3 Heat Exchanger 12 13
-
Upload
khoirul-anwar -
Category
Documents
-
view
54 -
download
0
description
Transcript of 3 Heat Exchanger 12 13
-
HEAT EXCHANGERHEAT EXCHANGERHEAT EXCHANGERHEAT EXCHANGER
(ALAT PENUKAR KALOR)(ALAT PENUKAR KALOR)(ALAT PENUKAR KALOR)(ALAT PENUKAR KALOR)
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 1
-
PRINSIP PERPINDAHAN PANAS
TEMPERATURE :suatu ukuran energi yang dimiliki oleh suatu benda, sebagai ukuranapakah benda tersebut relatif panas atau dingin. Umumnya diwakilidengan suatu satuan unit seperti, Celcius atau Fahrenheit.
HEAT :suatu bentuk energi yang tersimpan dalam suatu benda akibat dari
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 2
suatu bentuk energi yang tersimpan dalam suatu benda akibat dariperbedaan temperatur yang terjadi pada benda tersebut. Umumnyadiwakili dengan satuan unit Kalori atau BTU.
PERPINDAHAN PANAS (Heat Transfer) :Energi dapat berpindah dalam bentuk heat dari suatu zat kelingkungannya atau zat lain apabila diantara kedua zat tersebutberbeda temperaturnya.
-
PRINSIP PERPINDAHAN PANAS
KONDUKSI :Perpindahan panas yang mengalir dari daerah yangbertemperatur tinggi kedaerah yang bertemperatur lebih rendahdidalam suatu medium (padat, cair atau gas) atau antara mediumyang berlainan tetapi bersinggungan secara langsung (kontaklangsung) Q = Perpindahan panas
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 3
langsung) Q = Perpindahan panas persatuan waktu, tA = Luas penampang mediumd = Tebal mediumk = Konduktivitas termal mediumT = Temperatur
-
PRINSIP PERPINDAHAN PANAS
KONVEKSI :Perpindahan panas yang terjadi antara suatu permukaanbenda/medium dengan suatu fluida yang bergerak padasuatu perbedaan temperatur
Q = Perpindahan panas persatuan
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 4
Q = Perpindahan panas persatuanwaktu, t
A = Luas penampang mediumh = Koefisien konveksiT = Temperatur (benda dan fluida)
Q = hA(Tw - Ts)qh TS
Area = A
Tw
-
PRINSIP PERPINDAHAN PANASRADIASI :Perpindahan panas yang terjadi akibat emisi gelombangelektromagnet dari suatu permukaan atau ruang. Radiasitidak memerlukan media perpindahan panas dan dapat terjadidalam ruang hampa udara.
Besar radiasi yang dipancarkan suatu benda :
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 5
dipancarkan suatu benda :
= emissivity material = Konstanta Boltzman,
5.6710-8 W/m2K4
A = luas permukaanT = Temperatur benda
-
PRINSIP PERPINDAHAN PANAS
EVAPORASI :Proses pemanasan suatu liquid sampai pada temperatur titikdidihnya untuk menghasilkan phasa lain dari liquid tersebut,yaitu vapor (uap).
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 6
-
PRINSIP PERPINDAHAN PANAS
KONDENSASI :Proses pendinginan terhadap suatu uap liquid untukkembali ke phasa semula, yaitu liquid.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 7
-
HEAT EXCHANGERKonsep Dasar
Alat penukar kalor (heat exchanger) merupakansuatu alat yang berfungsi untuk memindahkankalor dari suatu fluida ke fluida yang lain.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 8
kalor dari suatu fluida ke fluida yang lain. Bentuk sederhana dari alat penukar kalor adalah
sebuah alat yang mencampurkan langsungantara fluida panas dengan fluida dingin.Dengan sistem demikian, kedua fluida tersebutsuatu saat akan mencapai temperatur akhiryang sama.
-
WHAT IS A HEAT EXCHANGER?
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 9
They are devices specifically designed for the efficient transfer of heat from one fluid to another fluid over a solid surface.
-
WHAT ARE HEAT EXCHANGERS USED FOR?
They have the function to transfer heatas efficiently as possible. Heatexchangers are widely used in :
I. refrigeration
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 10
I. refrigerationII. air conditioningIII. space heatingIV. electricity generationV. chemical processing
-
Heat Exchanger Applications
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 11
-
Applications of Heat Exchangers
Heat Exchangers prevent car engine
overheating and increase efficiency
Heat exchangers are
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 12
used in Industry for heat transfer
Heat exchangers are used in AC and
furnaces
-
HEAT EXCHANGERAplikasi
Heat exchanger kebanyakanditemukan dalam aplikasi sistemproses kimia maupun mechanical.Aplikasi tersebut antara lain :
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 13
Aplikasi tersebut antara lain :1. Proses Pemanasan awal (Preheater)2. Proses Pendinginan (Cooler)3. Proses Penguapan (Evaporasi)4. Proses Pengembunan (Kondensasi)
-
HEAT EXCHANGERAplikasi
Dalam suatu proses yang membutuhkantemperatur tinggi/rendah, fluida yangmasuk sebelumnya harus dipanaskan/didinginkan awal terlebih dahulu dalamsuatu tahapan daripada langsung
1. Proses Pemanasan Awal (Preheater) dan Pendinginan (Cooler)
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 14
suatu tahapan daripada langsungmemanaskannya atau mendinginkannyadari temperatur awal (lingkungan) ketemperatur tinggi/rendah yangdibutuhkan. Hal ini untuk menghindarithermal shock stress pada materialperalatan yang dipakai. Contoh padaaplikasi ini adalah, U-Tube FeedWaterPreheater / Cooler
-
HEAT EXCHANGERAplikasi
Setiap sistem pengkondisian udara,setidaknya ada dua heat exchanger yangterlibat, yaitu evaporator dan condenser.Untuk kedua sistem, fluida mengalir kedalam HE dan memindahkan panas(mengambil atau melepas panas) ke
2. Proses Penguapan (Evaporasi) dan Pengembunan (Kondensasi)
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 15
(mengambil atau melepas panas) kemedia pendingin / pemanas. Untukcondenser, fluida (gas) berubah phasamenjadi liquid dan untuk evaporatorfluida (liquid) berubah phasa menjadi gas(uap). Proses ini diperlukan jika fluidatersebut akan digunakan lagi dalam suatusiklus sesuai dengan bentuk phasa-nya.Contoh untuk aplikasi ini adalah SteamCondenser / Evaporator
-
heat exchangers can take a variety of shapes
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 16
-
condenser/evaporator for heat pump
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 17
-
Cooling towers are a type of heat exchanger
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 18
-
Something a little closer to home..
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 19
-
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 20
-
CONSTRUCTION TYPEOF HEAT EXCHANGER
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 21
(JENIS KONSTRUKSI ALAT PENUKAR KALOR)
-
HEAT EXCHANGERBerdasarkan prinsip perpindahan panas yang terjadi, heatexchanger dibagi dalam tiga group :1. Direct Contact Heat Exchanger, Aliran fluida panas
dan dingin dicampurkan secara langsung sehinggaterjadi perpindahan panas
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 22
2. Recuperators, Aliran fluida panas dan dingindipisahkan dengan suatu dinding sehinggaperpindahan panas terjadi secara konveksi melaluidinding tersebut.
3. Regenerator, Perpindahan panas terjadi dalambeberapa tahap, pertama dari fluida panas ke mediapenyimpan kemudian dari media penyimpan ke fluidadingin.
-
CLASSIFICATION OF HEAT EXCHANGERS
Heat exchangers may be classified according tothe following main criteria:
Recuperators and regenerators Transfer processes: direct contact and indirect
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 23
Transfer processes: direct contact and indirectcontact
Geometry of constructions: tubes,plates andextended surfaces
Phase change mechanisms: condensers andevaporators
Flow arrangements: parallel, counter and crossflow
-
RECUPERATORS
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 24
The conventional heat exchangers with heat transfer between two fluids. Hot steam A recovers some of the heat from stream B.
-
REGENERATORS
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 25
Storage type heat exchangers. The same flow passage (matrix) is alternately occupied by one of the two fluids.
Thermal energy is not transfered through the wall.
-
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 26
-
HX Classifications
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 2727
-
TRANSFER PROCESSES
Heat transfer between the cold and hot fluids through a direct contact
1. Direct contact type heat exchangers:
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 28
through a direct contact between these fluids.
Examples: Spray and tray condensers, cooling towers, fluidization
-
Heat energy is exchanged between hot and cold fluids through a heat transfer surface.
2. Indirect contact type heat exchangers:
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 29
heat transfer surface.
The fluids are not mixed
-
HEAT EXCHANGER
1. Parallel Flow, Jika aliran dari kedua fluida yangmelakukan perpindahan panas mengalir dalam satu arah
Berdasarkan pola aliran fluida yang terjadi, heat exchangerdibagi dalam tiga pola aliran :
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 30
dQ/dt= Rate of heat transfer between two fluidsU= Overall Heat Transfer CoeficientA= Area of the tube
T= Logarithmic mean temperature difference defined by:
-
HEAT EXCHANGER2. Counter Flow, Jika aliran dari kedua fluida yang
melakukan perpindahan panas mengalir berlawanan arah
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 31
T= Logarithmic mean temperature difference defined by:
dQ/dt= Rate of heat transfer between two fluidsU= Overall Heat Transfer CoeficientA= Area of the tube
-
HEAT EXCHANGERKonsep Dasar
3. Cross Flow, Jika aliran dari kedua fluida yang melakukan perpindahan panas mengalir secara bersilangan
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 32
-
Cross Flow Heat Exchangers
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 33
-
Cross Flow Heat Exchangers
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 34
Cross flow mixed Cross flow unmixed
-
Jenis-jenis Heat Exchanger
1. Double Pipe Heat ExchangerKonstruksinya terdiri dari pipa yang ditempatkan di
Sesuai dengan jenis aplikasinya, saat ini terdapatberbagai jenis konstruksi Heat Exchanger yang telahdipakai di dunia industri :
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 35
Konstruksinya terdiri dari pipa yang ditempatkan didalam pipa lain yang berdiameter lebih besar. Jenisini banyak dipakai untuk pemanasan ataupendinginan dimana area perpindahan panas yangdibutuhkan relatif kecil (sampai 50 m2). Kelebihanjenis ini adalah mudah dalam pemasangan danperawatan, namun relatif mahal untuk areaperpindahan panas yang kecil.
-
Double Pipe HE(Alat Penukar Kalor Pipa Ganda)
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 36
-
Tube in Tube Heat Exchangers
T2
t1
T1
t2
Parallel FlowT1
T2
t2
T1
t1
Counter FlowT1
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 37
T1
T2
t1 t2
Position
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
e
T1
T2
t2 t1Te
m
p
e
r
a
t
u
r
e
Position
-
Concentric tube (double piped) One pipe is placed concentrically within
the diameter of a larger pipe Parallel flow versus counter flow
Heat Exchanger Types
Fluid B
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 3838
Fluid AFluid B
-
Concentric Tube (Double Piped) used when small heat transfer areas are
required (up to 50 m2) used with high P fluids
Heat Exchanger Types
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 3939
used with high P fluids easy to clean (fouling) bulky and expensive per unit heat transfer area Flexible, low installation cost, simple
construction.
-
Heat Exchangers
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 40
Concentric tube Parallel flow
Concentric tube counter flow
-
Double Pipe Heat Exchanger
Counter flowParallel flow
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 41
-
FLOW ARRANGEMENTS1. Paralel Flow Heat Exchangers:
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 42
Two fluid streams enter together at one end, flow through in the same direction, and leave through at the other end
-
Paralel Flow Heat Exchangers
Another type is parallel flow, where the fluids flow in the same direction:
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 43
-
2. Counter Flow Heat Exchangers:
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 44
Two fluid streams flow in opposite directions.
-
Counter Flow Heat Exchangers
One is counterflow where the fluids flow in opposite directions in the heat exchanger:
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 45
-
DOUBLE-PIPE HEAT EXCHANGERS
They consist of one pipe concentrically located inside a second, larger one.
Cold and hot liquid respectively flows in the gap of inner pipe
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 46
flows in the gap of inner pipeand sleeve pipe. Structure is simple and heat transmission is large.
-
DOUBLE-PIPE HEAT EXCHANGERS
When the process calls for a temperature cross, it is the most efficient design and will result in
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 47
design and will result infewer sections and lesssurface area.
-
DOUBLE-PIPE HEAT EXCHANGERSADVANTAGES:
Operates in true counter current flow permitting extreme temperature cross.
Economically adaptable to service differentials.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 48
Economically adaptable to service differentials. Ideal for wide temperature ranges and
differentials. Provides shorter deliveries than shell and tube
due to standardization of design and construction.
-
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 49
-
Cross Flow Heat Exchanger Alat penukar kalor aliran silang adalah alat
penukar kalor di mana fluida yang satu mengalir di dalam suatu tabung, sedangkan fluida lain yang temperaturnya berbeda mengalir melintas di luar tabung dengan arah melintang.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 50
melintang. Penukar kalor aliran silang digunakan untuk
pemanasan atau pendinginan udara atau gas, di mana gas dialirkan menyilang pada tabung, sedangkan fluida yang lainnya digunakan di dalam tabung untuk mendinginkan atau memanaskan gas.
-
Cross Flow Heat Exchangers
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 51
The direction of fluids are perpendicular to each other.
-
Cross-flow Heat Exchangers
another type is cross-flow, shown below. These are common in air conditioning and refrigeration systems.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 52
-
Cross flow heat exchanger (cont) Pada alat penukar kalor ini dikenal dua
macam arus fluida, yaitu arus campur (mixed stream) dan arus tak campur (unmixed stream).
Fluida dikatakan campur bila dapat bergerak
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 53
Fluida dikatakan campur bila dapat bergerak bebas di dalam alat tersebut sambil menukar kalor, sedang fluida tak campur terkurung di dalam tabung saluran penukar kalor dan tak dapat bercampur selama proses perpindahan kalor.
-
Cross flow heat exchanger (cont)
Kedua fluida campur (both mixed) Satu fluida campur (mixed) dan
Ada tiga susunan penukar kalor silang :
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 54
Satu fluida campur (mixed) dan fluida lainnya tidak campur (unmixed)
Kedua fluida tidak campur (both unmixed)
-
Cross flow heat exchanger (cont)
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 55
-
Cross flow heat exchanger (cont)
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 56
-
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 57
-
finned versus unfinned mixed versus unmixed
Cross flow heat exchanger (cont)
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 5858
-
Cross flow heat exchanger (cont)
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 5959
-
Cross flow heat exchanger (cont)
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 6060
-
SHELL AND TUBEHEAT EXCHANGER
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 61
HEAT EXCHANGER
-
Untuk mendapatkan area perpindahan panas yangbesar dari jenis Double Pipe Heat Exchanger, pipayang digunakan mestilah sangat panjang. Akibatnya,kehilangan tekanan yang terjadi juga besar, dibutuhkanpompa dengan kapasitas besar, dan sejumlah besarmaterial yang akhirnya membutuhkan biaya yang relatif
Konsep
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 62
material yang akhirnya membutuhkan biaya yang relatifsangat besar.Hal ini berarti kita membutuhkan bentuk konstruksiyang kompak untuk keperluan area perpindahan panasyang besar tersebut, jenis Shell and Tube HeatExchanger adalah jenis konstruksi yang sesuai untukkebutuhan tersebut.
-
Shell and Tube Heat ExchangerKonstruksinya terdiri dari berkas tube yang ditempatkan didalam suatu shell, sehingga dua fluida yang melalui tubedan shell akan melakukan perpindahan panas secarakonduksi dan konveksi melalui dinding tube. Keuntunganjenis ini adalah dapat digunakan dalam banyak aplikasi,mudah dalam perawatan dan memiliki perbedaantemperatur yang tinggi.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 63
temperatur yang tinggi.
-
Shell and Tube Heat Exchanger In a closed heat exchanger, the fluids do not mix.
This is a shell-and-tube heat exchanger.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 64
-
Shell and Tube Heat Exchanger
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 65
-
Shell and Tube Heat Exchanger
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 66200MW Heat exchanger. For a pulp mill in Kalanti, Finland
-
Shell and Tube Heat Exchanger Can you identify
shells, tubes, and baffles?
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 67
-
Shell and Tube Heat Exchanger
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 68
-
Shell and Tube Heat Exchanger
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 6969
-
Shell and Tube Heat ExchangerUntuk meningkatkan performance, heat exchanger dapat didesain,sehingga kedua fluida yang melakukan perpindahan panas dapatbersinggungan beberapa kali dalam satu unit heat exchanger.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 70
Jika kedua fluida bersinggungan lebih dari satu kali, maka disebutMulti-Pass Heat Exchanger. Umumnya Multi-Pass HE menggunakan jenis U-Bend Tube untuk mengalirkan kembali fluida sehingga dapat bersinggungan lebih dari satu kali. Atau dengan menggunakan plat pemisah (baffle) pada sisi shell dari Heat Exchanger tersebut.
Jika kedua fluida bersinggungan hanya satu kali maka disebutSingle-Pass Heat Exchanger .
-
Shell and Tube Heat ExchangerBaffles are used to establish a cross-flow and to induce turbulent mixing of the shell-side fluid, both of which enhance convection.
The number of tube and
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 71
The number of tube and shell passes may be varied
One Shell Pass and One Tube Pass
One Shell Pass,Two Tube Passes
Two Shell Passes,Four Tube Passes
-
TUBULAR HEAT EXCHANGERS
are so widely used because the technology is well established for making precision metal tubes capable of containing high pressures in a variety of materials.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 72
pressures in a variety of materials.
There is no limit to the range of pressures and temperatures that can be accommodated.
-
TUBULAR HEAT EXCHANGERS
SHELL AND TUBE
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 73
SHELL AND TUBE
DOUBLE-PIPE
-
Klasifikasi dan Standarisasi
Untuk melindungi pemakai jenis Shell and TubeHeat Exchanger dari bahaya akibat tekanan dantemperatur tinggi dan resiko kegagalan alat, suatustandard telah diaplikasikan dan dianut oleh
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 74
standard telah diaplikasikan dan dianut olehbanyak industri sebagai pegangan dalammerencanakan, mengoperasikan dan merawatHeat Exchanger jenis Shell and Tube.Standar tersebut adalah Tubular Exchanger Manufacturers Association (TEMA).
-
Tubular Exchanger Manufacturers Association(TEMA), dari sisi design dan fabrikasi membagi jenisShell and Tube Heat Exchanger ini dalam 3 kelas :
Klasifikasi dan Standarisasi
1. Kelas R, HE yang didesain dan difabrikasi untuk kondisi berat pada industri gas dan petroleum.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 75
berat pada industri gas dan petroleum.2. Kelas C, HE yang didesain dan difabrikasi untuk kondisi
yang lebih ringan dan untuk keperluan industri umum.3. Kelas B, HE yang didesain dan difabrikasi untuk
keperluan proses-proses kimia.
Ketiga jenis kelas tersebut, semua diaplikasikan dalam kilang LNG
-
Misalnya kilang LNG yang banyak menggunakan jenis HE shell andtube dan menurut standard TEMA mengikuti kelas fabrikasi kelasRCB, maka yang menjadi patokan utama dari kelas RCB adalah:
Klasifikasi dan Standarisasi
Hasil perkalian nominal diameter shell (inch) dan Design Pressure (PSI) tidak lebih dari 60.000.
Inside diamater Shell tidak lebih dari 60 inch
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 76
Inside diamater Shell tidak lebih dari 60 inch Design pressure tidak lebih dari 3000 PSI Standard Test dilakukan dalam kondisi 1,5 kali Design Pressure
jika menggunakan cairan (Hydrotest), dan 1,25 kali design pressure jika menggunakan udara (pneumatic test).
Serta beberapa standard lain yang bersifat sangat detail (lebih banyak digunakan oleh designer)
-
Aplikasi Shell & Tube HEJenis Shell and Tube Heat Exchanger kebanyakan dipakaipada aplikasi proses berikut (termasuk proses di kilang LNG):
1. COOLERS
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 77
-
Shell & Tube Heat Exchanger, TEMA Class RCBDari bentuk konstruksinya terbagi atas 3 bagian yaitu,Front-End Stationary Head, Shell dan Rear-End Head.
Type AES
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 78
Type CFU
Type AKT
-
Aplikasi Shell & Tube HE2. CONDENSER
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 79
-
Aplikasi Shell & Tube HE
3. WASTE HEAT BOILER
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 80
-
Aplikasi Shell & Tube HE4. KETTLE TYPE
REBOILER
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 81
-
Aplikasi Shell & Tube HE5. THERMOSYPHON
REBOILER
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 82
-
AplikasiShell & Tube HE
6. MAIN HEAT EXCHANGER
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 83
-
Konstruksi Shell & Tube Heat ExchangerSeperti ditampilkan sebelumnya, berikut jenis-jeniskonstruksi Shell & Tube Heat Exchanger berdasarkanstandar TEMA kelas RCB.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 84
-
Konstruksi Shell & Tube Heat Exchanger
Penamaan (istilah) dari bagian konstruksi Shell & Tube Heat ExchangerTube side Bagian dalam Tube.
Shell side Bagian luar tube, diantara tube dan dinding shell.
Tube sheet Suatu plat tebal yang dilengkapi lubang (1 lubang untuk setiap tube), tempat dimana tube ditanam.
Tube bundle Berkas kumpulan tube terdiri dari tube, tube sheet dan baffle plate
Shell Suatu silinder dimana tube bundle ditempatkan.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 85
Shell Suatu silinder dimana tube bundle ditempatkan.
Channel Suatu jenis bagian depan HE tempat fluid dimasukkan dan dikeluarkan ke dan dari tube side. Memiliki dinding pemisah yang memisahkan aliran yang masuk dan keluar. Serta mempunyai penutup yang dapat dilepaskan.
Bonnet Seperti Channel tapi dengan penutup yang tidak bisa dilepaskan (menyatu).
Baffle plate Dapat dibentuk dengan model yang bervariasi, namun bentuk dasarnya adalah segmental. Memiliki dua fungsi yaitu ; sebagai pendukung tube dan sebagai pengarah aliran pada shell side sehingga didapatkan perpindahan panas yang lebih efektif.
Tie rods Batang yang dipasang diantara tube sheet untuk mendukung baffles. Juga berfungsi untuk mengurasi vibrasi (getaran).
-
Konstruksi Shell & Tube Heat ExchangerPenamaan (istilah) dari bagian konstruksi Shell & Tube Heat Exchanger
1. Inlet (or outlet) tube side2. Outlet (or inlet) tube side
12. U tubes 13. Channel with partition wall
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 86
2. Outlet (or inlet) tube side3. Inlet (or outlet) shell side4. Outlet (or inlet) shell side5. Bonnet without partition wall6. Fixed tube sheet7. Shell8. Straight tubes9. Baffle plate10. Bonnet with partition wall11. Tube sheet
13. Channel with partition wall14. Channel cover15. Floating-head tube sheet16. Floating-head backing device17. Floating-head cover18. Shell cover19. Shell nozzle20. Liquid level connection21. Liquid level connection22. Weir
-
Konstruksi Shell & Tube Heat ExchangerBagian-bagian utama dari Shell & Tube Heat Exchanger :
1. TUBE, merupakan media mengalirnya salah satu daridua fludia yang melakukan perpindahan panas dalamShell & Tube HE. Dinding tube merupakan bidangpemisah dari kedua fluida dan sekaligus berfungsisebagai bidang perpindahan panas.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 87
Bahan dan ketebalan dindingtube harus dipilih agardiperoleh penghantaran panasyang baik dan juga mampupada tekanan operasi fluidanyaserta tidak mudah terkorosi atautererosi oleh fluida kerjanya.
-
Konstruksi Shell & Tube Heat Exchanger2. SHELL, bagian yang merupakan media mengalirnya fluida
yang akan dipertukarkan panasnya dengan fluida yangmengalir di dalam tube, konstruksi shell ini sangat ditentukanoleh keadaan tube yang akan ditempatkan di dalamnya.
Shell dapat dibuat dari sebuah pipayang berdiameter besar atau dari plat
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 88
yang berdiameter besar atau dari platyang dirol. Untuk shell ini terdapatstandard yang menentukan jenisbahan dan minimum ketebalan yangharus dipenuhi untuk berbagaiukuran diamater shell. Standardtersebut selain TEMA juga standardASME Section VIII Pressure Vessel.
-
Konstruksi Shell & Tube Heat Exchanger3. BAFFLE, berfungsi untuk mengubah arah aliran fluida
didalam shell dan sebagai pendukung dari berkas tube.Bentuknya berupa piringan yang dilubangi untukpenempatan tube, dibentuk sedemikian rupa agar aliranfluida dalam shell dapat menyentuh permukaan tubesecara efektif untuk perindahan panas.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 89
-
Konstruksi Shell & Tube Heat Exchanger
4. TUBESHEET, merupakan penyatuan bagian ujung dariberkas tube yang memisahkan fluida yang satu terhadapfluida lainnya. Tubesheet harus dibuat kuat terhadaptegangan geser dan momen untuk menghindarikebocoran, karena bagian ini yang paling rentanterhadap kebocoran.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 90
terhadap kebocoran.
-
Contoh Jenis Shell & Tube HETEMA-Type AEW
Memiliki design yang fleksibel dengan jenis floating tubesheet dan removable tube bundle.
Aplikasi
Heater atau cooler untuk electrolyte, condensate, brine, boiler blowdown atau hydraulic, turbine, dan compress oils/fluids.
Keuntungan
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 91
Keuntungan
Floating tubesheet memungkinkan terjadinya differential thermal expansion antara shell dan tubes.
Shell dapat dibersihkan dengan steam atau secara mekanikal.
Bundle dapat dengan mudah diperbaiki atau diganti.
Kekurangan
Susunan Tube terbatas hanya untuk satu pass.
Terbatas dari sisi design temperature dan tekanan.
-
Contoh Jenis Shell & Tube HETEMA-Type BEM
Memiliki design dengan jenis external floating headdengan entrance area yang besar sehingga memudahkandari sisi maintenance.
Aplikasi
Untuk sirkulasi regenerasi dari liquid yag bersifat krosif, gas atau uap (vapor)Keuntungan
Floating head memungkinkan terjadinya differential thermal expansion antara shell dan
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 92
Floating head memungkinkan terjadinya differential thermal expansion antara shell dan tubes.
Shell dapat dibersihkan dengan steam atau secara mekanikal.
Bundle dapat dengan mudah diperbaiki atau diganti. Kekurangan
Fluida sisi shell terbatas pada fluida non-toxic dan non-volatile seperti lube oil dan hydraulic oil
Susunan Tube terbatas hanya untuk satu pass atau 2 pass
Terbatas dari sisi design temperature dan tekanan.
-
Contoh Jenis Shell & Tube HETEMA-Type BEP
Memiliki design dengan jenis fixed tubesheet denganremovable channel atau bonnet sehingga heat transfermaksimum terjadi pada sisi shell.Aplikasi
Untuk heating atau cooling oil, air atau fluida untuk proses kimia.
Keuntungan
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 93
Keuntungan
Lebih murah dari jenis removable bundle. Susunan tube dapat untuk multipass flow
Kekurangan
Shell hanya dapat dibersihkan dengan proses chemical cleaning
Diperlukan tambahan seperti expansion joint untuk mengatasi masalah therml expansion
-
Contoh Jenis Shell & Tube HETEMA-Type AES
Memiliki design dengan jenis Straight tubes dan internalclamp-ring floating head cover. Tube bundle jenisremovable sehingga mudah dalam pemeliharaan.
Aplikasi
Paling banyak dipakai pada process plant termasuk untuk cooling dan heating atau condensing vapor.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 94
Keuntungan
Memungkinkan terjadinya thermal expansion antara shell dan tube Sangat baik untuk fluida yang mudah terbakar atau beracun
Susunan tube dapat untuk multipass flow
Kekurangan
Shell cover dan clamp-ring floating head cover harus dibuka terlebih dahulu untuk melepaskan bundle sehingga memiliki biaya pemeliharaan yang lebih besar.
Lebih mahal jika dibandingkan dengan jenis desain fixed tube atau U-Tube.
-
Pemasangan, Pengoperasian dan PerawatanStandard TEMA dan ASME juga mengatur masalah instalasi,pengoperasian dan perawatan Heat Exchanger.1. Instalasi / Pemasangan
Pada pemasangan suatu Heat Exchanger yang perlu diperhatikanadalah, daerah bebas untuk perbaikan, pembersihan atau bahkanuntuk penggantian dari heat exchanger tersebut. Untuk jenis U-Tube,pada daerah Stationary Head (Channel Head) harus diberi ruangancukup luas untuk penarikan tube bundle atau ruangan dibelakang
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 95
cukup luas untuk penarikan tube bundle atau ruangan dibelakangexchanger tersebut mempunyai daerah yang cukup luas untukpenarikan shell pada saat perbaikan. Untuk jenis removable bundle,pada daerah stationary head (channel head) harus mempunyairuangan cukup luas untuk penarikan tube bundle dalam waktuperbaikan.Pondasi dari heat exchanger tersebut juga harus cukup kuat untukmenahan berat exchanger sehingga tak mengakibatkan kedudukanexchanger berubah dan akan menyebabkan pipa inlet atau outletmengalami tarikan / tekanan sehingga menyebabkan kerusakan padanozzle exchanger.
-
Pemasangan, Pengoperasian dan PerawatanStandard TEMA dan ASME juga mengatur masalah instalasi,pengoperasian dan perawatan Heat Exchanger.
2. Pengoperasian
Suatu heat exchanger tidak boleh dioperasikan pada kondisi yang melebihiseperti yang telah tertera pada name plate exchanger tersebut.Start Up Operation, Untuk exchanger jenis removable bundle dioperasikanpertama kali dengan membentuk sirkulasi dengan fluida dingin (cold medium),dan dilanjutkan dengan mengalirkan fluida panas (hot medium). Selama proses
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 96
dan dilanjutkan dengan mengalirkan fluida panas (hot medium). Selama prosesstart up semua valve venting harus dalam keadaan terbuka dan tetap terbukasampai semua bagian shell dan tube terisi penuh oleh fluida. Untuk jenis fixedtubesheet fluida harus dialirkan secara simultan untuk memperkecil ekspansiyang terjadi antara shell dan tube.Shut Down Operation, untuk jenis removable bundle dapat dilakukan denganmenghentikan aliran fluida panas secara bertahap kemudian diikuti penghentianaliran fluida dingin. Untuk jenis fixed tubesheet, dapat dilakukan denganmempertahankan ekspansi antara shell dan tube seminimal mungkin. Semuasisa fluida di kedua bagian shell dan tube harus dibuang (drain) sampai bersih.
-
Pemasangan, Pengoperasian dan PerawatanStandard TEMA dan ASME juga mengatur masalah instalasi,pengoperasian dan perawatan Heat Exchanger.
3. Perawatan
Pemeriksaan heat exchanger harus dilakukan dalam setiap jangka waktutertentu pada bagian luar dan dalam dari heat exchanger. Pemeriksaan tersebutterdiri dari :Indikasi Fouling, adalah indikasi penumpukan sisa-sisa fluida di dalam heatexchanger yang dapat mengurangi efisiensi heat exchanger secara serius.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 97
exchanger yang dapat mengurangi efisiensi heat exchanger secara serius.Fouling ini dapat dilihat dari adanya kehilangan tekanan yang besar ataukinerja heat exchanger yang kurang maksimal.Indikasi kebocoran tube, Umumnya ada 2 cara pengetesan yang dilakukanuntuk mendeteksi adanya kebocoran pada tube, yaitu Standard Test danPneumatic Test. Standard Test dilakukan secara HydroTest denganmenggunakan air. Tekanan uji untuk cara ini adalah 1,5 kali design pressure.Bila liquid (air) tidak boleh digunakan, test dengan media gas / udara(pneumatic test) dapat dilakukan dengan batasan tekanan uji 1,25 kali designpressure.
-
SHELL AND TUBE HE
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 98
-
SHELL AND TUBE HEare the most commonly used heat exchangers in oil refineries and other large chemical processes. are used when a process requires large amounts of fluid
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 99
requires large amounts of fluid to be heated or cooled. provide transfer of heat efficiently.use baffles on the shell-side fluid to accomplished mixing or turbulence.
-
SHELL AND TUBE HE
tube : strong, thermallyconductive, corrosionresistant, high quality outer shell : durable,
APPLICATIONS: Oil refining, Vapor recovery
systems Permanent engines,
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 100
outer shell : durable, highly strong
inner tube : having effective combination of durability, corrosion resistant and thermallyconductive
Permanent engines, Industrial paint
systems.
-
SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGERS
U - TUBE HEAT EXCHANGERS
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 101
FIXED TUBE HEAT EXCHANGERS
FLOATING HEAD HEAT EXCHANGERS
-
U - TUBE HEAT EXCHANGERS
Heat exchanger systems consisting of straight length tubes bent into a U-shape surrounded by a shell.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 102
-
U - TUBE HEAT EXCHANGERS
Both initial and maintenance costs are reduced by reducing the number of joints.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 103
They have drawbacks like inability to replace individual tubes except in the outer row and inability to clean around the bend.
-
U - TUBE HEAT EXCHANGERS
Examples : reboilers, evaporators and Kettle type. They have enlarged shell sections for vapor-liquid
separation.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 104
-
FIXED TUBE HEAT EXCHANGERS
have straight tubes that are secured at both ends to tube sheets welded to the shell.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 105
-
FIXED TUBE HEAT EXCHANGERS
They are the most economical type design. They have very popular version as the heads
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 106
They have very popular version as the heads can be removed to clean the inside of the tubes.
Cleaning the outside surface of the tubes isimpossible as these are inside the fixed part.
Chemical cleaning can be used.
-
FLOATING HEAD HEAT EXCHANGER
one tube is free to float within the shell and the other is fixed relative to the shell.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 107
-
FLOATING HEAD HEAT EXCHANGERS
A floating head is excellent for applications where the difference in temperature between the hot and cold fluid causes unacceptable stresses in the axial direction of the shell and
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 108
stresses in the axial direction of the shell and tubes.
The floating head can move, so it provides the possibility to expand in the axial direction.
Design allows for bundle to be removed for inspection, cleaning or maintenance.
-
FLOATING HEAD HEAT EXCHANGERS
Examples : kettle boilers which have dirty heating medium.
They have the most highest construction cost of allexchanger types.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 109
-
PLATE HEAT EXCHANGERSKonstruksinya terdiri dari sekumpulan plat bentukan yang diikatdalam suatu frame yang menekan gasket untuk mencegah terjadikebocoran. Plat tersebut begitu tipis sehingga memungkinkanlebih banyak kontak yang terjadi untuk mendapatkan heattransfer rate yang lebih besar. Keuntungannya dapatdiaplikasikan untuk banyak jenis aliran fluida namun memilikiketerbatasan tekanan dan temperatur terhadap material gasket.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 110
-
PLATE HEAT EXCHANGERS
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 111
GASKETED PLATE SPIRAL PLATE LAMELLA
-
Limited to below 25 bar and 250 C
Plate heat exchangers have three main types : gasketed,spiral heat exchangers and
PLATE HEAT EXCHANGERS
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 112
spiral heat exchangers and lamella
The most common of the plate-type heat exchangers is the gasketed plate heat exchanger
-
GASKETED PLATE HE
The most common of the plate-type heat
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 113
plate-type heat exchangers is the gasketed plate heat exchanger
-
SPIRAL PLATE HE
Ideal flow conditions and the smallest possible heating surface
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 114
-
LAMELLA
Consisting of cylindrical shell surrounding a number heat transfering
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 115
number heat transfering lamellas.
Similar to tubular heat exchanger
-
ADVANTAGES OF PLATE HE
Plate heat exchangers yield heat transfer rates three to five times greater than other types of heat exchangers.
The design of the plate heat exchanger
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 116
The design of the plate heat exchanger allows to add or remove plates to optimize performance, or to allow for cleaning, service, or maintenance with a minimum of downtime.
Plate exchangers offer the highest efficiency mechanism for heat transfer available in industry.
-
EXTENDED SURFACE HEAT EXCHANGERS
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 117
- PLATE FIN HEAT EXCHANGER- TUBE FIN HEAT EXCHANGER
-
DISADVANTAGES OF PLATE HE
Plate exchangers are limited when high pressures, high temperatures, or aggressive fluids are present.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 118
Because of this problem these type of heat exchangers have only been used in small, low pressure applications such as on oil coolers for engines.
-
PLATE FIN HEAT EXCHANGER For gas to gas
applications. Widely used in
cryogenic, energy
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 119
cryogenic, energy recovery, process industry, refrigeration and air coditioning systems.
-
TUBE FIN HEAT EXCHANGER
For gas to liquid heat exchangers.
Used as condersers in electric power plant,
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 120
electric power plant, as oil coolers in propulsive power plants, as ir cooled exchangers in process and power industires.
-
PHASE CHANGEHEAT EXCHANGERS
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 121
1.Reboilers(Evaporaters)
2.Condensers
-
1)REBOILERto generate vapor to drive fractionaldistillation separation
Most Common Reboilers TypesKettle Reboilers
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 122
Kettle Reboilers Forced Recirculation ReboilersThermosiphon Reboiler
-
Kettle Reboilers
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 123
-
Major factors influence reboiler type selection:
Plot space available
Total duty required
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 124
Fraction of tower liquid traffic vaporized
Fouling tendency
Temperature approach available
Temperature approach required
-
Kettle ReboilersAdvantages Insensitive to
hydrodynamicsHigh heat fluxes are
possible
DisadvantagesAll the dirt collects
and non volatiles accumulate
Shell side is difficult to
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 125
possibleCan handle high
vaporizationSimple pipingUnlimited area
Shell side is difficult to clean
Difficult to determine the degree of mixing
Oversize shell is expensive
-
Thermosiphon Reboiler
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 126
-
Thermosiphon Reboiler
operate using natural circulation with process flow on the shell side
process flow on the tube or shell side in vertical units.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 127
vertical units. not require a pump for recirculation have sensible heat transfer followed by
nucleate boiling.
-
Forced Recirculation Reboilers
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 128
-
Forced Recirculation Reboilers
These reboiler types have two mechanisms of heat transfer: sensible heat transfer followed by nucleate boiling.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 129
heat transfer followed by nucleate boiling.
Process flow is typically on the tube side of a standard exchanger in the vertical position.
-
2)CONDENSERS
a) Water-Cooled Condensensers
b) Air- Cooled Condensers
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 130
Condensensers Horizontal shell
and tube Vertical shell and
tube Shell and coil Double pipe
CondensersPhases:1) de-super-heating2) Condensing3) Subcooling
-
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 131
Single-Pass Condenser
-
SELECT AN WATER-COOLED CONDENSER
IF:1. Adequate water supplies are available from tower, city or
well sources.2. Water supply is of good quality.3. Heat recovery is not practical or unimportant.4. Plant ambient temperatures consistently exceed 95F.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 132
4. Plant ambient temperatures consistently exceed 95F.5. Ambient air is polluted with large dust and dirt particles.
ADVANTAGE & DISADVANTAGES1. Offer lower capital investment.2. Operates more efficiently on hot summer days.3. Easier to operate.4. Does not offer summer ventilation.
-
SELECT AN AIR-COOLED CONDENSER
...WHEN:1. Adequate water supply not available from tower or well
sources.2. Water supply is not of good quality.3. Heat recovery is practical and important.4. Plant ambient temperature will not consistently exceed 95F.
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 133
4. Plant ambient temperature will not consistently exceed 95F.5. Ambient air is not polluted with large dust and dirt particles.
ADVANTAGE & DISADVANTAGES1. Somewhat more costly to purchase and operate.2. Gives less cooling on hot summer days.3. Consumes more electricity.4. Offers summer ventilation and winter supplement heating.
-
Heat Exchanger Gallery
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 134
-
Heat Exchanger Gallery
Danar S. Wijayanto - PTM UNS 135