
2unakanlah hanya air dingin untuk tes hidrostatis. $itik dimana jalannya air keluar menandakan adanya tabung atau sambungan yang bocor.
BAB III
24
PENUTUP
3.1 &es!m(ulan
!hell and tube heat e&changer merupakan jenis alat penukar panas yang banyak digunakan pada suatu proses seperti petroleum, industri kimia, dan industri H/A0. !hell and tube heat e&changer mena#arkan area penukaran panas yang besar dan menyediakan efisiensi perpindahan panas yang tinggi. $erdapat banyak 5ariasi pada desain shell and tube. !ecara khusus, ujung dari tiap tabung dihubungkan ke plenums (terkadang disebut #ater bo&es) melalui lubang dalam tube sheets. !hell and $ube Heat E&changer adalah jenis Heat E&changer yang paling umum dipergunakan pada proses >;. Pemilihan material tabung yang harus sesuai dengan periode lama diba#ah kondisi"kondisi operasi (temperature, tekanan, pH, dan lain"lain) untuk memperkecil hal yang buruk seperti korosi. !emua yang dibituhkan yaitu melakukan pemilihan seksama atas bahan yang kuat, thermal"conducti5e, corrosion resistant, material tabung bermutu tinggi, yang secara khas berbahan metal. Pilihan material tabung yang buruk bisa mengakibatkan suatu kebocoran melalui suatu tabung antara sisi shell dan tube yang menyebabkan fluida yang le#at terkontaminasi dan kemungkinan hilangnya tekanan.
3.2 aran
DA,TAR PUTA&A
25
Anonim. (;%). @Alat Heat E&changer (online). $ersedia di http-**beckfk.blogspot. com* ;%*;*alat"heat"e&changer.html. Anonim. (;%;). @Pembagian Heat E&changer Berdasarkan Bentuk 3onstruksinya (online). $ersedia di - http-**ja5a borneo.blogspot.com*;%%*;*pembagian"heat"e&changer" berdasarkan.html ml. scribd .com*doc*+F%>;F>* A3ACAH "3=PC6$ ml. scribd.com*doc*...*makalah"heat "e&changer"doc& is#ahyudiFG>.blogspot.com*...*heat "e&changer.html jep journey.blogspot.com*;%*;>*heat"e&changer.html
26