Bab Vi Tugas Khusus E127 [PDF]

Citation preview

BAB VI TUGAS KHUSUS 6.1 Evaluasi Kinerja Heat Exchanger 024E-127 pada unit MDU II 6.1.1 Latar Belakang Pada umumnya di setiap industri proses seringkali banyak melibatkan proses perpindahan panas. Alat penukar panas dalam industri memiliki bermacam-macam jenis, antara lain : double pipe, shell and tube, plate and frame, furnace (dapur), aircooled heat exchanger, dan lain-lain. Perpindahan panas yang berlangsung terjadi akibat adanya perbedaan temperatur antara media dengan sistem. Heat Exchanger atau alat penukar panas merupakan alat pendukung proses yang mempunyai peranan penting dalam usaha penghematan atau efisinsi energi/panas dalam suatu proses kimia. MDU merupakan unit yang befungsi untuk memisahkan komponan Wax dari lube base oil. Adapun Heat Exchanger yang ditinjau pada unit 024 (MDU II) yaitu 024E-127 merupakan Shell and Tube Heat Exchanger, panas dimanfaatkan dari Hot Oil System II dan fluida yang dipanaskan adalah Dewaxed Oil mix yang merupakan produk dari 024C-101 B. Heat Exchanger ini sangat penting peranannya dalam seksi Dewaxed Oil Recovery (pemisahan solvent dan lube base) karena dapat mempengaruhi spesifikasi produk yang dihasilkan dan kinerjanya juga dapat menjadi limitasi kapasitas pengolahan MDU. Oleh karena itu, evaluasi kinerja Heat Exchanger 024E-127 perlu dilakukan untuk mengetahui Heat Exchanger performance. 6.1.2 Perumusan Masalah Dalam tugas khusus ini akan dievaluasi kondisi dari Heat Exchanger 024E-127 pada MEK Dewaxing Unit II (MDU II) dengan parameter yang digunakan meliputi Uc (Clean Overall Coeficien), Ud (Design/Dirty Overall Coeficien), Rd (dirt factor) P (Pressure Drop) dan efisiensi (Ƞ). Kondisi aktual yang di peroleh dibandingkan dengan kondisi desain. Dari perbandingan tersebut diharapkan dapat diketahui pengaruh performance heat exchanger terhadap proses selanjutnya. 6.1.2



Tujuan



Laporan Khusus Kerja Praktek



PT PERTAMINA (Persero) RU IV Cilacap



93



Tugas khusus pada laporan ini bertujuan untuk mengetahui performance atau kinerja dari Heat Exchanger 024E-127 pada MEK Dewaxing Unit II (MDU II) dengan cara mengevaluasi kondisi aktual dan perbandingan dengan data desain. 6.1.3 Dasar Teori Proses perpindahan panas dapat didefinisikan sebagai aliran energi dalam bentuk panas dari sebuah sumber energi dikarenakan adanya perbedaan temperatur yang mengalir dari temperatur tinggi menuju temperatur rendah, hal ini sesuai dengan Hukum Kedua Termodinamika. Adanya perpindahan panas menunjukkan keadaan yang belum mencapai kesetimbangan dalam sebuah sistem tertutup : jika energi tidak lagi berpindah dari sumber, maka sudah tidak terdapat perbedaan temperatur, dan keadaan setimbang akan terjadi jika tidak terdapat lagi perpindahan panas. Perpindahan panas dapat terjadi secara konduksi, konveksi, dan radiasi. 1. Perpindahan panas secara konduksi Merupakan perpindahan panas antara molekul-molekul yang saling berdekatan antara yang satu dengan yang lain dan tidak diikuti oleh perpindahan molekulmolekul tersebut secara fisik. 2. Perpindahan panas secara konveksi Perpindahan panas dari suatu zat ke zat lain disertai dengan gerakan partikel atau zat tersebut secara fisik. 3.



Perpindahan panas secara radiasi Merupakan perpindahan panas tanpa melalui media (tanpa melalui molekul).



Suatu energi dapat menghantarkan dari suatu tempat ke tempat lain (dari benda panas ke benda dingin) dengan gelombang elektromagnetik dimana tenaga ini akan diubah menjadi panas jika tenaganya diserap oleh benda lain.



a)



Alat Penukar Panas Perpindahan panas dari dan ke dalam fluida proses merupakan bagian yang



penting dalam kebanyakan proses kimia. Peralatan yang digunakan dengan menggunakan aplikasi ini adalah alat penukar panas (heat exchanger). Alat penukar panas



biasanya



diklasifikasikan



berdasarkan



pengaturan



aliran



dan



jenis



konstruksinya. Salah satu alat penukar panas yang paling sederhana adalah fluida



Laporan Khusus Kerja Praktek



PT PERTAMINA (Persero) RU IV Cilacap



94



panas dan dingin berpindah dalam arah yang sama atau berlawanan dalam pipa konsentris, atau double-pipe. Ada bermacam-macam jenis alat penukar panas yang sering digunakan : 1. Double-pipe exchanger: tipe yang paling sederhana, digunakan untuk pemanas dan pendingin. 2. Shell and tube exchangers: digunakan untuk aplikasi apapun. 3. Plate and frame exchangers (plate heat exchangers): digunakan untuk pemanas dan pendingin. 4. Plate-fin exchangers. 5. Spiral heat exchangers. 6. Air cooled: untuk pendingin dan kondenser. 7. Direct contact: untuk pendingin biasa atau pendinginan secara tiba-tiba. 8. Agitated vessels. 9. Fired heaters (furnace) atau dapur. b)



Shell and Tube Exchanger Tipe alat penukar panas pada 024E-127 adalah tipe Shell and Tube Exchanger



dimana perpindahan panas terjadi secara konduksi dan konveksi. Heat exchanger tipe shell dan tube pada dasarnya terdiri dari berkas tube (tube bundles) yang dipasangkan di dalam shell yang berbentuk silinder. Keunggulan tipe Shell and Tube Exchanger diantaranya : a. Memiliki permukaan perpindahan panas per satuan volume yang lebih besar. b. Mempunyai susunan mekanik yang baik dengan bentuk yang cukup baik untuk operasi bertekanan. c. Tersedia dalam berbagai bahan konstruksi, dimana dapat dipilih jenis material yang dipergunakan sesuai dengan temperatur dan tekanan operasi. d. Dapat digunakan dalam rentang kondisi operasi yang lebar. e. Prosedur pengoperasian lebih mudah. f. Metoda perancangan yang lebih baik telah tersedia. g. Pembersihan dapat dilakukan dengan mudah.



Laporan Khusus Kerja Praktek



PT PERTAMINA (Persero) RU IV Cilacap



95



Gambar 6.1 Shell and Tube Exchanger Komponen penyusun Heat Exchanger jenis Shell and Tube adalah : a)



Shell Merupakan bagian tempat untuk tube bundle. Antara Shell dan tube bundle



terdapat fluida yang menerima atau melepaskan panas. Yang dimaksud dengan lintasan shell adalah lintasan yang dilakukan oleh fluida yang mengalir ke dalam melalui saluran masuk (inlet nozzle) melewati bagian dalam shell dan mengelilingi tube kemudian keluar melalui saluran keluar (outlet nozzle). Untuk kemungkinan korosi tebal shell sering diberi kelebihan 1/8 in. b) Tube Diameter dalam tube merupakan diameter dalam aktual dalam ukuran inch dengan toleransi yang sangat tepat. Tube dapat diubah dari berbagai jenis logam, seperti besi, tembaga, muniz metal, perunggu, 70-30 tembaga-nikel, aluminium perunggu, aluminium dan stainless steel. Ukuran ketebalan pipa berbeda-beda dan dinyatakan dalam bilangan yang disebut Birmingham Wire Gage (BWG). Ukuran pipa yang secara umum digunakan biasanya mengikuti ukuran-ukuran yang telah baku. Semakin besar bilangan BWG, maka semakin tipis tubenya. Lubang-lubang pipa pada penampang shell dan tube tidak disusun secara begitu saja namun mengikuti aturan tertentu. Jumlah pipa dan ukurannya harus disesuaikan dengan ukuran shell-nya, ketentuan ini mengikuti aturan baku dan lubang-lubang pipa disusun berbentuk persegi atau segitiga. Bentuk susunan lubanglubang pipa secara persegi dan segitiga ini disebut sebagai tube pitch. Jenis-jenis tube pitch yang utama adalah : 1. Square pitch 2. Triangular pitch



Laporan Khusus Kerja Praktek



PT PERTAMINA (Persero) RU IV Cilacap



96



3. Square pitch rotated 4. Triangular pitch with cleaning lanes



Gambar 6.2 Jenis Tube Pitch c)



Pass divider Komponen ini berupa plat yang dipasang di dalam channels untuk membagi



aliran fluida tube bila diinginkan jumlah tube pass lebih dari satu. d)



Baffle Baffle digunakan untuk mengatur aliran lewat shell sehingga turbulensi yang



lebih tinggi akan diperoleh. Adanya baffle dalam shell menyebabkan arah aliran fluida dalam shell akan memotong kumpulan tubes secara tegak lurus, sehingga memungkinkan pengaturan arah aliran dalam shell maka dapat meningkatkan kecepatan liniernya. Sehingga akan meningkatkan harga koefisien perpindahan panas lapisan fluida di sisi shell. Selain itu baffle juga berfungsi untuk menahan tube bundle untuk menahan getaran pada tube dan untuk mengontrol serta mengarahkan aliran fluida yang mengalir di luar tube sehingga turbulensi yang lebih tinggi akan diperoleh. Dengan adanya turbulensi aliran maka koefisien perpindahan panas akan meningkat sehingga laju perpindahan panas juga akan meningkat. Tipe aliran dalam Heat Exchanger terdiri dari 4 tipe aliran, yaitu: a. Counter Current flow (berlawanan arah) b. Paralel flow (Searah) c. Cross Flow (Silang) d. Cross Counter flow (Silang berlawanan) Untuk aliran counter current flow ini memeberi panas yang lebih baik bila dibandingkan dengan aliran searah atau paralel. Sedangkan pass (lapisan) juga berpengaruh terahadap efektifitas dari alat penukar panas yang digunakan. Faktorfaktor yang mempengaruhi pemilihan fluida dalam shell dan tube antara lain: -



Kekotoran fluida



Laporan Khusus Kerja Praktek



PT PERTAMINA (Persero) RU IV Cilacap



97



Fluida kotor dilewatkan melalui tube karena tube-tube dengan mudah dapat dibersihkan. Dilewatkan melalui shell, bila tube tidak dapat dibersihkan atau sejumlah besar dari cokes atau reruntuhan ada yang terkumpul di shell dan dapat dihilangkan melalui tempat pembuangan pada shell. -



Korosif Fluida korosif membutuhkan jenis material yang lebih mahal, karena alasan ekonomi maka fluida korosif dilewatkan pada tube.



-



Tekanan Fluida bertekanan tinggi dilewatkan pada tube karena bila dilewatkan shell membutuhkan diameter dan ketebalan yang lebih sehingga membutuhkan biaya



-



yang lebih mahal. Suhu Fluida dengan suhu tinggi dilewatkan pada tube karena bila dilewatkan shell



-



membutuhkan ketebalan, insulasi, dan safety yang lebih tinggi. Kuantitas Fluida yang memiliki volume besar dilewatkan melalui tube untuk



-



memaksimalkan proses perpindahan panas yang terjadi. Viskositas Fluida yang viskos atau memiliki laju rendah, dilewatkan melalui shell karena



-



dapat digunakan baffle. Pressure drop Peletakan fluida dalam tube akan lebih mudah dalam pengkalkulasian pressure drop.



c)



Analisa Performance Heat Exchanger Untuk menganalisa performance Heat Exchanger, parameter-parameter yang



digunakan, diantaranya adalah sebagai berikut : 1.



Uc, adalah koefisien perpindahan panas menyeluruh pada awal Heat



Exchanger yang dipakai masih besih, biasanya ditentukan oleh besarnya tahanan konveksi ho dan hio, sedangkan tahanan konduksi diabaikan karena sangat kecil dibandingkan dengan tahanan konveksi. 2.



Ud (Design / Dirty Overall coefficient), adalah koefisien perpindahan panas



menyeluruh setelah terjadi pengotoran pada Heat Exchanger, nilai Ud lebih kecil dari pada nilai Uc.



Laporan Khusus Kerja Praktek



PT PERTAMINA (Persero) RU IV Cilacap



98



3.



Heat Balance, Bila panas yang diterima fluida dingin lebih kecil dari pada



panas yang dilepas fluida panas dan ini mengurangi performance suatu Heat Exchanger. 4.



Fouling Factor (Rd), merupakan resistance dari Heat Exchanger yang



dimaksudkan untuk mereduksi antara fluida dengan pipa Heat Exchanger, tetapi setelah digunakan beberapa lama Rd akan mengalami akumulasi, hal ini tidak baik untuk Heat Exchanger karena Rd yang besar akan menghambat laju perpindahan panas antara hot dan cold fluid. Bila Rd (aktual) > Rd (design) maka Heat Exchanger perlu dibersihkan. 5.



Pressure Drop (ΔP), Penurunan tekanan baik dalam shell maupun dalam tube



tidak boleh melebihi batas pressure drop yang diijinkan. Tekanan dalam Heat Exchanger merupakan driving force bagi aliran fluida di shell maupun tube, jika pressure drop lebih besar dari yang diijinkan maka laju alir inlet pada shell maupun tube akan berbeda dari laju alir outletnya. Hal ini akan menurunkan Performance dari Heat Exchanger tersebut. Dalam menganalisa Performance Heat Exchanger diasumsikan : 1. 2. 3. 4. 5.



Tedapat heating surface yang sama disetiap pass. Overall Coefficient Heat Exchanger adalah konstan. Laju alir massa pada shell maupun tube konstan. Spesific heat dari masing-masing fluida adalah konstan. Heat loss diabaikan.



6.1.5 Pengumpulan Data Langkah awal dalam menyelesaikan tugas khusus ini adalah pengumpulan



data. Data yang diperoleh dalam penyelesaian tugas khusus evaluasi kinerja Heat Exchanger 024E-127 pada unit MEK Dewaxing Unit (MDU) LOC II adalah : 1. Data assay Medium Machine Oil (MMO). 2. Data ukuran design Heat Exchanger 024E-127 yang diperoleh dari Spesification Sheet Heat Exchanger 024E-127.



3. Data kondisi operasi yang meliputi tekanan masuk fluida proses 024E-127, tekanan keluar fluida proses 024E-127, data untuk memperkirakan umpan masuk fluida proses 024E-127 dan data temperatur inlet – outlet fluida proses. 4. Data lain-lain dapat diperoleh dari buku Literatur Process Heat Transfer Donald Q.Kern.



Laporan Khusus Kerja Praktek



PT PERTAMINA (Persero) RU IV Cilacap



99



6.1.6 Pengolahan Data -



Metode Perhitungan dengan Menggunakan HYSYS Dalam evaluasi heat exchanger ini, perlu dilakukan suatu simulasi dengan



menggunakan program Aspen HYSYS untuk menghitung temperatur Outlet dari Hot Oil dengan langkah-langkah sebagai berikut : 1. Aktifkan program HYSYS, dan buat kasus baru. Tentukan fluid packages yang akan digunakan. Dalam kasus ini, digunakan Peng-Robinson.



Gambar 6.3 Pemilihan Fluid Package pada HYSYS 2. Setelah itu, gunakan fungsi “Oil Manager” untuk menentukan feed yang digunakan sebagai fluida proses dalam kasus ini. Masuk ke “Enter Oil Environment”, dan tambahkan assay. Masukkan data-data yang diperlukan agar dapat diproses. Klik kotak “Calculate” agar assay dapat dihitung. Setelah itu, buka tab “Cut/Blend”, dan tambahkan assay yang sudah dibuat sebelumnya. Selanjutnya, buka tab “Install Oil” agar dapat memberikan nama pada aliran yang sudah dibuat. Setelah itu, klik “Return to Basis Environment”, sehingga selanjutnya dapat dicek pada tab “Components”. Jika fungsi Oil Manager berhasil, maka akan terdapat komponen-komponen minyak seperti pada Gambar 6.8.



Laporan Khusus Kerja Praktek



PT PERTAMINA (Persero) RU IV Cilacap



100



Gambar 6.4 Tab Oil Manager



Gambar 6.5 Tab Assay dalam Oil Manager



(a)



Laporan Khusus Kerja Praktek



PT PERTAMINA (Persero) RU IV Cilacap



101



(b) Gambar 6.6 Bagian yang diisi dalam assay Oil Manager (a) Dewaxed Oil (b) Hot Oil



(a)



(b) Gambar 6.7 Tab dalm Oil Manager (a) Add Cut/Blend (b) Instal Oil



Laporan Khusus Kerja Praktek



PT PERTAMINA (Persero) RU IV Cilacap



102



Gambar 6.8 Tab Component dalam Basis Environment 3. Mulai masuk pada simulasi HYSYS. Akan muncul aliran dengan nama sesuai yang sudah diberikan pada tab “Install Oil” seperti pada Gambar 6.7.



Gambar 6.9 Simulasi HYSYS 4. Masukkan data laju alir, tekanan, dan temperatur pada aliran Dewaxed Oil Mix dan Hot Oil. 5. Masukkan spesifikasi tiap-tiap alat proses (misalnya: beda tekanan, jenis heat exchanger, diameter shell, jumlah tube heat exchanger, dsb) dimasukkan sesuai dengan data desain yang telah diperoleh dari operating manual. 6. Setelah komposisi aliran, spesifikasi alat proses, dan kondisi operasi dimasukkan secara lengkap, simulasi HYSYS dijalankan sehingga seluruh aliran menjadi konvergen.



Laporan Khusus Kerja Praktek



PT PERTAMINA (Persero) RU IV Cilacap



103



(a)



(b) Gambar 6.10 Input ke dalam HYSYS (a) Komposisi aliran (b) Spesifikasi alat



7. Dari HYSYS dapat ditemukan nilai duty dari Heat Exchanger yang digunakan. Nilai ini selanjutnya dianggap sebagai duty aktual dari Heat Exchanger 024E127 karena data yang dimasukkan ke dalam perangkat lunak HYSYS merupakan data aktual. -



Metode Perhitungan Manual Metode Perhitungan yang digunakan mengacu pada buku process heat



transfer, Donal Q. Kern; International Edition; Mc- Graw Hill. 1. Menghitung Heat Balance



Laporan Khusus Kerja Praktek



PT PERTAMINA (Persero) RU IV Cilacap



104



Q = Ws . Cps . (T1-T2) = Wt . Cpt . (t1-t2)



(Kern, 1965)



Dimana : Q = Jumlah aliran panas/Heat Duty (Kcal/hr) atau (Btu/hr) Ws = Aliran untuk fluida panas di shell (Kcal/hr) atau (lb/hr) Wt = Aliran untuk fluida dingin di tube (Kcal/hr) atau (lb/hr) T1 = Suhu masuk fluida panas (oC) atau (oF) T2 = Suhu keluar fluida panas (oC) atau (oF) t1 = Suhu masuk fluida dingin (oC) atau (oF) t2 = Suhu masuk fluida dingin (oC) atau (oF) Cps = Specific Heat fluida panas (Kcal/m2.hr.oC) atau (Btu/ft2.hr.oF) Cpt = Specific heat fluida dingin (Kcal/m2.hr.oC) atau (Btu/ft2.hr.oF) 2. Menghitung Beda Temperatur Sebenarnya a. Mengitung LMTD Hot Fluid High Temperatur T1 Low Temperatur T2 T2-T1 (T2  ΔT1 ) LMTD  Ln(Δ T2 /Δ T1 )



S



Cool Fluid t2 t1 t2-t1



t 2 t 1 T  T2 R 1 T1  t1 t 2  t1



Diff ∆T2 ∆T1 ∆T2-∆T1



(Kern, 1965)



FT = Temperature different Factor b. Menghitung ∆TLMTD = LMTD x FT 3. Menghitung Temperatur Kalorik (Tc dan tc) Temperatur kalorik fluida di shell: Tc = T2 + Fc (T1-T2) Temperatur kalorik fluida di tube: tc = t2 + Fc (t1-t2) Fc adalah factor koreksi yang diperoleh dari grafik Caloric Temperature Factor, Fc. 4. Menghitung Area yang Dilalui Fluida Shell side ; as = (IDs.c’.B)/(144 Pt) Tube side ; at = (Nt at’)/(144 n) Dimana : as = Luas permukaan aliran fluida pada shell (ft2) at = Luas permukaan aliran fluida pada tube (ft2)



(Kern, 1965)



Laporan Khusus Kerja Praktek



PT PERTAMINA (Persero) RU IV Cilacap



105



ID c’ B Pt Nt at’ n



= Inside diameter shell (in) = Clearance antar tube (in) = Baffle space (in) = Jarak Pitch (in) = Jumlah Tube = Luas penampang aliran tube (in2) = Jumlah pass



Ws as 5.



Menghitung Laju Alir Massa Shell side : Gs = Wt at



(Kern, 1965)



Tube side : Gt = Dimana : Gs = Laju alir massa untuk shell (lb/hr.ft2) Gt = Laju alir massa untuk tube (lb/hr.ft2) Re s 



D e .G s μs



6.



Menghitung Reynold Number Shell side : ID .G Re t  t t μt



(Kern, 1965)



Tube side : Dimana : Res = Reynold number shell Ret = Reynold number tube De = Diameter ekuivalen shell (in) IDt = Diameter dalam tube (in) μ = Viskositas fluida (lb/ft.hr) 7.



Faktor Perpindahan Panas Nilai jHS dapat dicari dari grafik Shell side heat transfer curve for bundles with



75% cut segmental baffle dan nilai jHt dapat dicari dari grafik Tube side heat transfer curve. 8.



Menghitung Perpindahan Panas pada Konveksi Outside Shell side, ho



= jHs (ks/De)x(Cps�s/ks)1/3 ∅�



(Kern, 1965)



ho/∅� = jHs (ks/De)x(Cps�s/ks)1/3



Laporan Khusus Kerja Praktek



PT PERTAMINA (Persero) RU IV Cilacap



106



Tube side, hi = jHt (kt/IDt)x (Cpt�t/kt)1/3 ∅t hi/∅t (Cpt�t/kt)1/3



hio/∅t



= jHt (kt/IDt)x =



(IDt/OD)



hi/∅t Dimana : ho,hi = Koefisien perpindahan panas fluida dalam dan luar (Btu/ft2.hr. oF) hio = Harga hi berdasarkan diameter luar tube (Btu/ft2.hr. oF) Jh = Faktor Perpindahan panas k = Konduktivitas panas (Btu/ft.hr.oF) Cp = Spesifik heat fluida pada Tc (Btu/lbm.oF) μ = Viskositas fluida pada Tc (lb/ft.hr)     μw



0 ,14



  



μw



=



Viskositas



pada temperature dinding (lb/ft.hr) ∅ = Viskositas rasio fluida,  ho/ s    Tc  tc  hio/ t  ho/ s  



tw  tc   9.



Menghitung Temperatur Dinding Tube (Kern, 1965)



Dimana : tw



= Temperatur pada dinding tube, oF



Tc



= Temperatur rata–rata pada shell, oF



tc



= Temperatur rata–rata pada tube, oF



10. Koreksi Koefisien Perpindahan Panas Shell side, ho = (ho/ɸs) x ɸs



(Kern, 1965)



Tube side, hio = (hio/ɸt) x ɸt 11. Menghitung Clean Overall Heat Transfer Coeficient (Uc) UC 



hio x ho hio  ho



(Kern, 1965) Dimana : Uc = Clean Overall Heat Transfer Coeficient (Btu/ft2.hr.oF)



Laporan Khusus Kerja Praktek



PT PERTAMINA (Persero) RU IV Cilacap



107



12.



Menghitung Design Duty Overall Heat Transfer Coeficient (UD) UD 



Q A x ΔT LMTD



(Kern, 1965)



Dimana : UD = Design Duty Overall Heat Transfer Coeficient (Btu/ft2.hr.oF) A = Luas permukaan perpindahan panas = a”.L.Nt (ft2) a” = Luas permukaan luar tube (ft2/ft) L = Panjang tube (ft) Nt = Jumlah tube 13. Menghitung Dirt Factor (Rd) Uc  Ud Uc x Ud Rd =



(Kern, 1965)



Dimana : Rd = dirt factor (Btu/ft2.hr) 14. Menghitung Pressure Drop Shell side : ΔPs 



f.G s2 .D s . N  1



5,22  1010.D e .S. s



(Kern, 1965) Tube side :



ΔPt 



f.G 2t .L.n 5,22  1010.D e .S. t



4n V 2 ΔP   S 2g ΔPT  ΔPt  ΔPr



Dimana : ΔPs dan ΔPt = Pressure drop shell dan tube (psi) f = friction factor S = Specific gravity N + 1= Jumlah cross Gs = Diameter dalam shell (ft) De = Diameter ekuivalen (ft) n = Jumlah lintasan tube (pass) D = Diameter dalam tube (ft)



Laporan Khusus Kerja Praktek



PT PERTAMINA (Persero) RU IV Cilacap



108



V = Velocity (fps) L = Panjang tube ΔPT = Total tube pressure drop (psi) 15. Menghitung Efisiensi (Ƞ)



Qaverage Qdesain Ƞ



=



x 100%



Dimana : Qaverage = duty aktual (Q aktual rata-rata) Qdesain = duty desain



6.1.7 Hasil Perhitungan Pada tugas khusus dilakukan perhitungan terhadap nilai Dirt Factor (Rd) unit Heat Exchanger 024-E127 di Methyl Ethyl Ketone Unit (MDU). Kedua faktor tersebut merupakan pengukuran kinerja dari alat (HE) sehingga perlu dihitung nilainya. Hasil perhitungan Evaluasi performa pada unit Heat Exchanger 024-E127 di MDU dapat dilihat pada tabel 6.1 dan tabel 6.2. Tabel 6.1 Parameter–parameter pada Heat Exchanger 024-E127 pada tanggal 8 - 15 Maret 2015 Keterangan Jenis fluida Laju Alir (lb/jam) T masuk (0F) T keluar (0F) T Kalorik (0F) Kecepatan Massa(lb/jam.ft2) Reynold Number Duty



(Shell side) Aktual Desain Fluida panas 134500 573,4 590 399,8 410 481,39 66122,0649 9009,4377 15438491,04 8,09x106



Tube Side Aktual Desain Fluida dingin 133200 193,6 219,2 399,4 399,2 302,67 187557 870,044 6 13972181,83 8,09x10



Tabel 6.2 Hasil Perhitungan Dirt Factor (Rd), Pressure Drop (P) dan efisiensi (Ƞ) unit Heat Exchanger 024-E127 pada tanggal 8 - 15 Maret 2015 Keterangan Uc (Kcal/hr.m2 0C) UD (Kcal/hr.m2 0C) Rd (hr.m2 C/Kcal) P (kg/cm2) Ƞ (%)



Aktual Desain Shell Tube Shell Tube 116,003 111,055 100,507 0,00038 0,00133 0,0004 0,0003 0,02 0,03 0,7 1,0 45,84



Laporan Khusus Kerja Praktek



PT PERTAMINA (Persero) RU IV Cilacap



109



6.2 Pembahasan Evaluasi yang dilakukan terhadap Heat Exchanger 024E-127 ini bertujuan untuk



mengetahui



performance



dari



Heat



Exchanger



024E-127



dengan



menggunakan data aktual, kemudian membandingkan hasil perhitungan dengan data desain yang ada. Evaluasi yang dilakukan meliputi pressure drop, dirt factor, dan duty dengan menggunakan data aktual. Dewaxed Mix High Pressure Flash Heater (024-E127) termasuk kepada tipe shell and tube, dengan tipe aliran counter current. Dimana fluida panas berupa hot oil dilewatkan melalui bagian shell, dan effluent flash column berupa dewaxed oil pada bagian tube. Pemilihan ini berdasarkan pada tekanan, temperatur, viskositas, mass flow, dan faktor korosi yang tinggi dialirkan melalui tube. Hal ini dimaksudkan untuk mencegah hilangnya panas ke lingkungan, memperkecil luas permukaan perpindahan panas, mencegah terjadinya korosi dan fouling, serta memperkecil biaya pemeliharaan. 1.



Rd ( Dirt Factor) Rd atau Dirt Factor menunjukkan tahanan kotoran atau dirt resistance yang



digunakan untuk mengantisipasi penumpukkan kerak dan endapan pada dinding dalam dan luar tube HE. Bila Rd aktual lebih besar daripada Rd desain setelah pemakaian peralatan untuk periode yang lama, maka peralatan tersebut tidak lagi dapat mentransfer panas sesuai keperluan proses sehingga perlu dilakukan pembersihan secara berkala pada tube bundle. Dari perbandingan antara hasil perhitungan aktual dengan desain terlihat bahwa Rd aktual sebesar 0,00038 untuk shell lebih kecil daripada Rd desain 0,0004, sedangkan pada tube Rd aktual sebesar 0,00133 lebih besar daripada Rd desain yaitu 0,0003. Hal ini disebabkan oleh adanya Fouling yang merupakan masalah dalam tube HE, yaitu timbulnya kerak dan endapan yang diberasal dari umpannya sendiri yang menempel pada pipa sehingga perpindahan panas tidak lagi efektif. Hal ini juga disebabkan oleh aliran laminar yang terjadi dalam HE sehingga menyebabkan kecepatan pengendapan tinggi. Semakin tebal kerak dan endapan yang terbentuk maka tahanan terhadap proses perpindahan panas semakin besar sehingga koefisien perpindahan panas menjadi kecil. Oleh karena itu, perlu adanya dilakukan pembersihan secara berkala terhadap Heat Exchanger 024-E127. 2.



Pressure Drop (ΔP)



Laporan Khusus Kerja Praktek



PT PERTAMINA (Persero) RU IV Cilacap



110



Penurunan tekanan baik di shell maupun di tube tidak boleh melebihi batas pressure drop yang diizinkan. Tekanan dalam Heat Exchanger merupakan Driving Force bagi aliran fluida di shell maupun tube, jika pressure drop lebih besar dari yang diizinkan maka akan menyebabkan laju alir massa (lb/hr) inlet fluida di shell dan di tube jauh berbeda dengan laju alir massa outlet masing-masing fluida. Hal ini akan menurunkan performance dari Heat Exchanger tersebut. Dari hasil perhitungan data aktual pada shell dan tube didapat pressure drop masing-masing sebesar 0,02 kg/cm2 dan 0,03 kg/cm2 hasil ini masih dibawah pressure drop yang diizinkan yaitu 0,7 kg/cm2 untuk shell dan 1,0 kg/cm2 untuk tube yang diperoleh dari data design. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa Heat Exchanger tersebut masih dapat digunakan. Akan tetapi untuk mendapatkan pertukaran panas yang maksimal maka HE perlu dibersihkan secara berkala. 3. Efisiensi (Ƞ) Dari simulasi HYSYS dan perhitungan, diperoleh nilai duty aktual yang hampir sama, kemudian dilakukan perbandingan nilai duty aktual dengan duty pada design. Dari hasil perhitungan, diperoleh nilai efisiensi Heat Exchanger 024E-127 sebesar 45,84 %. Hal ini menunjukkan performa yang kurang baik dari HE 024E-127 dimana nilai normal duty berkisar 65-86 % yang diperoleh dari data design. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa Heat Exchanger tersebut mengalami penurunan kinerja, sehingga perlu dilakukan pembersihan secara berkala. 4. Analisa dari Segi Proses Dari data aktual yang didapatkan diperoleh grafik sebagai berikut :



Laporan Khusus Kerja Praktek



PT PERTAMINA (Persero) RU IV Cilacap



111



Performance 024E-127 220 215 210 205 Temperature °C 200 195 190 185



50 45 40 35 30 25 % Opening Valve 20 15 10 5 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Waktu (Jam)



Outlet Temp



Target



Opening Hot Oil



Gambar 6.11 Grafik Pencapaian Temperatur Outlet Dewaxed Oil Dari grafik di atas dapat diketahui bahwa walaupun fouling factor di tube side lebih bedar dibandingkan fouling factor design dan efisiensi dari HE telah menurun, tetapi HE ini masih dapat digunakan dan bekerja dengan baik. Hal ini dapat dilihat dari pencapaian outlet temperatur 024E-127 yang sebagian besar dapat mencapai targetnya yaitu 204oC dengan opening valve hot oil yang kecil. Dengan kata lain, untuk menaikkan temperatur hingga mencapai target, hot oil masih dapat ditambah dengan menaikkan opening valvenya.



Laporan Khusus Kerja Praktek



PT PERTAMINA (Persero) RU IV Cilacap



112