heat exchanger

60
BALANCE OF PLANT and HEAT EXCHANGERS IN STEAM POWER PLANT PROF. Dr. IR. BAMBANG TEGUH P. DEA BALAI TERMODINAMIKA, MOTOR DAN PROPULSI BPPT – PUSPIPTEK - SERPONG

Upload: ian-muhammad

Post on 31-Oct-2014

177 views

Category:

Documents


11 download

DESCRIPTION

Energy Convertion

TRANSCRIPT

Page 1: Heat Exchanger

BALANCE OF PLANT andHEAT EXCHANGERS IN STEAM POWER PLANT

PROF. Dr. IR. BAMBANG TEGUH P. DEA

BALAI TERMODINAMIKA, MOTOR DAN PROPULSIBPPT – PUSPIPTEK - SERPONG

Page 2: Heat Exchanger

HEAT EXCHANGERS IN POWER PLANT

HRSG forCombined

Cycle

Fe 2+ -Ion GeneratingEquipment

Separator and Flasher for Geothermal Plant

StartingEjector

Condenser (surface or direct contact type)Condensat

Return Tank

CondensatPreheater

Steam Jet Air Ejecttor

Gland Steam

Condenser

Draintank

L.P.HeaterDeaeratorH.P.

Heater

Steam Turbine

G

ChemicalInjection

tank

Bearing-coolingWater cooler

Tosfilter

StandPipe

Fosil Fuel Steam

Generator

Oil coolerH2 cooler

Bearing coolerOil tank

GeneratorSteamTurbine

Moisture Separator orMoisture Separator Reheater

For Nuclear Plant

Page 3: Heat Exchanger

HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR (HRSG)• Flow Diagram of HRSG for Combined Cycle Plant

Page 4: Heat Exchanger

SISTEM TENAGA UAP MODERN

Page 5: Heat Exchanger

13

1

2

34

5

6 7

8 9

10

1112

14

15

1617 18

19

20

21 22

23

FWH

SISTEM TENAGA UAP MODERN

Page 6: Heat Exchanger

KONDENSOR

Page 7: Heat Exchanger

KONDENSORI. Pendahuluan

• Kegunaan utama: mengkondensasikan uap keluar dari turbin, sehingga: menyelamatkan sejumlah besar air penambah menciptakan tekanan keluar turbin rendah (vaccum), shg efisiensi

siklus power plant akan naik

• Tipe :• Direct contact condenser (gambar 1.a), terjadi percampuran

antara uap dengan air pendingin (biasa digunakan di PLTP)• Indirect-contact condenser (surface condenser) (gambar 1.b),

kondensat tak terkontaminasi oleh air pendingin selama tak terjadi kebocoran

• Tekanan kondensor : sangat tergantung pada debit dan temperatur air pendingin dan efektivitas peralatan pembuangan udara (gas-gas yg tak terkondensasi)

Page 8: Heat Exchanger

KONDENSOR

Steam, ws, h1

Condensing Water, wc, h2

Condensing Water & Condensate wc+ws , h3

Condensing water, wc, h4

Steam, ws, h1

Condensate, h3 Condensing Water, wc, h2

Gambar 1.a. Direct Contact Condenser

Gambar 1.b. Indirect Contact Condenser

Page 9: Heat Exchanger

KONDENSORI. Pendahuluan

• Pertukaran energi : dianalisa dlm kondisi steady

• Direct contact condenser : ws.h1 + wc.h2 = (ws + wc).h3

• Surface condenser : ws.(h1 - h3) = wc.(h4 - h2)

ws : laju aliran uap keluar turbin (kg/s)wc : laju aliran air pendingin (kg/s)h : entalpi (J/kg)

Page 10: Heat Exchanger

KONDENSORI. Pendahuluan

1. Entalpi uap keluar turbin:

h1 : entalpi uap keluar turbin (J/kg)hi : entalpi uap masuk turbin (J/kg)W : kerja output sudu-sudu turbin (J/kg)Q : kehilangan panas (J/kg)Σmh : entalpi uap yg diekstraksi pada turbin (J/kg)Σ m : total uap yg diekstraksi (kg/kg)

h1 = (hi - W - Q - Σ mh) / (1 - Σm)

Page 11: Heat Exchanger

KONDENSORI. Pendahuluan

1. Temperatur Terminal Pada surface condenser, beda temperatur terminal = ~ 5°C

∆To=5oC ∆Ti

uap

air pendingin

Panjang tube

Suh

u

• Temp. air pendingin yg rendah, sangat membantu untuk mempertahankan tekanan uap yg dikondensasikan tetap rendah

Page 12: Heat Exchanger

II. Direct-contact Condenser

KONDENSOR

2.1. Spray Condenser :mengkondensasikan uap dengan mencampur langsung dengan air pendingin (gambar 2.1).

• Kesetimbangan massa :

Dry coolingtower

Kondensor

Uap dariturbin

pompa

Gas tak terkondensasi

2

34

5

m2 = m4 ; m3 = m2 + m5

• Kesetimbangan Energi : m2.h2 + m5.h5 = m3.h3

Gambar 2.1. Spray Condenser

Page 13: Heat Exchanger

KONDENSOR

2.1. Spray Condenser :

• Perbandingan sirkulasi air pendingin terhadap aliran uap :

Dry coolingtower

Kondensor

Uap dariturbin

pompa

Gas tak terkondensasi

2

34

5

(m5 / m2) = (h2 - h3) / (h3 - h5)

sirkulasi air pendingin sangat besar dibanding aliran uap, karena

(h2 - h3) : fraksi yg besar dari panas laten(h3 - h5) : panas sensibel dari cairan yang

jauh lebih kecil

Page 14: Heat Exchanger

2.2. Barometric dan Jet Condenser (gambar 2.2)

II. Direct-contact Condenser

KONDENSOR

• Prinsip kerja: sama dengan spray condenser, tapi tidak diperlukan pompa

• Vacuum di kondensor didapat berkat tinggi statis (pada barometric condenser) atau berkat difuser (pada jet condenser).

gambar 2.2.a. Barometric Condenser

gambar 2.2.b. Jet / diffuser Condenser

Page 15: Heat Exchanger

2.2. Barometric dan Jet Condenser

KONDENSOR

• air pendingin dibuat berkelok menuruni sejumlah baffle dalam bentuk tirai air dengan perbandingan luas thd volume sangat tinggi

• tail pipe menekan campuran sampai tekanan atmosfir pada hot-well berkat tinggi statisnya

• tekanan diferensial yg diciptakan oleh tail pipe harus bisa mengatasi beda tekanan antara takanan atmosfir (Patm) dan tekanan kondensor (Pcond), ditambah rugi tekanan karena gesekan aliran ∆Pf di dalam tail pipe, shg :

2.2.1. Barometric condenser, (gambar 2.2.a)

ρgH = Patm - Pcond + ∆ Pf

ρ: massa jenis campuran, kg/m3

H : tinggi tail pipe, mg : percepatan gravitasi, m/dt2

gambar 2.2.a. Barometric Condenser

Page 16: Heat Exchanger

2.2. Barometric dan Jet Condenser

KONDENSOR

• Sebagai pengganti tail pipe digunakan difuser. Prinsip kerja difuser sama dengan bagian divergen pada nozel divergen-convergen pada aliran subsonic.

• Pada semua direct contact condenser, gas-gas yang tak berkondensasi harus dibuang biasanya dengan steam-jet air ejector (SJAE)

2.2.1. Jet condenser, (gambar 2.2.b)

gambar 2.2.b. Jet / diffuser Condenser

Page 17: Heat Exchanger

SPRAY CONDENSER

• STUDI KASUS 1• Hitung rasio aliran air sirkulasi terhadap aliran uap jika tekanan kondensor adalah

1 psia (0,068 barabs ), dan air didinginkan oleh menara pendingin menjadi 90oF (32,2oC). Andaikan buangan turbin 90 %.

• Penyelesaian :

• Dari tabel uap :h2 = hf + 0,9 hg = 69,3 + 0,9 x 1036,1

= 1002,22 Btu/lbm h3 = 69,73 Btu/lbm

h5 = hf = pada 90oF = 58,018 Btu/lbm

53

32

2

5hhhh

mm

−−=

Dry coolingtower

Kondensor

Uap dariturbin

pompa

Gas tak terkondensasi

2

34

5

62,79018,5873,69

73,6922,1002mm

2

5 =−

−=

Page 18: Heat Exchanger

3.1. Umum

III. Surface Condenser

KONDENSOR

• Tipe yang paling banyak digunakan di powerplant • Biasanya berbentuk shell and tube heat exchanger• Mekanisme perpindahan panas; kondensasi uap jenuh pada sisi

shell dan pemanasan air pendingin secara konveksi pada sisi tube

Gambar 3.1. Two pass tube Surface Condenser

Page 19: Heat Exchanger

SURFACE CONDENSER

Page 20: Heat Exchanger

SURFACE CONDENSER• Nakoso Thermal Power Station, Japan; 600 MW; Welded type; all-titanium; exellent seawater

resistance

Page 21: Heat Exchanger

3.1. Umum

III. Surface CondenserKONDENSOR

• Bagian utama: Shell, terbuat dari baja, dengan water boxes pada setiap ujungnya water tube, (coper-nickel; titanium) dirol pada bagian ujungnya

pada tube sheets, dan ditumpu pada beberapa bagian dengan pelat baja untuk mencegah vibrasi

hot well, sebagai reservoir untuk menampung kondensat, dengan kapasitas sesuai dengan laju aliran kondensat total selama waktu tertentu (misal 1 menit)

• Heat transfer sueface area; ~93.000 m2 (sekarang)• Design philosophy: heat transfer max., pressure drop min

tube layout berbentuk corong, dengan banyak tube, dan luas celah antara tube sebesar-besarnya pada daerah pemasukan uap dari turbin ke kondenser

uap dibuat memasuki tube bundles dari semua sisi menuju pusat pendingin udara untuk keperluan deaerasi

Page 22: Heat Exchanger

3.2. Jumlah Pass dan Jumlah Divisi

III. Surface Condenser

KONDENSOR

• Didesain dengan satu, dua atau empat pass air pendingin (sisi tube). Empat pass jarang digunakan di instalasi boiler

• Jumlah pass menentukan ukuran dan efektifitas kondensor single pass: air pendingin mengalir sekali laluan melalui seluruh

jumlah tube dari satu sisi pemasukan ke sisi luaran. two pass: air pendingin menalui water box sisi masuk yg dibagi,

mengalir melalui separoh jumlah tube, membelok pada water box yg tak dibagi di sisi yg lain, mengalir kembali melalui separoh jumlah tube yg lain ke water box yg dibagi sisi keluar

Page 23: Heat Exchanger

3.3. Singlepressure dan Multipressure Condenser

• Singlepressure condenser: digunakan Jika tekanan uap keluar turbin pada setiap seksi sama (bila saluran pengeluaran tidak dipisahkan satu terhadap yg lain),

• Multipressure condenser Digunakan jika saluran pengeluaran uap dari turbin dipisahkan

satu terhadap yang lain, tekanan sisi shell masing-masing kondensor akan naik disebabkan temperature air pendingin akan naik pada saat mengalir dari satu shell ke shell yg lain.

Memperbaiki efisiensi sebab tekanan rata-rata dibelakang turbin lebih rendah bila dibanding dengan singlepressure condenser (ditentukan oleh temperature air pendingin tertinggi).

Biasanya lebih umum digunakan pada nuclear powerplant

KONDENSOR

III. Surface Condenser

Page 24: Heat Exchanger

KONDENSORIII. Surface Condenser

Gambar 3.2.a. Cross section of single pass, divided-box surface condenser

Gambar 3.2.b. Two pass, divided-box surface condenser

Page 25: Heat Exchanger

3.4. Ukuran dan Material Tube (lihat tabel)

• Ukuran tube (Tabel 3.1): untuk kondensor kecil dan pemakaian spesial: 5/8 in OD untuk kondensor modern biasanya 7/8 atau 1 in OD, BWG 18

• Material tube (tabel 3.2): Stainless steel tipe 304: tahan erosi dan korosi air bersih, tahan

terhadap serangan amoniak dan sulfat, harga cukup murah, konduktivitas rendah

Copper-Nickel 90-10, dipilih bila air pendingin air laut atau brakish water, tahan terhadap korosi air garam dan brakish water, kebal terhadap stress-corrosion cracking.

Titanium dan AL6X, bisa digunakan untuk segala kondisi proses.

KONDENSOR

III. Surface Condenser

Catatan: tak ada satu materialpun yang bisa berfungsi dengan sempurna tanpa periodic cleaning

Page 26: Heat Exchanger

KONDENSORIII. Surface Condenser

Page 27: Heat Exchanger

KONDENSORIII. Surface Condenser

Tabel 3.1.a. Lembaran Dimensi Surface Condenser

Page 28: Heat Exchanger

KONDENSORIII. Surface Condenser

Tabel 3.1.b. Lembaran Dimensi Surface Condenser (lanjutan)

Page 29: Heat Exchanger

IV. DeaerationKONDENSOR

4.1. Fungsi:• untuk membuang gas-gas yang tak terkondensasi (noncondensable

gas) yang bisa terakumulasi di dalam sistem

4.2. Noncondensable gas: • udara yang berasal dari kebocoran udara luar ke dalam bagian sistem

yg beroperasi dibawah tekanan atmosfir (kondensor),• gas lain yag disebabkan oleh penguraian air menjadi oksigen dan

hidrogen oleh panas atau radiolytic (pengaruh radiasi nuklir) dan oleh reaksi kimia antara air dan material dari konstruksi

4.3. Kerugian akibat Noncondensable gas dlm jumlah yg banyak : • menaikkan tekanan total dari sistem (di kondensor menurunkan efisiensi

power plant)• menyelimuti permukan perpindahan panas (di kondensor menurunkan koef.

perpindahan panas kondensasi shg menurunkan efektivitas kondensor)• menimbulkan berbagai aktivitas kimiawi; O2 menyebabkan korosi (di

boiler), H2 mampu berdifusi pada sejumlah benda padat yg menyebabkan kekeroposan

Page 30: Heat Exchanger

IV. Deaeration

KONDENSOR

4.4. Deaerasi di kondensor : • Fabrikator biasanya hanya menggaranti besarnya konsentrasi

oksigen di kondensat meninggalkan kondensor (0,005 cm3/L volume).

• Deaerasi yg baik membutuhkan waktu, turbulensi, dan ventilasi yg baik.

• Air-cooler section: sejumlah water tubes (6% - 8% dari jml tube) di pusat tube bundle yang bertugas mendinginkan noncondensable gas agar volumenya berkurang sebelum di pompakan ke luar

• Venting equipment: peralatan untuk memompa noncondensable gas. Digunakan jet pump (steam-jet air ejectors) karena sangat simpel dan tak ada perlatan yg bwergerak, shg biaya perawatan rendah dan reliability yg baik

Page 31: Heat Exchanger

IV. Deaeration

KONDENSOR

Gambar 4.1. Two stage steam jet air ejector (SJAE)

Gambar 4.2. Condenser air removal system

Page 32: Heat Exchanger

V. Surface Condenser Calculation

KONDENSOR

• Luas Permukaan Perpindahan Panas

fabrikator biasanya menggunakan metoda yg diajukan oleh Heat Exchange Institute Standards for Steam Surface Condensers sbb:

mTAUQ ∆=

dimana :Q : beban panas kondensor (W)U : Koef. Perpindahan panas total, direferensikan pada luas

permukaan luar tube (W/m2 oC))A : luas permukaan luar tube total (m2)∆Tm : beda temperatur rata-rata logaritmis (LMTD), (oC)

Page 33: Heat Exchanger

V. Surface Condenser Calculation

KONDENSOR

• Log. Mean Temperature Difference (LMTD)

dimana :∆Ti : beda temperatur uap dan air pendingin di bagian masuk (oC)∆To: beda temperatur uap dan air pendingin di bagian keluar (oC),

disebut juga Terminal Temperature Difference, TTDdirekomendasikan ∆Ti = 11 - 17oC dan ∆To tak kurang dari 2,8oC

( )oi

oim TTln

TTT

∆∆∆−∆=∆

∆To ∆Ti

uap

air pendingin

Panjang tube

Suh

u

Page 34: Heat Exchanger

V. Surface Condenser Calculation

KONDENSOR

• Overall Heat Transfer Coefficient, U

dimana :V : kecepatan air pendingin di tube pada sisi masuk (dingin) m/sC1 : faktor berdimensi fungsi dari diameter luar tube C2 : faktor koreksi (tak berdimensi) untuk temp.masuk air

pendinginC3 : faktor koreksi (tak berdimensi) untuk material tube dan GaugeC4 : faktor kebersihan (tak berdimensi)

VCCCCU 4321=

Page 35: Heat Exchanger

V. Surface Condenser Calculation

KONDENSOR

• Overall Heat Transfer Coefficient, U

Page 36: Heat Exchanger

V. Surface Condenser Calculation

KONDENSOR

• Laju aliran massa air pendingin, mw ( ) ( )skgTTc

Qm

12pw −

=

dimana :cp : panas jenis air pendingin (J/kg oC)T2= temperatur air pendingin keluar kondensor (oC)T1= temperatur air pendingin masuk kondensor (oC)

• Rugi Tekanan, ∆PRugi tekanan di kondensor terdiri dari :

rugi tekanan di water box rugi tekanan karena gesekan di dalam tube

Rugi tekanan sangat tergantung pada beberapa faktor : model aliran masuk dan ukuran water box inlet dan outlet tube pada tube sheets ukuran dan panjang tube temperatur dan kecepatan air pendingin

Page 37: Heat Exchanger

V. Surface Condenser Calculation

KONDENSOR

Heat Exchange Institute, merekomendasikan spt gb. 5-1 & 5-2

Rugi Tekanan,

( )PaHgP ρ=∆dimana :ρ=,massa jenis (kg/m3)g = percepatan gravitasi (m/s2)H = total head (m)

• Kecepatan air pendingin

Kecepatan air pendingin masuk tube biasanya dibatasi : maksimum ~ 2,5 m/s (untuk mengurangi erosi) minimum : 1,5 m/s ~ 1,8 m/s (untuk perpindahan panas yg baik)

harga yg paling banyak digunakan ; 2,1 m/s ~ 2,5 m/s

Page 38: Heat Exchanger

V. Surface Condenser Calculation

KONDENSOR

Gambar 5.1. Rugi Tekanan di water box (A) 1 pass, (B) 2 pass

Gambar 5.2. Rugi Tekanan di tube kondensor

Page 39: Heat Exchanger

SURFACE CONDENSERSTUDI KASUS 2• Rancanglah suatu kondensor yang mampu menangani 3x106 lbm/jam uap dengan kualitas

90% pada 1 psia. Air pendingin tersedia pada suhu 70oF.• Penyelesaian :

- Pilih : - kondensor dua laluan (two passes tube) - Tube baja tahan-karat jenis 304 - Tbe : panjang L = 50 ft, OD 7/8 inc, BWG 18 - TTD = 6oF - Kecepatan air-masuk v = 7ft/s

- Beban Kalor: : Q = mu (hf + χ . hfg) - hf = mu . χ . hfg = 3x106 x 0,9 x 1036,1= 2,8 x 109 Btu/jam- ∆Ti = Tjenuh – T air masuk = 101,74 – 70 = 31,74oF

- ∆To = TTD = 6oF- ∆Tm = Fc x LMTD [untuk kondenser yg dimaksud Fc = 1, LMTD = ( ∆Ti - ∆To ) / ln ( ∆Ti - ∆To ) ] = (31,74 – 6) / ln (31,74 – 6) = 15,45oF.- U = C1. C2 . C3 . C4 . √v (dari tabel didapat C1= 263 ; C2 = 1,0; C3 = 0,58; C4 = 0,85 untuk tube bersih) = 263 x 1,0 x 0,58 x 0,85 x √7 = 343,0 Btu/(jam.ft2.oF)- Ao = Q/ (U . ∆Tm ) = 2,8 x 109 / (343,0 x15,45) = 528 x103 ft2

- Jumlah tube Nt = Ao / (π x OD x L) = 528 x103 / (π x 7/8 x 1/12 x 50) = 46

∆To ∆Ti

uap

air pendingin

Panjang tube

Suh

uTai

Tao

Page 40: Heat Exchanger

SURFACE CONDENSER

STUDI KASUS 2 (lanjutan)• Perhitungan sisi air pendingin :

-Laju aliran massa air : ma = Q / [cpa (Tao – Tai)] ; cpa = 0,99 Btu/(lbm . oF) ; Tao = T jenuh – TTD = 101,74 – 6 = 95,74 oF, sehinga ma = 2,8 x 109 / [0,99 x (95,74 – 70)] = 1,1 x 108 lbm / jam -Pemeriksaan : ma = v x π/4 x ID2 x Nt/2 x 1/ϑa (jika tidak sesuai maka TTD dan / atau panjang

tube harus dikoreksi).-Laju aliran volume : Va = ma x ϑa = 1,1 x 108 x 0,001605 = 1765500 ft3 / jam

= 1765500 / 60 = 29425 ft3 / menit = 29425 x 7,841 = 220128,4 gal /menit-Pressure drop di water box : dari diagram 5-1= 2,7 ft kolom air-Pressure drop di tube kondensor : dar gambar 5-2 = 0,32 ft kolom air / ft panjang tube-Pressure drop total di tube kondensor = 50 x 2 x 0,32 = 32 ft kolom air-Pressure drop total ∆P = 2,7 + 32 = 34,7 ft kolom air

Page 41: Heat Exchanger

CLOSED FEEDWATER HEATERS

Page 42: Heat Exchanger

CLOSED FEEDWATER HEATERS

Gambar 1.1. High Pressure Feedwater Heaters (HEMISPERICAL HEAD TYPE)

Page 43: Heat Exchanger

CLOSED FEEDWATER HEATERS

Gambar 1.2. Fukushima No.2 Nuclear Power Station, Japan; 1100 MW.

Page 44: Heat Exchanger

CLOSED FEEDWATER HEATERSI. Pendahuluan

1.1. Fungsi : untuk menaikkan temp.air pengisi sebelum masuk ekonomiser atau drum uap

1.2. Bentuk/tipe : Shell and Tube heat exchangers• uap ekstraksi dari tingkat sudu turbin berkondensasi di sisi shell• air pendingin mengalir di sisi tube

1.3. Klasifikasi dan LokasI• Uap diekstraksi pada tingkat sudu turbin berdasarkan tekanan yg

ditentukan oleh kenaikan temperatur air dari kondensor ke temperatur jenuh boiler

• diklasifikasikan dalam low-pressure (LP) dan high-pressure (HP) heaters• LP heatres ditempatkan antara condensate pump dan open feedwater

heater, disusul kemudian main Boiler Feed Pump (BFP)• HP heaters ditempatkan antara BFP dan Ekonomiser• Bila terdapat Booster Pump (sebelum BFP) maka heaters

diklasifikasikan dlm: LP, IP (Intermediate Pressure) dan HP

Page 45: Heat Exchanger

CLOSED FEEDWATER HEATERSI. Pendahuluan

1.4. Tekanan Uap :• di LP heaters antara vakum ~ ratusan psia• di HP heaters melebihi 1200 psia

1.5. Tekanan air umpan (feedwater)• sesudah BFP > tekanan produksi uap• pada ketel superkritis > 5000 psia

1.6. Zona dalam Feedwater Heater• Tiga Zona : (bila uap masuk dalam kondisi uap panas lanjut)

desuperheating zone : uap didinginkan sampai tempertaur jenuhcondensing zone : uap dikondensasikan menjadi cair jenuhsubcooling zone atau drain-cooling zone : cairan didinginkan sampai

dibawah temperatur jenuh

Page 46: Heat Exchanger

• Dua Zona : (bila uap masuk dalam kondisi uap panas lanjut)bisa desuperheating zone dan condensing zone, ataucondensing zone dan subcooling zone

• Satu zona : condensing zone saja, drain-cooling zone dikonstruksi di luar

CLOSED FEEDWATER HEATERS

II. Konstruksi

• Bisa horizontal atau vertikal tergantung tersedianya tempat• Vertikal : dirancang dengan water box di atas atau di bawah• Horizontal : lihat gambar 2.1• Tube bundles : biasanya berbentuk U

1.6. Zona dalam Feedwater Heater

Page 47: Heat Exchanger

CLOSED FEEDWATER HEATERSII. Konstruksi

Gambar 2.1. Closed FWH, Horizontal, 3 zona

Gambar 2.2. Profil temperatur sepanjang 3 zona

Page 48: Heat Exchanger

CLOSED FEEDWATER HEATERS

II. Konstruksi

Gambar 2.3. Closed FWH, Vertikal, 3 zona

Page 49: Heat Exchanger

CLOSED FEEDWATER HEATERSIII. Heat Transfer

• Overall Heat Transfer Coefficient untuk setiap Zone

ii

o

m

o

o

o

hdd

kdtd

h1

1U

++=

dimana :Uo : koef. Perpindahan panas total, direferensikan pada luas permukaan

luar tube (W/m2oC)ho : koef. Konveksi fluida di luar tube (W/m2oC)k : konduktivitas termal dari material tube (W/m oC)hi = koef. Konveksi fluida di dalam tube (W/m2oC)do = diameter luar tube (m)di = diameter dalam tube (m)dm = Logarithmic Mean Diameter of Tube per unit length

Page 50: Heat Exchanger

CLOSED FEEDWATER HEATERSIII. Heat Transfer

3.1. Overall Heat Transfer Coefficient untuk setiap Zona

dimana : t = tebal tube2dd

ddln

ddd io

i

o

iom

−≈

−=

• pada desuperheating zone : ho dihitung dengan konveksi paksa dari uap panas lanjut (titik 1

ke 2, gambar 2.2) hi dihitung dengan konveksi paksa dari air dlm tube (titik 7 ke 8,

gambar 2.2)• Pada kondensing zone :

ho dihitung dengan konveksi disertai dengan kondensasi (titik 2 ke 3, gambar 2.2))

hi dihitung dengan konveksi paksa dari air dlm tube (titik 6 ke 7, Gambar 2.2)

Page 51: Heat Exchanger

CLOSED FEEDWATER HEATERSIII. Heat Transfer

3.2. Luas permukaan perpindahan panas

moo TU

QA

∆= dimana :

Q : beban panas setiap Zone (W)∆Tm : LMTD setiap zone (oC)

• Pada Condensing Zone, Uo ditentukan berdasarkan perhitungan empiris (gambar 6-15), ditentukan berdasarkan temperatur film dan kecepatan air

• Temperatur film : Tf = Ts - 0,8 ∆Tm

dimana :Tf = temperatur film (oC)Ts = temperatur uap jenuh = T 2-3∆Tm = LMTD di Condensing Zone

( ) ( )

−−

−−−=∆

72

63

7263m

TTTTln

TTTTT

Page 52: Heat Exchanger

CLOSED FEEDWATER HEATERSIII. Heat Transfer

Gambar 2.4. Overall heat Transfer Coef. U, untuk condensing zone, sebagai fungsi temp. film rata-rata

Page 53: Heat Exchanger

CLOSED FEEDWATER HEATERSIII. Heat Transfer

3.3. Rugi Tekanan aliran sisi tube

( )24,1

i

i21

dNd5,5LFF

P+=∆

dimana :∆ P = rugi tekanan total sisi tube, (psi)F1 = faktor yg tergantung pada kecepatan air, dikoreksi untuk massa

jenis pada 60oF (gambar 6-16)F2 = faktor yg tergantung pada temp. rata-rata airTav = Ts - ∆Tm, (oF)di = diameter dalam tube, (in)N = jumlah pass sisi tubeL = panjang tube setiap pass

Page 54: Heat Exchanger

CLOSED FEEDWATER HEATERSIII. Heat Transfer

3.3. Rugi Tekanan aliran sisi tube

• Kecepatan air, dikoreksi pada 60oF, biasanya antara 6 - 8 ft/s

Gambar 2.5. Faktor koreksi rugi tekanan di tube dan drain coolers

Page 55: Heat Exchanger

OPEN FEEDWATER HEATERS

Page 56: Heat Exchanger

OPEN FEEDWATER HEATERS

• Open Feed Water Heater, disebut juga Direct Contact Heater atau Deaerating Heater (DA), dimana air pengisi (feed water) dipanaskan dengan mencampur langsung dengan uap dari sadapan turbin

• Tipe Deaerator :

• Spray-Type Deaerators : air pengisi masuk ke heater melalui nozel, disemprotkan ke dalam ruangan dimana terdapau uap sadapan dari turbin

• Combination Spray - Tray Deaerators : air pengisi pertama-tama disemprotkan ke dalam ruangan yang berisi uap, dan kemudian menuruni baffle (gambar 1.1)

Page 57: Heat Exchanger

OPEN FEEDWATER HEATERS

Gambar 1.1. Typical combination open-type of Deaerating FWH

Page 58: Heat Exchanger

OPEN FEEDWATER HEATERS

Gambar 1.2. Deaerator, 300 MW; Az-Zour Thermal Power Station, Kuwait

Page 59: Heat Exchanger
Page 60: Heat Exchanger

JET CONDENSER

• Low-level Jet Condenser ; 22 MW ; Mtsukawa Geothermal Power Station, Japan