Makalah Seminar Kerja Praktek SISTEM CONTROL VALVE PADA AFTERCOOLER (E-103) DI PT. GEO DIPA ENERGI UNIT DIENG. Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang

Transkripsi

1 Makalah Seminar Kerja Praktek SISTEM CONTROL VALVE PADA AFTERCOOLER (E-103) DI PT. GEO DIPA ENERGI UNIT DIENG Sigit Wisnu Habsoro. 1, Dr. Ir. Joko Windarto, MT. 2 1 Mahasiswa dan 2 Dosen Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang Abstrak PT Geo Dipa Energi berdiri pada tanggal 5 Juli Perusahaan ini merupakan salah satu pengelola panas bumi yang memanfaatkannya sebagai salah satu sumber tenaga pembangkit listrik. Cakupan kegiatan yang dijalaninya mulai dari tahap eksplorasi, eksploitasi lahan penghasil panas bumi, pembangunan sarana pembangkit (Power Plant) hingga menyalurkan hasil olahan panas bumi menjadi energi listrik ke jaringan transmisi listrik interkoneksi Jawa Madura Bali (Jamaba). Pada PLTP dihasilkan sisa dari proses produksi berupa air. air akan diinjeksikan kembali ke bumi melalui peralatan-peralatan salah satunya adalah control valve. Alat ini berfungsi untuk menutup/membuka control valver (variabel yang diatur) pada vessel Aftercooler dengan pengaturan setpoint. Ketika setpoint yang diinginkan adalah 40%, maka sinyal dari level transmitter (4-20 ma) ditransmisikan ke valve melalui DCS akan memerintahkan control valve untuk membuka valve bila melebihi kapasitas 40%. Dari setpoint tersebut valve akan membuka laju alir fluida sesuai presentase perbandingan kenaikan level setelah melewati level 40%. Pada E-103 tipe yang digunakan untuk control valve adalah global valve, karakteristik alirannya linear, prinsip kerja air to open, jadi jika ada udara bertekanan disupply, valve baru dapat membuka sesuai setpoint operasi operator (normally closed). Dalam kerja praktek ini, penulis ingin belajar tentang sistem control valve. Dengan laporan ini, para mahasiswa dapat belajar jenis dan prinsip kerja control valve pada Aftercooler E-103. Kata kunci : control valve pada Aftercooler E-103, setpoint, global valve I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Indonesia merupakan salah satu negara yang mempunyai sumber daya alam yang melimpah, salah satunya minyak bumi yang diolah untuk digunakan sebagai bahan bakar. Namun dengan berkembangnya dunia industri, bahan bakar minyak menjadi dilema, karena kandungan minyak bumi di dunia semakin menipis seiring dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi. Maka dari itu perlu adanya bahan bakar alternatif, yaitu panas bumi. Pemanfaatan energi panas bumi secara umum dibagi menjadi 2 jenis yaitu pemanfaatan tidak langsung dan pemanfaatan langsung. Pemanfaatan tidak langsung yaitu adalah memanfaatkan energi panas bumi untuk pembangkit listrik. Sedangkan pemanfaatan langsung yaitu memanfaatkan secara langsung panas yang terkandung pada fluida panas bumi untuk berbagai keperluan. Selain temperatur, faktor-faktor lain yang dipertimbangkan dalam memutuskan apakah suatu sumber daya panas bumi tepat dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik adalah sebagai berikut : Sumber daya mempunyai kandungan panas atau cadangan yang besar sehingga mampu memproduksi uap untuk jangka waktu yang cukup lama, yaitu sekitar tahun. Reservoirnya tidak terlalu dalam, tidak lebih dari 3 km. Sumber daya panas bumi terdapat di daerah yang relatif tidak sulit dicapai. Energi panas bumi relatif tidak menimbulkan polusi. PT. GEO DIPA ENERGI yang terletak di Dieng merupakan salah satu pembangkit yang memanfaatkan panas bumi sebagai penggerak turbin, kemudian turbin digunakan untuk memutar generator sehingga menghasilkan daya listrik sebesar 60 MW.

2 1.2 Batasan Masalah Pada laporan kerja praktek ini permasalahan hanya dibatasi pada gambaran umum tentang prinsip kerja dan peran komponen sistem control valve pada Aftercooler (E-103) di PT. Geo Dipa Energi Unit Dieng. 1.3 Tujuan 1. Untuk menerapkan teori yang selama ini telah didapatkan di bangku kuliah. 2. Mengetahui dan memahami proses produksi listrik pada Pembangkit Listrik Panas Bumi (PLTP) di PT. Geo Dipa Energi. 3. Meningkatkan ilmu pengetahuan dan mempelajari prinsip kerja dari Sistem Control Valve pada Aftercooler (E-103) di PT. Geo Dipa Energi. 4. Mengamati secara langsung rancangan peralatan-peralatan yang digunakan, sistem produksi, dan sistem pembangkitan khususnya di divisi Power Plants. II. LANDASAN TEORI 2.1 Peralatan-Peralatan Penting di PT Geo Dipa Energi Unit Dieng Well Pad (sumur produksi) Sumur untuk memproduksi uap yang akan digunakan pada pembangkit listrik tenaga panas bumi sebagai sumber energy untuk menghasilkan listrik pada sistem PLTP. PLTP Dieng memiliki 4 injeksi sumur produksi. Lokasi yang paling jauh adalah well pad 7 yang mempunyai 3 sumur pengeboran. Lokasi yang paling dekat adalah well pad 26 yang mempunyai 2 buah sumur pengeboran. Well pad 9 dan well pad 31 yang berada pada lokasi yang berdekatan. Well pad 9 mempunyai 2 sumur pengeboran, sedangkan well pad 31 mempunyai 1 sumur pengeboran Rock Muffler Rock Muffler merupakan unit proses produksi yang berfungsi meredam suara dan melepas uap untuk menjaga tekanan uap agar tetap stabil yaitu pada nilai 9.8 bar. Fungsi lain dari rock muffler adalah sebagai proteksi bila terjadi kerusakan di power plant yaitu dengan cara membuang uap yang berasal dari well pad ke atmosfer. Kontruksinya berupa tabung yang berjajar 4 buah didalamnya terdapat katup untuk mengontrol jumlah uap yang dikontrol dari ruang kontrol Power Plant Scrubber Scrubber (steam purifier) merupakan unit yang berfungsi memisahkan uap dan air melalui pipa sebelum masuk turbin. Kontruksi di dalamnya terdapat sekat-sekat untuk menahan air. Hasil uap yang masih mengandung butiran butiran air yang kemudian dan dipisahkan lagi melalui Demistor untuk memperoleh uap yang kering. Sistem kerja Demistor hampir sama dengan Scrubber tetapi dengan ukuran dan dimensi yang lebih kecil. Demistor merupakan pemisah terakhir sebelum masuk main stop valve (katup utama) Main Stop Valve Merupakan unit proses produksi yang terletak pada jalur pipa utama ke turbin sebagai katup utama yang berfungsi untuk membuka dan menutup aliran uap yang akan masuk ke dalam control valve kemudian menuju ke turbin uap Control Valve dan Stop Valve Setelah keluar dari Main Stop Valve, maka uap kering dengan tekanan 9.8 bar akan melalui Control Valve (CV) yang masingmasing ada 2 (CV 1 dan CV2) dan Stop Valve (SV) yang jumlahnya masing-masing 2 (SV 1 dan SV 2). Karena uap tersebut akan dialirkan menuju pipa yang mana kedua ujungnya akan berhubungan langsung dengan turbin uap. Sehingga turbin uap digerakkan oleh uap dari dua sisi yang berbeda Turbin Uap Suplai uap turbin dipengaruhi oleh: diameter roda turbin, jumlah tingkat panjang sudu, dan penampang bagian-bagian yang menghantar uap. Bagian turbin yang berputar disebut rotor atau roda turbin, sedangkan bagian yang tidak berputar disebut stator atau rumah turbin. Prinsip kerja turbin adalah sudu turbin pada rotor dan fluida kerja yang mengalir melalui ruang diantara sudu turbin sehingga rotor berputar dan menghasilkan gaya yang berputar pada sudu. Gaya yang ditimbulkan terjadi karena perubahan momentum pada fluida

3 kerja tersebut. Pada pengoperasian, putaran turbin harus konstan walaupun pada saat pembebanan. Agar putaran turbin konstan diperlukan katup yang dinamakan gate valve yang berfungsi mengatur tekanan uap yang masuk ke dalam turbin sehingga menghasilkan kerja maksimal. Turbin uap yang digunakan memiliki daya sebesar 60MW dengan putaran 3000 rpm Generator Sinkron Generator berfungsi sebagai alat pembangkit listrik dengan menggunakan tenaga putaran yang diperoleh dari turbin uap. Tenaga penggeraknya berasal dari uap kering. Generator di PLTP Dieng yang memiliki daya sebesar 60 MW digunakan untuk pemakaian sendiri sebesar 2,1 MW dengan tegangan keluaran sebesar 15 KV. Melalui trafo step up milik PLN, tegangan 15 kv dinaikkan menjadi 150 kv kemudian ditransmisikan melalui jaringan 150 kv yang dihubungkan pararel dengan pembangkit lain Transformator Transformator adalah peralatan listrik yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan. Pada PLTP Dieng terdapat 5 buah transformator dengan spesifikasi sebagai berikut: 1. Autotransformator 150 kv/ 15 kv dan 15 kv/150 kv Transformator milik PLN yang berada di power plant PLTP Dieng ini berfungsi ganda, yaitu: a. Trafo Step Down 150 kv/ 15 kv Saat tegangan 150 kv dari jaringan transmisi PLN digunakan untuk menyuplai pembangkit, maka tegangan perlu diturunkan menjadi 15 kv. b. Trafo Step Up 15 kv/150 kv Saat tegangan 15 kv yang dihasilkan PLTP akan disalurkan ke jaringan transmisi 150 kv, maka tegangan perlu dinaikkan menjadi 150 kv. 2. Transformator Step Down 15 kv/ 6 kv 3. Transformator Step Down 15 kv/ 380 V sebanyak 2 buah 4. Transformator Step Down 6 kv/ 250 V Condensor Condensor adalah suatu alat yang digunakan untuk mengkondensasi uap keluaran dari turbin dengan temperature sekitar 33 o C dan kondisi tekanan udara vakum. Uap keluaran dari turbin masuk dari sisi kondensor, kemudian mengalami kondensasi sebagai akibat penyerapan panas oleh air pendingin yang diinjeksikan Ejector Ejector merupakan salah satu bagian terpenting dari Power Plant. Ejector berfungsi untuk mengkondisikan Main Condensor agar dalam kondisi vacum sehingga mempermudah proses kondensasi uap dari turbin. Ejector menghisap keluar gas yang tidak dikondensasikan (NCG) untuk dikondensasi ulang didalam Intercondenser dan Aftercooler bersama dengan sebagian uap panas yang tidak masuk ke dalam turbin. Pada Power Plant ini mempunyai 2 unit sistem ejector yaitu : 1. Ejector step 1 untuk menghisap NCG dan uap panas untuk masuk ke dalam Intercooler. 2. Ejector step 2 untuk menghisap sisa NCG pada Intercondensor untuk masuk ke Aftercooler bersamaan dengan sisa uap panas yang ada Aftercooler E-103 dan Intercondensor E-104 Kedua alat ini mempunyai fungsi dan sistem kerja yang sama. Keduanya berfungsi membantu pengkondensian uap dan NCG. Uap berasal dari sebagian uap panas yang tidak masuk ke turbin, sehingga akan dialirkan ke ejector step 1 dan ke ejector step 2. Melalui ejector step 1, uap panas dan NCG akan mengalami kondensasi di Intercondensor. Uap dan NCG akan disemprot dengan air suhu rendah yang berasal dari Cooling Tower untuk membantu proses pengkondensian uap dan NCG. Sisa kondensasi di Intercondenser berupa NCG akan dihisap oleh ejector step 2 bersama sebagian uap panas akan masuk ke Aftercooler untuk dilakukan proses yang yang sama seperti di Intercondensor.

4 Hotwell Pump Pompa ini penggunaannya sangat vital pada Power Plant. Pompa ini berhubungan langsung dengan Main Condenser yaitu untuk mengalirkan kondensat dengan suhu 33 o C untuk di liter membutuhkan pompa dengan kapasitas yang sangat besar untuk memindahkannya, apalagi suplai uap dari Turbin berjalan terus menerus sehingga untuk menjaga agar Main Condenser tetap vakum (dengan ketinggian air sekitar 40% dari volume total) maka kondensat harus dipindahkan, hal ini dilakukan karena uap yang dikondensasi akan menambah volume kondensat Cooling Tower Colling tower juga berfungsi sebagai unit pembuangan akhir yang berupa uap atau gas (Non Condensable Gas) yang sudah tidak membahayakan bagi lingkungan. Cooling Tower yang digunakan adalah tipe counter flow yang terdiri atas 9 sel dan setiap sel memiliki 2 buah fan Well Injection Pad Well Injection Pad merupakan sumur yang berfungsi menginjeksikan cairan ke dalam tanah yang berasal dari sisa hasil pemisahan produksi uap di PLTP. III. SISTEM CONTROL VALVE PADA AFTERCOOLER (E-103) DI PT GEO DIPA ENERGI UNIT 3.1. Komponen kontrol yang terdapat dalam system automatic control valve pada Aftercooler (E-103). Komponen kontrol yang terdapat dalam system automatic control valve pada Aftercooler (E-103) di PT Geo Dipa Energi Unit Dieng, adalah : Level Transmitter Level Switch DCS (Distributed Control System) Control Valve 3.2. Level Transmitter Level transmitter adalah sebuah alat yang memanfaatkan asas bahan apung sederhana untuk mendeteksi dan mengkonversi perubahan level zat cair. Pada E-103, level transmitter yang digunakan merupakan tipe sensor Linear Variable Differential Transformer (LVDT). Secara umum LVDT bekerja karena adanya perbedaan medan magnet. Gambar 3.1 Level Transmitter Prinsip kerja Level Transmitter yaitu, Ketika level cairan (berupa air) di vessel (E-103) di setpoint (40%), maka pada saat level cairan vessel mengalami kenaikan (>40%), secara sederhana batang yang berada di dalam external cage, akan mengalami gerakan naik secara linear sesuai level cairan pada vessel, sehingga range spring akan menekan ke atas dan menggerakkan batang besi (inti magnet). Akibat adanya gerakan yang ditimbulkan oleh inti magnet, maka terjadi GGL induksi. Pada level transmitter arus yang dihasilkan (4-20 ma) sehingga perubahan vessel (0-100%) sebanding dengan arus yang keluar dari level transmitter. Sinyal output yang akan ditransmisikan sebanding dengan ketinggian pada level vessel. Sinyal output berupa sinyal elektrik akan ditransmisikan ke DCS, kemudian akan ditransmisikan lagi ke control valve melalui I/P yang mengkonversi sinyal elektrik menjadi sinyal pneumatic, sehingga valve akan membuka sesuai setpoint operasi Level Switch Level switch adalah rangkaian kontrol level air yang merupakan salah satu aplikasi dari motor listrik khususnya untuk pompa air. Fungsi dari rangkaian ini adalah untuk mengontrol level air dalam sebuah tangki penampungan air sisa proses pembangkitan dari power plant yang di mana pada level tertentu motor listrik atau

5 pompa air akan beroperasi dan pada level tertentu juga pompa air akan mati. sistem dan juga mengimplementasi algoritma pengontrolan. History Module Alat ini mirip dengan harddisk pada komputer. Alat ini digunakan untuk menyimpan berkas-berkas menyimpan data-data operasional pabrik. Gambar 3.2 Level Switch fungsi dari panel pompa level switch adalah untuk mentransfer air dari sumur/tandon ke tangki air. Cara kerja dengan mengisi air dari sumur/tandon ke tangki (tempat penampungan air) secara otomatis. Dan untuk lebih jelasnya perhatikan penjelasan sebagai berikut : Level switch pada posisi ON, maka secara otomatis untuk mengisi tangki ( tempat penampungan air) bila air yang berada di dalam tangki/tempat penampungan air habis. Level switch pada posisi OFF, maka secara otomatis berhenti mengisi tangki (tempat penampungan air) bila air yg diisi ke dalam tangki/tempat penampungan air penuh DCS (Distributed Sistem Control) DCS merupakan sistem kontrol yang mampu menghimpun (mengakuisisi) data dari lapangan bisa disimpan untuk keperluankeperluan masa datang, atau digunakan dalam proses-proses saat itu juga, atau digabung dengan data-data dari bagian lain proses. Berikut ini adalah bagian-bagian dari DCS : Operator Console Alat ini mirip monitor komputer. Digunakan untuk memberikan informasi tentang apa yang sedang dikerjakan Melalui konsol ini juga, operator memberikan perintah pada instrumeninstrumen di lapangan. Engineering Station Ini adalah stasion untuk para teknisi yang digunakan untuk mengkonfigurasi Data Historian Biasanya berupa perangkat lunak yang digunakan untuk menyimpan variablevariabel proses, set point dan nilai-nilai keluaran. I/O Bagian ini digunakan untuk menangani masukan dan luaran dari DCS. Masukan dan keluaran tersebut bisa analog, bisa juga digital. Jadi, DCS adalah pengendalian proses sistem kompleks. Pada Aftercooler control valve system, DCS ini ditentukan setpoint kestabilan level air di E-103. Gambar 3.3 Jaringan DCS 3.5. Control Valve Control valve adalah suatu alat yang digunakan untuk memodifikasi aliran fluida atau laju tekanan pada sebuah sistem proses dengan menggunakan daya untuk operasinya. Valve ini digunakan oleh industri dalam banyak aplikasi. Control valve adalah elemen kontrol akhir yang paling umum digunakan untuk mengatur aliran bahan dalam sebuah proses. Pada suatu lup proses, hanya ada resistansi variable yang

6 dikontrol, sedangkan resistansi berubah-ubah karena perubahan aliran pada sistem atau karena lapisan pipa dan permukaan dinding peralatan. Variasi resistansi ini tidak diinginkan dan harus dikompensasi dengan menggunakan control valve. digunakan adalah pneumatic actuators. Pneumatic Actuators menyediakan 2 bentuk bagian utama dari valve actuators. a. Piston Piston umumnya dapat melakukan satu atau dua kali gerakan, serta dapat menahan tekanan dan masukan yang lebih tinggi, dan menyediakan lebih kecil volume silinder, yang dapat bergerak dengan kecepatan tinggi. Pneumatic actuators mempunyai 2 tipe piston. Gambar 3.4 Struktur Control Valve Pada umumnya, elemen pengendali akhir dalam suatu loop control sistem adalah control valve. Control valve pada E-103 yang berfungsi membuka dan menutup control valver (variabel yang diatur) pada vessel Aftercooler. Karena kemampuan jangkauan yang lebar sudah menjadi sifat bawaan dalam memilih ukuran control valve, maka terdapat beberapa pilihan yang dibuat, bergantung pada: - Bagian-Bagian Control Valve - Tipe-Tipe Control Valve Bagian-Bagian Control Valve Gambar 3.6 Tipe Piston b. Diaphragm Diaphragm merupakan jenis actuators single acting, udara bertekanan yang diberikan pada salah satu sisi diaphragm dapat melakukan pergerakan langsung (direct acting) atau reverse acting. Direct acting adalah bila harga output turun maka controller akan menambah sinyal inputnya (tekanan udara atau arusnya). Sedangkan reverse acting adalah bila harga output naik maka controller akan mengurangi sinyal inputnya. Gambar 3.5 Bagian-bagian Control Valve 1. Valve Actuators Gerakan valve menyebabkan perubahan volume, dan membutuhkan supply udara, serta peralatan yang menyediakan sinyal tekanan (positioners). Pada E-103, valve actuators yang Gambar 3.7 Diaphragm 2. Valve Positioners Sebuah valve positioners berfungsi menghubungkan sinyal input dengan posisi valve, serta memberikan tekanan output kepada valve actuators. Pada E-103, valve positiner di

7 pasang air to open yang berarti bahwa valve akan bekerja jika ada perintah dari transmitter untuk membuka valve sebesar setpoint operasi. 3. I/P (Current To Pneumatic) Pada dasarnya prinsip kerja I/P adalah prinsip keseimbangan gaya. Arus elektrik (4-20 ma) dari level transmitter kemudian ditransmisikan lewat DCS kemudian dilewatkan melalui kumparan dan menghasilkan suatu perpindahan rotasional dari batang yaitu berupa tekanan udara (3-15 psig). disc terbuka, seluruh aliran akan bebas masuk tanpa hambatan, namun pada saat disc tertutup rapat maka aliran akan tertahan oleh disc tersebut. Kegunaan dari jenis valve ini adalah hanya untuk menutup dan membuka aliran (fully closed & fully opened position) Tipe-Tipe Control Valve 1. Plug Cocks Valve (katup kran) Valve ini mirip dengan katup bola. Bulatannya diganti dengan silinder atau kerucut yang berpotong atasnya dan lubangnya berupa celah. Gambar 3.10 Gate Valve 4. Butterfly Valve (katup kupu-kupu) Butterfly valve adalah salah satu tipe tua dari valve yang diketahui. Valve ini sederhana, ringan, harganya murah. Valve ini kegunaan utamanya untuk kedua on-off dan throttling melibatkan aliran gas dan cairan yang besar pada tekanan rendah secara relatif. Gambar 3.8 Plug Valve 2. Globe Valve (katup bundar) Globe valve digunakan untuk mengatur secara lebih akurat aliran fluida. Bentuk disc nya panjang dan kecil seperti paku. Valve jenis ini dirancang untuk mengatur besar kecilnya aliran fluida. Gambar 3.11 Butterfly Valve 5. Ball Valve Ball valve ini digunakan untuk service throttling. Valve ini cepat pengerjaannya, mudah perawatannya, tidak dibatasi untuk bahan fluida tertentu, seperti : uap air, minyak, gas, fluida, korosif, slurry (partikel kasar) dan bahan bubuk kering. Gambar 3.9 Globe Valve 3. Gate Valve / Rotary Valve Nama Gate valve diambil karena bentuk disc dari jenis valve ini pada saat menutup atau membuka seperti Gate (Gerbang). Dimana saat Gambar 3.12 Ball Valve

8 IV PENUTUP 4.1 KESIMPULAN 1. Proses Automatic Control Valve System E- 103 ( Aftercooler) didukung beberapa komponen, yaitu : Level Transmitter Level Switch Distributed Control System (DCS) Control Valve 2. Aplikasi control valve pada system automatic control valve E-103 adalah sebagai berikut : Control valve merupakan elemen terakhir dari sistem pengendalian sehingga control valve sendiri berfungsi penutup dan pembuka laju air pada E-103. Control valve berfungsi mengatur laju air sesuai setpoint operasi. Komponen dari control valve yaitu I/P berfungsi merubah sinyal elektrik (4-20 ma) menjadi sinyal pneumatic (3-15 psig) yang ditransmisikan melalui DCS. 3. Arus elektrik (4-20 ma) dari level transmitter kemudian ditransmisikan I/P lewat DCS kemudian dilewatkan melalui kumparan dan menghasilkan suatu perpindahan rotasional dari batang yaitu berupa tekanan udara (3-15 psig). 4.2 SARAN 1. Pada bagian control valve diharapkan dipasang alat tambahan beripa simulator dengan tujuan untuk melakukan tes simulasi dari control valve, untuk mengetahui apakah control valve bekerja dengan baik. 2. Pemakaian helm di dalam unit pembangkit lebih diperhatikan karena keselamatan kerja sangat penting. DAFTAR PUSTAKA [1] [2] ITTP, 1981, Student Work Instrumentation Maintenance Module 5 Control Valve, Instrument Society of America [3] Kusuma, Wijaya. Fisika Energi PLTP Panas Bumi. Bali : Udayana University [4] Instrumentation & Control Technicial Training Pneumatic Actuators and Positioners NUS Training Corporation. [5] BIOGRAFI Sigit Wisnu Habsoro (L2F607051) dilahirkan di Semarang, 13 Agustus 1989, menempuh pendidikan di SDN Siliwangi, SMP N 19, SMA N 6 Semarang. Saat ini sedang melanjutkan studi S1 di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang dengan Konsentrasi Ketenagaan. Semarang, Juli 2011 Mengetahui dan Mengesahkan, Dosen Pembimbing Dr. Ir. Joko Windarto, MT NIP