Penetapan fouling factor di HE dan akibatnya

Lunch meeting hari ini diisi dgn presentasi dr seorang kolega yg ahli di bidang heat exchanger (HE) design. Meskipun presentasinya gak selesei krn bnyk tanggapan dan diskusi di sana-sini dan krn mmg ini topik yg sgt menarik, ada satu catatan penting yg menurut saya cocok utk dituliskan, yaitu penetapan nilai fouling factor dlm mendesain HE dan akibatnya secara operasional.

Ambil contoh klo kita ingin mendinginkan satu process stream dgn cooling water. Idealnya, kita mendesain HE dimulai dr sisi proses streamnya. Berapa duty-nya serta temperature in dan out process stream tsb. Kemudian utk sisi cooling waternya, kita ambil temperature in-nya dan kita spesifikasi temperature out-nya. Dengan kata lain, kita tetapkan selisih temperature in dan out utk cooling water tsb.

Dari sini, kita hitung ∆TLMTDnya. Terus kita spesifikasikan heat transfer coefficient utk process dan cooling water itu (kasar aja dulu). Dengan ini kita bisa menghitung berapa luas permukaan yg diperlukan utk kondisi bersih spt ini. Katakanlah luas permukaan ini sebagai Aclean.

Lalu, klo kita spesifikasikan HE yg ingin kita buat hanya berdasarkan Aclean itu, takutnya di kedua stream tsb (process dan CW) akan terjadi fouling. Ujung2nya, HE yg kita desain itu gakkanbisa memenuhi kebutuhan duty-nya. Untuk mengantisipasi hal ini lah makanya kita selalu menetapkan fouling factor utk kedua stream tsb. Nilai fouling factor ini sgt sulit utk diprediksi. Oleh karena itu, pengalaman di lapangan dgn kasus serupa mesti dimanfaatkan sbg dasar empirik penetapan fouling factor ini. Dari sini, kita lalu bisa menghitung berapa luas permukaan yg diperlukan jika fouling mmg benar2 terjadi. Katakanlah Afouled.

Pastinya heat exchanger tsb kita design dgn menggunakan nilai Afouled ini. Berikut ini contoh perhitungannya (lihat kolom “design”):

Kita kira2 jg diameter equivalent utk sisi CW, agar kita bisa menghitung berapa velocitynya, sbg bahan perbandingan nantinya. Utk contoh ini, terlihat velocitynya adalah sekitar 1.4 m/s. Nilai yg cukup reasonable.

Nah, permasalahan operasional kemudian muncul ketika HE tsb dibangun dan dioperasikan. Krn A yg dipilih adalah Afouled, yg relatif lbh besar drpd yg diperlukan ketika HE tsb bersih, maka temperature out CW pun akan jd lbh besar drpd yg didesain. Akibatnya, laju alir dan velocity CW pun menurun. Velocity yg rendah ini pada akhirnya akan mengakibatkan fouling di sisi CW. Fouling ini kemudian akan menurunkan nilai U, yg kemudian akan kembali menaikkan ∆TLMTD, yg kemudian akan menurunkan temperature out CW. Siklus ini akan terus berjalan sampai terjadi kesetimbangan antara fouling, Afouled, dan temperature out CW. Contoh simulasinya ada di kolom “Designed duty” di tabel di atas.

Di perhitungan di atas, U diasumsikan konstan utk memperlihatkan pengaruh penetapan fouling factor ke design (Afouled) dan operasional (relatively higher temp out CW and lower velocity, which can promote fouling, which then reduces U).

Utk situasi turndown di mana plant tidak berjalan 100%, melainkan 60% misalnya, situasi ini makin parah. Temperature out CW akan semakin besar dan velocitynya akan sangat rendah. Akibatnya, fouling akan terjadi dgn sangat cepat. You get what you design, ini mottonya😀. Fouling ini akan menurunkan U, yg kemudian akan kembali menaikkan ∆TLMTD, lalu menurunkan temperature out CW. Kemudian, velocity CW akan naik, fouling tergerus, U kembali naik, ∆TLMTD pun turun lg, dst sampai terjadi kesetimbangan lain. Hasil simulasi pd saat turndown, 60% dr kapasitas, (assuming U is constant to see the clear effect on temperature outlet and velocity of CW) ada di kolom “Turndown”.

Akhirul kalam, kita mmg lbh memilih utk memberikan excess margin utk HE dan melakukan cleaning secara periodik, ketimbang mengambil resiko dgn tidak terpenuhinya duty utk process side. Dan utk penetapan nilai fouling factor dlm desain, as they always said, “You get what you design”😀

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: