SISTEM H2 PLANT. H2-Plant adalah tempat dimana H2 (Hydrogen) diproduksi. Didalam H2-Plant H2-Plant terdapat beberapa sistem seperti : Sistem air pengisi, Sistem air pendingin, dan sistem Kelistrikan. Komponen-komponen H2-Plant terdiri dari : Process Control Panel, Module (Generator H2 atau Electrolyzer), Pompa KOH, Heat Exchanger, KOH Reservoir, Trap, Dryer, Sump Tank, Condenser, Pressure Regulator, Pressure Transducer,Kompresor dan Delivery Manifold. 1. Sistem Pendingin Generator. Generato r. Terjadinya panas pada generator / alternator disebabkan karena adanya Rugi Tembaga,Rugi Besi dan lainnya. Yang dimaksud dengan rugi tembaga adalah panas yang disebabkan karena adanya arus pembebanan yang mengalir melalui penghantar tembaga stator dan
rotor yang besaran dayanya
dapat dihitung I 2.R. Rugi besi adalah kerugian yang diakibatkan dari panas yang ditimbulkan
dengan adanya arus pusar
(eddy current) yang terjadi pada inti stator maupun rotor. Selain panas yang diakibatkan seperti tersebut diatas , juga terjadi panas yang
diakibatkan dari
gesekan dengan angin (windage). Panas yang berlebihan diakibatkan dari seperti yang diuraikan diatas pada generator perlu dicegah, hal ini dapat mengakibatkan kerusakan isolasi penghantar atau terbakar, oleh sebab itu perlu adanya pendinginan. Kerugian-kerugian yang yang menyebabkan panas
tersebut harus diusahakan kecil sehingga
tidak lebih dari 2% dari output alternator. 1.1 Media Pendingin. Untuk menyerap dan mernbuang panas (disipasi) yang timbul didalam alternator yang beroperasi dapat menggunakan beberapa media media pendingin. Adapun jenis media
sedang
pendingin yang
biasa digunakan meliputi : Udara Gas Hidrogen Air
Secara alami, semakin besar kapasitas alternator maka panas yang ditimbulkan ditimbul kan semakin
besar
pula. Adapun media pendingin yang paling efektif adalah air, tetapi air banyak kendala yang harus ditangani, disamping instalasinya mahal peme-liharaannyapun peme-lihara annyapun susah, maka alternator yang media media pendinginnya air terbatas pada kapasitas yang besar dan sistem pendinginannya pada pada kapasitas tertentu terbatas pada bagian stator, sedangkan dibagian rotor menggunakan hidrogen. Sedangkan pendingin pendingin yang paling sederhana sederhana adalah dengan udara dan kelebihannya kelebihannya perapat poros, tetapi ada kelemahannya diantaranya adalah :
tidak perlu perlu
Kerapatannya cukup besar. Daya hantaran panas rendah. Koefisien perpindahan panas rendah. Kebersihannya kurang.
Pendinginan dengan udara terbatas pada alternator yang berkapasitas kecil atau untuk mesin exciter. Kemudian untuk alternator yang cukup besar kapasitasnya, yang paling sederhana penanganannya tetapi bukan berarti paling mudah, dan efektif dalam
penyerapan panasnya
dibanding dengan udara adalah dengan gas hidrogen. Salah
satu
komponen
untuk
meningkatkan
efisiensi
PLTU/PLTGU
adalah
dengan
cara
meningkatkan efisiensi generator (alternator). Efisiensi generator dapat meningkat apabila kerugiankerugian yang timbui dapat diperkecil. Untuk memperkecil kerugian dalam pengoperasian generator dapat dilakukan dengan memberikan media pendingin berupa gas hidrogen sebagai pengganti udara. Keutungan utama dari penggunaan gas hidrogen dibanding udara sebagai media pendingin adalah gas hidrogen mempunyai daya hantar panas yang lebih tinggi sehingga dapat menyerap panas lebih banyak, selain itu gas ini mempunyai kerapatan. (berat jenis) yang jauh lebih kecil dari pada udara dengan demikian akan mengurangi kerugian gesekan. Gas Hidrogen dapat diproduksi dengan cara elektrolisa air murni (H2O). Alat untuk memproduksi gas Hidrogen disebut
"Hydrogen
Generator" atau Pembangkit Gas Hidrogen ditempatkan
pada Hydrogen Plant (H2 Plant). Pendinginan alternator dengan gas hidrogen adalah yang paling efektif dibanding dengan udara. Tetapi hidrogen sangat rentan terhadap bahaya ledakan bila bercampurdengan udara pada kondisi 4% s.d 75%, maka penanganannya harus berhati-hati. Adapun kelebihan gas hidrogen dibanding dengan udara dapat dilihat pada karakteristik berikut:
Seperti pada tabel diatas dinyatakan bahwa kerapatan udara biasa dibanding hidrogen adalah 1: 0.14, daya hantar panas 1: 7, maka gas hidrogen dapat digunakan untuk pendinginan alternator dengan efektifitas cukup baik. Dari kelebihan tersebut dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Kerapatan rendah (1/4 density udara), sehingga kerugian gesekan, kebisingan berkurang dan daya fan untuk mensirkulasikannya juga rendah. 2. Koefisien perpindahan panas tinggi dibanding udara (thermal conductivitynya 7x dibanding dengan udara) sehingga dapat menyerap panas lebih banyak. Akibatnya dapat mengurangi 20% jumlah material aktif yangdiperlukan dalam konstruksi Generator daripada output yang diberikan. 3. Kesanggupan pemindahan panasnya melalui konveksi 50% lebih baik dari udara. 4. Daya hantar panas tinggi dibanding udara, sehingga dapat menghantarkan panas lebih banyak. Dengan
demikian,
output generator yang lebih besar memungkinkan (menambah efisiensi
beban penuh ½ sampai 1%). 5. Karena konstruksinya tertutup, maka terhindar dari debu dan air pada gulungan dan laluan ventilasi. 6. Tak ada kerusakan isolasi jangkar yang disebabkaan corona (medan listrik). 7. Tidak bersifat korosif. 8. Resiko kebakaran rendah, hidrogen murni tidak membantu terjadinya kebakaran. 9. Biaya pemeliharaan rendah, hal ini karena siklus gas tertutup sehingga
kebisingannya
terjaga. 10. Windage loss, sebanding dengan density gas, sangat dikurangi. 11. Bahkan jika corona harus berkembang, dalam kondisi abnormal, isolasi gulungan stator sedikit saja dipengaruhi, tak ada oxygen, juga tak ada moisture, maka life time (umur) generator lebih panjang.
Kerugiannya
Kelernahannya adalah gas Hidrogen dapat meledak atau terbakar apabila bercampur dengan udara dalam konsentrasi tertentu (5~70% atau 5 ~75% atau 4 ~75%). Untuk menjaga agar temperatur media pendingin tidak meningkat terus, maka setelah menyerap panas, media pendingin ini harus didinginkan untuk membuang panas yang dikandungnya. Oleh karena itu media pendingin harus didinginkan dan disirkulasikan . Sebagai media pendingin hidrogen biasanya dengan menggunakan air dengan melalui box cooler atau pipa-pipa air yang diletakkan didalam kerangka stator. Sebagaimana untuk melewatkan gas hidrogen ke cooler box dan celah-celah kumparan stator dan rotor maka perlu adanya sirkulasi dengan tekanan cukup. Untuk mensirkulasi hidrogen dengan menggunakan blower atau rotor blade yang terpasang pada poros alternator.
1.2 Sistem Ventilasi.
Campuran gas hydrogen dan udara menimbulkan peledakan (explosion) jika volume nya mencapai 5 ~ 70%. Tekanan gas H2 dalam generator kira2
2 kg/cm2. Sistem ventilasi digunakan untuk
mengambil panas dari dalam generator. Sistem sirkulasi hidrogen didalam alternator secara konvensional dengan menggunakan dua unit blower yang masing-masing dipasang pada bagian ujung-ujung seperti pada gambar berikut:
Gambar 1. Sirkulasi Sistem Hidrogen
Seperti pada gambar diatas dapat dilihat bahwa gas hidrogen yang telah melewatipendinginan dari cooler disirkulasikan dari dua sisi ujung-ujungnya dengan blower,kemudian masuk ke celah-celah inti rotor dan stator. Setelah keluar dari celah-celahtersebut gas hidrogen panas, kemudian dari
tekanan blower tersebut hidrogen melewaticooler dan keluar sudah dingin. Demikian untuk sirkulasi selanjutnya. Disamping sistem seperti dijelaskan diatas terdapat sistem sirkulasi hidrogen pendinginalternator dengan sistem " Hydrogen Inner Cooling ", yaitu sistem sirkulasi hidrogenmelewati sisi-sisi kumparan langsung sehingga panas yang timbul pada kumparanlangsung dapat diserap oleh hidrogen disampingjuga ada celah-celah pada inti. Sistem ini biasanya cukup dengan satu unit blower (rotor blade). Adapun konstruksi dan sistem sirkulasi hidrogen adalah seperti pada gambar berikut :
Gambar 2.
Kontruksi
Sistem Sirkulasi Hidrogen.
Gambar 3.Sistem Inner Cooling.
Untuk memperjelas keterangan diatas lihat sumber yang lain yang menyebutkan bahwa ada 2 macam sistem ventilasi Ganerator yaitu :
a. Sistem Ventilasi Conventional Hydrogen-Cooled Machines
Frame stator diisi hydrogen dengan tekanan 2,0 kg/cm2-g.
Gas disirkulasikan oleh blower
untuk mendinginkan semua bagian mesin. Sirkulasi gas dipengaruhi oleh dua propeller-type blower yang dipasang pada setiap ujung poros rotor.
Gambar 4. Stator and Rotor Ventilation.
b. Sistem Ventilasi Inner-Cooled Machines
Gas hydrogen dalam frame stator disirkulasikan parallel dalam berbagai part dalam mesin, seperti stator core dan coil, main leads, lead bushing dan rotor coil. Sebuah multistage compressor type blower dipasang pada ujung sisi turbin dari frame stator. Tekanan hidrogen 35 kg/cm2-g. Dua set hydrogen cooler dipasang vertikal pada outlet blower. Gas dari cooler dituntun ke lingkaran luar stator core ke stator coil vent-tubes inlet pada sisi exciter, ke gas inlet main leads and bushings dan ke kedua ujung rotor coil.
Gambar 5.
1.2.1
Hydrogen Gas Cooler.
Konstruksi hydrogen gas cooler seperti gambar dibawah. Gas mengalir melalui permukaan pipa2 pendingin bersirip, memberikan panasnya ke air pendingin dibagian dalam. Pipa2 pendingin biasanya seamless brass untuk kondensor. Fin berbentuk U digunakan pada mesin2 konvensional dan fin2 spiral untuk mesin2 yang inner-cooled.
Gambar 6. Hydrogen Gas Cooler.
Gambar Gas system diagram untuk Conventional hydrogen cooled machine, seperti terlihat dibawah ini :
Gambar 7. Gas system Diagram untuk Conventional Hydrogen Cooled Machine.
Kedua ujung dari pipa pendingin dihubungan ke tube sheet dengan cara expansion joined. Tube sheet pada sisi inlet dan outletnya dibaut ke stator frame melalui ruang air. Dan pada sisi air kembali, dihubungkan ke frame
melalui penyangga yang dapat bergerak untuk memvariasikan
panjangnya gas cooler karena perubahan temperatur.
Ruang air menjamin semua tube selalu terisi oleh air.Kedua mesin diatas dilengkapi dengan dua buah hydrogen gas cooler, masing2-nya mempunyai dua seksi, yang dapat dioperasikan secara bebas.
Jika pasokan air ke satu sisi distop, generator bisa terus beroperasi sebesar 90% dari
kapasitasnya.
Desain standar dari hydrogen gas cooler adalah : untuk mesin yang didinginkan hydrogen konvensional, temperatur air pendingin 35 oC dan temperatur gas 46 oC untuk tekanan gas sebesar 2 kg/cm2.g. Untuk mesin inner cooled, temperatur air pendingin 35 oC, sedang temperatur gas 45 ~ 50 oC.
Gambar Gas System Diagram untuk Inner cooled machine seperti dibawah ini :
Gambar 8. Gas system Diagram untuk Conventional Hydrogen Cooled Machine.
1.2.2
Fungsi Utama.
Gas CO2 digunakan sebagai media pengusir udara dalam pengisian hydrogen, sehingga dapat diisi dengan aman.
Tekanan gas dalam mesin dipertahankan pada nilai tertentu dan akan menimbulkan alarm jika tak sesuai.
Temperatur dan purity gas tetap dipertahankan pada nilai tertentu, juga mempunyai alarm.
Hydrogen dalam mesin tetap dipertahankan kering dan uap air yang masuk melalui seal oil dari gas itu sendiri dibuang.
1.2.3
Unit
Komponen.
Dari dua gambar diagram diatas, hydrogen gas system terdiri dari : -
Gas supply system
-
Gas control panel
-
Gas dryer
-
Valve station
-
Water detector
-
Piping and valves
1.2.4
Gas Supply System.
Sistem pemasok gas hidrogen diperlngkapi dengan katup, pressure gauge, regulator dan alat lain yang dibutuhkan untuk pengisian gas hidrogen kedalam generator. Sistem pemasok CO2 sebagai media pengusir udara dalam penggantian gas. Gas hidrogen atau gas CO2
didistribusikan secara merata ke berbagai bagian dari generator melalui pipa distribusi
pada puncak dan bawah rumah generator. Delapan buah botol hidrogen dan CO2 disediakan.
Gambar 9. Carbon-Dioxide Supplay Station.
1.2.5
Gas Control Panel.
Gas control Panel terdiri dari hydrogen control panel dan seal oil control panel. Untuk alasan keamanan, kedua panel tersebut dipisahkan. Dimana Hydrogen control panel ditempatkan di gas room sedang seal oil control panel ditempatkan di electric room. Keduanya dilengkapi dengan lubang ventilasi.
Untuk memfasilitasi operasi dan pemeliharaan yang berhubungan dengan gas, hydrogen control panel dilengkapi dengan : -
Hydrogen purity meter
-
Purity meter blower
-
Hydrogen and blower pressure gauge.
Gambar 10. Gas Control Panel. (For an inner- cooled machine)
Gambar 11. Posision Hydrogen Putity Meter .
1.2.6
Hydrogen Purity Meter.
Purity (kemurnian)
gas hidrogen dipertahankan diatas 95%. Pengurangan purity dipertahankan
sekecil mungkin. Keperluan untuk mempertahankn tekanan konstan diperoleh baik sacra manual atau otomatis. Purity bisa rendah karena adanya bocoran udara kedalam mesin. Untuk mencegah kebocoran tersebut, diperlukan gas seal yang didesain baik. Purity gas dibaca melalui hydrogen purity meter dan purity meter blower. Purity meter adalah differential pressure gauge yang mengukur tekanan yang dikembangkan oleh purity meter blower. Sebuah motor induksi yang berjalan pada kecepatan ringan menggerakan purity meter blower , dimana sirkulasi gas ditarik dari frame generator. Tekanan gas yang dikembangkan oleh blower bervariasi sebanding dengan density dari gas. Bukan hanya purity gas yg diukur tetapi juga tekanan dan temperatur gas. Purity meter secara lansung menunjukan purity sesungguhnya yang secara otomatis mengkompensasi perubahan tekanan. Sinyal output (tekanan udara 0.20 ~ 1.00 kg/cm2) ditransmisikan ke remote purity meter pada panel generator di central control room. 1.2.7
Hydrogen Pressure and Blower Pressure Gauge.
Hydrogen Pressure Gauge
dipasang pada gas control panel untuk memberikan penunjukan
langsung perkembangan tekanan oleh blower pada generator rotor, dan tekanan gas dalam mesin. Blower pressure Gauge, bagian dari instrumen ini, dihubungkan secara langsung ke generator frame, dan membaca perbedaan tekanan antara intake dan outlet blower pada rotor. Tekanan blower dapat digunakan untuk memeriksa purity meter juga untuk menunjukan hydrogen purity, jika purity meter diambil keluar pelayanan sewatu operasi generator.
Gas pressure gauge menunjukan tekanan gas dalam mesin. Sinyal outputnya ditransmisikan ke remote gas pressure gauge pada generator panel di control room dan juga ke gas pressure gauge di hydrogen bottle room.
1.2.8
Gas Dryer.
Moisture (air) dalam generator dibuang dengan mensirkulasikan gas dalam mesin melalui gas dryer yang diisi dengan penyerap air dari bahan activated alumina. Ia dikoneksi ke inlet dan outlet generator blower dan gas dipaksa melalu dryer sewaktu operasi generator. Ketika 1 kg moisture telah diserap, dryer dikeluarkan dari generator dan dipanasi oleh heater. Sebelum dan sewaktu reklamasi (pemulihan kondisi), sebuah blower kecil
mengirimkan udara
melalui dryer untuk
membuang moisture. Kondisi dari penyerap moisture dapat diamti dengan membandingkan warnanya dengan sample standar yang dirapatkan dalam tabung gelas ditempatkan disamping jendela pemeriksaan. Perubahan warna dari biru muda menjadi kelabu keputihan menunjukan kandungan moisture yang tinggi, membutuhkan proses reklamasi.
1.2.9
Water Detector.
Water Detector akan memberikan alarm ketika kondensasi air atau kebocoran minyak terjadi dalam mesin. Detektor adalah saklar mercury yang dioperasikan oleh pelampung dibawah main-lead box disebelah bawah generator frame sisi turbin.
Setiap frame ring mempunyai lubang melalui mana air yang berakumulasi diteteskan ke Water Detector yang diperlengkapi dengan vent tube yang mengembalikannya ke generator
untuk
mencegah air lock didalam pipa drain dari generator. Isolating valve pada pipa drain dan vent tube membolehkan water detector diperisa setiap waktu. Akumulasi air dikeluarkan melalui drain valve .
1.2.10 Piping and Valve. Dengan pengecualian internal piping dalam gas control panel, semua pipa gas dari bahan baja (steel). Bellow type gas valve digunakan dalam hydrogen gas sytem.
Gambar 12. Piping and Valve.
1.2.11 Hydrogen System Alarm. Hydrogen system mempunyai sistem alarm standar : -
Hydrogen purity low
-
Hydrogen pressure high, low
-
Hydrogen bottle pressure low
-
Water detector high
1.3 Shaft Seal. Perapat poros dipasang dikedua ujung generator, yaitu sisi turbin dan sisi exciter.
Gambar 13. Shaft Sael .
Shaft seal terdiri dari casing perapat hydrogen yng mengandung sepasang segmental bronze ring. Segmen ditempatkan melawan dinding sisi dari casing dan ditahan konsentris dengan poros oleh garter spring. Ring, yang mempunyai lubang diameter hanya beberapa mils lebih besar dari shaft journal, bebas mengapung secara radial tetapi dicegah dari berputar bersama poros dengan sebuah hentian (stop) disetengah bagin atas dari casing. Aliran fluida total ke inner- atau hydrogen side ring dari dua perapat poros lebih kecil dari 1 gallon per minute, sedangkan aliran dari outer- atau air side ring mungkin beberapa kali dari jumlah terrsebut. Aliran pada sisi udara yang besar diperlukan untuk mendinginkan ring seraya aliran sisi hidrogen yang rendah penting untuk operasi kontinyu yang memuaskan.
Gambar 14.
