PEMBIDANGAN PRAJABATAN S1 D3 INDONESIA POWER PENGOPERASIAN PLTGU

Transkripsi

1 PEMBIDANGAN PRAJABATAN S1 D3 INDONESIA POWER PENGOPERASIAN PLTGU Edisi I Tahun 2014

2 PEMBIDANGAN PRAJABATAN S1 - ENJINER PEMBANGKITAN THERMAL (A ) TUJUAN PEMBELAJARAN : Setelah mengikuti pelatihan ini peserta mampu memahami prosedur pengoperasian dan pemeliharaan pembangkit tenaga listrik sesuai prosedur/standar operasi/ instruksi kerja dan petunjuk pabrikan. DURASI : 320 JP / 40 HARI EFEKTIF TIM PENYUSUN : 1. MURDANI 2. ERWIN 3. EFRI YENDRI 4. HAULIAN SIREGAR 5. PEPI ALIYANI 6. MUHAMAD MAWARDI TIM VALIDATOR : 1. JOKO AGUNG 2. DODI HENDRA 3. SUDARWOKO i

3 KATA PENGANTAR MANAJER PLN PRIMARY ENERGY & POWER GENERATION ACADEMY PLN CORPORATE UNIVERSITY Puji syukur ke hadirat Allah SWT, yang telah memberikan rahmat, taufik serta hidayahnya, sehingga penyusunan materi pembelajaran PEMBIDANGAN PRAJABATAN S1 D3 INDONESIA POWER ini dapat diselesaikan dengan baik dan tepat pada waktunya. Materi ini merupakan materi yang terdapat pada Direktori Diklat yang sudah disahkan oleh Direktur Pengadaan Strategis selaku Learning Council Primary Energy & Power Generation Academy. Materi ini terdiri dari 11 buku yang membahas mengenai K2 dan Lingkungan Hidup, Pengoperasian PLTU, Pengoperasian PLTGU, Pengenalan PLTP, Perencanaan, pengendalian, dan evaluasi O&M Pembangkit, Pemeliharaan Mekanikal Pembangkit Thermal dan Hidro, Pemeliharaan Listrik Pembangkit, Pemeliharaan Proteksi, Kontrol & Instrumen, Kimia Pembangkit, Pengoperasian PLTA, dan Pengenalan PLTD sehingga diharapkan dapat mempermudah proses belajar dan mengajar di Primary Energy dan Power Generation Academy. Akhir kata, Pembelajaran ini diharapkan dapat membantu meningkatkan kinerja unit operasional dan bisa menunjang kinerja ekselen korporat. Tentunya tidak lupa kami mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah terlibat dalam penyusunan materi pembelajaran ini. Saran dan kritik dari pembaca/siswa sangat diharapkan bagi penyempurnaan materi ini. Suralaya, 31 Januari 2014 M. IRWANSYAH PUTRA ii

4 DAFTAR BUKU PELAJARAN Buku 1 K2 dan Lingkungan Hidup Buku 2 Pengoperasian PLTU Buku 3 Pengoperasian PLTGU Buku 4 Pengenalan PLTP Buku 5 Perencanaan, pengendalian, dan evaluasi O&M Pembangkit Buku 6 Pemeliharaan Mekanikal Pembangkit Thermal dan Hidro Buku 7 Pemeliharaan Listrik Pembangkit iii

5 Buku 8 Pemeliharaan Proteksi, Kontrol & Instrumen Buku 9 Kimia Pembangkit Buku 10 Pengoperasian PLTA Buku 11 Pengenalan PLTD iv

6 BUKU III PENGOPERASIAN PLTGU TUJUAN PELAJARAN : Setelah mengikuti pelajaran pemeliharaan listrik pembangkitan Peserta diharapkan mampu memahami prinsip kerja, komponen dan sistem-sistem yang ada di PLTGU serta prosedur pengoperasian PLTGU sesuai standar perusahaan DURASI : 16 JP PENYUSUN : EFRI YENDRI Simple Inspiring Performing Phenomenal v

7 DAFTAR ISI TUJUAN PELAJARAN... v DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... ix 1. PRINSIP KERJA PLTGU Silus Turbin Gas (Brayton Cycle) Siklus Kombinasi (Combined Cycle) Prinsip Kerja PLTG Prinsip kerja PLTGU Bagian-Bagian PLTGU Variasi Siklus Kombinasi PLTGU SISTEM-SISTEM PLTGU Sistem Udara Pendingin dan Perapat Sistem Udara Pengabut (Atomizing Air) Sistem Bahan bakar (Minyak atau Gas) Sistem Minyak Pelumas (Lube Oil) Sistem Minyak Pengangkat Poros (Jacking oil) Sistem Minyak Pengaturan (Control Oil) Sistem Kelistrikan (Electrical) HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR (HRSG) Prinsip Kerja HRSG Sifat Air dan Uap Kualitas Uap Konstruksi dan Tata Letak HRSG PENGOPERASIAN PLTGU Pemeriksaan dan Persiapan Start Pengoperasian Turbin Gas Pengoperasian HRSG Kurva Start Up Simple Inspiring Performing Phenomenal vi

8 DAFTAR GAMBAR Gambar 1 Turbin Gas Siklus Terbuka... 2 Gambar 2 Siklus Brayton... 3 Gambar 3 Diagram P-v dan T-s... 5 Gambar 4 Siklus Kombinasi... 6 Gambar 5 Siklus Brayton, Siklus Rankine dan Siklus kombinasi... 7 Gambar 6 Diagram Combined Cycle... 8 Gambar 7. Diagram Cogeneration Cycle... 9 Gambar 8 Combined Cycle Power Plant (PLTGU)... 9 Gambar 9 Siklus air uap PLTGU Gambar 10 Kompresor Utama Gambar 11 Combustion Chamber & Gas Turbine Gambar 12 Alat Bantu Turbin Gas (Gas Turbine Auxiliary) Gambar 13 Peralatan Utama HRSG Gambar 14 Boiler Drum Gambar 15 Economizer Gambar 16 Deaerator Gambar 17 PLTGU dengan PLTG digabung dengan peleburan besi Gambar 18 PLTGU dengan turbin gas berbahan bakar batubara Gambar 19 Diagram PLTGU dengan konfigurasi Gambar 20 Diagram PLTGU dengan konfigurasi Gambar 21 Diagram PLTGU dengan konfigurasi Gambar 22 Saluran Pendingin Rotor Turbin Gas Gambar 23 Lubang saluran pendingin pada sudu gerak dan sudu diam Gambar 24 Sistem Udara Pengabut Gambar 25 Sistem Bahan Bakar Minyak Gambar 26 Sistem Bahan Bakar Gas Gambar 27 Sistem Minyak Pelumas Gambar 28 Sistem Jacking Oil Gambar 29 Sistem Minyak Pengatur (Control Oil) Gambar 30 Sistem Kelistrikan (Electrical) Gambar 31 Diagram HRSG dengan aliran gas mendatar Gambar 32 Heat Recovery Steam Generator Gambar 33 Diagram pemanasan air Gambar 34 Prinsip Sirkulasi Alami (Natural Circulation) Gambar 35. HRSG sirkulasi alami (aliran gas mendatar) Simple Inspiring Performing Phenomenal vii

9 Gambar 36 Prinsip Sirkulasi Paksa (Forced Circulation) Gambar 37 HRSG dengan aliran gas vertikal Gambar 38 HRSG dengan tekanan tunggal (single pressure) Gambar 39 HRSG dengan dua tingkat tekanan (dual pressure) Gambar 40 Diagram HRSG Multi Pressure Gambar 41 HRSG dengan burner bantu Gambar 42 Sistem Start Gambar 43 Kurva operasi PLTG Gambar 44 Grafik Sliding Pressure Gambar 45 GrafikBuka tutup Damper Gambar 46 Grafik Cold Start Single Cycle Gambar 47 Grafik Cold Start Combined Cycle Auto Gambar 48 Grafik Cold Start Combined Cycle Manual Gambar 49 Grafik Hot Start Combined Cycle Auto Simple Inspiring Performing Phenomenal viii

10 DAFTAR TABEL Tabel 1 Temperatur didih pada nilai Tekanan tertentu Tabel 2 Pembacaan tabel Saturated water dan Superheated steam Simple Inspiring Performing Phenomenal ix

11 PENGOPERASIAN PLTGU 1. PRINSIP KERJA PLTGU 1.1 Silus Turbin Gas (Brayton Cycle) Siklus dasar turbin gas disebut siklus Brayton, yang pertama kali diajukan pada tahun 1870 oleh George Brayton seorang insinyur dari Boston. Sekarang siklus Brayton digunakan hanya pada turbin gas dengan proses kompresi dan ekspansi terjadi pada alat permesinan yang berputar. John Barber telah mempatenkan dasar turbin gas pada tahun Dua penggunaan utama mesin turbin gas adalah pendorong pesawat terbang dan pembangkit tenaga listrik. Turbin gas digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik yang berdiri sendiri (simple cycle) atau bergandengan dengan turbin uap (combined cycle) pada sisi suhu tingginya. Turbin uap (combined cycle) memanfaatkan gas buang turbin gas sebagai sumber panasnya. Turbin uap dianggap sebagai mesin pembakaran luar (external combustion), dimana pembakaran terjadi diluar mesin. Energi termal dipindah ke uap sebagai panas. Turbin gas pertama kali berhasil dioperasikan pada pameran nasional Swiss (Swiss National Exhibition) tahun 1939 di Zurich. Turbin gas yang dibangun antara tahun 1940-an hingga tahun 1950-an efisiensinya hanya sekitar 17 persen; hal ini disebabkan oleh rendahnya efisiensi kompresor dan turbin dan suhu masuk turbin yang rendah karena keterbatasan teknologi metalurgi pada saat itu. Turbin gas terpadu dengan turbin uap (combined cycle) yang pertama kali dipasang pada tahun 1949 di Oklahoma oleh General Electric menghasilkan daya 3,5 MW. Sebelum ini, pembangkit daya ukuran besar berbahan bakar batu bara ataupun bertenaga nuklir telah mendominasi pembangkitan tenaga listrik. Tetapi sekarang, turbin gas berbahan baker gas alam yang telah mendominasinya karena kemampuan start (black start) yang cepat, efisiensi yang tinggi, biaya Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 1

12 awal yang lebih rendah, waktu pemasangan yang lebih cepat, karakter gas buang yang lebih baik dan berlimpahnya persediaan gas alam. Biaya pembangunan pembangkit tenaga turbin gas kira-kira setengah kali biaya pembangunan pembangkit tenaga turbin uap berbahan bakar fosil yang merupakan pembangkit tenaga utama hingga awal tahun 1980-an. Lebih dari separoh dari seluruh pembangkit daya yang akan dipasang dimasa akan datang diperkirakan akan merupakan pembangkit daya turbin gas ataupun dikombinasikan dengan turbin uap (combined cycle). Di awal tahun 1990-an, General Electric telah memasarkan turbin gas dengan ciri perbandingan tekanan (pressure ratio) 13,5 menghasilkan daya net 135,7 MW dengan efisiensi termal 33 persen pada operasi sendiri (simple cycle operation). Turbin gas terbaru yang dibuat General Electric bersuhu masuk 1425 O C (2600 O F) menghasilkan daya hingga 282 MW dengan efisiensi termal mencapai 39.5 persen pada operasi sendiri (simple cycle operation). Bahan bakar minyak ringan seperti minyak diesel, minyak tanah, minyak mesin jet, dan bahan bakar gas yang bersih (seperti gas alam) paling cocok untuk turbin gas. Bagaimanapun, bahan bakar tersebut diatas akan menjadi lebih mahal dan pasti akan habis. Oleh karena itu, pemikiran kemasa depan harus dilakukan untuk menggunakan bahan bakar alternatif lain. Gambar 1 Turbin Gas Siklus Terbuka Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 2

13 Biasanya turbin gas beroperasi pada siklus terbuka. Udara yang segar mengalir ke kompresor, suhu dan tekanannya dinaikkan. Udara bertekanan terus mengalir ke ruang pembakaran, dimana bahan bakar dibakar pada tekanan tetap. Gas panas yang dihasilkan masuk ke turbin, kemudian berekpansi ke tekanan udara luar melalui berbaris sudu nosel. Ekspansi ini menyebabkan sudu turbin berputar, yang kemudian memutar poros rotor berkumparan magnet, sehingga menghasilkan teganan listrik dikumparan stator generator. Gas buang (exhaust gases) yang meninggalkan turbin siklus terbuka tidak digunakan kembali. Gambar 2 Siklus Brayton Turbin gas siklus terbuka dapat dibentuk menjadi sebagai turbin gas siklus tertutup dengan menggunakan anggapan udara standar (air-standard assumptions). Proses kompresi dan ekspansi tetap sama, tetapi proses pembuangan gas panas tekanan tetap ke udara luar diganti dengan proses pendinginan q out. Siklus ideal yang fluida kerja jalani dalam siklus tertutup ini adalah siklus Brayton, yang terdiri dari empat proses dalam dapat balik (internally reversible): Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 3

14 1-2 Kompresi isentropik (isentropic compression) di kompresor 2-3 Penambahan panas tekanan tetap (constant pressure heat addition) 3-4 Expansi isentropik (isentropic expansion) di turbin 4-1 Pembuangan panas tekanan tetap (constant pressure heat rejection) Proses yang terjadi pada PLTG adalah sebagai berikut : Pertama, turbin gas berfungsi menghasilkan energi mekanik untuk memutar kompresor dan rotor generator yang terpasang satu poros, tetapi pada saat start up fungsi ini terlebih dahulu dijalankan oleh penggerak mula (prime mover). Penggerak mula ini dapat berupa diesel, motor listrik atau generator turbin gas itu sendiri yang menjadi motor melalui mekanisme SFC (Static frequency Converter). Setelah kompresor berputar secara kontinu, maka udara luar terhisap hingga dihasilkan udara bertekanan pada sisi discharge (tekan) kemudian masuk ke ruang bakar. Kedua, proses selanjutnya pada ruang bakar, jika start up menggunakan bahan bakar cair (fuel oil) maka terjadi proses pengkabutan (atomizing) setelah itu terjadi proses pembakaran dengan penyala awal dari busi, yang kemudian dihasilkan api dan gas panas bertekanan. Gas panas tersebut dialirkan ke turbin sehingga turbin dapat menghasilkan tenaga mekanik berupa putaran. Selanjutnya gas panas dibuang ke atmosfir dengan temperatur yang masih tinggi. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 4

15 Proses seperti tersebut diatas merupakan siklus turbin gas, yang merupakan penerapan Siklus Brayton. Siklus tersebut dapat digambarkan sebagai berikut : Gambar 3 Diagram P-v dan T-s Siklus seperti gambar, terdapat empat langkah: Langkah 1-2 : Udara luar dihisap dan ditekan di dalam kompresor, menghasilkan udara bertekanan (langkah kompresi) Langkah 2-3 : Udara bertekanan dari kompresor dicampur dengan bahan bakar, terjadi reaksi pembakaran yang menghasilkan gas panas (langkah pemberian panas) Langkah 3-4 : Gas panas hasil pembakaran dialirkan untuk memutar turbin (langkah ekspansi) Langkah 4-1 : Gas panas dari turbin dibuang ke udara luar (langkah pembuangan) Salah satu kelemahan mesin turbin gas (PLTG) adalah efisiensi termalnya yang rendah. Rendahnya efisiensi turbin gas disebabkan karena banyaknya pembuangan panas pada gas buang. Dalam usaha untuk menaikkan efisiensi termal tersebut, Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 5

16 maka telah dilakukan berbagai upaya sehingga menghasilkan mesin siklus kombinasi seperti yang dapat kita jumpai saat ini. 1.2 Siklus Kombinasi (Combined Cycle) Di bidang industri saat ini, dilakukan usaha untuk meningkatkan efisiensi turbin gas yaitu dengan cara menggabungan siklus turbin gas dengan siklus proses sehingga diperoleh siklus gabungan yang biasa disebut dengan istilah Cogeneration. Sedangkan untuk meningkatkan efisiensi termal turbin gas yang digunakan sebagai unit pembangkit listrik (PLTG), siklus PLTG digabung dengan siklus PLTU sehingga terbentuk siklus gabungan yang disebut Combined Cycle atau Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU). Siklus PLTGU terdiri dari gabungan siklus PLTG dan siklus PLTU. Siklus PLTG menerapkan siklus Brayton, sedangkan siklus PLTU menerapkan siklus ideal Rankine seperti gambar : Gambar 4 Siklus Kombinasi Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 6

17 Siklus Brayton Siklus Rankine Brayton + Rankine (PLTG) (PLTU) (PLTGU) Gambar 5 Siklus Brayton, Siklus Rankine dan Siklus kombinasi Penggabungan siklus turbin gas dengan siklus turbin uap dilakukan melalui peralatan pemindah panas berupa boiler atau umum disebut Heat Recovery Steam Generator (HRSG). Siklus kombinasi ini selain meningkatkan efisiensi termal juga akan mengurangi pencemaran udara. Dengan menggabungkan siklus tunggal PLTG menjadi unit pembangkit siklus kombinasi (PLTGU) maka dapat diperoleh beberapa keuntungan, diantaranya adalah : Efisiensi termalnya tinggi, sehingga biaya operasi (Rp/kWh) lebih rendah dibandingkan dengan pembangkit thermal lainnya. Biaya pemakaian bahan bakar (konsumsi energi) lebih rendah Pembangunannya relatif cepat Kapasitas dayanya bervariasi dari kecil hingga besar Menggunakan bahan bakar gas yang bersih dan ramah lingkungan Fleksibilitasnya tinggi Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 7

18 Tempat yang diperlukan tidak terlalu luas, sehingga biaya investasi lahan lebih sedikit. Pengoperasian PLTGU yang menggunakan komputerisasi memudahkan pengoperasian. Waktu yang dibutuhkan: untuk membangkitkan beban maksimum 1 blok PLTGU relatif singkat yaitu 150 menit. Prosedur pemeiliharaan lebih mudah dilaksanakan dengan adanya fasilitas sistem diagnosa. Skema siklus PLTGU dapat dilihat pada gambar di bawah ini : Gambar 6 Diagram Combined Cycle Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 8

19 Gambar 7. Diagram Cogeneration Cycle Gambar 8 Combined Cycle Power Plant (PLTGU) Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 9

20 1.3 Prinsip Kerja PLTG Sebagai mesin pembangkit, PLTG memerlukan alat pemutar awal (Starting Device) untuk menjalankannya. Starting Device dapat berupa mesin diesel, motor listrik, motor-generator atau udara. Fungsi dari Starting Device adalah untuk memutar kompresor pada saat start up untuk menghasilkan udara bertekanan sebelum masuk ke ruang pembakaran (combustion chamber). Tahapan start up PLTG meliputi : a. Persiapan dan pemeriksaan sebelum start. b. Ready to start c. Starting device energized, terhubung ke turbin dan start d. Bahan bakar diinjeksikan ke ruang bakar dan terjadi penyalaan. e. Periode warming-up, bahan bakar ditambah dan putaran naik f. PLTG mampu berputar dengan kemampuan sendiri dan Starting Device lepas dan berhenti. g. Putaran bertambah dan mencapai full speed no load (100,3%) h. Sinkronisasi generator i. Pembebanan 1.4 Prinsip kerja PLTGU Di dalam sistem turbin gas gas panas hasil pembakaran bahan bakar dialirkan untuk memutar turbin gas sehingga menghasilkan energi mekanik yang digunakan untuk memutar generator. Gas buang dari turbin gas yang masih mengandung energi panas tinggi dialirkan ke HRSG untuk memanaskan air sehingga dihasilkan uap. Setelah menyerahkan panasnya gas buang di buang ke atmosfir dengan temperatur yang jauh lebih rendah. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 10

21 Uap dari HRSG dengan tekanan dan temperatur tertentu diarahkan untuk memutar turbin uap yang dikopel dengan generator sehingga dihasilkan energi listrik. Uap bekas keluar turbin uap didinginkan didalam kondensor sehingga menjadi air kembali. Air kondensat ini dipompakan sebagai air pengisi HRSG untuk dipanaskan lagi agar berubah menjadi uap dan demikian seterusnya. Gambar 9 Siklus air uap PLTGU 1.5 Bagian-Bagian PLTGU PLTGU yang merupakan siklus kombinasi mempunyai komponen utama yang terdiri dari : Instalasi Turbin Gas Turbin gas dan alat bantunya pada umumnya merupakan suatu paket set unit PLTG yang dapat berdiri sendiri maupun digabung menjadi siklus kombinasi. Kompresor Utama (Main Compressor) Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 11

22 Kompresor Utama berfungsi untuk menaikan tekanan dan temperatur udara sebelum masuk ruang bakar. Udara juga dimanfaatkan untuk : udara pembakaran, udara pengabut bahan bakar, udara pendingin sudu dan ruang bakar dan perapat pelumas bantalan. Gambar 10 Kompresor Utama Ruang Bakar (Combustion Chamber) Ruang Bakar (Combustion Chamber) adalah ruangan tempat proses terjadinya pembakaran. Energi kimia bahan bakar diubah menjadi energi thermal pada proses pembakaran tersebut. Ada Turbin Gas yang memiliki satu atau dua Combustion Chamber yang letaknya terpisah dari casing turbin, akan tetapi yang lebih banyak di jumpai adalah memiliki Combustion Chamber dengan beberapa buah Combustor Basket, mengelilingi sisi masuk (inlet) turbin. Contohnya PLTG di PLTGU Gresik memiliki satu Combustion Chamber berisi 18 buah Combustor Basket, sedangkan PLTG Bali memiliki satu Combustion Chamber berisi 8 buah Combustor Basket yang terpasang jadi satu dengan casing turbin. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 12

23 Turbin Gas Gambar 11 Combustion Chamber & Gas Turbine Turbin berfungsi untuk mengubah energi thermal dari hasil pembakaran di dalam ruang bakar menjadi energi kinetik dalam sudu tetap kemudian menjadi energi mekanik dalam sudu jalan sehingga energi mekanik akan memutar poros turbin. Generator Generator berfungsi untuk mengubah energi mekanik putaran pada rotor yang terdapat kutub magnet, kemudian menjadi energi listrik pada kumparan stator. Alat Bantu Turbin Gas (Gas Turbine Auxcilliary) - Penggerak Mula (Prime Mover), yaitu Diesel, Starting Motor (Cranking Motor), Generator sebagai Motor, memutar poros turbin gas sampai kekuatan bahan bakar dapat menggantinya (turbin gas mampu berdiri sendiri). Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 13

24 - Hydraulic Ratchet, berfungsi memutar poros turbin sebelum start, sebanyak 45º setiap 3 menit, untuk memudahkan pemutaran oleh penggerak mula dan meratakan pendinginan poros saat turbin gas stop. - Turning Gear, fungsinya sama seperti juga Ratchet, hanya poros diputar kontinyu dengan putaran lambat (± 6 RPM). - Accessories Gear, adalah tempat roda gigi untuk memutar alat-alat bantu seperti : pompa bahan bakar, pompa pelumas, pompa hidrolik, main atomizing air compressor, water pump, tempat hubungan Ratchet. - Torque Converter, sebagai kopling hidrolik, saat digunakan kopling diisi dengan minyak pelumas. Sedangkan saat dilepas, minyak pelumas di drain. - Load Gear, disebut juga Reduction Gear atau Load Coupling untuk mengurangi kecepatan turbin menjadi kecepatan yang dibutuhkan oleh Generator. Load Gear Westinghouse dimanfaatkan untuk penggerak pompa bahan bakar dan pelumas. - Exciter, yaitu peralatan yang berfungsi memberikan arus searah untuk penguatan kutub magnet Generator Utama. - Starting Clutch, disebut juga Jaw Clutch, sebagai kopling mekanik yang berfungsi menghubungkan poros Penggerak Mula dengan poros kompresor saat proses Start. - Bantalan (Bearing), terdiri dari bantalan aksial dan bantalan luncur. Bantalan luncur disebut juga disebut juga Journal Bearing, yang berfungsi sebagai penyangga berat poros turbin, kompresor dan generator. Sedangkan bantalan aksial disebut juga Thrust Bearing, berfungsi sebagai penahan gaya aksial Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 14

25 Gambar 12 Alat Bantu Turbin Gas (Gas Turbine Auxiliary) HRSG (Heat Recovery Steam Generator) Bagian-bagian HRSG adalah bagian per bagian dalam bentuk jadi (pre-assembled) yang telah dikerjakan di bengkel pabrikan dan diangkut ke tempat pemasangan. Kemudahan pemasangan bagian-bagian modular di lapangan dan melakukan pengerjaan bagian-bagian sebanyak mungkin di bengkel pabrik akan meningkatkan mutu peralatan dan mempercepat waktu pemasangan konstruksi. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 15

26 Peralatan utama HRSG dapat diidentifikasi seperti gambar berikut: KETERANGAN GAMBAR : Gambar 13 Peralatan Utama HRSG 1. Diverter box, bypass stack, and bypass stack silencer. 2. Blanking plate for conversion to simple cycle operation. 3. Superheater. 4. Reheater. 5. High pressure evaporator. 6. High pressure economizer. 7. Intermediate pressure superheater. 8. Low pressure superheater. 9. High pressure economizer. 10. Intermediate pressure evaporator. 11. High pressure economizer/intermediate pressure economizer. 12. Low pressure evaporator. 13. Low pressure economizer. 14. Stack and silencer. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 16

27 Bypass stack silencer Bypass stack silencer adalah cerobong asap dari gas buang hasil pembakaran pada turbin gas. Apabila suatu turbin gas dioperasikan dengan Open Circle, maka gas buang tersebut akan dialirkan ke atmosfir melalui bypass stack. Drum Drum adalah bejana tempat menampung air yang datang dari Economizer dan uap hasil penguapan dari Tube Wall (Riser). Kira-kira setengah dari drum berisi air dan setengahnya lagi berisi uap. Boiler Drum terbuat dari plat baja dilas dan dilengkapi diantaranya : - Man hole - Saluran menuju Superheater - Saluran menuju Feedwater Inlet - Saluran menuju Blow Down - Saluran menuju Down Comer - Saluran menuju Safety Valve - Pipa injeksi bahan kimia - Pipa Sampling - Pipa menuju alat ukur dan alat kontrol Seperti terlihat pada gambar di bagian dalam Boiler Drum terdapat peralatanperalatan Screen dryer (pengering uap) dan Steam separator (pemisah uap). Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 17

28 SECONDARY SEPARATOR DRYER STEAM OUTLET FEED WATER INLET RISER TUBES BAFFLE PLATES PRIMARYY SEPARATOR DOWNCOMER Gambar 14 Boiler Drum Level air didalam drum harus dijaga agar selalu tetap kira-kira setengah dari tinggi drum. Banyaknya air pengisi yang masuk ke dalam drum harus sebanding dengan banyaknya uap yang meninggalkan drum, sehingga level air terjaga konstant. Pengaturan level didalam Boiler Drum dilakukan dengan mengatur besarnya pembukaan Flow Control Valve. Apabila level didalam air drum terlalu rendah/tidak terkontrol akan menyebabkan terjadinya overheating pada pipa-pipa Boiler, sedangkan bila level drum terlalu tinggi, kemungkinan butir-butir air terbawa ke turbin dan mengakibatkan kerusakan pada turbin. Untuk mengamankannya pada boiler drum dipasang alarm untuk level high dan level low serta trip untuk level very low dan very high. Level air didalam boiler drum dapat dimonitor dengan menggunakan peralatan level gauge/level indikator yang terdapat didekat boiler drum lokal), atau dengan cara remote (jarak jauh) di control room, juga dicatat pada level recorder. Uap yang dihasilkan dari dalam tube wall (riser), terkumpul didalam boiler drum. Uap akan mengalir ke arah puncak boiler drum melewati steam separator dan screen dryer lalu keluar dari dalam drum dalam keadaan kering menuju separator dan akhirnya ke turbin.butir-butir air yang terpisah dari uap akan jatuh dan bersirkulasi kembali bersama air yang baru masuk. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 18

29 Superheater Superheater adalah peralatan yang berfungsi untuk menaikkan temperatur uap jenuh sampai menjadi uap panas lanjut sesuai dengan kebutuhan untuk menggerakkan turbin. Karena uap yang terbentuk dari pemanasaan didalam pipa pipa di ruang bakar berada dalam wujud kenyang (jenuh) atau basah maka uap yang demikian jika digunakan atau diekspansikan dalam turbin, akan menimbulkan pengembunan yang cepat. Reheater Reheater adalah peralatan yang berfungsi untuk menaikkan temperatur uap dari turbin tekanan tinggi untuk dipanaskan ulang sesuai dengan kebutuhan untuk menggerakkan turbin tingkat tekanan berikutnya. Uap yang telah digunakan untuk memutar turbin tekanan tinggi (HP Turbine) mengakibatkan tekanan dan temperaturnya turun. Dengan memanfaatkan gas bekas maka uap tersebut dipanaskan ulang untuk menaikkan temperaturnya dengan tekanan tetap, sehingga mendapatkan entalpi yang lebih tinggi. Sesuai analisa Termodinamika, baik superheater maupun reheater, efisiensi termis suatu instalasi akan naik apabila menggunakan uap panas lanjut. Dengan menggunakan uap basah, akan menimbulkan erosi pada sudu-sudu turbin. Superheater (pemanas uap lanjut) dan reheater terpasang disaluran gas buang dalam ketel uap. Didalam superheater uap jenuh atau basah yang berasal dari drum ketel temperaturnya dinaikkan pada tekanan tetap sampai temperatur yang diinginkan. Energi panas diambil dari gas-gas bekas, berlangsung secara radiasi dan/atau konveksi. Sebagaimana halnya pada pipa pipa air lainnya. Temperatur uap dibuat sedemikian tinggi sehingga material ketel harus mampu menahan suhu maupun tekanan kerjanya. Pada turbin tekanan bertingkat, pada saat uap mencapai kadar tertentu, diadakan pemanasan ulang didalam alat yang dinamakan reheater (pemanas ulang). Uap Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 19

30 yang telah dipanaskan ulang dalam reheater ini selanjutnya diekspansikan pada turbin tingkat berikutnya. Superheater dibedakan atas dua tipe yakni : - Superheater konveksi - Superheater radiasi-konveksi Prinsip Superheater konveksi sama seperti ekonomiser, yakni menyerap panas gas bekas yang melewati superheater. Kenaikan temperatur uap praktis terjadi pada tekanan tetap sampai akhirnya gas bekas meninggalkan supeheater. Menurut penempatannya superheater ditempatkan pada : - Diantara pipa pipa air - Diatas pipa pipa air Evaporator Evaporator pada boiler dikenal juga dengan nama Tube wall. Didalam tube wall terdapat air yang bersirkulasi dari boiler drum melalui down comer dan low header. Panas yang dihasilkan dari proses pembakaran didalam furnance sebagian diberikan kepada air yang ada didalam tube wall sehingga air berubah menjadi uap. Selain berfungsi untuk membuat air menjaadi uap, tube wall juga mencegah penyebaran panas daari dalam furnance ke udara luar dan untuk lebih menjamin agar panas tersebut tidak terbuang ke udara luar melewati tube wall, maka dibalik tube wall (arah udara luar) dipasang dinding isolasi yang terbuat dari mineral fiber. Sedangkan pada down comer merupakan pipa yang berukuran besar, menghubungkan bagian bawah boiler drum dengan lower header. Down comer (pipa turun) tidak terkena panas secara langsung dari ruang bakar. Dan untuk menghindari kerugian panas yang terbuang pada down comer, maka down comer diberi isolasi. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 20

31 Economizer Ekonomiser terdiri dari pipa pipa air yang ditempatkan pada lintasan gas asap sebelum meninggalkan ketel. Pipa pipa ekonomiser dibuat dari bahan baja atau besi tuang yang sanggup menahan panas dan tekanan tinggi. Korosi yang mungkin terbentuk sebelah sisi air dapat dihindarkan dengan jalan melunakkan air pengisi terlebih dahulu, dan korosi di sebelah luar (sisi gas asap) diatasi dengan mempertahankan temperatur gas asap tinggi diatas titik embun gas sulphur. Konduktivitas panas dan tahanan aliran gas yang disebabkan oleh abu/debu yang melekat pada pipa pipa dicegah dengan pembersihan pipa pipa secara berkala. Dengan menggunakan ekonomiser, efisiensi thermis ketel naik; diperkirakan penghematan pemakaian bahan bakar dapat berkurang 1% tiap kenaikan temperatur air pengisi 5 0 C. Agar pemakaian ruangan kecil, maka permukaan pipa pipa biasanya dibuat polos (licin) dan berliku dan dipasang horizontal serta sejajar satu sama lain dalam saluran gas buang. Di kedua ujung pipa dibuat kotak pengumpul (header) atas dan bawah dan juga sejajar satu sama lain. Penyerapan panas dari gas gas kepada air akan lebih bermanfaat bila gas asap mengalir ke bawah dan air mengalir berliku liku keatas. Ekonomiser yang banyak dipakai pada ketel Pembangkit Tenaga Listrik pada masing masing seksi terdapat kotak pengumpul (header) atas dan kotak pengumpul bawah; kotak itu dihubungkan ke delapan buah pipa pipa polos (licin)dan kadang bersirip yang juga dipasang sejajar satu sama lain. Kotak kotak pengumpul dan pipa pipa dibuat dari bahan besi tuang. Kotak kotak pengumpul itu tidak mempunyai kampuh dan di kedua ujungnya dibulatkan. Air pengisi dimasukkan ke dalam header melalui down comer, kemudian disebarkan ke semua pipa pemanas. Air mengalir ke atas dengan kecepatan rendah melalui deretan pipa pipa vertikal tang dipanasi oleh gas gas panas yang mengalir tegak lurus terhadap pipa dan selanjutnya air panas yang dihasilkan ditekan ke dalam Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 21

32 drum ketel melalui sebuah pipa pipa yang dihubungkan ke drum. Temperatur air itu dapat mencapai C tergantung pada temperatur gas pembakaran. Gambar 15 Economizer Didalam pipa-induk-atas (tepat di atas pipa pipa vertikal) dibuat lubang pembersih untuk membersihkan bidang dalam pipa pipa. Dalam pipa-induk-bawah dibuat pula lubang untuk membuang lumpur yang mengendap. Debu dan abu melayang yang dibawa oleh gas gas asap melekat pada sisi-luar pipa, dibersihkan dengan blower yang bergerak pelahan-lahan turun-naik terusmenerus.. Banyak juga ekonomiser yang memakai pipa-pipa bersirip. Dengan penambahan sirip sirip ini luas bidang panas bertambah besar sehingga pada jumlah penerima panas yang sama dengan pipa polos, ekonomiser dapat diperkecil. Pipa pipa bersirip untuk tekanan sedang dibuat dari bahan besi tuang yang disusut sekitar Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 22

33 pipa-pipa baja yang tidak berkampuh. Dengan bantuan katup-by pass, gas asap dapat dialirkan langsung kecerobong, jadi ekonomiser tidak bekerja. Temperatur air pengisi dan gas asap, diatur dengan bantuan katup by pass ini. Pipa air itu dipasang horizontal dengan sumbu belah-ketupat (berliku-liku) satu sama lain. Agar gas asap terpaksa mengalir berbelok-belok. Akibatnya, perpindahan panas kepada air dapat berlangsung lebih baik. Air pengisi masuk ke dalam ekonomiser melalui pipa induk bawah, demikian juga halnya dengan pipa bagian atas. Untuk membersihkan pipa-pipa dan sirip sirip dari ikatan abu dan debu-debu yang berterbangan, dilakukan dengan memakai pipa penghembus-abu (soot blower) yang dipasang diantara pipa-pipa bersirip. Pipa-pipa penghembus tadi dilubangi dimana (bila pembersihan hendak dilakukan) dialirkan uap dari ketel. Stack and Silencer Stack adalah cerobong asap dari gas bekas dari turbin uap setelah melalui HRSG (boiler). Untuk jenis HRSG horizontal stack terdapat dibelakang HRSG, sementara untuk untuk type vertikal terdapat diatas Instalasi Turbin Uap Karena siklus PLTGU merupakan gabungan antara siklus PLTG dengan PLTU, maka komponen utama PLTGU adalah PLTU beserta sistem dan peralatan bantunya. Bagian PLTU pada siklus PLTGU tersebut, antara lain : Turbin Uap Turbin uap adalah penggerak mula (prime mover) yang mengubah energi panas dalam uap menjadi energi mekanis berupa putaran poros turbin. Selanjutnya poros turbin dikopel dengan mekanisme yang digerakkan, misalnya dengan poros generator untuk menghasilkan energi listrik. Selain sebagai penggerak generator Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 23

34 listrik, turbin uap dapat juga digunakan untuk memutar pompa, transportasi dan sebagainya. Uap untuk memutar turbin dapat diperoleh dari uap panas bumi, boiler berbahan bakar fosil, boiler nuklir atau panas buangan (waste heat) PLTG. Pompa Air Pengisi Fungsi pompa air pengisi adalah untuk menciptakan tekanan pada air pengisi dan mengalirkannya ke boiler HRSG. Jenis pompa yang digunakan adalah pompa sentrifugal, dengan tekanan stabil pada aliran yang berubah naik turun. Pompa air pengisi digerakkan oleh motor listrik melalui kopling hidrolik pengatur putaran (variable speed hydraulic coupling). Pada umumnya tersedia tiga unit pompa pada sistem air pengisi BFP pada satu unit blok PLTGU, masing-masing dengan kapasitas 65% dari kebutuhan blok. Pada saat start-up hingga 50% beban kapasitas blok, cukup hanya satu unit pompa air pengisi yang beroperasi, dua unit pompa lainnya stand-by. Sedangkan bila beban blok PLTGU telah lebih dari 50% hingga maksimum, maka dua unit pompa air pengisi yang harus beroperasi,satu unit pompa lainnya stand-by. Sistem pompa air pengisi beroperasi secara otomatis dengan DCS, tetapi dapat juga dioperasikan secara manual dari Control Room maupun dari lokal. Sistem pompa air pengisi dilengkapi alat bantu seperti sistem pelumasan, sistem pendingin, sistem pengaman proteksi dan interlok, serta peralatan control dan instrumentasi. Setiap pompa dilengkapi dengan saluran dan katup sirkulasi. Ketika pompa beroperasi dengan kapasitas aliran beban rendah, maka sebagian besar tenaga daya yang yang butuhkan pompa akan dirubah menjadi panas yang menaikkan suhu air pengisi. Aliran sirkulasi akan mencegah air didalam pompa menjadi terlalu panas hingga menguap dan menyebabkan kapitasi yang akan merusak impleller pompa. Pipa saluran sirkulasi menghubungkan sisi keluar (discharge) pompa sebelum katup cek (check valve) kembali ke sisi masuk (suction) pompa, dilengkapi dengan katup kontrol sirkulasi untuk mempertahankan aliran minimum pompa, dan dua katup isolasi sebelum dan sesudah katup kontrol sirkulasi. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 24

35 Kondensor Kondensor adalah peralatan untuk merubah uap menjadi air. Proses perubahan nya dilakukan dengan cara mengalirkan uap kedalam suatu ruangan yang berisi pipapipa (tubes). Uap mengalir diluar pipa-pipa sedangkan air sebagai pendingin mengalir didalam pipa-pipa. Kondensor seperti ini disebut surface (tubes) condenser. Sebagai pendingin digunakan air sungai atau air laut. Proses perubahan uap menjadi air terjadi pada tekanan dan temperatur jenuh, dalam hal ini kondensor berada pada kondisi vakum. Karena temperatur air pendingin sama dengan temperatur udara luar, maka temperatur air kondensatnya maksimum mendekati temperatur udara luar. Apabila laju perpindahan panas terganggu, maka akan berpengaruh terhadap tekanan dan temperatur. Deaerator Deaerator berfungsi untuk menghilangkan oksigen dan gas yang terlarut dari air pengisi. Jenis yang digunakan adalah jenis semprot (spray type). Deaerasi awal (pre-deaeration) dilakukan dengan alat penyemprotan (spraying device). Pada setiap kondisi operasi, penyemprot menjamin pemanasan air kondensat hingga suhu jenuh (saturation) dan permukaan yang cukup luas untuk perpindahan masa. Karena secara praktis, kelarutan oksigen didalam air pada suhu jenuh adalah nol, sehingga oksigen yang terbawa dalam tetesan air akan terlepas dan berada bersama uap disekelilingnya. Karena uap mengkondensasi pada air, maka konsentrasi oksigen di daerah sekitar penyemprot menjadi naik sehingga memungkinkan membuang (vent out) sejumlah uap yang konsentrasi oksigennya relatif tinggi. Prinsip operasi deaerator didasarkan pada deaerasi fisikal yang terjadi pada dua tahap, yaitu: - Deaerasi awal (pre-deaeration) dimana air pengisi disemprotkan pada satu sisi ruang uap (area 1) Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 25

36 - Deaerasi akhir (final-deaeration) dalam tangki air dimana uap dikenakan langsung ke air yang akan di-deaerasi (area 2). Area 1 Area 2 Gambar 16 Deaerator Deaerasi akhir (final-deaeration) terjadi dengan cara menyuntikkan uap kedalam air pada tangki. Tergantung pada kondisi uap, suhu dan tekanan air, campuran uap/air dapat digunakan untuk deaerasi. Alat penyuntik uap yang dirancang dengan tepat, dengan memperhitungkan hidrodinamik didalam tangki untuk mendapatkan kontak langsung yang baik antara uap dan air akan memungkinkan oksigen berpindah keluar dari air dan terbawa kedalam uap. a. Membuang oksigen (O2 Removal) Membuang oksigen adalah alasan utama pendeaerasian air pengisi, dan paling ekonomis dilakukan secara mekanikal daripada menggunakan bahan kimia walaupun dengan kimia lebih sempurna. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 26

37 Seperti telah diketahui bahwa, oksigen terlarut 10 kali lebih korosif dari pada karbon dioksida, terutama pada suhu lebih tinggi. Misalnya, air dua setengah kali lebih korosif pada suhu 90 C dari pada suhu 60 C. b. Membuang Karbon Dioksida (Carbon Dioxide Removal) Jika karbon dioksida ada bersama oksigen, kedua gas ini beraksi bersamasama menjadi 40% lebih korosif dari pada bila beraksi sendiri-sendiri. Ferrous hydroxide adalah senyawa alkaline, dan laju kelarutannya tergantung pada ph airnya. Semakin rendah ph airnya, semakin cepat kelarutan ferrous hydroxide. Air kondensat yang mengandungi karbon dioksida akan membentuk asam karbonik (carbonic acid): CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3 Karbon dioksida menyebabkan korosi pada saluran uap yang ditandai dengan penipisan pipa atau alur-alur (grooving) dibagian bawah pipa. Susunan HRSG dan alat bantunya harus dirancang agar dapat menyerap panas gas buang (exhaust gas) dari turbin gas seoptimal mungkin sehingga dapat menghasilkan uap dengan tekanan dan temperatur yang diperlukan untuk memutar turbin uap. Sistem sirkulasi air uap yang diterapkan disesuaikan dengan temperatur gas buang dari turbin gas agar fleksibel terhadap pembebanan. Jumlah tingkat dan jumlah silinder dari turbin uap disesuaikan dengan tekanan dan temperatur uap yang dihasilkan oleh HRSG. Turbin uapnya biasanya non ekstraksi, karena pemanasan air dilakukan di dalam HRSG. Apabila PLTG akan digunakan dalam siklus kombinasi, maka panas gas buang harus mempunyai suhu sekitar C agar dapat dimanfaatkan untuk menguapkan air didalam Heat Recovery Steam Generator. Apabila PLTD (Diesel) akan digunakan dalam siklus kombinasi, maka kapasitasnya harus cukup besar, yaitu sekitar 25 MW agar air pendingin mesin dapat dimanfaatkan untuk pemanas awal air pengisi boiler. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 27

38 1.6 Variasi Siklus Kombinasi PLTGU Terdapat beberapa variasi dari siklus kombinasi PLTGU dalam memanfaatkan gas buang untuk menghasilkan uap sebagai penggerak turbin PLTU. Gambar di bawah menunjukkan contoh variasi siklus PLTGU : Gambar 17 PLTGU dengan PLTG digabung dengan peleburan besi Gambar 18 PLTGU dengan turbin gas berbahan bakar batubara Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 28

39 Ditinjau dari konfigurasi jumlah turbin gas dan Heat Recovery Steam Generator (HRSG) dan turbin uapnya, suatu PLTGU dapat di susun dengan beberapa konfigurasi, tetapi umumnya dibedakan menjadi 3, yaitu : - Konfigurasi : 1 turbin gas (GT), 1 HRSG, 1 turbin uap (ST) = konfigurasi Konfigurasi : 2 turbin gas (GT), 2 HRSG, 1 turbin uap (ST) = konfigurasi Konfigurasi : 3 turbin gas (GT), 3 HRSG, 1 turbin uap (ST) = konfigurasi Konfigurasi Konfigurasi ini merupakan PLTGU yang paling sederhana karena hanya terdiri dari 1 turbin gas (GT), 1 HRSG dan 1 turbin uap (ST). Pada sebagian PLTGU ini bahkan generatornya hanya satu sehingga turbin gas, turbin uap dan generator merupakan mesin satu poros (single shaft combined cycle). Posisi generator dapat berada diantara turbin gas dan turbin uap atau turbin uap diatara turbin gas dan generator. Kelebihan susunan PLTGU antara lain adalah mampu memenuhi kebutuhan permintaan daya secara cepat dan ekonomis, konsumsi air dan bahan bakar nya rendah serta konsumsi listrik pemakaian sendiri (works power) juga rendah. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 29

40 Gambar 19 Diagram PLTGU dengan konfigurasi Konfigurasi PLTGU dengan susunan lebih fleksibel dalam pengoperasian maupun pemeliharaan dibanding susunan Dengan susunan 2 2 1, apabila satu turbin gas terganggu, maka turbin gas yang lain tetap dapat beroperasi dalam siklus kombinasi. Sedangkan bila HRSG nya yang terganggu, maka turbin gas dapat beroperasi dalam mode siklus terbuka (open cycle). Gambar 20 Diagram PLTGU dengan konfigurasi Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 30

41 Konfigurasi Konfigurasi merupakan konfigurasi yang menghasilkan output daya paling besar dengan variasi operasi paling banyak. Gambar 21 Diagram PLTGU dengan konfigurasi Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 31

42 2. SISTEM-SISTEM PLTGU Peralatan bantu PLTGU selain terdiri dari peralatan yang berbentuk komponen juga terdapat peralatan bantu berupa suatu siklus atau sirkit yang disebut sistem. Adapun sistem tersebut diantaranya: 2.1. Sistem Udara Pendingin dan Perapat Udara pendingin dan perapat diambil dari kompresor melalui saluran pengambilan blow-off tingkat pertama. Adapun untuk pendingin poros dan susu-sudu gerak turbin, udaranya diambil dari keluaran kompresor melalui sisi dalam poros, dan untuk dudukan sudu tetap dan sudu-sudu tetap udaranya diambil dari keluaran kompresor sebelum melalui ruang bakar. Gambar 22 Saluran Pendingin Rotor Turbin Gas Sistem udara pendingin dan perapat berfungsi : a. Melindungi dan mendinginkan rotor dan bagian-bagian turbin gas pada saluran gas panas serta bantalan rotor dari suhu yang berlebihan (over heating) Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 32

43 b. Sebagai perapat (seals) sehingga mencegah keluarnya gas panas melalui celah antara poros dengan rumah turbin Inner casing. c. Sebagai perapat (seals) sehingga mencegah udara tidak bersih (yang tidak disaring) masuk ke kompresor melalui bagian bantalan (bearing) kompresor Gambar 23 Lubang saluran pendingin pada sudu gerak dan sudu diam Bagian-bagian yang didinginkan oleh sistem udara pendingin pada PLTGU, antara lain : a. Ujung sisi keluar turbin (turbine exhaust end) - sebagai pendingin dan perapat b. Diffusor turbin dan kompresor dengan pendingin udara pendingin rotor - sebagai pendingin dan perapat c. Ujung sisi masuk kompresor - sebagai perapat saja d. Rumah turbin bagian dalam (inner housing/hot gas casing) - sebagai pendingin saja e. Rumah bantalan turbin pada sisi ujung keluaran turbin dan pada sisi tengah antara turbin dan kompresor Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 33

44 f. Poros (rotor) turbin dan sudu-sudu gerak turbin tingkat pertama dan kedua - sebagai pendingin saja g. Dudukan sudu tetap dan sudu-sudu tetap turbin tingkat pertama dan kedua - sebagai pendingin saja 2.2. Sistem Udara Pengabut (Atomizing Air) Sistem udara pengabut berfungsi untuk menghasilkan udara bertekanan tinggi yang digunakan untuk menyemprotkan bahan bakar minyak di ruang bakar, sehingga bahan bakar minyak terkabutkan (atomized), untuk memudahkan serta menyempurnakan pembakaran. Sistem udara pengabut hanya digunakan pada unit turbin gas menggunakan bahan bakar minyak yang bertekanan rendah. Pada unit turbin gas yang menggunakan bahan bakar minyak bertekanan tinggi, pengabutan dilakukan secara mekanik oleh nosel dan tekanan minyak itu sendiri, disebut mechanical atomizing. Gambar 24 Sistem Udara Pengabut Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 34

45 Sedangkan penggunaan bahan bakar gas, tidak memerlukan pengabutan (atomizing). Bagian-bagian dari sistem udara pengabut : a. Kompresor udara bertekanan tinggi b. Motor penggerak kompresor c. Pendingin udara d. Saringan udara e. Katup-katup dan aliran masuk bahan bakar f. Pencerat cairan (water trap) 2.3. Sistem Bahan bakar (Minyak atau Gas) Sistem bahan bakar berfungsi untuk menyediakan/mensuplai bahan bakar ke unit turbin gas sesuai tekanan, suhu dan kebersihan yang dibutuhkan, juga ketersediaan bahan bakar; baik bahan bakar minyak maupun bahan bakar gas. Gambar 25 Sistem Bahan Bakar Minyak Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 35

46 Bagian-bagian pada sistem bahan bakar minyak : a. Tangki harian (daily tank) untuk ketersediaan bahan bakar b. Pompa penyedia bahan bakar c. Pemanas bahan bakar d. Saringan bahan bakar e. Pompa injeksi f. Katup-katup dan aliran masuk bahan bakar g. Katup pengatur tekanan bahan bakar h. Katup dan aliran kembali bahan bakar i. Katup-katup by-pass dan kembali (return) Gambar 26 Sistem Bahan Bakar Gas Bagian sistem bahan bakar gas : a. Pemisah bahan bakar gas (gas separator) b. Katup-katup dan aliran masuk bahan bakar c. Katup pengatur tekanan bahan bakar d. Saringan bahan bakar e. Katup pengaman tekanan bahan bakar (safety valve) Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 36

47 2.4. Sistem Minyak Pelumas (Lube Oil) Sistem minyak pelumas berfungsi untuk menyediakan/menyiapkan minyak pelumas yang bersih dengan tekanan dan temperatur yang dibutuhkan untuk keperluan: - Pelumasan bantalan-bantalan turbin, kompresor, generator, peralatan start (starting device) dan alat bantu lainnya (bearing pedestal) - Minyak untuk pengangkat poros (jacking oil) - Minyak untuk pemutar poros (turning/barring oil) - Minyak untuk pengaturan (control oil) - Minyak untuk pengaman turbin (hydraulic trip/emergency oil) Bagian-bagiannya dari system pelumas, antara lain : - Penampungan minyak - Tangki minyak pelumas (lube oil tank) - Pemanas minyak (oil heaters) - Pemisah minyak (oil separator) - Kipas pembuang gas (vapor exhaust fan) - Pengaliran minyak - Pompa utama minyak pelumas (main lube oil pump) - Pompa bantu minyak pelumas (auxiliary lube oil pump) - Pompa darurat minyak pelumas (emergency lube oil pump) - Katup pengatur temperatur (thermostat) - Pendingin minyak pelumas (lube oil cooler) - Saringan ganda minyak pelumas (duplex oil filter) - Pemipaan untuk pencatuan dan aliran kembali ke tangki pelumas - Perlengkapan pengamanan dan pemantauan (safety and monitoring equipment); seperti pengukur tekanan, level, temperature, dll. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 37

48 Gambar 27 Sistem Minyak Pelumas 2.5. Sistem Minyak Pengangkat Poros (Jacking oil) Minyak bertekanan tinggi akan mengangkat dan melumasi (hydrodynamic lubrication) poros untuk mengurangi puntiran dan menghindari gesekan di bantalan pada saat poros berputar pelan. Bagian-bagian sistem minyak pengangkat poros (jacking oil) : - Pompa minyak pengangkat poros (jacking oil pump) yang menaikkan tekanan dan mengalirkan minyak pelumas dari tangki minyak pelumas. - Pemipaan yang mencatukan minyak bertekanan dari pompa pengangkat poros ke seluruh bantalan-bantalan yang ada; setelah dari bantalan, minyak kembali melalui saluran kembali minyak pelumas. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 38

49 - Perlengkapan pengamanan dan pemantauan (safety and monitoring equipment); seperti pengukur tekanan, pelepas tekanan lebih dan katup satu arah (check valve), dll. Gambar 28 Sistem Jacking Oil 2.6 Sistem Minyak Pengaturan (Control Oil) Fungsi sistem minyak pengaturan (control oil), antara lain : - Menyediakan minyak pengaturan yang bersih dan bertekanan sesuai kebutuhan, minyak berasal dari saluran keluar minyak pelumasan setelah pompa minyak pelumas - Menggerakkan penggerak (actuator) katup utama bahan bakar (main stop valve, katup pengatur aliran bahan bakar (fuel control valve) dan katup stop darurat (emergency stop valve) Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 39

50 Gambar 29 Sistem Minyak Pengatur (Control Oil) Bagian-bagian sistem minyak pengatur (control oil) : - Pompa minyak pengaturan (Control Oil pump) untuk menaikkan tekanan dan mengalirkan minyak pengaturan ke penggerak-penggerak katup - Saringan minyak pengaturan (control oil filter) untuk membersihkan minyak yang mengalir ke penggerak katup (actuator) - Penyangga tekanan minyak (accumulator) untuk menjaga kestabilan tekanan minyak pengaturan - Katup stop darurat (trip valve) untuk melepas (to drain) aliran/tekanan minyak pengaturan segera kembali ke tangki minyak, sehingga minyak pengaturan kehilangan tekanannya dan fungsinya. - Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 40

51 2.7 Sistem Kelistrikan (Electrical) Bila ditinjau dari sisi luar (jaringan luar), maka pasokan listrik dari bus 70 atau 150 kv melewati CB (circuit breaker) kemudian trafo utama (generator transformer). Dari trafo utama tegangan diturunkan dan dicabang menjadi dua saluran. Satu saluran ke generator dan saluran yang lain ke alat bantu (auxiliary). Saluran ke generator melewati PMT (generator circuit breaker) dan digunakan untuk kebutuhan penyaluran daya keluar generator. Energi listrik yang dibangkitkan dari generator disalurkan ke pelanggan melalui saluran ini. Saluran ke alat bantu melewati CB dan auxiliary transformer (trafo alat bantu). Pada auxiliary transformator tegangan diturunkan sesuai dengan tegangan alat-alat bantu. Setelah diturunkan tegangannya energi listrik didistribusikan ke alat-alat bantu berupa motor-motor listrik dan sebagainya melalui motor control center (MCC). Karena percabangan saluran listrik dari sistem jaringan terjadi setelah PMT generator, maka pasokan listrik untuk alat bantu selalu tersedia sekalipun generator dalam keadaan stop (tidak menghasilkan listrik). MCC untuk alat bantu biasanya terdiri dari dua bagian, yaitu MCC untuk peralatan yang berada menjadi satu dengan unit PLTG dan MCC untuk peralatan yang terpisah dari unit PLTG, seperti misalnya sistem pendingin atau pompa forwading. Sistem kelistrikan untuk alat bantu dilengkapi dengan batere charger dan station batere yang berfungsi sebagai sumber pasok listrik DC. Kebutuhan listrik DC antara lain digunakan untuk : Tegangan kontrol Pompa darurat Penerangan darurat Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 41

52 Gambar 30 Sistem Kelistrikan (Electrical) Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 42

53 3. HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR (HRSG) HRSG berfungsi untuk memanaskan air dengan menggunakan panas gas buang dari turbin gas sehingga dihasilkan uap dengan tekanan dan temperatur tertentu yang konstan. HRSG merupakan penghubung antara PLTG (siklus Brayton) dengan PLTU (siklus Rankine). Gambar 31 Diagram HRSG dengan aliran gas mendatar Ditinjau dari sumber panasnya, HRSG dibagi menjadi dua, yaitu unfired dan fired (auxiliary burner atau supplementary burner). HRSG unfired adalah HRSG yang seluruh sumber panasnya diperoleh dari gas buang (exhaust gas) turbin gas. Sedangkan HRSG supplementary burner adalah HRSG yang dilengkapi dengan peralatan pembakaran bahan bakar (burner) sehingga sumber panas nya dapat diperoleh dari gas buang turbin gas dan atau dari pembakaran bahan bakar. Tetapi pada umumnya HRSG yang terpasang tidak dilengkapi dengan burner karena Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 43

54 penerapan HRSG pada PLTGU tujuan utamanya adalah memanfaatkan panas gas buang dari PLTG yang masih tinggi temperaturnya untuk menghasilkan uap yang akan memutar turbin uap. Dengan cara ini diperoleh peningkatan efisiensi termal yang besar. HRSG juga disebut Waste Heat Recovery Boiler (WHRB) Prinsip Kerja HRSG Gas buang dari turbin gas yang temperaturnya masih tinggi (sekitar C) dialirkan masuk ke HRSG untuk memanaskan air didalam pipa-pipa pemanas, kemudian gas buang ini dibuang ke atmosfir melalui cerobong dengan temperatur yang sudah rendah (sekitar C). Air didalam pipa-pipa yang berasal dari drum sebagian berubah menjadi uap karena pemanasan tersebut. Campuran air dan uap ini selanjutnya masuk kembali ke dalam drum. Di dalam drum, uap dipisahkan dari air menggunakan separator. Uap yang terkumpul kemudian diarahkan untuk memutar turbin uap, sedangkan air nya dikembalikan kedalam drum untuk disirkulasikan lagi kedalam pipa-pipa pemanas bersama dengan air pengisi yang baru. Demikian proses ini terjadi berulang-ulang selama HRSG beroperasi. Agar dapat memproduksi uap yang banyak dalam waktu yang relatif cepat, maka perpindahan panasnya dilakukan dengan aliran berlawanan atau cross flow, dan sirkulasi airnya harus cepat. Pada prinsip nya HRSG dan boiler adalah sama, yaitu suatu peralatan pemindah panas yang digunakan untuk mengubah air menjadi uap dengan bantuan panas. Perbedaan utama terletak pada sumber panas yang digunakan dan susunan pipa pemanasnya. Sumber panas untuk membangkitkan uap pada HRSG berasal dari energi panas yang terkandung didalam gas buang PLTG. Sedangkan pada boiler (ketel), sumber panas untuk membangkitkan uap berasal dari pembakaran bahan bakar didalam ruang bakar (furnace) boiler. Pada boiler pipa-pipa pemanas disusun menjadi dinding ruang bakar, sedangkan pada HRSG pipa-pipa pemanas disusun tegak lurus terhadap aliran gas buang. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 44

55 Dengan kondisi demikian, maka HRSG : Tidak memiliki ruang bakar Tidak dilengkapi sistem bahan bakar Tidak ada sistem udara bakar Tidak memiliki penghembus jelaga (soot blower). Gambar 32 Heat Recovery Steam Generator 3.2. Sifat Air dan Uap Air apabila dipanaskan temperaturnya akan naik. Apabila pemanasan terhadap air dilakukan terus, maka pada temperatur tertentu akan terjadi pendidihan. Makin tinggi panas yang diberikan makin cepat proses pendidihan terjadi dan pada temperatur tertentu seluruh air berubah menjadi uap. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 45

56 Uap tersebut berbentuk gelembung dan gelembung ini berisi uap jenuh. Supaya gelembung uap dapat terbentuk, tekanan uap pada temperatur itu harus sama dengan tekanan pada permukaan air. Jadi air dikatakan mendidih apabila tekanan dari uap yang terbentuk sama dengan tekanan sekitarnya. Pada tekanan atmosfir normal (1,013 bar), air akan mendidih pada temperatur C. Pada tekanan yang lebih rendah dari tekanan atmosfir, air mendidih pada temperatur lebih rendah dari C. Temperatur pendidihan tergantung pada tekanan yang bekerja pada air tersebut. Makin tinggi tekanan pada air tersebut makin tinggi temperatur pendidihan, dan sebaliknya. Sebagai contoh dibawah ini hubungan antara tekanan dan temperatur pendidihan (boiling temperature). Tabel 1 Temperatur didih pada nilai Tekanan tertentu Tekanan (bar) 0,1574 0,3116 0,5780 1,0132 2,000 3,500 Temperatur ( o C) ,2 138,9 Pendidihan dibedakan menjadi dua macam, yaitu : Nucleate Boiling Yaitu proses pendidihan normal dalam boiler (HRSG). Temperatur Air dinaikkan mencapai titik didih. Gelembung-gelembung uap secara individu terbentuk saat air berhubungan dengan permukaan logam pipa yang panas. Ketika gelembung ini terbentuk, dan meninggalkan permukaan logam pipa, air dingin berikutnya akan membasahi pipa (karena adanya sirkulasi), dengan demikian temperatur pipa selalu berada dalam batas yang diizinkan. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 46

57 Film Boiling Adalah kondisi pendidihan yang tidak normal, disebabkan oleh aliran air (sirkulasi air) tidak cukup (lambat). Gelembung uap terbentuk ketika air menyentuh permukaan logam pipa. Gelembung uap berkumpul dan membentuk film uap dan menyelimutinya. Karena permukaan dalam tube tidak didinginkan oleh air, maka temperatur logam tube akan naik. Tube dapat menjadi rusak (overheating, pecah). Istilah yang digunakan untuk kejadian ini adalah DNB (Departure from Nucleate Boiling) Kalor atau panas dapat dibedakan menjadi : Kalor Sensibel Sebagaimana disebutkan diatas pemberian panas pada air (zat cair) akan menyebabkan temperatur zat tersebut naik. Panas yang diterima air sehingga temperaturnya naik sampai titik didihnya disebut panas sensibel atau enthalpi didih dan diberi simbol h f dalam tabel uap. Apabila tekanannya naik, maka temperatur didih juga naik dan panas sensibelnya juga bertambah. Kalor Laten Pemberian panas pada air yang telah mendidih tidak akan menaikkan temperatur air tersebut, tetapi akan mengakibatkan air berubah menjadi uap jenuh. Atau dikatakan air berubah fase (wujud) menjadi uap jenuh. Panas yang diberikan untuk merubah air menjadi uap disebut panas penguapan atau panas latent atau enthalpi penguapan dan diberi simbol h fg didalam notasi tabel uap. Kalor Total Jumlah panas yang diberikan untuk merubah air menjadi uap jenuh, yaitu panas sensibel dan panas laten disebut panas total atau enthalpi total uap jenuh dan diberi simbol h g. Jadi h g = h f + h fg Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 47

58 Gambar 33 Diagram pemanasan air 3.3. Kualitas Uap Didalam membahas kualitas uap kita mengenal istilah uap jenuh, uap basah dan uap kering. Uap jenuh artinya uap yang sudah tidak mengandung air lagi, jadi seluruh materinya berwujud uap. Uap basah adalah uap yang masih mengandung butir-butir air atau campuran antara uap dan air. Sedangkan uap kering sama dengan uap jenuh atau uap yang kadar airnya sudah 0 % (tidak mengandung air). Tingkat kebasahan uap dapat dinyatakan dengan banyaknya kandungan air didalam campuran air uap. Sedangakan apabila ditinjau dari sisi uapnya, dikenal istilah tingkat kekeringan (dryness fraction), yaitu banyaknya kandungan uap dalam campuran air uap. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 48

59 Uap jenuh apabila dipanaskan lebih lanjut, maka temperaturnya akan naik dan disebut uap superheat (uap panas lanjut). Uap superheat tentunya mempunyai kandungan kalor yang lebih tinggi dibanding uap jenuh. Contoh : Dari tabel di bawah ditunjukkan bahwa dengan tekanan 500 kpa, temperatur jenuhnya 151,8 o C dan mempunyai enthalpy 2748,1 kj/kg. Jika superheater menaikkan temperaturnya sampai 500 o C, maka uap akan berubah menjadi uap panas lanjut sehingga enthalpy uap naik menjadi : 3484,5 kj/kg Tabel 2 Pembacaan tabel Saturated water dan Superheated steam Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 49

60 Enthalpi adalah energi panas yang dikandung dalam suatu zat. Enthalpi juga disebut panas dalam (heat content). Di dalam menghitung panas dalam uap selain entalpi, juga digunakan entropi. Entropi berhubungan dengan proses ekspansi adiabatis dalam mesin. Perubahan entropi bernilai positif ketika panas diserap oleh gas, dan bernilai negatif (berkurang) ketika panas dibuang Konstruksi dan Tata Letak HRSG Sistem tata letak HRSG mempunyai banyak variasi baik jenis maupun jumlahnya. Ditinjau dari sistem sirkulasi airnya HRSG dibedakan menjadi : HRSG sirkulasi alam HRSG sirkulasi paksa. Bila ditinjau dari tekanan kerjanya, HRSG dapat dibedakan menjadi : HRSG dengan satu tekanan (single pressure) HRSG dengan dua tekanan (dual pressure) HRSG dengan tekanan bertingkat (multi pressure) Sedangkan bila ditinjau dari sumber panasnya, HRSG dapat dikelompokkan menjadi: HRSG tanpa bantuan pembakaran (nonfire) HRSG dengan bantuan pembakaran (auxiliary/supplementary burner) HRSG sirkulasi Alam (Natural Circulation) HRSG dengan sirkulasi alam memiliki pipa-pipa pemanas yang disusun secara vertikal berjajar sepanjang HRSG. Arah aliran gas buang dari turbin gas mendatar memotong pipa-pipa pemanas secara tegak lurus. Selanjutnya gas buang keluar melalui cerobong yang dipasang pada ujung HRSG. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 50

61 Susunan pipa-pipa didalam HRSG sirkulasi alami dibuat vertikal dengan ketinggian yang relatif rendah. Inlet duct HRSG disambungkan dengan exhaust turbin gas dengan menggunakan expansion joint. Ketika mendapat pemanasan, sirkulasi air alami terjadi dari drum ke evaporator dan kembali ke drum. Gambar 34 Prinsip Sirkulasi Alami (Natural Circulation) Gambar 35. HRSG sirkulasi alami (aliran gas mendatar). Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 51

62 HRSG sirkulasi Paksa (Forced Circulation) Konstruksi pipa-pipa pemanas pada HRSG dengan sirkulasi paksa dipasang dengan posisi mendatar disusun dari bawah keatas. Gas panas dari turbin gas masuk dari sisi bawah keatas memotong pipa-pipa pemanas dan selanjutnya keluar melalui cerobong yang berada diatas HRSG. Air pengisi masuk ke dalam drum melewati ekonomiser. Selanjutnya air di sirkulasikan dari drum ke pipa-pipa penguap (evaporator) dan kembali ke drum dengan menggunakan pompa sirkulasi. Proses perpindahan panas dari gas panas ke air terjadi didalam pipa-pipa penguap sehingga sebagian air berubah menjadi uap. Uap yang terbentuk bersama-sama dengan air masuk kembali ke dalam drum. Didalam drum uap dipisahkan dari air, dan uap selanjutnya mengalir ke superheater atau langsung ke turbin, sedangkan air bercampur kembali dengan air yang ada didalam drum. Gambar 36 Prinsip Sirkulasi Paksa (Forced Circulation) Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 52

63 Umumnya pompa sirkulasi mempunyai laju sirkulasi sekitar 1,7. Artinya jumlah air yang disirkulasikan 1,7 kali kapasitas penguapan. Beberapa keuntungan dari sistem sirkulasi paksa Waktu start (pemanasan) lebih cepat Mempunyai respon yang lebih baik dalam mempertahankan aliran air ke pipapipa pemanas pada saat start maupun beban penuh. Mencegah kemungkinan terjadinya stagnasi pada sisi penguapan Gambar 37 HRSG dengan aliran gas vertikal Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 53

64 HRSG dengan tekanan tunggal (Single Pressure) Pada HRSG ini uap yang dihasilkan hanya memiliki satu tekanan. Susunan PLTGU dengan satu tekanan biasanya turbin gas, generator, dan turbin uapnya dibuat menjadi satu poros. Gambar 38 HRSG dengan tekanan tunggal (single pressure) HRSG Dengan Dua Tekanan (Dual Pressure) HRSG ini menghasilkan dua tingkat tekanan, yaitu tekanan tinggi dan tekanan rendah. Uap tekanan tinggi digunakan untuk memutar turbin tekanan tinggi (High Pressure turbine), sedangkan uap tekanan rendah bersama-sama dengan uap bekas dari turbin tekanan tinggi digunakan untuk menggerakkan turbin tekanan rendah (Low Pressure turbine). Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 54

65 Tujuan membuat dua tingkat tekanan adalah untuk meningkatkan efisiensi termal siklus kombinasi. Dengan dua tingkat tekanan, maka gas buang sebelum dibuang ke atmosfir dapat digunakan untuk menghasilkan uap dengan tekanan dan temperatur yang rendah sehingga panas gas buang dimanfaatkan dengan lebih optimal. Aliran gas panas dari turbin gas masuk melalui sisi bawah HRSG mengalir ke atas melewati pipa-pipa superheater, evaporator, ekonomiser tekanan tinggi sambil menyerahkan panas. Selanjutnya melewati pipa-pipa dengan fungsi yang yang sama tetapi dengan tekanan lebih rendah yang berada dibagian atasnya kemudian dibuang keatmosfir melalui cerobong yang terletak diatas HRSG. Gambar 39 HRSG dengan dua tingkat tekanan (dual pressure) Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 55

66 HRSG Tekanan Bertingkat (Multi Pressure) HRSG jenis ini mempunyai tiga tingkat tekanan yang berbeda, yaitu tekanan tinggi (HP), tekanan menengah (IP), dan tekanan rendah (LP). Dengan tiga tingkat tekanan efisiensi termal siklus kombinasi akan lebih baik karena celah diantara tekanan tinggi dan rendah masih dimanfaatkan untuk menghasilkan uap tekanan menengah. Gas buang dari turbin gas mengalir mendatar sambil menyerahkan panasnya ke pipa-pipa pemindah panas yang dipasang tegak sebagaimana pada sistem satu tekanan ataupun dua tekanan. Gambar 40 Diagram HRSG Multi Pressure Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 56

67 HRSG dengan Burner bantu (Auxiliary burner) Pada umumnya HRSG yang digunakan di Indonesia adalah unfire, tetapi dalam industri terdapat HRSG dengan bantuan burner (auxiliary burner). Hal ini diterapkan apabila ketersediaan gas panas dari luar tidak konstan. Penggunaan burner bantu pada HRSG tujuannya adalah untuk meningkatkan temperatur gas (sekitar C) sehingga diperoleh produksi uap yang lebih besar. Pembakaran bahan bakar dengan memanfaatkan excess air yang tinggi dalam gas buang. Dengan cara ini dapat menaikkan kapasitas output turbin uap hingga 85 %, tetapi disisi lain polusi akibat emisi gas buang menjadi lebih besar. Gambar 41 HRSG dengan burner bantu Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 57

68 4. PENGOPERASIAN PLTGU 4.1 Pemeriksaan dan Persiapan Start a. Pemeriksaan secara umum, meliputi sistem TAG, kebocoran minyak, dan pasok listrik. b. Pemeriksaan Sistem Kontrol dan instrumen, meliputi power supply, annunciator, indikator dan interlock. c. Pemeriksaan Kompresor dan perlengkapannya, meliputi inlet filter, penggerak IGV, bleed valve, atomising air dan pendingin udara. d. Pemeriksaan Turbin dan perlengkapannya, meliputi level minyak pelumas, turning gear, pompa pelumas, pendingin pelumas, dan minyak hidrolik. e. Pemeriksaan Sistem Pendingin, meliputi level air pendingin, pompa, radiator, fan dan kebocoran. f. Pemeriksaan Sistem Bahan bakar minyak, meliputi level tangki, pompa, filter, shut off valve dan salurannya. g. Pemeriksaan Generator dan Eksiter, meliputi pendingin generator, sikat arang dan slipring, dan switch gear. h. Pemeriksaan Sistem Pemadam Kebakaran, meliputi tekanan gas, solenoid valve, damper-louver, dan kebocoran saluran. 4.2 Pengoperasian Turbin Gas Start Turbin Gas PLTG dapat dijalankan pada beberapa posisi sesuai mode start yang dipilih. Pemilihan start dilakukan dengan memindah Operation Switch pada posisi yang dikehendaki, sedang perintah (initiate) start dilakukan dengan Master Control Switch. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 58

69 Posisi operation switch adalah : Off; posisi untuk unit tidak dapat di start Crank (spin); posisi untuk unit dapat distart hingga putaran ± 20% tanpa terjadi pembakaran. Fire; posisi untuk unit dapat distart, dan terjadi pembakaran hingga putaran ± 28 % Auto; posisi untuk unit dapat distart, dan terjadi pembakaran hingga Full Speed No Load (FSNL). Gambar 42 Sistem Start Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 59

70 Gambar 43 Kurva operasi PLTG Pembebanan Hal-hal yang harus diperhatikan pada saat pembebanan adalah : Untuk mencegah generator menjadi motor, maka sekitar 1 detik setelah sinkron, generator dibebani 2-5 MW. Program pembebanan dapat dilakukan dalam beberapa pilihan. Pengatur pembebanan terdiri atas: - Spinning Reserve, adalah pengatur beban minimum - Preselected Load, adalah pengatur beban berdasarkan setting - Base Load, adalah pengatur beban dasar (MCR) - Peak Load, adalah pengatur beban tertinggi. - PLTG dilengkapi fasilitas program start dan pembebanan secara cepat. Cara ini dilakukan dengan mengaktifkan tombol Fast Load Start. Unit akan start dengan waktu yang lebih cepat daripada normal start. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 60

71 Start cepat akan menyebabkan komponen PLTG yang dilalui gas panas menjadi berkurang umurnya, karena kenaikan suhu yang lebih cepat. Oleh karena itu start cepat sebaiknya dihindari Shut Down Turbin Gas Menyetop unit PLTG dilakukan dengan memberi sinyal stop dari master control. Apabila sinyal stop diberikan saat unit masih berbeban, maka : Beban akan turun secara perlahan sesuai penurunan digital set point dari pengatur bahan bakar (FSR) Pada saat beban nol relay reserve power kerja membuka CB generator Untuk PLTG yang beroperasi sendiri (isolate), CB generator terbuka oleh relay putaran nominal atau frekuensi rendah. Relay putaran nominal, memerintahkan Trip Valve bahan bakar menutup. Putaran turun dan relay putaran akan memerintahkan bleed valve membuka, kemudian pompa pelumas bantu jalan. Putaran turun terus sampai nol, dan pada saat putaran nol kopling turning masuk dan turning gear jalan memutar poros turbin dengan putaran rendah. Selain stop normal PLTG juga dilengkapi dengan stop darurat (emergency stop). Stop darurat dilakukan apabila operasi PLTG mendapat gangguan dan jika dibiarkan terus beroperasi akan menimbulkan kerusakan yang fatal atau membahayakan lingkungan. Proses stop darurat sama dengan stop karena trip. Trip adalah bekerjanya sistem pengaman untuk menutup katup bahan bakar dan CB generator apabila salah satu parameter kritis PLTG melampaui batasannya. Pada saat trip, maka katup bahan bakar langsung menutup dan beban langsung nol, sedang urutan stop selanjutnya sama dengan stop normal. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 61

72 4.3. Pengoperasian HRSG HRSG sebagai mesin pembangkit uap harus dibuat sedemikian rupa sehingga dapat memanfaatkan panas gas buang dari turbin gas semaksimal mungkin. Agar dapat memproduksi uap yang banyak didalam waktu yang relatif cepat, maka perpindahan panas nya dilakukan dalam aliran berlawanan dan sirkulasi airnya dilakukan secara paksa Persiapan dan Pemeriksaan sebelum Start HRSG Sebelum mengoperasikan HRSG, harus dilakukan pemeriksaan semua komponen, terlebih bila HRSG usai dilakukan pemeliharaan atau inspection. Pemeriksaan dan persiapan meliputi kelompok peralatan : Umum, antara lain terdiri dari posisi katup-katup, manhole, kebocoran, dan instrument. Alat bantu, antara lain terdiri dari : sistem air limbah, pengisi, kontrol diverter damper. Sistem pendingin, antara lain terdiri dari : level pelumas, sistem pendingin bantu, katup-katup, dan sebagainya Pengisian HRSG. Pengisian air ke HRSG dilakukan dengan menjalankan pompa kondensat untuk mengisi tangki deaerator. Selanjutnya pompa air pengisi dijalankan untuk mengisi HP drum dan LP drum sampai level normal. Untuk mengisi air kepipa-pipa evaporator, maka pompa sirkulasi HP dan LP dijalankan hingga level drum diatas batas minimum. Untuk menghindari thermal shock atau water hammer pada waktu mengisi air ke HRSG, maka kondisi HRSG harus dingin. Hal ini berarti temperatur pipa-pipa dan Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 62

73 drum harus lebih rendah dari C. Ketika melakukan pengisian pastikan bahwa aliran pompa tidak melebihi kapasitasnya untuk menghindari kavitasi. Pengisian LP Evaporator dengan menjalankan pompa circulating pump. Katup vent pada LP Drum dibuka, jika perlu level diatur lewat katup drain. Pengisian dihentikan jika alarm levelrendah didalam LP drum sudah bisa direset. Venting drum ditutup. Pengisian HP Evaporator dengan menjalankan pompa circulating pump. Katup vent dibuka dan jika perlu level diatur dengan membuka drain. Pengisian dihentikan jika level alarm level rendah HP drum dapat direset. Katup venting drum ditutup Start HRSG Setelah unit PLTG beroperasi selanjutnya diverter damper HRSG dibuka. Pembukaannya tergantung kepada mode start (dingin, sedang atau panas). Pembukaannya diatur berangsur-angsur misalnya 30 0 selama 15 menit, 45 0 untuk 10 menit, 65 0 untuk 12 menit akhirnya 90 0 sebagai posisi penuh. Venting drum dibuka untuk membuang udara yang terperangkap dan katup drain superheater dibuka selama 10 menit, untuk membuang akumulasi air dan selanjutnya dipersiapkan untuk mengendalikan temperatur uap. Katup uap ke turbin ditutup dan katup by-pass kekondensor dibuka. Dengan masuknya gas bekas turbin gas, temperatur air naik dan mulai menguap. Penguapan terjadi di LP/HP evaporator dan memasuki drum masing-masing. Bila tekanan drum sudah mencpai 2 Kg/cm 2, katup venting didrum ditutup. Tekanan dan temperatur uap akan terus naik. Laju kenaikan ini disesuaikan dengan instruction manual yang diberikan dan kenaikan temperatur diatur lawat katup drain. Selanjutnya, uap HP drum dapat dimanfaatkan untuk menjalankan Ejector untuk membuat vakum kondensor. Uap ini disebut Motive Steam. Uap ini berasal dari uap utama (HP live Steam). Uap juga dapat digunakan untuk perapat poros (gland steam) turbin. Setelah tekanan uap mencapai 20 kg/cm 2, drain HP superheater dan drain pada jalur uap lainnya ditutup. By-pass valve diatur untuk mengendalikan tekanan uap. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 63

74 Tekanan uap LP dipertahankan 6,5 kg/cm 2. kenaikan tekanan uap HP diatur 2 kg/cm 2 /menit sampai dicapainya tekanan sliding (slidingpressure) sebesar 34 kg/cm 2 dimana HRSG sudah berbeban penuh. Level air dalam drum diatur agar tidak kurang. Jalankan turbin uap sesuai prosedur dengan cara membuka katup uap ke turbin dan mengecilkan pembukaan katup Bypass ke kondensor. Pompa kimia dan continuous blowdown diatur. Untuk menjalankan HRSG kedua, tekanan kedua HRSG harus disamakan dulu dan temperatur keduanya sudah sangat mendekati sama. Dengan menjalankan dua HRSG, sliding pressure naik menjadi 52 kg/cm 2. Secara berangsur-angsur uap ditransfer kedalam turbin dari jalur By-pass uap. Ketika HRSG ketiga dijalankan, sliding pressure naik menjadi 78 kg/cm 2. Dengan mode sliding pressure, katup uap ke turbin terbuka sepenuhnya, jadi tidak diaturatur. HRSG disebut masih hangat (warm condition) bila dimatikan dalam waktu < 8 jam. Turbin uap akan mengikuti beban turbin gas. Suatu perubahan beban pada turbin gas akan segera diikuti oleh perubahan beban pada turbin uap. Dalam hal ini, Diverter Damper HRSG bukan dimaksudkan untuk mengatur output uap atau daya dari turbin uap. Damper ini hanya digunakan untuk pengamanan jika terjadi trip dari turbin uap dan sewaktu start-up ketika turbin gas beroperasi. Menjalankan dua atau tiga turbin gas dengan dua atau tiga HRSG pada sebuah turbin uap, beban dari kedua turbin gas hendaknya sedekat mungkin dan perbedaan temperaturnya harus lebih rendah dari 50 0 C untuk menghindari thermal stress pada sambungan-sambungan HRSG. Sistem By-pass uap secara otomatis bekerja saat : Turboset start-up dan shutdown. Pengurangan beban turboset yang cepat. Pembuangan beban atau turbin uap trip. Start kembali HRSG selagi turbin dan HRSG lainnya beroperasi. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 64

75 Pembebanan HRSG dibebani secara bertahap dengan membuka diverter damper lebih lebar. Ketika tekanan uap HP telah mencapai harga tekanan sliding turbin uap, maka produksi uap dapat dipindah secara progresive dari station bypas ke turbin uap. Selanjutnya diverter damper terbuka penuh dan pembebanan dilakukan dengan mengatur beban turbin gas. Beban turbin uap mengikuti beban turbin gas. Karena respon dinamik yang tinggi dari HRSG, setiap variasi beban turbin gas akan segera diikuti oleh variasi beban di turbin uap. Hal ini terjadi secara alami tanpa bantuan mekanis. Tekanan uap masuk turbin uap bergeser sesuai kondisi operasi turbin gas. Adaptasi terus menerus dari tekanan uap ini disebut mode operasi sliding pressure. Hal ini menunjukkan pemanfaatan energi panas gas buang yang optimal sehingga meningkatkan efisiensi unit. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 65

76 Gambar 44 Grafik Sliding Pressure Pada saat mode sliding pressure, governor valve turbin uap membuka penuh sehingga tekanan uap tergantung pada aliran uap hasil produksi HRSG. Mode ini akan berlangsung hingga rentang tertentu. Untuk mencegah tekanan berubah berlebihan, maka tekanan uap mempunyai harga minimum, dimana governor akan bereaksi menjaga agar tekanan tetap Stop HRSG Menghentikan HRSG artinya menyetop gas buang masuk HRSG dan menyetop pemasukan uap ke turbin uap. Penyetopan siklus uap dikarenakan beberapa tujuan dan penyebabnya antara lain: a. Stop karena interupsi. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 66

77 b. Stop karena trip turbin gas. c. Stop karena trip HRSG dan turbin uap. d. Stop karena pemeliharaan siklus uap. Berikut ini langkah yang diambil jika terjadi stop/trip turbin uap atau turbin gas : (1) Jika 1 turbin uap distop, dengan 3 HRSG sedang jalan. Uap ditransfer langsung ke kondensor sambil menutup katup uap keturbin uap. Tekanan dalam sistem HRSG dikendalikan oleh katup By-pass uap. Jika waktu stop pendek, Diverter Damper ditutup (sebagian atau seluruhnya) atau mengurangi beban turbin gas. (2) Jika 1 turbin uap trip, dengan 3 HRSG jalan. Katup uap utama ke turbin uap ditutup segera, disamping langkah-langkah pada point (1) dilaksanakan. (3) Jika 1 turbin uap distop/trip, 1 atau 2 HRSG sedang jalan. Untuk menghindari kenaikan tekanan dan temperatur yang berlebihan di boiler, Diverter Damper harus ditutup atau turbin gas distop. (4) Stop 3 Turbin Gas dengan 3 HRSG sedang operasi atau stop 2 turbin gas, 2 HRSG sedang jalan atau stop 1 turbin gas, 1 HRSG sedang jalan. Jika beban turbin berkurang, aliran uap akan berkurang dan berarti daya turbin uap juga berkurang. Ketika aliran uap terlalu rendah, turbin uap akan distop oleh Rele Reverse Power (daya kembali) dan uap akan ditransfer ke kondensor melalui By-pass uap yang mengendalikan tekanan didalam sistem. Semua beban turbin gas dikurangi bersama-sama. (5) Stop 1 turbin gas, 2 atau 3 HRSG sedang jalan. Tujuannya adalah untuk mengisolir 1 HRSG dengan jalan sistem By-pass uap. (6) Trip semua turbin gas, semua HRSG sedang jalan atau trip 2 turbin gas, 2 HRSG sedang jalan atau trip 1 turbin gas, 1 HRSG sedang jalan. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 67

78 Lakukan sebagaimana point (4). (7) Trip 1 turbin gas, 2 atau 3 HRSG sedang jalan. Aliran dan tekanan dalam HRSG yang stop berangsur-angsur akan berkurang. Boiler dibawah kondisi turbin gas yang trip akan mendingin perlahan-lahan. Tekanan uap dikendalikan oleh katup By-pass uap. Uap yang datang dari HRSG yang sehat/jalan, distop oleh non-return valve. Jadi tidak dapat mengisi boiler yang sedang stop. Tekanannya perlahan-lahan drop mencapai tekanan sliding jika bekerja dengan 1 atau 2 HRSG. (8) Stop semua HRSG, sedang semua HRSG sedang jalan atau, Stop 2 HRSG, sedang 2 HRSG sedang jalan atau, Stop 1 HRSG, sedang 1 HRSG sedang jalan. Stop HRSG diperoleh dengan mengoperasikan Diverter Damper. Untuk menyetop sistem uap dengan mulus, tutuplah katupnya secara berangsur-angsur tutup Diverter Damper HRSG pada posisi 65 0 selama 5 menit, kemudian posisi 40 0 selama 5 menit, kemudian 20 0 selama 5 menit, kemudian 0 0 (tutup penuh). Turbin uap akan bereaksi seperti pada point (4). (9) Stop 1 HRSG, sedang 2 atau 3 HRSG sedang jalan. Prosedur seperti point (5). Diverter Damper diopersikan seperti pada point (8) sebagai pengganti stop turbin gas. (10) Trip 3 HRSG, sedang 3 HRSG sedang jalan atau, Trip 2 HRSG, sedang 2 HRSG sedang jalan atau, Trip 1 HRSG, sedang 1 HRSG sedang jalan. Seperti pada point (4). (11) Trip 1 HRSG, sedang 2 atau 3 HRSG sedang jalan. Seperti point (7). Tekanannya akan drop perlahan-lahan mencapai tekanan normal, ketika bekerja dengan 1 atau 2 HRSG. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 68

79 Mengisolir HRSG Dua atau tiga turbin gas dengan HRSG beroperasi dengan turbin bersama-sama, lalu satu HRSG distop, maka : (1) Mentransfer uap ke kondensor Sambil mengurangi set-point By-pass valve, sebagai uap ditransfer ke kondensor. Daya turbin uap akan berkurang. Tarif (rate) uap yang ditransfer harus sekitar 50 % jika dua turbin gas sedang berjalan dan sekitar 33 %, jika tiga turbin gas sedang berjalan. (2) Mengisolir HRSG Tutup katup yang utama (main valve) dari HRSG ke turbin uap. Kirim uap ke kondensor. (3) Mengurangi beban HRSG Beban HRSG dikurangi sambil mengurangi beban turbin gas atau sambil mengoperasikan Diverter Damper (disarankan damper ditutup berangsurangsur). Tekanan dalam HRSG akan berkurang. Penurunan tekanan ini dikendalikan oleh katup By-pass uap sehingga mencapai nilai kira-kira 3 kg/cm2/menit Pendinginan HRSG Setelah satu HRSG distop, maka HRSG melalui proses pendinginan. Stop HRSG berdasarkan periode waktu diklasifikasikan sebagai berikut : Stop dengan periode singkat atau medium Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 69

80 Dioperasikan kembali dalam waktu stop kurang dari 12 jam. Tekanan HRSG dipertahankan setinggi mungkin untuk mempercepat start. Semua venting dan drain harus ditutup, kecuali jika tekanan turun mencapai 2 kg/cm 2 maka venting drum harus dibuka. Stop dengan periode lama HRSG akan distop lebih dari 12 jam tetapi tidak lebih dari satu minggu. Konservasi dengan waktu lama HRSG akan distop untuk lebih dari satu minggu dengan konservasi kering atau basah dan selanjutnya akan dioperasikan kembali. Tekanan dalam HRSG akan hilang dan sistem dipersiapkan untuk konservasi dalam waktu yang lama dibawah tekanan Nitrogen By-pass UAP Ada tiga HRSG dengan tiga HP by-pass individual dan satu LP by-pass yang umum. HP by-pass station didesain untuk menarik produk uap sepenuhnya dari setiap HRSG yang sedang beroperasi pada beban penuh pada mode sliding pressure turbin uap. By-pass mengizinkan seluruh produk uap dikirim melalui control valve langsung ke condensor. By-pass device digunakan sebagai sistem kendali tekanan untuk kemudahan dan ketelitian start-up. By-pass device juga bekerja sebagai alat pengaman dalam operasi normal siklus uap. Steam by-pass terdiri dari Pneumatic Control Valve, Steam Dumping Device yang menyatukan Desuperheating station dan system air injeksi, digabungkan dengan alat ukur, control dan pengaman. Setelah melalui HP by-pass reducing valve, HP steam masuk ke Steam Dumping Device dan di-expand (memuai) melalui pelat berlubang-lubang dari dumping device tingkat pertama. Dalam Steam Dumping device ini, Desuperheater ditempatkan setelah tingkat pertama. Air kondensat Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 70

81 diinjeksikan (dipancarkan) sehingga uap menjadi jenuh. Pada Steam Dumping Device tingkat kedua tekanan uap diturunkan lagi sehingga mencapai tekanan Condenser. Setelah melalui LP by-pass pressure reducing valve, LP steam di desuperheater oleh injeksi air kedalam sistem. Dan selanjutnya di Expand melalui kerucut (cone) berlubang pada ujung dari sistem by-pass LP. Dalam hal turbin uap trip, ia segera mengalihkan produk uap kekondensor. Ini untuk menghindari pertambahan tekanan yang mendadak yang membuat safety valve membuka. Karena itu set-point pembukaan by-pass valve harus diatur sedikit diatas tekanan yang ada dalam setiap sirkit LP/HP. Catatan : Mode sliding pressure adalah kondisi jika katup uap dimuka turbin dibuka penuh dan tekanan tergantung pada jumlah aliran uap. Menurut catatan operator, 2 x 70% (2 HRSG dengan 70% aliran uap), tekanan 36,2 bar 3 x 75% (3 HRSG dengan 75% aliran uap) tekanan 53,2 bar dan base load, tekanannya 60,7 bar. Mode yang lain adalah Mode Throttling, tekanan uap tergantung kepada bukaan katup. Sistem by-pass uap secara otomatis akan bekerja dalam hal terjadi sebagai berikut : a. Turboset start-up/shutdown. b. Pengurangan beban turboset yang cepat. c. Pelepasan beban atau turbin uap trip. d. Start ulang sebuah HRSG sedang turbin dan HRSG yang lain sedang beroperasi. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 71

82 Gambar 45 GrafikBuka tutup Damper 4.4. Kurva Start Up Kenaikan tekanan dan temperatur uap pada saat start harus dilakukan sesuai prosedur yang telah ditentukan. Prosedur ini ditetapkan oleh pabrik berdasarkan perhitungan dan pengujian serta pengalamannya membuat HRSG. Sebagai pedoman untuk start up HRSG, maka pabrik mengeluarkan prosedur dalam bentuk kurva atau grafik kenaikan temperatur uap terhadap waktu. Gambar di bawah ini menunjukkan grafik temperatur uap untuk berbagai macam mode start dan jenis start. Di dalam pengoperasian PLTGU (siklus kombinasi) turbin gas akan di start dengan gas buang (exhaust gas) yang langsung dibuang ke atmosfir melalui bypass stack. Hal ini untuk mencegah bahaya bahan bakar yang tidak terbakar memasuki HRSG apabila turbin gas gagal start. Oleh karena itu purging (pembilasan) HRSG tidak diperlukan. Tetapi kemungkinan untuk men-start turbin gas bersamaan dengan HRSG nya dapat saja dilakukan. Cara ini dapat dilakukan dan dipilih secara operasi manual sebelum start. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 72

83 Pada operasi tersebut apabila turbin gas trip sementara terhubung dengan HRSG, maka HRSG harus di purge sebelum turbin gas start lagi. Untuk perpindahan dari operasi siklus tunggal menjadi siklus kombinasi, maka tidak diperlukan lagi purging HRSG sepanjang unit shut down secara normal. Gambar 46 Grafik Cold Start Single Cycle Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 73

84 Gambar 47 Grafik Cold Start Combined Cycle Auto Gambar 48 Grafik Cold Start Combined Cycle Manual Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 74

85 Gambar 49 Grafik Hot Start Combined Cycle Auto Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 75

86 5. TROUBLE SHOOTING Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 76

87 Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 77

88 Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 78

89 Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 79