EVALUASI PENURUNAN TEKANAN PADA PENUKAR …ansn.bapeten.go.id/files/43203/3751.pdf · 38°C...

Djullaidi. dkk. ISSN 0216-3128 427

EVALUASI PENURUNAN TEKANAN PADA PENUKARKALOR RSG-GAS DARI SISI SEKUNDER

Djunaidi, Aep Saefudin CaturPRSG-GAS, BATAN

ABSTRAK

EVALUASI PENURUNAN TEKANAN PADA PENUKAR KALOR RSG-GAS DARI SISI SEKUNDER. Telah

dilakllkan perhitungan terhadap penurunan tekanan pipa-pipa pada sisi sekunder penukar kalor RSG-GAS.Apahila penllkar kalor RSG-GAS mengalami penyumbatan maka ada indikasi pertambahan penurunantekanan pada sisi tubenya. Evaluasi ini bertujuan untuk menjaga memburuknya perpindahan panas akibatmenurunnya laju alir didalam tube akibat penyumbatan. Suatu alat penukar kalor akan tetap berfungsidengan baik apabi/a terhindar dari penyumbatan aliran didalam bidang kontak pendingin dan yangdidingillkan. I'ertambahan penllrunan tekanan merupakan fungsi luas bidang kontak aUran, frik.vi danparameter jisik fluida lainnya. Dari hasi/ perhitungan menunjukkan bahwa pada kondisi yang bersihpenurllnall tekanan di dalam tube sisi sekunder penukar kalor RSG-GAS sebesar 0,3546 bar. Apabi/aterjadi penyumbatan sebuah pipa maka akan terjadi suatu kenaikan tekanan sebesar 0,0008 bar, dan

kondisi ini akan lebih pesimistis apabi/a pipa yang tersumbat semakin banyak. Sebenamya angka-angkatersebllt dapat diamati dengan baik apabila dipasang alat IIkur tekanan (diff pressure) an tara inlet danolltlet penukar kalor pada sisi tube dengan skala mbar.

Kata kUllci : I'enllkar kalor

ABSTRACT

EVALUATION OF PRESSURE DROP HEAT EXCHANGER RSG-GAS FROM SECUNDARY SID£. Have

been conducted calculation the pressure drop in pipes secondary side heat exchanger of RSG-GAS. If heatexchanger of RSG-GAS gagging hence there is indication increase a pressure drop at the tube side. Thisevaluation aim to take care of to deteriorating it transfer of downhill effect heat it rate of flow in tube effectof gagging. An appliance heat exchanger will remain to function beller if protected from gagging of streamin area contact cooler and which is made cool. Increase pressure drop represent wide a function of areacontact stream, other fluid physical parameter and friksion. From result of calculation indicate that cleancondition the pressure drop in tube of secondary heat exchanger of RSG-GAS equal to 0,3546 bar. In theevent of gagging a pipe hence will happened an increase of pressure equal to 0,0008 bar, and this conditionis pessimistic will be more if pipe which stuff up progressively its it the numbers can perceive beller ifallached by presure difference between inlet and outlet heat exchanger at tube side with scale ofmbar.

Keywords: Heat exchanger

PENDAHULUAN

Penggunaan penukar panas sebagai suatu sarana,pemindah panas/kalor dalam sistim pendinginadalah sangat penting. Demikian pula halnya padareaktor RSG-GAS, pengambilan panasnya menggunakan pendingin primer dan pendingin sekunderyang akan saling bersilang di penukar panas.Penukar panas RSG-GAS bekerja untuk memindahkan panas yang telah diambil dari pendingin primeruntuk dipindahkan ke pendingin sekunder denganmedia air.!I] Sehubungan dengan telah lamanya alattersebut digunakan, maka sudah sangat mungkinmulai terjadi proses penyempitan pada pipa-pipa

pemindah yang dapat menghambat laju alir danperpindahan kalor dari primer ke sekunder. Dalamrangka antisipasi secara dini hal ini dapat dievaluasidari kenaikan penurunan tekanan antara inlet danoutlet sisi tube (sisi sekunder). Dari hasil perhitungan yang dibandingkan dengan data disaindapat mengungkapkan kondisi adanya penyumbatanyang secara teknis hams dilakukan pemeriksaanfisiko Untuk mempertahankan kemampuan penukarkalor yang handal dan aman pengembangan sistempendingin reaktor diarahkan kepada penentuanbesamya kenaikan penurunan tekanan pada sisitubenya agar dapat diketahui mulai terjadinya penyumbatan dan upaya paling baik untuk mengetahui

Proslding PPI - PDIPTN 2006Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 10 Juli 2006

428!!!!!!!!!!!

ISSN 0216 - 3128 Djunaidi, dkk.

kenaikan penurunan tekanan adalah memasang alat

pengukur tekanan dengan skala mbar.

TEORI

Diskripsi Penukar Panas RSG-GAS

Sistem pendingin reaktor RSG-GAS terdiriatas 2 untai sistem pendingin primer dan sekunderyang berfungsi memindahkan panas hasil reaksi fisidi teras reaktor ke lingkungan. Transfer panas darisistem pendingin primer ke sekunder dilakukan olehalat penukar panas. Setiap penukar panas didesainmemindahkan panas pada daya 16,5 MW. Dua buahalat penukar panas yang ada mampu memindahkan

panas yang dibangkitkan oleh teras reaktor sebesar

30 MW. Alai penukar panas pada sistem pendinginreaktor RSG-GAS adalah jenis Shell and Tubeberbentuk tabung tegak, aliran berlawanan 2 passshell dan 2 pass tube. Jumlah 2 buah alat yangterpasang secara paralel, masing-masing memilikidata geometri dan kapasitas yang sarna denganbeban nominal 15 MW. Alat ini memiliki penyekat(baffle) longitudinal pada bagian garis tengah shell.sisi shell dilalui oleh fluida panas sedangkan tubedilalui olehfluida dingin seperti pada Gambar I.Alat pembersih tube berupa bola-bola elastisdilewatkan tube secara regular bersama aliran yangdigerakkan oleh pompa sirkulasi. Tabel 1menyajikan data spesifikasinya.

longitutJjnaJboffle

Gambar 1. Skema aliran penukar panas.

Tabell. Data Spesifikasi alat penukar kalor shell-tube 2-2.111

Type/Kode (KKS) Shell and tube / JE-OI BCOI/BC02/BC03

Diameter shell

1300 mm, 51,181"Diameter tube

22 mm 10,23 mm 00,0,91710,0,90600

Jumlah tube per pass

816 buah

Panjang tube

7410 mm, 291,732"

Tube Lay out

Square

Luas bidang kontak

780 m2, 120900,242 in2

Luas alir sisi shell

430 kg/detLuas alir sisi tube

485 kg/det = (1950-2000) m3/jam, 1067 Ib/det

Suhu air pendingin

38°C

Prosldlng PPI - PDIPTN 2006Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN


Djlllluidi, dkk. ISSN 0216-3128 429

(5)

(4)

!!"p dapat saja berasal dari bentuk-bentuk kontraksiyang mana dapat diformulasikan pad a persamaan[4] :

Atau untuk pembuktian kebenaran perhitungan dengan menggunakan rumus Kern[4] yangsederhana hanya saja satuannya menggunakan satuanbritis.

(3)

(2)Fv

2fG,2 L Nt,

Dg /3(:w f'4

v

!!"P,

Kemudian untuk menentukan kenaikan pres

sure drop secara keseluruhan dalam tube sidedengan cara menjumlahkan semua kenaikan tekananseperti tertulis berikut

Pada fluida yang memiliki rentang perbedaan suhuyang besar maka diperlukan faktor koreksi viskositasf.I sebagaimana ditunjukkan pad a persamaan (3).Pad a aliran searah ke arah pembalikan terjadi padakanal head (tutup bawah) yang berbalik 1800,meskipun area aliran pada kanal head tidak lebihkecil dari total area aliran di tube side namun

perubahan aliran ini dapat mengakibatkan terjadinyakenaikan pressure drop yang blasa disebut returnloss dan dapat dituliskan[41 :

Untuk menghitung pressure drop pada tube sidepenukar kalor oleh perpindahan panas (pemanasanatau pendinginan), dengan menggunakan persamaanFANNING seperti berikut[3] :

Dasar Perltitungan

Penurunan tekanan atau rugi tekanan suatualiran yang melewati kanal secara umum disebabkanoleh beberapa masalah hilangnya energi karenagesekan dan perubahan-perubahan luas bidangkontak suatu aliran, keadaan semacam ini dapatdinyatakan dalam persamaan[2] (keterangan. rumusdapat dilihat pad a Lampiran daftar notasi) :

Diantara beberapa pemakaian di atas yangpaling awet penggunaannya adalah sebagai coolerdan heater karena beban kerjanya yang umumnyatidak terlalu berat.

Sistem pendingin sekunder dialirkan melaluimenara pendingin yang terbuka ke lingkungansekitarnya, sehingga cenderung kualitas airnyarendah. Untuk mengantisipasi timbulnya deposityang berupa kerak pada tube-side, disirkulasikanbola-bola spon pada bagian dalam tube-side bersamaair pendingin sekunder oleh sistem PAH. Sebanyak50 bola spon disirkulasikan untuk sebuah penukarkalor. Kemudian untuk alat penukar panas yangdigunakan terus menerus sebaiknya inspeksidilakukan tiap tahun sedangkan untuk sistempendinginan yang jarang digunakan paling tidaksepuluh tahun sekali harus dilakukan overhaul. Pad ainspeksi tanggal 29 Mei sampai 2 Juni tahun 2000yang terjadi adalah daerah aliran pendingin sekunder(sisi-tube) di dalam alat penukar panas kelihatanbersih (mengkilap) jika dibandingkan dengan bagianyang tidak terkena aliran pada sisi tube. Beberapabola karet tersangkut di beberapa tempat di dalamalat penukar panas dan ada beberapa kotoranmekanik yang masih tertinggal berupa kawat yangdiduga tersangkut pad a saat pemasangan.

Penukar panas Jenis ini (shell-tube) memilikiluas bidang pemindah panas (A) paling besardiantara beberapa jenis lain. Penggunaan alatpenukar panas jenis ini cukup banvak terutamadalam industri modern, dan diantara pemakaiannyaadalah[2] :

- Sebagai Cooler dan Heater, untuk pendinginan(tidak ada perubahan fase) dengan Pendingin (rerigerant) yang biasa disebut sebagai chiller.

- Sebagai Kondenser dan Reboiler.

( L )/3V2!!"p= 4f-+I,Ki--

D 2g(I)

fG; LN

5,22.1010 ID, <5 ({J

(6a)

Kecepatan volumetrik aliran pada tube side dapatdituliskan[2]

Faktor friksi sangat berpengaruh terhadapperhitungan kenaikan pressure drop suatu alirandalam kanal. Jika aliran fluida di suatu kelompok

Prosiding PPI - PDIPTN 2006Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN


430- ISSN 0216 - 3128 Djunaidi, dkk.

Bentuk lain untuk menentukan besamyafaktor &iksifmerupakan fungsi kekasaran pipa yangdilalui aliran dan juga bilangan Reynolds. Persamaan implisit ini diselesaikan dengan menggunakan metoda Newton Rapson.15]

kanal berlangsung secara isotennal dalam alat

penukar kalor maka boleh jadi tekanan akanmenurun tetapi keadaannya tidak demikian. Untukaliran yang turbulen faktor &iksifmerupakan fungsidari bilangan Reynolds dan dapat ditulis dalampersamaan berikut[5] :

f = 0,0014 + 0,125(Re) 0.32

_1_ ~ -410g[ kiD +~].J7 3,7 Re .J7

Asumsi terjadinya pcnyumbatan pipa

Menghitung dPI di a1iran pipa-pipa

Menghitung dPk,n kc pipa clan nosel

Gambar 2. Tata kerja perhitungan.

(7)

(8)

Metoda Evaluasi

Berdasarkan deskripsi penukar panas di atas

tahapan evaluasi meliputi perhitungan I1P, yangmeliputi I1P disepanjang saluran pipa, I1P kontraksi

terhadap pipa-pipa dan I1P pada kanal balik denganmenggunakan program dibelakang kemudianhasilnya dibandingkan dengan batasan desain yangtelah ada. Yang kedua perhitungan dengan menggunakan asumsi adanya beberapa pipa yang tersumbatsehingga alirannya berkurang, proses perhitungandapat dilihat pad a Gambar 2. Proses perhitungan inijuga untuk kenaikan I1P karena mengecilnyadiameter pipa akibatfouling faktor yang makin lamamakin tebal.

HASIL DAN EV ALUASI

Dari data spesifikasi teknis alat penukar kalorpada Tabel I digunakan sebagai data masukan untukmenghitung I1P, I1Pr jarang dihitung dan I1P" sudahditentukan sedangkan hasil perhitungan I1P ditampilkan pad a Tabel 2. Untuk mengetahui kebenaranhasil perhitungan digunakan I1PtOllll aCllan denganmenggunakan rum us 6a yang sudah diketahui kebenarannya dengan rum us Keren dengan menggunakan satuan britis. Dengan mengabaikan kenaikantekanan ditempat lain rumus 6a dianggapnya I1PtOllll.

Tabel 2. Hasil perhitungan tanpa penyumbatan kenaikan tekanan pada tube.••ide.

Pressure drop

HasHAcuan

perhitungan(rumus 6a)

I1P" (bar)

0,0288-

I1P. (bar)

0,0001-

I1Pt (bar)

0,3257-

I1Pr (bar)

--

I1Ptotlll (bar)

0,35460,2926

Dari Tabel 2 menunjukkan I1P yang berpengaruh (besar nilainya) berasal dari gesekansepanjang pipa dan akibat tekanan balik, sedangkanI1P dari kontraksi-expansi dan I1P pad a noselpenukar kalor nilainya sangat kecil (dapat diabaikan). Perbedaan nilai I1Ptotal pada perhitungan danacuan sebesar 17,48 %, hal ini disebabkan karenabentuk penukar kalor RSG-GAS memang berbeda

Proslding PPI - PDIPTN 2006Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 10 Jull 2006

Djunaidi, dkk. ISSN 0216 - 3128 43/-

0.19

0.18'Q2 0.175

dengan penukar panas pada umurnnya sehingga padaacuan ini I1P akibat tekanan balik kurang mendapatperhatian. Perhitungan tanpa penyumbatan diperoleh harga I1P'o/a1 = 0,3546 bar yang berarti lebihrendah dari persyaratan yang diijinkan yaitu 0,4 bar.Perhitungan ini wajar diterima karena data desainbiasanya selalu konservatif dan untuk penukar kalorjenis tube-shell seperti yang digunakan di RSG-GASdianjurkan I1P/iJ,al tidak lebih dari 0,68 bar karenaakan banyak rnasalah yang berkepanjangan.

Untuk perhitungan penyumbatan kenaikantekanan dihitung berdasarkan jurnlah pipa yangtersumbat sampai dengan jumlah yang mendekatibatas keselamatan (angka pesimistis). Sebagaiasumsi katakanlab 50 pipa dari 816 pipa tersumbatdan tidak dapat dialiri air sehingga luas bidangkontak berkurang dan perpindahan kalor tidak dapatsempuma. Dari hasil pemantauan pada saat inspeksipembongkaran masih ada beberapa bola karet yangmenyangkut pada beberapa lobang pipa sehinggadistribusi alat pembersih itu tidak merata di dalamalat penukar kalor. Sementara ini dengan tersumbatnya sebuah pipa kenaikan tekanan sebesar 0,0008

0.205

0.2

0.195

c:as

; 0.185~CD..,

0.17

bar, tidak terasa besar tetapi kalau 50 pipa tersumbatsekaligus akan terasa., besamya tekanan menjadi0,3986 bar mendekati batas yang diijinkan danberpengaruh terhadap laju perpindahan panas.

Gambar 2 rnemperlihatkan 2 kurva untuk lajualiran pendingin 1950 m3 /jam dan 2000 m3 /jam.Angka ini sengaja digunakan karena laju aliransekunder berada pad a rentang angka tersebut. Kalaudihitung dengan neraca panas penyumbatan akanmenurunkan tranfer panas dan sedikit menaikan suhuair yang akan kembal ke kolam reaktor.

Cara paling baik untuk mengetahui adanyapenyumbatan dengan memasang alat ukur bedatekanan bersekala mbar antara inlet dan outlet sisi

sekunder pada penukar kalor akibat mengumpulnyabola spon yang menyangkut dan benda asinglainnya. Berdasarkan penentuan kenaikan tekanansecara teoritis dari hasil evaluasi diatas dihirnbau

untuk ditindak lanjuti dengan pengukuran secaralangsung dengan cara memasang alat ukur bedatekanan untuk menjaga keandalan kinerja alatpenukar kalor RSG-GAS.

0.165

o 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

n penyumbatan

Gambar 3. Grafik penyumbatan tube penukar kalor RSG-GAS.



432- ISSN 0216-3128 Djullaidi, dkk.

KESIMPULAN

Atas dasar perhitungan dan evaluasi diatasdapat disimpulkan bahwa dengan munculnya penyumbatan pad a pipa-pipa sisi sekunder, kenaikantekanan hanya pada orde mbar. Pada kondisi bersihbeda tekanan pada penukar kalor sebesar 0,3546 bardan tersumbat 50 buah pipa kenaikan beda tekananmenjadi 0,3986 bar masih berada dibawah batasyang diijinkan. Berdasarkan hasil evaluasi sebaiknyalah dipasang alat ukur beda tekanan agar dapatdi\ihat secara Iangsung kenaikan tekanan akibatpenyumbatan tube pada sisi sekunder.

DAFTARPUSTAKA

I. Anommous, Safety Analysis Report Rev-8, Bab5, PRSG-BA TAN, I 998.

Lampiran 1. Daftar Notasi

2. BELL, KJ., Heat Exchanger Desgn Hand-Book

(HEDH) Chapter 3, Hemisphere PublishingCorp. Wasington DC, 1983.

3. PERRY, H.R., Chemical Engineering HandBook 6th ed., Section 10, Me. Grow Hill BookCo. New York, 1984.

4. KERN D.Q., Process Heat Tranfer, Chapter 4,Mc Grow Hill Co, International Student Edition,1965.

5. BIRTH, R.B., et.al., Transport Phenomena.Interphase Transport in Isothermal Systems,Dep.of Chem.Eng. Univ. of Wiseobsin. J.

Wiley&Sons, New York.

I!o..Pr : Kenaikan Pressure drop akibat aliran balik

I!o..Pk Kenaikan Pressure drop akibat aliran keluar/masuk pipa.

I!o..P, Kenaikan Pressure drop sepanjang pipa.

I!o..Pn : Kenaikan Pressure drop oleh nosel penukar kalor.

K : Koefisien resistan.

0, : Keeepatan massa.

V : Keeepatan volumetrik.

L : panjang pipa.

n : Jumlah pipa.

p : Densitas.

Np : Jumlah \intas.

D : Diameter dalam pipa.

F v : Laju a\iran volumetrik.

f : Faktor friksi.

g : Pereepatan gravitasi.

Re : D.G/m : Bilangan Reynolds (tak berdimensi) (Re > 2100 laminer.

kiD: Faktor kekasaran pipa.


Yogyakarta, 10 Jull 2006

Djullaidi, dkk.

Lampiran 2. Program perhitungan

ISSN 0216 - 3128 433

READ fv, Id, cis,INz, ONz, L, NPas, NT, ternDATA 127.9, 19.05,387.35,36,38,4.877,2,160,31.6

CLS

PRINT" Flow="; fv; "m3/j"

'PERHIT. delta Press pada sisi tube HE - 200 1ge = 32.2 • «60 • 60) "2): 'percep grav. ftlj2

Id;::: Id • .001 • 3.281: 'mm_>ftds = ds • .001 • 3.281: 'mm->ft

L = L • 3.281: 'm->ftfv = fv· 35.314: 'm3/j->ft3/j

IT = tem

GOSUB 350: 'Mencari ro & myu >

'FOR NT;:::766 TO 816FOR NT;:::815 TO 816

FVT = fv I (1.02 • NT): '<---flow/tubevelt = FVT 1 «3.14· Id" 2) 14): '<--kcc

RE ;:::Id • velt • RL 1 (ML • 2.42)velke = (FVT 1(3.14 • cisA 2) 14): '<--kec shell

'print "re="; re: ENDGOSUB 2000: 'mencari fMe.Adams 'print "F"; f: END

'GOSUB 5000: 'Mencari f dg.Newton_Raphs.'f;::: xpdt ;:::f· L • velt " 2 • NPas • RL 1 (2 • ge • Id): 'lb/ft2

pdnz = velt A 2 .•.NPas • 2 • RL 1 (gc)pdke = NT· 4· (.5 + 1)· RL· velke A 21 (gc)

'print "PDT,PDNZ="; PDT, PDNZpdtot = pdke + pdt + pdnz: '---> Ib/ft2

'pDtot = pDtot 147.88 • 10 A 5pdtot = pdtot 1144 114.69 • 1.03

'print USING "Pres.Drop offubeside(bar)= ##.####"; pDtotPRINT USING" ### ##.####"; NT; pdtot

NEXT NT

PRINT "pdtot="; pdke + pdt + pdnzPRINT "pdke="; pdke 1144/14.69 • 1.03

PRINT "pdt="; pdt 1144/14.69 • 1.03PRINT "pdnz="; pdnz 1144/14.69· 1.03

PRINT "pdtot="; pdtotEND

350 'SUBWATER ================='print "(C) (psia) Lb/ftJ) (eP) BTU/ ..) (BTU/..)"

'INPUT Pressure ...Anthony Eqn.T = (IT .•.1.8 + 32) + 460

A = 14.47: B = -6998.6: C = -78: P = EXP(B 1 (T + C) + A)'T=(B 1(LOG(P)-A»-C : 'print "T="; T-460;"F="; T/l.8-273;"C"

PC = 3208: TC = 1165.2: PR = P I PC: 'T in RankinZS = .9815 - 1.0641 • PR + 1.4688 • PR" 2 - 1.0828 • PR" 3

'RHOVapor=RV



-

434!!!!!!!!!!!

ISSN 02J6 - 3J28

MW = 18.02: RV = MW • P / ZS /10.73/ T

'RHOLiquid=RLA = 57: B = .03337: C = -.00004: D = -838.2

RL =A + B • T + C • T 1\ 2 + D / (TC + 62 - T)'VAPor VIScosity=MV

A = -.003056: B = .0000226: C = 0: D = 0

MV = A + B • T + C • T 1\ 1.5 / (1 +D • T)~IQuid VIScosity=ML

A = -2.9868: B = -389!: C = 10377oo!: D = 0ML = EXP(A + B / T +C IT 1\ 2 + D I T 1\ 3)

'print "L.DEN,LBIFD"; RL 'print n L.visc.cp="; MLRETURN •

2000 f= .0014 + (.125/ RE 1\ .32)RETURN

Djllnaidi, dkk.

5000 'SUB NEWTON-RAPHSON ============Xold = .000009: delX = .001 : 'guess

5010 x = XoldGOSUB 5100

FXold = FXx = Xold - delXGOSUB 5100

FXdel = FX

Faksen = (FXold - FXdel) / delXXnew = Xold - (FXold / Faksen)

IF ABS(Xnew - Xold) < delX THEN GOTO 5200Xold = XnewGOTO 5010

5100 'Persamaan friksi (Colebrook):FX = -2 • 1n(.OOO6/ 3.7 + 1.26/ (RE • X 1\ .5» - II (x 1\ .5)

5200 'RETURN -



EVALUASI PENURUNAN TEKANAN PADA PENUKAR …ansn.bapeten.go.id/files/43203/3751.pdf · 38°C...

Documents

Transcript of EVALUASI PENURUNAN TEKANAN PADA PENUKAR …ansn.bapeten.go.id/files/43203/3751.pdf · 38°C...