JENIS HEAT EXCHANGER

1. Jenis-jenis Heat Exchanger

Dikarenakan banyaknya jenis dari alat penukar kalor, maka dalam pembahasan akan dibatasi pada alat penukar kalor jenis heat exchanger yang banyak dijumpai dalam industri perminyakan. Heat exchanger ini juga banyak mempunyai jenisjenisnya.

Perlu diketahui bahwa untuk alat-alat ini terdapat suatu terminology yang telah distandarkan untuk menamai alat dan bagian-bagian alat tersebut yang dikeluarkan oleh Asosiasi pembuat Heat Exchanger yang dikenal dengan Tublar Exchanger Manufactures Association (TEMA). Standarisasi tersebut bertujuan untuk melindungi para pemakai dari bahaya kerusakan atau  kegagalan  alat,  karena  alat  ini  beroperasi  pada  temperature  dan tekanan yang tinggi.

Didalam standar mekanik TEMA, terdapat dua macam kelas heat Exchanger, yaitu :

1.      Kelas  R,  yaitu  untuk  peraalatan  yang  bekerja  dengan  kondisi  berat, misalnya untuk industri minyak dan kimia berat.

2.      Kelas C, yaitu yang dibuat untuk general purpose, dengan didasarkan pada segi ekonomis dan ukuran kecil, digunakan untuk   proses-proses umum industri.

Jenis-jenis  Heat  Exchanger  yang  terdapat  pada  industri perminyakan dapat dibedakan atas :

1.1 Shell and Tube

Jenis ini merupakan jenis yang paling banyak digunakan dalam industri     perminyakan. Alat ini terdiri dari sebuah shell (tabung/slinder besar) dimana didalamnya terdapat suatu bandle (berkas) pipa  dengan  diameter  yang  relative  kecil.  Satu  jenis  fluida  mengalir didalam pipa-pipa sedangkan fluida lainnya mengalir dibagian luar pipa tetapi masih didalam shell. Hal ini dapat dilihat pada gambar 2.4

Alat penukar panas cangkang dan buluh terdiri atas suatu bundel pipa yang dihubungkan secara parallel dan ditempatkan dalam sebuah pipa mantel (cangkang ). Fluida yang satu mengalir di dalam bundel pipa, sedangkan fluida yang lain mengalir di luar pipa pada arah yang sama, berlawanan, atau bersilangan. Kedua ujung pipa tersebut dilas pada penunjang pipa yang menempel pada mantel. Untuk meningkatkan effisiensi pertukaran panas, biasanya pada alat penukar panas cangkang dan buluh dipasang sekat ( buffle ). Ini bertujuan untuk membuat turbulensi aliran fluida dan menambah waktu tinggal ( residence time ), namun pemasangan sekat akan memperbesar pressure drop operasi dan menambah beban kerja pompa, sehingga laju alir fluida yang dipertukarkan panasnya harus diatur.

Ada beberapa fitur desain termal yang akan diperhitungkan saat merancang tabung di shell dan penukar panas tabung. Ini termasuk:

a.       Diameter pipa : Menggunakan tabung kecil berdiameter membuat penukar panas baik ekonomis dan kompak. Namun, lebih mungkin untuk heat exchanger untuk mengacau-balaukan lebih cepat dan ukuran kecil membuat mekanik membersihkan fouling yang sulit. Untuk menang atas masalah fouling dan pembersihan, diameter tabung yang lebih besar dapat digunakan. Jadi untuk menentukan diameter tabung, ruang yang tersedia, biaya dan sifat fouling dari cairan harus dipertimbangkan.

b.      Ketebalan tabung: Ketebalan dinding tabung biasanya ditentukan untuk memastikan:

•      Ada ruang yang cukup untuk korosi

•      Itu getaran aliran-diinduksi memiliki ketahanan

•      Axial kekuatan

•      Kemampuan untuk dengan mudah stok suku cadang biaya

Kadang-kadang ketebalan dinding ditentukan oleh perbedaan tekanan maksimum di dinding.

c.       Panjang tabung : penukar panas biasanya lebih murah ketika mereka memiliki diameter shell yang lebih kecil dan panjang tabung panjang. Dengan demikian, biasanya ada tujuan untuk membuat penukar panas selama mungkin. Namun, ada banyak keterbatasan untuk ini, termasuk ruang yang tersedia di situs mana akan digunakan dan kebutuhan untuk memastikan bahwa ada tabung tersedia dalam panjang yang dua kali panjang yang dibutuhkan (sehingga tabung dapat ditarik dan diganti). Juga, itu harus diingat bahwa tunggal, tabung tipis yang sulit untuk mengambil dan mengganti.

d.      Tabung pitch : ketika mendesain tabung, adalah praktis untuk memastikan bahwa tabung pitch (yaitu jarak pusat-pusat tabung sebelah) tidak kurang dari 1,25 kali diameter luar tabung '

Shell and tube penukar panas terdiri dari serangkaian tabung. Satu set dari tabung berisi cairan yang harus baik dipanaskan atau didinginkan. Cairan kedua berjalan lebih dari tabung yang sedang dipanaskan atau didinginkan sehingga dapat menyediakan panas atau menyerap panas yang dibutuhkan. Satu set tabung disebut berkas tabung dan dapat terdiri dari beberapa jenis tabung: polos, bersirip longitudinal dll Shell dan penukar panas tabung biasanya digunakan untuk aplikasi tekanan tinggi (dengan tekanan lebih besar dari 30 bar) dan suhu lebih besar dari 260 ° C. Hal ini karena shell dan penukar panas tabung yang kuat karena bentuknya.

        Pemilihan Material Tabung        

Agar dapat memindahkan panas dengan baik, material tabung harus mempunyai thermal conductivity. Karena panas ditransfer dari suatu sisi yang panas menuju sisi yang dingin melalui tabung, terdapat perbedaan temperature sepanjang lebar tabung. Karena ada kecenderungan material tabung untuk mengembang berbeda-beda secara thermal pada berbagai temperature thermal stresses muncul selama operasi. Hal ini sesuai terhadap tegangan dari tekanan tinggi dari fluida itu sendiri.

Material tabung juga harus sesuai dengan kedua hal yaitu sisi shell dan sisi tube yang dialiri untuk periode lama dibawah kondisi-kondisi operasi (temperature, tekanan, pH, dan lain-lain) untuk memperkecil hal yang buruk seperti korosi. Semua yang dibituhkan yaitu melakukan pemilihan seksama atas bahan yang kuat, thermalconductive, corrosion resistant, material tabung bermutu tinggi, yang secara khas berbahan metal. Pilihan material tabung yang buruk bisa mengakibatkan suatu kebocoran melalui suatu tabung antara sisi shell dan tube yang menyebabkan fluida yang lewat terkontaminasi dan kemungkinan hilangnya tekanan.

Beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam menentukan aliran fluida dalam shell side dan Tube side untuk shell and Tube exchanger adalah :

a.       Kemampuan untuk dibersihkan (Cleanability)

Jika dibandingkan cara membersihkan Tube dan Shell, maka pembersihan sisi shell  jauh lebih sulit. Untuk itu fluida yang bersih biasanya dialirkan di sebelah shell dan fluida yang kotor melalui Tube.

b.      Korosi

Masalah korosi atau kebersihan sangat dipengaruhi oleh penggunaan dari paduan logam. Paduan logam tersebut mahal, oleh karena itu fluida dialirkan melalui Tube untuk menghemat biaya yang terjadi karena kerusakan shell. Jika terjadi kebocoran pada Tube, heat exchanger masih dapat difungsikan kembali. Hal ini disebabkan karena Tube mempunyai ketahanan terhadap korosif, relatif murah dan kekuatan dari small diameter Tube melebihi shell.

c.       Tekanan

Shell yang bertekanan tinggi dan diameter yang besar akan diperlukan dinding yang tebal, hal ini akan memakan biaya yang mahal. Untuk mengatasi hal itu apabila fluida bertekanan tinggi lebih baik dialirkan melalui Tube.

d.      Temperatur

Biasanya lebih ekonomis meletakkan fluida dengan temperatur lebih tinggi pada Tube side, karena panasnya ditransfer seluruhnya ke arah permukaan luar Tube atau ke arah shell sehingga akan diserap sepenuhnya oleh fluida yang mengalir di shell. Jika fluida dengan temperatur lebih tinggi dialirkan padashell side, maka transfer panas tidak hanya dilakukan ke arah Tube, tapi ada kemungkinan transfer panas juga terjadi ke arah luar shell (ke lingkungan).

e.       Sediment/ Suspended Solid / Fouling

Fluida yang mengandung sediment/suspended solid atau yang menyebabkan fouling sebaiknya dialirkan di Tube sehingga Tube-Tube dengan mudah dibersihkan. Jika fluida yang mengandung sediment dialirkan di shell, maka sediment/fouling tersebut akan terakumulasi pada stagnant zone di sekitar baffles, sehingga cleaning pada sisi shell menjadi tidak mungkin dilakukan tanpa mencabutTube bundle. f. Viskositas

Fluida yang viscous atau yang mempunyai low transfer rate dilewatkan melalui shell karena dapat menggunakan baffle. Koefisien heat transfer yang lebih tinggi dapat diperoleh dengan menempatkan fluida yang lebih viscous pada shell side sebagai hasil dari peningkatan turbulensi akibat aliran crossflow (terutama karena pengaruh baffles). Biasanya fluida dengan viskositas > 2 cSt dialirkan di shell side untuk mengurangi luas permukaan perpindahan panas yang diminta. Koefisien perpindahan panas yang lebih tinggi terdapat pada shell side, karena aliran turbulen akan terjadi melintang melalui sisi luar Tube dan baffle.

Faktor yang mempengaruhi efektivitas alat penukar panas (Heat Exchanger) terutama Heat exchanger tipe shell & tube:

1.      penggunaan baffle dapat meningkatkan efektifitas alat penukar panas, hal ini sejalan dengan peningkatan koefisien perpindahan panas.

2.      pengaruh tebal isolasi pada bagian luar shell, efektifitas meningkat hingga suatu harga maksimum dan kemudian berkurang.

3.      dengan menggunakan alat penukar panas tabung konsentris, efektifitas berkurang, jika kecepatan udara masuk dingin meningkat dan efektifitas meningkat, jika laju alir massa udara meningkat.

4.      Menentukan jarak antar baffle minimum 0,2 dari diameter shell sedangkan jarak maksimum ialah 1x diameter bagian dalam shell. Jarak baffle yang panjang akan membuat aliran membujur dan kurang menyimpang dari aliran melintang.

 

Faktor yang mempengaruhi efektivitas Heat exchanger tipe shell & tube:

5.      Melakukan penelitian penggunaan baffle dapat meningkatkan efektifitas alat penukar panas, hal ini sejalan dengan peningkatan koefisien perpindahan panas.

6.      Melakukan penelitian pengaruh tebal isolasi pada bagian luar shell, efektifitas meningkat hingga suatu harga maksimum dan kemudian berkurang.

7.      Menyimpulkannya dengan menggunakan alat penukar panas tabung konsentris, efektifitas berkurang, jika kecepatan udara masuk dingin meningkat dan efektifitas meningkat, jika laju alir massa udara meningkat.

8.      Menentukan jarak antar baffle minimum 0,2 dari diameter shell sedangkan jarak maksimum ialah 1x diameter bagian dalam shell. Jarak baffle yang panjang akan membuat aliran membujur dan kurang menyimpang dari aliran melintang.

1.2 Jenis Double Pipe (Pipa Ganda)

Salah satu jenis penukar panas adalah susunan pipa ganda. Dalam jenis penukar panas dapat digunakanberlawanan arah aliran atau arah aliran, baik dengan cairan panas atau dingin cairan yang terkandung dalam ruangan nular dan cairan lainnya dalam pipa.

Alat penukar panas pipa rangkap terdiri dari dua pipa logam standart yang dikedua ujungnya dilas menjadi satu atau dihubungkan dengan kotak penyekat. Fluida yang satu mengalir di dalam pipa, sedangkan fluida kedua mengalir di dalam ruang anulus antara pipa luar dengan pipa dalam. Alat penukar panas jenis ini dapat digunakan pada laju alir fluida yang kecil dan tekanan operasi yang tinggi. Sedangkan untuk kapasitas yang lebih besar digunakan penukar panas jenis selongsong dan buluh ( shell and tube heat exchanger ).

Pada jenis ini tiap pipa atau beberapa pipa mempunyai shell sendiri- sendiri. Untuk menghindari tempat yang terlalu panjang, heat exchanger ini dibentuk menjadi U. pada keperluan khusus, untuk meningkatkan kemampuan memindahkan panas, bagian diluar pipa diberi srip. Bentuk siripnya ada yang memanjang, melingkar dan sebagainya.

 

Gambar. 2.4 Alat penukar kalor jenis Double Pipa  (Ike Yulia, 2011)

Keistimewaan  jenis  ini  adalah  mampu  beroperasi  pada  tekanan  yang tinggi, dank arena tidak ada sambungan, resiko tercampurnya kedua fluida sangat kecil. Kelemahannya terletak pada kapasitas perpindahan panasnya sangat kecil, Fleksibel dalam berbagai aplikasi dan pengaturan pipa, dapat dipasang secara seri ataupun paralel,  dapat diatur sedimikian rupa agar diperoleh batas pressure drop dan LMTD sesuai dengan keperluan,mudah bila kita ingin menambahkan luas permukaannya dan kalkulasi design mudah dibuat dan akurat Sedangkan kelemahannya terletak pada kapasitas perpindahan panasnya sangat kecil, mahal, terbatas untuk fluida yang membutuhkan area perpindahan kalor kecil (<50 m2), dan biasanya digunakan untuk sejumlah kecil fluida yang akan dipanaskan atau dikondensasikan.

Prinsip kerja double pipe

Pada alat ini, mekanisme perpindahan kalor terjadi secara tidak langsung (indirect contact type), karena terdapat dinding pemisah antara kedua fluida sehingga kedua fluida tidak bercampur. Fluida yang memiliki suhu lebih rendah (fluida pendingin) mengalir melalui pipa kecil, sedangkan fluida dengan suhu yang lebih tinggi mengalir pada pipa yang lebih besar (pipa annulus). Penukar kalor demikian mungkin terdiri dari beberapa lintasan yang disusun dalam susunan vertikal. Perpindahan kalor yang terjadi pada fluida adalah proses konveksi, sedang proses konduksi terjadi pada dinding pipa. Kalor mengalir dari fluida yang bertemperatur tinggi ke fluida yang bertemperatur rendah.

Dalam desain pipa penukar panas ganda, merupakan faktor penting adalah jenis pola aliran dalam penukar panas. Sebuah penukar panas pipa ganda biasanya akan baik berlawanan arah / counterflow atau aliran paralel. Crossflow hanya tidak bekerja untuk penukar panas pipa ganda. Pola yang aliran dan tugas panas yang dibutuhkan pertukaran memungkinkan perhitungan log mean perbedaan suhu. Yang bersama-sama dengan perpindahan panas keseluruhan diperkirakan koefisien memungkinkan perhitungan luas permukaan perpindahan panas yang diperlukan. Kemudian ukuran pipa, panjang pipa dan jumlah tikungan dapat ditentukan.

Prinsip kerja dari alat ini adalah memindahkan panas dari cairan dengan temperature yang lebih tinggi ke cairan yang memiliki temperatur lebih rendah. Dalam percobaan kali ini, aliran panas (steam) dialirkan pada bagian dalam pipa konsentris sedangkan air dialirkan pada bagian luar dari pipa konsentris ini (bagian anulus). 

Namun, terkadang dalam beberapa alat seperti HE ini, akan ada pengotor didalam pipa yang membuat proses perpindahan kalor nya menjadi terganggu. Pengotoran ini dapat terjadi endapan dari fluida yang mengalir, juga  disebabkan oleh korosi pada komponen dari heat exchanger akibat pengaruh dari  jenis fluida yang dialirinya. Selama heat exchanger ini dioperasikan pengaruh pengotoran pasti akan terjadi. Terjadinya pengotoran tersebut dapat menganggu atau memperngaruhi temperatur fluida mengalir juga dapat menurunkan ataau mempengaruhi koefisien perpindahan panas menyeluruh dari fluida tersebut. Beberapa faktor yang dipengaruhi akibat pengotoran antara lain : Temperatur fluida, Temperatur dinding tube dan Kecepatan aliran fluida.

1.3 Koil Pipa

Heat Exchanger ini mempunyai pipa berbentuk koil yang dibenamkan didalam sebuah box berisi air dingin yang mengalir atau yang disemprotkan untuk mendinginkan fluida panas yang mengalir di dalam pipa. Jenis ini disebut juga sebagai box cooler jenis ini biasanya digunakan untuk pemindahan kalor yang relative kecil dan fluida yang didalam shell yang akan diproses lanjut.

Gambar 2.5 Pipa Coil Heat Exchanger  (Anonim, 2012)

HE jenis ini disusun dari tabung-tabung (tubes) dengan jumlah besar mengelilingi tabung inti, dimana setiap HE terdiri dari lapisan-lapisan  tabung sepanjang arah aksial maupun radial. Aliran tekanan tinggi diberikan pada tube diameter kecil, sementara untuk tekanan rendah dialirkan pada bagian luar tube diameter kecil.  

HE jenis ini memiliki  keuntungan untuk kondisi suhu rendah antara lain:

1.      Perpindahan kalor dapat dilakukan lebih dari dari dua aliran secara simultan.

2.      Memiliki jumlah unit Heat transfer yang tinggi

3.      Dapat dilakukan pada tekanan tinggi. 

Geometri HE Coiled Tube sangat bervariasi, tergantung pada kondisi aliran dan drop pressure yang dibutuhkan. Parameter yang  berpengaruh antara lain: kecepatan aliran pada shell dan tube, diameter tube, jarak antar tube (tube pitch), layer spacer diameter. Faktor lain yang juga harus diperhitungkan yaitu jumlah fasa aliran, terjadinya kondensasi dan evaporasi pada shell atau tube. 

Aplikasi HE Coiled Tube untuk skala besar telah banyak diterapkan pada LNG Plant, dimana alat HE ini memiliki kapasitas 100,000 m³/h pada 289 K dan 0.101 Mpa.  Luas permukaan heat transfer 25,000 m² dan panjang keseluruhan 61 m, diameter 4.5 m dan berat 180 ton. Gambar Skematik alat tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.15.

Gb. 2.6  Skema HE Coiled Tube yang Digunakan Pada LNG Plant  (Anonim, 2012)

1.4 Jenis Pipa Terbuka (Open Tube Section)

Pada heat exchanger ini pipa-pipa tidak ditempatkan lagi didalam shell, tetapi dibiarkan di udara. Prndinginan dilakukan dengan mengalirkan air atau udara pada bagian pipa. Berkas pipa itu biasanya cukup panjang. Untuk pendinginan dengan udara biasanya bagian luar pipa diberi sirip-sirip untuk memperluas permukaan perpindahan panas. Seperti halnya jenis coil pipa, perpindahan panas yang terjadi cukup lamban dengan kapasitas yang lebih kecil dari jenis shell and tube.

 

Gbr. 2.7. Alat penukar kalor jenis open tube section  (Anonim, 2010)

1.5 Penukar Panas Plate and Frame ( plate and frame heat exchanger )

Plate Heat Exchanger adalah salah satu jenis alat penukar panas yang terdiri atas paket pelat-pelat tegak lurus bergelombang atau dengan profil lain, yang dipisahkan antara satu dengan lainnya oleh sekat-sekat lunak. Pelat-pelat ini dipersatukan oleh suatu perangkat penekan dan jarak antara pelat-pelat ditentukan oleh sekat-sekat tersebut. Pada setiap sudut dari pelat yang berbentuk empat persegi panjang terdapat lubang. Melalui dua di antara lubang-lubang  ini media yang satu disalurkan masuk dan keluar pada satu sisi, sedangkan media yang lain karena adanya sekat mengalir melalui ruang antara disebelahnya. Dalam hal itu hubungan ruang yang satu dan yang lainnya dimungkinkan. pelat-pelat yang dibentuk sesuai kebutuhan dan umumnya terbuat dari baja (stainless steel type 304, 316, 317) atau logam lainnya. 

Alat penukar panas pelat dan bingkai terdiri dari paket pelat – pelat tegak lurus, bergelombang, atau profil lain. Pemisah antara pelat tegak lurus dipasang penyekat lunak ( biasanya terbuat dari karet ). Pelat – pelat dan sekat disatukan oleh suatu perangkat penekan yang pada setiap sudut pelat 10 ( kebanyakan segi empat ) terdapat lubang pengalir fluida. Melalui dua dari lubang ini, fluida dialirkan masuk dan keluar pada sisi yang lain, sedangkan fluida yang lain mengalir melalui lubang dan ruang pada sisi sebelahnya karena ada sekat.

Sistem Kerja dari Plate Heat Exchanger

Produk akan dipanaskan dan masuk kedalam suatu larutan yang kemudian akan mengalir pada sebuah pelat. Proses pemanasan ini terjadi dengan adanya medium pemanas yang mengalir pada saluran dan pelat yang lainnya. Dimana pelat yang telah tersusun ini akan secara bergantian mengalirkan produk dan medium pemanas. Pelat yang dialiri produk tidak akan  dialiri oleh komponen lain.

Cairan panas yang melintasi bagian bawah head dialirkan ke atas melintas diantara setiap plae genap sementara cairan dingin pada bagian puncak head dialirkan turun diantara plat-plat ganjil. Arah aliran produk dan medium pemanas di dalam pelat biasanya berbeda atau boleh dikatakan mengalir secara berlawanan. Pada umumnya produk akan masuk melalui saluran  atas dan mengalir kebawah  melewati pelat, sehingga aliran keluaran produk akan berada dibawah, sedangkan medium pemanas akan masuk melalui  saluran yang berkebalikan dari produk, yaitu masuk melalui saluran bawah dan mengalir ke atas melewati pelat, sehingga aliran pengeluaran medium pemanas akan berada diatas. Arah aliran yang berlawanan ini dimaksudkan agar proses pemanasan dapat  lebih cepat berlangsung.

Produk yang mengalir pada suatu pelat akan terhimpit oleh medium pemanas dengan arah aliran yang berbeda, sehingga produk akan cepat memanas karena tertekan oleh pelat yang mengalirkan medium pemanas. Produk yang telah menjadi panas dan medium yang telah mengalir pada suatu pelat akan mengalir keluar.

Saluran pengeluaran medium pemanas dan produk ada dua macam tergantung dari rangkaian pelat yang digunakan, baik itu seri maupun paralel. Pada rangkaian seri produk yang masuk dan keluar akan melewati ports pada bagian front head yang sama. Sedangkan pada rangkaian paralel produk dan medium pemanas akan masuk dan keluar melewati bagian yang berbeda, yaitu masuk melewati ports pada bagian front head dan keluar melalui ports pada bagian belakangnya.

Prinsip Alat Ukur PHE

1.      Alat ukur laju alir 

2.      Alat ukur tekanan 

3.      Alat ukur suhu

Kelebihan PHE

1.      Mempunyai permukaan perpindahan yang sangat besar pada volume alat yang kecil,sehingga perpindahan panas yang efisien. 

2.      Mudah dirawat dan dibersihkan 

3.      Mudah dibongkar dan dipasang kembali ketika proses pembersihan 

4.      Waktu tinggal media sangat pendek 

5.      Dapat digunakan untuk cairan yang sangat kental (viskos) 

6.      Plate and Frame lebih fleksibel, dapat dengan mudah pelatnya ditambah 

7.      Ukuran yang lebih kecil dapat mengurangi biaya dalam segi bahan (Stainless Steel,Titanium, dan logam lainnya) 

8.      Aliran turbulensinya mengurangi peluang terjadinya fouling dan sedimentasi

Kekurangan PHE

1.      Pelat  merupakan bentuk yang kurang baik untuk menahan tekanan. Plate and Frame Heat Exchanger tidak sesuai digunakan untuk tekanan lebih dari 30 bar.

2.      Pemilihan material gasket yang sesuai sangatlah penting 

3.      Maksimum temperatur operasi terbatas hingga 250 ^oC dikarenakan performa dari material gasket yang sesuai.

Gambar 2.8 Penukar panas jenis pelat and Frame   (Stevano Viktor, 2011)  

PHE yang banyak dijumpai di industri adalah type: a. Glue type

Tipe glue ini memerlukan lem untuk memasang gasket pada plat PHE. Lem yang digunakan hendaknya ialah lem yang mempunyai ketahanan terhadap panas yang baik.

Gambar 2.9 Glue type   (Stevano Viktor, 2011)

b. Clip type

Luar gasket tipe ini terdapat clip-clip, sehingga dalam pemasangannya cukup menancapkan clip-clip tersebut ke lubang yang terdapat pada plat. Pemasangan gasket tipe ini lebih mudah dan ringkas jika dibandingkan dengan tipe glue. 

Gambar 2.10 Clip type   (Stevano Viktor, 2011) Klasifikasi alat penukar panas :

a.       Berdasarkan kontak antara bahan atau fluida 

•      Pertukaran panas langsung 

Bahan yang dipanaskan atau yang didinginkan dikontakan langsung   dengan  media pemanas atau pendingin. 

•      Pertukaran Panas tidak langsung 

Memungkinkan terjadinya perpindahan panas dari satu cairan fluida ke fluida lain melalui dinding pemisah. 

b.      Berdasarkan arah aliran 

•      Penukar panas satu lintas (single-pass) 

•      Penukar panas aliran searah (parallel-flow) 

•      Penukar panas berlawanan arah (Counter-flow) 

•      Penukar panas aliran lintang (Cross-flow)

Bagian-Bagian dari Plate Heat Exchanger

Gambar. 2.11 Plate Heat Exchanger   (Stevano Viktor, 2011)

1.         Gasket terbuat dari karet (non logam) atau bahan yang biasa digunakan adalah nitrile dan ethylene propylene rubber (EPR/EPDM)

a.       Nitrile :  -40⁰F - 250⁰F untuk temperatur rendah

b.      Nitrile :  -40⁰F - 250⁰F untuk temperatur tinggi

c.       EPR/ EPDM  :  -80⁰F – 300⁰ F sangat tahan terhadap air yang sangat panas dan uap serta memiliki ketahanan yang baik untuk kompresi atau volume yang besar.

Fungsi gasket ini adalah sebagai perekat alat atau pengatur aliran fluida, sehingga antara fluida yang satu dengan fluida yang lain tidak mengalami kontak secara langsung yang menyebabkan kebocoran.

2.         Pelat penekan (Compression Plate) terbuat dari logam yang berfungsi sebagai penekan pelat agar pada saat operasi alat berjalan tidak ada rongga didalam aliran fluida agar tidak terjadi kebocoran. 

3.         Pelat (plates), umumnya berukuran 0,4 - 0,6 mm terbuat dari stainless steel atau titanium dan terdapat pada berbagai macam susunan yang berombak-ombak, berfungsi sebagai tempat mengatur fluida serta tempat terjadinya pertukaran panas antara fluida panas dengan fluida dingin. Fluida pada pelat ini mengalir secara turbulen, hal ini dikarenakan bentuk dari pelat tersebut yang bergerigi sehingga pertukaran panas dapat berlangsung secara cepat. Makin banyak pelat tekanan makin besar.

Gambar 2.12 Tipe pelat   (Stevano Viktor, 2011)

Tipe Pelat

•      Vertical, termasuk salah satu pola pelat yang sering digunakan karena mempunyai banyak pembatas untuk mengalir, sehingga menyebabkan banyak gerakan putaran (turbulen), perpindahan panas dengan kecepatan tinggi, dan menurunkan tekanan. 

•      Horizontal, juga merupakan  pola yang sering digunakan. Mempunyai pembatas, gerak putaran (turbulen), dan penurunan tekanan yang lebih sedikit dibandingkan pola vertical 

•      Combination, penggunaan pola pelat ini biasanya ditujukan untuk hasil pemanasan dan penurunan tekanan yang lebih optimal. 

4.         Pelat penyangga tetap (fixed frame), terbuat dari logam dan berfungsi menjaga pelat agar  tetap stabil

Gambar 2.13 Pelat penyangga tetap (fixed frame)  (Stevano Viktor, 2011)

5.         Alat penekan (Compression Bolt), berupa baut pelat baja yang digunakan untuk menekan pelat dan frame

Gambar 2.14 Compression Bolt  (Anonim, 2010)

6.         Guide Bars, berupa batang yang terbuat dari carbon steel atau stainless steel yang mendukung dan menjaga agar pelat berjajar secara rapi.

Gambar 2.15 Guide Bars  (Anonim, 2010)

7.         Front and Rear Heads . (Bagian depan dan kepala bagian belakang), merupakan bagian yang dilapisi oleh frame carbon steel yang melekat pada kumpulan pelat yang ditekan.

1.6 Adiabatic wheel heat exchanger

Jenis keenam penukar panas menggunakan intermediate cairan atau toko yang solid untuk menahan panas, yang kemudian pindah ke sisi lain dari penukar panas akan dirilis. Dua contoh ini adalah roda adiabatik, yang terdiri dari roda besar dengan benang halus berputar melalui cairan panas dan dingin, dan penukar panas cairan.

1.7 Pillow plate heat exchanger

Sebuah pelat penukar bantal umumnya digunakan dalam industri susu untuk susu pendingin dalam jumlah besar langsung ekspansi tank massal stainless steel. Pelat bantal memungkinkan untuk pendinginan di hampir daerah seluruh permukaan tangki, tanpa sela yang akan terjadi antara pipa dilas ke bagian luar tangki. Pelat bantal dibangun menggunakan lembaran tipis dari logam-spot dilas ke permukaan selembar tebal dari logam.  

Pelat tipis dilas dalam pola teratur dari titik-titik atau dengan pola serpentin garis las. Setelah pengelasan ruang tertutup bertekanan dengan kekuatan yang cukup untuk menyebabkan logam tipis untuk tonjolan di sekitar lasan, menyediakan ruang untuk cairan penukar panas mengalir, dan menciptakan penampilan yang karakteristik bantal membengkak terbentuk dari logam.

Gambar 2.16 Pillow plate heat exchanger  (Anoni, 2012)

1.8 Dynamic scraped surface heat exchanger

Tipe lain dari penukar panas disebut "(dinamis) besot permukaan heat exchanger". Ini terutama digunakan untuk pemanasan atau pendinginan dengan tinggi viskositas produk, proses kristalisasi, penguapan tinggi dan fouling aplikasi. Kali berjalan panjang yang dicapai karena terus menerus menggores permukaan, sehingga menghindari pengotoran dan mencapai kecepatan transfer panas yang berkelanjutan selama proses tersebut.

Gambar 2.17 Dynamic scraped surface heat exchanger  (Anonim, 2010)

1.9 Phase-change heat exchanger

Selain memanas atau pendinginan cairan hanya dalam satu fasa, penukar panas dapat digunakan baik untuk memanaskan cairan menguap (atau mendidih) atau digunakan sebagai kondensor untuk mendinginkan uap dan mengembun ke cairan. Pada pabrik kimia dan kilang, reboilers digunakan untuk memanaskan umpan masuk untuk menara distilasi sering penukar panas.

Distilasi set-up biasanya menggunakan kondensor untuk mengkondensasikan uap distilasi kembali ke dalam cairan.Pembangkit tenaga listrik yang memiliki uap yang digerakkan turbin biasanya menggunakan penukar panas untuk mendidihkan air menjadi uap. 

Heat exchanger atau unit serupa untuk memproduksi uap dari air yang sering disebut boiler atau generator uap.Dalam pembangkit listrik tenaga nuklir yang disebut reaktor air bertekanan, penukar panas khusus besar yang melewati panas dari sistem (pabrik reaktor) primer ke sistem (pabrik uap) sekunder, uap memproduksi dari air dalam proses, disebut generator uap.Semua pembangkit listrik berbahan bakar fosil dan nuklir menggunakan uap yang digerakkan turbin memiliki kondensor permukaan untuk mengubah uap gas buang dari turbin ke kondensat (air) untuk digunakan kembali.

Untuk menghemat energi dan kapasitas pendinginan dalam kimia dan tanaman lainnya, penukar panas regeneratif dapat digunakan untuk mentransfer panas dari satu aliran yang perlu didinginkan ke aliran yang perlu dipanaskan, seperti pendingin distilat dan pakan reboiler pra-pemanasan.

Sejarah Singkat Kilang pertamina RU II Dumai

Pertamina RU II Dumai terdiri dari dua kilang, yaitu kilang Putri Tujuh di Dumai dan kilang Sei Pakning. Kilang Putri Tujuh PERTAMINA RU II Dumai sendiri dibangun pada bulan April 1969 atas dasar persetujuan Turn Key Project antara pihak Pertamina dengan pihak Far East Sumitomo Japan. Pembangunan kilang RU II Dumai ini dikukuhkan dalam surat keputusan Direktur Utama PERTAMINA No.33345/Kpts/DM/1967. Untuk pelaksanaan pembangunan dilakukan oleh kontraktor asing yaitu Ishikawajima Harima Heavy Industries (IHHI). Kontraktor tersebut melakukan pekerjaan pembuatan kilang Crude Distilation Unit (CDU) dan fasilitas Penunjang Pembangkit Tenaga (Utilities), TAESEI melakukan pekerjaan konstruksi, yaitu membuat fasilitas penunjang operasi lainnya seperti tanki–tanki produksi, dermaga, pelabuhan khusus, dan perpipaan.
Refinery Unit II merupakan unit operasi pengolahan Pertamina terbesar di pulau Sumatera dengan memasok 23% kebutuhan minyak nasional. Saat ini wilayah kerja Refinery Unit II Dumai meliputi :

.1 Kilang Minyak Sungai Pakning
Kilang minyak ini dibangun pada November 1968 oleh Refining Associates
(Canada).Ltd atau Refican, selesai dan mulai berproduksi pada Desember 1969. Kilang minyak ini mulai beroperasi dengan kapasitas 25.000 barrel/hari. Pada September 1975 seluruh operasi kilang beralih dari kilang Refican kepada pihak Pertamina.
Kilang ini mengalami penyempurnaan secara bertahap.Kapasitasnya ditingkatkan dari 25.000 barrel/hari menjadi 35.000 barrel/hari pada tahun 1977. Pada tahun 1980 kapasitasnya ditingkatkan lagi menjadi 40.000 barrel/hari dan pada tahun 1982 kapasitas Kilang Minyak Sungai Pakning ditingkatkan menjadi 50.000 barrel/hari sesuai dengan desain saat ini.Konfigurasi Kilang Minyak Sungai Pakning ini sama dengan Konfigurasi Crude Distillate Unit (CDU) yang ada di Kilang Minyak dumai.

.2 Kilang Minyak Dumai
Kilang Minyak Dumai dibangun pada tahun 1969 dengan kapasitas 100.000 barrel/hari untuk memproses bahan baku minyak mentah Minas. Mulai beroperasi sejak diresmikan oleh Presiden R.I Soeharto pada tanggal 08 September 1971 dengan 2 unit proses yang meliputi: Topping Unit / Crude Distilling Unit (CDU) dan Gasoline Plant. Kilang Dumai mengolah minyak mentah menjadi: Gas, Gasoline / Premium, Kerosene, Automotive Diesel Oil (ADO), dan Low Sulfur Wax Residue (LSWR).
Seiring dengan kebutuhan minyak yang meningkat dan untuk memaksimalkan proses pengolahan crude oil menjadi produk yang mempunyai nilai ekonomis yang lebih tinggi, maka dilaksanakan proyek perluasan kilang minyak Dumai dengan penambahan 11 unit proses yang dikenal dengan Hydrocracker Complex sehingga kapasitas kilang minyak Dumai naik menjadi 120.000 barrel/hari. Proyek perluasan kilang Dumai dimulai pada tahun 1981 dan setelah selesai pembangunannya diresmikan oleh Presiden RI Soeharto pada 7 tanggal 16 Februari 1984 dengan mengolah LSWR yang dihasilkan oleh Crude Distilling Unit (CDU) kilang Dumai dan kilang Sei Pakning.
Sebelum penambahan kilang baru, kilang lama hanya mampu mengolah minyak mentah menjadi BBM sebesar 37,73%, dengan rangkaian proses unit-unit kilang baru pada jumlah feed crude oil yang sama dapat dihasilkan BBM sebesar 93,84%, dan sisa pengolahan kilang baru (residu) digunakan sebagai Refinery Fuel (bahan bakar kilang) dan green coke yang menjadi produk primadona Refinery Unit II Dumai.
Pembangunan kilang minyak RU II Dumai dilaksanakan dengan pertimbangan sebagai berikut:
- Lokasi kota Dumai yang terletak di tepi laut (Selat Rupat) dengan kondisi laut yang dalam dan tenang sehingga mudah untuk transportasi laut.
- Tersedianya areal yang dibutuhkan.
- Kebutuhan bahan bakar minyak yang terus meningkat.
- Tersedianya minyak mentah dari lapangan PT. CHEVRON.
Bahan baku yang diolah adalah minyak mentah produksi PT. CHEVRON Indonesia yang dihasilkan dari ladang minyak Duri (DCO) dan Minas (SLC) dengan perbandingan 85 % volume Minas Crude dan 15 % minyak Duri Crude.

Pada saat ini kilang Pertamina RU II Dumai beroperasi dengan kapasitas 130.000 barrel/hari. Sedangkan Pertamina RU II Sei Pakning yang menjadi satu sistem integrasi dengan kilang RU II Dumai, mengolah minyak mentah jenis Handil dan Lirik Crude yang merupakan produksi Pertamina Unit Eksplorasi (UEP) Lirik Riau dengan kapasitas desain 50.000 barrel/hari menghasilkan 8 produk yang sama dengan Crude Distilling Unit (CDU) pada kilang Dumai, sedangkan residu yang dihasilkan kilang Pertamina RU II Sei Pakning (LSWR) dikirim ke kilang Dumai untuk diolah di High Vacuum Unit (HVU).



Berdasarkan diagram alir konfigurasi unit proses pada Refinery Unit II Dumai dapat dilihat bahwa kilang minyak pada Refinery Unit II Dumai terdiri dari unit-unit proses yang saling berintegrasi antar satu unit dengan unit lainnya. Unit proses tersebut terdiri dari sebagai berikut :

•  Unit Kilang Lama

Unit kilang lama terdiri dari :
 Hydro Skimming Complex (HSC)
HSC bertanggung jawab untuk mengoperasikan kilang unit proses seperti:
- Crude Distilling Unit.
- Platforming Unit.
- Naphtha Rerun Unit (Hydrobon)
- Naphtha Hydrocracker Unit.
- Platforming CCR (Continuous Catalytic Regeneration) Unit.

•  Unit Kilang Baru

Unit kilang baru yang merupakan perluasan dari kilang lama dengan maksud untuk mengoptimalkan proses pengolahan crude oil yang terdiri dari :

 Hydro Cracking Complex (HCC)
HCC bertanggung jawa buntuk mengoperasikan kilang unit proses seperti:
- Hydro Cracking Unibon Unit.
- Hydrogen Plant Unit.
- Amine LPG Recovery Unit.
- Sour Water Stripper Unit.
- Nitrogen Plant Unit.
- Fuel Gas System Unit.
 Heavy Oil Complex (HOC).
HOC ( Heavy Oil Complex) mengolah long residu (LSWR) dari Crude Distillation Unit (CDU) kilang Dumai dan kilang Sei Pakning, bertanggung jawab mengoperasikan kilang unit proses seperti:
- High VacuumUnit (Unit-110).
- Delayed Coking Unit(Unit-140).
- Coke Calcined Unit (Unit-170).
- Distillated Hydro Treating Unit (Unit-220).
Seiring dengan kemajuan teknologi dan kebutuhan produk yang semakin beragam, pada tahun 2007 dibangun proyek Lube Base Oil (LBO) kerja sama antara PT. Pertamina (Persero) RU II Dumai dengan SK Energy (Korea selatan) dalam perusahaan Joint Venture PT. Patra SK yang mulai beroperasi pada bulan April 2008 hingga sekarang.

2.2 Tugas dan Fungsi Bagian Heavy Oil Complex (HOC)
Heavy Oil Complex merupakan salah satu unit pada Refinery Unit II Dumai yang bertugas untuk mengolah minyak berat (Long Residu dan Short Residu) menjadi produk yang mempunyai nilai ekonomis lebih tinggi, terdiri dari beberapa unit proses, antara lain :
2.2.1 High Vacuum Unit (HVU)
Unit ini berfungsi untuk mengolah Long Residue dari Crude Distiling Unit kilang Dumai dan Long Residu dari Crude Distiling Unit Sei Pakning dengan proses distilasi vakum menjadi produk seperti:
- Light Vacuum Gas Oil (LVGO) » komponen Solar
- Heavy Vacuum Gas Oil (HVGO) » umpan HC Unibon
- Short Residue » umpan DCU
2.2.2 Delayed Coking Unit (DCU)
Unit ini berfungsi mengolah short residue dari High Vacuum Unit (HVU) menjadi produk-produk seperti :
- Refinery Gas » fuel gas
- Liquified Petroleum Gas (LPG) » komponen LPG mix
- Naptha » umpan NHDT
- Light Coker Gas Oil (LCGO) » umpan DHDT
- Heavy Coker Gas Oil (HCGO) » umpan HC Unibon

- Green Coke » umpan Coke Calcining Unit