Sistem Thermal Oil Heater IDM 600.000–2.000.000 Kcal/Jam

Sistem thermal oil heater telah membantu banyak industri mendapatkan temperatur proses tinggi tanpa harus mengoperasikan sistem pada tekanan setinggi steam boiler. Teknologi ini menggunakan thermal oil sebagai media pembawa panas yang bersirkulasi dari heater menuju mesin produksi, kemudian kembali ke heater untuk dipanaskan ulang.

PT Indira Mitra Boiler menyediakan Thermal Oil Heater IDM dalam berbagai tipe dan kapasitas, termasuk seri yang banyak digunakan untuk kebutuhan industri:

• 600.000 kcal/jam
• 800.000 kcal/jam
• 1.000.000 kcal/jam
• 1.200.000 kcal/jam
• 1.500.000 kcal/jam
• 2.000.000 kcal/jam

Kapasitas tersebut dapat disesuaikan dengan temperatur operasi, jenis produk, waktu pemanasan, beban proses, jenis bahan bakar, dan konfigurasi instalasi pelanggan.

Apa Itu Thermal Oil Heater?

Thermal oil heater adalah sistem pemanas tidak langsung yang menggunakan fluida perpindahan panas untuk membawa energi menuju mesin pengguna. Thermal oil dipanaskan di dalam coil heater, kemudian circulation pump mengalirkannya menuju heat exchanger, reactor, dryer, hot press, oven, atau peralatan proses lainnya.

Setelah panasnya diserap oleh proses, thermal oil dengan temperatur lebih rendah kembali ke heater melalui return line. Siklus tersebut berlangsung secara tertutup dan terus-menerus selama sistem beroperasi.

Aliran sederhananya adalah:

1. Thermal oil dari return line masuk ke circulation pump.
2. Pompa mendorong thermal oil menuju coil heater.
3. Burner memanaskan fluida di dalam coil.
4. Thermal oil panas keluar melalui supply line.
5. Energi panas dipindahkan menuju mesin produksi.
6. Thermal oil kembali ke heater untuk dipanaskan ulang.

Tidak seperti steam boiler, thermal oil tidak dirancang untuk mengalami perubahan fase menjadi uap pada operasi normal. Fluida tetap berada dalam fase cair selama bersirkulasi.

Keunggulan Sistem Thermal Oil Heater

Mencapai temperatur tinggi dengan tekanan relatif rendah

Pada steam system, peningkatan temperatur uap jenuh selalu diikuti peningkatan tekanan. Thermal oil dapat mencapai temperatur proses tinggi tanpa memerlukan tekanan saturasi seperti pada sistem steam.

Meskipun demikian, sistem thermal oil bukan berarti selalu beroperasi tepat pada tekanan atmosfer. Tekanan tetap terbentuk akibat kerja circulation pump, hambatan aliran pipa, perbedaan elevasi, control valve, dan pressure drop pada mesin pengguna.

Tekanan desain sistem harus tetap memperhitungkan:

• Discharge pressure circulation pump
• Static head
• Pressure drop coil
• Pressure drop pipa
• Control valve
• Heat exchanger
• Margin keselamatan

Tidak menghasilkan flash steam

Pada sistem steam, kondensat bertekanan yang masuk ke tekanan lebih rendah dapat menghasilkan flash steam. Apabila tidak dimanfaatkan, sebagian energinya dapat terbuang.

Dalam sistem thermal oil, tidak terjadi pembentukan kondensat seperti pada steam system karena fluida tidak mengalami perubahan fase selama operasi normal. Oleh karena itu, sistem tidak memerlukan steam trap dan condensate return dengan fungsi yang sama seperti instalasi uap.

Tidak membutuhkan boiler-water treatment

Thermal oil system tidak membutuhkan water softener, chemical dosing air boiler, dan pengendalian TDS seperti steam boiler. Sistem ini juga tidak membutuhkan continuous blowdown untuk mengontrol konsentrasi mineral.

Namun, thermal oil tetap memerlukan pemantauan kualitas. Fluida dapat mengalami:

• Oksidasi
• Thermal cracking
• Penurunan viskositas
• Pembentukan sludge
• Peningkatan karbon
• Penurunan flash point
• Kontaminasi air atau bahan proses

Pengambilan sampel dan analisis laboratorium secara berkala tetap direkomendasikan.

Kehilangan panas relatif mudah dikendalikan

Sistem tertutup memungkinkan thermal oil digunakan berulang kali. Jika pipa, valve, heater, expansion tank, dan mesin pengguna diinsulasi dengan baik, kehilangan panas dapat ditekan.

Efisiensi sistem tetap dipengaruhi oleh desain burner, temperatur gas buang, insulation, panjang pipa, kebocoran, dan pola operasi.

Temperatur proses lebih stabil

Thermal oil mempunyai kemampuan menyimpan dan membawa panas sehingga cocok untuk proses yang memerlukan temperatur stabil. Control valve, three-way valve, atau pengaturan burner modulating dapat digunakan untuk mempertahankan set point.

Temperatur Operasi Thermal Oil

Thermal oil tertentu dapat digunakan hingga sekitar 300–350°C, tetapi batas aktual harus mengikuti spesifikasi produsennya. Tidak semua fluida aman dioperasikan sampai 350°C.

Terdapat beberapa parameter yang harus dibedakan:

• Maximum bulk temperature: temperatur maksimum rata-rata fluida.
• Maximum film temperature: temperatur maksimum pada lapisan fluida yang bersentuhan dengan dinding coil.
• Flash point: temperatur ketika uap fluida dapat menyala sesaat.
• Fire point: temperatur ketika pembakaran dapat berlanjut.
• Pour point: temperatur terendah ketika fluida masih dapat mengalir.

Film temperature dapat lebih tinggi daripada bulk temperature. Jika heat flux terlalu besar atau flow thermal oil terlalu rendah, lapisan fluida di dekat dinding coil dapat mengalami overheating dan membentuk deposit karbon.

Karena itu, burner harus di-interlock dengan circulation pump dan flow switch. Burner tidak boleh beroperasi apabila aliran thermal oil berada di bawah batas aman.

Apakah Thermal Oil Bebas Korosi dan Beku?

Thermal oil tidak menimbulkan kerak mineral seperti air boiler dan mempunyai risiko korosi internal yang lebih rendah apabila sistem bersih serta tidak terkontaminasi air. Namun, klaim bahwa sistem sepenuhnya bebas korosi tidak selalu tepat.

Korosi tetap dapat terjadi akibat:

• Air masuk ke dalam sistem
• Oksidasi thermal oil
• Kebocoran produk proses
• Kondensasi pada expansion tank
• Material tidak kompatibel
• Penyimpanan fluida yang buruk
• Sistem dibiarkan terbuka terhadap udara

Thermal oil juga mempunyai pour point yang berbeda-beda. Beberapa jenis masih dapat dipompa pada temperatur di bawah 0°C, sedangkan jenis lainnya menjadi sangat kental. Pemilihan fluida harus memperhatikan temperatur lingkungan terendah di lokasi.

Kapasitas Thermal Oil Heater IDM

Konversi menggunakan pendekatan:

1 kW≈860 kcal/jam1\ \text{kW}\approx860\ \text{kcal/jam}

Kapasitas heater tidak boleh dipilih hanya dari ukuran tangki atau jumlah mesin. Perhitungan harus memasukkan pemanasan produk, body mesin, kehilangan panas, waktu pemanasan, dan beban produksi kontinu.

Komponen Sistem Thermal Oil Heater

Sistem Thermal Oil Heater IDM dapat terdiri dari:

Thermal oil heater body

Body heater menjadi rumah bagi coil, ruang bakar, insulation, dan jalur gas buang.

Heating coil

Coil menjadi tempat thermal oil mengalir dan menerima panas dari pembakaran. Diameter, panjang, ketebalan, kecepatan aliran, serta material coil harus dihitung berdasarkan kapasitas dan temperatur desain.

Burner

Burner dapat menggunakan:

• Natural gas
• CNG
• LPG
• Solar
• Heavy oil tertentu
• Waste oil yang telah dikondisikan
• Biofuel tertentu
• Dual fuel

Sistem burner modulating direkomendasikan untuk menjaga temperatur supply tetap stabil.

Circulation pump

Circulation pump menjaga thermal oil mengalir melewati coil dan seluruh jaringan. Pemilihannya berdasarkan flow rate, total head, temperatur fluida, viskositas, dan mechanical seal yang sesuai.

Expansion tank

Expansion tank menampung pertambahan volume thermal oil ketika temperatur meningkat. Tangki ini juga menjadi titik penting untuk deaeration dan pengendalian tekanan sistem.

Expansion tank perlu ditempatkan serta dirancang agar thermal oil panas tidak terus-menerus bersentuhan dengan udara. Pada sistem temperatur tinggi, nitrogen blanketing dapat dipertimbangkan untuk mengurangi oksidasi.

Sump tank

Sump tank digunakan untuk menampung thermal oil ketika dilakukan pengosongan sistem, perawatan, atau kondisi tertentu.

Transfer pump

Transfer pump membantu mengisi thermal oil dari sump tank menuju sistem atau mengosongkan instalasi ketika diperlukan.

Control panel

Panel mengontrol burner, circulation pump, temperatur, pressure, flow, alarm, dan interlock keselamatan.

Chimney

Chimney membuang gas pembakaran. Diameter dan tingginya ditentukan berdasarkan kapasitas burner, pressure drop, draft, serta kondisi lokasi.

Studi Kasus Thermal Oil Heater 2.000.000 Kcal/Jam

Sebuah pabrik membutuhkan thermal oil untuk melayani beberapa mesin produksi secara bersamaan:

Total kebutuhan proses mencapai:

Qtotal=1.800.000 kcal/jamQ_{\text{total}}=1.800.000\ \text{kcal/jam}

Apabila digunakan margin desain sekitar 10%:

Qdesain=1.800.000×1,10Q_{\text{desain}} = 1.800.000 \times 1,10 Qdesain=1.980.000 kcal/jamQ_{\text{desain}} = 1.980.000\ \text{kcal/jam}

Berdasarkan perhitungan tersebut, Thermal Oil Heater IDM 2.000.000 kcal/jam dapat dipertimbangkan.

Namun, kecukupannya tetap harus diverifikasi berdasarkan:

• Apakah seluruh mesin beroperasi bersamaan
• Temperatur supply dan return
• Waktu heat-up
• Massa produk per batch
• Kehilangan panas aktual
• Kondisi insulation
• Efisiensi heat exchanger
• Rencana penambahan mesin

Jika seluruh mesin membutuhkan panas maksimum pada waktu yang sama, margin 1% setelah pembulatan terlalu kecil. Dalam kondisi tersebut, pengaturan sequence beban atau pemilihan heater yang lebih besar dapat dipertimbangkan.

Perhitungan Flow Thermal Oil

Misalkan kapasitas heater adalah 2.000.000 kcal/jam dengan temperatur:

• Supply thermal oil: 280°C
• Return thermal oil: 248°C
• Delta temperatur: 32°C
• Specific heat rata-rata: 0,55 kcal/kg°C

Mass flow thermal oil:

m˙=2.000.0000,55×32\dot m = \frac{2.000.000} {0,55\times32} m˙=113.636 kg/jam\dot m = 113.636\ \text{kg/jam}

Jika densitas thermal oil pada temperatur operasi diperkirakan 750 kg/m³:

V˙=113.636750\dot V = \frac{113.636}{750} V˙=151,5 m3/jam\dot V = 151,5\ \text{m}^3/\text{jam}

Dengan mempertimbangkan margin dan data aktual fluida, circulation pump pada kisaran 160–180 m³/jam dapat dipertimbangkan. Head pompa harus dihitung dari pressure drop keseluruhan jaringan.

Angka final wajib menggunakan data specific heat, densitas, viskositas, dan kurva pompa pada temperatur operasi.

Estimasi Konsumsi Solar

Kapasitas output heater:

2.000.000 kcal/jam2.000.000\ \text{kcal/jam}

Jika efisiensi heater diasumsikan 85%, kebutuhan energi bahan bakar:

Qinput=2.000.0000,85=2.352.941 kcal/jamQ_{\text{input}} = \frac{2.000.000}{0,85} = 2.352.941\ \text{kcal/jam}

Dengan nilai kalor solar sekitar 8.500–8.700 kcal/liter, estimasi konsumsi adalah:

Konsumsi solar=2.352.9418.600\text{Konsumsi solar} = \frac{2.352.941}{8.600} Konsumsi solar≈274 liter/jam\text{Konsumsi solar} \approx274\ \text{liter/jam}

Jadi, konsumsi solar pada beban penuh dapat diperkirakan sekitar 270–280 liter per jam.

Konsumsi aktual dapat lebih rendah ketika burner bekerja pada beban parsial atau lebih tinggi apabila efisiensi turun. Nilai kalor bahan bakar harus dikonfirmasi dari pemasok.

Studi Banding Thermal Oil dan Steam Boiler

Kapan Memilih Thermal Oil Heater?

Thermal oil heater lebih sesuai apabila:

• Proses membutuhkan temperatur 150–350°C
• Dibutuhkan kontrol temperatur yang stabil
• Uap tidak bersentuhan langsung dengan produk
• Mesin menggunakan jacket atau heat exchanger
• Tekanan operasi ingin dijaga relatif rendah
• Tidak tersedia sistem water treatment
• Proses berlangsung secara kontinu
• Beberapa mesin membutuhkan temperatur berbeda

Steam boiler lebih sesuai apabila:

• Uap digunakan langsung pada proses
• Dibutuhkan sterilisasi
• Mesin telah dirancang menggunakan steam
• Kondensasi uap dimanfaatkan untuk perpindahan panas
• Temperatur proses berada dalam rentang sistem steam
• Pabrik sudah mempunyai jaringan condensate return

Sistem Keselamatan Thermal Oil Heater

Thermal oil heater harus dilengkapi sistem pengaman karena fluida beroperasi pada temperatur tinggi dan sebagian besar bersifat mudah terbakar.

Perangkat keselamatan dapat mencakup:

• Low-flow trip
• Low-pressure alarm
• High-pressure trip
• High-temperature cut-off
• High stack temperature alarm
• Expansion tank level alarm
• Flame failure protection
• Pump failure interlock
• Differential pressure monitoring
• Emergency stop
• Thermal oil leakage detection
• Burner lockout
• Motor overload protection
• Safety relief device sesuai desain

Burner harus berhenti otomatis apabila circulation pump gagal atau aliran thermal oil turun di bawah batas aman.

Perawatan Thermal Oil Heater

Perawatan berkala meliputi:

• Memeriksa kebocoran thermal oil
• Mencatat supply dan return temperature
• Memantau differential pressure
• Memeriksa circulation pump
• Membersihkan burner
• Melakukan combustion tuning
• Memeriksa insulation
• Memeriksa level expansion tank
• Membersihkan strainer
• Menguji alarm dan interlock
• Mengambil sampel thermal oil
• Memeriksa deposit karbon di dalam coil
• Mengukur ketebalan coil secara berkala

Kenaikan differential pressure dapat menunjukkan strainer tersumbat atau terbentuknya deposit dalam sistem. Sementara itu, penurunan flash point thermal oil dapat mengindikasikan thermal cracking atau kontaminasi.

Kesimpulan

Thermal Oil Heater IDM kapasitas 600.000–2.000.000 kcal/jam menjadi solusi pemanasan untuk industri yang membutuhkan temperatur tinggi, kontrol stabil, dan distribusi panas melalui sistem tertutup.

Sistem ini tidak membutuhkan water treatment, steam trap, condensate return, atau blowdown seperti pada steam boiler. Namun, thermal oil tetap memerlukan pengawasan kualitas, kontrol oksidasi, pemeriksaan kebocoran, dan pengujian keselamatan secara berkala.

Dalam studi kasus kebutuhan panas 1.800.000 kcal/jam, unit 2.000.000 kcal/jam dapat dipertimbangkan setelah memperhitungkan pola operasi dan margin desain. Perhitungan kapasitas final harus memasukkan data produk, waktu heat-up, supply-return temperature, jenis thermal oil, kebutuhan flow, pressure drop, dan efisiensi sistem.