Lima Komponen Utama Sistem Thermal Oil

Agar temperatur thermal oil tetap stabil dan sistem dapat beroperasi dengan baik, diperlukan beberapa komponen yang bekerja sebagai satu kesatuan. Meskipun setiap instalasi memiliki kapasitas dan konfigurasi berbeda, prinsip dasarnya tetap sama.

Berikut lima komponen utama dalam sistem thermal oil heater.

1. Thermal Oil Heater

Thermal oil heater merupakan peralatan utama yang memindahkan panas hasil pembakaran atau energi listrik ke fluida thermal oil.

Pada tipe fired heater, thermal oil mengalir di dalam coil. Sementara itu, gas panas hasil pembakaran mengalir melalui bagian luar coil. Energi panas kemudian berpindah melalui dinding pipa menuju thermal oil.

Komponen thermal oil heater umumnya terdiri dari:

• Body atau casing
• Heating coil
• Combustion chamber
• Insulation
• Stainless-steel atau aluminium cladding
• Access door
• Flue-gas outlet
• Inlet dan outlet thermal oil
• Drain connection
• Instrument connection

Desain coil harus mempertimbangkan kapasitas panas, kecepatan aliran, tekanan, temperatur film, pressure drop, dan sifat thermal oil.

Apabila aliran thermal oil terlalu rendah, temperatur permukaan coil dapat meningkat. Kondisi tersebut dapat mempercepat kerusakan fluida, membentuk carbon deposit, dan menyebabkan overheating pada pipa.

2. Burner atau Sumber Panas

Burner menghasilkan energi panas melalui proses pembakaran bahan bakar. Jenis burner dipilih berdasarkan kapasitas heater dan bahan bakar yang tersedia.

Pilihan bahan bakarnya antara lain:

• Natural gas
• CNG
• LPG
• Solar
• Heavy fuel oil
• Waste oil yang telah diolah
• Dual fuel

Burner dapat bekerja dengan sistem:

• One-stage
• Two-stage
• Progressive two-stage
• Modulating

Untuk proses yang membutuhkan temperatur stabil, burner modulating lebih mudah mengikuti perubahan beban panas. Kapasitas burner akan naik atau turun berdasarkan sinyal dari temperature controller.

Burner dilengkapi beberapa komponen keselamatan, seperti control box, flame sensor, solenoid valve, pressure switch, ignition electrode, dan air pressure switch.

3. Circulation Pump

Circulation pump mengalirkan thermal oil dari heater menuju peralatan pengguna panas. Setelah melepaskan energi di heat exchanger, reactor, dryer, oven, atau tank coil, thermal oil kembali ke heater untuk dipanaskan ulang.

Pompa harus menghasilkan flow yang cukup agar kecepatan thermal oil di dalam coil tetap sesuai desain. Selain itu, pump head harus mampu mengatasi seluruh hambatan dalam sistem.

Hambatan tersebut berasal dari:

• Coil thermal oil heater
• Panjang dan diameter pipa
• Elbow serta fitting
• Valve
• Strainer
• Heat exchanger
• Perbedaan elevasi
• Viskositas thermal oil

Pemilihan pompa tidak boleh hanya didasarkan pada kapasitas heater. Perhitungan hydraulic diperlukan untuk menentukan flow rate, pump head, daya motor, dan nilai NPSH.

Untuk aplikasi kritis, sistem dapat menggunakan dua pompa:

• Satu circulation pump beroperasi
• Satu circulation pump menjadi standby

Apabila pompa utama mengalami gangguan, pompa standby dapat diaktifkan untuk menjaga sirkulasi.

4. Expansion Tank

Expansion tank menampung pertambahan volume thermal oil ketika temperatur meningkat. Volume thermal oil dapat berubah cukup besar dari kondisi dingin menuju temperatur operasi.

Selain menampung ekspansi, tangki ini berfungsi untuk:

• Menjaga volume thermal oil dalam sistem
• Membantu proses deaeration
• Mengeluarkan udara dan gas
• Menyediakan static head pada sisi suction pompa
• Menjadi titik pengisian thermal oil
• Menunjukkan perubahan level fluida

Expansion tank biasanya ditempatkan pada titik tertinggi sistem. Namun, tangki perlu dilindungi dari sirkulasi fluida panas yang berlebihan.

Kapasitas expansion tank harus dihitung berdasarkan:

• Total volume sistem
• Jenis thermal oil
• Koefisien ekspansi fluida
• Temperatur pengisian
• Temperatur operasi maksimum
• Minimum operating level
• Maximum operating level
• Ruang ekspansi yang dibutuhkan

Tangki yang terlalu kecil dapat menyebabkan overflow ketika thermal oil memuai. Sebaliknya, tangki yang terlalu besar membutuhkan ruang dan biaya lebih tinggi.

5. Sistem Kontrol dan Pengaman

Sistem kontrol dan pengaman mengatur operasi burner, circulation pump, temperatur, tekanan, serta aliran thermal oil.

Panel kontrol menerima sinyal dari berbagai sensor. Selanjutnya, controller menentukan apakah burner dapat menyala, meningkatkan kapasitas, menurunkan kapasitas, atau berhenti.

Instrumen yang umum digunakan meliputi:

• Temperature sensor pada outlet
• Temperature sensor pada inlet
• High-temperature limiter
• Pressure gauge
• Pressure switch
• Differential-pressure switch
• Flow switch
• Expansion tank level switch
• Flame detector
• Pump overload
• Emergency stop

Urutan dasar operasinya adalah:

1. Operator mengaktifkan circulation pump.
2. Flow switch memastikan thermal oil bersirkulasi.
3. Control panel memeriksa seluruh interlock.
4. Burner menerima izin untuk menyala.
5. Thermal oil dipanaskan secara bertahap.
6. Temperature controller mengatur kapasitas burner.
7. Sistem mempertahankan temperatur sesuai set point.
8. Burner berhenti jika terjadi low flow atau temperatur terlalu tinggi.

Burner tidak boleh menyala jika circulation pump belum beroperasi atau aliran thermal oil tidak mencukupi. Interlock tersebut penting untuk mencegah overheating pada coil.

Komponen Pendukung Sistem Thermal Oil

Selain lima komponen utama tersebut, instalasi thermal oil juga membutuhkan beberapa komponen pendukung:

• Sump tank
• Transfer pump
• Piping thermal oil
• Strainer
• Isolation valve
• Control valve
• Bypass line
• Drain dan vent
• Heat exchanger
• Stack atau cerobong
• Insulasi piping
• Nitrogen blanketing system
• Fire-safety system

Sump tank digunakan untuk menampung thermal oil saat sistem dikosongkan untuk maintenance. Sementara itu, transfer pump membantu proses pengisian atau pemindahan fluida.

Alur Kerja Sistem Thermal Oil

Secara umum, proses sirkulasi thermal oil berlangsung sebagai berikut:

Expansion Tank → Circulation Pump → Thermal Oil Heater → Peralatan Proses → Return Line → Circulation Pump

Circulation pump mengalirkan fluida menuju heater. Kemudian, burner memanaskan thermal oil yang mengalir di dalam coil.

Setelah mencapai temperatur tertentu, fluida panas bergerak menuju peralatan proses. Thermal oil melepaskan sebagian energinya, lalu kembali ke sisi suction pump untuk dipanaskan ulang.

Proses tersebut berlangsung secara terus-menerus selama sistem beroperasi.

Kesimpulan

Lima komponen utama sistem thermal oil terdiri dari:

1. Thermal oil heater
2. Burner atau sumber panas
3. Circulation pump
4. Expansion tank
5. Sistem kontrol dan pengaman

Kelima komponen tersebut harus dirancang sebagai satu sistem. Heater yang memiliki kapasitas besar tidak dapat bekerja dengan aman tanpa flow pompa yang mencukupi. Demikian pula, burner tidak boleh beroperasi tanpa interlock aliran, pengaman temperatur, dan expansion tank yang sesuai.

Catatan teknis: Kapasitas heater, burner, circulation pump, expansion tank, diameter piping, serta sistem keselamatan harus ditentukan berdasarkan perhitungan engineering dan data proses aktual.

Thermal oil heater produksi PT Indira Mitra Boiler tersedia dalam konfigurasi horizontal maupun vertikal. Tipe horizontal memiliki ketinggian relatif rendah sehingga sesuai untuk ruangan dengan batas tinggi tertentu. Sementara itu, tipe vertikal mempunyai kebutuhan area lantai yang lebih kecil.

Unit dapat disuplai lengkap dengan:

• Body thermal oil heater
• Coil pemanas
• Burner
• Circulation pump skid
• Expansion tank
• Sump tank
• Instrumentasi
• Sistem pengaman
• Panel kontrol
• Insulasi dan stainless-steel cladding
• Stack atau cerobong
• Dokumen teknis
• Sertifikat sesuai kebutuhan dan ruang lingkup pengadaan

Konfigurasi serta kapasitas setiap komponen disesuaikan dengan temperatur proses, jenis thermal oil, kebutuhan panas, bahan bakar, dan kondisi instalasi.

Thermal Oil Heater 1.000.000 Kcal/Jam

Spesifikasi Thermal Oil Heater

Spesifikasi tersebut mencakup beberapa pilihan kapasitas dalam rentang 600.000 sampai 1.000.000 kcal/jam. Oleh karena itu, angka minimum dan maksimum bukan selalu spesifikasi satu unit yang sama.

Konversi Kapasitas Thermal Oil Heater

Konversi kapasitas dari kcal/jam menjadi kW menggunakan perhitungan:

$$1\text{kW}\approx 860\text{kcal/jam}$$

Dengan demikian:

$$600.000÷860\approx 698\text{kW}$$

Sementara itu:

$$\mathrm{1.000.000}÷860\approx 1.163\text{kW}$$

Jadi, rentang kapasitas keluaran thermal oil heater tersebut setara dengan sekitar 698–1.163 kW.

Burner harus dipilih berdasarkan input panas yang dibutuhkan, bukan hanya kapasitas output thermal oil heater. Apabila efisiensi desain sekitar 88%, kebutuhan input burner dapat diperkirakan sebagai berikut:

Burner sebaiknya memiliki kapasitas yang mencakup kebutuhan minimum dan maksimum sistem. Untuk proses dengan perubahan beban, tipe two-stage atau modulating dapat membantu menjaga temperatur thermal oil lebih stabil.

Konfigurasi Horizontal dan Vertikal

Thermal Oil Heater Horizontal

Tipe horizontal mempunyai posisi coil dan body memanjang secara mendatar. Konfigurasi ini dapat dipilih jika ruang instalasi memiliki area lantai yang cukup, tetapi terdapat batas tinggi bangunan.

Beberapa pertimbangannya meliputi:

• Ketinggian unit lebih rendah
• Akses bagian depan dan belakang relatif mudah
• Membutuhkan area lantai lebih panjang
• Layout burner dan stack dapat disesuaikan
• Maintenance coil mengikuti desain access door

Thermal Oil Heater Vertikal

Tipe vertikal menggunakan body dan coil dalam posisi tegak. Desain ini sesuai untuk pabrik yang mempunyai area lantai terbatas.

Beberapa kelebihannya adalah:

• Footprint lebih kecil
• Layout instalasi lebih kompak
• Dapat ditempatkan pada ruang terbatas
• Posisi burner dapat disesuaikan dengan desain
• Jalur thermal oil lebih mudah diatur pada layout tertentu

Pemilihan horizontal atau vertikal tidak hanya berdasarkan luas ruangan. Akses maintenance, posisi stack, fondasi, tinggi bangunan, jalur piping, dan lokasi expansion tank juga perlu diperhitungkan.

Coil Thermal Oil Heater

Coil merupakan bagian utama yang menerima panas dari hasil pembakaran. Thermal oil bersirkulasi di dalam coil, sedangkan gas panas dari burner mengalir melalui jalur perpindahan panas di sisi luarnya.

Desain coil harus mempertimbangkan:

• Kapasitas panas
• Kecepatan aliran thermal oil
• Pressure drop
• Temperatur film
• Material pipa
• Ketebalan pipa
• Corrosion allowance
• Thermal expansion
• Tekanan desain
• Temperatur desain
• Jumlah pass
• Kemudahan inspeksi

Aliran thermal oil harus tetap tersedia selama burner beroperasi. Jika sirkulasi berhenti, temperatur film pada dinding coil dapat meningkat dengan cepat. Kondisi tersebut dapat mempercepat degradasi oli, membentuk carbon deposit, dan merusak coil.

Circulation Pump

Circulation pump mengalirkan thermal oil dari heater menuju peralatan proses, kemudian mengembalikannya ke heater. Untuk rentang kapasitas ini, flow rate awal dapat berada sekitar 40–60 m³/jam dengan head sekitar 40–80 meter.

Namun, kapasitas pompa final harus dihitung berdasarkan:

• Total panjang pipa
• Diameter pipa
• Jumlah elbow dan valve
• Pressure drop heater
• Pressure drop heat exchanger
• Viskositas thermal oil
• Temperatur start-up
• Flow minimum coil
• Elevasi dan layout sistem

Thermal oil memiliki viskositas lebih tinggi saat dingin. Oleh sebab itu, kemampuan motor dan pompa saat cold start harus dianalisis agar motor tidak mengalami overload.

Sistem dapat menggunakan satu pompa operasi dan satu pompa standby untuk aplikasi yang membutuhkan keandalan tinggi.

Expansion Tank

Expansion tank menampung pertambahan volume thermal oil ketika temperatur meningkat. Tangki ini juga membantu proses deaeration, venting, dan pengaturan volume sistem.

Kapasitas awal expansion tank berada pada rentang 400–1.000 liter. Meskipun demikian, ukuran final harus dihitung berdasarkan:

• Total volume thermal oil dalam sistem
• Koefisien ekspansi oli
• Temperatur pengisian
• Temperatur operasi maksimum
• Minimum operating level
• Maximum operating level
• Ruang ekspansi yang dibutuhkan
• Sistem nitrogen blanketing jika digunakan

Expansion tank biasanya ditempatkan pada titik tinggi sistem. Lokasinya perlu diatur agar temperatur oli di dalam tangki tetap berada dalam batas aman dan tidak menerima sirkulasi panas berlebihan.

Sump Tank

Sump tank digunakan untuk menampung thermal oil ketika sistem dikosongkan saat maintenance atau keadaan tertentu. Kapasitasnya dapat berada pada rentang 400–1.000 liter, sesuai volume yang perlu ditampung.

Untuk sistem yang besar, sump tank harus dihitung agar mampu menerima volume drain yang direncanakan. Tangki dapat dilengkapi:

• Level indicator
• Vent
• Drain valve
• Transfer pump
• Manhole
• Temperature indicator
• Strainer
• Connection menuju thermal oil system

Panel Kontrol Thermal Oil Heater

kontrol menggunakan komponen Schneider atau merek setara dengan enclosure hingga IP66 sesuai kondisi pemasangan.

dapat mengendalikan:

• Burner
• Circulation pump
• Standby pump
• Temperature controller
• Pressure switch
• Differential-pressure switch
• Flow switch
• Expansion tank level
• Alarm suhu tinggi
• Emergency stop
• Interlock proses
• Indikator operasi

Sistem interlock harus memastikan burner tidak dapat menyala apabila aliran thermal oil belum tersedia.

Beberapa proteksi yang dapat diterapkan antara lain:

• Low-flow trip
• High outlet temperature trip
• High film temperature trip
• Low expansion tank level
• Circulation pump overload
• Burner flame failure
• High pressure
• Emergency stop
• Power failure alarm

Konsumsi Bahan Bakar

Konsumsi bahan bakar dipengaruhi oleh kapasitas aktual, nilai kalor bahan bakar, efisiensi heater, temperatur gas buang, excess air, serta kondisi coil.

 Light Oil

Perkiraan konsumsi light oil berada pada rentang sekitar 60–100 kg/jam pada beban maksimum masing-masing model.

Angka aktual harus dihitung menggunakan nilai kalor bahan bakar:

Konsumsi bahan bakar=Nilai kalor×EfisiensiKebutuhan panas​

Natural Gas

Perkiraan konsumsi natural gas berada pada rentang 75–150 Nm³/jam. Perbedaan nilai kalor gas dari pemasok dapat memengaruhi konsumsi aktual.

Sebelum memilih gas train dan burner, dibutuhkan data:

• Komposisi gas
• Lower heating value
• Tekanan gas tersedia
• Minimum dan maksimum pressure
• Kapasitas flow
• Temperatur gas
• Kebutuhan regulator
• Ukuran gas train

Stack atau Cerobong

Stack mengalirkan gas hasil pembakaran menuju atmosfer. Rentang diameter awal sekitar Ø350–380 mm, sedangkan tinggi cerobong sekitar 6–9 meter.

Ukuran final stack perlu ditentukan berdasarkan:

• Kapasitas burner
• Volume gas buang
• Temperatur gas buang
• Draft requirement
• Pressure drop
• Ketinggian bangunan
• Kondisi lingkungan
• Ketentuan emisi setempat

Stack dapat dilengkapi inspection door, drain, sampling point, support, dan rain cap sesuai desain.

Aplikasi Thermal Oil Heater

Thermal oil heater digunakan ketika proses membutuhkan temperatur tinggi tanpa tekanan kerja setinggi sistem steam pada temperatur yang sama. Sistem ini dapat mendistribusikan panas menuju heat exchanger, reactor, tank coil, dryer, oven, press, atau peralatan proses lain.

Industri Farmasi

Dalam industri farmasi, thermal oil dapat digunakan untuk memanaskan reactor, dryer, mixing tank, dan peralatan proses lain. Pemilihan heat-transfer fluid harus mempertimbangkan temperatur, kebersihan, serta persyaratan proses.

Industri Plastik dan Karet

Thermal oil heater dapat memasok panas untuk:

• Hot press
• Extruder
• Moulding machine
• Rubber mixing
• Laminating
• Reactor
• Drying system

Kontrol temperatur yang stabil membantu menjaga kualitas produk plastik dan karet.

Industri Tekstil dan Laundry

Pada industri tekstil, thermal oil digunakan untuk stenter, dryer, calendar, printing, dan mesin finishing. Sementara itu, aplikasi laundry industri dapat menggunakan thermal oil untuk dryer atau heat exchanger tertentu.

Industri Makanan dan Minuman

Thermal oil dapat digunakan untuk fryer, oven, roaster, mixing tank, cooking vessel, dan indirect heating system.

Untuk aplikasi makanan, heat exchanger harus dirancang agar thermal oil tidak bersentuhan langsung dengan produk. Pemilihan food-grade thermal fluid dapat diperlukan sesuai analisis risiko.

Industri Minyak dan Gas

Dalam pengolahan minyak dan gas, thermal oil dapat digunakan untuk:

• Tank heating
• Crude oil heating
• Fuel oil heating
• Heat exchanger
• Separator
• Process heater
• Pipeline heating

Material dan sistem pengaman harus disesuaikan dengan area berbahaya serta karakter fluida proses.

Industri Kayu

Thermal oil heater digunakan untuk hot press, plywood production, veneer dryer, wood dryer, dan laminating process. Sistem ini mampu memasok temperatur yang stabil untuk menjaga kualitas hasil produksi.

Industri Kertas

Aplikasi pada industri kertas meliputi:

• Paper dryer
• Roll heating
• Coating machine
• Hot press
• Glue preparation
• Heat exchanger

Gedung, Hotel, dan Rumah Sakit

Thermal oil dapat digunakan pada sistem pemanasan tidak langsung, laundry, hot-water heat exchanger, dan proses tertentu. Namun, kebutuhan dan kelayakannya harus dibandingkan dengan steam atau hot water boiler.

Industri Marine dan Kapal

Pada kapal, thermal oil heater dapat digunakan untuk:

• Fuel oil heating
• Cargo heating
• Tank heating
• Heater untuk purifier
• Heat exchanger
• Proses pemanasan marine lainnya

Desain marine harus mempertimbangkan klasifikasi kapal, gerakan kapal, ruang mesin, ventilasi, fire safety, dan ketentuan class society.

Industri Logam dan Bahan Bangunan

Thermal oil digunakan pada proses seperti:

• Oven dan furnace tidak langsung
• Metal finishing
• Asphalt heating
• Bitumen tank
• Laminating
• Drying system
• Preheating material

Kesimpulan

Thermal oil heater 600.000–1.000.000 kcal/jam dapat diproduksi dalam konfigurasi horizontal maupun vertikal. Unit dapat dilengkapi burner, circulation pump, expansion tank, sump tank, panel kontrol, sistem pengaman, insulasi, cladding, dan stack.

Spesifikasi final harus ditentukan berdasarkan kebutuhan panas proses, temperatur, jenis thermal oil, pressure drop, layout piping, bahan bakar, dan pola operasi. Circulation pump, expansion tank, burner, serta diameter pipa tidak boleh dipilih hanya berdasarkan kapasitas heater.