unit4_-_relau

RELAU G2005/ UNIT 4 / 1

Objektif am : Mengetahui dan memahami perkara

Yang berkaitan dengan relau

Objektif khusus: Di akhir unit ini anda

sepatutnya dapat :-

Menyatakan fungsi bagi relau

Menerangkan komponen - komponen yang terdapat pada

relau

Menerangkan prinsip operasi relau.

Menerangkan kesan pemindahan haba dalam relau

UNIT 4

id283362994 pdfMachine by Broadgun Software - a great PDF writer! - a great PDF creator! - http://www.pdfmachine.com http://www.broadgun.com


4.0 Pengenalan

Relau adalah bentuk mudah peralatan penukar haba. Relau akan menukarkan haba hasil

pembakaran bahan api sementara bendalir proses akan mengalir di dalam tiub.Kebanyakan proses kimia bergantung kepada pemanasan . Relau digunakan dalam industri untuk membekalkan haba , dengan pembakaran bahan api samada berbentuk pepejal , cecair ataupun gas. Ianya terdiri daripada penebat (insulated), kebuk tahan panas yang mengandungi tiub yang membawa bendalir proses untuk dipanaskan dan peralatan untuk pembakaran bahan api bagi menghasilkan gas panas.

4.1 Fungsi

Relau digunakan untuk menaikan suhu bendalir proses ( gas , minyak atau campuran lain) . Ini dilakukan dengan memanaskan bahan api untuk menghasilkan haba , kemudian menggunakan mekanisma pemindahan haba untuk memindahkannya kepada bendalir proses.

4.2 Jenis jenis relau

Secara umumnya terdapat beberapa jenis relau yang digunakan dalam industri pada masa sekarang antaranya ialah relau elektrik (Electric furnace ) , Relau nyalaan minyak ( oil fired furnace ) , relau nyalaan gas ( gas fired furnace ), relau copula , relau besmer dan sebaginya . Relau yang banyak digunakan dalam industri petroleum dan petrokimia adalah jenis Retangular furnace dan Vertical furnace .

asusHighlight


4.3 Kegunaan relau dalam industri petrokimia Dalam industri petrokimia , relau selalunya menggunakan bahan api minyak atau gas untuk memanaskan bekalan tetap petroleum bagi proses penyulingan ( fractionator ) ,pemecahan haba ( thermal cracking ) dan proses pada suhu tinggi . Jadi relau perlu direka untuk memastikan bendalir tersebut menerima jumlah haba yang betul dan masa yang mencukupi di antara kawasan panas ( hot zone) , sementara pada masa yang sama mencegah suhu berlebihan yang akan menyebabkan penurunan kepada produk atau kerosakan pada relau . Keseimbangan ini dapat dicapai dengan penyusunan

yang sesuai tiub tiub yang membawa bendalir di dalam relau dan juga kawalan yang berhati-hati ke atas kadar pembakaran dan aliran bendalir .

Terdapat tiga bentuk relau untuk pemanas proses iaitu :

i. Pemanas proses selinder tegak Terdiri daripada tiub tegak di dalam kawasan sinaran dan tiub mendatar pada

bahagian perolakan. Terdapat tiub bersirip yang disertakan untuk meninggikan kadar pemindahan haba , cuma beberapa barisan pertama yang

tidak memerlukannya kerana menerima haba secara terus melalui kaedah sinaran . Penunu ( buners) dilaras dalam dinding mendatar yang membentuk dasar relau tersebut dan nyalaan dihala menegak .

ii. Pemanas cabin tiub mendatar Bentuk lain ialah di mana tiub adalah mendatar dan menutupi bukan sahaja dinding menegak tetapi juga atap condong kabin .

asusHighlight

asusHighlight


iii. Pemanas nyalaan tiub tengah dinding berperingkat Ianya mempunyai satu dinding tengah dengan tiub mendatar , dipanaskan pada kedua-dua tepi dengan dua pemanas pada dasarnya .


Jika anda telah selesai mempelajari tajuk relau , bolehlah anda mencuba soalan di bawah :

4a 1. Nyatakan fungsi relau secara umum.

4a 2. Nyatakan kegunaan relau dalam industri petroleum dan petrokimia .

4a 3. Nyatakan jenis bahan api yang digunakan oleh penunu relau.

4a 4. Senaraikan tiga ( 3 ) bentuk pemanas proses.


Jika anda telah menjawab soalan dalam aktiviti 4a , sila bandingkan jawapan anda dengan jawapan yang diberikan di bawah :

4a 1. Relau digunakan untuk menaikan suhu bendalir proses ( gas , minyak atau campuran lain) .

4a 2. Dalam industri petrokimia relau digunakan untuk proses penyulingan ( fractionator ) ,pemecahan haba ( thermal cracking ) dan sebarang proses yang melibatkan suhu tinggi.

4a 3. i. Bahan api gas

ii. Bahan api cecair

iii.Bahan api pepejal

4a 4. i. Pemanas proses selinder tegak ii. Pemanas cabin tiub mendatar iii. Pemanas nyalaan tiub tengah dinding berperingkat


4.3 Bahagian bahagian pada relau

Terdapat beberapa bahagian yang penting dalam sesebuah relau . Setiap bahagian mempunyai fungsi dan ciri ciri yang berbeza .

4.3.1 Dinding ( wall )

Dinding relau di bina daripada keluli . Bahagian dalam dinding mempunyai plat keluli yang terdiri daripada bahan penebat dan batu tahan haba . Umumnya luar dinding relau dibina daripada 3/16 inci plat keluli , berkeupayaan untuk menahan daripada melengkung. Jenis Vertical cylinder furnace mempunyai ketebalan dinding dan lantai yang rendah iaitu 1 /4 inci . Kedapan bagi stuktur dinding adalah menggunakan kaedah kimpalan untuk mencegah penyerapan udara dan air . Dinding membenarkan pengembangan sisi dan menegak bagi

semua komponen relau . Dinding juga bertindak menyokong tiub tiub dan ia tidak bergantung kepada bahan tahan panas ( refactory ).


4.3.2 Bata tahan panas ( refactoray )

Refactory adalah bahan yang dibina untuk digunakan pada suhu tinggi . fungsi refactory adalah untuk mencegah struktur keluli daripada terlampau panas di samping itu ianya juga berperanan untuk memancarkan semula haba panas kepada tiub tiub di dalam relau. Penebat di sebelah dalam bertindak untuk mengurangkan kehilangan haba pada selongsong dan juga bertindak menyekat habuk gas panas berpindah ke selongsong keluli ( steel casing ) . Jadi untuk memilih dan mereka bentuk bahan untuk bata tahan panas ada beberapa factor

yang perlu dipertimbangkan iaitu :

i. Suhu yang melampau ( extreme temperature ). Pendedahan kepada suhu yang melebihi had rekabentuknya boleh menyebabkan bahan tahan panas mencair dan menyebabkan operasi relau gagal.

ii. Kejutan haba ( thermal shock ). Suhu turun naik yang kerap dan melampau boleh menyebabkan lapikan bahan tahan panas hancur dan berkecai.

iii. Tegasan mekanikal ( mechanical stress ) . Getaran yang tidak sempurna boleh menyebabkan kemerosotan kepada sesetengah bahan . Tegasan

yang hasil daripada pengembangan dan pengecutan stuktur boleh menyebabkan kehilangan kepada cantuman pelapik ( lining intergrity ).

iv. Hakisan ( erosion ) . Zarah halus yang melampau seperti habuk yang berterbangan dan pemangkin yang dibawa pada halaju tinggi di dalam alur gas cerombong ( flue gas ) boleh menyebabkan hakisan kepada bahan tahan panas .

v. Serangan kimia ( chemical attack ) . Sesetengah bahan api mengandungi kandungan kimia yang boleh bertindak pada bahan tahan panas tersebut

. Ini akan menyebabkan terhasilnya jermang ( slagging ) dan mengakibatkan kegagalan kepada pelapik bahan tahan panas .


vi. Kos . Pengiraan kepada kos bahan tahan panas dan jenis rekabentuk adalah sukar disebabkan bahan yang mempunyai ciri ciri penebat yang baik selalunya tidak tahan kepada kekuatan mekanikal .

Terdapat tiga jenis penebat yang selalu digunakan iaitu :

i. Penebat bata api ( insulating firebrick ) . Ianya merupakan bata poros dengan mempunyai ciri ciri penebat yang baik , dihasilkan dengan membakar campuran habuk kayu yang digergaji , arang dan tanah liat api alumina tinggi bersama sama sehingga menghasilkan bata tahan panas .

ii. Gentian seramik ( ceramic fiber ). Ianya terdiri daripada lapisan muka panas diikuti dengan satu atau lebih lapisan lain sebagai bahan sokongan . Untuk lapisan muka panas , gentian seramik atau blanket dengan ketumpatan minimum 8 ib/ ft 3 dan ketebalan I inci dicadangkan. Lapisan sokongan juga sepatutnya mempunyai ketebalan I inci dan ketumpatan minimum 4 ib/ft 3 .

iii. Bahan tahan panas konkrit ( Concrete refractory ) . Juga dikenali sebagai Castable refratory , boleh ditempatkan melalui tuangan ( casting ) . Ianya terdiri daripada campuran simen alumina ( alumina cement) dan batu baur ( refactory aggregate ) .


4.3.3 Penunu (burner)

Penunu relau adalah bahagian yang terlibat menghasilkan pembakaran. Campuran yang betul antara bahan api dan udara serta nyalaan adalah penting untuk menghasilkan keberkesanaan dalam proses pembakaran .Penunu direka bentuk untuk mengawal proses pembakaran , jadi haba dapat dihasilkan dengan selamat dan pada kadar yang tetap . Penunu diletakan pada lantai untuk

pembakaran menegak atau di tepi untuk pembakaran mendatar . Terdapat tiga jenis penunu yang biasa digunakan iaitu penunu gas ( gas burner ) , penunu minyak ( oil burner ) dan penunu minyak gas ( oil and gas burner ). Semua penunu bahan api cecair menggunakan peralatan pengabusan ( atomizing device ) untuk memisahkan jisim cecair kepada bentuk titisan yang sangat kecil . Ini akan mepercepatkan proses pembakaran menggunakan bahan api berbentuk cecair . Terdapat tiga perkara yang diperlukan oleh sistem relau di loji penapisan :

i. Bahan api mesti disediakan untuk proses pembakaran . Jika ianya cecair ,

ianya mesti ditukar ke bentuk wap . ii. Bahan api dan udara mestilah dibawa bersama sama , dengan campuran

yang betul dan pada masa yang betul untuk memastikan proses pembakaran boleh berlaku. iii. Haba hasil proses pembakaran mestilah dihantar kepada tiub relau . Pada masa yang sama , haba yang mencukupi mesti tersimpan di zon pembakaran. Rajah 4.3.3 dan 4.3.4 menunjukkan bentuk penunu minyak dan penunu gas.


Gambarajah 4.3.3 : Penunu minyak


Gambarajah 4.3.3 : Penunu gas

4.3.4 Stack ( paip tumpu )

Ianya terdiri daripada paip tumpu aliran bebas (stack draft ) dan peredam ( damper ) . Fungsi utama paip tumpu ialah untuk menarik aliran udara untuk proses pembakaran ke dalam relau dan memaksa hasil pembakaran keluar melalui gas cerombong . Ianya

merupakan bahagian ekzos bagi relau untuk mengeluarkan gas panas yang tidak digunakan lagi dari relau . Hubungan di antara diameter paip tumpu dan ketinggian

paip tumpu ada kaitan dengan kos untuk membinanya . Objektif utama dalam merekabentuk paip tumpu ialah memastikan tekanan negatif bagi keseluruhan relau .


4.3.5 Tiub (tube )

Ianya membawa bahan tetap ( feed ) atau suapan ( charge ) melalui relau. Paip paip di dalam relau disusun secara bersiri atau selari dan disambung hujungnya dengan kimpalan paip bengkok kembali ( welded return bend ) . Faktor factor yang perlu dipertimbangkan untuk memlih bahan bagi tiub termasuklah jangka hayat , persekitaran dan kos . Antara bahan yang digunakan untuk membuat tiub adalah keluli tahan karat ( stainless steel ) , keluli kromium molybdenum ( chromium molybdenum steel ) , aloi , keluli karbon ( carbon steel ) dan lain lain lagi . Walau bagaimanapun pemilihan bahan yang sesuai untuk membuat tiub adalah berdasarkan kepada kos bahan tersebut . Tiub tiub di dalam relau bertindak sebagai saluran untuk mengalirkan produk yang akan dipanaskan tanpa bercampur dengan gas panas . Produk akan menerima haba secara pancaran dan perolakan semasa melalui tiub tiub tersebut . Ini akan meningkatkan suhu produk pada kadar yang diperlukan oleh sesuatu proses .

4.3.6 Penyokong tiub ( tube supports )

Tiub tiub di dalam relau akan disokong oleh penyangkut ( hanger ) dan kepingan tiub ( tube sheet ) yang disambung pada stuktur dinding bukan pada bahan tahan panas. Tiub mendatar ( horizontal tube ) akan disokong oleh penyangkut tiub ditengah tengah dalam bahagian sinaran dan kepingan tiub di bahagian perolakan. Manakala tiub menegak ( vertical tube ) akan disokong sama ada di sebelah atas ataupun bawah . Penyokong tiub atas ada disediakan dengan pemandu bawah , penyokong tiub bawah dengan pemandu atas . Penyokong di tengah tengah tidak diperlukan oleh tiub menegak . Bahan

bahan untuk membuat penyokong tiub adalah terdiri daripada campuran kromium dan nikel . Manakala untuk tube sheet keluli karbon selalu digunakan .


Rajah 4.3 menunjukkan bahagian bahagian yang terhadap dalam relau.

Gambarajah 4.3 : Bahagian bahagian relau


4.4 Operasi relau

.Pembakaran bahan api relau dikawal secara automatik . Disebabkan oleh keperluan haba bagi proses akan berubah ubah , jumlah bahan api dan pembakaran udara mestilah dikawal dengan mengawal pembakaran . Bendalir kerja akan mengalir masuk ke dalam relau , melalui tiub tiub yang disusun secar menegak dan juga mendatar , di mana haba panas yang dihasilkan oleh penunu ( bunner ) di sebelah bawah akan di sembur menegak ke atas melintasi tiub- tiub tersebut di zon sinaran ( radiant zone ) dan zon perolakan ( convection zone ) . Ini akan menyebabkan bendalir kerja tadi menerima sejumlah haba dan seterusnya mengalami kenaikan suhu pada kadar yang diperlukan . Manakala haba panas tadi akan terus mengalir keluar melalui paip tumpu (stack) relau tersebut yang terletak di sebelah atas . Manakala bendalir kerja yang telah dipanaskan tadi akan mengalir keluar dari relau tersebut

4.5 Pemindahan haba relau

Perkara utama yang perlu dipertimbangkan dalam merekabentuk relau ialah proses pemindahan haba . Ianya mestilah mempunyai permukaan pemanasan yang mencukupi

untuk membenarkan haba dipindahkan kepada produk .Tiub tiub relau yang menerima haba secara terus dalam kedudukan di atas , di tepi dan di bawah adalah dalam bahagian sinaran. Tiub di bahagian ini menerima haba secara sinaran daripada nyalaan api dan juga pembalikan haba yang mengenai bata panas. Kemudian haba panas tadi akan bergerak ke zon perolakan untuk memanaskan tiub tiub di bahagian tersebut , seterusnya keluar melalui paip tumpu (stack ) . kira kira 50 % haba yang dibebaskan dari relau akan dipindahkan ke bahagian sinaran ( radiant section ) , 25 % pula di terima oleh bahagian perolakan ( convection section ) manakala 25 % lagi akan hilang melalui paip tumpu (stack ). Kejatuhan tekanan pada tiub perlu dipertimbangkan kerana kejatuhan tekanan yang tinggi akan meningkatkan kos operasi pam. Kebanyakan cecair dan gas adalah bersifat pengalir haba yang rendah dan ini akan menyebabkan kejatuhan suhu yang banyak . Di dalam relau , didapati wujudnya


selaput gas di sebelah luar tiub dan selaput minyak di sebelah dalam tiub yang akan membawa bendalir kerja . Kejatuhan suhu yang besar akan berlaku semasa haba panas melintasi ke dua-dua selaput ini .Ini bermakna relau memerlukan pembakaran yang lebih banyak supaya bendalir kerja di dalam tiub dapat mencapai suhu yang diperlukan . Di dalam relau juga , terdapat lapisan nipis kok ( coke ) terbentuk pada tiub tiub . Kok bertindak sebagai penebat dan ini akan mengurangkan jumlah haba yang akan diterima oleh bendalir kerja di dalam tiub tersebut .


Tahniah , kerana anda telah berjaya menghabiskan pembacaan unit ini . Tetapi untuk menguji sama ada , anda dapat memahami tajuk ini atau tidak , anda perlu menjawab semua soalan di bawah :

4b 1. Senaraikan bahagian bahagian penting pada relau

4b 2. Nyatakan bahan yang digunakan untuk membuat dinding relau

4b 3. Senaraikan dua jenis bahan yang digunakan untuk membuat penebat

4b 4. Fungsi utama paip tumpu ialah untuk menarik aliran udara ________________

di dalam relau.

4b 5. Terdapat dua jenis penunu yang biasa digunakan di dalam relau iaitu ___________________ dan ___________________ .

4b 6. Kebanyakan _____________ dan _________ adalah bersifat pengalir haba yang rendah dan ini akan menyebabkan kejatuhan suhu yang banyak .


Jika anda telah menjawab soalan dalam aktiviti 4b , sila semak jawapan anda dengan jawapan yang diberikan di bawah :

4b 1. i. Dinding ii. Bahan tahan panas

iii. Penunu

iv. penyokong

v. Paip tumpu

vi. tiub

4b 2. Keluli

4b 3. i. Penebat bata api ii. Gentian seramik iii. Casable refractory

4b 4. Fungsi utama paip tumpu ialah untuk menarik aliran udara hasil pembakaran di dalam relau.

4b 5. Terdapat dua jenis penunu yang biasa digunakan di dalam relau iaitu penunu minyak dan penunu gas .

4b 6. Kebanyakan gas dan cecair adalah bersifat pengalir haba yang rendah dan ini akan menyebabkan kejatuhan suhu yang banyak .


Jika anda sukakan sesuatu yang mencabar daya ingatan anda , sila jawab soalan yang terdapat di dalam penilian kendiri ini .

1. Terangkan secara ringkas berkenaan pemanas proses selinder tegak.

2. Terangkan tiga ( 3 ) faktor yang mempengaruhi pemilihan bata tahan panas.

3. Jelaskan secara ringkas mengenai paip tumpu ( stack )

4. Huraikan secara ringkas operasi bagi sesebuah relau.

Jika anda telah selesai menjawab soalan di atas , anda boleh menyemak jawapan di halaman berikutnya .


1. Pemanas proses selinder tegak

Terdiri daripada tiub tegak di dalam kawasan sinaran dan tiub mendatar pada bahagian luaran yang menerima haba melalui perolakan. Terdapat tiub bersirip yang

disertakan untuk meningkatkan kadar pemindahan haba ,kecuali untuk beberapa barisan pertama yang mana akan mennerima haba terus secara sinaran. Pembakaran ( buners) dilaras dalam dinding mendatar yang membentuk dasar relau tersebut dan nyalaan dihala menegak .

2. faktor yang perlu dipertimbangkan adalah :

i. Suhu yang melampau ( extreme temperature ). Pendedahan kepada suhu yang melebihi hadnya boleh menyebabkan bahan bata tahan panas mencair dan

akibatnya operasi relau gagal . ii. Kejutan haba ( thermal shock ). Suhu turun naik yang kerap dan melampau

boleh menyebabkan bata tahan panas hancur . iii. Tegasan mekanikal ( mechanical stress ) . Getaran yang tidak sempurna boleh

menyebabkan kepada kemerosotan bahan . Tegasan yang disebabkan oleh pengembangan dan pengecutan stuktur boleh menyebabkan kehilangan kepada cantuman pelapik ( lining intergrity ) .

iv. Hakisan ( erosion ) . Zarah halus yang melapau seperti habuk yang berterbangan dan pemangkin yang dibawa pada halaju tinggi di dalam alur gas cerombong ( flue gas ) boleh menyebabkan hakisan kepada bahan tahan panas .

v. Serangan kimia ( chemical attack ) . Sesetengah bahan api mengandungi kandungan yang boleh bertindak pada bahan tahan panas tersebut ,


menyebabkan terhasilnya jermang ( slagging ) dan mengakibatkan kegagalan kepada pelapik bahan tahan panas .

vi. Kos . Pengiraan kepada kos bahan tahan panas dan jenis rekabentuk adalah sukar disebabkan bahan yang mempunyai ciri ciri penebat yang baik selalunya tidak tahan kepada kekuatan mekanikal .

3. Stack ( paip tumpu ) Ianya terdiri daripada paip tumpu dan peredam ( damper ) . Fungsi utama paip tumpu ialah untuk menarik aliran udara hasil pembakaran di dalam relau. Paip tumpu hanya akan beroperasi pada tekanan negatif ( negatif pressure ) dan selalunya lebih rendah daripada tekanan atmosfera . Ianya merupakan bahagian ekzos bagi relau untuk mengeluarkan gas panas yang tidak digunakan lagi dari relau . Hubungan di antara diameter paip tumpu dan ketinggian paip tumpu ada kaitan dengan kos operasi .

4. Operasi relau Haba yang diperlukan di dalam proses selalunya berubah ubah ,maka jumlah bahan api dan pembakaran udara mestilah dikawal iaitu dengan mengawal pembakarannya .Pembakaran bahan api relau dikawal secara automatik . Operasi umum bagi sesebuah

relau adalah sama seperti dandang ( boiler ) atau pemanas proses ( process heater ). Bekalan tetap (feed ) akan dialirkan masuk ke dalam relau , melalui tiub tiub yang disusun secar menegak dan juga mendatar , di mana haba panas yang dihasilkan oleh penunu di sebelah bawah akan menyemburkan api melintasi tiub- tiub tersebut . Ini akan menyebabkan produk tadi menerima sejumlah haba dan seterusnya mengalami kenaikan suhu pada kadar yang diperlukan . Sebenarnya kadar penerimaan haba bergantung kepada rekabentuk sesebuah relau , ada bahagian yang lebih panas berbanding dengan yang lain . Manakala haba panas tadi akan terus dialirkan keluar melalui paip tumpu (stack) relau tersebut yang terletak di sebelah atas . Setelah mengalami perubahan suhu seperti yang dikehendaki , produk akan dialirkan keluar

dari relau tersebut .

TERIMA KASIH KERANA ANDA BERJAYA MENGIKUTI UNIT INI

SEHINGGA KE PENGHUJUNGNYA .

unit4_-_relau

Documents