PLTG adalah Pembangkit Listrik Tenaga Gas yang berfungsi merubah energy gas menjadi energy listrik. Secara prinsipnya turbin gas berfungsi merubah masukan berupa bahan bakar gas alam dan udara menjadi keluaran berupa moment putar pada porosnya dan gas buang yang bersuhu tinggi. Udara masuk ke kompresor dengan terlebih dahulu di lewatkan pada filter, kemudian dimampatkan/masukan dimampatkan/masukan dengan tekanan tinggi sehingga temperaturnya naik.
Turbin Generator
Udara dengan temperature tinggi dan tekanan tinggi ini kemudian di alirkan ke ruang bakar (combustion chamber) untuk dicampur dengan bahan bakar. Pembakaran terjadi karena ada bahan bakar pada ruang yg bertekanan dan bertemperatur tinggi. Persiapan untuk start turbin mengikuti intruksi manual operasi. Pengecekan di lakukan dengan mereset safety system enunciator yang menunjukan apakah turbin gas generator dapat di start. Pada saat start turbin gas dibantu dengan turbin pembantu dengan penggerak gas alam yang bertekanan lebih kurang 27 kg/cm2 Gas alam dialirkan ke turbin pembantu sehingga turbin berputar dan gas alam sisa dibuang ke atmosfir. Antara turbin utama dan turbin pembantu di hubungkan ke coupling yang bekerja berdasarkan putaran lebih yg akan melepas secara otomatis. Sebelum start, coupling telah terhubung pada kedua poros turbin tersebut secara hidrolik. Bersamaan dengan berputarnya turbin pembantu terjadilah penghisapan udara oleh kompresor. Kompresor dan turbin utama turut berputar karena seporos. Jika putaran telah mencapai 20 % dari rating, maka bahan bakar gas akan masuk keruang bakar sehingga terjadi pembakaran gas alam yang bercampur udara dari kompresor. Agar Tekanan bertambah tinggi, maka gas ala mini di alirkan ke turbin utama melalui nozzle. Beberapa menit kemudian terjadi percepatan putaran turbin dan jika telah mencapai 60 % dari rating putaran turbin, maka turbin pembantu akan melepas secara otomatis. Turbin utama akan berputar hingga 100 % maka turbin siap untuk di bebani. Putaran normal turbin sebesar 5100 rpm di konversikan ke 3000 rpm dengan menggunakan roda gigi, poros turbin di hubun hubungkan gkan dengan poros generator yang mempunyai putaran 3000 rpm. Generator berputar sehingga menghasilkan energi listrik yang siapkan di distribusikan kemasingmasing beban. Diposkan oleh Mukhlis di 3:31 AM
Teori operasi Turbin gas dijelaskan secara termodinamika oleh Siklus Brayton, Brayton, di mana udara dikompresi isentropic sekutu, pembakaran terjadi pada tekanan konstan, dan ekspansi terjadi di turbin isentropically kembali untuk tekanan awal.
Dalam prakteknya, gesekan dan turbulensi menyebabkan: 1. Isentropic non-kompresi: untuk suatu tekanan secara keseluruhan rasio, suhu pengiriman kompresor lebih tinggi dari ideal. 2. Non-isentropic ekspansi: walaupun penurunan suhu turbin yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor tidak terpengaruh, tekanan terkait rasio lebih besar, yang mengurangi ekspansi yang tersedia untuk menyediakan kerja yang bermanfaat. 3. Tekanan kerugian dalam asupan udara, combustor dan knalpot: mengurangi ekspansi yang tersedia untuk menyediakan kerja yang bermanfaat.
Brayton siklus
Seperti semua siklus mesin panas s, suhu pembakaran yang lebih tinggi berarti lebih besar efisiensi. Faktor pembatas adalah kemampuan baja, nikel, keramik, atau materi lain yang membentuk mesin untuk menahan panas dan tekanan. Teknik cukup masuk ke bagian turbin menjaga dingin. Kebanyakan turbin juga mencoba untuk memulihkan knalpot panas, yang sebaliknya adalah energi terbuang. Recuperator s adalah heat exchanger s yang lulus knalpot panas ke udara terkompresi, sebelum pembakaran. Gabungan siklus desain lulus limbah panas ke uap turbin sistem. Dan gabungan panas dan kekuasaan (co-generation) menggunakan limbah panas untuk produksi air panas. Mekanis, turbin gas dapat kurang kompleks daripada pembakaran piston mesin. Sederhana turbin mungkin memiliki satu bergerak bagian: poros / kompresor / turbin / alternatif rotor perakitan (lihat gambar di atas), belum termasuk sistem bahan bakar. Namun, manufaktur presisi yang diperlukan untuk komponen dan paduan tahan temperatur yang diperlukan untuk efisiensi yang tinggi sering membuat pembangunan turbin sederhana lebih rumit daripada mesin piston. Lebih canggih turbin (seperti yang ditemukan di zaman modern mesin jet) dapat memiliki beberapa shaft (kelos), ratusan turbin baling, bergerak stator blades, dan sistem yang luas kompleks pipa, combustors dan penukar panas. Sebagai aturan umum, semakin kecil mesin semakin tinggi tingkat perputaran poros (s) yang diperlukan untuk mempertahankan kecepatan tertinggi. Kecepatan sudu turbin menentukan tekanan maksimum yang dapat diperoleh, hal ini menghasilkan daya maksimum yang mungkin tergantung pada ukuran mesin. Mesin jet s beroperasi sekitar 10.000 rpm dan mikro turbin s sekitar 100.000 rpm. Thrust bantalan s dan jurnal bantalan adalah bagian penting dari desain. Secara tradisional, mereka telah hidrodinamik minyak bantalan, atau minyak-cooled bola bantalan s. Bantalan ini sedang dikalahkan oleh foil bantalan s, yang telah berhasil digunakan dalam turbin mikro dan unit daya tambahan s.
Ahmad Toriq Jurusan Fisika FMIPA Universitas Sebelas Maret Surakarta e-mail :
[email protected]
ABSTRAK Gas Turbine Generator (GTG) di PT. Petrokimia merupakan salah satu unit pembangkit listrik yang dimanfaatkan untuk menunjang proses produksi pupuk. Prinsip kerja Gas turbine generator yaitu memanfaatkan gas sebagai fluida untuk me mutar turbin dengan pembakaran internal sehingga dapat memutar generator lalu menghasilkan listrik. GTG tersusun atas komponen-komponen utama sepertiair inlet section, compressor section, combustion section, turbine section, dan exhaust section.Otomatisasi GTG Pabrik I PT. Petrokimia Gresik dikendalikan sistem kontrol yang disebut SPEEDTRONIC IV yang menggunakan sistem kontrol tiga redundant 16 bit microprocessor . Kata kunci : Gas Turbine Generator, fluida, SPEEDTRONIC IV
1.
PENDAHULUAN
Gas Turbine Generator (GTG) di PT. Petrokimia merupakan salah satu unit pembangkit listrik yang dimanfaatkan untuk menunjang proses produksi pupuk. Unit GTG yang digunakan di Pabrik I PT.Petrokimia Gresik adalah Gas Turbin G enerator HITACHI (2006 J) dengan kapasitas daya 18,350 MW dan tegangan 13,6 - 13,8 KV / 50 Hz. Desain pertama turbin gas dibuat oleh John Wilkins seorang Inggris pada tahun 1 791. Sistem tersebut bekerja dengan gas hasil pembakaran batu bara, kayu atau minyak, kompresornya digerakkan oleh turbin dengan perantara rantai roda gigi. Pada tahun 1872, Dr. F. Stolze merancang sistem turbin gas yang menggunakan kompresor aksial bertingkat ganda yang digerakkan langsung oleh turbin reaksi tingkat ganda. Tahun 1908, sesuai dengan konsepsi H. Holzworth, dibuat s uatu sistem turbin gas yang mencoba menggunakan proses pembakaran pada volume konstan. Tetapi usaha tersebut dihentikan karena terbentur pada masalah konstruksi ruang bakar dan tekanan gas pembakaran yang berubah sesuai beban. Tahun 1904, “ Societe des Turbomoteurs” di Paris membuat suatu sistem turbin gas yang konstruksinya berdasarkan desain Armengaud dan Lemate yang menggunakan bahan bakar cair. Temperatur gas pembakaran yang masuk sekitar 450 C dengan tekanan 45 atm dan kompresornya langsung digerakkan oleh turbin. Selanjutnya, pada tahun 1935 sistem turbin gas mengalami perkembangan yang pesat dimana dip eroleh efisiensi sebesar kurang lebih 15%. Pesawat pancar gas yang pertama diselesaikan oleh “British Thomson Houston Co” pada tahun 1937 sesuai dengan konsepsi Frank Whittle (tahun 1930).
II. PRINSIP KERJA GAS TURBINE GENERATOR
1. 2. 3. 4.
Gas turbine generator adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk memutar turbin dengan pembakaran internal sehingga dapat memutar generator lalu menghasilkan listrik. Didalam turbin gas, energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik me lalui udara bertekanan yang memutar roda turbin sehingga menghasilkan daya. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin gas. Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet). Kompresor berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga temperatur udara juga meningkat. Kemudian udara bertekanan ini masuk ke dalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar dilakukan proses pembakaran dengan cara mencampurkan udara bertekanan dan bahan bakar. Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust). Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai berikut: Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian di bakar. Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel ( nozzle). Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan. Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi kerugian-kerugian yang dapat menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan oleh tur bin gas dan berakibat pada menurunnya performa turbin gas itu sendiri. Kerugian-kerugian tersebut dapat terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas. Sebab-sebab terjadinya kerugian antara lain:
1. Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian tekanan ( pressure losses) di ruang bakar. 2. Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan terjadinya gesekan antara bantalan turbin dengan angin. 3. Berubahnya nilai Cp dari fluida kerja akibat terjadinya perubahan temperatur dan perubahan komposisi kimia dari fluida kerja. 4. Adanya mechanical loss, dsb.
III. KOMPONEN GAS TURBINE GENERATOR Turbin gas tersusun atas komponen-komponen utama seperti air inlet section, compressor section, combustion section, turbine section, dan exhaust section. Sedangkan komponen pendukung turbin gas adalah starting equipment, lube-oil system, cooling system, dan beberapa komponen pendukung lainnya.
Gambar 1. komponen gas turbin generator
1. 2. 3.
4. 5.
Berikut ini penjelasan tentang komponen utama turbin gas: 1. Air Inlet Section. Berfungsi untuk menyaring kotoran dan debu yang terbawa dalam udara sebelum masuk ke kompresor. 2. Compressor Section. Komponen utama pada bagian ini adalah aksial flow compressor , berfungsi untuk mengkompresikan udara yang berasal dari inlet air section hingga bertekanan tinggi sehingga pada saat terjadi pembakaran dapat menghasilkan gas panas berkecepatan tinggi yang dapat menimbulkan daya output turbin yang besar. 3. Combustion Section. Pada bagian ini terjadi proses pembakaran antara bahan bakar dengan fluida kerja yang berupa udara bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi. Hasil pembakaran ini berupa energi panas yang diubah me njadi energi kinetik dengan mengarahkan udara panas tersebut ketransition pieces yang juga berfungsi sebagai nozzle. Fungsi dari keseluruhan sistem adalah untuk mensuplai energi panas ke siklus turbin. 4. Turbin Section. Turbin section merupakan tempat terjadinya konversi energi kinetik menjadi energi mekanik yang digunakan sebagai pe nggerak compresor aksial dan perlengkapan lainnya. Dari daya total yang dihasilkan kira-kira 60 % digunakan untuk memutar kompresornya sendiri, dan sisanya digunakan untuk kerja yang dibutuhkan. 5. Exhaust Section. Exhaust section adalah bagian akhir turbin gas yang berfungsi sebagai saluran pembuangan gas panas sisa yang keluar dari turbin gas. Adapun beberapa komponen penunjang dalam sistem turbin gas adalah sebagai berikut: Starting equipment. Berfungsi untuk melakukan start up sebelum turbin bekerja. Coupling dan Accessory Gear . Berfungsi untuk memindahkan daya dan p utaran dari poros yang bergerak ke poros yang akan dige rakkan. 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 padat. Untuk mendapatkan kondisi tersebut diatas maka sistem ini dilengkapi dengan knock out drum yang berfungsi untuk memisahkan cairan-cairan yang masih terdapat pada fuel gas. Lube Oil System. berfungsi untuk melakukan pelumasan secara kontinu pada setiap komponen sistem turbin gas. Cooling System. Sistem pendingin yang digunakan pada turbin gas adalah air dan udara. Udara dipakai untuk mendinginkan berbagai komponen pada section dan bearing.
IV. SISTEM KONTROL GAS TURBINE GENERATOR Kontrol otomatis GTG dilakukan oleh pe ralatan kontrol SPEEDTRONIC. Peralatan kontrol SPEEDTRONIC merupakan peralatan kontrol yang memang dirancang khusus untuk mengendalikan GTG. Di PT. Petrokimia Gresik sistem kontrol SPEEDTRONIC yang digunakan adalah tipe Mark IV. Sistem Mark IV merupakan peralatan kontrol digital t urbin secara otomatis yang telah dipelajari dan disempurnakan dengan sukses selama lebih dari 40 tahun. Sistem kontrol SPEEDTRONIC Mark IV merupakan salah satu bagian dari seni teknologi, didalamnya terdapat tiga redundant 16 bit microprocessor pengendali dan dua dari tiga voting redundansi pada kontrol kritis dan parameter pengaman. Sensor kontrol dan proteksi juga terdiri d ari triple redundant, dan didistribusikan di antara tiga kontrol processor . Sistem sinyal output dipilih pada logic relay untuk yang solenoid dan 3 pada valve coil servo untuk sinyal analog, sehingga memaksimalkan dua sisi, yaitu sisi keamanan dan kehandalan.
Gambar 2. Diagram blok Gas Turbine Generator Sistem kontrol Mark IV dirancang untuk memenuhi semua kebutuhan dari kontrol turbin gas. Hal yang dikontrol termasuk pengawasan cairan, gas, dan juga masukan bahan bakar agar sesuai dengan persyaratan kecepatan maupun persyaratan beban. Kontrol terhadap temperatur juga dilakukan dengan penjagaan kondisi temperatur tetap stabil dan tidak mencapai batas maksimal. Selain itu, masukan air dan uap dikontrol untuk menyesuaikan dengan kebutuhan operasi peralatan. Sistem kontrol Mark IV juga membantu urutan logika sistem dari otomatisasi startup, shutdown, dan cooldown. Interface dari sistem Mark IV ditampilkan oleh sebuah layar CRT, berwarna hitam dan putih, yang memberikan informasi kepada operator tentang kondisi operasi terkini. Komunikasi antara interface operator dengan turbin, dikontrol de ngan memanfaatkan empat microprocessor yang disebutcommunicator . Communicator juga menangani komunikasi antar fungsi kontrol processor , sehingga mengurangi potensi kerusakan software dan kesalahan data. Pada Communicator juga terdapat LED, berfungsi sebagai indikator yang langsung terhubung dengan processor . Indikator ini membantu untuk pengawasan terhadap operasi tu rbin, sehingga meminimalisir kacaunya operasi bila terjadi kegagalan baik dari microprocessor maupun CRT.
V. KESIMPULAN a. Dengan output daya pada orde MegaWatt, Gas Turbine Generator merupakan unit pembangkit listrik yang dapat dimanfaatkan untuk menunjang proses produksi suatu industri. b. Dengan sistem kontrol tiga redundant 16 bit microprocessor pengendali dan dua dari tiga voting redundansi pada kontrol kritis dan parameter pengaman, sistem kontrol SPEEDTRONIC Mark IV merupakan sistem kontrol yang mempunyai kelebihan dari sisi keamanan dan kehandalan.
VI. DAFTAR PUSTAKA Gunterus, Frans.1997. Falsafah Dasar : Sistem Pengendalian Proses. Jakarta: PT. Elex Media Komputindo Ogata, Katsuhiko, (1997), Teknik Kontrol Automatik Jilid I dan II Edisi 2. Jakarta: Erlanggga. Industrial Autimation Research Group (IARG). Distributed Control System. Departemen Teknik Fisika-ITB: Bandung Industrial Autimation Research Group (IARG). Arsitektur Sistem DCS. Departemen Teknik Fisika-ITB: Bandung Industrial Autimation Research Group (IARG). Pengantar Kontrol Proses. Departemen Teknik FisikaITB: Bandung Driskell, Les. 1983. Control-Valve Selection and Sizing. USA: Creative Sevices Inc.
