DAFTAR ISI
1.1 PENGERTIAN TURBIN GAS ................................................................................................... 1 1.2 FUNGSI DAN PRINSIP KERJA TURBIN GAS .................................................................. 2 1.3 KONSTRUKSI TURBIN GAS ................................................................................................ 6 1.3.1 Komponen Utama Turbin Gas (Kompresor, Ruang Bakar, dan Turbin). .......................... 6 1.3.2 Kelengkapan Turbin Gas ................................................................................................ 20 1.4 EFISIENSI TURBIN GAS ..................................................................................................... 29 1.5 KLASIFIKASI TURBIN GAS............................................................................................... 30 1.6 SIKLUS PLTGU (COMBINED CYCLE) .............................................................................. 31
BAB II TURBIN UAP (STEAM TURBINE).................................................................................. 33 2.1 PENGERTIAN STEAM TURBINE ..................................................................................... 33 2.2 FUNGSI DAN PRINSIP KERJA STEAM TURBINE ........................................................ 33 2.3 INSTALASI STEAM TURBINE ........................................................................................... 34 2.3.1 Siklus Pembangkit Sederhana (Rankine Cycle). .............................................................. 34 2.3.2 Siklus Pembangkit Kompleks ......................................................................................... 35 2.4 KONSTRUKSI STEAM TURBINE ..................................................................................... 39 2.4.1 Komponen Utama Steam Turbine .................................................................................... 39 2.4.2 Kelengkapan Steam Turbine ............................................................................................ 43 2.4.3 Alat-Alat Bantu Steam Turbine........................................................................................ 63 2.5 SISTEM-SISTEM TERKAIT STEAM TURBINE .............................................................. 74 2.5.1 Feed Water System. .......................................................................................................... 74 2.5.2 Condensate Pump............................................................................................................. 75 2.5.3 Cooling Water System (Sea Water) ................................................................................ 79 2.6 OPERASI STEAM TURBINE ............................................................................................... 80
2.6.1 Cold Start Up (Start Dingin). ........................................................................................... 80 2.6.2 Warm II Start Up (Start Hangat) ..................................................................................... 84 2.6.3 Warm I Start Up (Start Hangat) ...................................................................................... 86 2.6.4 Hot Start Up ................................................................................................................... 88 2.6.5 Very Hot Start Up .......................................................................................................... 89 2.7 GANGGUAN-GANGGUAN PADA STEAM TURBINE .................................................... 90 2.8 EFISIENSI STEAM TURBINE ............................................................................................. 91 2.9 MAINTENANCE/ PERAWATAN STEAM TURBINE ...................................................... 93 2.9.1 Preventive Maintenance................................................................................................... 93 2.9.2 Predictive Maintenance ................................................................................................... 94 2.9.3 Corrective Maintenance................................................................................................... 95 2.9.4 Proactive Maintenance .................................................................................................... 95 LAMPIRAN
BAB I TURBIN GAS
1.1. PENGERTIAN TURBIN GAS Turbin gas/ Gas-turbine adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk memutar turbin dengan memanfaatkan kompresor dan mesin pembakaran internal. Di dalam turbin gas, energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik melalui ud udara ara bertekanan yang memutar sudu turbin sehingga menghasilkan daya. Sistem turbin gas terdiri dari tiga komponen utama, yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin.
Gambar 1.1 Sistem Turbin Gas Turbin gas digunakan sebagai penggerak generator listrik. Agar turbin dapat berputar, dibutuhkan beberapa komponen yang lain. Turbin gas merupakan serangkain komponen yang dirangkai menjadi kesatuan yang dinamakan siklus brayton.. Siklus ini terdiri dari kompresor, combuster, dan turbin. Agar turbin gas dapat beroperasi dengan baik dan seefisien mungkin, turbin gas diperlukan peralatan-peralatan lain seperti lubrication system, control system, cooling system, fuel system, dan lain-lain. Pada pembangkit listrik, turbin gas tidak hanya digunakan untuk menggerakkan generator listrik. Akan tetapi turbin gas ini juga digunakan sebagai pemanas ada HRSG ((Heat Heat Recovery Steam
Turbin
1
Generator). Temperatur pada sisi exhaust turbine masih cukup tinggi. ggi. Apabila gas sisa dari turbin gas dibuang ke atmosfir akan sia-sia.
1.2. FUNGSI DAN PRINSIP KERJA TURBIN GAS Dalam aplikasinya, turbin gas tidak dapat bekerja tanpa komponen kompresor dan ruang bakar/combuster.. Ketiga komponen tersebut membentuk siklus yyang ang dikenal dengan nama ”Siklus Brayton”. Fungsi ungsi dan prinsip kerja dari siklus ini dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
Gambar1.2 Skema Turbin Gas Turbin gas pada kondisi ideal memanfaatkan gas bertekanan yang didapat dari udara atmosfir yang
dimampatkan
dengan
menggunakan
kompresor
pada
kondisi
isentropik
(reversibel
adiabatik/entropi konstan). Udara yang bertekanan tinggi ini kemudian dibakar dalam ruang bakar pada tekanan tetap. Dari ruang bakar, gas yang sudah dibakar bersama dengan bahan bakar
Turbin
2
diekspansikan ke turbin sebagai penggerak beban generator. Apabila digambar dalam diagram d P-V dan T-S,, siklus turbin gas akan terlihat seperti gambar dibawah ini:
Gambar 1.3 Diagram P P-V dan T-S Turbin Gas Ideal proses 1-2
: Proses pemempatan udara secara isentropik dengan menggunakan kompresor
proses 2-3
: Pemasukan emasukan bahan bakar pada tekanan konstan. Pemasukan bahan baker ini dilakukan di dalam combuster
proses 3-4
: Proses ekspansi kspansi gas hasil pembakaran (dari combuster). Ekspansi gas panas hasil pembakaran dilakukan pada turbin. Ekspansi dilakukan dalam kondisi kondis isentropik.
proses 4-1
: Proses pembuangan panas pada tekanan konstan konstan.
Pada proses pemampatan udara (proses 1-2), 2), secara termodinamika kompresor membutuhkan kerja sebesar selish entalpi antara inlet kompresor dengan exhaust kompresor. Pada combuster (proses 2-3) 3) terjadi pemasukan kalor dari pembakaran bahan bakar bersama bersama-sama sama dengan udara yang dimampatkan. Sedangkan pada proses ekspansi pada turbin (proses 33-4), 4), gas hasil pembakaran digunakan sebagai tenaga untuk memutar sudu-sudu pada rotor turbin. Rotor yang berputar ini akan memutar poros/shaft yang akan memutar poros generator. Generator inilah yang akan membangkitkan listrik. Isentropik merupakan kondisi entropi yang terjadi konstan. Secara matematis kerja dan panas yang dihasilkan atau dilepask dilepaskan an pada siklus brayton dituliskan sebagai berikut.
Turbin
3
•
Kerja yang dilakukan kompresor
•
Kalor yang diberikan pada Combuster
•
Kerja yang dihasilkan turbin
Wc= ma (h2-h1). Qc= (ma+mf)(h3-h2) Wt= (ma+mf)(h3-h4)
dimana ma adalah massa dari udara dan mf adalah massa bahan bakar. Namun pada aplikasi di lapangan, siklus secara ideal ini sangat sulit tercapai. Entropi akan naik dan tekanan akan turun. Apabila dinyatakan dalam T T-ss dan diagram akan terlihat seperti gambar berikut:
Gambar 1.4 Diagram T T-S Turbin Gas Aplikasi Pada kenyataannya, tidak ak ada proses yang selalu ideal. Tetap etap terjadi kerugiankerugian kerugian
yang
dapat
menyebabkan
turunnya
daya
yang
dihasilkan
oleh
turbin
gas
dan berakibat pada menurunnya performansi turbin gas itu sendiri jika dibanding dengan kondisi ideal. ideal Kerugian-kerugian kerugian tersebut dapat terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas. Sebabsebab terjadinya kerugian antara lain: •
Adanyaa gesekan fluida yang menyebabk menyebabkan terjadinya kerugian tekanan (pressure ( losses)) di ruang bakar.
•
Adanya kerja yang berlebih waktu proses kom kompresi presi yang menyebabkan terjadinya terjadin gesekan antara bantalan turbin dengan angin.
Turbin
4
Prinsip Kerja Kompresor Kompresor yang biasanya dipakai pada turbin gas adalah axial al compressore dan centrifugal compressore. Pada axial compressore compressore, bentuk dari sudu-sudu sudu rotor mendekati bentuk dari airfoils. Secara global kompresor bekerja dengan cara menyedot udara kemudian mendorong udara ini ke sudu tetap. Pada sudu tetap ini, bentuknya uknya menyerupai bentuk dari difusor. Difusor ini berfungsi untuk memperbesar tekanan dan menurunkan kecepatan dari udara (prinsip bernoully aparatus).
Prinsip Kerja Combuster Dari kompresor,, udara bertekanan dibawa ke ruang bakar ((combuster). Di ruang ru bakar, udara bertekanan dibakar bersama dengan fuel/bahan bakar. Bahan bakar yang umum dipakai dalam ruang bakarr ini adalah gas alam (natural gas). Selain gas alam, bahan bakar yang biasa dipakai sebagai bahan bakar adalah fuel oil/ minyak (den (dengan efisiensi tinggi). Bahan bakar yang dibakar berfungsi untuk menaikkan temperatur. Combuster didesain untuk menghasilkan campuran, pengenceran dan pendinginan sehingga gas yang keluar dari ruang bakar merupakan temperatur rata-rata dari campuran. Panjang dari ruang bakar didesain dengan mempertimbangkan waktu dan tempat yang cukup untuk bahan bakar bisa terbakar sempurna dan memudahkan pemantik untuk membakar bahan bakar menjadi lebih mudah. Desain ruang bakar juga mempertimbangkan masalah residu pembakaran. Desain ruang bakar harus mempertimbangkan bagaimana mereduksi gas NOx.
Prinsip Kerja Turbin Pada turbin gas, temperature and preassure drop,, dikonversi diubah menjadi energi mekanik. Konversi rsi energi berlangsung dalam dua tahap. Pada bagian nosel, gas panas mengalami proses ekspansi. Sedangkan energi panas diubah menjadi energi kinetik. Hampir 2/3 dari kerja yang dibutuhkan dari siklus ini diperlukan untuk menggerakkan kompresor. Oleh karena itu, kerja output dari turbin, dipakai untuk menggerakkan poros penggerak peng beban, hanya mempresentasikan 1/3 dari kerja siklus. Pada turbin, khususnya pada 1st stage, yang menggerakkan bucket dan disc, harus mampu menahan temperatur yang cukup ekstrim (2200°F/ 1204°C). Temperatur yang sangat tinggi ini juga bercampur dengan kotoran/ kontaminan dari udara dan bahan bakar sehingga sangat rawan terkena korosi. Kontaminasi ini sangat sulit untuk dikontrol,sehingga dibutuhkan bahan paduan/alloys paduan/ dan
Turbin
5
proses coating yang cukup bagus untuk melindungi material dari korosi dan memaksimalkan umur dari komponen ini.
1.3. KONSTRUKSI TURBIN GAS 1.3.1. Komponen Utama Turbin Gas (Kompresor, Ruang Bakar, dan Turbin). 1.3.1.1. Kompresor Kompresor berfungsi untuk menghisap udara dari atmosfir dan memampatkannya. Udara bertekanan juga berfungsi untukk pendinginan temperatur pada turbin gas. Kompresor yang biasanya dipakai pada turbin gas adalah axial compressore dan centrifugal compressore. compressore Pada axial compressore, bentuk dari sudu-sudu udu rotor mendekati bentuk dari airfoils. Kompresor ini menyedot udara kemudian mendorong udara ini ke sudu tetap. Pada sudu tetap ini, bentuknya menyerupai bentuk dari difusor. Difusor ini berfungsi untuk memperbesar tekanan dan menurunkan kecepatan dari udara (prinsip bernoully aparatus). Pada Centrifugal Compressor Compressor,, udara masuk melalui pusat/tengah dari sudu putar impeller. Putaran dari sudu gerak pada impeller ini menimbulkan gaya sentrifugal. Akibat dari gaya sentrifugal ini, udara dibawa ke stationaryy diffuser dengan kecepatan yang sangat tinggi. Fungsi dari stationary diffuser ini sama dengan axial compressor compressor, yaitu memperbesar mperbesar tekanan. Bentuk dari sudu-sudu pada kompresor harus bersih dan sepresisi mungkin dengan efisiensi 90%. Sudu yang kotor dapat menurunkan performa dari kompresor sor ini. a. Kompresor axial Dinamakan kompresor axial karena udara mengalir paralel terhadap sumbu rotor. rotor Selama proses kompresi berlangsung, udara melalui satu susunan yang terdiri dari beberapa tingkat. Tiap tingkat terdiri dari satu baris sudu gerak yang terpasang pada rumah kompresor. Kompresor aliran axial bisa mencapai 15 stage untuk mencapai tekanan operasi yang diinginkan. Kompresor axial merupakan kompresor dimana aliran memasuki kompresor pada arah ar axial (axial direction), termasuk di dalam kompresor aliran yang kontinyu dan merupakan jenis Dynamic Compressor. Kompresor axial kebanyakan digunakan pada turbin gas, khususnya pada turbin gas dengan daya di atas 2,5 MW.
Turbin
6
Gambar 1.6 Kompresor Aksial Pada turbin gas aliran ini akan terus mengalir pada arah axial sampai keluar dari turbin. Fluida kerja yang mengalir pada kompresor axial pada awalnya mengalami percepatan (acceleration) ( kemudian mengalami perlambatan sehingga menghasilkan kenaikan tekanan tertentu. Fluida kerja ini mengalami percepatan pada saat melalui sudu gerak ((rotor blade ) dan mengalami perlambatan (diffusing)) pada saat melalui sudu diam ((stator blades). ). Stator mengkonversikan kenaikan kecepatan yang dialami pada saat melalui rotor m menjadi kenaikan tekanan. Pada gambar 1.7 ditunjukkan sudu gerak dari kompresor axial.
Gambar 1.7 Sudu Gerak Kompresor Aksial
Turbin
7
Sebuah kompresor axial terdiri dari beberapa tingkat ((stage). ). Kombinasi antara sebuah rotor dan sebuah stator merupakan satu tingkat kompresor axial. Sebelum memasuki rotor pada tingkat pertama, aliran fluida melalui Inlet Guide Vane (IGV) yang berfungsi untuk mengarahkan aliran fluida pada sudut tertentu. Begitu juga ketika fluida menginggalkan stator pada tingkat terakhir terdapat Exit Guide Vanes (EGV) yang berfungsi untuk mengontrol kecepatan aliran fluida ketika memasui ruang bakar (combustor). Pada saat udara melalui beberapa stage kompresor maka udara akan mengalami engalami perubahan tekanan, perubahan temperatur, enthalpy,, dan perubahan kecepatan. Pada gambar di bawah ini ditunjukkan skema sebuah kompresor axial beserta variasi tekanan, temperatur dan kecepatannya
Gambar 1.8 Variasi Temperatur, Kecepatan, dan Tekanan melalui Kompresor Aksial
Pada kompresor sendiri terdapat beberapa bagian, yaitu: Compressor Rotor Assembly
Merupakan bagian dari kompresor axial yang berputar pada porosnya. Rotor ini memiliki beberapa tingkat sudu yang mengkompresikan ompresikan aliran udara secara axial dari 1 atm menjadi beberapa kalinya (sesuai dengan tingkat sudu), sehingga diperoleh udara yang bertekanan tinggi. Bagian ini tersusun dari wheels, stubshaft, tie bolt dan sudu sudu-sudu sudu yang disusun kosentris di sekeliling sumbu rotor.
Turbin
8
rotor
Compressor Stator.
G Gambar 1.9 Rotor Gas Turbine
Merupakan bagian dari casing gas turbin yang terdiri dari: •
Inlet Casing,, merupakan bagian dari casing yang mengarahkan udara masuk ke inlet bellmouth dan selanjutnya masuk ke inlet Guide Vane.
•
Forward Compressor Casing Casing,, bagian casing yang didalamnya terdapat empat stage kompresor blade .
•
Aft Casing,, bagian casing yang didalamnya terdapat compressor blade tingkat 5-10. 5
•
Discharge Casing, merupakan bagian casing yang berfungsi sebagai tempat keluarnya udara yang telah dikompresi.
Gambar 1.10 Kompressor Stator
Turbin
9
b. Kompresor sentrifugal
Gambar ambar 1.11 Kompresor Sentrifugal ompresor sentrifugal digunakan untuk turbin gas yang berukuran relatif kecil. kecil Kompresor Kompresor sentrifugal ini terdiri dari impeler yang tersimpan dalam suatu rumah yang berisi difuser. Udara disedot ke dalam pusat impeller yang berputar dengan cepat. Dari impeller, udara berputar melewati semacam difusor. Pada dif difusor usor akan terjadi penurunan kecepatan (energi kinetik) dan kenaikan tekanan sehingga udara termampatkan (tekanan tinggi). Impeller pada kompresor sentrifugal mempunyai masukan udara tunggal dan ganda. Kompresor dengan pemasukan udara ganda menaikkan kapasitas tas aliran aliran.
Gambar 1.12 Kondisi Udara pada Diffuser
Turbin
10
Gambar di atas menunjukkan kondisi dari tekanan dan kecep kecepatan tan mulai udara masuk sampai melewati difuser. Terlihat bahwa kondisi udara saat melewati difusor mengalami kenaikan tekanan an dan kecepatan mengalami penurunan.
Gambar 1.13 Udara Melewati Difuser
Bagian-bagian bagian utama dari kompresor sentrifugal •
Casing Casing merupakan bagian paling luar kompresor yang berfungs berfungsi untuk: 1. Sebagai pelindung terhadap pengaruh mekanik dari luar. 2. Sebagai pelindung dan penumpu/pendukung dari bagian bagian-bagian bagian yang bergerak. 3. Sebagai tempat kedudukan nozel suction dan discharge serta bagian diam lainnya.
Gambar ambar 1.14 Casing Kompresor Sentrifugal
Turbin
11
•
Inlet Wall Inlet wall adalah diafram (dinding penyekat) yang dipasang pada sisi suction sebagai inlet
channel dan berhubungan dengan inlet nozle nozle. Karena berfungsi sebagai saluran gas masuk pada stage pertama, maka meterialnya haruss tahan terhadap abrasive dan erosi.
Gambar 1. 15 Inlet Wall
•
Guide Vane Guide Vane di tempatkan pada bagian depan eye impeller pertama pada bagian suction (inlet
channel). Fungsi utama Guide Vane adalah mengarahkan aliran agar gas dapat masuk impeller dengan distribusi yang merata. Konstruksi vane ada yang fixed dan ada yang dapat diatur atur (movable) posisi sudutnya dengan tujuan agar operasi kompresor dapat bervariasi dan dicapai effisiensi dan stabilitas stab yang tinggi.
Gambar 1. 16 Guide Vane
Turbin
12
•
Impeller Impeller berfungsi untuk menaikan kecepatan gas dengan cara berputar, sehingga menimbulkan
gaya. Hal ini menyebabkan gas masuk/mengalir dari inlet tip (eye impeller) ke discharge tip. tip Karena adanya perubahan jari-jari jari dari sumbu putar antara tip sudu masuk dengan tip sudu keluar maka terjadi kenaikan energi kecepatan.
Gambar 1. 17 Impeller •
Bantalan (Bearing) Bearing adalah bagian internal kompresor yang berfungsi untuk mendukung beban radial dan
axial yang berputar dengan tujuan memperkecil gesekan dan mencegah kkerusakan erusakan pada komponen lainnya. Pada kompresor sentrifugal ugal terdapat dua jenis bearing. Pada siklus turbin gas,, terdapat Air Inlet Section yang berfungsi untuk menyaring kotoran/ debu sebelum masuk ke dalam kompresor. Bagian-bagian pada Air Inlet Section adalah: a. Air Inlet Housing, merupakan erupakan tempat udara masuk dimana di dalamnya tedapat peralatan pembersih udara. b. Inertia Separator, berfungsi erfungsi untuk membersihkan debu debu-debu atau partikel-partikel partikel yang terbawa besama udara yang disedot. c. Pre-Filter, penyaring enyaring udara awal yang dipasang pada inlet house. d. Main Filter, merupakan erupakan penyaringan utama yang tedapat pada inlet ho house, use, udara yang telah melewati penyaring ini masuk ke dalam kompresor axial. e. Inlet Bellmouth, berfungsi erfungsi untuk membagi udara agar merata pada saat memasuki ruang kompresor. f. Inlet Guide Fan, merupakan blade yang berfungsi sebagai pengatur jumlah udara yang masuk agar sesuai dengan yang diperlukan.
Turbin
13
1.3.1.2. Ruang Bakar/Combuster Udara yang telah dimampatkan dari kompresor kemudian dialirkan menuju ruang bakar. Di dalam ruang bakar terdapat beberapa komponen yang berfungsi untuk menyalakan api pembakaran (nosel dan ignition/pemantik). Bahan bakar yang diinjeksikan pada ruang bakar berkisar anara 25%25% 35% dari udara yang masuk (kondisi stoikiometri) stoikiometri). 3 jenis nis ruang bakar yang biasa dipakai dipa adalah tipe tubular, tubo annualar, dan annular. Dari ketiga tipe ini meskipun desainnya berbeda, namun secara umum terbagi menjadi 3 zona, yaitu : Recirculation zone, Burning zone dan Dilution zone. zone
Gambar 1. 18 Combuster Tipe Annular
Turbin
14
Gambar 1. 19 Combuster Tipe Annular
Pada recirculating zone, tidak semua bahan bakar terbakar. B Bahan ahan bakar sebagian menguap dan sebagian terbakar. Sisa bahan bakar yang tidak terbakar akan dibakar seluruhnya pada burning zone. Diluting zone berfungsi sebagai tempat tr transfer ansfer panas antara udara dengan gas hasil pembakaran. Jika ada bahan bakar yang belum sepenuhnya terbakar, maka pada zona ini akan ditambahkan udara dingin untuk membantu proses pembakaran. Ruang bakar turbin gas ditempatkan di samping rumah turbin, dengan an maksud agar saluran udara dari kompresor dan gas pembakaran menjadi pendek sehingga kerugian aliran kecil. Saluran gas panas ditempatkan di dalam saluran udara kompresor sehingga tidak membutuhkan isolasi panas yang khusus. Untuk menghindari gumpalan gumpalan-gumpalan gas panas karena tidak bercampur dengan udara segar, saluran gas dibuat dibelokan 90o dua kali sehingga gas panas dan udara bercampur dengan de baik, sebelum masuk turbin (sepeti karburator pada sepeda motor). Pengaturan kecepatan udara ara dari kompreso kompresor juga penting. Kecepatan ecepatan udara yang rendah akan mengakibatkan api merambat ke arah kompresor dan sebaliknya api akan ke luar dari ruang bakar yang mengakibatkan ruang bakar men menjadi dingin dan api dapat mati.. Ruang bakar harus menghemat
Turbin
15
ruang dan dipasang disekeliling sumbu tengah. Ruang bakar dengan pipa api di dalamnya masingmasing berdiri sendiri sehingga apabila salah satu ruang bakar mati yang lainnya tidak terpengaruh. Dibagian luar ruang bakar terdapat lubang udara primer dan sekunder, nosel bahan-bakar bahan dan penyalanya dan juga terdapat lubang lubang- lubang pendingin. Di sini udara pendingin sangat penting untuk menjaga ruang bakar dari temperatur yang terlampau tinggi sehingga gas pembakaran yang mengalir ke turbin juga tidak terlalu tinggi.
Gambar 1. 20 Sistem Pembakaran pada Turbin Gas
Sistem pembakaran ini terdiri dari komponen komponen-komponen yang jumlahnya bervariasi tergantung besar frame dan penggunaan turbin gas. Komponen-komponen itu adalah : •
Combustion Liners,, terdapat didalam combustion chamber yang berfungsi sebagai tempat berlangsungnya pembakaran.
•
Fuel Nozzle,, berfungsi sebagai tempat masuknya bahan bakar ke dalam combustion liner.
•
Ignitors (Spark Plug),, berfungsi untuk memercikkan bunga api ke dalam combustion chamber sehingga campuran bahan bakar dan udara dapat terbakar.
•
Transition Fieces,, berfungsi untuk mengarahkan dan membentuk aliran gas panas agar sesuai dengan ukuran nozzle dan sudu sudu-sudu turbin gas.
•
Cross Fire Tubes,, berfungsi untuk meratakan nyala api pada semua combustion chamber.
•
Flame Detector,, merupakan alat yang dipasang untuk mendeteksi proses pembakaran terjadi.
Turbin
16
Dalam mengoperasikan combuster combuster,, perlu diperhatikan masalah polusi. Pembakaran yang tidak sempurna akan menghasilkan beberapa hasil pembakaran yan tidak diinginkan. Hasil Ha dari pembakaran yang tidak sempurna tersebut antara lain: a. Smoke. Smoke dapat terjadi karena bahan bakar yang dibakar terlalu kaya sehingga cara untuk mengatasi masalah ini adalah dengan menyuplai udara tambahan kepada chamber. b. Carbonmonoksida (CO) Munculnya gas karbonmonoksida ini diakibatkan oleh pembakaran yang kurang sempurna. Hal ini dapat diminimalisir dengan cara mengusahakan campuran udara dan bahan bakar menjadi lebih homogen. Selain itu juga dengan meningkatkan lokal temperaturdalam chamber. chamber c. Nitrogen oksida (NOx) Dapat diminimalisir dengan cara menginjeksikan steam atau udara untuk menurunkan temperatur pembakaran. Hasil dari pembakaran ini adalah 90% NO dan 10%NO2. Gas Nitrogen Oksida (NOx ) dan karbonmonoksida (CO) merupakan gas yang beracun. Oleh karena itu perlu diperhatikan masalah pembakaran pada combuster ini. Untuk mengatasi masalah emisi pada turbin gas, maka ada beberpa cara yang bisa ditempuh. CaraCara cara tersebut antara lain : a. Stage Combustion Merupakan pembagian zona pembakaran pada Combuster.. Dipergunakan untuk mengurangi emisi NOx dan smoke yang dihasilkan. P Pada ada stage combustion ruang bakar dibagi menjadi 2 (dua) zona. Zona I merupakan zona persiapan campuran fuel-air. Campuran yang g dipakai yaitu campuran miskin bahan bakar. Zona II merupakan zona pembakaran campuran yang telah disiapkan pada zona I. Penggunaan campuran miskin ini untuk mengurangi kadar CO, HC, dan Nox Nox.
b. Lean Premix Preveporize (LPP) Cara ini digunakan untuk menghin menghindari terjadinya pembakaran droplet bahan bakar sebelum saatnya. Dengan tidak adanya pembakaran tersebut maka temperatur flame yang dihasilkan akan semakin tinggi. Temperatur emperatur tinggi
inilah yang dapat meminimalkan Nox. Pada Lean Premix
Prevoperize ini pembakaran karan terjadi dengan campuran miskin miskin.
Turbin
17
c. Rich Burn-Quick quench-Lean Lean burn (RQL) Combuster Prinsipnya pada ruang bakar diinjeksikan tambahan udara. Tambahan udara tersebut menyebabkan udara cepat bergabung (mixing) dengan bahan bakar. Apabila pencampuran berhasil, maka pembakaran akan menjadi lebih sempurna dan emisi yang dihasilkan akan baik. Keberhasilan cara ini ditentukan ditentu oleh kecepatan mixing udara dengan bahan bakar tersebut.
d. Catalytic Combustor Campuran udara bahan bakar dilewatkan melalui catalytic. Catalyst tersebut dapat membuat pembakaran terjadi jika konsentrasi fuel yang sangat rendah. Oleh karena itu temperatur reaksi yang dihasilkan akan rendah, mengakibatkan konsentrasi NOx yang dihasilkan juga rendah.
Bahan Bakar untuk Turbin Gas Untuk turbin gas dengan proses sistem terbuka hanya bisa menggunakan bahan bakar yang berbentuk cair atau gas, karena hasil proses pembakaran harus bebas dari sisa sisa-sisa sisa bahan bakar (abu) yang teras dan tidak menimbulkan korosi yang diakibatkan peristiwa kimia. Pembakaran bisa terjadi rjadi jika terdapat 3 (tiga) unsur. 3 (tiga) unsur itu adalah bahan bakar, oksigen, dan sumber panas (korek api, busi, dan lain lain-lain). Pembakaran merupakan reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen. Bahan bakar merupakan senyawa hidro karbon. Selama reaksi r berlangsung, reaksi ini melepaskan panas. Hidrokarbon yang digunakan untuk bahan bakar ini adalah hidrokarbon jenis meethana (CH4). Reaksi kimia pada bahan bakar yang menggunaka natural gas adalah sebagai berikut:
Pada atmosfir, komposisi nitrogen dengan oksigen adalah 79%:21%. Terdapat 4 molekul nitrogen dalam setiap molekul oksigen pada udara di atmosfir.. Jika kandungan nitrogen ini diikutsertakan, maka reaksi kimia menjadi: Pembakaran metana sebesar 1m3 akan membutuhkan 2m3 oksigen dan 8m3 nitrogen. Selama pembakaran methana berlangsung, terjadi reaksi kimia yang lain. Reaksi ini membentuk asam nitrat.
Turbin
18
Reaksi ini mengindikasikan bahwa asam
nitrat dapat direduksi dengan mengontrol
pembentukan senyawa oksida nitrat. Hal ini dapat dicapai dengan mengurangi temperatur pembakaran. Suhu pembakaran biasanya sekitar 3400 3400-3500 ° F (1870 - 1927°C). Konsentrasi volumetris dari oksida nitrat ini berkisar ± 0.01%. Konsentrasi ini akan dikurangi secara berarti jika suhu pembakaran diturunkan. Penurunan suhuu pembakaran untuk 2800 ° F (1538 ° C) pada burner akan mengurangi konsentrasi volumetrik oksida nitrat hingga di bawah 20 ppm (bagian per million) atau sekitar 0.002%. Tingkat
ini
dicapai
dalam
beberapa
pembakar
dengan
menyuntikkan
noncombustible
gas (gas buang) di sekitar burner untuk mendinginkan zona pembakaran pembakaran. Jika bahan bakar mengandung belerang (misalnya, bahan bakar cair), asam sulfat akan menjadi produk sampingan dari pembakaran pembakaran. Reaksi ini dapat ditulis sebagai berikut:
Jumlah asam sulfat tidak dapat dikurangi selama pembakaran. Pembentukan sulfat asam dapat dihilangkan dengan menghilangkan belerang dari bahan bakar. Ada dua cara berbeda untuk menghiklangkan sulfur dari bahan bakar yang akan dibakar. Seperti disebutkan sebelumnya, rasio volumet volumetrik rik ideal udara untuk metana 10:1. Jika sebenarnya rasio volumetrik lebih rendah dari 10:1, produk pembakaran akan mengandung karbon monoksida. Reaksi ini dapat ditulis sebagai berikut:
Rasio volumetrik udara turbin gas metana di dipertahankan biasanya di atas 10:1. 10:1 Dengan demikian, karbonmonoksida monoksida tidak menjadi masalah.
1.3.1.3.Turbin Proses ekspansi gas pembakaran pada turbin gas terjadi pada turbin. Karena arena terjadi perubahan energi kinetik,
gas pembakaran
menjadi energi mekanik pada poros turbin. t Energi
ini
akan menggerakan kompresor ompresor dan peralatan lainnya. Gambar di samping adalah contoh konstruksi dari turbin. Aliran gas turbin dirancang aliran axial. Bagian dari turbin yang penting enting adalah stator dan rotor. rotor
Turbin
19
Stator adalah sudu tetap pada rumah turbin dan berfungsi ungsi sebagi nosel pengarah gas pembakaran berkecepatan tinggi ke sudu begerak. Sedangkan rotor terdiri dari sudu begerak yang terpasang pada poros turbin. Rotor turbin bekerja pada temperatur gas pembakaran yang tinggi maka perlu pendinginan, sehingga tidak terjadi kerusakan material turbin. Turbin merupakan tempat terjadinya konversi energi kinetik menjadi energi mekanik yang digunakan sebagai penggerak compresor mpresor dan perlengkapan lainnya. Dari daya total yang dihasilkan kira-kira 60% digunakan untuk uk memutar kompresornya sendiri dan sisanya digunakan untuk kerja yang dibutuhkan. Komponen-komponen pada turbine section adalah sebagai berikut : •
Turbin Rotor Case
•
First Stage Nozzle,, yang berfungsi untuk mengarahkan gas panas ke first stage turbine wheel. wheel
•
First Stage Turbine Wheel,, berfungsi untuk mengkonversikan energi kinetik dari aliran udara yang berkecepatan tinggi menjadi energi mekanik berupa putaran rotor.
•
Second Stage Nozzle dan Diafragma Diafragma,, berfungsi untuk mengatur aliran gas panas ke second stage turbine wheel,, sedangkan diafragma berfungsi untuk memisahkan kedua turbin wheel.
•
Second Stage Turbine,, berfungsi untuk memanfaatkan energi kinetik yang masih cukup besar dari first stage turbine untuk menghasilkan kecepatan putar rotor yang lebih besar.
1.3.2. Kelengkapan Turbin Gas 1.3.2.1 Exhaust Section Exhaust section adalah bagian akhir turbin gas yang berfungsi sebagai saluran pembuangan gas panas sisa yang keluar dari turbin gas. Exhaust section terdiri dari beberapa bagian yaitu : 1. Exhaust Frame Assembly. 2. Exhaust Diffuser Assembly Exhaust gas keluar dari turbin gas melalui exhaust diffuser pada exhaust frame assembly, assembly lalu mengalir ke exhaust plennum dan kemudian didifusikan dan dibuang ke atmosfir melalui exhaust stack, sebelum dibuang ke atmosfir gas panas sisa tersebut diukur dengan exhaust thermocouple dimana hasil pengukuran ini digunakan juga ga untuk data pengontrolan temperatur dan proteksi temperatur trip. Pada exhaust area terdapat 18 buah thermocouple (sensor temperatur) yaitu, 12 buah untuk temperatur kontrol dan 6 buah untuk temperatur trip.
Turbin
20
1.3.2.2.Starting Equipment Berfungsi untuk melakukan sstart up sebelum turbin bekerja. Jenis-jenis starting arting equipment yang digunakan pada unit-unit turbin gas pada umumnya adalah diesel Engine, Induction Motor, Motor dan Gas Expansion Turbine (Starting Turbine). 1.3.2.3. Cooling System Sistem pendingin yang digunakan pada turbin gas adalah air dan udara. Udara dipakai untuk mendinginkan berbagai komponen pada section dan bearing. Komponen-komponen komponen utama dari cooling system adalah: 1. Off base Water Cooling Unit 2. Lube Oil Cooler 3. Main Cooling Water Pump 4. Temperatur Regulation Valve 5. Auxilary Water Pump 6. Low Cooling Water Pressure Switch Turbine Blade Cooling Methode Apabila udara pada sisi inlet dilakukan pemasan awal,maka secara keseluruhan efisiensi dari sistem gas turbine ini akan naik. Namun dengan menaikkan temperatur udara dari sisi inlet ini maka ketahanan bahan dari blades / sudu sudu-sudu sudu turbin perlu diperhatikan. Bahan yang dipilih harus tahan beroperasi pada temperatur tinggi. Salah satu cara untuk mengurangi biaya yang berlebihan karena pemilihan material yang mahal, maka digunakan teknik pendinginan pada turbine blades. blade Udara untuk mendinginkan diambil dari compressor discharge discharge,, dialirkan ke rotor, stator, dan bagian mesin lain la yang membutuhkan pendinginan. Beberapa metode yang digunak digunakan dalam pengoperasian turbin gas adalah: a. Convection Cooling Merupakan suatu metode m mengalirkan udara dingin ke dalam turbine blade
untuk
menghilangkan kan panas yang melewati dinding. Aliran udara yang digunakan adalah aliran radial, yang melewati berbagai jalur dari hub sampai ke tip dari blade . Metode ini merupakan metode yang paling umum digu digunakan pada turbin gas.
Turbin
21
b. Impingement Cooling Metode ini merupakan pengembangan engembangan dari convection cooling.. Udara disemprotkan di dalam permukaan blade dengan high-velocity air jets. Hal ini meningkatkan transfer panas dari permukaan mukaan metal ke udara pendingin pendingin. Kelebihan dari metode ini adalah sistemnya dapat diterapkan hanya di tempat yang membutuhkan pendinginan lebih banyak. c. Film Cooling Metode ini dibuat dengan m membuat insulating layer diantara aliran gas panas dan blade . Metode ini juga berguna untuk melind melindungi combustor liners dari gas panas. d. Transpiration Cooling Transpiration cooling dapat dicapai dengan mengalirkan udara pendingin melalui lubang pori pada dinding blade . Aliran udara pendingin akan mendinginkan aliran gas panas secara langsung . Metode ini ni sangat efektif untuk temperatur yang sangat tinggi, karena seluruh bagian blade dilewati oleh udara pendingin. e. Water Cooling Mengalirkan air ke dalam tube di dalam blade , dan air tersebut akan keluar pada bagian tip dari blade dalam wujud uap. Air ha harus rus mengalami pemanasan awal untuk mencegah terjadinya thermal shock. Metode ini dapat menurunkan temperatur blade hingga di bawah 1000 OF (538⁰C) Turbine Blade Cooling Designs Ada beberapa macam desain dari blade cooling. Lima desain tersebut adalah: a. Convection and Impingement Cooling / Strut Insert Design Convection cooling dilakukan pada bagian midchord section melewati horizontal fins. fins Media pendingin keluar melalui split trailing edge edge. Udara bergerak ke atas pada bagian central cavity karena dibentuk oleh strut insert melalui lubang pada leading edge untuk mendinginkan bagian leading edge dari blade
dengan impingement. Lalu udara akan masuk ke horizontal fins
diantara shell dan strut yang kemudian keluar melalui slot pada trailing edge dari blade .
Turbin
22
Gambar 1.22 Strut Insert Design b. Film and Convection Cooling Design Bagian midchord didinginkan secara convection.
Sedangkan pada bagian agian leading edge
menggunakan convection dan film cooling. Udara pendingin dimasukkan pada tiga port dari dasar blade . Udara mengalir naik dan turun melalui vertical channels dan akhirnya melewati lubang kecil pada leading edge edge. Udara akan mengenai permukaan bagian dalam leading edge dan melewati lubang untuk membuat film cooling.. Udara akan keluar melalui slots untuk un mendinginkan trailing edge dengan convection.
Gambar 1. 23 Film and Convection Cooling Design
Turbin
23
c. Transpiration Cooling Design Blade memiliki strut dengan shell berpori. Udara pendingin masuk ke dalam blade melalui central plenum dari strut,, yang memil memiliki iki diameter permukaan lubang berbeda-beda. berbeda Udara akan melewati shell berpori yang akan didinginkan dengan kombinasi convection dan film cooling.. Metode ini menjadi efektif karena jumlah pori pada shell tidak terbatas. Tetapi pada metode ini kemungkinan terjadi oksidasi yang akan menutup beberapa pori pada saat dioperasikan, dan mengakibatkan cooling dan high-thermas stresses yang tidak seimbang, sehingga kemungkinan besar terjadi kerusakan pada saat blade digunakan.
Gambar 1. 24 Transpiration Cooling Design
d. Multiple Small-Hole Design Udara pendingin diinjeksikan melalui lubang lubang-lubang lubang kecil pada permukaan airfoil. Lubanglubang pada sistem ini lebih besar dari transpiration cooling,, sehingga kecil kemungkinannya terjadi oksidasi. Sistem ini merupakan salah satu sistem terbaik yang digunakan pada turbin gas
e. Water-Cooled Turbin Blade Terdapat beberapa water tubes (Cooper) di dalam blade . Air harus dipanaskan terlebih dahulu sebelum masuk ke dalam blade untuk menghindari thermal shock. Air berubah menjadi gas
Turbin
24
pada saat mencapai tip dari blade , kemudian gas ini diinjeksikan menjadi aliran gas. gas Keuntungan : temperatur inlet pada turbin dapat mencapai 3000 OF (1649 OC), temperatur blade dapat dijaga tetap di bawah 1000
O
F (538
O
C). Keuntungan lainnya adalah tidak adanya
masalah hot-corrosion.
Gambar 1. 24 Multiple Small Hole Design Blades
Gambar 1. 25 Water Cooled Turbine Blades
Turbin
25
1.3.2.4. Fuel System. Bahan bakar yang digunakan berasal dari fuel gas system dengan tekanan sekitar 15 kg/cm2. Fuel gas yang digunakan sebagai bahan bakar harus bebas dari cairan kondensat dan partikel-partikel partikel padat. Untuk mendapatkan kondisi tersebut diatas maka sistem ini dilengkapi dengan knock out drum yang berfungsi untuk memisahkan cairan cairan-cairan yang masih terdapat pada fuel gas.
Gambar 1.26 Kondisi Turbin Gas pada Saat Operasi
Turbin
26
1.3.2.5. Coupling dan Accessory Gear Berfungsi untuk memindahkan daya dan putaran dari poros yang bergerak ke poros yang akan digerakkan. Ada tiga jenis coupling yang digunakan, yaitu Jaw Cluth, uth, Accessory Gear Coupling, Load Coupling. 1. Jaw Clutch menghubungkan starting turbine dengan accessory gear dan HP turbin rotor. 2. Accessory Gear Coupling menghubungkan accessory gear dengan HP turbin rotor. 3. Load Coupling,, menghubungkan LP turbin rotor dengan kompressor beban.
1.3.2.6.Lube-oil system Lube oil system berfungsi untuk melakukan pelumasan secara kontinu pada setiap komponen sistem turbin gas. Lube oil disirkulasikan pada bagian -bagian utama turbin gas dan trush bearing bearin juga untuk accessory gear dan yang lainnya. Lube oil system terdiri dari: 1. Oil Tank (Lube Oil Reservoir) 2. Oil Quantity 3. Pompa 4. Filter System 5. Valving System 6. Piping System 7. Instrumen untuk oil Lube oil system berfungsi untuk melakukan pelumasan secara kontinu pada setiap komponen sistem turbin gas. Lube oil disirkulasikan pada bagian bagian-bagian bagian utama turbin gas dan trush bearing juga untuk accessory gear dan yang lainnya. Lube oil system terdiri dari Oil Tank (Lubee Oil Reservoir), Oil Quantity, Pompa, Filter System, Valving System, Piping System System,, Instrumen untuk oil. Pada turbin gas terdapat tiga buah pompa yang digunakan untuk mensuplai lube oil guna keperluan lubrikasi, yaitu: 1. Main Lube Oil Pump,, merupakan pompa utama yang digerakkan oleh HP shaft pada gear box yang mengatur tekanan discharge lube oil. 2. Auxilary Lube Oil Pump,, merupakan pompa lube oil yang digerakkan oleh tenaga listrik, beroperasi apabila tekanan dari main pump turun. 3. Emergency Lube Oil Pump,, meru merupakan pakan pompa yang beroperasi jika kedua pompa diatas tidak mampu menyediakan lube oil.
Turbin
27
Gambar 1.27 Alur lubrikasi dari turbin gas
Turbin
28
1.4. EFISIENSI TURBIN GAS Salah satu cara yang digunakan untuk menentkan kondisi dari turbin gas adalah dengan menentukan efisiensi turbin. Efisiensi turbin dapat ditentukan nilainya dengan cara kerja yang dihasilkan dengan kalor alor yang diberikan oleh combuster.
ηtotal = (WT - WC)/QCC WT = (ma+ mf) (h4-h3t) WC = ma(h2c – h1) QCC = (ma+mf) (h3cc-h2cc) keterangan: WT= kerja yang dilakukan oleh turbin WC= kerja yang diberikan pada kompresor QCC=kalor yang diberikan oleh combuster combuster/combustion chamber ma= massa dari air/udara mf=massa fuel/bahan bakar h1=entalpi dari pada sisi inlet kompresor h2c=entalpi sisi outlet kompresor h2cc=entalpi sisi inlet combuster h3cc= entalpi pada sisi outlet combuster h3t= entalpi sisi inlet turbin h4=entalpi pada sisi outlet turbin. Untuk mendapatkan nilai entalpi, dapat dilihat pada diagram mollier atau tabel termodinamika
Turbin
29
Gambar 1. 28 Contoh Diagram Mollier yang Dinyatakan dalam Entalpi-Entropi Entalpi 1.5. KLASIFIKASI TURBIN GAS a. Turbin Gas Siklus Terbuka (Open Open Cycle)
Gambar ambar 1. 29 Turbin Gas Siklus Terbuka Udara segar pada kondisi ambient (atmosfir) disedot ke dalam kompresor, dimana terjadi peningkatan suhu dan tekanan . Udara bertekanan tinggi diproses di dalam ruang pembakaran, dimana bahan bakar dibakar pada tekanan konstan. Gas temper temperatur atur tinggi yang dihasilkan kemudian masuk turbin, di mana gas temperatur tinggi dan bahan bakar dibakar pada tekanan atmosfer terbuka. sehingga menghasilkan tenaga.Gas buang yang dihasilkan turbin dibuang keluar (tidak disirkulasikan kembali), menyebabkan siklus harus diklasifikasikan sebagai siklus terbuka.
Turbin
30
b. Turbin Gas Siklus Tertutup (Closed Closed Cycle) Cara kerja turbin gas siklus tertutup, secara keseluruhan hampir sama dengan siklus terbuka. Pada proses kompresi dan ekspansi tetap sama. Akan tetapi proses Pembakaran digantikan oleh masukan Kalor tekanan konstan dari sumber eksternal dan pembuangan digantikan oleh pembuangan kalor pada tekanan konstan pada suhu ambient.
Gambar 1.30 Turbin Gas Siklus Tertutup Perbedaan dari kedua tipe ini adalah berdasarkan siklus fluida kerja. Pada turbin gas siklus terbuka, akhir ekspansi fluida kerjanya langsung dibuang ke udara atmosfir, sedangkan untuk siklus tertutup akhir ekspansi fluida kerjanya didinginkan untuk kembali ke dalam pros proses es awal.
1.6. SIKLUS PLTGU (COMBINED COMBINED CYCLE CYCLE) Pada pembangkit listrik,, beberapa Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) digabungkan dengan Pembangkit Listrik Tnaga Uap (PLTU). Siklus ini dinamakan siklus gabungan/Combined Cycle atau lebih dikenal masyarakat dengan PLTGU, Pembankit Listrik Tenaga Gas dan Uap. Secara global, konsep dari PLTGU adalah memanfaatkan gas panas dengan temperatur cukup tinggi untuk dimanfaatkan embali untuk memanaskan HRSG ((Heat Heat Recovery Steam Generator). Generator Pemanfaatan gas panas ini adalah dengan engan mnutup gas buang dari turbin gas. Kemudian dialirkan menuju cerobong gas turbin. Temperatur gas buang dari turbin gas ini ± 500°C. Air yang dimasukkan ke dalam HRSG tentunya merupakan air yang sudah memenuhi kriteria yang sudah ditentukan untuk melew melewati serangkaian proses pembangkit listrik. Dengan dialirkannya gas buang dari turbin gas ke dalam HRSG akan menyebabkan tebentuknya uap. Uap yang dihasilkan oeh HRSG mempunyai tekanan dan tempeatur tertentu sesuai dengan spesifikasi yang sudah ditentukan. Kemudian sama seperti siklus pada PLTU, uap yang terbentuk pada HRSG dialirkan ke turbin uap
Turbin
31
untuk menggerakkan poros yang dikopel dengan generator listrik. Generator listrik inilah yang mengkonversikan energi mekanik menjadi energi listrik dengan mengguna menggunakan kan konsep Gaya Gerak Listrik Induksi (GGL Induksi). Uap yang digunakan untuk memutar poros turbin kemudian diekspansikan ke kondensor. Pada kondensor, uap yang keluar dari turbin dikondensasikan/diembunkan menjadi air kondensat. Kondensor dilengkapi dengan gan ejector untuk memvakumkan kondenseor untuk mempercepat proses kondensasi. Air kondensat kemudian dipompakan ke dalam HRSG dengan menggunakan pompa kondensat dan pompa pompa pengisi HRSG yang energi panasnyadiambil dari auxiliary steam. Hal ini perlu dilakukan lakukan agar idak terjadi perbedaan temperatur yang besar antara temperatur air dalam HRSG dengan temperatur air yang akan masuk ke dalam HRSG, sehingga bebab yang dialami HRSG tidak terlalu besar.
Gambar 1.31 Alur Proses Produksi PLTGU Gresik
Walaupun dalam siklus tertutup, karena terjadi water loss (kehilangan air) pasti akan terjadi kekurangan air kalau tidak dilakukan penambahan air. Air penambah (Make Make Up Water) Water ditambahkan melalui kondensor.
Turbin
32
BAB II TURBIN UAP (STEAM TURBINE)
2.1. PENGERTIAN STEAM TURB TURBINE Secara sederhana Steam Turbine Turbine/ Steam turbine didefinisikan sebagai suatu alat yang mengubah energi panas/kalor menjadi energi kinetik. Energi kinetik dihasilkan dari semburan uap/steam uap/ yang dilakukan oleh nozel yang memutar sudu/vane turbine. Sudu-sudu turbine dirancang sedemikian s rupa sehingga dapat berputar dengan maksimal. Sudu Sudu-sudu turbine berputar terhadap suatu poros/shaft. poros/ Poros kemudian dihubungkan dengan generator untuk menghasilkan listrik. Uap merupakan air dalam wujud gas. Apabila dinyatakan dalam diagram Moulier (temperatur(temperatur entalpi, T-H diagram) maka akan terbentuk suatu diagram seperti di bawah ini:
Gambar 2.1. Diagram Mollier H2O Pada gambar daerah dengan warna hijau merupakan wujud air. Daerah dengan warna kuning merupakan daerah campuran/mixture mixture.. Bisa juga dikatakan daerah ini merupakan daerah uap basah. Semakin ke kanan, persentase uap semakin besar. Daerah dengan warna ungu merupakan daerah dengan an wujud gas. Pada daerah ini, semua air sudah berubah menjadi uap. Garis warna biru merupakan garis saturated water/ air jenuh. pada sepanjang garis ini, semua air sudah dalam kondisi jenuh. Dengan kata lain, air pada kondisi ini berada dalam kondisi mend mendidih. idih. Pada sepanjang garis merah ini, semua uap basah sudah berubah menjadi 100% uap kering.
2.2. FUNGSI DAN PRINSIP KERJA STEAM TURBINE Fungsi Steam Turbine secara umum adalah merubah energi panas dari uap yang bertekanan menjadi energi kinetik. Energi kinetik dalam turbine berupa gerak melingkar/berputarnya poros yang digerakkan oleh sudu-sudu sudu gerak (rotor). Dalam aplikasi pada dunia pembangkit ((Power Power Plant), Plant turbine
Turbin
33
selalu dihubungkan dengan Boiler Boiler/ steam generator, dan generator. Boiler sebagai penghasil uap bertekanan, sedangkan generator sebagai penghasil listrik.
Gambar 2.2. Steam Turbine
2.3. INSTALASI STEAM TURBINE 2.3.1
Siklus Pembangkit Sederhana ((Rankine Cycle) Siklus Rankine merupakan siklus pembangkit yang paling sederhana. Siklus ini terdiri dari 4
(empat) komponen utama, yaitu Boiler/steam generator, steam turbine , condenser , dan pompa. Boiler berfugsi sebagai penghasil uap bertekanan yang nantinya uap ini akan diekspansikan ke steam turbine . Steam turbine akan memutar poros yang dihubungkan dengan generator listrik. Uap yang telah diekspansikan oleh turbine akan diembunkan/dikondensasikan di kondesor. Dari condenser , uap yang sudah berubah wujud menjadi air, dipompakan kembali ke dalam Boiler. Begitu seterusnya siklus ini berulang.
Turbin
34
Gambar 2.3. Skema Ranking Cycle
1 ~ 2 : Proses menaikkan tekanan air dengan Boiler Feed (BFP) 2 ~ 3 : Air bertekanan tinggi memasuki boiler,, dipanaskan pada tekanan konstan dengan sumber panas dari luar (pembakaran bahan bakar). 3 – 4 : Proses expansi uap jenuh di turbine (menghasilkan kerja, ditranfer ke generator) 4 – 1 : Proses kondensasi (perubahan phase uap ke cair), pada tekanan & temperatur konstan di Condensor
2.3.2.
Siklus Pembangkit Kompleks Siklus ini merupakan modifikasi dari Rankine Cycle.. Hal ini dilakukan untuk meningkakan
efisiensi dari sikluss secara keseluruhan. Modifikasi yang dilakukan anatara lain turbine 3 tingkat (High, Intermediate, Low Pressure Turbine) Turbine). Untuk memaksimalkan efisiensi steam turbine , maka pada siklus ini diberi beberapa alat bantu. Alat banti tersebut adalah: a) Reheater b) Feed Water Heater c) Deaerator d) High and Low Pressure Heater e) Superheater
Turbin
35
Gambar 2.4. Contoh Skema Siklus Pembangkit Kompleks Pada steam Turbine untuk menghasilkan daya dengan kapasitas yang besar, digunakan turbine tiga tingkat (High Pressure, Intermediate Pressure, Low Pressure Turbine).
1. High Pressure Turbine(HP Turbine) Merupakan turbine dengan tekanan besar. HP Turbine ini mengekspansikan uap yang keluar dari superheater dengan tekanan ±150kg/cm2 dan temperatur lebih dari 500°C. Uap yang telah diekspansikan dari HP Turbine ini (tekanan ±40kg/cm2 dan temperatur ±300°C), dipanaskan kembali pada Boiler bagian reheater (pemanasan kembali) untuk menaikkan entalpi dari uap. Uap yang keluar dari dari reheater heater bertemperatur ±500°C.
2. Intermediate Pressure Turbine (IP Turbine) Merupakan turbine dengan tekanan sedang. IP Turbine mengekspansikan uap dari reheater menjadi uap dengan tekanan ±10kg/cm2 dengan temperatur ±300°C.
Turbin
36
3. Low Pressure Turbnie (LP Turbine) `Merupakan turbine dengan tekanan rendah. Turbine ini mengekspansikan uap dari IP Turbine dan uap yang keluar dari LP Turbine sebesar ±56mmHg (vakum) dan temperatur 40°C.
Gambar 2.5 2.5. Steam Turbine 3
Gambar 2.6. High Pressure Turbine
Turbin
37
Gambar 2.7. Intermediate Turbine
Gambar 2.8. Low PressureTurbine Desain bagian exhaust dari Low Pressure Turbine dibuat menjadi 2 (dua) cabang aliran uap. Hal ini dimaksudkan agar gaya axial dari poros turbine menjadi seminimal mungkin. Untuk membuat gaya axial pada Steam Turbine menjadi tidak terlalu besar, pada High Pressure dan Low Pressure Turbine susunannya ya di dibuat saling membelakangi.
Turbin
38
Susunan HP dan IP Turbine saling membelakangi Gambar 2.9. Susunan HP, IP dan LP Turbine
2.4. KONSTRUKSI STEAM TURBINE 2.4.1.
Komponen Utama Steam Turbine
a.
Sudu-Sudu Turbine / Blades Sudu-sudu turbine didesain dengan bentuk yang seaerodinamis mungkin untuk mengurangi
losses yang mungkin terjadi akibat gaya gesek dan dapat meningkatkan kecepatan uap panas. Sudusudu (blades)) yang ada pada turbine,, biasanaya terdiri dari sejumlah silinder meliputi High
Turbin
39
Pressure Cylinder, Intermediate Cylinder Cylinder, dan Low Cylinder. Masing-masing masing silinder memiliki rotor yang disangga oleh bearing bearing/bantalan. Rotor-rotor rotor tersebut disambung menjadi satu (termasuk rotor generator).. Ruang antara rotor dengan casing , terdiri dari rangkaian sudu-sudu sudu tetap dan sudu-sudu gerak yang disusun berselang-seling. Stator dipasang disekeliling g bagian dalam dari casing . Sedangkan serangkaian sudu gerak dipasang pada rotor. Apabila ke ddalam alam turbine dialirkan uap yang bertekanan, maka energi panas dari uap ini akan diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. mula energi panas dalam uap diubah menjadi uap terlebih dahulu menjadi energi kinetik Mula-mula dengan cara melewatkan uap tersebut pada nozzles.. Uap yang berkecepatan tinggi kemudian dialirkan ke sudu-sudu, sudu, sehingga akan menghasilkan putaran poros. Poros yang berputar ini kemudian digunakan untuk memutar poros generator. •
Klasifikasi Sudu
Berdasarkan pada prinsip cara pemban pembangkitan gaya gerak, sudu-sudu turbine dibedakan menjadi 2 macam , yaitu sudu impuls dan sudu reaksi. Turbine modern umumnya merupakan kombinasi dari kedua macam sudu tersebut. a) Sudu Impuls Sudu-sudu sudu tetap berfungsi sebagai nozzles sehingga uap yang melewatinya akan mengalami peningkatan energi kinetik. Uap dengan kecepatan tinggi ini selanjutnya akan menumbuk sudusudu sudu gerak. Tumbukan anatara uap dengan sudu sudu-sudu sudu gerak ini akan memutar poros turbine. Uap yang telah menumbuk sudu sudu-sudu sudu gerak tersebur kemudian diarahkan untuk masuk ke dalam sudu-sudu sudu tetap tahap tahap/stage berikutnya. Selama melintasi sudu gerak, tekanan dan entalpinya tidak berubah. Pada sudu impuls, penurunan tekanan dan energi panas uap hanya terjadi pada sudu tetap dan nozzles saja. b) Sudu Reaksi Pada suatu turbine dengan instalasi yang terpasang dengan kondisi 100% sudu reaksi, maka sudu gerak hanya berfungsi sebagai nozzles sehingga uap yang melewatinya akan mengalami peniungkatan kecepatan. Peningkatan kecepatan ini aakan kan menimbulkan gaya reaksi yang arahnya berlawanan dengan arah kecepatan uap. Gaya reaksi pada sudu gerak inilah yang akan memutar poros turbine.. Uap selanjutnaya dialirkan pada sudu tetap yang berfungsi untuk
Turbin
40
mengarahkan uap ke sudu gerak tahap berikutn berikutnya. ya. Pada sudu yang terdiri dari 100% reaksi,penurunan energi panas akan dan tekanan hanya terjadi pada sudu gerak. Sudut dan desain dari sudu-sudu sudu ini dibuat seaerodinamis mungkin agar turbine dapat berputar dengan kecepatan desainnya dan uap mampu mengali mengalirr dengan mulus melewati sudu tersebut sehingga mengurangi adanya erosi (pengikisan) sampai pada tingkat seminimum mungkin.
Gambar 2.10. Skema Sudu Impuls dan Sudu Reaksi b. Stator dan Rotor sudu yang diam. Stator merupakan komponen dalam turbine yang dilengkapi dengan sudu-sudu Fungsi dari stator adalah untuk mengubah energi potensial menjadi energi kinetik. Stator juga berfungsi untuk mengarahkan uap ke rotor (sudu jalan turbine). ). Pada stator dilengkapi nozel untuk menyemburkan uap panas anas bertekanan dari Boiler.. Nozel pada sudu tetap dipasang pada casing dan fixed. Rotor merupakan Bagian pada turbine yang berputar. Di sekeliling rotor terdapat sudu jalan yang berfungsi untuk mengubah energi kinetik uap menjadi energi mekanis. Rotor dipasang bersama dengan poros penggerak.
Turbin
41
c.
Casing Casing
berfungsi untuk melindungi proses ekspansi uap oleh turbine agar tidak terjadi
kebocoran dari dan kearah luar. Casing juga berfungsi untuk melindungi komponen-komponen komponen dalam turbine terhadap debu atau benda benda-benda “asing” dari luar. Casing juga berfungsi sebagai sebagai dudukan dari bearing rotor. Permukaan dalam (internal surface) dari casing harus dibuat seefisien agar uap yang berlalu melewati casing tidak banyak losses karena permukaan p casing yang tidak kurang baik. Desain dari casing juga harus mampu menjadi support dari blades/ sudu dan nozzles pada semua stage. Uap yang digunakan untuk menggerakkan turbine merupakan uap dengan tekanan dan temperatur yang tinggi. Oleh kare karena itu casing dari steam Turbine harus tahan terhadap thermal stress.
d. Poros/ shaft Poros merupakan salah satu bagian dari turbine yang menjadikan rotor-rotor rotor berbagai tingkat turbine menjadi satu kesatuan. Poros ini juga mentransmisikan torsi rotor turbine untuk memutar bagian dari poros generator listrik. Perlu diperhatikan saat pemasangan anatara dua poros (poros turbine dengan poros generator) adalah saat pemasangan.. Pemasangan kedua poros harus benarbenar benar lurus. Tidak boleh terjadi missalignment (ketidaklurusan) karena akan mengakibatkan timbulnya vibrasi/getaran.
rotor poros
stator
Gambar 2.11. .11. Stator dan Rotor yang Sudah Dirangkai dengan Poros
Turbin
42
2.4.2.
Kelengkapan Steam Turbine
Agar steam turbine beroperasi dengan baik, maka dilengkapi dengan beberapa alat pelengkap. Alat-alat alat pelengkap tersebut meliputi: a.
Journal dan Axial Bearing Journal Bearing diletakkan di depan dan belakang untuk menumpu poros turbine. Sedangkan
axial bearing digunakan untuk melawan gaya axial dari poros. Aliran uap yang memutar turbine mengakibatkan turbine bergerak ke arah axial (searah sumbu poros). Jika gerakan kearah axial ini melewati batas yang dizinkan, maka terjadilah gesekan antar rotor turbine dengan statornya. Jarak antara sudu tetap dan sudu jalan dibuat kecil sekali yang berguna untuk mengurangi energy loss. Rotor didukung oleh journal bearing yang dilapisi logam putih. Kee dalam bearing tersebut dialirkan minyak pelumas secara kontinyu untuk pendinginan dan pelumasan. Daerah pada setiap bearing merupakan daerah yang rawan, maka pada setiap bearing juga dipasang peralatan instrumentasi untuk mendeteksi parameter parameter-parameter yang perlu dimonitor. Peralatan instrumentasi yang perlu dipasang pada setiap bearing adalah: 1) indikator kator temperatur metal atau indikator tekanan minyak pelumas balik baik untuk penunjukan local atau remote. 2) alat ukur tekanan suplai minyak pelumas 3) alat ukur tekanan jacking oil 4) deteksi getaran 5) monitor eksentrisitas
Journal Bearing Gambar 2.12. Journal Bearing
Turbin
43
Gambar 2.13. Axial Bearing b.
Main Stop Valve (MSV) steam masuk ke HP Merupakan valve yang membuka dan menutup aliran uap utama (main steam)
Turbine. Pada saat start up,, MSV berfungsi mengatur laju aliran uap yang masuk ke HP Turbine dan juga sebagai proteksi saat turbine trip.
Gambar 2.14. Main Stop
MSV Main steam
CV
HP Turbine
menuju reheater Gambar 2.15. Skema dari MSV
Turbin
44
c.
Governor/ Control Valve Sistem Control Valve pada turbine memiliki beberapa fungsi, yaitu:
mengatur beban turbine sesuai dengan frekuensi sistem jaringan memungkinkan mesin untuk beroperasi secara paralel dengan mesin lain di dalam sistem untuk mengontrol putaran turbine supaya tetap dalam putaran yang konstan.
Secara umum ada 3 macam tipe governor yang banyak digunakan, yaitu governor mekanik, governor hidrolik, dan governor elektrik. 1)
Governor mekanik Pada governor mekanik, kanik, kecepatan putar poros generator yang sebanding dengan frekuensi yang dihasilkan generator didapat dengan menggunakan bola-bola bola berputar yang menghasilkan gaya sentrifugal. Gaya Sentrifugal ini dibandingkan dengan gaya mekanik yang didapat dari pegas referensi. Selisih besarnya gaya sentrifugal dengan gaya pegas ini menjadi sinyal pengerak sistem mekanik atau hidrolik yang selanjutnya akan menambah uap, air, atau bahan bakar mesin penggerak generator.
2)
Governor hidrolik Pada ada governor hidrolik pengukuran frekuensi didapat melalui gaya sentrifugal dari bolabola bola yang berputar. Dari gambar di bawah ini, terlihat adanya umpan balik melalui engsel E untuk menghentikan kerja governor. Hal ini diperlukan untuk menghindari terjainya osilasi. Besarnya umpan mpan balik dapat diatur melalui posisi engsel E.
Gambar 2.16. Skema Governor Hidrolik
Turbin
45
3)
Governor elektronik Deteksi eteksi frekuensi dilakukan melalui generator kecil yang empunyai magnet permanen permane sehingga tegangan jepitnya sebanding dengan putarannya. Generator kecil ini dikopel dengan poros generator utama, sehingga putarannya sebanding dengan poros generator utama. Akibatnya tegangan jepit generator kecil ini sebanding dengan frekuensi generator generato utama. Selanjutnya, tegangan jepit generator kecil ini dibandingkan dengan tegangan frekuensi di mana selisihnya menjadi sinyal penggerak sistem elektronik.
Sistem control valve pada turbine berfungsi mengatur laju aliran uap ke dalam turbine. Sistem valve digerakkan oleh servo valve actuator dan minyak hidrolik sebagai penggerak valve. Control Valve turbine terdiri dari dari:
RSV (Reheat Stop Valve Valve), merupakan valve yang membuka dan menutup aliran uap reheat yang masuk ke IP Turbine. Pada saat start up RSV sudah dalam kondisi membuka penuh, jadi tidak berperan dalam pengaturan laju aliran uap reheat dan juga sebagai alat
proteksi saat turbine trip trip. ICV (Interceptor Valve) Valve), berperan mengatur aliran uap reheat pada IP Turbine.
Uap dari reheater
RSV ICV
IP Turbine
Menuju LP Turbine Gambar 2.17. Skema RSV dan ICV d.
Lubrication System Lubrication System berfungsi uuntuk melumasi bearing, Turning Gear dan lain – lain. Fungsi
lain dari pelumasan ini adalah mencegah korosi, mencegah keausan pada turbine yang bergerak,
Turbin
46
pengangkut partikel kotor yang berasal dari luar atau kotoran dari luar, dan sebagai pendingin terhadap panas yang timbul akibat gesekan. Sistem pelumasan pada turbine merupakan salah satu hal yang harus diperhatikan karena pelumasan yang baik dapat mencegah kerusakan memperpanjang umur peralatan. peralatan Harus mencakup right time,right amount,right place,right methode, dan right lubricant. Sistem pelumas p dilengkapi dengan beberapa pompa minyak pelumas untuk memenuhi kebutuhan turbine pada kondisi yang beberapa kondisi yang berbeda. Pompa Pompa-pompa pompa pelumasan yang terdapat pada sistem s pelumasan adalah:
Pompa pelumas utama (main oil pump). Pompa ini dikopel el dengan poros turbine. Pompa ini berfungsi untuk memberikan suplai pelumasan pada turbine ketika turbine telah berputar pada putaran normal atau mendekati. Selain itu pompa pelumas utama juga
mensuplai minyak untuk keperluan sistem governor, seperti power oil dan pilot oli. Pompa pelumas bantu (auxiliary oil pump). Pompa ini digerakkan oleh motor listrik AC dan mensuplai minyak ke turbine bila pompa minyak pelumas utama tidak dapat mensuplai. Misalnya pada saat putaran rendah atau pada saat start turbine. turbine Seperti pompa minyak utama, selain mensuplai sistem pelumasan, pompa ini juga untuk mensuplai
power oil dan an pilot oil. Pompa pelumas turning gear (Turning gear oil pump). Pompa ini digerakkan oleh motor listrik AC dan hanya mensuplai minyak pelumas saja. Pompa ini digunakan bila
turbine sedang berada dalam keadaan berputar dengan pemutar poros (Turning ( Gear) Pompa pelumas darurat (Emergency oil pump). Pompa ini digerakkan oleh motor listrik DC yang biasanya disuplai dari baterai. Pompa ini hanya mensuplai minyak pelumas dan hanya digunakan dalam keadaan darurat, yaitu bila suplai minyak dari pompa lainnya
terganggu. Pompa pendingin minyak (Oil cooler pump). Oil cooler berfungsi untuk menyerap panas minyak pelumas yang keluar dari bantalan turbin. Terdapat 2 cooler dimana yang satu standby. Jika cooler yang satu kotor maka cooler yang lain akan berjalan. Arti standby tandby disini saluran cooler dalam minyak benar-benar benar bebas dari udara dan saluran minyak telah terisi penuh dengan udara. Untuk membuang udara yang ada dalam sauran minyak maka dilakukan venting pada saluran tersebut, dan dalam waktu yangh bersamaan
Turbin
47
minyakk pelumas menalir dan mendorong udara keluar dari cooler.. Bila saluran venting telah keluar minyak, maka udara telah habis dan venting harus segera ditutup. Temperatur minyak ini diatur karena berhubungan dengan voiscositas pelumas yang membentuk lapisan (film film ) saat melumasi bantalan. Pada umumnya pompa minyak yang digerakkan oleh tenaga listrik dapat dijalankan dan dimatikan secara otomatis dari Pressure switch yang terdapat dalam sistem minyak pelumas pada turbine. Minyak diambil dari tangki minyak pelum pelumas utama (main oil) yang sering disebut tangki minyak utama (Main Main Oil Tank Tank). ). Minyak pelumas dipompakan melalui sebuah saringan minyak untuk mengeluarkan partikel-partikel partikel padat dan kotoran lainnya. Minyak kemudian dilewatkan pendingin minyak pelumas (oil cooler) untuk selanjutnya dialirkan ke bearing-bearing bearing turbine. Tekanan minyak bearing turbine diatur antara 1-2 kg/cm2.
Gambar 2.18. Skema dari Lubrication System
Temperatur minyak pelumas menuju bantalan diatur dengan cara mengatur aliran air pendingin minyak pelumas. Pada beberapa sistem, pengaturan temperatur minyak dilakukan dengan cara langsung menyalurkan minyak melintasi pendingin minyak, dimana sebagian minyak miny disimpan agar tidak melewati pendingin untuk kemudian bercampur dengan sisa minyak yang telah
Turbin
48
dilewatkan melalui pendingin. Temperatur suplai minyak pada bantalan turbine diatur antara 37° C40 C°. Saringan minyak pelumas dan pendingin pelumas dilengkap dilengkapii dengan katup by pass otomatis. Katup-katup katup ini biasanya bekerja secara mekanik berdasarkan regangan pegas. Regangan pegas diatur sehingga katup akan terbuka pada saat perbedaan tekanan melintasi saringan. Hal ini dapat terjadi disebabkan antara lain dise disebabkan babkan oleh tersumbatnya saringan atau kegagalan pengoperasian dari katup-katup. katup. Juga perlu diingat bahwa pompa pelumas darurat (Emergency Emergency oil pump) menyalurkan secara langsung tanpa melewati saringan minyak dan pendingin karena memang hanya digunakan dalam m kondisi darurat. Tangki minyak pelumas utama dilengkapi dengan kipas vent yang berfungsi menghisap gas-gas gas dari minyak pelumas. Hal ini menyebabkan tekanan tangki sedikit dibawah tekanan atmosfir sehingga dapat mencegah masuknya gas gas-gas dari minyak pelumas ke dalam turbine. turbine Pada kebanyakan sistem pelumas, pompa pompa-pompa pompa minyak pelumas yang digerakkan dengan motor AC dan DC dipasang dalam posisi vertikal. Pompa Pompa-pompa pompa tersebut diletakkan di dalam tangki main oil pump (terbenam di bawah permukaan minyak). Sedan Sedangkan gkan motor-motornya motor diletakkan di atas tangki.
e.
Jacking oil System Bila proses turbine yang besar sedang dalam keadaan diam, maka berat rotor akan
menekan/mendesak minyak pelumas yang ada diantara permukaan poros dan journal bearing (bantalan luncur). Hal ini mengakibatkan kedua permukaan logam tersebut memungkinkan terjadinya metal to metal contact. Suplai minyak pelumas utama yang mengalir ke dalam bearing hanya akan memberikan lapisan minyak bila poros berputar. Bila poros dicoba diputar dalam keadaan se seperti perti diam, baik dengan motor pemutar poros atau cara lain,maka poros akan sulit untuk diputar. Bahkan dapat mengakibatkan matinya motor pemutar poros karena over load (kelebihan beban). Apabila ternyata poros dapat berputar, maka akan mengakibatkan rusaknya ya poros dan lapisan dari bearing.. Oleh karena itu, untuk dapat memutar poros dari keadaan diam, terlebih dahulu poros harus sedikit diangkat. Untuk mengangkat poros, perlu digunakan fluida (minyak) bertekanan tinggi yang dikenal dengan nama
Jacking Oil.
Tekanan minyak dapat mencapai 100kg/cm2 yang diperoleh dari pompa multicylinder positive
Turbin
49
displacement. Saluran jacking oil dipasang pada setiap bearing atau hanya pada beberapa bearing saja. Pompa-pompa pompa tersebut mangambil minyak langsung dari main oil tank atau dari suplai utama pelumas bearing.. Minyak dialirkan dari bagian bawah bantalan melalui satu atau lebih saluran dalam bearing housing (rumah bantalan) dan pelapisnya. Poros akan terangkat oleh tekanan minyak dan suatu lapisan minyak yang tipis akan te terbentuk diantara permukaan poros dengan bantalan sehingga poros dapat diputar dengan mudah. Jacking oil pump terdiri dari dua buah pompa piston yang digerakkan oleh motor DC. MasingMasing masing pompa mempunyai beberapa silinder yang masing masing-masing masing menyuplai minyak. miny Komponen Sistem Jacking oil antara lain: 1. motor DC 2. non return valve 3. peralatan pengaman dan monitoring
f.
Turning Gear Bila beban turbine shut down, maka temperatur casing dan rotor turbine masing-masing masing sangat
tinggi (450°C-500°C). 500°C). Bila poros turbine kemudian dibiarkan untuk tetap diam dalam jangka waktu tertentu, maka akan terjadi beda temperatur antara bagian atas dengan bagian bawah rotor maupun casing . Beda temperatur ini akan menyebabkan bagian bawah masing masing-masing masing rotor akan menyusut lebih cepat dibandingkan bagian atas, sehingga akan menyebabkan terjadinya pembengkokan ke atas/hogging. Hal ini akhirnya dapat menyebabkan terjadinya persinggungan mekanis antara komponen yang bergerak dengan komponen yang stationary/diam. Apabila turbine dicoba diputar pada kondisi ini, maka akan menyebabkan timbulnya getaran yang serius dan bahkan dapat mengakibatkan kerusakan mekanis. Bengkokan yang disebabkan oleh temperatur yang tidak merata ini dapat dihindari apabila porosnya dijaga tetap berputar meski dengan putaran rendah (3rpm(3rpm 40rpm) selama pendinginan. Untuk tujuan tersebut, turbine dilengkapi dengan Turning Gear. Turning Gear terdiri dari motor dan suatu seri roda gigi pengurang putaran (reduction gear) yang dapat dihubungkan ke roda gigi pada poros turbine.. Penggerak akhir dari susunan roda gigi ini dirancang sedemikian rupa sehingga secara penggerak tersebut dapat terputus (disconnect) secara
Turbin
50
otomatis dengan roda gigi poros turbine pada saat kecepatan turbine mencapai lebih dari kecepatan yang diberikan oleh penggeraknya ((Turning Gear motor). Hal ini dapat dimaksudkan untuk Turning Gear Motor diputar oleh poros turbine dengan kecepatan yang lebih tinggi. Urutan operasi yang umum adalah mengamati poros turbine saat mulai dimatikan sampai saat poros berhenti. Dalam interval ini suplai minyak pelumas bantalan tetap masih diperlukan. Selanjutnya suplai minyak pengangkat ((jacking jacking oil supply) supply dijalankan untuk memberikan suatu lapisan minyak secara pasti antara rotor dengan bearing. bearing Setelah ini gigi penggerak Turning Gear dimasukkan pada roda gigi poros turbine.. Hal ini dilakukan dengan cara manual atau otomatis, kemudian baru motor Turning Gear dihidupkan. Kecepatan puta poros turbine tergantung dari rekomendasi dari pembuat turbine.. Tetapi umumnya diantara 3-40 3 rpm. Selain rotor menjadi dingin dengan cara dengan cara ini, pergerakan sudu-sudu sudu rotor juga menimbulkan sirkulasi udara dalam casing , sehingga mengakibatkan pendinginan yang merata pada sudu-sudu. Turbin-turbin modern saat ini dilengkapi dengan perlengkapan pengaturan urutan operasi Turning Gear yang lebih canggih. Pada turbine ini, pompa minyak jacking dan motor Turning Gear akan berjalan secar otomatis bila putaran turbine telah mencapai 100-200 200 rpm. Hanya saja bila putaran poros turun sampai pada putaran turning, selfsynchro-shift shift centrifugal clutch akan menghubungkan drive ke poros turbine sehingga putaran turbine dapat dipertahankan pada putaran yang telah ditentukan tanpa pa berhenti. Dalam banyak hal, bila putaran poros turbine naik di atas putaran gear, secara otomatis Turning Gear akan lepas dan motor Turning Gear berhenti/mati. Hal penting yang harus dilakukan untuk menghindari bengkoknya poros pada saat turning gear macet atau tidak berfungsi, maka poros turbine harus diputar secara manual. Poros turbine harus diputar separuh putaran tiap 10 menit. Secara umum hal ini dapat dianggap cukup menghindari pembengkokan poros. Bila oleh suatu uatu sebab poros dalam keadaan panas atau hangat tidak dapat diputar sama sekali, maka bengkoknya poros karena panas dapat menyebabkan terjadinya kontak antara bagian yang tetap dengan bagian yang diam/tetap pada turbine. Kontak tersebut pertama-tama tama akan terjadi pada perapat poros dan biasanya ya sementara. Setelah temperatur turbine secara perlahan-lahan perlahan turun dan mulai sebanding, bengkokan rotor akan hilang dengan dengan sendirinya. Bila terjadi gangguan serius seperti itu, cobalah putar poros secara manual dengan segera untuk meyakinkan bahwa bahw
Turbin
51
poros dapat berputar secara bebas. Bila berhasil, motor pemutar segera dijalankan untuk memperpanjang waktu putar dan mengurangi sisa bengkokan. Bila ada indikasi goresan pada arah radial, berarti terjadi kerusakan yang pemanen sebagai akibat bengkokan yyang ang terjadi. Memutar poros turbine terus dilanjutkan sampai penunjukkan temperatur metal turun pada harga yang direkomendasikan. (150°C-200°C). 200°C). Pada temperatur ini sebenarnya bengkokan masih dapat terjadi . pemutaran poros juga diperlukan sebelum start turbine untuk mengurangi starting torque (torsi awal). Memutar turbine langsung dengan uap tidak direkomendasikan. Beberpa metode ditetapkan untuk mempercepat laju pendinginan turbine secara aman. Pendinginan dengan uap bisa dilakukan dengan program shut down yang telah direncanakan. Temperatur uap masuk ke turbine, kemudian diturunkan perlahan-lahan lahan dan dimonitor secara seksama. Waktu putar yang singkat setelah shut down dapat dicapai karena turbine stop pada temperatur rendah. Cara lebih efektif lagi adalah dengan metode penghembusan udara pendingin untuk mempercepat laju pendinginan setelah shut down. Setelah terjadi pendinginan alami sampai pada putaran Turning Gear,, udara dengan tekanan rendah disemprotkan semprotkan pada silinder turbine yang paling panas melalui instalasi pipa yang disediakan dan dikeluarkan dari ruang lantai turbine.. Dengan pengoperasian yang cermat dan pengamatan yang teliti terhadap pengaruh turbine,, metode ini dapat mengurangi waktu kerja ke dari 72 jam menjadi 28 jam. Selama poros turbine masih diputar, perlu dilakukan pengamatan dengan cermat terhadap kondisi seluruh unit. Bila ditemukan kelainan baik pada arus motor Turning Gear, Gear eksentrisitas, getaran, temperatur bearing atau tanda tanda-tanda da yang dapat dideteksi melalui (suara) telinga, harus segera diperiksa dan bila perlu putaran poros dihentikan. Operator harus tanggap terhadap batasan operasi dan instruksi dari unitnya untuk menghindari akibat yang tidak diinginkan.
g.
Peralatan Pengaman Turbine Turbine berfungsi sebagai penghasil putaran untuk menggerakkan generator. Tenaga penggerak
dari turbine pada adalah uap yang bertemperatur sekitar ±541oC dan tekanan uap ±169 kg/cm2. Dalam hal ini, uap yang dbutuhkan tergantung pada besar kecilnya beban. Jika beban tinggi maka jumlah uap yang diperlukan juga besar, sebaliknya jika beban rendah maka uap yang masuk ke turbine dilakukan oleh kontrol valve yang bekerja secara otomatis tergantung pada besar beban.
Turbin
52
Peralatan yang bekerja pada tekanan dan temperatur tinggi apabila terjadi kesalahan tentunya akan berakibat sangat fatal. Dapat membahayakan perusahaan pada umumnya karena beberapa perlatan akan trip dan butuh biaya perawatan atau mungkin penggantian peralatan. Secra khusus tentu saja keselamatan jiwa dari operator-operator operator yang berinteraksi langsung dengan peralatan tersebut. Dalam pengoperasiannya, turbine tidak selalu berada dalam kondisi yang aman. Artinya turbine bisa saja dalam suatu saat berada dalam kondisi yang berbahaya. Apabila tidak dilakukan langkah safety,, maka bisa saja menimbulakan kerusakan yang fatal. Sebagai contoh putaran turbine perlu dijaga konstan pada 300 rpm. Pengendalian putaran turbine bisa dicapai dengan mengontrol kapasitas uap yang masuk pada steam turbine . Apabila mass flow rate nya terlalu banyak, maka akan mengakibatkan turbine overspeed. Overspeed dapat menyebabkan gaya sentrifugal yang diterima rotor akan melebihi desain dari rotor itu sendiri. Contoh lain adalah pada bearing. Temperatur dari pelumas bearing perlu dijaga temperaturnya. Bearing didesain untuk bekerja pada interval operasi tertentu. Apabila pelumas tidak dapat mendinginkan temperatur operasi bearing, maka bearing akan rusak dan turbine tidak dapat beroperasi dengan baik karena akan menyebabkan timbulnya vibrasi, missalignment missalignment// ketidaklurusan poros penggerak. Ketidaklurusan dapat menyebabkan kerusakan pada komponen komponen–komponen steam turbine yang lain. Seorang operator lapangan apangan harus dapat mengidentifikasi situasi dan mengambil keputusan setiap saat. Selain dari segi operator, dari segi turbine itu sendiri juga perlu dilengkapi dengan perlalatan proteksi yang bekerja secara otomatis untuk mengamankan turbine.. Unsur yang paling p penting dari peralatan proteksi turbine ini adalah ESV (Emergency Shut-off Valve). Valve Selain ESV, peralatan proteksi yang lain adalah sebagai berikut :
Proteksi putaran lebih (overspeed overspeed protection protection). Sistem proteksi lebih berfungsi untuk menjaga kecepatan turbine agar tidak melebihi batas maksimum yang diterima oleh turbine. Bila putaran turbine melebihi dari yang ditentukan (sekitar 3000 rpm), maka tegangan yang disebabkan gaya sentrifugal pada sudu-sudu sudu gerak akan melebihi tegangan lumer (yield strength),, material dan rotor akan retak dan pecah. Apabila terjadi penurunan beban secara tiba tiba-tiba, mula-mula mula sistem governor akan mengantisipasi kenaikan putaran yang terjadi. Bila sistem governor tidak mampu mam mencegah kenaikan putaran yang terjadi, maka peralatan overspeed protection akan bekerja secara otomatis bila putaran turbine telah mencapai harga yang ditetapkan.
Turbin
53
Gambar 2.18. .18. Gaya Sentrifugal pada Gerak Partikel yang Bergerak Melingkar Setiap turbine biasanya dilengkapi dengan 2 set peralatan overspeed protection yang dipasang di ujung luar dari rotor HP Turbine. Peralatan ini diset iset untuk bekerja pada putaran sekitar 10% di atas putaran normal. Bila salah satu alat ini bekerja, maka signal trip akan akan dikirim dan katup ESV akan menutup. Pada turbine modern, telah disediakan fasilitas untuk pengujian sehingga mekanisme peralatan overspeed protection dan katup ESV dapat diuji pada waktu unit sedang berjalan. Saat terjadi overspeed,, torsi yang dialami oleh rotor menjadi sangat besar. Rotor akan mulur melebihi batas yield dari material rotor tersebut. Jarak antara rotor , casing , dan stator sengaja didesain dengan clearence yang sekecil mungkin agar tidak banyak losses yang terjadi, sehingga apabila rotor menerima gaya sentrifugal melebihi batas yield, yield maka rotor akan bersinggungan dengan stator sehingga rotor akan rusak. Adapun pengaman dari sistem pengatur kecepatan turbine ini terdiri dari instrumen komponen berikut: 1) Magnetic pickup,, yang berfungsi sebagai sensor pendeteksi putaran lebih pada turbine. 2) Contol box (control control drawer drawer), sebagai setting kontrol pengaman turbine putaran lebih. 3) Amplifier transmitter,, yang bekerja mengubah perubahan besaran tekanan yang diukur menjadi suatu besaran yang besarnya sebanding dengan perubahan tahanan listrik. 4) Relay, sebagai penerima ima sinyal yang berasal dari penguatan yang memberikan pengaman atau sakelar penerima sinyal logika biner.
Turbin
54
Perangkat trip tersebut merupakan proteksi untuk over speed elektris. Mekanisme trip secara elektris pada ujungnya akan menjalankan mekanisme kumparan n yang pada gilirannya juga akan men-drain drain semua saluran hidrolik yang terkait. Adapun perangkat trip yang digerakkan secara mekanis dikendalikan oleh perangkat setrifugal mekanis yang terhubung dengan poros utama turbine melalui seperangkat roda gigi. Jika sistem proteksi turbine terhadap putaran lebih turbine,, baik dilakukan secara elektris maupun secara mekanis gagal, terdapat perangkat akhir pen-trip turbine dalam putaran lebih yang disebut Emergency hand trip trip.. Mekanisme trip ini berbentuk tungkai yang berhubungan dengan governor pedestal yang akan mengoperasikan trip valve dari mekanisme over speed trip. Perangkat ini dimaksud sebagai back up atau cadangan bila semua perangkat putaran turbine gagal beroperasi. Perangkat tambahan lainnya adalah over speed Emergency trip device.. Alat ini merupakan pengetesan kinerja atau keandalan unit terhadap putaran turbine yang telah tergabung dalam sistem protective device test test. Dalam kondisi operasi, turbine dapat bekerja dalam keadaan yang berbahaya dimana bila tidak dilakukan tindakan apapun dapat mengakibatkan kerusakan yang fatal. Peralatan ini harus dites secara periodik agar apabila terjadi penyimpangan atau kerusakan pada sistem proteksi tersebut dapat segera diketahui dan diperbaiki.
Turbin
55
Gambar 2.19. Skema dan Konstruksi Overspeed Overspeed trip harus diatur sebisa mungkin jauh dibawah kecepatan maksimum untuk memberikan waktu respon yang memadai pada sistem proteksi. Apabila digambarkan dalam bentuk grafik, hubungan antara respon dengan kecepatan putar poros turbine, turbine maka akan terlihat seperti grafik di bawah ini:
Turbin
56
Gambar 2.20. Grafik Respon dari Overspeed Protection
Low Vacuum Unloader Trip Merupakan pengaman vakum condenser yang disebut juga automatic low vacuum trip yang merupakan
interlock dengan turbine karena tidak akan dimasuki uap jika tekanan
condenser belum vakum.. Alat ini akan mentrip turbine jika uap yang keluar dari turbine menuju kondensor densor tersebut naik dari batas batas-batas batas yang telah diizinkan. Kondisi vakum adalah kondisi dimana tekanan sistem berada di bawah tekanan 1 atm (1 atm= 760mmHg). Secara skema dari alur peral peralatan atan pengaman ini, dapat dilihat pada gambar di bawah. Pada sisi exhaust Low Pressure Turbine diberi sensor temperatur dan tekanan. tekanan Sensor diset pada point tertentu yang akan memberikan perintah pada aktuator unutk menutup valve. Valve ini yang akan segera ra menutup aliran uap menuju Low Pressure Turbine sehingga turbine akan trip. Apabila peralatan pengaman ini gagal, maka ada resiko proses kondensasi tidak berjalan sempurna. Tidak semua uap terkondensasi menjadi air kondensat. Akibatnya air yang ditampung pada hotwell tidak cukup jumlahnya untuk dialirkan menuju feed water heater,
Turbin
57
deaerator dan boiler feed pump. Jika feedwater yang dialirkan sedikit, ada resiko terjadi overheat pada peralatan-peralatan peralatan tersebut. Selain itu jika tekanan pada condenser
tidak vakum, maka selisih tekanan antara
condenser dengan turbine tidak cukup besar untuk merubah seluruh fase uap menjadi men air kondensat.. Akibatnya, temperatur exhaust pada turbine lebih panas dan pada blade tingkat akhir pada low pressure Turbine akan terjadi overheat dan dapat terjadi kerusakan. kerusakan Akibat yang lain adlah terjadinya back pressure dari uap yang akan dikondensasikan. Uap ekspansi akan sulit mengalir ke condenser condenser. Uncondensable steam (uap yang tidak terkondensasi) ini akan dikeluarkan melalui air ejector
Gambar 2.21. Skema dari Low Unloader
Pembuang beban dari titik karena tekanan uap rendah (diafragma) Ketika unit pembangkit sedang beroperasi normal kemudian terjadi gangguan pada Boiler sehingga laju pembakaran Boiler tidak sesuai dengan kebutuhan uap, maka tekanan uap akan turun. Hal ini dapat disebabkanoleh kegagalan mill atau burner mati. Apabila tekanan uap dibiarkan turun terus-menerus, menerus, maka akan terjadi ”carry over” dari Boiler ke turbine. Atau temperatur uap akann turun sehingga dapat melampaui harga limit yang ditentukan seagai limit yang ditentukan sebagai proteksi terhadap bahaya ini. Bila tekanan uap turbine turun sampai harga tertentu, maka aliran uap secara otomatis dikuranngi melalui penutup katup governor turbine.
Turbin
58
Apabila peralatan ini belum mampu menghentikan penurunan tekanan uap yang disebabkan oleh beberapa gangguan (misal kehilangan penyalaan burner), maka peralatan trip tekanan uap rendah bekerja men men-trip turbine.. Peralatan tersebut dipasang sedemikian sedemikia rupa
sehingga dapat di nonaktifkan ketika dalam keadaan start. Trip tekanan minyak pelumas rendah ((pressure low trip) Minyak selain sebagai pelumas juga sebagai media pendingin sehingga minyak perlu dikontrol secara cermat. Jika terjadi pengurangan aliran maka sistem pengaturan secara interlock akan memerintahkan turbine untuk berhenti. Peralatan ini dipasang untuk melindungi turbine terhadap kerusakan karena kehilangan minyak pelumas bearing.. Pada turbine yang menggunakan minyak, baik untuk untuk pelumasan bearing-bearing maupun untuk sistem governor, pada tingkat tertentu masih aman karena kehilangan suplai minyak akan menyebabkan valve uap pada turbine menutup. Pemutus tenaga generator juga akan membuka sehingga unit pembangkit akan berhenti ((shut down). Akan tetapi pada turbine dengan sistem minyak pelumas yang terpisah, bila terjadi gangguan pada sistem pelumas, maka sistem s governor tidak akan terpengaruh dan demikian pula sebaliknya. Karena itu turbine tidak hanya dilengkapi dengan saluran tekanan pelumas bearing,, tetapi juag dilengkapi dengan trip tekanan pelumas. 121o C
HP COLD 50-60oC
IP
LP
HOT Max 95o C
H/E Cooling Fluid
Gambar 2.22. Pelumas pada Kondisi Normal
Turbin
59
Gambar di atas menunjukkan siklus sederhana dari siklus peluma pada salah satu journal bearing.. Apabila suhu keluar dari bearing lebih dari 95oC, maka turbine akan trip. Apabila sistem dari pengaman ini gagal, maka bantalan akan mengalami overheat dan dapat merusak permukaan bearing. Rusaknya bearing akan menimbulkan gangguan pada operasi turbine.
Trip keausan bantalan dorong ((thrust bearing wearing trip) Sistem ini berfungsi erfungsi sebagai pengaman rotor beserta sudu sudu-sudu sudu sehingga tidak bergerak ke arah axial melebihi batas yang diizinkan pada saat berputar. Gerakan ini menyebabkan adanya gesekan antara stator dan rotor rotor. Karena arena sempitnya jarak bebas antara sudu tetap teta dengan sudu geraknya. Posisi rotor turbine secara axial dalam casing dikontrol oleh axial bearing yang biasanya bertipe fitling pad pad.. Bila terjadi keausan pada permukaan axial bearing,akan mengakibatkan keausan pada
permukaannya, sehingga mengakibatkan berkurangnya
clearenece (kerenggangan) antara peralatan stationary (diam) dengan peralatan rotating (berputar). Untuk melindungi turbine dari kerusakan karena keausan pada axial bearing, suatu peralatan disediakan untuk memonitor posisi dari thrust collar.. Bila Collar bergerak bergerak, baik ke depan maupun ke belakang, maka alarm ””thrust thrust bearing high wear” wear atau ”Shaft position movement excessive excessive”” akan muncul. Selain alarm, pada beberapa turbine juga disediakan fasilitas untuk men mentrip turbine secara otomatis is bila terjadi hal seperti itu. Apabila sistem ini gagal berope beroperasi, rasi, maka akan terjadi kerusakan pada rotor dan stator turbine. Walaupun alaupun perpindahan arah axial ini kecil, tetap berbahaya apabila terjadi pergeseran arah axial karena clearence antar sudu didesain dengan clearence sedekat mungkin.
Trip level air condenser tinggi Pada turbine dengan condenser menggantung terdapat jarak (clearence) yang cukup besar antara level operasi kondensat normal dengan ujung sudu LP turbine.. Kenaikan level air kondensat dalam condenser akan menutup pipa-pipa pipa hisap pompa vakum/ejector vakum/ sehingga vakum akan turun sebelum level air menyentuh ujung ujung-ujung sudu-sudu sudu LP turbine. Peralatan proteksi vakum rendah akan bekerja sebelum permukaan air kondensat menyentuh ujung sudu.
Turbin
60
Akan tetapi pada turbine turbine-turbine dengan condenser tipe Panier dan integral, kenaikan level air kondensat akan menyentuh ujung sudu tanpa vakum terganggu.. Oleh karena itu pada turbine seperti ini biasanya dilengkapi den dengan gan peralatan proteksi terhadap level condenser tinggi, sehingga bila level condenser naik mencapai harga tertentu, turbine akan trip.
Trip level deaerator tinggi Tangki deaerator (direct contact heater) heater),, kapasitasnya relatif kecil dibandingkan dengan aliran air pengisi yang kontak langsung dengan uap ekstraksi. Apabila karena suatu hal, aliran air pengisi setelah deaerator terganggu, misalnya kegagalan katup, maka level air di dalam deaerator akan naik dengan cepat. Hal ini akan menimbulkan resiko masu masuknya knya air ke pipa uap ekstraksi dab mengalir balik ke turbine.. Karena itu, pemanas awal air seperti ini dilengkapi dengan level switch. Level switch bekerja jika level air tinggi melebihi set up-nya up sehingga alarm berbunyi dan menjalankan BFP ((Boiler Feed Pump)) yang stand by secara otomatis. Apabila level air masih terus naik, maka sistem pengaman turbine terhadap level tinggi deaerator akan bekerja menutup uap ekstraksi. Pada be beberapa turbine bahkan tidak hanya katup uap ekstraksi yang mentuup, tetapi turbine juga trip.
Proteksi terhadap gangguan pada sistem governor Turbine-turbine mutakhir dilengkapi dengan governor elektronik. Listrik disuplai oleh sumber listrik ganda (Redundant system) untuk menjamin kehandalan (reliability). Bila satu sumber hilang, ng, muncul alarm tanpa terjadi gangguan pada governor dan bagian yang terganggu dapat diperbaiki. Akan tetapi apabila kedua sumber tegangan terganggu, maka sistem governor akan menjadi kacau. Untuk mencegah hal hal-hal hal yang tidak diinginkan, maka signal trip akan dikirimkan ketika terjadi gangguan pad kedua sumber listrik sehingga turbine akan trip.
Peralatan sistem permissive interlock Bila terjadi gangguan pada jaringan maupun generator, maka generator harus segera dilepas dari sistem jaringan dengan membuka main circuit breaker.. Dalam hal tertentu sinyal trip juga dikirimkan ke ESV turbine untuk menutup suplai uap dan bila semuanya berjalan dengan baik, unitnya akan shut down. Namun bila terjadi kegagalan, maka proteksi turbine
Turbin
61
terhadap putaran lebih dilakuk dilakukan an oleh governor beserta kelengkapan antisipatorinya dan terakhir oleh peralatan proteksi putaran lebuh. Oleh karena itu, turbine yang trip oleh kondisi seperti ini masih memiliki resiko terjadinya putaran lebih. Untuk mengurangi resiko ini, maka dipasang peralatan interlock permassive permassive.. Bila terjadi gangguan kurang serius yang berkaitan dengan generator, maka sinyal trip mula-mula mula dikirim untuk menghentikan ESV turbine. Kemudian ditunggu sinyal dari feedback dari ESV, apakah bekerja dengan baik atau tidak. Hal ini dapat dilihat dengan memantau posisi katup, dengan mengukur aliran uap atau output listrik. Apabila hasil pemantauan memuaska memuaskan, sinyal trip dikirim untuk membuka PMT alternator dan menghentikan/ menghentikan/shut down unit tersebut. Namun bila salah satu atau lebih le ESV gagal untuk menutup, mesin tersebut akan tetap terhubung dengan sistem jaringan dimana putarannya akan dikontrol oleh frekuensi jaringan. Dalam keadaan seperti ini diperlukan tindakan operator untuk men men-trip unit secara aman dan tugas operator sudah suda ringan karena resiko terjadinya putaran lebuh telag dicegah.
Trip manual local and remote Gangguan dapat terjadi pada turbine dimana turbine tidak dilengkapi dengan peralatan proteksi otomatis terhadap gangguan tersebut. Untuk keperluan proteksi terhadap terhada kejadian seperti tersebut, maka setiap turbine dilengkapi dengan perlengkapan untuk mentripkan turbin tersebut. Trip dari lokal di bagian pedestal dekat turbine dipasang sebuah tuas untuk mentrip men turbine.. Bila tuas ini dioperasikan, turbine akan trip karena ena tuas ini dihubungkan langsung dengan saluran drain system minyak governor. PMT generator juga akan membuka oleh signal dari sistem intertrip melalui permissive interlock. Untuk keperluan trip turbine secara remote, di ruang kontrol utama dipasang tombol trip darurat dimana bila tombol ini ditekan sama seperti ketika kita mengoperasikan tuas trip lokal.
Trip Akibat Vibrasi Tinggi Segala jenis kerusakan pada peralatan yang berputar (rotating equipment) akan menimbulkan vibrasi. Adanya vibrasi /getaran pada steam turbin menunjukkan bahwa adanya kerusakan pada steam turbin. Kerusakan yang terjadi dapat terjadi akibat beberapa sebab. Beberapa kerusakan yang menimbulkan vibrasi adalah kerusakan akibat missalignment missa poros,
Turbin
62
bearing aus, sudu-sudu sudu turbin rusak, dan lain lain-lain. lain. Kerusakan pada sudu-sudu sudu turbin mengakibatkan massa dari rotor tidak seimbang. ketidakseimbangan ini mengkibatkan putaran dari rotor menjadi unbalanced unbalanced. Unbalanced inilah yang menyebabkan munculnya vibrasi pada turbin. Trip turbin akibat vibrasi tinggi ini paling sering terjadi. Apabila peralatan trip vibrasi tinggi ini gagal, maka kerusakan pada turbin sulit terdeteksi. Akibatnya turbin akan bertambah parah.
Emergency trip Emergency Trip merupakan langkah tera terakhir khir yang dilakukan apabila peralatan-peralatan peralatan pengaman gaman turbin yang lain tidak dapat men mentripkan turbin. Emergency turbin berupa suatu tuas yang bekerja secara manual dengan menarik tuas tersebut untuk men mentripkan kan turbin.
2.4.3.
Alat-Alat Bantu Steam Turbine
a.
Feed water heater (FWH) Feed water heater merupakan suatu heat exchanger yang berfungsi untuk memanaskan air
kondensat (dari condenser ) yang dipompakan ke dalam boiler dengan memanfaatkan panas dari ekstraksi uap turbine. Air kondensat dari condenser ini dipanaskan dengan tujuan agar beban pada steam generator tidak terlalu berat. Pada Feed water heater terdapat 2 tipe utama, yaitu tipe Open Feed water heater dan tipe Closed Feed Water Heater Heater. Pada open FWH tipe, antara ai airr kondensate dengan uap panas bercampur menjadi satu. Salah satu kekurangan dari Open FWH adalah minyak pelumas pada pelumas pada bagian exhaust ikut bercampur dengan FWH menuju ke Boiler. Sedangkan pada closed FWH, air dilewatkan pada pipa kecil yang terdapat apat dalam semacam steam chamber (ruang uap). Kekurangan dari closed FWH ini adalah terdapat tambahan pipa tembaga kecil yang rentan terhadap kebocoran. Feed water heater yang dipakai kebanyakan merupakan feed water heater dengan tipe closed. Pada tipe closed ini, pabila dilihat secara konstruksinya, terdiri dari sheel and tube. Tube merupakan semacam pipa yang digunakan untuk mengalirkan air. Sedangkan Shell merupakan tempat untuk mengalirkan ekstraksi uap dari turbine. Tube dipasang di dalam shell dengan bafflessebagai penumpu tube.
Turbin
63
Gambar 2.23. FWH Open Type
Gambar Gambar2.24. FWH closed type
tube
tube
Gambar 2.25. Skema Feed Water Heater
Turbin
64
Dilihat dari gambar di atas, konstruksi dari feed water heater (closed type) secara umum terdiri dari 2 (dua) laluan fluida (air sebagai fluida dingin dan uap sebagai fuida panas). Part yang ditunjuk dengan anak panah hijau merupakan tube yang
melingkar membentuk suatu busur
setengah lingkaran. Tube ini ditopang oleh baffles. Air masuk melalui feed water inlet yang kemudian dialirkan ke tube.. Sedangkan uap masuk melalui steam inlet. Di dalam tube terdapat air sebagai fluida dingin dan pada shell terdapat uap sebagai fluida panas. Karena terdapat perbedaan temperatur antara kedu keduaa fluida ini maka akan terjadi perpindahan panas. Anak panah berwarna merah menunjukkan arah aliran dari uap. Sedangkan anak panah berwarna biru merupakan arah aliran dari air. Panas dari uap di dalam feed water heater akan ditransferkan kepada air. Sehingga Sehing temperatur dari air naik dan temperatur dari uap akan turun. Uap saat keluar dari feed water heater berwujud sub cold. Air yang sudah naik temperaturnya dikeluarkan melalui feed water outlet. Konstruksi dari feed water heater didesain agar uap dapat bergerak rgerak membentuk olakan melewati baffles. Pada uap masuk feed water heater melalui steam inlet, uap masih dalam kondisi superheated.. Kemudian uap masuk ke dalam desuperheating zone.. Adanya perbedaan temperatur yang cukup besar antara air dengan uap di dala dalam desuperheating zone ini, menyebabkan uap berada dalam kondisi mendekati uap jenuh ((saturated vapour). ). Proses perpindahan panas berlangsung terus hingga uap berubah wujud menjadi sub cold (air). Air ini kemudian dikeluarkan melalui drains outlet.
b.
High Pressure Heater (HPH) Adalah sebuah heat exchanger yang berfungsi untuk memanaskan feed water sebelum
didistribusikan ke Boiler dengan cara melakukan pertukaran panas antara steam hasil ekstraksi HP Turbine dengan feedwater yang berasal dari feed water pump. Untuk tipe Open HPH, HPH uap panas yang diambil dari HP Turbine digunakan untuk memanaskan air. Air bercampur dengan dengan uap secara langsung, sehingga terjadi pertukaran panas dari uap ke air. Uap terkondensasi menjadi air, sedangkan air menajadi semakin panas dan siap diuapkan kemali di Boiler. Pada tipe closed HPH,, di dalam HPH merupakan komponen shell and tube. tube Tube berisi air kondensat. Sedangkan shell berisi uap panas dari HP Turbine. Antara shell and tube terjadi perpindahan panas.
Turbin
Uap akan terkodensasi menjadi air dan air akan mengalami kenaikan 65
temperatur. Air yang sudah panas (belum mendidih) dibawa ke Boiler.. Sedangkan uap yang terkondensasi dipompakan ke condenser .
Gambar 2.26. High Pressure Heat Heater PLTU Gresik Unit 1 dan 2
Gambar 1.27. High Pressure Heater PLTU Gresik Unit 4
Turbin
66
c.
Low Pressure Heater (LPH) Secara konsep, LPH hampir sama fungsinya dengan High Pressure Heater. Heater Perbedaannya
adalah pada fluida panasnya. Uap ap panas yang diambil pad pada LPH adalah dari uap ekstraksidari Low Pressure Turbine.
d.
Deaerator Deaerator berasal dari kata deaerasi. Proses deaerasi pemanasan adalah proses pemisahan yang
dilakukan dengan menggunakan peralatan mekanik yang telah dirancang sedemikian rupa yang digunakan kan untuk proses kerja sesuai dengan yang diinginkan. Prinsip dasar dari deaerasi dengan sistem tem pemanasan adalah apabila temperatur dinaikkan pada air maka kelarutan dari gas-gas gas akan berkurang atau turun. Jadi syarat syarat-syarat syarat terjadinya deaerasi secara maksimal itu sangat sa tergantung pada temperatur. Jika temperatur tidak sesuai dengan yang seharusnya, maka deaerasi tersebut tidak berjalan baik. Deaerator adalah suatu komponen dalam Sistem Tenaga Uap yang berfungsi untuk mereduksi oksigen atau gas-gas gas terlarut lainnya pada feed water sebelum masuk kedalam Boiler. Berfungsi juga sebagai tempat penyimpanan air yang menyuplai air ke dalam Boiler.. Oksigen Ok dan gas-gas terlarut lain dalam feedwater perlu dihilangkan karena dapat menyebabkan korosi pada pipa logam dan peralatan logam lainnya dengan membentuk senyawa oksida (karat). Air apabila bereaksi dengan karbon dioksida terlarut juga akan membentuk senyawa asam karbonat yang dapat menyebabkan korosi lebih lanjut. Proses deaerasi dilakukan dengan memanfaatkan sebagian uap sebelum masuk steam turbine untuk dipakai sebagai pemanas air yang masuk ke dalam deaerator. Bahan kimia yang bisa mengurangi ka kadar dar oksigen sangat sering ditambahkan kedalam feedwater yang telah dideaerasi untuk mengurangi kadar oksigen yang tidak dapat dibuang oleh deaerator. Zat pelarut oksigen yang biasa digunakan adalah Natrium Sulfit (Na2SO3). Hal ini sangat efektif dan cepat bereaksi dengan sisa sisa-sisa sisa oksigen untuk membentuk Natrium Sulfat (Na2SO4). Selain Natrium Sulfit zat pelarut oksigen yang juga sering digunakan adalah Hidrazin (N2H4). Zat pelarut lain yang juga digunakan adalah 1,3 -diaminourea diaminourea (juga dikenal sebagai carbohydrazide), diethylhidroxylamine (DEHA), asam nitrioacetic (NTA), hydroquinon dan juga asam ethylendiaminetetraacetic (EDTA).
Turbin
67
Gambar 22.28. Deaerator pada PT PJB UP Gresik
Gambar 2.29. Skema Deaerator
Turbin
68
Deaerator terdiri dari dua drum dimana drum yang lebih kecil merupakan tempat pemanasan pendahuluan dan pembuangan gas gas-gas dari bahan air boiler. Sedangkan drum yang lebih besar adalah merupakan tempat penampungan bahan air boiler yang jatuh dari drum di atasnya. Pada drum yang lebih kecil terdapat spray nozzle yang berfungsi untuk menyemprot bahan air kondensat menjadi butiran-butiran butiran air halus (droplet) agar proses pemanasan dan pembuangan gas-gas gas dari bahan air ketel lebih mudah dan lebih sempurna. Pada drum yang lebih kecil disediakan satu saluran vent agar gas-gas gas dapat terbuang (bersama steam)) ke atmosfer. Unsur utama dalam menentukan keberhasilan dari proses ini adalah kontak fisik antara bahan air boiler dengan panas yang diberikan oleh uap.
Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada proses deaerator adalah : 1)
Jumlah aliran air kondensat.
2)
Jumlah aliran bahan air untuk boiler.
3)
Tekanan dalam deaerator.
4)
Level air dalam deaerator.
Jika deaerator tidak dapat bekerja dengan baik dapat berpengaruh buruk terhadap sistem feed water, sistem kondensat dan juga menaikkan pemakaian bahan kimia yang lebih tinggi. Untuk mencapai efisiensi yang optimal, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu :
1) Pertahankan suhu dan tekanan yang sesuai dengan rancanganny rancangannya. 2) Pastikan steam outlet (uap keluar) yang keluar dari deaerator hanya oksigen dan gas-gas gas yang tidak terkondensasi ikut keluar. 3) Lakukan inspeksi bagian dalam deaerator untuk memastikan semua komponen tidak mengalami kerusakan.
Bagian-Bagian Bagian Utama Deaera Deaerator Untuk menunjang kerja deaerator, maka pada deaerator tersebut perlu dilengkapi dengan instrumen pengkuran, yang berguna untuk me me-monitoring operasi atau kerja dari deaerator itu sendiri. Seperti yang terlihat pada gambar di bawah ini. Bagian-bagian utama dari deaerator dan beberapa instrumen pengukuran yang melengkapinya.
Turbin
69
Gambar 2.30 Bagian Utama Deaerator
Jenis-Jenis Deaerator Adapun jenis-jenis jenis deaerator yang sering dijumpai adalah : 1) Deaerator type Spray . Deaerator ini digunakan apabila air umpan perlu dipanaskan lebih dahulu dengan mempergunakan uap sebagai pemanas. Seperti dibawah ini, uap yang masuk kedalam deaerator aliran memecahkan air menjadi serpihan-serpihan serpihan kecil yang mengakibatkan gas gas-gas gas yang larut dalam air dipaksa keluar sehingga sehingg konsentrasi oksigen dalam air turun. 2) Deaerator Vakum. Mekanisme kerja deaerator vakum adalah gas-gas gas yang larut dalam air dihilangkan dengan mempergunakan ejector uap atau atau dengan pompa vakum. Untuk memperoleh vakum yang diperlukan, mekanisme deaerator vakum dapat dilihat pada gambar di bawah. Besarnya vakum tergantung pada suhu air, akan tetapi biasanya ±730 mmHg
Turbin
70
Gambar 2.31 Deaerator Tipe Spray
Gambar 2.32 Deaerator Vakum 3) Deaerator type Tray Tray. Pada deaerator tipe tray seperti yang terlihat pada gambar di bawah, memaksimalkan sekat sekat-sekat (Tray) sebagai media untuk memperbesar ruang jatuh dari pada air sehingga molekul molekul-molekul molekul air akan saling terpisah satu dengan yang lainnya, jadi tray pada deaerator jenis ini adalah untuk memaksa molekul air untuk menyebar sehingga mempermudah pelepasan udara
Turbin
71
Gambar 2.33 Deaerator Type Tray e.
Condenser Condenser merupakan alat penukar panas yang digunakan untuk mengkondensasikan uap yang
diekspansikan dari steam turbine . Proses kondensasi ini menggunakan fluida pendingin. Air laut biasanya dipilih sebagai fluida pendingin. Hal ini dikarenakan air laut ada dalam jumlah besar. Agar condenser yang digunakan lebih efisien, maka tekanan di condenser harus dibuat vacum agar uap yang telah diekspansikan dari steam turbine dapat dengan gan mudah mengalir ke condenser . Air hasil kondensasi dari turbine dinamakan air condensate. Air condensate masih mengandung sedikit O2. Air ditampung di hotwell kemudian dialirkan kembali ke siklusnya. snya. Udara dan gas-gas gas yang tidak terkondensasi dikeluarkan oleh Steam Jet Air Ejector agar tidak ada udara yang terbawa saat air condensate ini dialirkan ke feed water pump. Gambar 2.33 menjelaskan contoh dari salah satu condenser . Bagian utama dari condenser adalah : 1). Water bos, 2). Tube sheet, 3). Hotwell dan 4). Cooling tube.
Turbin
72
Gambar 2.33. Skema Sistem Condenser
Turbin
73
Gambar 2.34. Konstruksi Condenser
2.5. SISTEM-SISTEM SISTEM TERKAIT STEAM TURBINE 2.5.1. Feed Water System Feed Water System merupakan suatu rangkaian dari komponen komponen-komponen komponen yang berfungsi untuk memanaskan air kondensat dari condenser (sisi hotwell). Panas di dapat dari turbine sebelum uap diekspansikan ke stage berikutnya. Dalam sistem ini, terdapat beberapa komp komponen onen yang dilalui dila air kondensat sebelum air dimasukan dalam Boiler (economizer). a.
Boiler Feed Pump (BFP) BFP merupakan pompa yang berfungsi sebagai penyalur air kondensat dari deaerator ke High
Pressure Heater.. Air yang masuk pada BFP merupakan air yang berasal dari hotwell condenser . Kemudian dipompakan ke Low Pressure Heater dengan menggunakan condensate pump. pump Di dalam Low Pressure Heater, air kondensat dipanaskan dengan menggunakan ekstraksi uap panas yang diambil dari LP Turbine.. Air pada Low Pressure Heater dipanaskan namun tidak sampai merubah wujud air menjadi uap. Dengan kata lain, pada Low Pressure Heater,, air hanya dihangatkan saja.
Turbin
74
b.
High Pressure Heater (HPH) Pada dasarnya, fungsi dari HPH adalah sama dengan Low Pressure Heater. Heater Namun, uap panas
bearasal dariuap ekstraksi
High Pressure Turbine.. Air yang masuk ke HPH merupakan air
kondensat yang telah mengalami proses mulai dari Hotwell, condensate pump, pump Low Preesure Heater, deaerator dan dipompakan dengan menggunakan Boiler Feed Pump// BFP. Dari HPH air yang sudah sedikit panas ini dimasukkan ke dalam economizer untuk mengalami proses pembangkitan uap.
menuju economizer
HP Turbine
air dari boiler feed pump Gambar 2.3 2.36 Sistem High Pressure Heater
2.5.2. Condensate Pump Condensate pump merupakan pompa yang berfungsi untuk mengalirkan air kondensat dari condenser
menuju ke Low Pressure Heater Heater.. Air kondensat didapat dari ekspansi uap dari high
pressure steam turbine yang dikendensasikan oleh condenser menjadi air kondensat. Air kondensat ini kemudian ditampung pada hotwell hotwell.
Pada hotwell air kemudian dialirkan dengan menggunakan
condenstae pump. Condensate pump merupakan jenis pompa sentrifugal.. Condensate pump
Turbin
75
mengalirkan air kondensat menuju Low Pressure Heater Heater. Pada Low Pressure Heater, Heater air mendapatkan transfer energi berupa energi panas yang berasal dari ekstraksi uap low pressure turbine. Air kondensat yang sudah mendapatkan energi panas ddari proses pada Low Pressure Heater dialirkan menuju deaerator. Di dalam deaerator air kondensat yang masih mengandung gas-gas gas seperti oksigen, direduksi dengan cara melewatkan air pada semacam nozzle sehingga air ir kondensat menjadi butiran-butiran air haluss (droplet). Dengan menghembuskan uap yang diambil dari low pressure Turbine maka di dalam deaerator akan terjadi proses pemanasan yang berguna untuk mengeluarkan udara yang terkandung dalam droplet. Uap sisa beserta gas gas-gas gas yang direduksi dikeluarkan melalui mela suatu valve.. Sedangkan air yang sudah mengalami proses reduksi gas O2 dan gas yang lainnya dialirkan ke High Pressure Heater dengan menggunakan boiler feed pump.
Gambar 2.37 Sistem Boiler Feed Pump
a. Sistem Condenser (sisi kondensat) Telah dijelaskan bahwa condenser
merupakan alat pada PLTU yang digunakan untuk
mengkondensasikan uap dari Low Pressure Turbine. Condenser
sendiri terdiri dari beberapa
komponen. Perubahan wujud dari uap menjadi air terjadi karena terajadi pertukaran panas antara
Turbin
76
uap panas dengaan fluida pendingin ((sea water/air /air laut). Adanya perbedaan temperatur dan tekanan yang cukup besar mengakibatkan ua uap dari LP Turbine berubah wujud menjadi air. Sebelum masuk kedalam condenser condenser,, air laut biasanya melewati debris filter/screener filter yang berfungsi untuk menyaring kotoran kotoran-kotoran kotoran ataupun lumpur yang terbawa air laut. Uap yang berasal dari exhaust turbine dapat mengalir menuju condenser ondenser karena adanya kondisi vakum pada condenser.. Dengan tekanan yang lebih rendah di condenser , maka uap akan bisa bergerak dengan mudah menuju condenser.. Vakum harus selalu dijaga, karena jika terlalu rendah maka akan terjadi back pressure pada turbine yang nantinya bisa menyebabkan turbine mengalami trip/rusak. Vakum minimal yang diperkenankan sekitar 500 mmHg. Sebenarnya vakum pada condenser tidak boleh terlalu tinggi. Karena jika tekanan udara terlalu rendah, maka proses pengembunan engembunan uap tidak akan terjadi dengan sempurna sempurna.. Hal ini terjadi karena pada tekanan rendah, titik didih air juga akan turun. Tapi pengalaman pada di UP Muara Karang, Vakum condenser tidak pernah bisa mencapai nilai 760 mmHg. Maksimal yang bisa dicapai berada di kisaran 710 mmHg. Biasanya nilai optimal vakum untuk condenser sekitar 710mmHg– 720 mmHg. Jika vakum condenser
sudah terlalu rendah, maka tube-tube condenser
perlu untuk
dibersihkan. Kegiatan pemeliharaan condenser bermacam-macam. macam. Ada yang namanya nam back wash atau melakukan aliran balik flow air laut yang masuk condenser . Ada juga ball taprogoue system, yakni memasukkan bola-bola bola kecil yang kenyal dan berukuran sedikit lebih besar dari tube condenser pada tube condenser nser . Bola-bola bola ini nantinya akan membersihkan kotoran dan Lumpur yang menempel pada tube-tube condenser . Sedangkan cara yang lain adalah cuci condenser. Air kondensat ditampung pada hotwell.. Air kondensat masih mengandung sedikit O2. Artinya tidak semua uap dapat terkondensasi dengan sempurna. Oleh karena itu pada condenser selalu diberi tambahan air untuk menggantikan sedikit uap yang tidak terkondensasi. Tambahan air tersebut dinamakan Make Up Water Water.
b. Sistem Condensate Pump Condensate Pump adalah pompa yang digunakan untuk mengalirkan air kondensat menuju Low Pressure Heater.. Pompa yang digunakan pada ccondensate pump biasanya digunakan jenis pompa sentrifugal. Air yang dialirkan oleh condensate pump merupakan air yang dihisap dari hotwell
Turbin
77
menuju enuju ke LPH kemudian ditampung di deaerator untuk menghilangkan gas-gas gas yang tidak diperlukan. ekspansi uap LP trubine uap ekstraksi LP Turbine
condensate pump
Low Pressure Heater
menuju deaerator Gambar 2. 2.38. Sistem LPH dan Condensate Pump
c. Sistem Low Preassure Heater Low Pressure Heater merupakan salah satu Feed water heater dengan fluida pemanas berasal dari LP Turbine.. LPH berisi air kondensat dari condensate pump. Kemudian LPH mendapatkan panas dari LP Turbine.. Setelah air di dalam LPH dipanaskan, air kondensat di bawa ke deaerator untuk ditampung dan mereduksi gas gas-gas gas yang ikut terlarut bersama air kondensat.
d. Sistem Deaerator Deaerator merupakan peralatan yang berfungsi untuk mereduksi O2 dan gas-gas gas lain agar tidak ikut dihisap oleh Boiler feed pump pump.. Dari deaerator, air yang sudah cukup panas ini dibawa ke HPH
Turbin
78
untuk dipanaskan lagi. Dari HPH kemudian air kondensat yang sudah semakin panas tadi dibawa ke Boiler (tepatnya economizer). ). ekstraksi uap LP Turbine low pressure heater
Boiler Feed Pump
Gambar 2. 2.39. Sistem pada Deaerator 2.5.2 Cooling Water System (Sea Water) Cooling water system merupakan komponen-komponen komponen pada PLTU yang digunakan untuk suplai fluida pendingin pada condenser . a. Condenser (sisi air laut) Pada condenser dengan air laut sebagai fluida pendingin, harus diperhatikan masalah water treatment pada air laut. Karena air laut mengandung kadar garam yang cukup tinggi, maka air laut merupakan fluida yang korosif. Apabila tidak dilakukan kan pemurnian, maka akan menyebabkan korosi pada logam. Air laut yang digunakan sebagai fluida pendingin untuk condenser, condenser dialirkan dengan menggunakan circulating water pump pump. Untuk menyaring kotoran-kotoran kotoran pada air laut, sebelum masuk ke dalam condenser air laut ”disaring” dengan menggunakan ””screnner”. ”. Meskipun air laut sudah disaring, pada kenyataannya masih terdapat beberapa hewan laut yang masuk ke dalam. Untuk ”mengusir mengusir” hewan laut tersebut, pada air laut diberi hipokhlorit dengan konsentrasi ±3 ppb (part per billion). Air laut masuk condenser dengan temperatur ±28oC. Air laut keluar dari condenser dengan temperatur 34oC. Kenaikan temperatur dari air laut ini dikarenakan ikarenakan air laut telah mending mendinginkan uap panas dari ekspansi low pressure turbine. turbine Saat air laut dikembalikan lagi ke laut, selisih antara air laut yang telah mengalami proses dalam condenser
Turbin
79
dengan air laut pada lingkungan tidak boleh lebih dari 5oC. Hal ini dilakukan agar air sisa condenser tidak merusak biota laut. b. Circulate Water Pump (CWP) Circulate water pump berfungsi untuk mengalirkan air laut yang sudah diberi hipoklorit menuju ke condenser. CWP adalah bagian pertama dari ssistem stem pendingin. Pompa ini yang bertugas untuk mengambil air pendingin dari laut. Pompa ini biasanya terletak terleta pada areal Water Intake.. Pada PLTU Muara Karang terdapat 9 buah pompa CWP. Pompa ini bentuknya vertical dengan suctionnya berada pada kedalaman laut yang agak dalam, sehingga bisa dihasilkan air pendingin yang maksimal. Dari CWP, air dipompakan menuju duaa alat pendingin lainnya yakni condenser dan Heat Exchanger. LP Turbine
circulating water pump
sea water
Gambar 2. 2.40. Sistem pada Circulating Water Pump 2.6. OPERASI STEAM TURBINE 2.6.1. Cold Start Up ( Start Dingin ). Cold statr up adalah suatu proses pengoperasian dimana untuk temperatur inner metal pada cold start up ini adalah 0~100 oC. Untuk periode waktu shutdown boiler adalah ≥ 48 jam. (Grafik cold start up tiap unit dapat dilihat dilampiran).
Turbin
80
Standar operational untuk cold start up. 1. Unit walk down: Pada unit walk down ini dibutuhkan pengecekan peralatan dari masing – masing unit.
Persiapkan drum level pada kondisi normal. Persiapkan HSD oil. Persiapkan air Preheater pada kondisi normal. Persiapkan. Force draft fan pada kondisi normal. Persiapkan seal air booster fan start pada kondisi nomal. Persiapkan FD cooling fan start pada kondisi normal. Persiapkan furnace purge. purge.. Persiapkan sootblowers. Persiapkan air heater Emergency air drive. Persiapkan auxlilary sistem.
2. Proses starting air heater.
Air heater harus posisi start. Start shootblower pada air heater heater. Shootblower dijaga kontinyu untuk proses start up.
3. Pembukaan inlet damper FD fan
Pembukaan inlet damper FD fan 5 % - 10 % ( agar tidak terjadi back pressure pada sudu turbin) Pembukaan inlet damper FD fan untuk kondisi normal 30 %.( kondisi uap kering )
4. Proses Boiler purge.
Turbin
Secondary air dan flue gas damper harus pada posisi open. FGD inlet outlet damper harus pada posisi close,, tujuannya agar rmemperoleh flow aliran yang stabil. Total boiler air flow > 30 %.
81
Inlet Damper air heater pada posisi close
FDF Control Drive
Air Heater A
FDF A SCAH Outlet Damper
Outlet Air Damper
FDF Inlet Damper By Pass Damper
To Furnace Boiler
Wind Box
To Inlet Seal Air Booster Fan FDF Control Drive
By Pass Damper
FDF B
Air Heater B SCAH Outlet Damper FDF
Outlet Air Damper
Inlet Damper
Inlet Damper air heater pada posisi close
Gambar 2.41 2.41. Inlet damper heater pada posisi close. 5. Igniter Burner
Penyalaan Igniter burner..
6. Pelaksanaan pemanasan Boiler ( boiler firing )
Tekanan oil burner untuk kondisi operasi boiler,dimana ,dimana temperature drum untuk 100 o C : 28o C/h atau pada temperature diatas 100 o C : 55o C/h. Panas di absorbtion secara seimbang didalam furnace. Termo-probe insert ke furnace furnace. Jika metal temperature drum saat pemanasan 100 100o C, maka kenaikan pemanasannya dari 45o 45 C/h sampai 55o C/h. Saat temperature metal drum 120oC atau dengan tekanan 2 kg/cm2,, maka tutup vent valve drum dan superheater.
Turbin
82
7.
Buka valve main steam pipa. Check furnace temperature dengan termo probe. Monitor dream level,, temperature metal drum dan kenaikan tekanan pada boiler. Start Boiler feed Pump,, dengan mengecek boiler drum level.( bila diperlukan ). Konfirmasi untuk level deaerator sesuai kondisi normal. Condensate pump siap untuk pengoperasian. pengoperasian.. Pesiapkan BFP auxiliary oil pump pump. Konfirmasi kontrol switch pada auto position. Proses start boiler feedwater pump ( BFP ). Check BFP motor ampere, valve flow pada kondisi open, discharge valve pada kondisi open,auxiliary pump pada posisi stop. Level deaerator pada kondisi normal.
Mengoperasikan Turbin ( turbin starting )
Konfirmasi untuk steam kondisi pada HP auxiliary steam dengan tekanan 14 kg/cm2 g. Start auxiliary oil pump ( AOP ). Tekanan oli hydrolic 14 kg/cm2g. Stop oil pump turning gear (TGOP ) dan control switch pada posisi auto. Check tekanan oli bearing bearing, biasanya tekanan oli bearing 12 kg/cm2 g. Buka beberapa valve yang meliputi turbin casing drain,MSV seat drain atas, MSV seat drain bawah.
8. Persiapan start up generator
Reset lockout relay (86G), check white lamp pada posisi “ON”. Menempatkan AVR transfer switch pada posisi “ MAN “.
Check cicuit breaker ( 41G ) posisi open, nyala lampu pu pada posisi” ON “. Check earthing ( 64G ) pada posisi open.
9. Gland steam seal system untuk membentuk kondisi vakum pada kondensor.
Turbin
Operasikan boiler. Operasikan control switch gland steam exhaust blower pada kondisi “ AUTO “. Buka valve inlet steam regulator dengan tekanan 0,07 kg/cm2 g. Lakukan keseimbangan tekanan gland steam dengan pemberian exhaust spray. spray 83
Control switch exhaust pada kondisi “ AUTO “. Konfirmasi tekanan kondnsor pada 680 mm Hg.
10. Starting turbin
Eccentricity poros turbin 110 % pada kondisi normal. Batas ekspansi turbin 6,67 mm ~ 18,33 mm. Standart firing rate tekanan boiler 60 kg/cm2g. Control switch untuk initial pressure regulator pada posisi “ OUT THE SERVICE “. Set governor pada posisi high speed stop. Control switch govermor pada kondisi “ RAISE “ . Check control valve turbin fully open dengan melihat pada indicator posisi. Buka valve MSV bypass.
11. Pengecekan operational turbin.
Lakukan pemeriksaan mungkin ada suara yang mencurigakan ((Rub.Check Rub.Check)
12. Operational turbin
Operasikan Turbin dengan memutar Hand Wheel MSV sampai putaran 200 2 RPM dan sesaat MSV ditutup kembali untuk pemeriksaan. Kemudian MSV dibuka uka pelan-pelan pelan sampai
putaran Turbin 800 RPM ditahan selama 330 menit. Naikkan putaran turbin ke 300 rpm sambil mengamati critical speed untuk turbin dan generator. Setelah putaran turbin steady pada 3000 rpm tunggu berapa saat untuk masuk jaringan.
2.6.2. Warm II Start Up ( Start Hangat ). Warm start up adalah suatru proses dimana untuk temperature inner metal pada warm II start up ini adalah 100 ~ 200 oC. Untuk periode waktu shutdown boiler adalah 48 jam. Seperti halnya pada urutan proses cold start up, proses warm start ini memiliki kesaman proses awalnya, tetapi perbedaannya terjadi pada interval waktu yang dibutuhkan untuk pembukaan inlet valve damper. Yakinkan bukaan inlet damper air heater pada kondisi open pada saat kondisi ini. ( Grafik warm II start up dapat dilihat di lampiran). Standart Operational procedure warm II start up.
Turbin
84
1. Start boiler
Start FD Fan. Start seal air booster fan. Start boiler feed pump. Start HSD oil pump. Start furnace purge. Light off warm up burner. Insert furnace gas thermo probe Auxiliary steam pada kondisi siap beroperasi. Penarikan termo probe pada furnace gas untuk mengetahui temperature pada furnace. RH gas damper pada posisi auto. Penyalaan HSD oil. Start pembebanan untuk load 15 -20 % Start BFP.
2. Start Turbine
Turbin
Start condensate pump. Start TGOP dan oil cooler cooler. Start turbin turning. Start gland seal system Turbin reset Select computer pada CCR pada kondisi “ON” Deaerator aux steam pada kondisi siap beroperasi. Start condenser vacuum up up. Start AOP dan TGOP pada kondisi “auto” Turbin siap beropearsi. Lakukan RIB check kondisi. Start rolling turbin. Synchronizing generator generator.
85
Inlet Damper air heater pada posisi open FDF Control Drive
Air Heater A
FDF A SCAH Outlet Damper
Outlet Air Damper
FDF Inlet Damper By Pass Damper
To Furnace Boiler
Wind Box
To Inlet Seal Air Booster Fan FDF Control Drive
By Pass Damper
FDF B
Air Heater B SCAH Outlet Air Damper
Outlet Damper FDF Inlet Damper
Inlet Damper air heater pada posisi open
Gambar 2.42. 2. Inlet Damper Air Heater harus pada Posisi Open. Open 2.6.3. Warm I Start Up Warm I start up adalah suatu pro proses dimana untuk temperature inner metal pada cold start up ini adalah 200 ~ 300 oC. Untuk periode waktu shutdown boiler adalah 24 jam. Yakinkan bukaan inlet damper air heater pada kondisi open pada saat kondisi ini. Standart Operational Procedure (SOP) warm II start up. 1.
Start boiler
Turbin
Start FD Fan. Start seal air booster fan. Start boiler feed pump. Start HSD oil pump. Start furnace purge. 86
2.
Light off warm up burner. Insert furnace gas thermo probe Auxiliary steam pada kondisi siap beroperasi. Penarikan termo probe pada furnace gas untuk mengetahui temperature pada furnace. RH gas damper pada posisi auto. Penyalaan HSD oil Start pembebanan untuk load 15 -20 % Start BFP
Start turbin
Turbin
Start condensate pump. Start TGOP dan oil cooler cooler. Start turbin turning. Turbin reset. Select computer start up pada kondisi “ ON”. Start gland seal system Deaerator aux steam pada kondisi siap beroperasi. Start condenser vacuum up up. Start AOP dan TGOP pada kondisi “auto” Turbin siap beropearsi. Lakukan RIB check kondisi. Start rolling turbin. Synchronizing generator. Putaran turbin dinaikan sampai RPM tertentu. Stop AOP Confirmasi firmasi valve turbin pada kondisi tertutup. Ext .Steam pada kondisi siap beroperasi.
87
2.6.4. Hot Start Up Hot start up adalah suatu proes dimana untuk temperature inner metal pada cold start up ini adalah 300 ~ 400 oC. Untuk periode waktu shutdown boiler adalah 8 jam. Yakinkan bukaan inlet damper air heater pada kondisi open pada saat kondisi ini. ( Grafik hot start up dapat dilihat dilampiran). Standart Operational Procedure rocedure hot start up up. 1.
Start boiler
2.
Start FD Fan Start seal air booster fan. Start boiler feed pump. Start furnace purge. Light off warm up burner. HP by pass control beroperasi manual. Buka valve damper reheat gas gas( manual ). Auxiliary steam pada kondisi siap beroperasi. Penyalaan HSD oil Reheat gas damper pada kondisi “ AUTO “ Start BFP.
Start turbin
Turbin
Start AOP dam TGOP pada kondisi “ AUTO “ Condensate pump dalam keadaan siap beroperasi. Start gland steam condenser condenser. Deaerator Aux. Steam pada kondisi siap beroperasi. Turbin reset. Select computer start up pada kondisi “ ON “ Start condenser vacuum up up. LP Bypass control beroperasi pada kondisi “ AUTO” Start turbin rolling. Turbin turning siap beroperasi. 88
Lakukan RIB check. Stop AOP. Konfirmasi LP bypass control control. Synchronizing generator generator. Tahan pembebanan ( hold initial load ). Confirmasi turbin drain pada kondisi closed. Ext. steam to FW heater siap beroperasi.
2.6.5. Very Hot Start Up Very hot start up adalah suatu pro proses dimana untuk temperature inner metal pada hot start up ini adalah 400 ~ 500 oC. Untuk periode waktu shutdown boiler adalah 2 jam. Yakinkan bukaan inlet damper air heater pada kondisi open pada saat kondisi ini. ( Grafik very hot start up dapat dilihat dilampiran). Standart Operational Procedure rocedure very hot start up 1.
Start Boiler.
2.
Start FD Fan Start seal air booster fan. Start HSD oil pump. Boiler feed pump kondisi siap beroperasi. Start furnace purge. Light off main burners. HP by pass control beroperasi manual. Buka valve damper reheat gas gas. Auxiliary steam pada kondisi siap beroperasi Reset gas damper pada kondisi “ auto “ Check silica drum press press.
Start tubin
Turbin
Start AOP dam TGOP pada kondisi “ AUTO “ Start gland steam condenser condenser. Start condensste pump. 89
Deaerator Aux. steam pada kondisi siap beroperasi. Turbin reset. Select computer start up pada kondisi “ ON “ Start condenser vacuum up up. LP Bypass control beroperasi pada kondisi “ AUTO” Start urbin rolling. Turbin turning dalam keadaan siap beroperasi. Lakukan RIB check. Stop AOP. Confirmasi LP bypass con control pada kondisi finished. Synchronizing generator generator. Tahan pembebanan ( hold initial load ). Confirmasi turbin drain pada kondisi closed. Ext. steam to FW heater siap beroperasi.
2.7. GANGGUAN-GANGGUAN GANGGUAN PADA STEAM TURBINE Dalam pengoperasiannya, steam turbine
terdapat kerugian-kerugian (losses losses) transformasi
energi. Kerugian ini secara langsung menyebabkan berkurangnya energi bangkitan dari turbine tersebut karena sebagian energi uap tidak terkonversi menjadi energi mekanik. Apabila kerugian-kerugian kerugian ini cukup besar nilainya maka operasi turbine menjadi kurang efisien. Pada dasarnya losses memang tidak bisa dihindari, namun dapat diminimalkan. Kerugian Kerugian-kerugian kerugian tersebut anatara lain: a. Kerugian karena throtling uap masuk ((∆h) terutama ketika operasi start turbine dan beban rendah b. Kerugian karena gesekan uap pada nozzle dan sudu (Fix Blades dan Moving Blades) c. Kerugian pada kebocoran perapatan antar tingkat sudu (labirint) d. Kerugian akibat uap basah terutama pada sudu akhir LP Turbine. e. Kerugian kecepatan ke atas (leaving loss) f. Kavitasi Kavitasi pada steam turbine terjadi uap yang masuk k dalam turbine tidak sepenuhnya berwujud uap. Mungkin masih berwujud campuran (mixture) yang masih masih mengandung
Turbin
90
unsur air. Hal ini diakibatkan oleh olehbeberapa faktor diantaranya pressure ssure drop, drop pembakaran pada Boiler yang tidak sempurna. Timbulnya pressure drop bisa diakibatkan oleh head loss yang terlalu besar, leakage/kebocoran, /kebocoran, dll.
2.8. EFISIENSI STEAM TURBINE Salah satu parameter yang digunakan untuk menetukan apakah kondisi turbin masih layak pakai atau tidak adalah dari efisiensi turbin tersebut. Efisiensi turbine dapat ditentukan dengan menggunakan Enthalpy Drop Methode sesuai dengan ASME Power Test Code Report PTC-6S, Simplified Procedures for Routine Performance Test of Steam Turbine. Untuk menentukan efisiensi turbine digunakan persamaan seperti berikut:
dimana:
EHP= efisiensi HP Turbine ∆h SHP= isentropic Enthalpy drop HP Turbine ∆h AHP = actual Enthalpy drop HP Turbine
dimana:
EIP= Efisiensi IP Turbine ∆hSHP= isentropic Enthalpy drop IP Turbine
∆hAIP= actual Enthalpy drop IP Turbine
Untuk menentukan besarnya actual Enthalpy drop digunakan persamaan sebagai berikut: ∆hAHP = hMS - hCR
∆hAIP = hHR - hEX dimana:
hMS = Enthalpy dari Main Steam hCR = Enthalpy dari cold reheat steam hHR = Enthalpy dari hot reheat steam hEX = Enthalpy dari IP Exhaust steam
Enthalpy dihitung dari ASME steam table dengan parameter Tekanan (P) dan Temperatur (T)
Turbin
91
hMS : f ((PMS + PATM), TMS) hCR : f ((PCR + PATM), TCR) hHR : f ((PHR + PATM), THR) hEX : f (PEX, TEX) Perhitungan isentropic enthalpy drop adalah sebagai berikut: ∆hSHP = hMS – hSHP ∆hSIP = hHR - hSIP dimana :
hSHP = enthalpy dari uap yang berekspansi pada kondisi exhaust dari HP Turbine hSIP = enthalpy dari uap yang berekspansi pada kondisi exhaust dari IP Turbine
Enthalpy dihitung dari ASME steam table dengan parameter tekanan (P) dan Entropy (s) sebagai berikut: hSP :
f((PCR = PATM), SMS)
hSIP :
f(PEX, SHR)
entropy dihitung dari steam table menggunakan tekanan (P) dan Temperatur (T) sebagai berikut : SMS : f((PMS = PATM), SMS) SHR : f((PHR = PATM), THR)
kondisi mixture/campuran kondisi sub-cold
entalpi
entropi
kondisi uap jenuh
Turbin
92
Contoh Tabel Properties H2O pada tabel Termodinamika
Gambar 2.47. Contoh ontoh Diagram Mollier yang Dinyatakan dalam Entalpi-Entropi Entalpi (h-s Diagram)
2.9. MAINTENANCE / PERAWATAN STEAM TURBINE Maintenance/ perawatan Steam Turbine diklasifikasikan berdasar pada beberapa tahap. Secara umum, perawatan pada steam Turbine diklasifikasikan menjadi 3 (tiga), yaitu Rutin/Prevetive, Rutin/ Predictive, corective maintenance. 2.9.1. Preventive Maintenance Preventive maintenance merupakan pemeliharaan yang dilakukan atas dasar interval waktu tertentu (hari, minggu,, bulan, jam operasi atau kali operasi) yang telah ditetapkan terlebih dulu atau kriteria tertentu lainnya serta dimaksudkan untuk mengurangi kemungkinan dari suatu item peralatan mengalami kondisi yang tak diinginkan.
Turbin
93
Namun demikian, ruang lingkup pekerjaan Preventive Maintenance tidak termasuk bongkar pasang peralatan atau overhaul peralatan. Dengan demikian, temuan-temuan temuan kerusakan serta penanganan tindak lanjutnya tidak lagi termasuk Preventive Maintenance,, namun sudah masuk pada kriteria Corrective Maintenance, Overhaul atau Proactive. Pelaksanaan Preventive Maintenance dilakukan tanpa harus melakukan shutdown unit pembangkit. Tindakan-tindakan tindakan yang perlu dilakukan dalam perawatan ini dikenal sebagai TLC (Tight, Lube, Clean// pengencangan, pelumasan, dan pembersihan). Perawatan pada preventive ini hanya melakukan tindakan-tindakan tindakan semacam pengencangan baut dan ko komponen-komponen komponen lain yang perlu dikencangan dan pengcekan pelumas. Dalam preventive maintenance terdapat tindakan-tindakan tindakan inspeksi. Tindakan inspeksi dibeedakan menjadi 3, yaitu: a. Simple Inspection (SI) Scope kerja dari pemeliharaan ini adalah pemeriksaan pada pemeriksaan Main Stop Valve (MSV) dan Control Valve (CV (CV). ). Pemeriksaan dilakukan hanya pada sebatas pemeriksaan kondisi dari MSV dan CV apakah masih dalam kondisi baik atau tidak. Tanpa melakukan pelepasan. b. Mean Inspection (ME) Tindakan yang dilakukan dilakukan pada bearing.. Data yang didapatkan dari mean inspection akan digunakan sebagai data pada serious inspection. Mean inspection dilakukan dengan melakukan pemeriksaan level dan kondisi pelumas pada ra radial dial dan axial bearing. c. Serious Inspection (SE) Pada serious inspection tindakan yang dilakukan berdasarkan pada data dari mean inspection. Pada serious inspection apabila dirasa part/komponen dari steam turbine sudah tidak layak pakai, maka dilakukan pergantian part/komponen tersebut.
2.9.2. Predictive Maintenance Predictive maintenance pada steam Turbine merupakan perawatan yang dilakukan untuk mengetahui kondisi berdasarkan vibrasi, temperatur, dan pelumas pada saat itu. Pengecekan yang perlu dilakukan adalah pengecekan vibrasi/getaran, temperatur dari peralatan, dan properties pelumas yang telah diambil samplenya secara rutin.
Turbin
94
Pemeliharaan ini ditujukan kan untuk melihat tren dari kondisi vibrasi, temperatur dan pelumas. Apabila ditemukan adanya anomaly dari level normal, maka frekuensi pengambilan data semakin diperpendek. Pemeliharaan yang dilakukan dengan melakukan kegiatan Condition Monitoring dan diagnosis gejala kerusakan suatu peralatan serta melakukan kajian Failure Analysis secara dini sehingga tindakan pemeliharaan selanjutnya dapat dilakukan tepat sebelum terjadinya kerusakan/kegagalan. Pelaksanaan Predictive Maintenance dilakukan tanpa harus melakuka melakukan shutdown unit pembangkit, namun dimungkinkan bila hanya membutuhkan shutdown peralatan. Dengan demikian, pekerjaan Predictive Maintenance dalam pelaksanaanya merupakan kegiatan monitoring secara berkala atas dasar interval waktu, interval operasi atau kriteria iteria tertentu lainnya yang ditetapkan lebih dulu. Tindak lanjut terencana dari kegiatan Predictive Maintenance seperti perbaikan atau penggantian part dari suatu peralatan. peralatan
2.9.3. Corrective Maintenance Corrective Maintenance adalah kegiatan pemeliharaan atau perbaikan peralatan yang tidak terjadwal atau suatu pemeliharaan yang dilakukan untuk mengembalikan (termasuk memperbaiki dan adjusment) peralatan yang tidak bekerja supaya berfungsi sebagaimana mestinya. Corrective Maintenance dapat dilakukan saat pperalatan sedang beroperasi maupun stand by ataupun peralatan sedang tidak beroperasi.
2.9.4. Proactive Maintenance Suatu kegiatan pemeliharaan yang dilakukan untuk mengatasi akar penyebab kegagalan suatu peralatan, dengan melakukan tindakan berupa modifikasi atau penggantian peralatan yang bersifat untuk mengembalikan atau menambah kemampuan dan keandalan peralatan atau unit pembangkit. Dengan demikian pelaksanaan pekerjaan ini bisa bersifat menambah asset dan bisa juga hanya menyempurnakan kinerja peralatan aatau unit.. Kegiatan ini juga merupakan tindak lanjut dari problem solving yang direkomendasikan oleh Bidang Engineering.
Turbin
95
