Pemilihan skema process control utk suatu heat exchanger

Ada sebuah diskusi menarik yg saya pikir patut utk dicatat mengenai pemilihan skema process control utk proses mendinginkan temperature suatu aliran proses. Latar belakang ceritanya adalah kita punya aliran proses yg mesti didinginkan dr sekitar 30oC ke 20oC. Masalahnya adalah si aliran proses itu akan membeku pada temperature 10oC dan cooling fluid yg kita punya memiliki temperature -11oC. Agar si aliran proses tdk membeku di dlm heat exchanger (HX), cooling fluidnya mesti minimal berada di temperature 10oC. Utk itu, keluaran cooling fluid dr HX dicampur dgn make-up cooling fluid (-11oC). Sebagian dr cooling fluid tsb akan kembali ke return cooling header yg tekanannya konstan. HX didesain dgn temperature masuk cooling fluid sekitar 15oC. Kemudian HX diberi margin 30% lbh besar drnya. Jd kita punya dua perhatian di sini, temperature aliran keluar proses dan temperature aliran masuk cooling fluid. Ada dua skema process control yg jd pertimbangan. Keduanya digambarkan sbb:

Gbr 1. Master-slave (cascade) control

Gbr 2. Temp and Flow Control

Skema pertama adalah master-slave control, biasa disebut cascade control. Master controlnya adalah temperature keluaran aliran process yg memberikan set-point utk slave control yg mengatur temperature inlet cooling fluid. Temperature inlet cooling fluid dikontrol dgn mengendalikan laju alir cooling fluid make-up nya.

Skema kedua adalah temperature keluaran proses dikontrol dgn mengendalikan laju alir cooling fluid melalui speed control (atau bisa jg control valve agar lbh boros energy :D). Sementara itu, temperature inlet cooling fluid dikontrol dgn mengendalikan laju alir make-up cooling fluidnya.

Sekilas tidak ada masalah dgn kedua skema process control ini. Keduanya baik2 saja. Akan tetapi, mari kita kaji lbh dalam lg, yg mana yg lbh cocok utk kasus ini.

Di skema pertama (cascade), bisa saja suatu ketika si master control bilang klo temperature keluaran aliran proses terlalu tinggi, smentara kita cuma perlu 20oC. Oleh karena itu si master control ngasi set point yg mgkn sgt rendah, sedemikian sehingga di sisi proses, di dlm HX, terjadi pembekuan di bagian dindingnya. Mungkinkah hal ini terjadi?

Ingat bahwa HX didesain 30% lbh besar drpd yg diperlukan. Dgn luas area 30% lbh besar itu, ∆T yg diperlukan jd 30% lbh kecil. Akibatnya secara operasional adalah temperature inlet cooling fluid hasil mixing tsb akan selalu berada di atas 15oC. Situasi ini memberikan sandaran bahwa diperlukan penyebab yg gak biasa utk bisa menurunkan temperature inlet cooling fluid ini ke 15oC atau lbh rendah lg.

Di skema kedua, temperature inlet cooling fluid dijaga konstan sekitar 15oC. Dgn  luas area yg 30% lbh besar, maka overall heat transfer coefficientnya akan turun sebesar 30% krn ∆Tnya sudah tetap. Akibatnya, laju alir si cooling fluid akan lbh rendah utk menghasilkan ini.

Pada saat yg sama, temperature keluaran aliran proses dikendalikan dgn mengatur laju alir cooling fluid. Mungkin saja suatu ketika si temperature control bilang klo temperaturenya terlalu tinggi. Akibatnya dia akan meminta si pompa  utk mengantar cooling fluid dgn laju alir yg lbh rendah. Ujung2nya, bisa saja laju alir si cooling fluid akan sgt rendah sedemikian sehingga jika si cooling fluid memiliki kecenderungan terhadap fouling yg besar, maka ia akan menghasilkan fouling. Akibatnya, overall heat transfer coefficient akan jd sgt rendah, si temperature control utk proses akan merasa temperaturenya terlalu rendah, kemudian meminta agar laju alir cooling liquid dinaikkan, kemudian laju alirnya pun meningkat dan menggerus fouling yg sudah terbentuk. Kemudian overall heat transfer akan naik lg, temperature control utk proses akan merasa temperaturenya terlalu tinggi. Dan siklus ini pun akan berulang lg. Akibatnya, jika cooling fluid memiliki kecenderungan fouling yg besar, sistem spt ini akan terus terjadi. Mmg sistem ini tidak akan memberikan kesempatan utk si proses membeku, tp akan menghasilkan ketidakstabilan spt ini.

Jd, sistem process control spt apakah yg diperlukan utk kasus ini? Yg perlu kita cek adalah apakah si cooling fluidnya memiliki kecenderungan utk fouling atau tidak. Klo kita gak mau susah2 mencari informasi tambahan ini dan ingin membayar lbh mahal utk HX yg lbh besar, maka skema master-slave control lah yg akan kita pilih. Jika cooling fluidnya mmg punya kecenderungan fouling, dan dlm design pun kita akan memberikan over design, maka kita jg akan pilih master-slave control. Klo ternyata cooling fluidnya gak punya kecenderungan fouling dan kita ingin memastikan klo set-point utk temperature masuk cooling fluidnya gak kan turun dr 15oC, maka kita akan pilih skema yg kedua. Atau kita jg bisa pilih yg master-slave dgn memberikan limit set-point ke slave controlnya, minimum 15oC. Ya, spt kata orang, banyak jalan ke Roma.

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: