Alat Penukar Kalor [Year] “Cara Mengurangi Fouling Pada Alat Penukar Kalor” Cahya Tri Anggara,0906488786
Fouling adalah Fouling adalah peristiwa terakumulasinya padatan yang tidak dikehendaki di permukaan Heat Exchanger Exchanger yang yang berkontak dengan fluida kerja, termasuk permukaan heat transfer. Peristiwa tersebut adalah pengendapan, pengerakan, korosi, polimerisasi dan proses biologi. Heat exchanger akan sulit terlepas dari dari Fouli Fouling ng (( beberapa heat exchanger dapat tidak terjadi foulin terjadi fouling g dan dan beberapa heat exchanger lainnya terus menurus mengalami akumulasi fouling ),Cukup banyak kerugian yang yang dapat dapat ditim ditimbul bulka kan n oleh oleh fouling terseb tersebut. ut. Biasan Biasanya ya peranca perancang ng heat exchang exchanger er akan memasukkan memasukkan nilai koefisien koefisien fouling pada saat saat penentua penentuan n koef koefisie isien n kese keselur luruhan uhan ( overall overall coeffic coefficient ient heat transfe transferr ) untuk untuk memast memastika ikan n bahwa bahwa heat exchanger tersebut nantinya ketika dioperasikan tidak mengalami masalah dalam jangka waktu yang cepat. Fouling juga Fouling juga dapat didefinisikan didefinisikan sebagai sebagai akumulasi endapan endapan yang tidak diiinginkan diiinginkan pada permukaan permukaan alat perpindahan perpindahan panas. Dikarenakan Dikarenakan terdapat terdapat endapan atau deposit deposit pada permukaan permukaan perpindahan perpindahan panas, maka dibutuhkan dibutuhkan luas perpindahan perpindahan panas yang lebih agar perpindahan panas yang diinginkan dapat tercapai. Pada shell Pada shell & tube heat exchanger , fouling fouling dapat dapat terjadi baik pada bagian dalam ( inner tube ) maupun luar tube ( outside tube ) dan dapat terjadi pula pada bagian dalam shell . Fouling . Fouling juga juga dapat menyebabkan pengurangan cross sectional area ( luas penampang meli melinta ntang ng ), dan dan menin meningk gkat atkan kan pres pressur suree drop drop,, sehin sehingg ggaa dibut dibutuhk uhkan an energ energii ekst ekstra ra untuk untuk pemompaan. pemompaan. Berikut Berikut beberapa beberapa kerugian kerugian yang yang disebabkan disebabkan oleh oleh fouling fouling :: Peningkatan capital capital cost cost , heat heat exchange exchanger r dengan fouling fouling yang yang tingg tinggii akan akan menyebabkan menyebabkan pengurangan pengurangan overa overall ll coef coeffic ficien ientt heat heat trans transfer fer , deng dengan an demi demiki kian an dibutuhkan luas area perpindahan yang lebih ( bila dibandingkan dengan fouling dengan fouling yang yang lebih rendah ). Luas HE yang lebih besar mengakibatkan peningkatan cost . 1.
Memerlukan Memerlukan energi tambahan, tambahan, energi tambahan sehubungan dengan peningkatan energi pompa pompa dan effisiensi termodinami termodinamika ka yang rendah pada kondensasi kondensasi dan siklus refrigerasi. 2.
Maintanance Maintanance cost untuk antifoulant, chemical treatment dan untuk pembersihan permukaan permukaan perpindahan perpindahan panas panas yang tertutup tertutup oleh fouli oleh fouling ng 3.
Pengurangan output atau keluaran ( rate ) dikarenakan pengurangan cross sectional sectional area Downtime cost cost (( downtime adalah kerugian waktu produksi yang diakibatkan oleh 5. Downtime peralatan peralatan tidak dapat dioperas dioperasikan ikan dengan dengan semestinya semestinya dikarenaka dikarenakan n oleh maintanance maintanance,, power failure atau power power trip, trip, breakdown breakdown dan lain lain - lain lain ). 4.
1
Alat Penukar Kalor [Year]
Fouling secara umum dapat dibagi menjadi beberapa jenis, yaitu sebagai berikut : 1.
2.
3.
4.
5.
6.
Precipitation fouling ( scaling ), adalah pengendapan bahan – bahan terlarut pada permukaan perpindahan panas. Jika solute memiliki karakteristik inverse ( kebalikan ) solubility, maka pengendapan terjadi pada permukaan panas lanjut ( superheated surface ), pengendapan ini disebut dengan scaling , contohnya calsium sulfat pada air, pengkristalan garam dari larutan encer. Pengendapan juga dapat terjadi melalui sublimasi seperti pada ammonium choride pada aliran uap. Particulate fouling , adalah akumulasi partikel ( dalam fluida ) pada permukaan perpindahan panas. Pada beberapa aplikasi, akumulasi partikel ini terjadi disebabkan oleh gravitasi. Fenomena ini disebut juga sedimentasi fouling . Contoh : dust , karat, pasir halus ( fine sand ) dan lain – lain. Chemical reaction fouling , adalah pembentukan deposit yang disebabkan oleh reaksi kimia, Nesta juga menyatakan chemical reaction fouling adalah pemecahan dan pengikatan senyawa – senyawa yang tidak stabil pada permukaan perpindahan panas. Oil sludge, Polimerisasi, coking dan cracking hidrokarbon adalah contohnya Corrosion fouling , Terjadi ketika permukaan perpindahan panas itu sendiri bereaksi membentuk produk korosi ( karat ) yang kemudian mengotori ( foul ) dan dapat menyebabkan bahan atau materi pengotor ( foulant ) lainnya menempel pada permukaan. , adalah penempelan mikro atau makro organisme biologi pada Biological fouling permukaan perpindahan panas. Solidification fouling , adalah solidifikasi ( pembekuan ) liquid pada permukaan subcooled heat transfer ( perpindahan panas pada sub cooled ) contohnya adalah pembekuan es.
Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi terjadinya fouling adalah sebagai berikut : 1.
2.
Flow Velocity , dengan kecepatan tinggi dapat meminimalkan pembentukan fouling ( untuk segala jenis fouling ) , namun yang harus di perhatikan juga bahwa menjalankan STHE ( shell & tube heat exchanger ) pada kecepatan alir tinggi dapat menyebabkan tingginya pressure drop, kecepatan tinggi juga dapat mengakibatkan erosi dan juga memerlukan energi pemompaan yang besar. Idealnya kecepatan untuk liquid yang mengalir dalam tube ( inside tube ) adalah dari range 1.5 – 2 m/s dan 1 – 1.5 m/s untuk luar tube. Temperature . Temperature permukaan sangat berpengaruh dalam pembentukan fouling . Pada normal solubility salt solution ( kelarutan normal larutan garam ) peningkatan konsentrasi garam akan naik seiring dengan naiknya temperature contohnya adalah NaCl, NaNO3. 2
Alat Penukar Kalor [Year] 3.
Material konstruksi dan permukaan yang halus , pemilihan meterial tube sangat penting, beberapa tipe biofouling dapat terhambat pembentukannya dengan menggunakan cooperbearing alloy, permukaan bahan atau materi tube yang halus dapat mengurangi laju pembentukan fouling . Copper dan alloy nya dapat mengurangi pembentukan biofouling dikarenakan materi atau bahan ini bersifat toksit terhadap organisme tersebut.
Berikut ini adalah cara mengurangi terjadinya fouling pada Heat Exchanger , yaitu : 1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Pemilihan heat exchanger ( HE ) yang tepat , Penggunaan beberapa tipe HE tertentu dapat mengurangi pembentukan fouling di karenakan area dead space yang lebih sedikit dibandingkan dengan tipe yang lainnya, seperti plate dan spiral heat exchanger , namun begitu jenis HE tersebut hanya dapat menangani design pressure sampai 20 – 25 bar dan design temperature 250 oC ( plate ) dan 400 oC ( spiral ). Gunakan diameter tube yang lebih besar . STHE umumnya didesain dengan ukuran tube dari 20 mm atau 25 mm, untuk penggunaan fluida yang kotor ( fouling resistance > 0.0004 h-m2 C/kal ) gunakan tube dengan diameter ( minimum ) 25 mm ( outside diameter, OD ) Kecepatan tinggi, seperti yang telah di jelaskan di atas bahwa pada kecepatan tinggi, fouling dapat dikurangi, koefisien heat transfer juga akan semakin tinggi, namun demikian mengoperasikan HE dengan kecepatan tinggi mengakibatkan pressure drop yang tinggi pula serta erosi , kenaikan pressure drop lebih cepat dari pada kenaikan koefisien perpindahan panas, maka perlu dicari kecepatan yang optimum. Margin pressure drop yang cukup . Pada HE yang digunakan untuk fluida yang berpotensi membentuk fouling yang tinggi, disarankan untuk menggunakan margin 30 – 40 % antara pressure drop yang diijinkan ( allowable ) dengan pressure drop yang dihitung ( calculated ) hal ini dilakukan untuk antisipasi pressure drop yang tinggi akibat penggunakan kecepatan yang tinggi. Gunakan tube bundle dan heat exchanger cadangan . Jika penggunaan HE untuk fluida yang berpotensi membentuk fouling yang sangat ekstrim, maka tube bundle candangan sebaiknya digunakan. Jika fouling telah terjadi cukup cepat ( setiap 2 – 3 bulan ) maka sebaiknya digunakan HE cadangan. STHE cadangan juga diperlukan untuk tipe STHE Fixed tubesheet ( pembentukan fouling yang tinggi pada tube , seperti pada reboiler thermosiphon vertikal yang menggunakan fluida polimer seperti pada Butadiene plant). Gunakan 2 shell yang disusun secara paralel . dengan penggunaan STHE dimana Shell disusun secara seri, maka jika salah satu STHE telah terjadi penumpukan ( akumulasi ) fouling ( dimana STHE tersebut diservice ) maka STHE yang satunya lagi dapat digunakan, walaupun tentunya terjadi penurunan output, sebaiknya kapasitas yang digunakan masingmasing antara 60 – 70 % dari kapasitas total Gunakan Wire Fin tube. Penggunaan Wire fin tube,dapat mengurangi terbentuknya fouling , pada awalnya penambahan wire fin tube ini digunakan untuk meningkatkan perpindahan panas tube pada aliran laminar. Wire fin dapat menaikkan pencampuran radial 3
Alat Penukar Kalor [Year] ( radial mixing ) dari dinding tube hingga kebagian centre ( tengah ), efek gerakan pengadukan inilah yang dapat meminimalisasikan deposit pada dindingtube. 8. Gunakan Fluidized Bed HE , HE tipe ini dapat menghandle fouling yang ekstrim.Apabila Fluida kotor ditempatkan pada shell. 9. Gunakan U-Tube atau Floating head . Kelemahanan penggunaan U tube adalah kesulitan pembersihan pada bagian U. 10. Gunakan susunan tube secara Square atau Rotate Square . susunan square menyediakan akses yang lebih sehingga cleaning HE secara mechanical dengan menggunakan Rodding atau hydrojetting baik pada susunan triangle, namun begitu tube yang disusun secara square memberikan koefisien heat transfer yang rendah, untuk situasi seperti ini , maka rotate square dapat digunakan. 11. Meminimalisasikan dead space dengan desain baffle secara optimum . STHE lebih mudah mengalami Fouling dikarenakan adanya dead space, oleh sebab itu , penentuan jarak antar baffle ( baffle spacing ) dan baffle cut sangatlah penting, kedua variable tersebut sangat berpengaruh dalam pentuan besar kecilnya koefisien perpindan panas pada shell. Nilai Baffle cut sebaiknya digunakan antara 20 -30 %, dimana baffle cut sebesar 25 % adalah nilai yang cukup baik sebagai starter. Untuk perpindahan panas yang hanya melibatkan panas sensible ( seperti heater atau cooler ) disarankan tidak menempatkan posisi baffle secara vertikal, untuk perpindahan panas yang melibatkan panas laten atau terjadinya perubahan fase ( seperti condenser, vaporizer ) disarankan untuk menempatkan posisi baffle secara vertikal. 12. Kecepatan tinggi , sama seperti pada tube, pengunaan kecepatan tinggi pada shell akan dapat mengurangi pembentukan fouling , dan dapat menaikkan koefisien perpindahan panas shell. Kecepatan pada shell umumnya ( disamping faktor lain seperti tube pitch dan lain – lain ) dipengaruhi oleh diameter shell dan baffle spacing. 13. Gunakan tube pitch yang lebih besar untuk fouling yang lebih sangat tinggi . Umumnya tube pith yang digunakan adalah sebesar 1.25 kali dari OD untuk triangular pitch dan 6 mm lebih dari OD untuk square.
Dengan mendesain Heat Exchanger sesuai dengan spesifikasi yang telah dditentukan maka intensitas tejadinya fouling pada Heat Exchanger akan berkurang.
Daftar Pustaka : 1. 2.
C.A. Bennet, R.Stanley Kistler, Thomas G. Lestina dan D.C. King, Improving Heat Exchanger Design, 2007, Chemical Engieering Progress J. Nesta dan C.A Bennet, Reduce Fouling in Shell & Tube Heat Exchanger , 2004, Hydrocarbon Processing 4
Alat Penukar Kalor [Year] 3. 4.
R.Mukherjee, Conquer Heat Exchanger Fouling , 1996, Hydrocarbon Processing T.R. Bott, Fouling of Heat Exchanger , 1995, Elsevier
5
