Pemanas air umpan

Pemanas air umpan

 

1. Pendahuluan

1.1. Aplikasi

Pemanas air umpan merupakan salah satu peralatan bantu yang penting dalam sistem regeneratif pada pembangkit listrik. Peralatan ini merupakan jenis alat pertukar panas yang memanfaatkan uap ekstraksi dari turbin uap untuk memanaskan air umpan dan meningkatkan efisiensi termal. Pemanas bertekanan tinggi ditempatkan antara pompa air umpan dan boiler, dengan tekanan air umpan yang dipanaskan mencapai nilai yang tinggi (sekitar 20 MPa untuk unit subkritis, 30 MPa untuk unit superkritis, dan 33 MPa untuk unit Ultra Superkritis); sedangkan pemanas bertekanan rendah ditempatkan antara pompa kondensat dan deaerator, dengan tekanan kondensat yang dipanaskan sekitar 2 MPa.

1.2. Makna model

$$-**-##

$$--- nama pemanas air umpan (JG untuk pemanas tekanan tinggi; JD untuk pemanas tekanan rendah)

**------Luas pertukaran panas (M2)

##----------Nomor seri pemanas tekanan tinggi atau pemanas tekanan rendah

1.3. Fitur struktural

1.3.1. Bentuk struktural. Terdapat dua jenis pemanas air umpan: pemanas tabung-U dan pemanas bertekanan tinggi tipe header.

1.3.1.1. Pemanas tabung-U umumnya dibagi menjadi tipe vertikal, terbalik, dan horizontal (lihat Gambar 22-1 hingga Gambar 22-3).

1.3.1.2. Pemanas bertekanan tinggi tipe header umumnya dibagi menjadi tipe vertikal dan tipe horizontal (lihat Gambar 22-4 dan Gambar 22-5).

1.3.2. Deskripsi struktur. Karakteristik pemanas air umpan adalah bahwa media kerja pemanas (uap ekstraksi dari turbin uap) dan media kerja yang akan dipanaskan (air umpan boiler) tidak saling tercampur. Air umpan berada di dalam tabung perpindahan panas, sedangkan uap berada di luar tabung perpindahan panas. Panas ditransfer melalui permukaan dinding tabung (lihat Gambar 22-6). Uap melepaskan panas di dalam pemanas dan mengembun menjadi kondensat, yang kemudian dibuang melalui port pembuangan. Uap pemanas memiliki tingkat superpanas tertentu. Agar suhu air umpan dapat mencapai nilai yang diharapkan, luas area pemanasan sebaiknya sekecil mungkin. Oleh karena itu, disediakan suatu bagian pendinginan uap superpanas (DSZ) untuk memanfaatkan sepenuhnya superpanas uap ekstraksi tersebut. Proses perubahan wujud uap menjadi air jenuh serta pelepasan panas laten penguapan diselesaikan di bagian kondensasi (CZ), yang menyediakan sebagian besar kenaikan entalpi air umpan di dalam tabung.

1.3.3. Deskripsi bagian-bagian penting:

1.3.3.1. Pemanas tabung-U. Pemanas tabung-U terbagi menjadi ruang air, sistem pipa, dan selubung dalam strukturnya.

① Ruang air. Pemanas air umpan dilengkapi dengan ruang air yang dilas pada lembaran tabung. Pipa masuk air umpan, pipa keluar air umpan, dan lubang inspeksi pada ruang air tersebut dilas pada kepala atau silinder. Ruang air terdiri atas sebuah pelat pemisah proses yang dilas pada dinding bagian dalamnya. Pelat penutup pemisah proses dan gasket penyegel dipasang pada pelat pemisah proses dengan baut.

Ruang air dibagi menjadi tiga jenis: kepala setengah bola (lihat Gambar 22-7), bagian silinder dengan kepala elips (lihat Gambar 22-8), dan tempa besar dengan bukaan penuh (lihat Gambar 22-9). Ruang air tipe kepala setengah bola digunakan untuk pemanas bertekanan tinggi. Pada tekanan yang sama, ketebalan dinding ruang air setengah bola dapat dikurangi sekitar satu kali, dan distribusi tegangan pun menjadi seragam. Karena ruang operasi di dalamnya kecil, penggunaannya umumnya direkomendasikan untuk pemanas berkapasitas 300 MW atau lebih; sedangkan ruang air dengan bagian silinder dan kepala elips umumnya digunakan untuk pemanas bertekanan rendah serta pemanas bertekanan tinggi dengan kapasitas 300 MW atau kurang.

Ruang air penempaan besar dengan bukaan penuh umumnya digunakan pada pemanas tekanan tinggi, pendingin uap, atau pendingin drain dengan kapasitas kurang dari 300 MW dan ruang operasi internal yang sempit.

② Piping. Sistem piping terdiri atas tabung berbentuk U, pelat tabung, dan pelat penopang.

Pipa tersebut didukung oleh pelat penopang, yang disatukan melalui pipa jarak dan batang penarik. Pada bagian bawah bundel tabung ditempatkan pelat penguat untuk memperkuat bundel tabung, sehingga mencegah terjadinya efek pisang pada bundel tabung; sekaligus, di bawah pelat dasar dipasang roda penggulung untuk memudahkan proses pemuatan dan pembongkaran. Bagian superheater dari pemanas dapat melakukan ekspansi secara bebas. Di inlet uap dan drainase dipasang deflektor anti-erosi berbahan baja tahan karat untuk melindungi pipa.

Terdapat banyak bentuk pengaturan perpipaan.

Area kondensasi uap merupakan bagian utama dari transfer panas. Sesuai dengan berbagai persyaratan terkait parameter masuk uap serta perbedaan suhu pada sisi air umpan dan sisi pembuangan sistem, sering kali dikonfigurasi pula area pendinginan uap superpanas atau area pendinginan pembuangan.

a. Penataan area kondensasi uap: area ini cocok untuk pengambilan uap jenuh atau uap super panas. Umumnya tidak terdapat lapisan pelapis di bagian dalam, kecuali tabung perpindahan panas dan pelat baffle penopang. Uap akan secara bertahap mengembun menjadi air di bawah pengarahan diafragma dan berkumpul di bagian bawah shell. Pelat baffle dipasang pada saluran masuk uap untuk mencegah benturan langsung uap terhadap rangkaian tabung perpindahan panas. Pada bagian bawah disediakan saluran pembuangan untuk mengalirkan air buangan. Pemanas harus mempertahankan tingkat air buangan tertentu guna mencegah uap mengalir langsung ke peralatan tekanan rendah berikutnya melalui saluran pembuangan. Oleh karena itu, digunakan pipa segel air atau katup pengatur level air yang dipasang pada pipa pembuangan untuk mengendalikan jumlah aliran buangan. Dalam proses kondensasi uap menjadi hidrofobik, sejumlah gas yang tidak dapat terkondensasi (seperti oksigen, amonia, hidrogen, dan lain-lain) yang tercampur dalam uap akan berkumpul di area kondensasi. Seiring dengan akumulasi gas tersebut, tabung perpindahan panas akan mengalami korosi dan gas tersebut akan menempel pada dinding luar tabung, sehingga memengaruhi efek perpindahan panas. Karena itu, perlu ditingkatkan efek perpindahan panas pada lubang-lubang pembuangan ini di bagian dalam shell serta ditiadakan sebagian gas berbahaya. Selain itu, penataan pada lubang pembuangan juga berfungsi untuk mengarahkan arah aliran uap.

b. Tata letak dua zona: sesuai dengan kebutuhan yang berbeda, zona pendinginan uap superpanas bawaan atau zona drainase ditetapkan berdasarkan zona kondensasi uap murni. Baik zona pendinginan drainase maupun zona pendinginan uap superpanas kedua-duanya ditutup oleh pelapis, dan diarahkan oleh diafragma pandu, sehingga uap atau air drainase dapat mengalir melalui permukaan perpindahan panas dengan kecepatan dan arah tertentu.

Tata letak kedua zona tersebut adalah area kondensasi ditambah area pendinginan uap superpanas, serta area kondensasi ditambah area pendinginan drainase. Penataan area kondensasi ditambah area pendinginan drainase terutama digunakan untuk pemanas tekanan rendah (lihat Gambar 22-10).

Pada pemanas horizontal, terdapat pula tata letak zona pendinginan pembuangan dengan pencelupan penuh. Dalam bentuk ini, zona pendinginan pembuangan sepenuhnya terendam dalam aliran pembuangan kondensat, yakni permukaan air berada di atas bagian pendinginan pembuangan. Dengan demikian, pelat ujung dan port hisap pada bagian pendinginan pembuangan dapat dihilangkan, sehingga zona pendinginan pembuangan dapat beroperasi dengan lebih stabil dan andal. Namun, jenis zona pendinginan pembuangan seperti ini hanya dapat dirancang sebagai bagian dari aliran.

c. Tata letak tiga zona: pemanas dengan tiga bagian perpindahan panas—yaitu zona pendinginan uap superpanas, zona kondensasi, dan zona pendinginan drain—disebut pemanas tata letak tiga bagian. Pemanas ini memiliki keunggulan berupa struktur yang kompak, tata letak yang rasional, penghematan bahan, serta sistem yang sederhana.

Area pendinginan drainase yang terintegrasi dapat dibagi menjadi tipe aliran penuh dan tipe aliran sebagian, sesuai dengan tata letak pemanas yang berbeda. Yang disebut tipe aliran penuh adalah ketika seluruh air umpan melewati bagian pendinginan drainase dan kemudian masuk ke area kondensasi. Sebaliknya, pada tipe aliran sebagian, hanya sebagian air umpan yang melewati area pendinginan drainase, sementara sebagian lainnya langsung masuk ke area kondensasi. Dengan kata lain, zona pendinginan drainase yang mencakup seluruh permukaan perpindahan panas disebut tipe aliran penuh; sedangkan zona yang hanya menutupi sebagian dari tabung perpindahan panas disebut tipe aliran sebagian.

Pada pemanas vertikal tiga zona, zona pendinginan drainase biasanya dirancang dengan panjang yang sangat besar. Karena drainase berada di bagian bawah shell dan area masuk air umpan terletak dekat dengan tubesheet, diperlukan pelapisan yang benar-benar kedap. Bagian bawahnya dimasukkan ke dalam air, sedangkan bagian atasnya disambungkan secara tertutup dengan tubesheet. Sebuah selubung pelapis keluaran digunakan untuk menyalurkan drainase keluar dari shell. Air mengalir mengelilingi bagian dalam pelapis tersebut di bawah pengaruh kompartemen internal pelapis, yang disebut “efek sifon”. Dengan parameter yang berbeda-beda, rasio luas antara zona pendinginan drainase dan zona kondensasi bukanlah nilai konstan. Terkadang luas seksi kondensasi cukup besar, namun luas zona pendinginan drainase hanya kecil. Dalam keadaan seperti ini, zona pendinginan drainase hanya dapat dirancang sebagai aliran sebagian guna memastikan tersedianya luas seksi kondensasi yang memadai; akibatnya, seksi pendinginan drainase akan dibuat ramping. Pada saat ini, untuk menghitung kehilangan tekanan pada drainase, selain kehilangan hambatan yang disebabkan oleh aliran drainase di dalam pelapis, perlu juga ditambahkan perbedaan tekanan statis dari permukaan air drainase hingga outlet drainase. Jika tekanan pada bejana sambungan drainase terlalu tinggi—dengan kata lain, jika perbedaan tekanan antara kedua bejana terlalu kecil—hal ini dapat menyebabkan kegagalan drainase. Selain itu, dalam perhitungan termal, air umpan yang mengalir melalui zona pendinginan drainase dan yang tidak mengalir melalui zona tersebut harus dihitung secara terpisah, sehingga menjadi sulit untuk memperkirakan secara tepat situasi perpindahan panas pada setiap bagian di seksi perpindahan panas serta menata secara tepat luas lubang tabung perpindahan panas.

Pada pemanas vertikal terbalik, air buangan dikumpulkan di bagian bawah shell dan di atas tabung sheet, yang dapat melindungi tabung sheet dari dampak uap.

Sulit untuk merancang pemanas tiga zona, terutama pada unit dengan parameter tinggi dan kapasitas besar (seperti unit di atas 300 MW), karena panjang pipa transfer panas yang diperlukan terlalu panjang, sehingga menimbulkan kesulitan dalam perancangan. Oleh karena itu, perlu menerapkan susunan baris ganda atau tata letak yang terpisah dan independen, yaitu dengan menggunakan pendingin uap superpanas eksternal dan pendingin drainase. Pendekatan ini lebih cocok untuk unit yang menuntut keandalan operasi yang lebih tinggi.

d. Tabung transfer panas. Untuk dapat menahan suhu tinggi dan tekanan tinggi, pemanas bertekanan tinggi perlu menggunakan bahan pipa yang memiliki kekuatan dan kemampuan proses yang memadai. Pipa baja karbon merupakan jenis bahan yang murah namun memiliki kinerja yang baik. Kualitas air pada pemanas bertekanan rendah lebih buruk dibandingkan dengan pemanas bertekanan tinggi, sehingga biasanya digunakan pipa baja tahan karat. Tanpa diragukan lagi, pipa baja tahan karat merupakan bahan pipa yang ideal untuk kedua jenis pemanas—baik pemanas bertekanan rendah maupun pemanas bertekanan tinggi—karena memiliki kekuatan pada suhu tinggi yang baik serta ketahanan korosi yang unggul. Namun, harganya mahal dan koefisien perpindahan panasnya relatif kecil. Dibandingkan dengan pipa baja karbon, luas permukaan perpindahan panasnya meningkat sekitar 20% hingga 30%.

Lihat Tabel 22-1 untuk suhu layanan maksimum berbagai tabung perpindahan panas.

Tabel 22-1 keputusan penggunaan maksimum tabung perpindahan panas

Pipa	Baja karbon	Baja molibdenum	Baja tahan karat	Kuningan timah	Kuningan yang ditambahkan arsenik	Tembaga putih B10	Tembaga putih B30	Tembaga putih B30
				HSn70-1	H68A		(Pengerasan)	(Penghilang stres)
Suhu ( derajat Celcius )	425	500	425	230	200	315	370	425

Diameter tabung perpindahan panas terutama berada dalam kisaran ∮ 14 hingga ∮ 32. Secara umum, tabung berukuran kecil digunakan untuk tabung lurus dan tabung berbentuk U. Fluida di dalam maupun di luar tabung bersentuhan penuh dengan dinding tabung, yang kondusif bagi perpindahan panas; selain itu, tata letak tabung bersifat fleksibel dan dinding tabungnya tipis. Apabila tabung mengalami kerusakan, maka tabung tersebut harus ditutup agar luas permukaan perpindahan panas tidak berkurang terlalu banyak; sedangkan tabung spiral sebagian besar dibuat dari tabung berukuran besar, guna memperoleh kekakuan yang lebih baik dan mengurangi jumlah sambungan pipa pada header. Untuk tabung lurus dan tabung berbentuk U, diameter luar ∮ 6 merupakan ukuran yang paling umum digunakan; sementara untuk tabung spiral dan tabung serpentine, tersedia spesifikasi ∮ 25 hingga ∮ 32 serta ukuran-ukuran lainnya.

Ketebalan dinding tabung perpindahan panas harus dipilih secara wajar sesuai dengan kondisi desain dan dalam keadaan apa pun tidak boleh lebih rendah dari nilai yang ditentukan dalam Tabel 22-2.

Tabel 22-2 ketebalan dinding minimum tabung perpindahan panas

Bahan	Tembaga dan paduan tembaga	Paduan nikel	Baja tahan karat (tabung-U)	Baja tahan karat (pipa lurus)	Baja karbon
Ketebalan dinding minimum (ketebalan dinding nominal, mm)	1	1	0.9	0.7	1.27

Secara umum, tabung transfer panas sebaiknya tidak disambung, terutama untuk pemanas bertekanan tinggi. Karena menggunakan selubung yang sepenuhnya tertutup, jika terjadi patahan pada sambungan, hal tersebut akan menimbulkan kesulitan dalam pemeliharaan. Pada saat yang sama, ketika diameter dalam pipa pada sambungan berkurang, akan terjadi penurunan yang besar pada tahanan aliran air.

e. Lembar tabung. Desain struktural lembar tabung adalah tata letak lubang-lubang tabung pembuangan setelah laju aliran, jumlah tabung, dan luas perpindahan panas pada dasarnya telah ditentukan (lihat Gambar 22-11).

Selain beberapa bentuk tata letak yang ditunjukkan pada Gambar 22-11, sistem ini juga dapat diatur menjadi enam proses, delapan proses, dan seterusnya.

Lihat Gambar 22-12 untuk susunan lubang tabung pada pelat tabung yang umum digunakan.

Arah yang ditunjukkan oleh panah pada Gambar 22-12 merupakan arah aliran fluida di luar pipa. Hambatan aliran pada bentuk yang ditunjukkan pada Gambar 22-12 (b) lebih kecil daripada pada Gambar 22-12 (a), dan efek perpindahan panasnya pun lebih baik dibandingkan dengan pada Gambar 22-12 (a). Selain itu, terdapat pula susunan berbentuk persegi dan sudut persegi.

f. Diafragma. Dari segi fungsinya, pelat pemisah pada sistem pipa pemanas dapat dibagi menjadi pelat pandu dan pelat penopang. Peran pelat pandu adalah memastikan aliran fluida melalui rangkaian tabung dengan kecepatan dan arah tertentu, sedangkan pelat penopang berfungsi untuk mengurangi kelengkungan tabung perpindahan panas dan meningkatkan kekakuan rangkaian tabung. Pada saat yang sama, kedua jenis diafragma ini juga dapat berperan dalam menekan getaran.

g. Pelat penopang. Umumnya digunakan pada bagian kondensasi, terdapat dua bentuk yang umum: yang pertama seperti ditunjukkan pada Gambar 22-13 (a), di mana uap jenuh masuk ke dalam rangkaian tabung secara berturut-turut dari area melengkung pada salah satu sisi selubung, sehingga tidak perlu dibuat lubang pada area tata letak pipa di pelat penopang; yang kedua, seperti ditunjukkan pada Gambar 22-13 (b), digunakan untuk mengarahkan uap jenuh mengelilingi rangkaian tabung dengan cara berpasangan dengan port buang operasional pada selubung, sekaligus berfungsi sebagai alat pengalihan aliran.

h. Deflektor. Pelat pandu biasanya digunakan pada bagian pendinginan uap dan bagian pendinginan drain pada superheater, dan penting untuk memastikan bahwa medium di luar tabung mengalir melintasi rangkaian tabung dengan kecepatan dan arah tertentu. Umumnya, pelat pandu yang dilengkapi dengan takik dapat disusun dengan jarak tertentu, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 22-14.

Pada bagian U dari pipa berbentuk U, harus ditambahkan strip isolasi anti-getaran untuk mencegah getaran, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 22-15.

Selain itu, ketebalan sekat dan penopang harus dibatasi. Apabila diameter selubung kurang dari 457 mm, ketebalan minimum pelat penopang dan pelat pandu pada bagian pendinginan uap super panas serta bagian kondensasi adalah 9,5 mm; apabila diameter selubung lebih dari 457 mm, ketebalan minimumnya adalah 16 mm. Apabila jarak antar diafragma pandu kurang dari 457 mm, ketebalan minimum diafragma pada bagian pendinginan pembuangan semua pemanas adalah 6,5 mm; apabila jarak antar diafragma ≥ 457 mm, ketebalan minimum diafragma yang bersesuaian adalah 9,5 mm.

Untuk keseluruhan bundel tabung berbentuk U, selain getaran yang disebabkan oleh aliran fluida, dampak terus-menerus dari beberapa gaya eksternal, khususnya gaya tumbukan pada saluran masuk fluida (seperti saluran masuk uap, saluran masuk pembuangan bagian atas, saluran masuk pembuangan, dan sebagainya), juga akan memicu terjadinya getaran. Untuk mengurangi pengaruh fluida terhadap bundel tabung, perlu dipasang deflektor anti-kejut di lokasi-lokasi tersebut. Deflektor penahan kejut harus memiliki cakupan yang memadai dan tidak boleh kurang dari rentang difusi 45° yang ditunjukkan pada Gambar 22-16. Titik penopang deflektor anti-kejut sebaiknya tidak ditempatkan pada logam tabung penukar panas, melainkan harus dipasang pada diafragma, kulit luar, atau komponen logam lain yang diperpanjang; deflektor tersebut harus memiliki ketebalan yang cukup dan terbuat dari baja tahan karat yang tahan korosi.

③ Cangkang. Cangkang terdiri atas antarmuka, badan, dan penopang.

Nosel masuk uap pada antarmuka ditempatkan di atas permukaan air, dan tekanan desainnya lebih rendah. Pemanas air umpan dilengkapi dengan saluran masuk pembuangan bagian atas. Setiap pemanas dilengkapi dengan port pembuangan normal dan port pembuangan darurat, serta juga dilengkapi dengan header pengontrol level air.

Karena terjadi perubahan fase pada medium di sisi kulit pemanas air umpan, uap super panas bersuhu tinggi secara bertahap mendingin. dipanaskan hingga menjadi uap jenuh, kemudian menjadi air jenuh, dan akhirnya menjadi air buangan yang telah didinginkan di bawah titik jenuh. Jika keseluruhan rakitan cangkang dirancang berdasarkan suhu uap masuk, maka merancang cangkang pada area inlet uap sesuai dengan suhu uap masuk tersebut akan tidak ekonomis.

Barel dapat dibagi menjadi barel berbentuk cangkang dan barel dengan bagian pendek, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 22-17.

Badan cangkang terbuat dari baja paduan rendah, baja kromium molibdenum, atau baja karbon rendah tebal dengan kinerja suhu tinggi yang baik; badan cangkang terbuat dari baja karbon rendah.

Gambar 22-17 (b) menunjukkan metode penyisipan blok, di mana sepotong baja krom-molibdenum dimasukkan ke dalam area saluran masuk uap, sementara badan bejana dan bagian sambungan pendek lainnya dapat dibuat dari baja karbon rendah. Jarak L antara sambungan las dan pusat bukaan harus lebih besar atau sama dengan diameter bukaan D, atau sama dengan jumlah jari-jari bukaan, ketebalan dudukan pipa, dan ketebalan badan bejana, mana yang lebih besar.

Terdapat dua jenis penopang: penopang pemanas horizontal dan penopang pemanas vertikal. Pemanas horizontal dilengkapi dengan tiga buah penopang, yaitu satu penopang tetap dan dua bantalan gelinding. Bantalan gelinding bagian tengah tidak menanggung beban selama operasi dan hanya digunakan untuk keperluan pemeliharaan; sedangkan pemanas vertikal dilengkapi dengan dua buah penopang, satu penopang tetap dan satu lagi penopang geser.

Terdapat banyak pipa sambungan pada pemanas air umpan, termasuk saluran masuk dan keluar air umpan, saluran masuk dan keluar uap, saluran masuk dan keluar drainase, serta saluran drainase darurat dan katup pengaman. Selain itu, terdapat pula beberapa nosel kecil, seperti nosel buang, nosel drainase, dan port pengambilan sampel untuk pengukuran level air.

a. Penentuan diameter nosel.

Nosel masuk uap: luas aliran a (mm ² ) dan diameter d saya (mm) dari nosel masuk uap masing-masing adalah

                                                                                  
Dimana q mi - laju aliran uap, kg/jam;

volume uap spesifik v, m ³ / kg:

tekanan operasi p-uap, MPa;

n - jumlah pipa sambungan uap

Untuk menutup rapat uap, pemanas yang dilengkapi dengan bagian pendingin uap superpanas bawaan biasanya menggunakan pipa penopang berbahan baja tahan karat pada saluran masuk uap, dan diameter yang dihitung harus merupakan diameter dalam dari lengan pelapis.

Penampang aliran yang diperlukan harus dihitung berdasarkan diameter pipa sambungan pasokan dan pembuangan air. Untuk pipa keluaran pasokan dan pembuangan air, luas aliran A (mm ² ) adalah

                                                                                         

Untuk pipa sambungan inlet saluran pembuangan bagian atas, luas aliran A (mm ² ) adalah

                                                                              

di antara

                                                                                    

Dari hal ini, diameter nosel d r (mm) dihitung

                                                                              

Dalam rumus di atas, q _mi - laju aliran menengah, kg/jam, q _m6 nilai untuk aliran masuk dan keluar air umpan serta q _m5 nilai untuk laju aliran outlet pembuangan;

q mCD -- aliran inlet drainase, kg/jam;

v -- volume spesifik medium pada suhu operasi, m ³ / kg

c _t — laju aliran menengah, sesuai dengan tabel 22-3.

G -- laju alir campuran uap-air, kg / (m ² · s)

ρ -- densitas campuran, kg / m ³;

q _mt -- laju aliran cairan dalam campuran, m ³/h

q _ms -- laju aliran uap dalam campuran, m ³/h

Diameter pipa sambungan air darurat dapat sama dengan diameter pipa saluran pembuangan normal.

Tabel 22-3 laju aliran menengah pada setiap antarmuka

Nama nosel	Negara bagian	Kecepatan maksimum （ m/s ）
Outlet pembuangan yang terdinginkan	Suhu operasi	1.2
Tingkat air pada saluran pembuangan jenuh dikendalikan.	Suhu operasi	1.2
Tingkat air pada saluran pembuangan jenuh tidak dikendalikan.	Suhu operasi	0.6
Masukan cairan dari tangki flash	Suhu operasi	1.2
Saluran masuk dan keluar pasokan air	Suhu normal	3
Inlet saluran atas	Suhu operasi	G

Catatan: G ≤ 1220 kg/(m ² · s)

b. Tentukan posisi pipa masuk uap dan pipa buang kondensat. Seluruh proses pemanasan air umpan dalam tabung perpindahan panas pada pemanas tidak seimbang. Jika tabung perpindahan panas dibagi menjadi beberapa daerah menurut arah panjangnya, kenaikan suhu air umpan di setiap bagian akan berbeda-beda. Apabila dapat ditemukan garis pemisah berdasarkan besarnya perpindahan panas sedemikian rupa sehingga total perpindahan panas di kedua sisi garis pemisah tersebut sama, maka garis pemisah dan garis sekennya disebut sebagai garis pusat termal. Jelas bahwa garis pusat termal tidak boleh berada tepat di tengah tabung perpindahan panas, melainkan pada suatu posisi tertentu yang berjarak dari titik pusat geometris tabung perpindahan panas. Ketika tabung perpindahan panas adalah

Ketika tabung-U digunakan, penyimpangan tersebut menjadi lebih jelas. Gambar 22-18 menunjukkan kurva kenaikan suhu air umpan pada pemanas tabung-U serta lokasi garis tengah geometris dan garis tengah termal dari tabung perpindahan panas.

Untuk pemanas kondensasi murni dan pemanas dua zona (zona kondensasi ditambah zona pendinginan dengan drainase bawaan), posisi nosel masuk uap harus ditempatkan pada garis tengah termal, sehingga uap dapat terdistribusi secara merata ke kedua sisi setelah memasuki ruang shell. Saluran tempat aliran tersebut didistribusikan disebut ruang distribusi. Laju alir pada laju alir uap maksimum di ruang distribusi tidak boleh melebihi laju alir pada pipa sambungan uap. Dengan demikian, ketika pipa uap ditempatkan pada garis tengah termal, luas ruang distribusi yang diperlukan dapat diminimalkan, sehingga diameter shell pun dapat diminimalkan.

Jika pemanas perlu dipasangi lebih dari dua nosel masuk uap, maka beberapa garis pusat termal harus ditentukan untuk keseluruhan bundel tabung sesuai dengan prinsip transfer panas yang merata, dan nosel-nosel masuk uap tersebut harus masing-masing ditempatkan pada setiap garis pusat termal, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 22-19. Namun demikian, jarak antara kedua nosel tidak boleh kurang dari yang ditunjukkan pada Gambar 22-19. Selain itu, jarak antara kedua nosel tidak boleh kurang dari dimensi minimum yang ditetapkan pada Gambar 22-19. Jika tidak memungkinkan, nosel-nosel tersebut harus disusun secara berselang-seling sehingga tidak berada pada sumbu longitudinal yang sama.

Untuk pemanas horizontal yang tidak dilengkapi dengan zona pendinginan pembuangan air bawaan, jumlah kondensat yang mengalir dari rangkaian tabung bervariasi di setiap titik. Oleh karena itu, perlu ditentukan garis tengah aliran sehingga laju aliran pembuangan pada kedua sisi pipa sambungan saluran pembuangan yang dipasang pada garis tengah tersebut sama dan tidak melebihi laju aliran pada pipa sambungan saluran pembuangan itu sendiri. Apabila persyaratan di atas tidak dapat dipenuhi, maka luas area pembuangan pada bagian bawah pemanas harus diperbesar.

1.3.3.2. Pemanas tekanan tinggi tipe header. Pemanas tekanan tinggi tipe header terbagi menjadi header masuk dan keluar air umpan, sistem pipa serpentine, serta cangkang dalam strukturnya.

Pemanas tekanan tinggi tipe header menggantikan tabung lembar pada pemanas tabung-U tradisional dengan header masuk air umpan dan header keluar air umpan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 22-20.

Kedua header tersebut dihubungkan oleh bundel tabung serpentine, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 22-21.

Tabung penukar panas berbentuk serpentine disambungkan secara tumpul dengan header, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 22-22.

Air umpan yang masuk ke header dengan cara ini tidak menimbulkan erosi langsung pada tabung penukar panas berbentuk serpentine, sehingga dapat secara efektif mencegah kerusakan akibat benturan air. Bagian cangkang, sambungan, dan komponen lainnya serupa dengan pemanas tabung-U.

Pemanas bertekanan tinggi jenis ini memiliki luas masuk uap yang lebih besar, laju alir uap yang lebih rendah, dan gaya tumbukan yang lebih kecil. Alat ini dapat secara efektif melindungi lapisan dalam yang stagnan akibat uap pada permukaan tabung penukar panas, sehingga suhu dinding permukaan tabung penukar panas tidak akan melebihi suhu creep tabung penukar panas, sehingga terhindar dari ledakan tabung yang serius.

Pemanas tekanan tinggi yang memiliki keandalan tinggi harus dipilih untuk pemanas tekanan tinggi pada unit pembangkit superkritis berkapasitas di atas 900 MW di pembangkit listrik besar.

 

2. Parameter teknis utama (lihat tabel 22-4 hingga tabel 22-9)

Tabel 22-4 parameter teknis pemanas tekanan tinggi superkritis 1000 MW

Nomor pemanas Parameter desain	HH1	HH2	HH3
Jenis pemanas	Tabung U horizontal	Tabung U horizontal	Tabung U horizontal
Jumlah pemanas (unit)	2	2	2
Area pemanasan （ m 2 ）	1647	2047	1406
Tekanan desain sisi cangkang （ MPa ）	10.39	5.87	2.76
Suhu desain sisi cangkang （℃ / ℃）	460/315	380/276	525/232
Tekanan desain sisi tabung （ MPa ）	37	37	37
Suhu desain sisi tabung (℃)	335	296	252
Tekanan uji sisi cangkang （ MPa ）	12.99	7.34	3.45
Tekanan uji sisi tabung （ MPa ）	46.25	46.25	46.25

 

Tabel 22-5 parameter teknis pemanas tekanan tinggi 600 MW

Barang	HH1		HH2		HH3
	Lulus tabung	Umpan cangkang	Lulus tabung	Umpan cangkang	Lulus tabung	Umpan cangkang
Tekanan desain （ MPa ）	37	8.09	37	5.53	37	2.49
Tekanan kerja maksimum （ MPa ）	30.34	7.45	30.34	4.906	30.34	2.36
Suhu desain （℃ / ℃）	317	406/297	292	348/272	246	492/226
Tambahan korosi （ mm ）	1	1	1	1	1	1
Koefisien sambungan las	1	1	1	1	1	1
Tekanan uji hidrostatik （ MPa ）	46.25	10.5	46.25	7	46.25	3.11
Luas pertukaran panas （ m 2 ）	1880		2032		1425
Tekanan pembukaan katup pengaman （ MPa ）	37	8.09	37	5.53	37	2.49
Jenis kontainer	Ⅲ SAYA		Ⅲ SAYA		Ⅲ SAYA
Formulir	Horizontal		Horizontal		Horizontal

 

Tabel 22-6 parameter teknis pemanas tekanan tinggi berkapasitas 300 MW

Barang	HH1		HH2		HH3
	Lulus tabung	Umpan cangkang	Lulus tabung	Umpan cangkang	Lulus tabung	Umpan cangkang
Tekanan desain （ MPa ）	27.5	7.3	27.5	4.7	27.5	2.16
Suhu desain （℃ / ℃）	290	420/290	265	360/265	220	455/220
Tambahan korosi （ mm ）	1	1	1	1	1	1
Koefisien sambungan las	1	1	1	1	1	1
Tekanan uji hidrostatik （ MPa ）	41.25	11.01	41.25	7.05	41.25	3.24
Luas pertukaran panas （ m 2 ）	1025		1110		885
Tekanan pembukaan katup pengaman （ MPa ）	25.4	7.3	25.4	4.7	25.4	2.16
Jenis kontainer	Ⅲ SAYA		Ⅲ SAYA		Ⅲ SAYA
Formulir	Horizontal atau terbalik		Horizontal atau terbalik		Horizontal atau terbalik

 

Tabel 22-7 parameter teknis pemanas tekanan rendah superkritis 1000 MW

Barang		5# Pemanas tekanan rendah （ LH5 ）	6# Pemanas tekanan rendah （ LH6 ）	Pemanas tekanan rendah komposisi 7#+8#
				（ LH7+LH8 ）
Kode pemanas		LH-5	LH-6	LH-7	LH-8
Formulir		Tabung U horizontal	Tabung U horizontal	Tabung U horizontal
Total luas transfer panas （ m 2 ）		1108	8638	715	816
Jumlah aliran melalui (jalur tabung/jalur cangkang)		2	2	2	2
Tekanan desain （ MPa ）	Sisi tabung	4	4	4	4
	Sisi cangkang	0,5+vakum	0,35+vakum	0,35+vakum	0,35+vakum
Suhu desain (℃)	Sisi tabung	160	150	150	150
	Sisi cangkang	260	150	150	150
Aliran desain （ t/h ）	Sisi tabung	1400	1400	700	700
	Sisi cangkang	95	48	44	41

 

Tabel 22-8 parameter teknis pemanas tekanan rendah 600 MW

Nomor pemanas Parameter desain	LH-5	LH-6
Jenis pemanas	Tabung U horizontal	Tabung U horizontal
Jumlah pemanas (unit)	1	1
Area pemanasan （ m 2 ）	1749	1991
Tekanan desain sisi cangkang （ MPa ）	0.68	0.35
Suhu desain sisi cangkang （℃ / ℃）	335/170	265/148
Tekanan desain sisi tabung （ MPa ）	4	4
Suhu desain sisi tabung (℃)	170	148
Tekanan uji sisi cangkang （ MPa ）	1.02	0.53
Tekanan uji sisi tabung （ MPa ）	6	6

 

Tabel 22-9 parameter teknis pemanas tekanan rendah 300 MW

Nomor pemanas Parameter desain	LH-5	LH-6	LH-7	LH-8
Jenis pemanas	Tabung U horizontal	Tabung U horizontal	Tabung U horizontal
Jumlah pemanas (unit)	1	1	1	1
Area pemanasan （ m 2 ）	605	549	768	798
Tekanan desain sisi cangkang （ MPa ）	0,52/-0,1	0,52/-0,1	0,35/-0,1	0,35/-0,1
Suhu desain sisi cangkang (℃)	160	160	150	150
Tekanan desain sisi tabung （ MPa ）	4	4	4	4
Suhu desain sisi tabung (℃)	160	160	150	150

 

 

3. Metode seleksi

Parameter teknis pemanas air umpan bervariasi secara signifikan karena perbedaan parameter turbin dan persyaratan dari Lembaga Desain pemilik. Parameter teknis tipikal yang digunakan untuk pemilihan tipe ditampilkan pada Tabel 22-4 hingga Tabel 22-9.