HEAT EXCHANGER REPAIR: September 2016

TUBE EXPANDING

Tube Expanding :

Tube expanding adalah sebuah proses deformasi yang dikerjakan dalam keadaan ‘dingin’, untuk mendapatkan kerapatan antara tube dengan lubang tube pada tubesheet. Dimana tube telah mencapai ‘plastic’ sedangkan tube sheet masih dalam tahap ‘elastis’.

Tujuan :

Untuk memperoleh sebuah sambungan yang kencang / rapat sehingga mencegah kebocoran dan tidak lepas dari dudukan, sambil meminimalkan stress corrosion serta retak ( crack ) secara axial pada zona transisi dibelakang tubesheet.

Cara-cara yang dipakai dalam tube expanding :

Mekanikal rolling – pengembangan secara hidrolik atau dengan ledakan terkontrol dalam tube.

Parameters :

Sesuai dengan buku Inspeksi Teknik ( Buku 4 ) oleh Sri Widarto, untuk para manufaktur. Topic yang selalu didiskusikan mengenai beberapa persen pembesaran tube i.d setelah dikembangkan / expand. Dari terori yang ada adalah berdasarkan pengalaman perorangan, dan nilai ini belum pernah ditentukan.

TEMA-pun dalam hal ini hanya menyinggung rolling dilaksanakan sesuai dengan standar, tetapi tidak pernah menyebutkan standar apa………?. TEMA hanya menyinggung beberapa parameter antara lain : surface roughness dari lubang, grooves / parit yang ada di tubesheet, toleransi antara lubang pada tubesheet ( holes tubesheet ) dan tube o.d ( fit ).

Dilihat dari toleransi yang diperbolehkan antara lubang pada tubesheet dan tube o.d ini, menyulitkan untuk memastikan beberapa banyak penipisan ketebalan dinding tube ( wall reduction percentage ) dalam proses pengerollan tube. Dan ini sering mengakibatkan kekencangan joint yang kurang konsisten.

Catatan :

Sudah terbiasa untuk menerapkan toleransi pengerollan pada TEMA-Standards untuk lubang-lubang yang memerlukan ‘close fit’ yang khusus pada feedwater heaters dan surface condensers.

Contoh : Untuk tube dengan o.d 19.05 ~ 19.10 mm. Maka lubang pada tubesheet sebesar 19.25 mm atau ± 0.05 untuk 96% dari jumlah tube.

1. Sehingga ditarik kesimpulan toleransi over size 0.25 mm untuk sisa 4 %-nya.

2. Proses pengerjaan hole tubesheet step by step-nya harus diperhatikan.

3. Proses pengadaan tube-tube standard non standard

Toleransi untuk pabrik pembuat tube :

Contoh : Titanium tubes yang dibuat sesuai ASME specification SB-338 ukuran dibawah 25.4 mm, akan ada perbedaan pada o.d sebesar ±0.102 mm dari ukuran yang diminta, serta ±10% dari ketebalan dinding tube ( wall tube thickness ) yang diminta.

Teori / perhitungan berdasarkan pengalaman perorangan dan pabrik pembuat alat pengembangan tube (tube expander) mengenai i.d final yang akan dicapai setelah proses rolling :

Asumsi dari pabrik-pabrik pembuat Tube Expander :

Dapat dilihat dalam catalog sesuai brand tube expander.

Tehnical Inpection Book ( Book 4 ) oleh Sri Widharto :

Secara umum : 10 % wall thickness redaction.

Jadi apabila dilihat dari beberapa usulan diatas yang diberikan oleh para pembuat alat expansion, untuk mendapatkan suatu sambungan yang ‘baik’, teori tersebut bukanlah suatu rumus pasti untuk penipisan ketebalan dinding tube dengan bahan yang sama, tetapi lebih berdasarkan catatan pengalaman dari hasil pekerjaan-pekerjaan yang telah dilakukan dan dummy ( percobaan sebelum pelaksanaan pekerjaan ) menjadi tahap yang sangat penting sebelum pekerjaan dimulai.

Dari beberapa teori / perhitungan tersebut diatas dapat ditarik kesimpulan :

Assumsi Expansion I.

Final Tube i.d = Tube i.d + ( Hs – o.d )+[ 2 x wall tube thickness x ( reduction 2 ~ 12% )]

Hs – Hole Tubesheet

Assumsi Expansion II.

Final Tube i.d = Hole Tube Sheet – ( 2 x wall tube thickness x reduction ……….…. % )

Note :

Wall thickness reduction 2 ~ 12 %

Penulisan persentasi masukan reduction/100, contoh 6 % = 0,94

Hal-hal yang perlu dipertimbangkan pada saat pemakaian alat dengan methoda mechanical rolling untuk mengembangkan tube sebagai berikut :

Hasi pekerjaan	Keterangan ( akibatnya )
Under roll ( kurang hasilnya ).	Tube harus diroll ulang, sangat rentan bocor, menghabiskan waktu dalam proses pengerjaan, dan selalu akan membawa dampak terhadap ligament. Penyebab : tools number under size – final i.d tidak tercapai, part tools aus
Over roll ( terlalu banyak roll-nya ).	Tube harus dicabut dan diganti dengan yang baru sehingga perlu waktu tambahan dan bisa mengakibatkan reaksi-reaksi terhapat ligament. Disamping itu dapat mengakibatkan lubang ( hole tubesheet ‘opal’) dan distorsi pada tubesheet, drums. Penyebab : torque drive tidak terkontrol, tools number expansion range maximum melebihi tube o.d
Flaking.	Higth Comsumption of Tools. Pengelupasan pada dinding tube, dimana structur material tube tidak sama ( dalam proses produsi tube ), dan tube dengan dinding tebal.
Tube menjadi ‘keras’.	Akan sulit dalam proses roll ulang, dimana mengakibatkan axial stress pada zona transisi dan rentan terjadi retakan ( crack ) pada lingkaran tube. Secara mekanis proses pengerollan terjadi panas pada tools dan tube (terjadi proses hardener ).
Tubesheet tebal -----à harus step rolling.	Perlu waktu yang panjang dalam pekerjaannya dan sulit untuk menjaga overlap yang baik serta pembesaran yang tidak sama antara roll step I, step II, dan step III dst.
Tube dengan dinding tipis.	Mudah terjadi overolling pada tube dan tubesheet.
Tube dengan dinding tebal.	Akan terjadi ‘spring back effect’ dan juga bisa flaking.
Tidak mudah control parts yang aus.	Mengakibatkan under roll
Susah mengontrol jarak tube keluar (protrusion).	Akan mendorong tube kembali dan mudah mengakibatkan crevice corrosion dibelakang tubesheet.
Bukan suatu proses yang axisymmetric.	Ketebalan tube bisa jadi tidak merata setelah di kembangkan.
Tube melintir.	Menciptakan stress area pada transition zona dan juga bahaya bagi pekerja.

Batas-batas dari pengembangan tube

Hydro-expansion akan berdasarkan perhitungan dengan program khusus, yang dapat menghitung batas expansi berdasarkan parameter yang terkait dengan deformasi maksimum yang akan diterapkan terhadap tube – tube sheet setelah pengembangan tube.

Hydraulic Expansion

Tekanan diterapkan kedalam tube untuk mengembangkan tube dengan lubang, dan menciptakan sebuah interference fit setelah tekanannya dilepas.

Tekanan untuk expand

Tekanan yang ideal secara teori ditentukan terlebih dahulu dari rumus dan table yang berdasarkan kurva yang dipublikasikan di ‘Hydro Expanding’ The Current State of Art, yang disampaikan pada Joint Power General Conference pada Oktober 1982.

Kurva itu diambil dari Goodier, J.N & Schoessow, G.J ‘The Holding Power and Hydraulic Tightness of Expanded Tube Joint’ – Analysis of the stress and deformation’. Trans ASME July 1943

Pembentukan penyambungan dengan rolling ( joint formation )

Expander mechanical dimasukan kedalam tube, dan dengan setiap putaran dari mandrel, dinding tube akan di-‘roll’ tipis antara roller dan dinding lubang dimana proses ini sebenarnya adalah menambah pampang luas dinding tube dan sekaligus memekarkan lungkaran tube (pembesaran diameter i.d tube).

Dalam proses ini, tebal tube jadi tidak merata dan akan tercipta tegangan extra, baik terhadap tube maupun tubesheet. Proses ini memungkinkan terciptanya sebuah final i.d tube yang tidak bulat (oval) atau bergelombang.

Perubahan mekanispun akan terjadi pada dinding tube yang di-’roll’ menimbulkan panas, secara tidak langsung terjadi proses hardening yang berakibat perubahan structure material tube diarea rolled zone dan transition zone.

Crevice corrosion.

Kebocoran sering terjadi karena sambungan tube dan tubesheet yang tidak baik, akan timbul korosi. Korosi umumnya terjadi di dua tempat, satu adalah crevice corrosion yang diakibatkan pengembangan yang kurang sepanjang ketebalan pada tubesheet, dan stress corrosion yang tercipta pada sambungan antara bagian transisi dinding tube yang belum dikembangkan dan yang sudah dikembangkan ( transition zone ).

Disamping itu methoda mechanical rolling adalah sebuah proses ‘menarik tipis’ dinding tube pada saat rolling, proses ini juga akan menciptakan area stress akan korosi yang bertumpu pada area antara bagian tube yang belum dikembangkan dan yang sudah dikembangkan (transition zone) dikarenakan terjadinya puntiran pada grain metal.

Akan tetapi Hydro-Expansion yang dapat bekerja secara Axisymmertrically yang dapat meminimalkan stress (residual stress), sebab material tube tidak dipuntir, sehingga mengurangi resiko stress corrosion pada zona transisi tersebut.

Data Sheet :

Tube Material : …………..……………………… type : seamless / welded drawn.

Tube Dimensi* : ……………….…..o.d, ……….….…..i.d, …..…………thickness.

*Mohon dilampirkan copy mill certificate test tube.

Apakah tube akan dilas pada tubesheet : ...ya / tidak……………….......................................

Tube Sheet Material : ………………………Grade………………………………..

Wall Thickness : …………………….. ada groove …..ya / tidak, q’ty……………...

Hole tube sheet diameter : ……………………….. ber-champer …ya / tidak……………….

: degree of champer……………… depth of the champer…………

Ligament : ………………………… pitch hole ………………………………

Expansion zone : ……………………………………. lihat wall tubesheet thickness.

Catatan untuk tube material Duplex SS or Titanium :

Methoda Hydro Expansion System

Jika material tube titanium atau alloy sejenisnya memiliki sifat material yang keras dan mudah retak (crack). Untuk itu, sebelum dilakukan expansion, sebaiknya diketahui dahulu spesifikasi dari tube-nya sendiri. Antara lain : Minimum Tensile Strength dan Minimum Yield Strength dari Mill Certificate ( tube mill report ).

Pengetahuan atas sifat tube-nya sendiri adalah untuk menentukan tekanan yang cukup untuk membuat bagian tube yang didorong melewati tahap “plastic”-nya akan tetapi pada sisi yang lain mempertahankan ligament-ligament berada dalam batas elastis-nya.

Dalam proses tube expansion system, tube-tube yang telah diexpand akan melalui proses “spring back”, atau ciut kembali, dan proses ini sangat berbeda antara tube yang berlainan material.

Oleh sebab proses hydraulic expansion bukan menipiskan dinding tube, akan tetapi dengan mendorong dinding tube untuk “duduk” pada lobang di tubesheet, maka cara hydraulic expansion adalah cara yang dianggap lebih ideal untuk pengembangan tube yang terbuat dari titanium atau bahan sejenisnya.

Tube-tube titanium dalam proses mengembangkan tube, disamping mudah retak (crack ), proses “spring back-nya pun adalah salah satu yang paling parah, dimana sering tercatat proses relaksasi ini mencapai efek spring back sebanyak 0.004 Inchi ( >0.1mm ). Setelah alat expansi ditarik dari dalam tube yang sudah diexpand.

Selain dari mengatasi kekerasan bahan titanium pada saat mengembangkan tube, proses hydraulic expansion juga tidak secara mekanis mengeraskan tube ( secara tidak langsung terjadi pemanasan area dinding tube ) yang diexpand, sebab tidak melalui proses penggilingan dinding tube.

Maka dengan itu, tube hanya didorong (deflect) untuk menghindari tahap “spring back” tersebut, dimana efek-efek samping ini sering mengakibatkan gangguan dan kerusakan dalam pengerjaan.

Methoda Mechanical Expansion System

Methoda mechanical rolling adalah sebuah proses ‘menarik tipis’ dinding tube pada saat rolling, proses ini juga akan menciptakan area stress akan korosi yang bertumpu pada area antara bagian tube yang belum dikembangkan dan yang sudah dikembangkan (transition zone) dikarenakan terjadinya puntiran pada grain metal. Sudah pasti terjadi stress ( residual stress ), sebab material tube dipuntir, sehingga resiko stress corrosion pada zona transisi tersebut cukup tinggi.

Tubesheet yang tebal, dalam pengerjaan dilakukan proses step expand secara bertahap, dalam step expand yang dilakukan kita tidak dapat mengontrol tingkat keausan alat ( tube expander ).

Sehingga memungkinkan terjadinya gelombang pada permukaan tube ( area expansion zone ). Proses step expand ini membutuhkan waktu cukup lama.

Tube yang tebal, tingkat keausan alat tidak dapat dikontrol sehingga pemakaian alat dan consumable-nya cukup boros tidak effisien.

Assumsi pengerollan :

Assumsi expansion dari beberapa manufacture tube expander ( disimpulkan ) :

Final Tube I.D = Tube I.D + ( HS – O.D ) + [ 2 x tube thickness x ( 2 ~ 12% ) ]

Final tube i.d = + ( - ) + [ 2 x x % ) ]

= + +

Keterangan :

Tube Material

Þ Copper & Cupro Nikel 8 ~ 10 % ( dilapangan bisa mencapai expansion s/d 12 % )

Þ Steel, Carbon Steel & Admiralty Brass 7 ~ 8 % ( dilapangan bisa mencapai expansion s/d 10 % )

Þ Stainless Steel & Titanium 4 ~ 5 % ( dilapangan bisa mencapai expansion s/d 8 % )

Þ Assumsi pengerollan tersebut diatas bukan suatu rumusan yang baku, perhitungan tersebut diatas adalah hasil pengalaman perorangan dan dummy dari pabrik-pabrik pembuat tube expander.

Þ Dimensi hole tubesheet dan dimensi tube o.d dianjurkan memiliki clearance 0 s/d 0,25 mm. fungsinya untuk menjaga structure tube, tubesheet dalam menjaga penipisan dinding tube saat rolling sehingga tidak terlalu banyak berubahan tructure pada tube dan tubesheet karena perubahan structure rentan corrosion dilokasi expansion zone terutama di-transition zone.

Þ Dilapangan pada saat re-tubing ( stub dan tube keluar ) sering dijumpai hole tubesheet yang sudah over size bahkan opal sehingga assumsi persentasi expansion jadi naik ( transition zone jadi lebih kritis ).

Þ Apabila terjadi hole tubesheet yang over size : jika tube thickness sangat tipis kurang dari 1 mm, alangkah baiknya di sleeve atau dilapisi sim.

Þ Expansion zone terkadang tidak diperhatikan fungsinya ( perencanaan wall tubesheet thickness ada tujuan ), terkadang contractor tidak meninjau kearah itu. Misalkan tubesheet dengan tebal 150 mm dimaksudkan agar mampu menahan pressure tinggi, tetapi terkadang culup di expand ujungnya saja dengan alasan toh akan di back up oleh weld ( sebagai seal ).

Þ Perubahan structure, dimensi tube dan tubesheet dalam penerapan expansion menggunakan methoda mechanical rolling sering diabaikan ( secara mechanis terjadi hardener ).

Þ Expansion zone alangkah baiknya tepat ( sepanjang ketebalan tubesheet ), atau ± 5% dari ketebalan tubesheet.

Þ Ada beberapa manufacture yang meng-expand tube pada baffle plate ( support plate ) umumnya pada jenis tube I.E Thread. Proses re-tubing biasanya terjadi kendala tube akan putus ditengah sehingga alternative pengerjaannya di sleeve ( menambah ketebalan tube ), atau dengan cara pembedahan drum guna memperlancar proses pengerjaan re-tubing.

HEAT EXCHANGER REPAIR

Thursday, September 29, 2016

Video - Step Retube

Video - Expansion Joints Tube To Tube Sheet

Thursday, September 22, 2016

Krais Tube Expander