Tugas Khusus KP Fix1

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Dalam hal konversi energi pada dewasa ini, penggunaan energi sangat diperhitungkan karena pemakaiannya sangat erat dengan biaya operasi. Pada dasarnya semakin banyak energi yang terpakai berarti semakin tinggi biaya operasi. Peralatan perpindahan panas adalah jenis peralatan yang banyak digunakan dalam suatu industri, baik digunakan dalam proses untuk pemanasan maupun proses pendinginan suatu zat. Kondisi operasi yang tepat dapat menghasilkan produk yang sesuai dengan yang didinginkan dari suatu proses atau kondisi operasi untuk di simpan di storage tank . Kondisi operasi antara lain berkaitan dengan temperatur dan tekanan proses. Kondisi operasi yang sering menjadi perhatian adalah masalah temperatur. Untuk memperoleh temperatur yang diinginkan dari suatu proses, maka bahan zat yang akan direaksikan, dipisahkan, atau dalam proses penyimpanan harus dipanaskan atau diinginkan terlebih dahulu. Untuk itu diperlukan suatu alat penukar panas yang biasa dipakai dalam industri yaitu Heat yaitu Heat Exchanger. High Vacuum Unit II merupakan merupakan salah satu unit pengolahan minyak bumi yang ada pada kilang CD&L PT. PERTAMINA RU III Plaju – Sungai Gerong yang mengolah minyak mentah long residue menjadi residue menjadi produk – produk – produk, produk, seperti: off gas, vacuum gas oil (LVGO, (LVGO, MVGO dan HVGO) dan vacuum residue. residue. Pada High Pada High Vacuum Unit II , long residue sebelum residue sebelum dipanaskan pada furnace pada furnace dipanaskan terlebih dahulu di Feed di Feed Preheater Train. Train . Feed Preheater Train Tr ain terdiri dari empat buah HE jenis Sheel and Tube, Tube , yaitu E-14-006 A/B (HVGO exchanger ), ), E-14-003 A/B/C (MVGO exchanger ), ), E-14-010 ABC (vacuum ( vacuum residue exchanger ) dan E-14-009 A/B/C/D (vacuum ( vacuum residue exchanger ). ). Heat exchanger (HE) ini tentunya ada jangka waktu tertentu, kapan HE tersebut masih dikatakan berfungsi dengan baik sesuai dengan desain awalnya. Jika suatu fluida banyak mengandung impurities, akan semakin cepat terjadi

1

pengendapan di alat HE tersebut yang mengakibatkan terjadi penurunan efisiensi efisi ensi dan kinerjanya. kinerjanya. Pada saat ini penggunaan HE dapat membantu menaikkan temperatur long residue. residue. Namun, penggunaan HE saja belum dapat mencapai temperatur long residue yang diinginkan untuk masuk ke kolom distilasi sehingga digunakan juga furnace untuk mencapai suhu tersebut. Jika HE mempunyai efisiensi tinggi maka kehilangan panas dapat ditekan sekecil mungkin yang pada akhirnya akan mengurangi biaya untuk penyediaan energi suatu pabrik. Evaluasi kinerja HE dilakukan untuk menentukan kapan saatnya HE harus dibersihkan karena jika dilakukan pembersihan secara berkala akan menambah performa dan efisiensi dari HE tersebut. 1.2. Rumusan Masalah

Umumnya HE didesain untuk mendapatkan perpindahan panas yang diinginkan. HE E-14-006 A/B, E-14-003 A/B/C, E-14-010 A/B/C dan E-14-009 A/B/C/D di High di High Vacuum Unit II mempunyai mempunyai tugas sebagai pemanas long residue dengan media pemanas berupa sebagai berikut: 1. Pada HE E-14-003 ABC dengan fluida panas MVGO ( Medium ( Medium Vacuum Gas Oil ) 2. Pada HE E-14-006 AB dengan fluida panas HVGO ( High Vacuum Gas Gas Oil ). ). 3. Pada HE E-14-009 ABCD dengan fluida panas vacuum residue. residue. 4. Pada HE E-14-010 ABC dengan fluida panas vacuum residue. residue. Pemanasan tersebut bertujuan untuk meringankan beban dari furnace untuk

memanaskan

crude

sebelum

masuk

kolom

fraksionasi.

Dengan

berkurangnya beban dari furnace dari furnace,, maka kebutuhan fuel oil yang yang digunakan untuk pembakaran di furnace di furnace juga juga akan semakin berkurang. Kinerja pre-heater sangat mempengaruhi temperatur long residue residue agar sesuai dengan kondisi di kolom distilasi vakum. Oleh sebab itu evaluasi kinerja dan efisiensi dari pre-heater dari pre-heater di di HVU II perlu dimonitor dan dievaluasi secara rutin agar kondisi temperatur dapat dijaga sesuai dengan kondisi yang telah ditetapkan.

2

pengendapan di alat HE tersebut yang mengakibatkan terjadi penurunan efisiensi efisi ensi dan kinerjanya. kinerjanya. Pada saat ini penggunaan HE dapat membantu menaikkan temperatur long residue. residue. Namun, penggunaan HE saja belum dapat mencapai temperatur long residue yang diinginkan untuk masuk ke kolom distilasi sehingga digunakan juga furnace untuk mencapai suhu tersebut. Jika HE mempunyai efisiensi tinggi maka kehilangan panas dapat ditekan sekecil mungkin yang pada akhirnya akan mengurangi biaya untuk penyediaan energi suatu pabrik. Evaluasi kinerja HE dilakukan untuk menentukan kapan saatnya HE harus dibersihkan karena jika dilakukan pembersihan secara berkala akan menambah performa dan efisiensi dari HE tersebut. 1.2. Rumusan Masalah

Umumnya HE didesain untuk mendapatkan perpindahan panas yang diinginkan. HE E-14-006 A/B, E-14-003 A/B/C, E-14-010 A/B/C dan E-14-009 A/B/C/D di High di High Vacuum Unit II mempunyai mempunyai tugas sebagai pemanas long residue dengan media pemanas berupa sebagai berikut: 1. Pada HE E-14-003 ABC dengan fluida panas MVGO ( Medium ( Medium Vacuum Gas Oil ) 2. Pada HE E-14-006 AB dengan fluida panas HVGO ( High Vacuum Gas Gas Oil ). ). 3. Pada HE E-14-009 ABCD dengan fluida panas vacuum residue. residue. 4. Pada HE E-14-010 ABC dengan fluida panas vacuum residue. residue. Pemanasan tersebut bertujuan untuk meringankan beban dari furnace untuk

memanaskan

crude

sebelum

masuk

kolom

fraksionasi.

Dengan

berkurangnya beban dari furnace dari furnace,, maka kebutuhan fuel oil yang yang digunakan untuk pembakaran di furnace di furnace juga juga akan semakin berkurang. Kinerja pre-heater sangat mempengaruhi temperatur long residue residue agar sesuai dengan kondisi di kolom distilasi vakum. Oleh sebab itu evaluasi kinerja dan efisiensi dari pre-heater dari pre-heater di di HVU II perlu dimonitor dan dievaluasi secara rutin agar kondisi temperatur dapat dijaga sesuai dengan kondisi yang telah ditetapkan.

2

1.3. Ruang Lingkup dan Batasan Masalah

Ruang lingkup dan batasan masalah tugas khusus pada laporan kerja pratik ini adalah mengevaluasi performance mengevaluasi performance feed preheater pada unit HVU II mencakup duty, duty, nilai U factor , fouling factor dan pressure drop drop menggunakan data desain dan data Plant Test 2010. 1.4. Metode Pengambilan data

Metode yang digunakan dalam pengumpulan data yang diperlukan dalam penyusunan laporan kerja praktek ini adalah: 1. Study literature Metode ini dilakukan dengan cara membaca buku-buku pegangan yang ada, seperti buku laporan kerja praktek sebelumnya. 2. Metode interview Metode ini dilakukan dengan cara bertanya langsung dengan karyawan yang berpengalaman di bidangnya bidangnya yang dibahas dalam laporan kerja praktek ini. 3. Metode referensi Metode ini dilakukan dengan cara mencari bahan-bahan ke perpustakaan atau buku-buku yang diperlukan dalam penyelesaian masalah dalam laporan kerja praktek ini. 4. Metode observasi Metode pengambilan data dilakukan dengan cara turun langsung ke lapangan, meihat langsung alat yang dibahas. Data diambil dari ruangan control room di kilang CD&L.

3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan tetapi hanya dapat dirubah bentuknya dari satu bentuk ke bentuk lain atau dapat dipindahkan dari satu tempat ke tempat lain, dan salah salah satu bentuk energi itu adalah panas. Dalam suatu proses panas dapat mengakibatkan terjadinya kenaikan suhu suatu zat atau perubahan tekanan, reaksi kimia, dan kelistrikan.Perpindahan panas akan terjadi apabila ada perbedaan temperatur antara dua bagian benda. Panas akan berpindah dari temperatur tinggi ke temperatur yang lebih rendah. Dalam industri Kilang Minyak Bumi maupun industri yang lain , proses pertukaran panas penting dalam rangka konservasi energi, keperluan proses, persyaratan keamanan, dan lindungan lingkungan.Panas dapat berpindah dengan tiga cara, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. 2.1. Perpindahan Perpindaha n Panas Secara Konduksi

Merupakan perpindahan panas antara molekul-molekul yang saling berdekatan antara yang satu dengan yang lainnya dan tidak diikuti oleh perpindahan molekul-molekul tersebut secara fisik.Molekul-molekul benda yang panas bergetar lebih cepat dibandingkan molekul-molekul benda yang berada dalam keadaan dingin. Getaran-getaran yang cepat ini, tenaganya dilimpahkan kepada molekul di sekelilingnya sehingga menyebabkan getaran yang lebih cepat maka akan memberikan panas. 2.2. Perpindahan Perpindaha n Panas Secara Konveksi

Perpindahan panas dari suatu zat ke zat yang lain disertai dengan gerakan partikel atau zat tersebut secara fisik.Pergerakan ini terjadi antara fluida atau di dalam fluida itu sendiri, dan tidak dapat terjadi pada solid. Pada solid, molekul tetap pada posisinya, pergerakan secara bulk atau adanya aliran tidak memungkinkan, sehingga konveksi tidak akan terjadi pada solid.

4

2.3. Perpindahan Perpindaha n Panas Secara Radiasi

Perpindahan panas tanpa melalui media (tanpa melalui molekul). Suatu energi dapat dihantarkan dari suatu tempat ke tempat lainnya (dari benda panas ke benda yang dingin) dengan pancaran gelombang elektromagnetik dimana tenaga elektromagnetik ini akan berubah menjadi panas jika terserap oleh benda yang lain. 2.4. Heat Exchanger

Heat Exchanger adalah alat penukar panas yang digunakan untuk mempertukarkan panas secara kontinue dari suatu medium ke medium lainnya dengan membawa energi panas. Secara umum ada 2 tipe penukar panas, yaitu: 1. Direct Heat exchanger, dimana kedua medium penukar panas saling kontak satu sama lain. Yang tergolong Direct Heat exchanger e xchanger adalah Cooling Tower dimana operasi perpindahan panasnya terjadi akibat adanya pengontakan langsung antara air dan udara. 2. Indirect Heat exchanger, dimana kedua media penukar panas dipisahkan oleh sekat/dinding dan panas yang berpindah juga melewatinya. Yang tergolong Indirect Heat exchanger antara antara lain penukar panas jenis shell jenis shell and tube, double pipe heat exchanger, dan plate dan plate heat exchanger .

Gambar 2.1. Shell and tube heat exchanger

5

Gambar 2.2. Double pipe heat exchanger Klasifikasi heat exchanger berdasarkan fungsinya, yaitu: 1. Heat Exchanger Alat penukar panas ini memanfaatkan panas suatu aliran fluida untuk pamanasan aliran fluida yang lainnya, sehingga terjadi perpindahan panas karena beda suhu kedua aliran fluida tersebut. 2.

Cooler Alat ini berfungsi untuk mendinginkan fluida cair dan gas dengan menggunakan media pendingin air atau udara. Tipe-tipe cooler, antara lain: a. Tipe pipe coil 1). Spiral COIL 2). PIPE COIL 3). Box cooler (lebih baik/bagus yang tube-3 dan shell) b. Tipe air cooler Media pendingin yang digunakan adalah udara

3. Condenser Alat ini berfungsi untuk mengembunkan uap atau campuran uap. Sebagai media pendingin biasanya digunakan air. Umumnya condenser memiliki tipe shell and tube dan dapat mempunyai dua tipe yaitu tipe vertical dan tibe horizontal yang masing-masing mempunyai keuntungan sendiri-sendiri. Tipe-tipe condenser berdasarkan fungsi: a. Partial condenser Alat ini memiliki fungsi hanya mengembunkan sebagian dari total uap yang dihasilkan (kondensat) yang dipakai sebagai reflux, biasanya dipasang dekat puncak dalam fraksinasi.

6

b. Overhead condenser Alat ini memerankan 3 hal pada saat bersamaan yakni mendinginkan uap, mengembunkan uap menjadi cairan, kemudian mendinginkan menjadi cairan tersebut. c. Surface condenser Alat ini berfungsi untuk mengkondensasikan steam, yang mana kondensasi ini dijalankan dengan tekanan vakum dari 1 sampai 1,5 inHg absolute. Untuk membuat tekanan vakum digunakan ejector. 4. Heater Alat ini berfungsi untuk memanaskan fluida cair atau uap dengan menggunakan steam atau air panas yang mana dengan memberikan sensible heat. 5. Evaporator Alat ini berfungsi untuk mendinginkan atau menguapkan fluida cair dengan menggunakan steam atau media panas lainnya. 6. Chiller Alat ini berfungsi untuk mendinginkan fluida pada temperature rendah. Sebagai media pendinginnya dapat digunakan air, propane, Freon, ataupun amoniak. 7. Reboiler Biasanya dihubungkan dengan dasar kolom fraksionasi atau stripper untuk melengkapi panas pendidihan yang diperlukan untuk destilasi. Sebagai media pemanas dapat berupa steam atau fluida panas (misalnya residu). Tipe dari alat ini adalah tipe ketel dengan tipe shell and tube, dimana shell membesar untuk memindahkan penguapan. Selain itu dapat digunakan furnace. Macam-macam reboiler : a. Natural Circulation / thermosiphon reboiler yang mendidih diperoleh dengan mempertahankan head yang cukup dari liquid untuk melengkapi sirkulasi.

7

b. Forced circulation reboiler dengan menggunakan pompa untuk mendorong liquid masuk reboiler. 8. Air cooled exchanger (air cooler) Air cooler exchanger digunakan untuk mendinginkan fluida pada suhu ambient dengan udara. Diklasifikasikan sebagai berikut : a. Forced draft Bila letak tube pada daerah discharge dan fan. b. Induced draft Bila letak tube pada daerah suction dan fan. Klasifikasi Heat Exchanger berdasarkan kontruksinya antara lain : 1. Fixed tube sheet Kedua tube sheet tepat pada shell. Kelemahan dari tipe ini adalah jika perbedaan suhu telalu besar maka tube akan bengkok 2. Floating Heat/tube sheet (removeable and non removeable bundles) Satu tube sheet „loates‟ dalam shell , yang lain tepat pada shell . Tipe ini dapat digunakan pada suhu tinggi (>200 oF), dapat dioperasikan pada fluida yang kotor 3. U-tube, U-bundle Hanya pada satu tube sheet dioperasikan pada tube bentuk U. dapat digunakan pada suhu yang tinggi. 4. Kettle Tube bundle removable sebagai tipe U dan floating head . Shell membesar untuk memudahkan pendidihan dan penguapan. 5. Double pipe Masing-masing tube mempunyai shell sendiri-sendiri untuk membentuk ruang annulus. Biasa digunakan finned tube. 6. Pipe coil Tipe pipe coil yaitu: a. Spiral coil

8

Coil yang direndam dalam box coil yang berisi air, digunakan untuk pemanasan dan pendinginan. Coil berbentuk spiral. b. Pipe coil Biasa dipasang pada dasar suatu tankiuntuk memanaskan isi tanki dengan aliran steam dalam pipa. Dapat berbentuk hair pain, spiral, tipe ring. c. Box coil Pendinginan dilakukan dengan jalan mengalirkan fluida panas dalam suatu coil yang tercelup dalam media pendingin air. Klasifikasi Heat exchanger berdasarkan Standar TEMA. TEMA

(Tubular

Exchanger

Manufacturing

Assosiation ),

mengklasifikasikan HE berdasarkan perencanaan dan pembuatannya menjadi tiga kelas yaitu: 1. Heat exchanger kelas „R‟ umumnya digunakan untuk industri minyak dan peralatan untuk proses tersebut 2. Heat exchanger kelas „C‟ umumnya digunakan untuk keperluan komersil 3. Heat exchanger kelas „B‟ umumnya digunakan untuk proses kimia.

Gambar 2.3. Klasifikasi heat exchanger berdasarkan TEMA

9

Klasifikasi heat exchanger berdasarkan jenis alirannya: 1. Heat exchanger counter current (aliraran berlawanan arah) Jika aliran kedua fluida yang mengalir dalam HE berlawanan arahn ya 2. Heat exchanger co-current (aliran searah) Jika aliran fluida yang didinginkan dengan media pendinginnya searah. 3. Hear exchanger cross current (aliran silang) Jika aliran fluida yangmengalir dalam HE saling memotong arah 2.5. Alat Penukar Panas Dilihat dari Arah Aliran dan Tube Layout

Apabila ditinjau aliran fluida alat penukar panas ini dibagi dalam tiga macam aliran, yaitu: 1. Aliran sejajar 2. Aliran berlawanan arah atau counter flow 3. aliran kombinasi Susunan

tube

(tube

layout) akan

mempengaruhi

baik

buruknya

perpindahan panas. Disamping itu, pemilihan harus mempertimbangkan sistem pemeliharaan yang akan dilakukan. Pembersihan tube secara mekanika atau secara kimiawi akan mempengaruhi pemilihan dari tube. Selain susunannya yang terjadi, aliran laminar atau turbulen, bersih atau kotor fluida yang mengalir. Susunan tube terdiri dari: 1. Tube dengan susunan bujur sangkar ( In-line square pitch) 2. Tube dengan susunan segitiga samam sisi (Triangular pitch) 3. Tube dengan susunan berbentuk belah ketupat ( Diamond square pitch) 4. Tube dengan susunan segitiga diputar 60 oC ( Rotated triangular pitch)

Gambar 2.4. Susunan tube

10

Susunan tube segitiga lebih banyak digunakan dan menghasilkan panas yang baik persatuan penurunan tekanan. Disamping itu, letak tubenya lebih kompak dan koefisien perpindahan panasnya lebih baik. 2.6. Shell and Tube Heat exchanger

Secara keseluruhan komponen utama penyusun shell and tube heat exchanger adalah: 1. Shell Biasanya berbentuk silinder yang berisi tube bundle sekaligus sebagai wadah mengalirnya zat 2. Head stationer Head stationer merupakan salah satu bagian ujung dari penukar panas. Pada bagian ini terdapat saluran masuk fluida yang mengalir kedalam . 3. Head bagian belakang Head bagian belakang ini terletak diujung lain dari alat penukar panas 4. Sekat (baffle) Sekat digunakan untuk membelokkan atau membagi aliran dari fluida dalam alat penukar panas. Untuk menentukan sekat diperlukan pertimbangan teknis dan operasional. Macam-macam baffle, yaitu: a. Horisontal cut baffle 1) Baik untuk semua fase gas atau fase liquid dalam shell 2) Baik ada dissolves gas dalam liquid yang dapat dilepaskan dalam heat exchanger maka perlu diberi ‘notches’ dalam baffle b. Vertical cut baffle Baik untuk liquid yang membawa suspended matter atau yang heavy fouling fluida c. Disc and doughtnut baffle 1) Fluida harus bersih, bila tidak akan terbentuk sediment dibelokkan doughtnut

11

2) Kurang baik, sebab bila ada dissolved gas yang terlepas, bias dilepaskan melalui top dari doughtnut , bila ada kondensat liquid tidak dapat didrain tanpa large ports pada doughtnut. d. Baffle dengan annular orifice Baffel ini jarang digunakan kerena terdiri dari full circular plate dengan lubang-lubang untuk semua tube. e. Longitudinal baffle Digunakan pada shell side untuk membagi aliran shell side menjadi dua atau beberapa bagian untuk memberikan kecepatan yang lebih tinggi untuk perpindahan panas yang lebih baik. 5. Tube Tube merupakan pemisah dan sebagai pengantar panas yang berbeda suhunya diantara dua zat yang berada di dalam suatu alat. Pemilihan tube ini harus sesuai dengan suhu, tekanan, dan sifat korosi fluida yang mengalir. Tube ada dua macam, yaitu: a. Tube polos (bare tube) b. Tube bersirip ( finned tube) 6. Tube sheet Berfungsi sebagai tempat duduk tube bundle pada shell 7. Channel and pass partition Channel merupakan tempat keluar masuknya fluida pada tube, sedangkan pass partition merupakan pembatas antara fluida yang masuk dan keluar tube. 8. Shell cover and channel cover Shell cover and channel cover adalah tutup yang dapat dibuka pada saat pembersihan. 2.7. F ouli ng factor (Rd)

Dalam heat exchanger , fouling adalah peristiwa terakumulasinya padatan yang tidak dikehendaki dipermukaan penukar panas yang terkontak dengan fluida kerja, termasuk permukaan perpindahan panas. Peristiwa tersebut adalah pengedapan, pengerakan, korosi, polimerisasi dan proses-proses biologi.

12

Fouling mengakibatkan kenaikan tahanan perpindahan panas, sehingga meningkatkan biaya, baik investasi maupun perawatan. Akibat terjadinya fouling , maka ukuran penukar panas menjadi lebih besar, kehilangan energi meningkat, waktu shut down dapat lebih panjang dan biaya perawatan meningkat. Antisipasi terhadap terjadinya fouling

dalam perancangan dapat dilakukan dengan

menggunakan variable operasi dan konfigurasi yang tepat. Pencegahan fouling dapat dilakukan dengan tindakan : 1. Menekan potensi fouling , misalnya dengan penyaringan 2. Menggunakan bahan konstruksi yang tahan terhadap korosi 3. Menepatkan nozzle (tube side dan shell side) di permukaan tertinggi atau terendah pada heat exchanger , untuk menghindari terjadinya kantungkantung gas ataupun kantung volume fluida diam. Interface gas cair merupakan

lokasi

terjadinya

korosi,

dan

kantung

udara

diam

memungkinkan terjadinya pengendapan. Fouling factor adalah suatu angka yang menunjukan hambatan akibat adanya kotoran yang terbawa oleh fluida yang mengalir dalam heat exchanger . Kotoran ini berupa lumpur, polimer, dan deposit lain yang terbentuk di bagian dalam maupun bagian luar dinding tube exchanger . Nilai ini digunakan untuk mendesain agar mengetahui hambatan yang masih diperbolehkan selama operasi normal sebelum pembersihan. Fouling factor tergantung pada nilai koefisien perpindahan panas ke seluruh permukaan bersih (Uc) dan nilai koefisien perpindahan panas keseluruhan untuk permukaan kotor (Ud). Jika fouling factor makin besar efisiensi perpindahan panas semakin menurun dan akibatnya pressure drop makin besar. Secara umum yang dapat menyebabkan terjadinya fouling pada alat operasi adalah : 1. Hard Deposit , yaitu kerak yang berasal dari hasil korosi maupun cooking 2. Porous Deposit , yaitu kerak yang berasal dari dekomposisi dari kerak keras 3. Loss Deposit , yaitu kerak yang berasal dari deposit seperti lumpur dan material lunak yang lain.

13

BAB III METODOLOGI

3.1 Pengumpulan Data

Langkah awal dalam mencapai tujuan evaluasi Heat Exchange r adalah pengumpulan data primer dan data sekunder. 3.1.1. Pengumpulan Data Primer

Pengumpulan data primer dilakukan untuk dijadikan dasar analisa “Evaluasi Performance Heat Exchanger (feed preheater) High Vacuum Unit II” diperoleh dari Heat Exchanger Data Sheet High Vacuum Unit , PERTAMINA RU-III Plaju dari JGC Corporation. 3.1.2. Pengumpulan Data Sekunder

Pengumpulan data sekunder untuk digunakan bahan perhitungan pada Heat exchanger diperoleh dari data-data dan grafik literatur serta Laporan Plant Test 2010 berupa data-data temperatur masuk dan keluar, data-data laju alir masing-masing fliuda yang mengalir, baik di shell maupun di tube serta sifat-sifat feed maupun produk. 3.2 Pengolahan Data

Dari data yang diperoleh baik primer maupun sekunder dilakukan pengolahan data melalui perhitungan dengan cara Kern, sebagai berikut : Langkah-langkah perhitungan : 1. Menghitung LMTD

LMTD 

Dimana :

t 1  t 2 t ln 1 t 2  t1

: T inlet fluida panas – T outlet fluida dingin  t2

2.

(Kern, pers. 5.14)

: T outlet fluida panas – T inlet fluida dingin

Koreksi LMTD (Coulson, vol.6 hal. 655 dan Kern, hal. 94)

14

R 

S 

T 1  T 2 t 2  t 1 t 2  t 1 T 1  T 2

Dari Fig. 18 Kern, diperoleh harga FT maka LMTD corr. = LMTD * F T

(Kern, pers. 7.42)

Dimana : R dan S : Temperature efficiency T1, T2

: Temperatur inlet dan outlet fluida panas, ºC

t 1, t2

: Temperatur inlet dan outlet fluida dingin, ºC

FT

: Faktor perbedaan temperatur

3. Neraca Panas Untuk perhitungan performance

alat

penukar

panas,

pada

dasarnya

menggunakan persamaan : Q = m * Cp*  t Dimana : Q

: jumlah panas yang dipindahkan, kcal/jam

m

: laju alir massa, kg/jam

Cp

: spesifik heat , kcal/kg.ºC

t

: perbedaan temperatur yang masuk dan keluar, ºC

4. Overall Heat Transfer Coefficient (Ud) Ud 

Q A * t

Dimana :



A

(Kern, pers. 5.3) t

: LMTD corr. : Luas permukaan perpindahan panas, m2 A dapat diketahui melalui data design

5. Menghitung temperatur kalorik Tc, tc : Tc = T2 + Fc *( T 2-T1)

(Kern, 5.28)

tc = t1 + Fc * (t 1-t2)

(Kern, 5.28)

6. Menghitung koefisien transfer film hi dan hio dengan langkah-langkah sbb: a. Menghitung Flow area, a

15

a s 

ID * C '* B

Dimana : ID

at



(Kern, pers. 7.1)

144 * P T

: inside diameter shell , ft

C'

: clearance, inchi

B

: baffle space, inchi

PT

: pitch, inc

as

: flow area shell , ft2

N t * at ' 144 * n

Dimana : at

(Kern, pers. 7.48) : flow area tube, ft2

Nt

: jumlah tube

at‟

: flow area per tube, ft2

n

: jumlah pass

b. Menghitung mass velocity, G (Kern, hal. 138) G s = W / a s danGt = w / a t

(Kern, pers. 7.2)

Dimana : Gs

: mass velocityshell , kg/jam.ft2

Gt

: mass velocitytube, kg/jam.ft2

W

: flow rate fluida di shell , kg/jam

W

: flow rate fluida di tube, kg/jam

c. Menghitung Reynold number, Re Res = De.G s / μ,

Ret = D.Gt / μ

(Kern, pers. 7.3)

Dimana : Res : Reynold number di shell Ret : Reynold number di tube De

: diameter ekivalen shell , ft

D

: diameter ekivalen tube, ft

μ

: viskositas pada tempertur kalorik, ºF

d. Menghitung koefisien transfer, h (Kern, pers. 6.15a dan 6.15b)

 k   c.  ho  j H *   *   De   k  Dimana

1 3

*  s

,

 k   c.  hi  j H *   *    D   k 

ho

: koefisien transfer di shell , Btu/jam.ft2.0F

hi

: koefisien transfer di tube, Btu/jam.ft2.0F

16

1 3

*  t

k

: konduktivitas pada temperature kalorik, Btu/jam.ft.0F

c

: specific Heat pada temperature kalorik, Btu/lb.oF

e. Menghitung tube wall temperature, t w t w  t c 

ho  s ho  s  hio  t

Dimana,

Tc  tc  (Kern, pers. 5.31)

tw :tube wall temperature, ºF

f. Menghitung corrected koefisien, h

 h   h  ho   o  *  s dan hio   io  *  t   t    s 

(Kern, pers. 6.36 & 6.37)

7. Clean Overall Heat TransferCoefficient , Uc U C 

hio .ho hio  ho

Dimana

UC

(Kern, pers. 6.38) : clean overall coefficient

8. Dirt Factor , Rd Rd 

Uc  Ud Uc.Ud

(Kern, pers. 6.13)

3.3. Perhitungan A. Perhitungan Desain Heat Exchanger E-14-003 ABC

Profil Suhu HE E-14-003 262 oC 207oC

o

236 C

180oC

1) Neraca Panas Long Residue :

Qcold

= m  Cp  (Tcout  Tcin ) = 359.143,6 lb/jam  0.638 btu/lb.ºF  (456,8 – 356)ºF

17

= 23.096.669,93 Btu/jam :

MVGO

= M  Cp  (Thin  Thout )

Qhot

= 343.325,5 lb/jam  0.693 btu/lb.ºF  (503,6 – 404,6)ºF

= 23.554.530,70 Btu/jam

2) Log Mean Temperature Differensial

hot fluid (ºF)

cold fluid (ºF)

Difference (ºF)

503,6

Higher Temperature

456,8

46,8

404,6

Lower Temperature

356

48,6

99

Difference

100,8

-1,8

LMTD 

R



S 

T 1



t 2

t 1  t 2 = 47,7 ºF t 1 ln t 2 T 2 t

= 0,982

 1

t 2  t 1 T 1  T 2

= 0,683

Dari harga R dan S diperoleh Ft = 0,92 LMTD terkoreksi (dt)

(Fig.20, Kern)

= LMTD  Ft = 47,7 ºF  0,92 = 43,9 ºF

3. Caloric Temperature tc/th

= 1,038

Kc = 0,15 (Crude oil controlling)

(Fig.17, Kern)

Fc = 0,45

Tc  T 2  Fc  (T 1  T 2 )

tc  t 1  Fc  (t 2  t 1 )

= 449,2 ºF

= 401,4 ºF

SHELL

TUBE

Long Residue, Cold Fluid

MVGO, Hot Fluid

18

F low Area

4‟) as 

ID.c'. B

Nt .at ' Nt .at ' at  at  144.n 144.n

144. Pt

= 0,6438 ft 2

= 0,3326 ft 2

M ass Velocity

5‟) w = 359.143,6 lb/jam

W = 343.325,5 lb/jam

w

Gs 

Gt 

as

= 557.833,7 lb/jam.ft 2

W at

= 1.032.126,7 lb/jam.ft 2

Reynold N umber

6‟) pada tc = 401,4 ºF

pada Tc = 449,2 ºF

 =0,16cp = 0,3872lb/ft.jam (Fig.14) De=0,99 in=0,0825 ft Re s



De.Gs 

(Fig.28)

D = 0,782in = 0, 0651 ft

= 118.856,6

7‟) jH = 205

 =0,09 cp =0,2178 lb/ft.hr (Fig. 14)

Re t 

(Fig. 28)

D.Gt 

= 308.816,6

jH = 600

8‟) pada tc = 401,4 ºF

(Fig. 24)

pada Tc = 449,2 ºF

c= 0,66 Btu/lb.ºF

(Fig. 4)

k = 0,0745 Btu/jam.ft.ºF

c = 0,71 Btu/lb.ºF

(Fig. 1)

k = 0.079 Btu/jam.ft.ºF

(c. /k)1/3 = 1,508 De  k 

k  c.  hi  j H .   . t D  k 

ho /  s = 279,188

h / i t = 909,876

10‟) Tube-Wall Temperature t

 c 

(Fig. 1)

13

13

t w

(Fig. 4)

(c. /k)1/3 = 1,25

c.  9‟) h  j . k    . s o H

ho  s

(Tab.10)

hio  s

= 414,827 ºF

ho  s  hio  t



hi  s



ID OD

hio / t = 711,523

11‟) pada tw = 414,827 ºF

pada tw = 414,827 ºF

 w=0,15 cp =0,363 lb/ft.jam (Fig.14)

 w=0,1 cp =0,242 lb/ft.jam (Fig.14)

19

     s     w 

0,14

     t     w 

= 1,009

0,14

= 0,985

Corr ected coeff ici ent

12‟) ho



ho  s

hio 

 s

ho = 281,722 Btu/jam.ft 2.ºF

hio

 t

 t

hio = 701,105 Btu/jam.ft 2.ºF

Shell in Series = 3 13) Clean Overall Coefficient UC : U C



hio .ho hio



ho

U C = 66,989 Btu/jam.ft 2.ºF U C = 326,908 kcal/jam.m2.ºC

14) Desain Overall Coefficient U D : a” = 0,2618 ft 2 /lin ft

(Tab. 10)

Total Surface, A = 3143,6615 ft 2 U D 

Q A.dt

U D = 56,91 Btu/jam.ft 2.ºF U D = 277,769 kcal/jam.m2.ºC

15) Dirt Factor Rd : Rd 

U C  U D U C .U D

Rd = 0,0026 jam.ft 2.ºF/Btu = 0,00054 hr.m2.ºC/kcal 16) Effisiensi  

 

Q cold Q hot



100 %

23.096.669 ,93 23.554.530 ,70

 100 %  98 % 17)

20

Friction Factor

a. Tube Ret = 308.816,6 f = 0,00011 sq ft/sq in (Fig.26) b. Shell Res = 118.856,6 f = 0,0013 sq ft/sq in (Fig.29)

18) Specific Gravity (s)

a. Tube Tc = 449,2 °F s = 0,665

(Fig.6)

b. Shell tc = 401,4 °F s = 0,605

(Fig.6)

19) Banyak lintasan yang melintang (Number of Croses)

N + 1 = 12 x L / B = 21,0344 Ds = IDs = 3,281 ft

20) Pressure Drop (ΔP)

a. Tube        

ΔPt =

        

= 6,3126 psi

(Fig.26)

∆Pr (Pressure Drop Return) ΔPr =

   

 





 = 5,233 psi

(Fig.27)



ΔPT = ΔPt + ΔPr = 11,545 psi b. Shell ΔPs =

               

= 10,618 psi

(Fig.29)

B. Perhitungan Plant Test 2010 Heat Exchanger E-14-003 ABC

21

Profil Suhu HE E-14-003

245oC 182oC

199oC

180 oC

1. Neraca Panas Long Residue :

= m  Cp  (Tc out  Tcin )

Qcold

= 321.966,4 lb/jam  0.62 btu/lb.ºF  (390,2 – 356)ºF

= 6.826.975,26 Btu/jam MVGO :

= m  Cp  (Thin  Thout )

Qhot

= 216.328,3 lb/jam  0,65 btu/lb.ºF  (473 – 359,6)ºF = 15.945.561,76 Btu/jam

2. Log Mean Temperature Differensial hot fluid (ºF)

cold fluid (ºF)

Difference (ºF)

473

Higher Temperature

390,2

82,8

359,6

Lower Temperature

356

3,6

113,4

Difference

34,2

79,2

LMTD 

R



S 

T 1 t 2



t 1  t 2 = 25,3 ºF t 1 ln t 2

T 2 t

 1

t 2  t 1 T 1  T 2

= 3,316

= 0,292

Dari harga R dan S diperoleh Ft = 0,866

22

(Fig.20, Kern)

LMTD terkoreksi (dt) = LMTD  Ft = 21,9 ºF 3. Caloric Temperature tc/th

= 0,043

Kc = 0,29

(Crude oil controlling) (Fig.17, Kern)

Fc = 0,18

Tc  T 2  Fc  (T 1  T 2 )

tc  t 1  Fc  (t 2  t 1 )

= 380,0 ºF

= 362,2 ºF

SHELL

TUBE


MVGO, Hot Fluid

F low Area

4‟) as 

Nt .at ' Nt .at ' at  at  144.n 144.n

ID.c'. B 144. Pt

= 0,6438 ft 2

= 0,3326 ft 2

M ass Velocity

5‟) w = 321.966,4 lb/jam Gs 

W = 216.328,3 lb/jam

w

Gt 

as

= 500.088,8 lb/jam.ft 2

W at

= 650.339,9 lb/jam.ft 2

Reynold N umber

6‟) pada tc = 362,2 ºF

pada Tc = 380 ºF

 =0,8 cp = 1,936 lb/ft.jam (Fig.14) De= 0,99 in = 0,0825 ft Re s



De.Gs 

(Fig.28)

D = 0,782 in = 0, 0651 ft (Tab.10)

= 21.310,6

7‟) jH = 90

 =0,35 cp = 0,847 lb/ft.jam (Fig.14)

Re t 

(Fig. 28)

D.Gt 

= 50.036

jH = 150

8‟) pada tc = 362,2 ºF

(Fig. 24)

pada Tc = 380 ºF

c = 0,605 Btu/lb.ºF

(Fig. 4)

c = 0,625 Btu/lb.ºF


( Fig. 1)


(c. /k)1/3 = 2,560

(c. /k)1/3 = 1,953

23

(Fig. 4) (Fig. 1)

13

13

De  k 

k  c.  hi  j H .   . t D  k 

ho /  s = 194,945

h / i t = 319,270

c.  9‟) h  j . k    . s o H

10‟) Tube-Wall Temperature t w

t

 c 

ho  s

hio  s

= 369,985 ºF




hi  s



ID OD

hio / t = 249,669

11‟) pada tw = 369,985 ºF


 w=0,75 cp = 1,815 lb/ft.jam (Fig.14)

 w=0,35 cp = 0,847 lb/ft.jam (Fig.14)

     s     w 

0 ,14

     t     w 

= 1,009

0 ,14

=1


12‟) ho



ho  s

hio 

 s


hio

 t

 t





hio .ho hio



ho



(Tab. 10)

Total Surface, A = no tube x panjang x a” = 3143,6615 ft 2 U D 

Q A. t (lmtd )


15) Dirt Factor Rd :

24

Rd 


Rd = 0,0066 jam.ft 2.ºF/Btu = 0,00135 hr.m2.ºC/kcal

16)Effisiensi  

 

Q cold Q hot



100 %

6.826.975, 26 15.945.561 ,76



100 % 

43 %

17) Friction Factor

c. Tube Ret = 50.036 f = 0,00012 sq ft/sq in (Fig.26) d. Shell Res = 21.310,6 f = 0,0012 sq ft/sq in (Fig.29)


c. Tube Tc = 380°F s = 0,74

(Fig.6)

d. Shell tc = 362,2 °F s = 0,785

(Fig.6)


N + 1 = 12 x L / B = 21,0344 Ds = IDs = 3,281 ft

25


a. Tube        

ΔPt =

        

= 2,421 psi

(Fig.26)


   

 





 = 1,654 psi

(Fig.27)




               

= 6,071 psi

(Fig.29)

C. Perhitungan Desain Heat Exchanger E-14-006 AB

Profil Suhu HE E-14-006 A/B

324 oC 238 oC

180 oC

o

85 C


Qcold

= m  Cp  (Tc out  Tcin ) = 718.287,2 lb/jam  0.588 btu/lb.ºF  (356 – 185)ºF

= 72.222.436,63 Btu/jam HVGO:

Qhot

= M  Cp  (Thin  Thout ) = 641.257,8 lb/jam  0,745 btu/lb.ºF  (615,2 – 460,4)ºF = 73.953.436,46 Btu/jam


cold fluid (ºF)

26

Difference (ºF)

615,2

Higher Temperature

356

259,2

460,4

Lower Temperature

185

275,4

154,8

Difference

171

- 16,2

LMTD 

R



S 

T 1 t 2



t 1  t 2 = 266,2 ºF t 1 ln t 2

T 2 t

= 0,905

 1

t 2  t 1 T 1  T 2

= 0,397

Dari harga R dan S diperoleh Ft = 0,98 (Fig.18, Kern) LMTD terkoreksi (dt) = LMTD  Ft = 261,9 ºF 3. Caloric Temperature tc/th

= 1,0625

Kc = 0,23


Fc = 0,48

tc  t 1  Fc  (t 2  t 1 )

Tc  T 2  Fc  (T 1  T 2 ) = 534,7 ºF

= 267,1 ºF

SHELL

TUBE


HVGO, Hot Fluid

F low Area

4‟) as 

ID.c'. B

Nt .at ' Nt .at ' at  at  144.n 144.n

144. Pt

= 0,9768 ft 2

= 1,2507 ft 2

M ass Velocity

5‟) w = 718.287,2 lb/jam

W = 641,257,8 lb/jam

27

Gs 

w

Gt 

as

= 735.327,8 lb/jam.ft 2

W at

= 512.710,0 lb/jam.ft 2

Reynold N umber

6‟) pada tc = 267,1 ºF

pada Tc = 534,7 ºF

 = 1,1 ; cp = 2,662 lb/ft.jam (hal 164

 = 0,12; cp = 0,2904 lb/ft.jam (hal 164

maxwell) De= 0,99 in = 0,0825 ft (Fig.28) Re s



De.Gs 

maxwell) D = 0,782 in = 0, 06516 ft (Fig.28)

= 22.789,1

7‟) jH = 85

Re t 

(Fig. 28)

8‟) pada tc = 267,1 ºF c = 0.57 Btu/lb.ºF

D.Gt 

= 115.053,7

jH = 550

(Fig. 24)

pada Tc = 534,7 ºF (Fig. 4)


c = 0.745 Btu/lb.ºF

( Fig. 1)


(c. /k)1/3 = 2,726

13

13

k  c.  hi  j H .   . t D  k 

De  k 

ho /  s = 210,368

h / i t = 889,023

10‟) Tube-Wall Temperature

hio

t w

t

 c 

ho  s



(Fig. 1)

(c. /k)1/3 = 1,433

c.  9‟) h  j . k    . s o H

ho  s

(Fig. 4)

 s

= 329,249 ºF

hio  t



hi  s



ID OD

hio / t = 695,215

11‟) pada tw = 329,249 ºF

pada tw = 329,249ºF

 w=0,7 ; cp = 1,694 lb/ft.jam (hal 164

 w=0,3 ; cp = 0,726 lb/ft.jam (hal 164

maxwell)      s     w 

0 ,14

maxwell)      t    w  

= 1,065

0,14

= 0,879


12‟) ho



ho  s

hio 

 s


hio

 t

 t


Shell in Series = 2

28

13) Clean Overall Coefficient UC : U C

hio .ho



hio



ho


14) Desain Overall Coefficient U D : a” = 0,2618 ft 2 /ln ft

(Tab. 10)


Q A. t (lmtd )

U D = 35,822 Btu/jam.ft 2.ºF U D = 183,107 kcal/jam.m2.ºC 15) Dirt Factor Rd : Rd 


Rd = 0,0144 jam.ft 2.ºF/Btu = 0,00296 jam.m2.ºC/kcal 16) Effisiensi  

 

Q cold Q hot



100 %

72.222.436 ,63 73.953.792 ,46



100 % 

98%

17) Friction Factor

e. Tube Ret = 115.053,7 f = 0,00022 sq ft/sq in (Fig.26) f.

Shell Res = 22.789,1

29

f = 0,0019 sq ft/sq in (Fig.29)


e. Tube Tc = 534,7 °F s = 0,586 f.

(Fig.6)

Shell tc = 267,1 °F s = 0,774

(Fig.6)


N + 1 = 12 x L / B = 15,2499 Ds = IDs = 3,609 ft


a. Tube        

ΔPt =

        

= 2,3201 psi

(Fig.26)


  



 



 

 = 0,791 psi

(Fig.27)


               

= 13,952 psi

(Fig.29)

D. Perhitungan Plant Test 2010 Heat Exchanger E-14-006 AB

Profil Suhu HE E-14-006 A/B

o

284 C 181 oC

174 oC

30

117 oC



Qcold

= 643.932,0 lb/jam  0.569 btu/lb.ºF  (345,2 – 242,6)ºF

= 37.592.412,54 Btu/jam HVGO:


Qhot

= 505.223,9 lb/jam  0,673 btu/lb.ºF  (543,2 – 357,8)ºF = 63.038.993,23 Btu/jam


cold fluid (ºF)

Difference (ºF)

543,2

Higher Temperature

345,2

198

357,8

Lower Temperature

242,6

115,2

185,4

Difference

102,6

82,8

LMTD 

R



S 

T 1 t 2



t 1  t 2 = 152,9 ºF t 1 ln t 2

T 2 t

 1

t 2  t 1 T 1  T 2

= 1,807

= 0,341

Dari harga R dan S diperoleh Ft = 0,85 (Fig.18, Kern) LMTD terkoreksi (dt) = LMTD  Ft = 129,9 ºF 3. Caloric Temperature

31

tc/th

= 0,5818

Kc = 0,47


Fc = 0,423

Tc  T 2  Fc  (T 1  T 2 )

tc  t 1  Fc  (t 2  t 1 )

= 436,3 ºF

= 286,0 ºF

SHELL

TUBE


HVGO, Hot Fluid

F low Area

4‟) as 

Nt .at ' Nt .at ' at  at  144.n 144.n

ID.c'. B 144. Pt

= 0,9768 ft 2

= 1,2507 ft 2

M ass Velocity

5‟) w = 643.932,0 lb/jam Gs 

W = 505,223,9 lb/jam

w

Gt 

as

= 659.208,6 lb/jam.ft 2

W at

= 403,945,8 lb/jam.ft 2

Reynold N umber

6‟) pada tc = 286,0 ºF

pada Tc = 534,7 ºF

 = 1,37 ; cp = 3,315 lb/ft.jam (hal 164

 = 0,12; cp = 0,2904 lb/ft.jam (hal 164




De.Gs 


= 16.403,7

7‟) jH = 73

Re t 

(Fig. 28)

8‟) pada tc = 286,0 ºF c = 0.565 Btu/lb.ºF k = 0.0715 Btu/jam.ft.ºF

D.Gt 

= 27.194,0

jH = 92

(Fig. 24)


c = 0.65 Btu/lb.ºF

( Fig. 1)

(Fig. 4)


(c. /k)1/3 = 2,970

(c. /k)1/3 = 2,096 13

13

k  c.  hi  j H .   . t D  k 

c.  9‟) h  j . k    . s o H De  k 

32

(Fig. 1)

ho /  s = 187,903

h / i t = 202,134


hio

t w

t

 c 

ho  s ho  s



 s

= 367,589 ºF

hio  t



hi  s



ID OD

hio / t = 158,068

11‟) pada tw = 329,249 ºF


 w=0,8 ; cp = 1,936 lb/ft.jam (hal 164

 w=0,65 ; cp = 1,573 lb/ft.jam (hal 164

maxwell)      s     w 

0 ,14

maxwell)      t     w 

= 1,078

0,14

= 0,934


12‟) ho



ho  s

hio 

 s

ho = 202,601 Btu /jam.ft 2.ºF

hio

 t

 t





hio .ho hio



ho



(Tab. 10)


Q A. t (lmtd )

U D = 25,811 Btu/jam.ft 2.ºF U D = 125,957 kcal/jam.m2.ºC 15) Dirt Factor Rd :

33

Rd 


Rd = 0,0187 jam.ft 2.ºF/Btu = 0,00384 jam.m2.ºC/kcal 16. Effisiensi  

 

Q cold Q hot



100 %

37.592.412 ,54 63.038.993 ,23



100 % 

60%

17. Friction Factor

g. Tube Ret = 27.194,0 f = 0,00024 sq ft/sq in (Fig.26) h. Shell Res = 16.403,7 f = 0,002 sq ft/sq in (Fig.29)

18. Specific Gravity (s)

g. Tube Tc = 436,2 °F s = 0,69

(Fig.6)

h. Shell tc = 286,0 °F s = 0,795

(Fig.6)

19. Banyak lintasan yang melintang (Number of Croses)

N + 1 = 12 x L / B = 15,2499 Ds = IDs = 3,609 ft

20. Pressure Drop (ΔP)

34

a. Tube        

ΔPt =

        

= 0,714 psi

(Fig.26)


   

 





 = 0,301 psi

(Fig.27)




               

= 12,957 psi

(Fig.29)

E. Perhitungan Desain Heat Exchanger E-14-009 ABCD

Profil Suhu HE E-14-009 ABCD

o

354 C 269 oC

o

278 C

236 oC


Qcold

= m  Cp  (Tc out  Tcin ) = 718.287,2 lb/jam  0.69 btu/lb.ºF



(532,4 – 456,8)ºF

= 37.468.782,91 Btu/jam Vacuum Residue :

Qhot

= M  Cp  (Thin  Thout ) = 343.435,7 lb/jam



0,72 btu/lb.ºF  (669,2 – 516,2)ºF

= 37.832.924,78 Btu/jam

2. Log Mean Temperature Differensial hot fluid (ºF) 669,2

Higher Temperature

35

cold fluid (ºF)

Difference (ºF)

532,4

136,8

516,2

Lower Temperature

456,8

59,4

153

Difference

75,6

77,4

LMTD 

R



S 

T 1



t 2

t 1  t 2 = 92,8 ºF t 1 ln t 2

T 2 t

= 2,024

 1

t 2  t 1 T 1  T 2

= 0,356

Dari harga R dan S diperoleh Ft = 0,938 (Fig.18, Kern) LMTD terkoreksi (dt) = LMTD  Ft = 87,0 ºF 3. Caloric Temperature tc/th

= 0,434

Kc = 0,3


Fc = 0,42

Tc  T 2  Fc  (T 1  T 2 )

tc  t 1  Fc  (t 2  t 1 )

= 580,5 ºF

= 488,6 ºF

SHELL

TUBE


Vacuum Residue, Hot Fluid

F low Area

4‟) as 

Nt .at ' Nt .at ' at  at  144.n 144.n

ID.c'. B 144. Pt

= 0,9768 ft 2

= 0,3027 ft 2

M ass Velocity

5‟) w = 718.287,2 lb/jam Gs 

W = 343,435,7 lb/jam

w

Gs 

as

36

W at

= 735.327,8 lb/jam.ft

= 1.134.569,3 lb/jam.ft

Reynold N umber

6‟) pada tc = 488,6 ºF

pada Tc = 580,5 ºF

 = 0,1 ; cp = 0,242 lb/ft.jam (hal 164

 = 0,15; cp = 0,363 lb/ft.jam (hal 164




De.Gs 


= 250.679,9

7‟) jH = 340

Re t 

(Fig. 28)


D.Gt

= 203.680,7



jH = 470

(Fig. 24)



c = 0.74 Btu/lb.ºF

( Fig. 1)


(c. /k)1/3 = 1,311 13

hi  j H .

De  k 

k  c. 



13

 . t

D  k 

ho /  s = 405,9034

h / i t = 782,860


hio

t w

t

 c 

ho  s



(Fig. 1)

(c. /k)1/3 = 1,573

c.  9‟) h  j . k    . s o H

ho  s

(Fig. 4)

 s

= 513,634 ºF

hio  t



hi  s



ID OD

hio / t = 612,1967

11‟) pada tw = 525,194 ºF


 w=0,078 ; cp = 0,188 lb/ft.jam (hal 164

 w=0,2 ; cp = 0,484 lb/ft.jam (hal 164

maxwell)      s     w 

0 ,14

maxwell)      t     w 

= 1,035

0,14

= 0,9605


12‟) ho



ho  s

hio 

 s


hio

 t

 t


Shell in Series = 2 13) Clean Overall Coefficient UC :

37

U C

hio .ho



hio



ho



(Tab. 10)


Q A. t (lmtd )

U D = 58,293 Btu/jam.ft 2.ºF U D = 286,424 kcal/jam.m2.ºC 15) Dirt Factor Rd : Rd 


Rd = 0,00887 jam.ft 2.ºF/Btu = 0,00181 jam.m2.ºC/kcal

16) Effisiensi  

 

Q cold Q hot



100 %

37.468.782 ,91 37.832.924 ,78



100 % 

99%

17) Friction Factor

a. Tube Ret = 203.680,7 f = 0,0001 sq ft/sq in (Fig.26) b. Shell Res = 250.679,9

38

f = 0,00095 sq ft/sq in (Fig.29)


a. Tube Tc = 580,5 °F s = 0,6385r

(Fig.6)

b. Shell tc = 488,6 °F s = 0,585

(Fig.6)


N + 1 = 12 x L / B = 15,2499 Ds = IDs = 3,609 ft


a. Tube        

ΔPt =

        

= 9,8787 psi

(Fig.26)


  



 



 

 = 1,72 psi

(Fig.27)


               

= 9,83 psi

(Fig.29)

F. Perhitungan Plant Test 2010 Heat Exchanger E-14-009 ABCD

Profil Suhu HE E-14-009 ABCD 282oC 217oC

229oC

o

207 C

39



Qcold

= 643.932,0 lb/jam  0.68 btu/lb.ºF  (444,2 – 404,6)ºF

= 17.339.823,38 Btu/jam Vacuum Residue :


Qhot

= 226.899,5 lb/jam  0,674 btu/lb.ºF  (539,6 – 422,6)ºF = 17.692.862,56 Btu/jam


cold fluid (ºF)

Difference (ºF)

539,6

Higher Temperature

444,2

95,4

422,6

Lower Temperature

404,6

18,0

117

Difference

39,6

77,4

LMTD 

R



S 

T 1 t 2



t 1  t 2 = 45,8 ºF t 1 ln t 2

T 2 t

 1

t 2  t 1 T 1  T 2

= 2,955

= 0,293

Dari harga R dan S diperoleh Ft = 0,89 (Fig.18, Kern) LMTD terkoreksi (dt) = LMTD  Ft = 40,8 ºF 3. Caloric Temperature tc/th

= 0,188

Kc = 0,15


40

Fc = 0,36

Tc  T 2  Fc  (T 1  T 2 )

tc  t 1  Fc  (t 2  t 1 )

= 464,7 ºF

= 418,9 ºF

SHELL

TUBE



F low Area

4‟) as 

ID.c'. B

Nt .at ' Nt .at ' at  at  144.n 144.n

144. Pt

= 0,9768 ft 2

= 0,3027 ft 2

M ass Velocity

5‟) w = 718.287,2 lb/jam Gs 

W = 343,435,7 lb/jam

w

Gs 

as

= 659.208,6 lb/jam.ft 2

W at

= 749.581,9 lb/jam.ft 2

Reynold N umber

6‟) pada tc = 418,9 ºF

pada Tc = 580,5 ºF

 = 0,5 ; cp = 1,21 lb/ft.jam (hal 164

 = 0,15; cp = 0,363 lb/ft.jam (hal 164




De.Gs 


= 44.946,0

7‟) jH = 150

Re t 

(Fig. 28)


D.Gt 

= 6.728,3

jH = 27

(Fig. 24)



c = 0.635 Btu/lb.ºF

( Fig. 1)


(c. /k)1/3 = 2,256

(c. /k)1/3 = 4,182

13

c.  9‟) h  j . k    . s o H

hi  j H .

De  k 

ho /  s = 280,972

k  c. 



13

 . t

D  k 

h / i t = 109,178

41

(Fig. 4) (Fig. 1)

10‟) Tube-Wall Temperature t w

t

 c 

ho  s ho  s



hio  s

= 454,031 ºF

hio  t



hi  s



ID OD

hio / t = 85,377

11‟) pada tw = 454,031 ºF


 w=0,45 ; cp = 1,089 lb/ft.jam (hal 164

 w=2,5 ; cp = 6,05 lb/ft.jam (hal 164

maxwell)      s     w 

0 ,14

maxwell)      t     w 

= 1,0148

0,14

= 1,0258


12‟) ho

ho



 s

hio 

 s


hio

 t

 t



hio .ho



hio



ho


14) Desain Overall Coefficient UD : a” = 0,2618 ft 2 /ln ft

(Tab. 10)


Q A. t (lmtd )




42

Rd = 0,00245 jam.ft 2.ºF/Btu = 0,00050 jam.m2.ºC/kcal


 

Q cold Q hot



100 %

17.339.823 ,38 17.692.862 ,56



100 % 

98%

17) Friction Factor

21) Tube Ret = 6.728,3 f = 0,00034 sq ft/sq in (Fig.26) 22) Shell Res = 44.946,0 f = 0,00145 sq ft/sq in (Fig.29)


a. Tube Tc = 464,7 °F s = 0,79

(Fig.6)

b. Shell tc = 418,9 °F s = 0,746

(Fig.6)

19) Banyak lintasan yang melintang (Number of Croses) N + 1 = 12 x L / B = 15,2499 Ds = IDs = 3,609 ft


1. Tube ΔPt =

                

= 10,11 psi

43

(Fig.26)


  



 



 

 = 1,518 psi

(Fig.27)

ΔPT = ΔPt + ΔPr = 11,63 psi 2. Shell ΔPs =

               

= 10,63 psi

(Fig.29)

G. Perhitungan Desain Heat Exchanger E-14-010 ABC

Profil Suhu HE E-14-010

269oC 211oC

236oC

180 oC


Qcold

= m  Cp  (Tc out  Tcin ) = 359.143,6 lb/jam  0,645 btu/lb.ºF  (456,8 – 366)ºF

= 23.350.111,09 Btu/jam Vacuum Residue : Qhot

= m  Cp  (Thin  Thout ) = 343.435,7 lb/jam



0,658 btu/lb.ºF  (516,2 – 411,8)ºF

= 23.592.414,07 Btu/jam


cold fluid (ºF)

Difference (ºF)

516,2

Higher Temperature

456,8

59,4

411,8

Lower Temperature

366

55,8

104,4

Difference

100,8

3,6

44

LMTD 

R



S 

T 1



t 2

t 1  t 2 = 57,6 ºF t 1 ln t 2

T 2 t

= 1,036

 1

t 2  t 1 T 1  T 2

= 0,629

Dari harga R dan S diperoleh Ft = 0,94

(Fig.20, Kern)

LMTD terkoreksi (dt) = LMTD  Ft = 54,1 ºF 3. Caloric Temperature tc/th

= 0,043

Kc = 0,29


Fc = 0,39

Tc  T 2  Fc  (T 1  T 2 )

tc  t 1  Fc  (t 2  t 1 )

= 452,5 ºF

= 395,3 ºF

SHELL

TUBE



F low Area

4‟) as 

Nt .at ' Nt .at ' at  at  144.n 144.n

ID.c'. B 144. Pt

= 0,4263 ft 2

= 0,479 ft 2

M ass Velocity

5‟) w = 343.435,7lb/jam Gs 

W = 359.143,6lb/jam

w

Gt 

as

= 805.710,1 lb/jam.ft 2

W at

= 749.777,9 lb/jam.ft 2

Reynold N umber

45

6‟) pada Tc = 452,5 ºF

pada tc = 395,3 ºF

 =0,25cp = 0,605 lb/ft.jam (Fig.14) De= 0,99 in = 0,0825 ft Re s



De.Gs

(Fig.28)

D = 0,782 in = 0, 0651 ft (Tab.10)

= 109.869,6



7‟) jH = 220

 =0,18 cp = 0,4356 lb/ft.jam (Fig.14)

Re t 

(Fig. 28)

D.Gt 

= 112.168,3

jH = 298

8‟) pada Tc = 452,5ºF

(Fig. 24)

pada tc = 395,3 ºF

c = 0,66 Btu/lb.ºF

(Fig. 4)

c = 0,66 Btu/lb.ºF


( Fig. 1)


(c. /k)1/3 = 1,795

13

13

De  k 

k  c.  hi  j H .   . t D  k 

ho /  s = 330,345

h / i t = 536,277

10‟) Tube-Wall Temperature t

 c 

ho  s

(Fig. 1)

(c. /k)1/3 = 1,565

c.  9‟) h  j . k    . s o H

t w

(Fig. 4)

hio  s

= 477,721 ºF




hi  s



ID OD

hio / t = 419,368

11‟) pada tw = 477,721 ºF


 w=0,215 cp = 0,520 lb/ft.jam (Fig.14)

 w=0,12 cp = 0,2904 lb/ft.jam (Fig.14)

     s     w 

0 ,14

     t     w 

= 1,0213

0 ,14

= 1,0584


12‟) ho



ho  s

hio 

 s


13) Clean Overall Coefficient UC : 

hio .ho hio



 t

 t


Shell in Series = 3

U C

hio

ho


46


(Tab. 10)


Q A. t (lmtd )




Rd = 0,0149 jam.ft 2.ºF/Btu = 0,0030 hr.m2.ºC/kcal


 

Q cold Q hot



100 %

23.350.111 ,09 23.592.414 ,07



100 % 

99%

17) Friction Factor

a. Tube Ret = 112.168,3 f = 0,00014 sq ft/sq in (Fig.26) b. Shell Res = 109.869,6 f = 0,00122 sq ft/sq in (Fig.29)


a. Tube

47

tc = 395,3 ºF s = 0,675

(Fig.6)

b. Shell Tc = 452,5 ºF s = 0,72

(Fig.6)


N + 1 = 12 x L / B = 38,124 Ds = IDs = 3,397 ft


a. Tube        

ΔPt =

        

= 3,888 psi

(Fig.26)


  



 



 

 = 2,56 psi

(Fig.27)


               

= 7,533 psi

48

(Fig.29)

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil

Dari perhitungan Evaluasi Performance Heat Exchanger (Feed Preheater) High Vacuum Unit II di dapat hasil sebagai berikut : Tabel 4.1. Performance HE E-14-003 ABC Parameter

Satuan

Desain

Plant Test 2010

Efisiensi

%

98

43

Q

Btu/hr

23.554.530,70

6.826.975,26

UD

Btu/hr.ft .oF

56,91

33,627

R D

hr.ft .oF/Btu

0,0026

0.0066

Tabel 4.2. Performance HE E-14-006 AB Parameter

Satuan

Desain

Plant Test 2010

Efisiensi

%

98

60

Q

Btu/hr

72.222.436,63

37.592.412,54

UD

Btu/hr.ft .oF

35,822

25,811

R D

hr.ft2.oF/Btu

0,0144

0,0187

Tabel 4.3. Performance HE E-14-009 ABCD Parameter

Satuan

Desain

Plant Test 2010

Efisiensi

%

99

99

Q

Btu/hr

37.468.782,91

17.489.823,38

UD

Btu/hr.ft .oF

58,293

57,041

R D

hr.ft2.oF/Btu

0,00887

0.00245

Tabel 4.4. Performance HE E-14-010 ABC Parameter

Satuan

Desain

Efisiensi

%

99

49

Plant Test 2010

Q

Btu/hr

23.350.111,09

UD

Btu/hr.ft .oF

32,481

R D

hr.ft .oF/Btu

0,0149

Tabel 4.5. Kondisi HE E-14-003 ABC Kondisi

L ong Residu e

MVGO

Desain

PT 2010

Desain

PT 2010

162.905

146.042

155.730

98.125

Suhu masuk

180

180

262

245

Suhu keluar

236

199

207

182

(oC)

56

19

55

63

Flowrate (kg/jam) Suhu (oC)

T

Tabel 4.6. Kondisi HE E-14-006 AB Kondisi

L ong Residu e

HVGO

Desain

PT 2010

Desain

PT 2010

325.810

292.083

290.870

229.166

Suhu masuk

85

117

324

284

Suhu keluar

180

174

238

181

(oC)

95

43

86

103


T

Tabel 4.7. Kondisi HE E-14-009 ABCD Kondisi

L ong Residu e

Vacuu m Residue

Desain

PT 2010

Desain

PT 2010

325.810

292.083

155.780

102.920

Suhu masuk

236

207

354

282

Suhu keluar

278

229

269

217


50

T

(oC)

42

22

85

65

Tabel 4.8. Kondisi HE E-14-010 ABC Kondisi

L ong Residu e

Desain

Flowrate (kg/jam)

Vacuu m Residue

PT 2010

Desain

162.905

155.780

Suhu masuk

180

269

Suhu keluar

236

211

(oC)

56

58

PT 2010

Suhu (oC)

T

4.2. Pembahasan

Fungsi dari Heat Exchanger E-14-003 ABC, E-14-006 AB, E-14-009 ABCD dan E-14-010 ABC adalah sebagai feed preheater long residue sebelum masuk kolom distilasi vakum unit HVU II dan juga sebagai pendingin produk dari kolom distilasi vakum di unit HVU II. Perhitungan performance Heat Exchanger dilakukan untuk membandingkan harga Overall Heat Transfer Coefficient (Ud) Plant Test 2010 dengan Ud desain serta untuk mengetahui fouling factor atau tahanan pengotoran (Rd) sehingga diketahui performance atau kinerja HE, efisiensi HE dan juga diketahui apakah perlu dilakukan cleaning /pembersihan akibat nilai Rd yang melebihi nilai Rd yang diizinkan. Parameter yang dipakai untuk menganalisa performance suatu HE di antaranya adalah koefisien perpindahan Panas (Koefisien Design Overall/Ud), fouling factor atau tahanan kekotoran (Rd) dan effisiensi HE.

4.2.1. Pengamatan Pada H eat E xchanger (F eed Pr eheater ) Unit HVU II Koefisien perpindahan panas (Ud)

Koefisien perpindahan panas adalah suatu konstanta yang berfungsi sebagai parameter yang menunjukkan jumlah panas/kalor yang ditransfer oleh fluida panas ke fluida dingin per °F per satuan waktu per ft².

51

Fluida panas yang memanaskan long residue pada masing-masing HE adalah sebagai berikut: 1. Pada Heat Exchanger E-14-003 ABC fluida dingin long residue mengalir pada shell dan fluida panas MVGO ( Medium Vacuum Gas Oil ) mengalir pada tube. 2. Pada Heat Exchanger E-14-006 AB fluida dingin long residue mengalir pada shell dan fluida panas HVGO ( High Vacuum Gas Oil ) mengalir pada tube. 3. Pada Heat Exchanger E-14-009 ABCD fluida dingin long residue mengalir pada shell dan fluida panas vacuum residue mengalir pada tube. 4. Pada Heat Exchanger E-14-010 ABC fluida dingin Long Residue mengalir pada tube dan fluida panas vacuum residue mengalir pada shell . Dari Tabel 4.1., 4.2., 4.3., 4.4, terlihat perbedaan harga koefisien perpindahan panas (Ud) pada PT 2010 dan desain. Perbedaan tersebut disebabkan besar kecilnya jumlah panas (Q) yang dipindahkan antara kedua fluida pada saat PT 2010 dengan desain. Sedangkan Q sendiri sangat tergantung dari jumlah flow rate atau (W) yang dialirkan (besarnya kalor yang ditransfer oleh fluida panas) ke fluida dingin (long residue). Sehingga jika flow rate/massa yang masuk semakin besar maka panas yang dibutuhkan semakin besar pula. Panas yang terus menerus untuk memanaskan feed yang masih banyak mengandung fraksi berat ini akan mengakibatkan fouling .

F ouling F actor / Tahanan kekotoran (Rd)

Fouling factor merupakan suatu parameter yang menunjukkan besarnya faktor pengotor dalam alat penukar panas yang diakibatkan terbentuknya lapisan yang memberikan tahanan tambahan terhadap aliran panas. Lapisan ini dimungkinkan berasal dari korosi pada bahan konstruksi HE atau endapan yang terdapat dalam HE setelah HE dipakai untuk beberapa lama. Berdasarkan Tabel 4.1., 4.2., 4.3., 4.4., harga Rd yang diperoleh pada setiap HE tampak bahwa harga Rd desain lebih rendah daripada harga Rd perhitungan PT 2010. Hasil ini menunjukkan bahwa fouling factor masih bisa di tolerir karena nilai Rd PT 2010 tidak berbeda jauh dibandingkan dengan Rd

52

desain. Hal ini dikarenakan flow rate fluida panas yang dialirkan terlalu besar dan adanya kandungan impurities dari dalam fluida tersebut. Dari hasil perhitungan Rd pada masing-masing HE, dapat dikatakan bahwa kinerja HE pada saat PT 2010 lebih baik daripada desain. Oleh karena itu, HE harus dengan rutin dibersihkan (routine cleaning ) dan dilakukan monitoring pressure drop.

Ef isiensi H E

Berdasarkan Tabel 4.1., 4.2., 4.3., 4.4., harga efisiensi yang diperoleh pada data desain lebih tinggi dibandingkan data PT 2010. Hasil tersebut menunjukkan bahwa performance HE pada kondisi PT 2010 mengalami penurunan dari kondisi desain. Penurunan efisiensi ini disebabkan karena kalor (Q) yang hilang pada PT 2010 lebih besar daripada desain. Hal ini disebabkan karena kalor yang dilepaskan dari fluida panas melebihi data desain, sehingga melebihi kemampuan isolasi HE untuk mempertahankan panasnya agar tidak hilang ke lingkungan.

53

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan perbandingan hasil perhitungan secara keseluruhan kinerja dari HE E-14-003 ABC, E-14-006 AB, E-14-009 ABCD, E-14-010 ABC pada saat PT 2010 masih dikatakan bagus. Hal ini dapat dilihat dari : a. Nilai koefisien perpindahan panas (Ud) pada PT 2010 lebih kecil dari desain. b. Fouling faktor tidak berbeda jauh dengan data desain. c. Efisiensi HE pada PT 2010 yang lebih rendah dari desain juga masih bisa diperbesar dengan mengurangi laju alir fluida panas.

5.2. Saran

Untuk memperlancar proses pengolahan produksi, disarankan agar dilakukan evaluasi performance HE untuk jangka waktu tertentu secara periodik sehinggga dapat diketahui saat kapan alat tersebut harus dibersihkan atau diganti. Dan perlu dilakukan penggantian atau penambahan isolasi HE agar tidak terlalu banyak kalor yang dilepaskan ke lingkungan. Untuk menaikkan efisiensi dari HE pada saat PT 2010 sebaiknya flow rate fluida panas menuju HE perlu dikurangi.

54

Tugas Khusus KP Fix1

Recommend Documents