Fouling Factor of Tube [PDF]

Citation preview

Rangkuman Diskusi Mailing List Migas Indonesia Fouling Factor of tube



Imam Mahmudi Dear Rekan Milis Migas Mohon bantuan pencerahan. Kami ingin meneliti kandungan kotoran dalam tube (coil) heat exchanger. Kotoran dalam tube itu kemungkinannya adalah geram, oli, debu dan kotoran-kotoran lain. Saya ingin tahu adalah standar minimal kandungan kotoran dalam tube sehingga tube tersebut dapat dikatakan layak dan memenuhi syarat. Mohon info jika diantara rekan milis mengetahui hal ini. putri anindya Dear pak Imam Mahmudi, Yang paling mudah diamati pada HE adalah jika temperatur inlet dan outlet di kedua sisi (hot side dan cold side) sudah tidak sesuai lagi dengan requirement temperatur kondisi prosesnya. Selama kondisi operasi dapat terpenuhi maka boleh dianggap bahwa adanya fouling di tubing masih acceptable. Begitu pula sebaliknya, dan salah satu permasalahan bisa datang dari kondisi fouling di tubing tersebut. Fouling bisa terjadi di dalam dan di luar permukaan dinding tube tersebut. Untuk standard minimalnya tergantung karakteristik fluida processnya, dan physical properties processnya, misalnya kecepatan fluida, viscosity, dan kondisi turbulensi aliran. Pada saat perancangan HE biasanya dicantumkan property dari fluida tersebut, termasuk data fouling resistant yang diperbolehkan (bisa dalam satuan m2-hr-C/kcal, atau dalam bentuk satuan ketebalan fouling maksimum). Data fouling resistant dapat diambil dari beberapa literatur, antara lain dari TEMA (untuk tipe shell & tube HE), dari HTRI, atau dari licensor process tertentu. Demikian, semoga berguna.



Roslinormansyah Mas Imam kita kan sekantor ya....... Setiap design Heat Exchanger, utamanya Shell & Tube, selalu dalam sheet design-nya diberikan nilai fouling factor atau harga Rd-nya. Harga Rd dapat kita tentukan sendiri meski TEMA, referensi Shell & Tube HE, juga memberikan guide. Akan tetapi memang Rd merupakan salah satu indicator bagi optimalisasi proses perpindahan panas yang terjadi sebab harga overall - heat transfer (Ud) sangat dipengaruhi oleh Fouling Factor atau Scale factor. Dan akibatnya proses perpindahan panas (Q) juga sangat dipengaruhi. Biasanya dengan menghitung ulang Q - in process dapat diketahui harga Rd-nya dengan mengacu pada harga Uc (Overall Heat Transfer Coefficient - Clean). Rd hasil hitungan dibandingkan dengan Rd yang ada di Sheet Design. Jika Rd hasil hitungan lebih kecil maka dari Rd di Sheet Design maka perlu dilakukan proses pencucian atau cleaning. Untuk mencari harga Rd dipakai rumus : Ud = Uc + 1/Rd Untuk lebih detail silahkan deh kontak saya lewat telpri. eman pardjiman ass. maaf bila pendapat saya salah karena masih sama sama belajar ttg HE.. pada dasarnya fouling factor itu tidak ada batasan maximal yang pasti... yang ada dibuku buku yang pernah saya baca hanya menyatakan mininum fouling factor ketika kita design awal sebuah heat exchanger.... karena pada prinsipnya fouling factor hampir sama dengan factor design terhadap suatu rancangan alat, jika kita ambil fouling factor yang besar maka ukuran HE yang kita rancang pun juga semakin besar atau dengan kata lain safety factor nya besar... jadi ketika kita mengambil faouling factor yang mendekati harga minimal maka itu merupakan ukuran HE terkecil yg paling diijinkan..



Untuk menentukan jumlah maksimal kotoran yang diijinkan saya rasa dibutuhkan simulasi antara ukuran HE (ngefek ke harga) dengan harga / biaya pemurnian fluida tsb.. Fluida yang banyak kotorannya tentunya akan menyebabkan fouling factor bertambah maka harga HE akan naik karena akan butuh A yg makin besar .... jadi bebas mau berapa fouling factor itu karena memang tdk ada batasan....karena cuma ngefek ke harga HE yg makin mahal Nah tentunya kita bisa bandingakan jika fluida tsb di murnikan dulu dari kotoran2nya misal nya dilewatkan carbon filter atau sand filter .... dr situ bisa mereduksi ukuran HE.....karena tentunya setelah lewat pemurnian maka fluida lbh mudah mentransfer pasanas shg fouling factor minimal mjd kecil dan ukuran HE pun akan ikut mengecil... putri anindya Dear pak Eman Pardjiman, Memang betul bahwa harga fouling factor tersebut nantinya akan sangat menentukan berapa besarnya surface area contact yang dibutuhkan oleh suatu HE. Namun saya kira juga tidak boleh bebas diambil berapa pun begitu saja. Harus disesuaikan dengan jenis fluidanya, berapa operating temperatur dan pressure-nya. Misalnya jika fluida service-nya Glycol ya harus diambil fouling factor untuk fluida tersebut. Tidak bisa diganti dengan fouling factor fluida yang lain. Hal ini berpengaruh terhadap derajat keakuratan desain kita. Tentunya pada saat mendesain kita ingin yang paling optimum (performance-nya sesuai dengan requirement, dan sebisa mungkin yang paling ekonomis). Kalo kita bebas ambil berapa saja, dan pada suatu kasus ternyata fouling factornya terlalu besar daripada yang seharusnya maka desain kita bisa dibilang mubazir. Sebagai engineer tentunya kita berusaha untuk selalu ON-SPEC, tapi dengan harga seekonomis mungkin...(ini dari kacamata kontraktor lho...) Kadang2 fouling ini tidak dapat difilter didepan HE, karena fouling terbentuk karena ada kontak dengan media lain yang berbeda temperaturnya. Jadi hanya terjadi di surface contact dua fluida tersebut yaitu di sisi luar dan dalam tubes. eman pardjiman dear pak sulis



emang benar masing-masing fluida dah punya batasan minimal fouling factor mungkin untuk fluda A nilainya 0.001 atau fluida B 0.002 dll.... yang saya anggap bebas adalah dah melwati batas minimal untuk fouling factor fluida yang dipakai.... dan ketika kita mendesign sebisa mungkin mendekati batas minimal total fouling factor, saya cuma pengin bilang kalau secara substansi fouling factor itu bebas, hanya batasan ekonomi saja yang akan memainkan HE yang akan kita design... tentang filter di depan HE maksudnya gini pak sulist... anggap saja ada fluida kotor, dilewatkan pada sebuah HE, nah karena kotor tentunya dia punya tahanan dlm transfer panas yg besar pula makanya nilai fouling factor nya juga besar (anggap saja nilai fouling total nya 0.005)...karena besar maka ukuran HE nya harus di design denga harga minimal 0.005 akan di dapat HE yang besar.... tp ketika fluida itu di treatment dulu untuk menghilangkan kotoran2 maka fluida itu akan lebih jernih atau lebih mudah dalam transfer panas (tahanan nya kecil)..maka nilai factornya tentunya juga akan turun bukan lagi 0.005 tp mgkn menjadi 0.004 atau 0.003... dengan faouling factor yang kecil akan kita dapat ukuran HE yang lbh kecil dari pada fluida yang tanpa treatment.... Sujiman Dear all, Angka fouling factor yang ada itu sebenarnya bukan angka baku. Melainkan recommended good practice pada TEMA. Sebenarnya angka ini bisa dimodifikasi sesuai keinginan dengan pertimbangan engineering dan ekonomi. Secara umum, kita perlu mempertimbangkan sifat-sifat dari fluida, sistem proses, dan konfigurasi heat exchanger. Lalu kita pertimbangkan berapa lama kita ingin HE beroperasi sebelum harus shutdown untuk dibersihkan. Baru masuk perhitungan ekonomi, dimana kita memperhitungkan cost. Berapa cost bila fluid dibersihkan dari chemical/biological contaminant terlebih dahulu. Belum lagi cost dari teknik cleaning yang bisa dipakai, dll. Baru dibandingkan mana yang lebih ekonomis. HE sederhana (big, fluida masuk tanpa treatment) atau HE yang lebih kompleks (small, fluida di treat dulu, cathodic protection). Cukup pusing memang. Makanya di RGP-T-2.32 TEMA dituliskan, "Companies concerned about fouling continually monitor the performance of their heat exchangers to establish fouling experience



and develop their own guidelines for determining the appropriate fouling resistance to specify when purchasing new equipment." Mudah-mudah berguna. Crootth Crootth Betul sekali Pak Sujiman, Penentuan fouling factor adalah hak prerogatif end-user atau perusahaan yang memiliki, mengoperasikan dan memaintain HE bersangkutan.... tentu saja perusahaan engineering dapat memintanya ke end - user, jika memang memerlukannya... itu juga kalau engineer di end-user mampu dan masih rajin menghitungnya.... Umumnya dalam waktu lima tahun akan terjadi perubahan fouling yang cukup signifikan.... saya sendiri kemarin-kemarin bersama sama mahasiswa ITB menghitung dan memperoleh nilai fouling untuk ACHE di VICO ... dan hasilnya bikin geleng geleng kepala.... Alip Sugiyarto Dear pak Eman Pardjiman Mohon maaf sebelumnya mungkin yang saya ungkapkan masih banyak kesalahan krn saya juga masih belajar ;> Biasanya dalam merancang HE kita harus menentukan dulu Rd min yang dimiliki oleh suatu bahan (data ini bisa dilihat di buku Heat Transfer, pengarangnya KERN). Rd min ini adalah suatu batasan minimum yang ditetapkan pada rancangan HE kita, jika Rd hasil perhitungan lebih kecil dari Rd min maka laju pembentukan pengotor akan cepat sehingga alat akan cepat kotor dan mengakibatkan biaya maintenance besar, sedangkan jika Rd perhitungan terlalu besar maka alatnya akan berukuran sangat besar mengakibatkan biaya investasi untuk satu alat tersebut besar . Dalam perancangan diusahakan Rd yg didapat sedikit lebih besar dari R min misalkan Rd min = 0.002 maka dalam perancangan diharapkan sebesar 0.0025, tapi jangan sampai menjadi 0.004 dan selanjutnya. Jika saya membuat suatu korelasi Rd itu akan berhubungan dengan Ud dan Luas Permukaan Transfer Panas, jika Rd semakin besar maka Ud nya kecil dan luas permukaan akan besar begitu pula sebaliknya. Kemudian dalam merancang suatu HE tidak hanya dilihat dari Rd nya TOK!! tetapi harus juga dianalisa perubahan tekanan fluida masuk dan fluida keluar, untuk cairan batasan delta P nya 10 Psi untuk gas batasan delta P nya 2 Psi. Semoga bisa membantu dan maaf jika ada kesalahan



Salam... Alip Sugiyarto Crootth Crootth Pak Alip, Saya kira tidak segegabah itu menetapkan pressure drop min 10 psi untuk liquid dan 2 psi untuk gas.... semua tergantung pressure dan temperatur operasinya, criticalitynya, process safetynya, dan terutama karena alasan ekonomi, sebagai end user, kita terbiasa untuk mengkomply semua faktor ini.... gak lantas semakin kecil pressure drop langsung dibeli.... [email protected] Rasanya, harga dp di HE bisa juga dimasukkan sebagai garansi dari proses. Jika tidak memenuhi, maka harus diperbaiki....buat jaga2 dari end user, apalagi kalau prosesnya sangat sensitive terhadap perubahan dp. Tetapi memang besaran 10 dan 2 psi adalah suatu yang common di perancangan HE. putri anindya Pak Alip Sugiyarto, Untuk kriteria pressure drop yang bapak tentukan ini, dasarnya apa ya kalo boleh tahu. Bukannya setiap project spec maupun owner requirement itu berbeda2. Apakah tidak sebaiknya kita lihat kembali pada dua dokumen di atas ? Selain itu bagaimana dengan systemnya. Kalo memang dimungkinkan/diperbolehkan lebih dari angka yang bapak sebutkan, apakah tidak boleh ? Karena setahu saya semakin besar alowable pressure drop-nya maka HE tersebut akan semakin compact. Mohon penjelasannya. Sujiman Dear all, Untuk masalah batasan aliran fluida dalam HE, sebenarnya bukan pressure drop yang bermain, melainkan 'erosion limits', dengan arti



lain kecepatan (velocity). Definisi resminya adalah terjadinya erosi pada metal dikarenakan friksi dengan aliran fluida yang mengalir baik di dalam maupun yang melalui permukaan. Laju erosi biasanya menentukan jenis metal (semakin keras, semakin kecil erosi bila situasi dan kondisi sama), kecepatan & densitas fluida, serta bentuk geometri HE. E.g.: erosi biasanya terjadi pada bagian di mana fluida memasuki tubing atau pada bagian bend pada U-tube, dikarenakan shear stress yang terjadi (pembentukan boundary layer atau berbeloknya aliran). Faktor-faktor minor lain misalnya sifat kimiawi fluida dan metal. Biasanya untuk liquid sudah ada recommended good practice. Misalnya, untuk water: 10 fps (low carbon steel), 15 fps (stainless steel), 10 fps (90-10 cupronickel), >50 fps (titanium). Untuk liquid lain: rasio allowable velocity liquid A banding water = rasio densitas liquid A banding water. Untuk gas & dry vapors V in fps = 1800 / koefisien Dimana koefisien = akar dari (abs pressure in psia x mol. Weight). Untuk masalah pressure (atau lebih tepatnya high pressure), biasanya kita tempatkan aliran yang tekanannya lebih tinggi di dalam tubing, sehingga hanya tubing dan tubing fitting yg menahan tekanan sementara shell bisa dibuat dari bahan yang lebih ringan. Ingat, high shell side pressure puts a premium in designing a long, small diameter exchangers. Mudah-mudahan berguna, putri anindya Dear pak Sujiman, Apakah benar pressure drop dan velocity adalah dua parameter yang dapat saling menggantikan. Kenapa di data sheet harus dicantumkan dua parameter ini, berikut dengan allowable-nya. Kalau memang saling menggantikan, kenapa tidak dihilangkan salah satu saja. Mohon masukannya. Crootth Crootth



Pak Sulistiyanto dan Mr Sujiman kan satu kantor, kenapa tidak saling mengunjungi dan berdiskusi aja sih... Terus terang Pak Sujiman, kalau erosional velocity yang digunakan sebagai acuan, kasihan sama operator operator saya dilapangan yang tiap hari musti melihat DCS, menghitung erosional velocitynya... apa ga nambah kerjaan mereka.. Saya kira, erosional velocity itu cuman penting di fase engineering dan MOC saja, dalam operability, operator lebih mudah melihat perbedaan tekanan baik melalui DCS/Control Room atau melihat langsung dari Pressure Indicator... Mbokyah para engineer di belakang meja mikirin susahnya jadi operator production/maintenance..... Drajad Agus Widodo Numpang urun rembuk, Pak DAM, ya jelas dong kita yg di belakang meja ini tidak mau merepotin para operator. Maksud pak Sujiman adalah dalam perancangan, kecepatan erosi tidak boleh melebihi batas. Ini masalah desain pak, jadi selama masih di bawah batas maximum, dijalankan sampai pensiun pun masalah erosi tidak akan jadi faktor. Kalau sudah operasional, kita melihatnya sebagian dari sistem, ergo yang kita perhatikan agar pressure tidak drop melalui ambang batas yang ditetapkan (kalau jatuh, fluidanya bagaimana bisa naik ke stage berikutnya, betul kan?). Jadi pak DAM, operator tetap bisa melihat ke pressure indikator. Dan itu pula mengapa di data sheet allowable pressure drop tetap dicantumkan. Sementara velocity limit biasanya dimasukkan ke dalam general specification Crootth Crootth Hwawhwahawhawawhaw, stay Cool Pak Dradjad..... Saya Quoted pernyataan Mas Dradjad (biar keliatan muda).... "agar pressure tidak drop melalui ambang batas yang ditetapkan" Wah kalau yang ini saya gak yakin pada operasinya pressure drop maximum ga terlampaui... Wong semua tergantung sumur gas (perubahan sifat chemical kalau di petrokimia), usia service dan lain lain....



Belum lagi kalau vendor vendor Cooler "nakalan" dengan menset pressure drop actual hanya sepersekian psi di bawah allowable maximum pressure drop yang kita (end-user) quoted katakanlah batas maksimum kita 10 psi dia (vendor) quoted 9,998 psi........ yah karuan aja sejak hari pertama running pressure drop ACHE atau HE dari vendor akan terlampaui ... makanya para engineer ... waspadalah waspadalah pada ulah vendor seperti ini........... Quoted Mas Dradjad berikutnya: "(kalau jatuh, fluidanya bagaimana bisa naik ke stage berikutnya, betul kan?)" Sebenarnya peristiwa membengkaknya pressure drop adalah alami... sejalan dengan menurunnya tekanan sumur KADANG pressure drop ACHE naik pun, bukan masalah buat kita........... sumur bertekanan rendah jadi terbantu mengalir malah... jadi musti pinter pinter ngelihat konteks Sujiman Dear pak Sulis, et. al. Sebenarnya untuk pressure drop, biasanya yang menentukan justru process system. Karena dari situ nanti akan muncul argumen, apakah setelah keluar dari HE, perlu atau tidak ditekan lagi untuk menuju sistem berikutnya. Tapi kalau berbicara tentang HE secara sistem yang independen (bukan bagian dari sistem yang lebih besar), yang bermain paling dominan untuk menentukan besar-kecil HE adalah velocity (selain faktor-faktor lain yang sudah saya sebutkan). Pressure drop bermain di belakang atau sebagai fungsi dari velocity [f(vel)]. Mudah-mudah berguna putri anindya Pak Sujiman, Jika kita merefer ke Process Data Sheet, parameter velocity ini tidak selalu dicantumkan. Kadang ada batasannya, kadang tidak dispecify. Jika demikian, maka kita harus mencarinya ke spec atau BEDD, dan itupun belum tentu ada juga. Saya kira batasan kecepatan untuk setiap fluida service juga bermacam2. Dengan demikian, apakah masih bisa dijadikan acuan utama ? Lain halnya dengan pressure drop, yang selalu tercantum secara spesifik di data sheet. Meskipun demikian, pressure drop juga bukan acuan utama dalam menentukan besarkecilnya HE. Saya kira yang paling menentukan adalah heat duty yang



harus dipenuhi HE tersebut. Pressure drop juga lebih mudah diamati, lebih mudah diukur dengan PG yang relatif lebih murah dibandingkan dengan speed flow indicator (saya setuju dengan pendapat mas DAM, bahwa ini juga untuk mempermudah operator lapangan). Namun, jika memang velocity menjadi acuan utama, maka angkanya harus selalu dicantumkan di process data sheet, bukan begitu mas Jiman.....:-) Drajad Agus Widodo Pak Sulis, kalau boleh ikut jawab, Kata pak Jiman, untuk masalah erosion velocity, memang hanya terbatas pada design saja. Ini kita lakukan dalam rangka eliminasi factor-faktor yang bisa membuat HE jadi lebih cepat aus/rusak. Kecepatan flow yang terlalu tinggi bisa menyebabkan erosi akibat friksi, kecepatan yang terlalu rendah menyebabkan waktu retensi fluida terlalu lama. Tapi bukan berarti velocity harus kita amati, karena saat beroperasi, hal itu sudah terawasi dengan indicator tekanan masuk/keluar. Tidak perlu ada indicator yang terpisah khusus untuk mengawasi kecepatan fluida (lucu kan kalau di dalam HE kita pasang kitiran?). Liliek Pak Imam Mahmudi, Ini saya mencoba menjawab tapi lewat japri saja. Saya biasa melakukan cleaning pipa dengan pickling & flushing baik untuk pipa gas maupun pipa oil, untuk digunakan mengalirkan oli ke dalam mesin. Tahapan yang biasa dilakukan adalah : 1. Degreasing untuk menghilangkan debu, minyak, tanah & kotoran lainnya. 2. Acid Pickling untuk membersihkan dari kerak & karat 3. Netralisir Acid 4. Flushing dengan Nitrogen purging 5. Untuk pipa yang digunakan mengalirkan oli ke dalam mesin dilakukan flushing Oil. Syarat sebelum pipa tersebut digunakan adalah harus bersih dari dust, scale, rust dan partikel-partikel yang kecil-kecil sampai ukuran micron. Standard yang digunakan adalah NAS 7. Dimana syarat NAS 7 adalah banyaknya partikel yang berukuran micron tertentu dalam oil tidak boleh melebihi jumlah tertentu. NAS 6 jumlah partikel yang boleh ada dalam pipa lebih sedikit



Dari NAS 7. Kebetulan standardnya ada di rumah, kalau diperlukan nanti akan saya informasikan. NAS ( National Aerospace Standard). Ini prosedur cleaning bila sudah ada fouling di dalam pipa. Faktor fouling dari air ada beberapa faktor : 1. Suspended solid fouling yang bisa diatasi dengan dispersant 2. Contaminan lain seperti : hydrokarbon, glycol, NH3, SO2, H2S hal ini menyebabkan fouling & tumbuhnya microorganisme, memerlukan konsentrasi Chlorine yang tinggi, chemical treatment. Demikian mohon maaf bila ada kesalahan dari apa yang saya sampaikan ini. "Imam Mahmudi" Dear Ibu Liliek, Menarik sekali penjelasan yang Ibu berikan. Kiranya ibu berkenan memberikan penjelasan yang lebih detail mengenai proses cleaning pipa. Kemudian saya juga ingin tahu bagaimana cara mengukur menimbang kuantitas kotoran yang ada dalam pipa sehingga bisa memenuhi ketentuan NAS tersebut. Saya belum pernah mendengar NAS ini sebelumnya, mohon informasinya. Terimakasih banyak sebelumnya. Liliek Pak Imam Mahmudi, Menyambung email tentang fouling factor of tube dari sisi lain...., Untuk menentukan pipa yang telah dicleaning & di flushing benarbenar bersih dari segala bentuk pengotor. Pada pekerjaan pickling & flushing, misalnya tahap paling akhir dilakukan flushing dengan oil jenis tertentu yang akan dilewatkan mesin, untuk memenuhi syarat kualifikasi mesin (misalnya mesin hydraulic, biasanya meminta persyaratan NAS 1638 Class 7), & benar-benar bersih dari gram, debu, lemak pengotor, karat agar mesin tidak rusak. Syarat dipenuhinya standard NAS 1638 (National Aerospace Standard) 1638 adalah banyaknya partikel yang ada dalam pipa yang berisi oil flushing, jumlah & ukuran partikel-partikel didalam oil tersebut maximum tidak boleh lebih dari nilai sebagai berikut : (volume sample 100 ml)



Particle size (micron)



Specifikasi NAS 1638 Class 6 Class 7 count / 100 ml



5 - 10 10 - 25 25 - 50 50 - 100 > 100



16000 2850 506 90 16



32000 5700 1012 180 32



Metoda pengukuran partikel dan jumlah nya tersebut, biasanya dimiliki oleh laboratorium yang memberikan jasa analisa minyak dan pelumas. Kalau tidak salah satu jenis alatnya dari Micromeritis. Saya kurang faham kalau untuk minyak bumi, faktor impuritiesnya terlalu banyak bisa dari tanah, lumpur, air dan macam-macam mungkin ada standard API nya. Pak Imam Mahmudi mohon maaf, akhirnya saya buka lagi masalah ini via milis migas Indonesia Demikian mudah-mudahan ada manfaatnya. Dan mohon dikoreksi bila ada yang lebih faham dalam masalah ini.