Ikhtisar – Bundel Tabung Pendingin Udara sebagai Inti Perpindahan Panas
Bundel tabung pendingin udara adalah rakitan inti perpindahan panas dari penukar panas berpendingin udara (ACHE). Ini terdiri dari deretan tabung telanjang atau bersirip, dipasang di setiap ujungnya dengan lembaran tabung, dan dihubungkan ke kotak header saluran masuk dan keluar. Bundel ini dipasang di dalam ruang struktural, tempat kipas aksial atau sentrifugal memaksa atau menarik udara sekitar melintasi permukaan tabung luar untuk mendinginkan fluida proses yang mengalir di dalam tabung.
Produk ini dirancang dan diproduksi sesuai API 661 (Penukar Panas Berpendingin Udara untuk Layanan Pengilangan Umum), ISO 13706, dan TEMA Kelas R atau B jika berlaku. Ini disediakan sebagai bundel pengganti, bundel cadangan, atau perakitan lengkap untuk rongga ACHE baru.
Jenis Pendingin Udara – Orientasi Bundel dan Konfigurasi Kipas
Bundel tabung adalah rakitan inti yang sama di seluruh tipe ACHE; orientasi, struktur pendukung, dan arah aliran udara bervariasi menurut konfigurasi.
Draf Paksa
-
Kipas yang terletak di bawah bundel, mendorong udara ke atas melalui deretan tabung
-
Distribusi udara merata karena adanya plenum kipas di bawahnya
-
Komponen kipas dan penggerak dapat diakses di permukaan tanah atau platform
-
Orientasi bundel: Horizontal
-
Aplikasi umum: Pendinginan proses kilang umum, intercooler kompresor
Draf yang Diinduksi
-
Kipas yang terletak di atas bundel, menarik udara ke atas melalui deretan tabung
-
Ruang pleno di atas bundel memastikan pengisapan yang seragam
-
Komponen kipas dan penggerak memerlukan platform akses yang lebih tinggi
-
Orientasi bundel: Horizontal
-
Aplikasi umum: Kondensor uap, layanan suhu tinggi, unit kilang besar
-
Keuntungan: Distribusi udara lebih baik, resirkulasi lebih sedikit, bundel terlindung dari presipitasi
Bingkai A
-
Dua bundel tabung datar disusun dalam bentuk V terbalik (puncak di atas)
-
Kipas yang terletak di bawah puncak, meniupkan udara ke atas melalui kedua ikatan yang miring
-
Orientasi bundel: Miring, biasanya 30° hingga 60° dari horizontal
-
Aplikasi umum: Kondensor uap berpendingin udara (ACC) di pembangkit listrik
-
Keuntungan: Mengurangi luas plot untuk wilayah teluk yang luas; saluran kondensat secara gravitasi sepanjang pipa miring
Bingkai V
-
Dua bundel tabung datar disusun dalam bentuk V (puncak di bawah)
-
Kipas terletak di atas puncak, menarik udara ke atas melalui kedua ikatan yang miring
-
Orientasi bundel: Miring, biasanya 30° hingga 60° dari horizontal
-
Aplikasi yang umum: Kondensor uap di mana aliran udara induksi lebih disukai untuk perlindungan terhadap pembekuan
-
Keuntungan: Pengurangan tapak mirip dengan A-frame; kondensat mengalir ke kolektor bawah
Bundel Tunggal Horisontal
-
Bundel tabung datar tunggal dipasang secara horizontal
-
Kipas angin di bawah (forced draft) atau di atas (accumped draft)
-
Orientasi bundel: Horizontal, kemiringan 0°
-
Aplikasi umum: Pendinginan proses umum, pendinginan gas, kondensasi hidrokarbon
-
Keuntungan: Konstruksi paling sederhana; penggantian bundel dan akses pemeliharaan termudah
Konstruksi Bundel – Komponen Inti
Tabung
Lembaran Tabung
Kotak Header (Manifold Inlet/Outlet)
Konstruksi kotak tajuk:
-
Penampang persegi panjang atau bulat
-
Koneksi bergelang per ASME B16.5 atau B16.47
-
Lewati partisi untuk lintasan satu, dua, atau empat sisi tabung
-
Kuras dan ventilasi sambungan pada titik rendah dan tinggi
Rangka Samping dan Lug Pengangkat
-
Rangka struktural: Saluran baja atau balok-I
-
Lug pengangkat: Dilas ke rangka samping atau lembaran tabung, diberi bobot 2× bundel
-
Titik penyangga ditempatkan untuk meminimalkan kendurnya tabung dan menjaga kerataan dalam jarak ±3 mm sepanjang panjang bundel
Jenis Sirip – Pemilihan berdasarkan Suhu dan Lingkungan
Geometri Sirip (Khas)
Resistensi Ikatan Sirip
Untuk tipe sirip luka tarik (kaki L, kaki KL, kaki LL), ikatan mekanis antara sirip dan tabung menimbulkan resistensi kontak termal:
-
Untuk suhu sisi tabung di atas 120°C, nilai konduktansi ikatan sebesar 2.000 – 5.000 W/m²·K biasanya diterapkan untuk bundel baru.
-
Paket dalam layanan mungkin mengurangi konduktansi ikatan karena siklus termal. Luas permukaan tambahan sebesar 3% – 30% sering kali disertakan dalam desain tergantung pada suhu pengoperasian dan jenis ikatan.
-
Sirip yang diekstrusi dan dilas dengan frekuensi tinggi tidak memiliki ketahanan terhadap ikatan, karena sirip tersebut merupakan ikatan integral atau metalurgi.
Parameter Termal dan Hidraulik Sisi Udara
Pemilihan Bahan – Tabung, Lembaran Tabung, dan Header
Bahan Tabung
Bahan Lembaran Tabung dan Header
-
Baja karbon SA-516 Gr.70 untuk layanan sisi tabung non-korosif
-
Stainless dilapisi baja karbon untuk layanan korosif dengan tekanan tinggi; ketebalan cladding minimal 3 mm per ASME VIII-1 UW-13
-
Stainless padat 304L / 316L untuk layanan yang sepenuhnya korosif
-
Dupleks padat atau titanium untuk layanan klorida berat atau tugas lepas pantai
Bahan kotak header biasanya disesuaikan dengan bahan lembaran tabung untuk menghindari korosi galvanik pada sambungan baut atau las. Untuk header baja karbon dalam layanan korosif, lapisan internal (epoksi atau fenolik) diterapkan sesuai API 661.
Proses Fabrikasi – Kontrol Kunci
Pengeboran Lembaran Tabung
-
Ukuran mata bor dikontrol hingga toleransi H11 per ISO 286
-
Selesai lubang: Ra ≤ 1,6 μm untuk sambungan yang diperluas; Ra ≤ 3,2 μm untuk sambungan las
-
Deviasi ligamen ≤ ±0,2 mm dari gambar
-
Semua lubang dihaluskan dan dibersihkan sebelum tabung dimasukkan
Ekspansi Tabung
-
Tekanan ekspansi hidrolik: 160 – 220 MPa; tahan waktu 5 – 8 detik
-
Kedalaman ekspansi: Minimum 1,5 × tabung OD atau 2 × ketebalan dinding tabung ke dalam lembaran tabung
-
Pemeriksaan pengukur pasca-ekspansi: 100% tabung menerima bola pengukur 0,5 mm lebih kecil dari ID tabung
-
Verifikasi kekuatan tarik: Uji artikel pertama per bundel, target ≥ 20 MPa untuk baja karbon dan ≥ 25 MPa untuk baja tahan karat
Pengelasan Tube-to-Tubesheet (Jika Ditentukan)
-
Proses GTAW (TIG), otomatis atau manual
-
Tinggi kaki fillet 1,5 – 2,0 mm untuk las segel
-
Penetrasi akar las penetrasi penuh ≥ 0,5 mm ke dalam dinding tabung
-
Pengujian penetran cair 100% per ASME VIII-1 UW-51
-
Prosedur pengelasan memenuhi syarat sesuai ASME Bagian IX
Pembuatan Kotak Tajuk
-
Konstruksi baja yang dilas dengan sambungan flensa ASME B16.5 atau B16.47
-
Dimensi header disesuaikan dengan pola lubang lembaran tabung
-
Lewati partisi yang dilas ke interior header, material dan prosedur pengelasan yang disesuaikan dengan material header
-
Sambungan saluran pembuangan dan ventilasi: alat kelengkapan berulir NPT atau las soket
Perakitan dan Pengangkatan Bundel
-
Tabung dimasukkan dan diperluas atau dilas menjadi lembaran tabung
-
Baffle atau penyangga tabung dipasang pada jarak tertentu
-
Rangka samping dan lug pengangkat terpasang
-
Uji pengangkatan dilakukan pada berat bundel 1,1 × jika ditentukan
Inspeksi dan Pengujian Per Bundel
Inspeksi Dimensi
Pemeriksaan Non-Destruktif
Uji Hidrostatis (Sisi Tabung)
-
Tekanan uji: 1,3 × tekanan desain per ASME VIII-1 UG-99
-
Media uji: Air bersih dengan penghambat korosi; klorida ≤ 50 ppm untuk baja tahan karat
-
Waktu tahan: ≥ 30 menit
-
Penerimaan: Penurunan tekanan nol; tidak ada kebocoran yang terlihat dari sambungan tabung, header, atau sumbat
Uji Kebocoran Pneumatik (Jika Ditentukan)
-
Tekanan uji: 0,6 MPa udara atau nitrogen
-
Deteksi kebocoran: Aplikasi gelembung sabun pada semua sambungan dan lasan
-
Penerimaan: Tidak ada gelembung; tingkat kebocoran ≤ 1×10⁻⁵ Pa·m³/s
Profil Aplikasi – Berdasarkan Jenis Layanan
Intercooler Kompresor dan Aftercooler
-
Cairan sisi tabung: Udara terkompresi atau gas alam
-
Suhu sisi tabung: Saluran masuk 120°C – 180°C, saluran keluar 40°C – 60°C
-
Tekanan sisi tabung: 0,5 – 10,0 MPa
-
Bahan tabung: Baja karbon untuk udara; 304L untuk gas alam yang mengandung CO₂ atau air
-
Tipe sirip: Kaki L jika suhu sisi tabung ≤ 150°C; KL-kaki jika 150°C – 180°C
-
Geometri sirip: dinding OD 25,4 mm × 2,0 mm; tinggi sirip 12,5 mm; 10FPI
-
Baris bundel: 4 – 6
-
Kecepatan muka udara: 2,5 – 3,5 m/s
-
Penurunan tekanan sisi udara: ≤ 200 Pa
Kondensor Overhead Kilang
-
Cairan sisi tabung: Uap hidrokarbon dengan uap
-
Suhu sisi tabung: Inlet 100°C – 150°C kondensasi, outlet 40°C – 60°C
-
Tekanan sisi tabung: 0,1 – 0,5 MPa
-
Bahan tabung: Baja karbon untuk layanan non-korosif; 316L untuk layanan asam
-
Tipe sirip: Kaki L atau Kaki KL untuk servis standar; diekstrusi dengan tabung 316L untuk layanan H₂S
-
Geometri sirip: OD 25,4 mm × 2,0 mm; tinggi sirip 12,5 mm; 10FPI
-
Baris bundel: 4
-
Fitur khusus: Bundel miring 1:50 ke arah header outlet untuk drainase cairan
Pendingin Gas Alam Setelah Dehidrasi atau Kompresi
-
Cairan sisi tabung: Gas alam yang diolah
-
Suhu sisi tabung: Saluran masuk 60°C – 100°C, saluran keluar 30°C – 45°C
-
Tekanan sisi tabung: 4,0 – 10,0 MPa
-
Bahan tabung: 316L atau Duplex 2205 jika ada klorida
-
Tipe sirip: Diekstrusi dengan bagian luar aluminium 1100 untuk perlindungan korosi lepas pantai dan pantai
-
Geometri sirip: OD 19,05 mm × 2,0 mm; tinggi sirip 12,5 mm; 10FPI
-
Baris bundel: 2 – 3
-
Kecepatan muka udara: 2,0 – 2,5 m/s
-
Penurunan tekanan sisi udara: ≤ 150 Pa
Kondensor Uap Berpendingin Udara (ACC) untuk Pembangkit Listrik
-
Cairan sisi tabung: Uap mengembun menjadi air dalam kondisi vakum
-
Suhu sisi tabung: Saluran masuk 60°C – 100°C, saluran keluar 35°C – 45°C
-
Tekanan sisi tabung: Vakum, absolut 10 – 50 kPa
-
Bahan tabung: Baja karbon galvanis atau dilapisi; baja tahan karat jika uap mengandung amonia atau klorida
-
Jenis sirip: Pengelasan frekuensi tinggi dengan ikatan metalurgi; sirip baja karbon galvanis hot-dip
-
Geometri tabung: Tabung elips atau oval datar dengan sirip pelat atau sirip yang dilas secara heliks
-
Orientasi bundel: Bingkai A atau Bingkai V, miring 60° ke horizontal
-
Aliran udara: Draf yang diinduksi
-
Fitur khusus: Bundel memiliki kemiringan 1:80 ke arah header pengumpulan kondensat; perlindungan beku melalui penelusuran uap atau pemanas listrik untuk pengoperasian musim dingin di bawah 0°C
Pembersihan dan Pemeliharaan
Pengotoran di sisi udara akibat debu, serbuk sari, atau endapan bahan kimia meningkatkan penurunan tekanan dan mengurangi perpindahan panas. Pembersihan dianjurkan ketika:
-
Penurunan tekanan sisi udara melebihi penurunan tekanan desain sebesar 30%
-
Peningkatan penurunan tekanan sisi udara mencapai 50 Pa di atas saat start-of-run, mana saja yang terjadi lebih dulu
Metode pembersihan:
-
Pencucian air: Semprotan bertekanan rendah ≤ 1,0 MPa untuk endapan yang larut dalam air
-
Tiupan udara: Udara bertekanan ≤ 0,6 MPa untuk debu kering dan lepas
-
Pembersihan kimia: Deterjen berbahan dasar basa atau asam yang disetujui untuk sirip aluminium; hindari larutan alkali tinggi
Pembersihan sisi tabung tidak dapat dilakukan secara mekanis dalam bundel tetap. Pembersihan kimia atau pigging online diperlukan.
Dokumentasi Per Pengiriman
-
Sertifikat uji material sesuai EN 10204 3.1 atau 3.2 untuk tabung, sirip, lembaran tabung, header, dan baja struktural
-
Lembar data lengkap API 661 atau lembar data ISO 13706
-
Lembar data TEMA jika berlaku
-
Laporan data stempel U ASME jika ada
-
Laporan inspeksi dimensi termasuk panjang bundel, tata letak lubang lembaran tabung, geometri sirip, dan OD tabung
-
Parameter proses pemasangan sirip meliputi tegangan belitan, tekanan ekstrusi, dan arus pengelasan
-
Laporan uji hidrostatik dengan rekaman grafik tekanan
-
Laporan uji kebocoran pneumatik jika dilakukan
-
Laporan NDE untuk PT, UT, dan RT sebagaimana dilakukan
-
Spesifikasi prosedur pengelasan dan catatan kualifikasi prosedur untuk pengelasan tube-to-tubesheet dan header
-
Gambar rakitan bundel tabung dengan jumlah tabung, konfigurasi lintasan, dimensi header, dan lokasi lug pengangkat
-
Spesifikasi pengecatan dan pelapisan dengan laporan verifikasi ketebalan
Daftar Periksa Pilihan – Paket Tabung Pendingin Udara
-
Tipe ACHE: Draf paksa, draft terinduksi, frame A, frame V, atau horizontal
-
Orientasi bundel: Horizontal atau miring dengan sudut
-
Bahan dan ukuran tabung (OD dan ketebalan dinding)
-
Tipe sirip: L-kaki, KL, LL, diekstrusi, dilas frekuensi tinggi, atau telanjang
-
Bahan dan geometri sirip (tinggi, pitch atau FPI, ketebalan)
-
Tekanan dan suhu desain sisi tabung
-
Komposisi cairan sisi tabung termasuk korosifitas, klorida, dan H₂S
-
Penurunan tekanan yang diijinkan pada sisi tabung
-
Suhu saluran masuk udara untuk desain musim panas
-
Kecepatan muka udara atau aliran udara total
-
Penurunan tekanan yang diijinkan di sisi udara, biasanya 100 – 300 Pa
-
Jenis header: Steker, pelat penutup, atau manifold pipa
-
Jumlah lintasan sisi tabung: Tunggal, dua, atau empat
-
Jumlah dan tata letak tabung per ruang yang ada atau yang baru
-
Persyaratan perlindungan korosi termasuk bahan pelapis, galvanisasi, atau bahan sirip dan tabung khusus
-
Perlindungan beku untuk layanan ACC termasuk pelacakan uap, pemanas listrik, atau resirkulasi
-
Kendala pengangkatan dan pengangkutan termasuk berat dan dimensi maksimum
-
Standar yang berlaku: API 661, ISO 13706, TEMA, atau spesifikasi pelanggan
Pernyataan Batasan Desain – Paket Tabung Pendingin Udara
Paket tabung pendingin udara tunduk pada batasan berikut:
-
Ini dirancang hanya untuk tekanan dan suhu sisi tabung yang ditentukan. Pengoperasian di luar batas ini akan membatalkan desain.
-
Kinerja sisi udara bergantung pada suhu udara sekitar dan pengotoran. Kapasitas pendinginan menurun seiring dengan meningkatnya suhu lingkungan.
-
Pembersihan sisi tabung tidak dapat dilakukan secara mekanis dalam bundel tetap. Pembersihan kimia atau pigging online diperlukan untuk layanan pengotoran.
-
Pengotoran di sisi udara meningkatkan penurunan tekanan dan mengurangi perpindahan panas. Jadwal pembersihan rutin harus dipertahankan.
-
Untuk layanan kondensasi dalam kondisi beku, perlindungan terhadap pembekuan melalui kemiringan, drainase, dan pemanasan harus disediakan.
-
Suhu ujung sirip maksimum tidak boleh melebihi batas spesifik material: L-foot ≤ 150°C, ekstrusi ≤ 230°C, pengelasan frekuensi tinggi ≤ 450°C.
-
Untuk layanan perputaran termal di atas 500 siklus per tahun, jenis sirip luka tegang seperti kaki L, kaki KL, dan kaki LL tidak direkomendasikan. Gunakan sirip yang diekstrusi atau dilas dengan frekuensi tinggi.
-
Bundel harus dipasang pada struktur pendukung yang rata. Ketidaksejajaran yang berlebihan menyebabkan distorsi lembaran tabung dan kebocoran sambungan.
-
Untuk tekanan sisi tabung di atas 10,0 MPa atau vakum ekstrem, konsultasikan untuk desain header dan lembar tabung khusus.