Steam Trap (Perangkap Stim)

Float and Thermostatic Steam Trap

Gambar 1

Gambar 2

Suatu malam aku dan pasukan syif aku telah diamanahkan untuk menjalankan proses start-up bagi satu sistem Distilation Column (Rajah 1). Selepas aras Column dipastikan tinggi dan Pump dihidupkan kini tibalah pulak giliran memperkenalkan stim (Introduce) kepada Reboiler. Injap pengasingan (Isolation Valve) bagi steam supply telah dibuka dan injap bola (Ball Valve) bagi Drain (Bahagian kiri sistem Trap/kanan reboiler) telah dibuka. Apa yang memeningkan kepala adalah tiada aliran stim yang dapat dikesan meskipun injap pengasingan Steam Supply telah dibuka sepenuhnya dan Injap kawalan (Control Valve) bagi stim juga dibuka dengan agak besar (Condensate keluar melalui sistem drain).

Steam Trap ataupun perangkap stim (Aku x pasti ada x loji kat Malaysia menggelarnya perangkap stim) adalah alat yang digunakan untuk memastikan stim mengalir (biasanya stim berada dalam sistem tertutup) dan pertukaran haba berlaku dengan lebih berkesan. Apabila stim telah kehilangan tenaganya akibat pertukaran haba, air yang terkondensasi (Condensate) hasil dari tindak balas tersebut mesti dikeluarkan dan ruang yang dikosongkan oleh Condensate yang telah dikeluarkan tadi telah menjadikan tekanan semasa stim jatuh (Prinsip tekanan adalah memenuhi ruang). Bagi mengekalkan tekanan, penjana stim iaitu Boiler (tiada dalam gambar) akan menghasilkan lebih banyak stim supaya tekanan kembali kepada nilai yang diingini untuk mendapatkan suhu penukaran haba yang dikehendaki (Saturated Temperature; keadaan dimana pada tekanan yang diberi air akan berubah sifat pada suhu yang dikehendaki) dan keadaan ini memberikan bacaan kepada Flowmeter yang stim telah mengalir (percayalah jika tiada pertukaran haba dan tiada trap tidak ada bacaan yang akan diberikan oleh Flowmeter). Condensate yang tidak dikeluarkan dari sistem stim akan menyebabkan pertukaran haba menjadi kurang sempurna atau tidak berlaku (bagi kes aku) dan yang paling tidak diingini adalah penukulan stim (steam hammering) yang boleh merosakkan sistem paip secara total. Satu contoh paling mudah Steam Trap adalah Float and Thermostatic Trap (Gambar) condensate yang terkumpul akan mengapungkan pelampung (Float) dan membuka jalan bagi condensate keluar sehingga pelampung kembali jatuh dan menutup laluan.
Antara kerosakan utama Steam Trap adalah:

1. Gagal dalam keadaan terbuka - Steam akan terkeluar dan pembaziran tenaga berlaku.
2. Gagal dalam keadaan tertutup - Penukulan Steam (Hammering)

Bagaimana untuk memastikan steam trap berfungsi atau tidak?

1. (lihat gambar 2) buka injap pengasingan bagi paip pintasan (Bypass Line) jika pertukaran haba (bukannya aliran) menjadi lebih baik, ini bererti trap telah gagal dalam keadaan tertutup.
2. Jika Flow (aliran) bertambah lebih dari biasa ini menunjukkan trap gagal dalam keadaan terbuka.
3. Jika tiada apa2 yang berlaku, kemungkinan besar Reboiler tersumbat atau ada masalah bagi Upstream trap anda.

Dalam kes aku, apa yang terjadi adalah;

Semasa proses Shutdown bagi Distillation Column tersebut, pihak bilik kawalan mendapati aliran stim ke Reboiler masih menunjukkan bacaan meskipun injap kawalan (Control Valve) telah ditutup sepenuhnya. Selepas perkara tersebut disampaikan kepada juruteknik, injap pengasingan pada bahagian kanan (Upstream) Injap kawalan telah ditutup sepenuhnya. Apa yang malang, injap pengasingan ini berada dalam keadaan tutup tidak kedap (Passing). Sekali lagi juruteknik memainkan peranannya iaitu menutup injap pengasingan pada sebelah kiri (Downstream) Trap. Tindakan ini berjaya menghentikan aliran Steam apabila Condensate telah terkumpul didalam sistem sehingga memenuhi dan menutupi sistem Flowmeter.
Semasa proses Start-up juruteknik memulakan Reboiler dengan kaedah SOP (Standard Operation Procedure) bagi reboiler tetapi lupa membuka injap pengasingan pada bahagian kiri (Downstream) Trap. Padan pun Steam tak mengalir.

Heat Transfer Fluid System

Masa sedang mengemaskini bilik studi, aku terjumpa balik nota lama ni. Jadi aku scan dan letak dalam ni. Amik la kalau berminat. Cuma klik atas gambar dan Save as, selamat mencuba.

Puncanya

Selamat hari raya haji buat semua...!
Sebenarnya aku masih dalam mood nak mencari keghairahan, banyak kata2 atau petikan artikel yang nak aku kongsikan bersama. Biar la dulu, nanti takut ada pulak kata aku nak bersyarah.
Loji aku dalam proses start-up selepas sekian lama ( 2 bulan) berhenti kerana tempias kegawatan ekonomi dunia. Oleh kerana tempoh shut-down yang panjang, banyak kerja2 penyelenggaraan yang dilakukan. Antara perkara yang sering dilakukan untuk menjayakan penyelenggaraan ini adalah menutup sumber pemanas paip atau vessel seperti steam tracing dan coil heating. Bebudak baru yang ditugaskan untuk bukak balik benda ni sering menghadapi masalah.
Disini aku nak turunkan petua yang berguna buat korang:

1. Bagi sistem pemanas steam, sumber (supply) biasanya datang dari atas dan kembali ke bawah (return). Ini kerana nak elakan Hammering dan memaksimakan pemindahan habanya. Lagi satu line return mesti ada steam trap.
2. Jika guna air panas, Supply dari bawah dan return kat atas. Ini nak elakan daya graviti yang akan mengurangkan pemindahan haba.

Okey selamat mencuba.

Pemindahan haba

Rajah 1

Rajah 2

Ada satu persamaan mudah yang amat berguna untuk pemahaman tentang asas penukaran haba:

Q = MCp∆T

M= Kadar aliran jisim (g/hr)

Cp= Nilai yang diperlukan untuk menaikan suhu satu unit jisim kepada satu degree (J g^-1 K^-1)

∆T= Perbezaan suhu

Jadi secara mudahnya:

Q = Tenaga yang dihasilkan oleh perubahan suhu sejumlah aliran jisim

Q_H = M_HCp_H(T_HMasukT_HKeluar)

Q_C = M_CCp_C(T_CMasukT_CKeluar)

H – Hot (panas)

C – Cold (sejuk)

Secara teori tenaga yang dibekalkan oleh bahagian panas tidak akan sama dengan yang diambil oleh yang sejuk. Tetapi pada keadaan sebenar ianya dikira sama kerana faktor Insulation yang dipasang.

Q_H = Q_C

Cp korang boleh cari dalam buku kerana ia telah tetap bagi setiap unsur (orang dah kaji). Bagi satu persamaan biasanya Q satu bahagian telah ditetapkan dan darinya M dan ∆T yang satu lagi dicari:

Contoh:

Katakan bahagian sejuk (air) korang kadar alirannya adalah 200 g/hr dan perbezaan suhu adalah 10 Kelvin.

Cp untuk air 4.2 J g^-1 K^-1 dan korang akan dapat, 8400 Joule.

Kemudian bahagian panas pulak korang ada 100 g/hr (air) dan korang boleh cari perubahan suhunya: 20 Kelvin (Dapat X) jadi kalau suhu masuk adalah 350 K suhu keluarnya adalah 330 K @ 57 ⁰C.

Antara contoh kat loji adalah:(Rujuk rajah2) Satu Menara Penyejukan ( Cooling Tower), mempunyai dua kipas. Satu kelompang penukar haba (Heat Exchanger) mendapat Q_C dari Cooling Tower dengan M dibekalkan oleh dua pump.

Kes 1

Menara penyejukan satu kipasnya dipadamkan.

Oleh kerana kipas adalah alat penyejuk suhu air, suhu air akan meningkat dan ini akan merubah nilai Q_C pada stream 1. Oleh kerana M dan Cp stream 2 tidak berubah jadi ∆T nya akan berubah (T_masuk –T_keluar) T masuk semestinya tidak berubah kerana tiada penukaran haba tetapi T keluar akan berubah.

Kes 2

Satu Pump di matikan.

Ianya sama seperti kes diatas, M pada Qc berubah menjadi sedikit dan memberikan kemampuannya menyerap haba pada stream dua berkurang.

Jadi dekati lah persamaan mudah ini untuk korang menjadi lebih realistik dalam menangani masalah loji seharian, OK. Dulu aku pernah melakukan kesilapan, semasa proses Shut Down apabila satu unit loji telah dipadamkan. Aku mengambil keputusan mematikan satu pump pada Cooling Tower dengan alasan penjimatan tenaga. Hasilnya Header cooling tower aku telah pressurize, mujurlah ada juruteknik senior (En. Zafreena) yang membantu membuka vent pada paip header tersebut.

Contoh lain:(Rujuk rajah 1) Perkara ini kerap berlaku pada Distillation column, antara kata kunci bagi masalah ini adalah suhu T2 yang terlalu tinggi atau M2 terlalu sedikit kerana level rendah ataupun Steam trap rosak menyebabkan M1 menjadi rendah....Lu pikir la sendiri!