Shell and Tube Heat Exchanger (Type and Caracteristic)

Oleh : Nofriadi Amir
Static Equipment Engineer, PT. IKPT

Shell and Tube Heat Exchanger adalah jenis Heat Exchanger yang paling umum dipergunakan pada proses Revinary, Oil and Gas dan Petrochemical.
Dalam hal design Shell and Tube Heat Exchanger (STHE), standar yang dipakai adalah ASME Section VIII dan TEMA Class R, atau API 660
Ada dua sisi utama dalam design STHE, Shell Side dan Tube Side.
Berdasarkan konstruksinya, STHE dapat dibagi atas beberapa type, masing masing type diberi kode berdasarkan kombinasi type Front Head, Shell, dan Rear Head. Tabel berikut adalah tipe-tipe Head dan Shell yang dimaksud.

Karakteristik masing masing type dari Shell and Tube tersebut digambarkan pada tabel berikut (untuk memperjelas silakan klik gambar):

Setelah mengetahui karateristik dari masing masing type shell and tube heat exchanger, selanjutnya design didasarkan atas keperluan atau servicenya. Design yang komplex biasanya menimbulkan biaya yang lebih mahal dan perawatan yang lebih sulit sehingga biasanya hanya digunakan untuk keperluan yang tidak memungkinkan penggunaan yang lebih simpel.

Fixed TubeSheet atau Fixed Head
(Type L, M, atau N)

Pada type ini kedua tubsheet dilaskan ke shell membentuk sebuah Box, oleh karma itu terkadang type ini disebut Box-type Exchanger.
Karena tube bundle tidak dapat dilepaskan maka pembersihan bagian luar pipa dilakukan dengan metoda chemical. Penggunaan fixed tubesheer terbatas, dimana fluida yang melewati shell side harus benar benar bebas dari kotoran, fluida yang tidak bebas dari kotoran dimungkinkan mengalir melalui tube side.
Di sini tidak memungkinkan melepaskan dan mengganti tube bundle tampa memotong shell, akan tetapi penggantian tube secara individual dapat dilakukan dengan menggunakan spesial tube cutters dan extractors.
Pada kontruksinya shell barrel dan tubesheet harus dibuat dari metal yang dapat dilaskan secara langsung antara satu dengan lainya seperti steel – steel, tidak dapat dilakukan dengan steel – aluminium ataupun steel – brass.
Altrnative untuk mengatasi persoalan incompatible metal tersebut mungkin dapat dilakukan dengan melaskan flange pada masing masing ujung shell dengan material yang sama dengan shell, dan kemudian bolting dengan tubesheet dengan menggunakan gasket yang sesuai.
Fixed Tubesheet Exchanger memiliki kelebihan yang penting yaitu tidak adanya internal joint sehingga sumber sumber kebocoran dari fluid yang satu ke yang lain dapat diminimalisir.

U Tube atau Hairpin
(type U)

Type U Tube hanya memiliki satu tubesheet dengan masing masing tube bisa dilepaskan dari shell, dilain hal juga sangat memungkinkan untuk memindahkan tubeside dan shell side secara terpisah.
Bagian permukaan luar dan permukaan dalam tube dapat dibersihkan dengan metode chemical.
Pada type ini, fluida yang malewati tube side musti fluida yang bebas dari kotoran, fluida yang tidak bebas kotoran dimungkinkan untuk melewati shell side.
Meskipun U tube dibentuk dari tube yang masing masing identik, akan tetapi terdapat masalah yang essensial dimana hanya tube dengan radius arc atau yang bagian tepi yang dimunginkan untuk diganti jika terjadi kebocoran, sedangkan untuk tube yang terkurung dibagian dalam musti di Plug.

Split-backing-ring Floating Head
(Type S)

Satu tubesheet fix dengan baik pada shell dan tubesheet satunya terapung, dan dimungkinkan untuk memindahkan secara terpisah antara shell side dan tube side, serta seluruh tube bundle dapat dilepas. Untuk memisahkan antara fluida pada shell dengan fluida yang melewati tube side, maka dipergunakan flanged cover yang dibautkan pada split backing ring pada sisi lain tubesheet.
Akses ke tube end pada stationary end hanya dapat dilakukan dengan melepaskan head cover, sedangkan akses ke tube end pada floating head end dilakukan dengan melepas shell cover, split back ring dan floating head cover.
Ada internal joint pada type ini sehingga membutuhkan design yang sangat hati hati dan cermat.

Pull through floating head
(Type T)

Pada konstruksinya, Pull through floating head mirip dengan type split backing ring, akan tetapi pada pull through floating head covernya dibautkan secara langsung pada floating tubesheet.
Kelebihan tipe ini adalah, memungkinkan untuk melepas tube bundle tampa harus melepaskan shell dan head cover.

Packed Lantern ring floating head
(Type W)

Packing ring dipasang antara sisi luar floating tubesheet dengan sisi rear head flange untuk menetapkan pemisah antara fluida yang mengalir melalui shell side dengan fluida yang melalui tube side.
Pemakaian type ini terbatas hanya pada non-lethal service dan untuk tekanan yang rendah.
Maximum operational temperatur adalah 200 degC, dan maximum operational pressure dapat dikategorikan sebagai berikut.
**** Shell ID (mm) ………………………….. Maximum Pressure (Bar) *****
600 kebawah ……………………………………. 20
lebih dari 600 hingga 1060 ……………………… 10
lebih dari 1060 hingga 1525 ……………………. 5

Outside Packed floating head
(Type P)

Untuk memasukkan fluida dari tube side ke floating head, salah satu silindrical barrel (Skirt) dilaskan pada sisi luar floating tubesheet, sementara lainya ditetapkan dengan sebuah slip on backing flange dan flat cover.
Backing flange dipasang dengan sebuah split shear ring yang ditempatkan dalam celah pada skirt, keberadaan split shear ring memungkinkan bagi flange dan cover untuk dilepas.
Tekanan dan temperatur pada shell side terbatas pada 20 bar dan 300 degC.

Kettle type ReBoiler
(type K)

Kettle type Reboiler adalah spesial untuk aplikasi U Tube dan Pull Through. Terdapat vapor space yang kalkulasinya bergantung pada kuantitas vapor, density dan jumlah vapor yang keluar melalui nozzle, akan tetapi pada kasus yang umum biasanya satu hingga tiga kali diameter silinder dan minimal 225 mm. type ini terkadang juga menggunakan dry pipe dan demister pad. Penguapan pada tipe ini terbatas hanya hingga 80% dari liquid yang diproses.

Double bundle Vaporizer

Double type ini adalah spesial design non-TEMA dan cocok dipergunakan untuk penguapan liquid pada temperatur yang rendah. Meskipun dapat dipenuhi dengan single bundle, akan tetapi spesial design diperlukan untuk mencegah pembekuan kondensate.
Bundle bagian bawah berperan sebagai kettle yang memanaskan fluida dalam shell dan pendinginan terjadi pada fluida pada tube side, sementara itu bundle bagian atas berperan menurunkan kembali temperatur fluida dapam shell dan menyerap panasnya untuk menguapkan fluida dingin pada tibe side pada bundle atas ini.

Bayonat tube

Pada type ini, tube bagian luar, tuab bagian dalam dan shell side dapa dilepaskan secara bebas. Type ini cocok untuk perbedaan temperatur yang extrim antara kedua fluda di shell side dan tube side. Free end masing masing pipa bagian luar di seal ke sebuah cover.
Shell side biasanya dilengkapi dengan buffle seperti halnya type lain, akan tetapi untuk ukuran shell vertikal yang relative pendek kadang tidak diperlukan adanya buffle.

Secara garis besarnya ada dua Tahap Detail Design untuk Shell and Tube Heat Exchanger, Tahap pertama adalah Thermal Design dan selanjutnya diteruskan dengan Mechanical Design. Output atau hasil yang diperoleh pada Thermal design akan menjadi data input untuk Mechanical design.

Reff :
HE Design Handbook-Part 4 Mech Design Ed 2002 – GF Hewitt

Sumber: http://korogroup.darkbb.com/t4-shell-and-tube-heat-exchanger-type-and-caracteristic

  1. No trackbacks yet.

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: