Perancangan Fired Heater/ Reactor Furnace


Unit Fired Heater/Furnace (kiri) berjajar di kilang terlengkap dan terbesar yang dimiliki Indonesia, Pertamina Unit IV Cilacap.

Perancangan Fired Heater ini mengacu pada metode yang digunakan pada buku Chemical Process Equipment karya Walas, S.M., Gordon & Breach Publishers, Amsterdam, 1998. Ngerancangnya cukup jelimet dan melelahkan, karena penuh dengan iterasi-iterasi, belum lagi harus nyari-nyari data untuk proses perhitungan. Gw ngerancang ini dalam 3 hari 3 malam bo!! Hamper nonstop…maklum deadline,,,hehe. Nginep di lab pula (laptop lg rusak). Di kampus, cuma gw sendiri yg disuruh ngerancang ini, kelompok lain ga ada,,,(sebetulnya tergantung topic rancang pabriknya sih) dan parahnya lagi gw harus modifikasi rancangan ini soalnya sebetulnya gw lagi ngerancang Reactor Thermal Cracking dengan bentuk seperti fired heater…bener2 Wow! tapi, Alhamdulillah bisa belajar banyak jadinya.

Tungku industri (industrial furnace) atau Fired Heater, merupakan peralatan yang digunakan untuk menyediakan panas untuk suatu proses atau dapat berfungsi sebagai reaktor yang memberikan panas untuk melangsungkan suatu reaksi. Desain furnace bervariasi tergantung dari fungsinya, heating duty, jenis bahan bakar, dll. Di industry refinery, fired heater digunakan untuk memanaskan minyak mentah sebelum mamsuki unit CDU (Crude Distilling Unit) yang melangsungkan proses distilasi fraksinasi.

Bagian-bagian Fired Heater/Furnace

Reaktor dapur berapi ini terbagi menjadi dua daerah utama yaitu seksi radian (radiant section) dan seksi konveksi (convection section). Bagian pertama adalah radiant section yaitu daerah dengan perpindahan panas berlangsung sebagian besar melalui radiasi. Seksi radian ini tersusun atas tube-tube dan susunan pembakar (burner) yang akan memasok kalor yang dibutuhkan reaksi. Pemilihan reaktor tube ini, didasarkan pada kebutuhan luas permukaan kontak panas yang cukup besar sehingga didapatkan fluksi panas yang cukup untuk pelaksanaan reaksi. Seksi konveksi adalah bagian dapur berapi yang digunakan untuk mendapatkan kembali panas dari flue gas hasil pembakaran. Panas dari flue gas dapat digunakan untuk preheater reaktan.

Berikut ini adalah algoritma perancangan suatu unit fired heater versi sangat singkat sekali:

  1. Pilih diameter yang sesuai dengan diameter tabung minyak dingin kecepatan dengan kecepatan 5-6 ft/sec
  2. Carilah jarak center-to-center ratio tabung.
  3. Tentukan efisiensi termal yang dikehendaki. Angka ini mungkin perlu dimodifikasi setelah jumlah tube diperoleh — (tuh kan nebak-nebak,ini baru pertama,)
  4. Tentukan Excess Combustion Air (kelebihan udara yang digunakan)
  5. Hitung jumlah panas yang diserap (total heat absorbed) dari data-data yang diberikan, yaitu entalpi proses inlet dan outlet serta panas reaksi.
  6. Tentukan panas yang dikeluarkan [Heat absorbed/efficiency] — efisiensinya di asumsikan !
  7. Asumsikan bahwa 75 % panas diserap di zona radian. Ini mungkin akan diganti jika hasil rancangan kurang memusakan — nebak-nebak lagi,,,yang kedua
  8. Hitung Average Radiant Heat Flux, biasanya antara 8000 – 20.000 Btu/hr.ft2. angka ini juga perlu dimodifikasi, jika hitungan pada step ke-28 (whats?!?!) telah dilakukan — nebak-nebak lagi,,,yang ketiga
  9. Tentukan Tube Surface yang dibutuhkan dari panas yang diserap dan dari radiant flux. Saat sisi proses dari perancangan ini dibuat, jumlah tube yang dibutuhkan akan diketahui dan tidak perlu penghitungan ulang.
  10. Ambillah jarak sekitar 20 ft antara tepi tube. Panduan kasar untuk dimensi furnace adalah dibutuhkan sebesar  4 cuft/sqft dari  luas area perpindahan panas di radiant,  tetapi kriteria utama adalah ruang yang cukup untuk menghindari timpaan api.
  11. Pilihlah panjang tube antar 30 dan 60 ft dan sejenisnya sehingga membuat box menjadi seimbang. Panjang tube yang terekspos dan panjang shell dari furnace itu adaah 1,5 ft lebih pendek dari pada panjang sesungguhnya.
  12. Pilih jumlah Shield Tube antara zona radian dan konveksi sehingga kecepatan flue gas sekitar 0.3 – 0.4 lb/sec.(sqr ft cross section)
  13. Convective tube biasanya berbentuk sirip2 (finned)
  14. Hitung cold plane area, Acp
  15. Hitung refractory area, Aw
  16. Diperolehlah nilai absorptivitas, α , dari persamaan 5. Untuk shiled tube nilai α = 1
  17. Hitung jumlah dari produk dari area dan absorptivitas pada zona radian [α.As]
  18. Hitung nilai Beam Length, untuk bentuk box nilainya diperkirakan sebesar = 2/3 (volum furnace)^1/3
  19. Hitung partial pressure dari flue gas (CO2 dan H2O)
  20. Hitung nilai PL yang bisa diperoleh dari langkah ke-18 dan 19
  21. Hitung Mean tube wall temperature
  22. Hitung temperatur gas yang meninggalkan radiant Zone, Tg — ini dia nih,,,hitungan yang ribetnya,,,rumusnya ngeri parah dan iterative
  23. Empat persamaan yang digunakan pada tahap 22 dihitung secara simultan dengan suatu nilai tebakan untuk memperoleh temperatur keluaran dari si gas. Kemungkinan diperlukan metode Newton-Raphson. Biasanya nilainya berada antara 1500 -1800 F
  24. Setelah dipeoleh, hitunglah nilai panas yang diabsorb (Qr) — persamaannya juga mantaf dan iterative pula
  25. Hitung heat flux
  26. Dengan menggunakan neraca panas, hitung temperatur inlet dan outlet dari aliran prosesnya.
  27. Hitung Qs/Qn yang merupakan fungsi dari temperatur stack gas (Ts) seperti pada persamaan 4 — lagi-lagi trial and error
  28. Hitung temperatur rata-rata dari gas film di zona konveksi, Tf
  29. Pilihlah jarak tube padan zona konveksi sehingga mass velocity nya G= 0,3 – 0,4 lb/sqr ft (free cross section)
  30. Hitung over all heat transfer coefficient
  31. Hitung area perpindahan panas pada zona konveksi
  32. Slesai deh….;p


    Selengkapnya bisa di download di sini. Adapun file perancangan punya gw bisa di download di sini. Mohon maaf jika tidak sesuai dengan spesifikasi yang umum…hehehe Untuk melihat koleksi download yang lainnya bisa di lihat di download

14 thoughts on “Perancangan Fired Heater/ Reactor Furnace

  1. hai..
    salam kenal..

    saya melly tekim ugm 06 yang sedang kerja praktek di Pertamina UP IV Cilacap
    Kl boleh tau, ap mas juga KP di pertamina Cilacap?
    kebetulan tugas khusus saya menghitung temperatur di beberapa spot furnace,
    hm, kl mas mau berbaik hati, apakah mas bisa share dengan saya?

    terima kasih banyak,

  2. wah-wah,,,sayangnya saya gak KP di Pertamina, jadi ga bisa kasih kamu apa-apa…hehe. saya KP di PT Indo Acidatama dg tugas khusus meranncang Plate and Frame Heat Exchanger…dg literatur sy saya taro di link itu. kayanya bisa-bisa aja diaplikasikan tugas tugas khususmu…Maaf ya…Smangat!!

  3. makasih bgd bwt mteri ma cara ngtung di furnace..
    sangat, sangat, sangat, sangat membantu saya..
    mksiiiiiiihh..bgd..:)

  4. oya kak, maaf mw nanya..
    klo heat cracking tu dapat datanya dari mana ya? literturnya apa?
    maaf, sya baru kali ini ngtung furnace pe sedetail ini, jadi masih lum spinter kk, heu..
    kak, di itungan excel kk, vol flowrate yang dimasukin tu flowrate yang gas alam apa udara?
    kan furnace prinsipnya gni bukan: membakar gas alam dan udara (berarti ada 2 alran masukan) untuk menghasilkan panas untuk dimanfaatkan ke reaktor lain? gtu bukan kak? *CMIIW* krna ada 2 aliran itu, mkanya sya jadi bingung flowrate yang dimasukin dari gas apa udara..
    tolong dijelasin sejelas2nya ya kak..makasih sebelumnya..:)

  5. saya lupa lagi persisnya…design punya saya itu emang reaktor yang memodifikasi design fired heater. bukan fired heater murni. makanya pelajari dulu literaturnya, buat mengerti dulu, abis itu bisa memodifikasi punya saya… maaf ya🙂

  6. salam kenal agushoe.. =)
    saya rahmah angkatan 2006 tekkim univ sebelas maret di solo..
    bisa kasih referensi nggak dasar pemilihan jacket atu coil untuk reaktor, selain berdasarkan luas perpindahan panas (A) yang dibuthkan?? buku apa? thanx yah.. =)

  7. salam kenal…
    bos..sy lg menghitung analisa HE untuk fire heater dg tube spiral ni.
    bs kasih referensi ga…soaly sudah 4bln sy mandeg di perhitungannya..klo diperkenankan sy minta alamat emailnya.nanti sy kirim desainnya.

  8. wah,,,spiral ya? ckck. coba cari walas,,,menurut saya itu rancang-merancang buku itu cukup handal. hampir semua jenis HE ada dsitu. btw, mohon maaf saya post artikel ini waktu jaman mahasiswa, mungkin kalau masih mahasiswa, saya bantu lebih banyak,,,:)

    Selamat berjuang bro🙂

  9. Assalamualaikum.. Saya lagi rancang fired heater nihh.. mentokk padahal uda mau deadline.. ko ga bisa d download yaa????

  10. Salam kenal..
    mas ada equation buat menghitung heat needed sama fuel flow mass selain di dapat dr HYSYS gak?

    Thnks

  11. mas agus.. salam kenal saya dian.. saya mau tanya donk mas, pertanyaannya sama mas dengan pertanyaan diatas bisa ga klo menghitung fuel flow mass tanpa menggunakan hysys.. udah utak-utik ga ketemu2 nie mas.. mohon bantuannya.. terima kasih mas agus sebelumnya..:)

  12. Gan, furnace kan terdiri dari 4 zone, heating, shoking, cooling, equalizing

    Pertanyaannya: zone mana yg membentuk molekul” ?

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