PEMBIDANGAN PRAJABATAN S1 - ENJINER PEMBANGKITAN THERMAL [A ]

Transkripsi

1 PEMBIDANGAN PRAJABATAN S1 - ENJINER PEMBANGKITAN THERMAL [A ] PENGOPERASIAN PLTU Edisi I Tahun 2013

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 SAMBUTAN CHIEF LEARNING OFFICER PLN CORPORATE UNIVERSITY Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, karena atas rahmat, taufik dan hidayahnya penyusunan materi pembelajaran ini bisa selesai tepat pada waktunya. Seiring dengan metamorfosa PLN Pusdiklat sebagai PLN Corporate University, telah disusun beberapa materi pembelajaran yang menunjang kebutuhan Korporat. Program pembelajaran ini disusun berdasarkan hasil Learning Theme beserta Rencana Pembelajaran yang telah disepakati bersama dengan LC (Learning Council) dan LSC (Learning Steering Commitee) Primary Energy & Power generation Academy. Pembelajaran tersebut disusun sebagai upaya membantu peningkatan kinerja korporat dari sisi peningkatan hard kompetensi pegawai. Dengan diimplementasikannya PLN Corporate University, diharapkan pembelajaran tidak hanya untuk meningkatkan kompetensi Pegawai, namun juga memberikan benefit bagi Bussiness Process Owner sesuai dengan salah satu nilai CORPU, yaitu Performing. Akhir kata, semoga buku ini dapat bermanfaat bagi insan PLN. Jakarta, 31 Desember 2013 Chief Learning Officer SUHARTO ii

4 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 - ENJINER PEMBANGKITAN THERMAL 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 13 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, Pengenalan PLTS, Pengoperasian PLTD dan Pemeliharaan Mekanikal Pembangkit Diesel 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 Desember 2013 M. IRWANSYAH PUTRA iii

5 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 iv

6 Buku 8 Pemeliharaan Proteksi, Kontrol & Instrumen Buku 9 Kimia Pembangkit Buku 10 Pengoperasian PLTA Buku 11 Pengenalan PLTS Buku 12 Pengoperasian PLTD Buku 13 Pemeliharaan Mekanikal Pembangkit Diesel v

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

8 DAFTAR ISI TUJUAN PELAJARAN... vi DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xii 1. PRINSIP KERJA PLTU Siklus Rankine Bagian-Bagian PLTU BOILER DAN ALAT BANTU Prinsip Kerja Boiler Siklus Air dan Uap di Boiler Sistem Udara dan Gas Sistem Penanganan Abu dan Debu TURBIN UAP DAN ALAT BANTU Prinsip Kerja Turbin Uap Jenis dan Karakteristik Turbin Uap Konstruksi dan Bagian Utama Turbin Uap Sistem Pelumasan dan Jacking Turbin Uap Turning Gear Sistem Perapat Poros Sistem Uap Ekstraksi (Extraction/Bleed Steam System) KONDENSOR DAN ALAT BANTUNYA Prinsip Kerja Kondensor Konstruksi Kondensor Sistem Air Pengisi Sistem Air Pendingin Vacuum Condensor System Sistem Condensor Cleaning PENGOPERASIAN PLTU Klasifikasi Start Simple Inspiring Performing Phenomenal vii

9 5.2 Prosedur Start Alat Bantu dan Sistem Air Pengisi Prosedur Start Boiler Start Turbin Simple Inspiring Performing Phenomenal viii

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 1 Proses konversi energi pada PLTU... 1 Gambar 2 Siklus fluida kerja sederhana pada PLTU... 2 Gambar 3 Diagram T s Siklus PLTU (Siklus Rankine)... 3 Gambar 4 Boiler... 4 Gambar 5 Turbin Uap... 5 Gambar 6 Kondensor... 5 Gambar 7 Generator... 6 Gambar 8 Water Tube Boiler... 8 Gambar 9 Tata letak Pulverized Coal (PC) Boiler Batubara...10 Gambar 10 Tata letak Circulating Fluidized Boiler (CFB)...11 Gambar 11 Boiler Stoker...12 Gambar 12 Boiler PLTU Indramayu...14 Gambar 13 Jenis-jenis Tekanan (Draft) Boiler...15 Gambar 14 Skema Balanced Draft Boiler...16 Gambar 15 Economiser tipe pipa bersirip (finned tubes)...17 Gambar 16 Siklus air dan uap di boiler Gambar 17 Prinsip sirkulasi alami...19 Gambar 18. Prinsip sirkulasi paksa...20 Gambar 19 Pipa riser dan dinding ruang bakar boiler Gambar 20 Drum Boiler Gambar 21 Konstruksi Drum Boiler Gambar 22 Siklus uap superheat...22 Gambar 23 Siklus air - uap PLTU dengan Reheater...23 Gambar 24 Siklus udara pembakaran Gambar 25 Force Draught Fan...25 Gambar 26 Siklus gas di boiler Gambar 27 Electrostatic Precipitator...27 Gambar 28 Air Heater...28 Gambar 29 Diagram sistem BBM...29 Gambar 30 Contoh Burner MFO dengan pengabutan uap Gambar 31. Belt Feeder...31 Gambar 32 Sistem suplai bahan bakar batubara ke burner...32 Gambar 33 Penempatan burner batubara pada ruang bakar...32 Gambar 34 Sistem Bahan Bakar...33 Gambar 35 Mill / Pulverizer...33 Gambar 36 System Ash handling...35 Simple Inspiring Performing Phenomenal ix

11 Gambar 37 Prinsip Kerja Turbin Uap...36 Gambar 40. Gambar 38 Turbin Uap...37 Gambar 39 Jenis turbin dan karakteristiknya...38 Gambar 40 Turbin impuls bertingkat tekanan...39 Gambar 41 Turbin impuls bertingkat kecepatan...40 Gambar 42 Turbin Impuls Bertingkat Tekanan dan Kecepatan Gambar 43 Turbin single silinder dan multi silinder Gambar 44 Kurva Efisiensi Sudu-sudu...44 Gambar 45 Sudu bentuk vortex...44 Gambar 46 Bagian utama turbin uap Gambar 47 Sudu tetap (Stator)...46 Gambar 48 Rotor turbin uap...46 Gambar 49 Bantalan jurnal Gambar 50 Bantalan aksial...48 Gambar 51 Main Stop Valve...48 Gambar 52 Main Steam Flow (UBP Suralaya Unit 5-7)...49 Gambar 53 Sistem pelumasan...50 Gambar 54 Sistem Jacking Oil...51 Gambar 55 Turning Gear...52 Gambar 56 Gland seal system...53 Gambar 57 Gland seal steam dan perapat labirin...53 Gambar 58 Siklus uap perapat (Gland Seal Steam)...54 Gambar 59 Sistem Uap Ekstraksi...55 Gambar 60 Prinsip kerja kondensor...56 Gambar 61 Kondensor tipe permukaan (surface condenser)...57 Gambar 62 Konstruksi Kondensor...58 Gambar 63 Sistem Air Kondensat (UBP Suralaya unit 5-7)...59 Gambar 64 Line Condensate Polisher...63 Gambar 65 Saluran Resirkulasi...65 Gambar 66 Pengaturan Level Deaerator...66 Gambar 67 Low Pressure Heater (LPH)...67 Gambar 68 Deaerator Tipe Spray & Tray...68 Gambar 69 High Pressure Heater (HPH)...70 Gambar 70. Boiler Feed Pump (BFP)...72 Gambar 71 Saluran Piston Pengimbang Pada BFP...73 Gambar 72 Pengaturan Aliran Dengan Kopling Fluida...75 Gambar 73 Pengaturan Aliran Air Pengisi Dengan Governor...76 Gambar 74 Pengaturan Aliran Dengan Katup...77 Gambar 75 Pemanas Awal Air Pengisi...78 Gambar 76 Sistem Air Pendingin Utama Siklus Terbuka Simple Inspiring Performing Phenomenal x

12 Gambar 77 Aplikasi Sistem Air Pendingin Utama Siklus Tertutup Gambar 78 Proses Pembuangan Panas pada Cooling Tower...84 Gambar 79 Kondensor (kontak langsung) jet Gambar 80 Kondensor lintasan tunggal...88 Gambar 81 Kondensor lintasan ganda dan saluran venting Gambar 82 Posisi kondensor dibawah turbin...89 Gambar 83 Sistem Vacuum Condensor...90 Gambar 84 Starting dan main ejector...92 Gambar 85 Pompa Vakum...93 Gambar 86 Sistem Tapprogge...94 Gambar 87 Condensor Back Washing...95 Gambar 88 Sistem Air Pendingin Utama (CWS) Gambar 89 Sistem Air Pendingin Bantu (Siklus tertutup, CCCWS) Gambar 90 Siklus Air Uap PLTU Suralaya Gambar 91 Tangki air penambah (CST) Gambar 92 Sistem Air Kondensat Gambar 93. Pompa Air Pengisi (BFP) Gambar 94 Pemanas air pengisi (Feed heater) Gambar 95 Sistem Minyak Pelumas Turbin Gambar 96 Panel (Faceplate) start pompa pelumas Gambar 97 Sistem Minyak Perapat poros Generator Gambar 98 Sistem udara bakar dengan FD Fan Gambar 99 Damper udara bakar pada windbox Gambar 100 Sistem gas buang dengan ID Fan Gambar 101 Sistem Udara Primer dengan PA Fan Gambar 102 Persyaratan purging boiler Gambar 103 Sistem penyala (Ignitor) Gambar 104. Konfigurasi ignitor pada boiler Gambar 105 Ruang bakar dan thermoprobe Gambar 106 Contoh batas perbedaan temperatur pada drum Gambar 107 Pasok uap Sistem gland steam Gambar 108 Katup utama uap Turbin (MSV, GV, RSV dan ICP) Gambar 109 Faceplate pompa vakum Gambar 110 Program ATS (automatic turbin start up) Gambar 111 Indikator parameter turbin (turbine supervisory) Gambar 112. Faceplat field breaker dan AVR Gambar 113 Kurva Start Up Simple Inspiring Performing Phenomenal xi

13 DAFTAR TABEL Tabel 1 Daftar perkiraan waktu untuk tiap jenis sta...98 Simple Inspiring Performing Phenomenal xii

14 1. PRINSIP KERJA PLTU 1.1 Siklus Rankine PENGOPERASIAN PLTU PLTU adalah jenis pembangkit listrik tenaga termal yang banyak digunakan, karena efisiensinya tinggi sehingga menghasilkan energi listrik yang ekonomis. PLTU merupakan mesin konversi energi yang mengubah energi kimia dalam bahan bakar menjadi energi listrik. Proses konversi energi pada PLTU berlangsung melalui 3 tahapan, yaitu : Pertama, energi kimia dalam bahan bakar diubah menjadi energi panas dalam bentuk uap bertekanan dan temperatur tinggi. Kedua, energi panas (uap) diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran. Ketiga, energi mekanik diubah menjadi energi listrik. Uap Bahan bakar BOILER TURBIN Poros GENERATOR Listrik NE Energi Kimia menjadi Energi Panas Energi Panas menjadi Energi Mekanik Energi Mekanik menjadi Energi Listrik Gambar 1 Proses konversi energi pada PLTU Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 1

15 PLTU menggunakan fluida kerja air uap yang bersirkulasi secara tertutup. Siklus tertutup artinya menggunakan fluida yang sama secara berulang-ulang. Urutan sirkulasinya secara singkat adalah sebagai berikut : Pertama air diisikan ke boiler hingga mengisi penuh seluruh luas permukaan pemindah panas. Didalam boiler air ini dipanaskan dengan gas panas hasil pembakaran bahan bakar dengan udara sehingga berubah menjadi uap. Kedua, uap hasil produksi boiler dengan tekanan dan temperatur tertentu diarahkan untuk memutar turbin sehingga menghasilkan daya mekanik berupa putaran. Ketiga, generator yang dikopel langsung dengan turbin berputar menghasilkan energi listrik sebagai hasil dari perputaran medan magnet dalam kumparan, sehingga ketika turbin berputar dihasilkan energi listrik dari terminal output generator Keempat, Uap bekas keluar turbin masuk ke kondensor untuk didinginkan dengan air pendingin agar berubah kembali menjadi air yang disebut air kondensat. Air kondensat hasil kondensasi uap kemudian digunakan lagi sebagai air pengisi boiler. Demikian siklus ini berlangsung terus menerus dan berulang-ulang. Gambar 2 Siklus fluida kerja sederhana pada PLTU Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 2

16 Siklus kerja PLTU yang merupakan siklus tertutup dapat digambarkan dengan diagram T s (Temperatur entropi). Siklus ini adalah penerapan siklus rankine ideal. Adapun urutan langkahnya adalah sebagai berikut : Gambar 3 Diagram T s Siklus PLTU (Siklus Rankine) a - b : Air dipompa dari tekanan P 2 menjadi P 1. Langkah ini adalah langkah kompresi isentropis, dan proses ini terjadi pada pompa air pengisi. b - c : Air bertekanan ini dinaikkan temperaturnya hingga mencapai titik didih. Terjadi di LP heater, HP heater dan Economiser.. c - d : Air berubah wujud menjadi uap jenuh. Langkah ini disebut vapourising (penguapan) dengan proses isobar isothermis, terjadi di boiler yaitu di wall tube (riser) dan steam drum.. d - e : Uap dipanaskan lebih lanjut hingga uap mencapai temperatur kerjanya menjadi uap panas lanjut (superheated vapour). Langkah ini terjadi di superheater boiler dengan proses isobar. e - f : Uap melakukan kerja sehingga tekanan dan temperaturnya turun. Langkah ini adalah langkah ekspansi isentropis, dan terjadi didalam turbin. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 3

17 f - a : Pembuangan panas laten uap sehingga berubah menjadi air kondensat. Langkah ini adalah isobar isothermis, dan terjadi didalam kondensor. 1.2 Bagian-Bagian PLTU Bagian Utama Bagian utama yang terdapat pada suatu PLTU yaitu : a. Boiler Boiler berfungsi untuk mengubah air (feed water) menjadi uap panas lanjut (superheated steam) yang akan digunakan untuk memutar turbin. Gambar 4 Boiler Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 4

18 b. Turbin uap Turbin uap berfungsi untuk mengkonversi energi panas yang dikandung oleh uap menjadi energi putar (energi mekanik). Poros turbin dikopel dengan poros generator sehingga ketika turbin berputar generator juga ikut berputar. Gambar 5 Turbin Uap c. Kondensor Kondensor berfungsi untuk mengkondensasikan uap bekas dari turbin (uap yang telah digunakan untuk memutar turbin). Gambar 6 Kondensor Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 5

19 d. Generator Generator berfungsi untuk mengubah energi putar dari turbin menjadi energi listrik. Gambar 7 Generator Peralatan Penunjang Peralatan penunjang yang terdapat dalam suatu PLTU pada umumnya adalah : a. Desalination Plant (Unit Desal) Peralatan ini berfungsi untuk mengubah air laut (brine) menjadi air tawar (fresh water) dengan metode penyulingan (kombinasi evaporasi dan kondensasi). Hal ini dikarenakan sifat air laut yang korosif, sehingga jika air laut tersebut dibiarkan langsung masuk ke dalam unit utama, maka dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan PLTU. b. Reverse Osmosis (RO) Mempunyai fungsi yang sama seperti desalination plant namun metode yang digunakan berbeda. Pada peralatan ini digunakan membran semi permeable yang dapat menyaring garam-garam yang terkandung pada air laut, sehingga dapat dihasilkan air tawar seperti pada desalination plant. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 6

20 c. Pre Treatment pada unit yang menggunakan pendingin air tanah / sungai Untuk PLTU yang menggunakan air tanah/air sungai, pre-treatment berfungsi untuk menghilangkan endapan,kotoran dan mineral yang terkandung di dalam air tersebut. d. Demineralizer Plant (Unit Demin) Berfungsi untuk menghilangkan kadar mineral (ion) yang terkandung dalam air tawar. Air sebagai fluida kerja PLTU harus bebas dari mineral, karena jika air masih mengandung mineral berarti konduktivitasnya masih tinggi sehingga dapat menyebabkan terjadinya GGL induksi pada saat air tersebut melewati jalur perpipaan di dalam PLTU. Hal ini dapat menimbulkan korosi pada peralatan PLTU. e. Hidrogen Plant (Unit Hidrogen) Pada PLTU digunakan hydrogen (H2) sebagai pendingin Generator. f. Chlorination Plant (Unit Chlorin) Berfungsi untuk menghasilkan senyawa natrium hipoclorit (NaOCl) yang digunakan untuk memabukkan/melemahkan mikro organisme laut pada area water intake. Hal ini dimaksudkan untuk menghindari terjadinya pengerakkan (scaling) pada pipa-pipa kondensor maupun unit desal akibat perkembangbiakan mikro organisme laut tersebut. g. Auxiliary Boiler (Boiler Bantu) Pada umumnya merupakan boiler berbahan bakar minyak (fuel oil), yang berfungsi untuk menghasilkan uap (steam) yang digunakan pada saat boiler utama start up maupun sebagai uap bantu (auxiliary steam). h. Coal Handling (Unit Pelayanan Batubara) Merupakan unit yang melayani pengolahan batubara yaitu dari proses bongkar muat kapal (ship unloading) di dermaga, penyaluran ke stock area sampai penyaluran ke bunker unit. i. Ash Handling (Unit Pelayanan Abu) Merupakan unit yang melayani pengolahan abu baik itu abu jatuh (bottom ash) maupun abu terbang (fly ash) dari Electrostatic Precipitator hopper dan SDCC (Submerged Drag Chain Conveyor) pada unit utama sampai ke tempat penampungan abu (ash valley) Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 7

21 Tiap-tiap komponen utama dan peralatan penunjang dilengkapi dengan sistemsistem dan alat bantu yang mendukung kerja komponen tersebut. Gangguan atau malfunction dari salah satu bagian komponen utama akan dapat menyebabkan terganggunya seluruh sistem PLTU. 2. BOILER DAN ALAT BANTU 2.1 Prinsip Kerja Boiler Boiler atau ketel uap adalah suatu perangkat mesin yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap. Proses perubahan air menjadi uap terjadi dengan memanaskan air yang berada didalam pipa-pipa dengan memanfaatkan panas dari hasil pembakaran bahan bakar. Pembakaran dilakukan secara kontinyu didalam ruang bakar dengan mengalirkan bahan bakar dan udara dari luar. Gambar 8 Water Tube Boiler Uap yang dihasilkan boiler adalah uap superheat dengan tekanan dan temperatur yang tinggi. Jumlah produksi uap tergantung pada luas permukaan pemindah panas, Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 8

22 laju aliran, dan panas pembakaran yang diberikan. Boiler yang konstruksinya terdiri dari pipa-pipa berisi air disebut dengan water tube boiler (boiler pipa air). Pada unit pembangkit, boiler juga biasa disebut dengan steam generator (pembangkit uap) mengingat arti kata boiler hanya pendidih, sementara pada kenyataannya dari boiler dihasilkan uap superheat bertekanan tinggi. Ditinjau dari bahan bakar yang digunakan, maka PLTU dapat dibedakan menjadi : PLTU Batubara PLTU Minyak PLTU gas PLTU nuklir atau PLTN Jenis PLTU batu bara masih dapat dibedakan berdasarkan proses pembakarannya, yaitu PLTU dengan pembakaran batu bara bubuk (Pulverized Coal / PC Boiler) dan PLTU dengan pembakaran batu bara curah (Circulating Fluidized Bed / CFB Boiler). Perbedaan antara PLTU Batu bara dengan PLTU minyak atau gas adalah pada peralatan dan sistem penanganan dan pembakaran bahan bakar serta penanganan limbah abunya. PLTU batubara mempunyai peralatan bantu yang lebih banyak dan lebih kompleks dibanding PLTU minyak atau gas. PLTU gas merupakan PLTU yang paling sederhana peralatan bantunya. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 9

23 Gambar 9 Tata letak Pulverized Coal (PC) Boiler Batubara Circulating Fluidized Boiler (CFB) Seperti jenis boiler lainnya, pertama-tama dilakukan Purging selama 5 menit untuk membersihkan ruang bakar dari gas-gas yang berpotensial menimbulkan ledakan pada saat burner dinyalakan. Setelah purging selesai 2 burner (sisi berseberangan ) dinyalakan. Kenaikan temperature furnace di jaga tidak lebih dari 95 0 C per jam untuk menjaga material dari termal stress dan menjaga refractory agar tidak retak. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 10

24 Gambar 10 Tata letak Circulating Fluidized Boiler (CFB) Setelah temperature Furnace 530 o C Batubara dimasukkan melalui 3 coal feeder pada minimum flow rate (6 Ton/jam) / coal feeder sambil kedua burner masih menyala. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 11

25 Setelah temperature furnace mencapai 660 o C kedua burner dimatikan satu persatu. Selanjutnya pembakaran dilakukan dengan batubara. Selama boiler beroperasi tidak diperlukan support burner karena dapat menyebabkan materal bed meleleh. Burner hanya digunakan pada saat proses start up sampai temperature yang diizinkan diatas Boiler Stoker Batubara diumpankan ke ujung grate baja yang bergerak. Ketika grate bergerak sepanjang tungku, batubara terbakar sebelum jatuh pada ujung sebagai abu. Diperlukan tingkat keterampilan tertentu, terutama bila menyetel grate, damper udara dan baffles, untuk menjamin pembakaran yang bersih serta menghasilkan seminimal mungkin jumlah karbon yang tidak terbakar dalam abu. Hopper umpan batubara memanjang di sepanjang seluruh ujung umpan batubara pada tungku. Gambar 11 Boiler Stoker Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 12

26 Sebuah grate batubara digunakan untuk mengendalikan kecepatan batubara yang diumpankan ke tungku dengan mengendalikan ketebalan bed bahan bakar. Ukuran batubara harus seragam sebab bongkahan yang besar tidak akan terbakar sempurna pada waktu mencapai ujung grate. Seperti kita ketahui unsur utama yang mempengaruhi pembakaran adalah udara dan bahan bakar ( batubara ). Sempurna/baik tidaknya suatu pembakaran sangat dipengaruhi oleh rasio udara dan batubara. Sangat sulit untuk menentukan rasio tersebut pada bahan bakar padat seperti batubara dimana kandungan dan ukurannya tidak selalu sama. Jadi kita harus juga menyesuaikan kondisi batubara yang kita bakar. Berikut adalah uraian dan beberapa patokan untuk mencapai pembakaran yang sempurna. Pada keadaan batubara yang cukup baik ( normal ) abu yang keluar dari ash conveyor berwarna putih kecoklatan, atau dengan kata lain carbon habis teroksidasi jadi tidak ada sisa batubara yang tidak terbakar atau arang. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 13

27 Gambar 12 Boiler PLTU Indramayu Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 14

28 Ditinjau dari tekanan ruang bakar boilernya, PLTU dapat dibedakan menjadi: PLTU dengan Pressurised Boiler PLTU dengan Balanced Draft Boiler PLTU dengan Vacuum Boiler Sistem pengaturan tekanan ruang bakar (furnace pressure) biasa disebut draft atau tekanan statik didalam ruang bakar dimana proses pembakaran bahan bakar berlangsung. PLTU dengan pressurised boiler (tekanan ruang bakar positif) digunakan untuk pembakaran bahan bakar minyak atau gas. Tekanan ruang bakar yang positif diakibatkan oleh hembusan udara dari kipas tekan paksa (Forced Draft Fan, FDF). Gas buang keluar dari ruang bakar ke atmosfer karena perbedaan tekanan. Pressurised Boiler Vacuum Boiler Balanced Draft Boiler Gambar 13 Jenis-jenis Tekanan (Draft) Boiler PLTU dengan Balanced Draft Boiler (tekanan berimbang) biasa digunakan untuk pembakaran bahan bakar batubara. Tekanan ruang bakar dibuat sedikit dibawah tekanan atmosfir, biasanya sekitar 10 mmh 2 O. Tekanan ini dihasilkan dari pengaturan dua buah kipas, yaitu kipas hisap paksa (Induced Draft Fan, IDF) dan Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 15

29 kipas tekan paksa (Forced Draft Fan, FDF). FDF berfungsi untuk menyuplai udara pembakaran menuju ruang bakar (furnace) di boiler, sedangkan IDF berfungsi untuk menghisap gas dari ruang bakar dan membuang ke atmosfir melalui cerobong. Sedangkan PLTU dengan vacum boiler tidak dikembangkan lagi, sehingga saat ini tidak ada lagi yang menerapkan PLTU dengan boiler bertekanan negatif. Gambar 14 Skema Balanced Draft Boiler 2.2 Siklus Air dan Uap di Boiler Siklus Air Siklus air boiler merupakan suatu mata rantai rangkaian siklus fluida kerja. Boiler mendapat pasokan fluida kerja air dan menghasilkan uap untuk dialirkan ke turbin. Air sebagai fluida kerja diisikan ke boiler menggunakan pompa air pengisi (Boiler Feed Pump) dengan melalui economiser dan ditampung didalam steam drum boiler. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 16

30 Economiser adalah alat yang merupakan pemanas air terakhir sebelum masuk ke drum. Di dalam economiser air menyerap panas gas buang yang keluar dari superheater sebelum dibuang ke atmosfir melalui cerobong. Gambar 15 Economiser tipe pipa bersirip (finned tubes) Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 17

31 Peralatan yang dilalui dalam siklus air di boiler adalah drum boiler, down comer, header bawah (bottom header), dan riser. Siklus air di steam drum adalah, air dari drum turun melalui pipa-pipa down comer ke header bawah (bottom header). Dari header bawah air didistribusikan ke pipa-pipa pemanas (riser) yang tersusun membentuk dinding ruang bakar boiler. Didalam riser air mengalami pemanasan dan naik ke drum kembali akibat perbedaan temperatur. Gambar 16 Siklus air dan uap di boiler. Perpindahan panas dari api (flue gas) ke air di dalam pipa-pipa boiler terjadi secara radiasi, konveksi dan konduksi. Akibat pemanasan selain temperatur naik hingga mendidih juga terjadi sirkulasi air secara alami, yakni dari drum turun melalui down comer ke header bawah dan naik kembali ke drum melalui pipa-pipa riser. Adanya sirkulasi ini sangat diperlukan agar terjadi pendinginan terhadap pipa-pipa pemanas Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 18

32 dan mempercepat proses perpindahan panas. Kecepatan sirkulasi akan berpengaruh terhadap produksi uap dan kenaikan tekanan serta temperaturnya. Selain sirkulasi alami, juga dikenal sirkulasi paksa (forced circulation). Untuk sirkulasi jenis ini digunakan sebuah pompa sirkulasi (circulation pump). 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 antara lain : 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 17 Prinsip sirkulasi alami Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 19

33 COLD SIDE Ms Mw CIRCULATING PUMP ORIFICE Gambar 18. Prinsip sirkulasi paksa Gambar 19 Pipa riser dan dinding ruang bakar boiler. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 20

34 Drum boiler berfungsi untuk menampung dan mengontrol kebutuhan air di boiler. Fungsi lain yang tidak kalah pentingnya adalah memisahkan uap dan air. Untuk mengontrol kebutuhan air boiler, maka level air di drum harus dijaga konstan pada level normalnya. Level ini dapat dilihat di kontrol room maupun di lokal. Kualitas air di boiler juga harus dipantau dengan mengambil sampelnya dari air di drum. Gambar 20 Drum Boiler. SECONDARY SEPARATOR DRYER STEAM OUTLET FEED WATER INLET RISER TUBES BAFFLE PLATES PRIMARYY SEPARATOR DOWNCOMER Gambar 21 Konstruksi Drum Boiler. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 21

35 2.2.2 Siklus Uap a. Siklus Uap Utama (Main Steam System) Siklus uap utama dalam boiler adalah, uap dari drum boiler dalam kondisi jenuh dialirkan ke Superheater I (primary SH) dan ke Superheater II (secondary SH) kemudian ke outlet header untuk selanjutnya disalurkan ke turbin. Apabila temperatur uap (main steam) melebihi batas temperatur kerjanya, maka desuperheater menyemprotkan steam bersuhu yang lebih rendah untuk menurunkan temperatur main steam sehingga sesuai harga yang diinginkan. Desuperheater terletak diantara Superheater I dan Superheater II. Superheater berfungsi untuk memanaskan uap agar kandungan energi panas dan kekeringannya bertambah sehingga menjadi uap superheat (uap panas lanjut). Pemanasan dilakukan dalam dua atau tiga tahap. Sebagai pemanasnya adalah gas hasil pembakaran bahan bakar. Gambar 22 Siklus uap superheat Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 22

36 Generator 600MW Gambar 23 Siklus air - uap PLTU dengan Reheater b. Siklus Uap Panas Ulang (Reheat steam system) Pada PLTU dengan kapasitas > 100 MW dan mempunyai turbin multi cylinder, maka uap dari HP turbin dialirkan kembali ke boiler, yaitu ke reheater. Konfigurasi reheater sama dengan superheater. Reheater berfungsi untuk memanaskan uap dari HP (High Pressure) turbin agar kandungan energi panasnya meningkat lagi setelah memutar HP turbin. Uap ini selanjutnya dialirkan kembali ke IP (Intermediate Pressure) turbin. Pemanasan diperoleh dari gas buang yang keluar superheater. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 23

37 2.3 Sistem Udara dan Gas Sistem Udara Udara berfungsi untuk proses pembakaran bahan bakar sehingga disebut udara pembakaran. Udara berasal dari atmosfer dihisap oleh FD fan dan dialirkan ke air heater. Udara panas dari air heater kemudian masuk kedalam wind box dan selanjutnya didistribusikan ke tiap-tiap burner untuk proses pembakaran. Peralatan yang berada dalam siklus udara adalah Forced Draft Fan (FDF), air heater, dan wind box. FD fan berfungsi sebagai pemasok udara pembakaran, dimana udara ini diambil dari atmosfer. Air heater berfungsi untuk memanaskan udara pembakaran dengan memanfaatkan panas dari gas buang (flue gas). Wind box berfungsi untuk mendistribusikan udara pembakaran ke masing-masing burner agar terjadi proses pembakaran yang sempurna. Gambar 24 Siklus udara pembakaran. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 24

38 Gambar 25 Force Draught Fan Sistem Gas Gas panas hasil pembakaran atau disebut gas buang (flue gas) berfungsi sebagai sumber energi panas. Gas panas dari ruang bakar (furnace) dialirkan ke pipa-pipa Superheater I dan II, pipa-pipa reheater, economiser, dan ke air heater. Dari air heater gas masuk ke alat penangkap abu (Electrostatic Precipitator / EP). Dari EP gas dihisap oleh ID Fan untuk selanjutnya dibuang ke atmosfer melalui cerobong (stack). Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 25

39 Gambar 26 Siklus gas di boiler. Peralatan yang termasuk dalam sistem gas buang meliputi Air heater (AH), Electrostatic Precipitator (EP) atau Baghouse Filter, dan Induced Draft Fan (IDF). Air Heater, peralatan berfungsi untuk memanaskan udara pembakaran dengan memanfaatkan panas gas buang. Electrostatic Precipitator (EP) atau Baghouse Filter berfungsi untuk menangkap abu dan debu yang terbawa dalam gas sebelum dibuang ke atmosfir. Induced draft fan (IDF) berfungsi untuk menghisap gas dan membuang ke atmosfir melalui cerobong. IDF juga berfungsi mengontrol tekanan ruang bakar agar selalu sedikit vakum. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 26

40 Gambar 27 Electrostatic Precipitator Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 27

41 Gambar 28 Air Heater 2.4 Sistem Bahan Bakar Minyak Dan Batu Bara Sistem Bahan Bakar Minyak Bahan bakar minyak yang digunakan terdiri dari Minyak HSD / High Speed Diesel (solar) Minyak MFO / Marine Fuel Oil (residu) Fungsi minyak HSD pada PLTU batubara maupun PLTU minyak adalah sebagai bahan bakar penyala awal dan pembakaran awal. Sedangkan fungsi minyak MFO pada PLTU minyak adalah sebagai bahan bakar utama. a. HSD Persediaan minyak HSD (High Speed Diesel) ditampung dalam tangki atau bunker. Untuk menyalurkan minyak HSD ke alat penyala (ignitor) digunakan pompa dengan melalui filter, katup penutup cepat, katup pengatur dan flow meter. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 28

42 Untuk kesempurnaan proses pembakaran, maka HSD yang disemprotkan ke ruang bakar diatomisasi (dikabutkan) dengan menggunakan uap atau udara. Pengaturan pembakaran atau panas yang masuk boiler dapat dilakukan dengan mengatur aliran HSD dan dengan menambah atau mengurangi ignitor yang operasi. b. MFO Persediaan minyak MFO (Marine Fuel Oil) di PLTU ditampung dalam tangki persediaan (storage tank), sedangkan untuk penggunaan sehari-hari dilayani dengan tangki harian (day tank). Untuk mengalirkan MFO dari day tank ke burner (pembakar) digunakan pompa dengan melalui filter, katup penutup cepat, pemanas (oil heater), katup pengatur dan flow meter. Pemanas berfungsi untuk menurunkan kekentalan MFO agar dapat disemprotkan oleh burner. Sebagaimana pada minyak HSD untuk kesempurnaan reaksi pembakaran, maka pada burner minyak MFO dikabutkan dengan menggunakan uap atau secara mekanik. Pengaturan aliran MFO ke burner dengan menggunakan katup pengatur aliran. Gambar 29 Diagram sistem BBM Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 29

43 BOILER RETURN FO RETURN CONTROL RECIRCULATION VALVE SUPPLY HEADER FO SUPPLY CONTROL TRANSFER LINE FLOWMETER RECIRCULATION LINE RETURN LINE SHUT OFF VALVE FLOWMETER DAY TANK FO PUMP HEATER STEAM STRAINER CONDENSATE Gambar 31. Siklus bahan bakar MFO. Gambar 30 Contoh Burner MFO dengan pengabutan uap. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 30

44 2.4.2 Sistem Bahan Bakar Batu Bara Bahan bakar batubara pada PLTU batubara adalah sebagai bahan bakar utama. Persediaan batubara ditampung di lapangan terbuka (coal stock area) dan untuk melayani kebutuhan pembakaran di boiler, batubara ditampung pada bunker (silo) di tiap boiler. Pemasokan batubara dari bunker ke burner ruang bakar dilakukan melalui coal feeder, mill / pulveriser (PC Boiler), dan coal pipe. Pengaturan dan pencatatan jumlah aliran batubara dilakukan dengan coal feeder. Gambar 31. Belt Feeder. Mill (pulverizer) berfungsi untuk menggerus batu bara sehingga menjadi serbuk (± 200 mesh). Sedangkan untuk membawa serbuk batu bara ke burner, dihembuskan udara primer ke mill. Udara primer dihasilkan oleh Primary Air Fan (PAF) dan sebelum masuk ke mill dipanaskan terlebih dahulu pada pemanas udara primer (Primary Air Heater) sehingga cukup untuk mengeringkan serbuk batu bara. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 31

45 Gambar 32 Sistem suplai bahan bakar batubara ke burner Gambar 33 Penempatan burner batubara pada ruang bakar Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 32

46 Gambar 34 Sistem Bahan Bakar Gambar 35 Mill / Pulverizer Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 33

47 2.5 Sistem Penanganan Abu dan Debu Proses pembakaran bahan bakar bertujuan untuk menghasilkan panas, tetapi selain panas terdapat material lain sisa pembakaran, yaitu debu terutama apabila menggunakan bahan bakar batubara. Abu dan debu merupakan limbah proses pembakaran yang dapat mencemari lingkungan. Instalasi penanganan abu debu terdiri dari : 1. Sarana penangkap dan penampung abu sementara Didalam boiler abu debu dapat terkumpul dimana saja didaerah sepanjang ruang bakar sampai cerobong. Abu hasil pembakaran dibedakan menjadi 2 macam, yaitu : abu yang mengendap (abu kasar) dan abu terbang (fly ash) bersama asap. Abu yang mengendap akan akan jatuh terkumpul dan ditampung dibagian bawah boiler (bottom ash hopper). Hopper penampung abu debu dipasang pada beberapa lokasi diboiler, yaitu : furnace bottom ash hopper, air heater hopper, economizer hopper dan electrostatic precipitator hopper. Sistem penanganan Abu didasar boiler (bottom Ash hopper) dengan abu ditampung dan didinginkan didalam hopper dengan air dan diangkut dan dibawa dalam keadaan basah ke system konveyor melalui submerged scrapper conveyor (SSC) dan vibrating grid. Sistem Abu Terbang (fly Ash) menangani abu sisi pembakaran yang terbawa gas buang dalam lintasannya dari ruang bakar ke cerobong. Untuk menangkap abu terbang digunakan alat penangkap abu yang dipasang pada saluran gas buang sebelum ID Fan. Alat ini ada yang bekerja dengan cara mekanik disebut dust collector atau mechanical grit arrestor, dan dengan cara electrostatic precipitator (EP). - Penangkap debu mekanik bekerja berdasarkan gaya sentrifugal, dimana partikel debu yang lebih berat disbanding gas asap akan jatuh dan ditampung sedangkan gas asap terus mengalir ke cerobong. - Penangkap debu electric bekerja berdasarkan gaya elektrostatik dimana gas asap yang mengandung debu melewati medan listrik static yang ada antara dua Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 34

48 electrode. Partikel debu akan bermuatan ketika melewati medan listrik ini sehingga menempel pada electrode. Debu yang terkumpul secara periodic dirontokkan dari electrode dan ditampung dalam hopper, sedangkan gas asap yang sudah bebas dari debu mengalir menuju cerobong. 2. Sarana transportasi dan penampungan abu/debu Abu debu dari hopper-hopper harus segera diangkut kelokasi pembuangan. Metode pengangkutan dapat dengan beberapa cara, yaitu : dengan truk, dengan pompa, atau dengan system conveyor. Abu debu dapat langsung diangkut dalam kondisi kering atau diproses terlebih dahulu. Metode yang dipilih tergantung pada jarak ke lokasi pembuangan dan system pemrosesan abu. Gambar 36 System Ash handling Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 35

49 3. TURBIN UAP DAN ALAT BANTU 3.1 Prinsip Kerja Turbin Uap Turbin uap berfungsi untuk mengubah energi panas yang terkandung dalam uap menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran. Uap dengan tekanan dan temperatur tinggi mengalir melalui nosel sehingga kecepatannya naik dan mengarah dengan tepat untuk mendorong sudu-sudu turbin yang dipasang pada poros. Akibatnya poros turbin bergerak menghasilkan putaran (energi mekanik). Uap yang telah melakukan kerja di turbin tekanan dan temperatur turun hingga kondisinya menjadi uap basah. Uap keluar turbin ini kemudian dialirkan kedalam kondensor untuk didinginkan agar menjadi air kondensat, sedangkan tenaga putar yang dihasilkan digunakan untuk memutar generator. Gambar 37 Prinsip Kerja Turbin Uap Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 36

50 Gambar 40. Gambar 38 Turbin Uap 3.2 Jenis dan Karakteristik Turbin Uap Jenis turbin menurut prinsip kerjanya terdiri dari : Turbin Impuls (aksi) Turbin impuls atau turbin tekanan tetap, adalah turbin yang ekspansi uapnya hanya terjadi pada sudu-sudu tetap atau nosel. Ketika uap melewati sudu tetap, maka tekanan turun dan uap mengalami peningkatan energi kinetik. Sudu-sudu tetap berfungsi sebagai nosel (saluran pancar) dan mengarahkan aliran uap ke sudu-sudu gerak Turbin Reaksi Sedangkan Turbin reaksi penurunan tekanan terjadi pada sudu tetap dan sudu gerak. Kedua jenis turbin ini mempunyai karakteristik yang berbeda seperti ditunjukkan dalam gambar dibawah. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 37

51 Gambar 39 Jenis turbin dan karakteristiknya Tingkatan Sudu Sudu Turbin Impuls Berdasarkan tingkatannya (stages), turbin impuls dapat dibedakan : a. Turbin Impuls Bertingkat Tekanan Turbin impuls disebut bertingkat tekanan jika semua jajaran dari sudu-sudu tetap merupakan nosel-nosel. Tekanan uap diturunkan secara bertahap sebagaimana ditunjukkan pada gambar di bawah. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 38

52 b. Turbin Impul Bertingkat Kecepatan Gambar 40 Turbin impuls bertingkat tekanan Turbin impuls dikatakan bertingkat kecepatan bila seluruh penurunan tekanan terjadi di baris pertama dari sudu-sudu tetap (nosel). Selanjutnya uap akan mengalir melintasi tingkat-tingkat berikutnya dimana setiap kali melintasi jajaran sudu gerak sehingga kecepatan uap mengalami penurunan sehingga penurunan kecepatan uap berlangsung secara bertahap. Dalam hal ini sudu tetap hanya berfungsi sebagai pengarah uap ke baris sudu gerak berikutnya. Penurunan tekanan uap terjadi secara bertahap setiap melintasi jajaran sudu-sudu gerak, seperti yang terlihat pada gambar di bawah. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 39

53 Gambar 41 Turbin impuls bertingkat kecepatan c. Turbin Impuls Bertingkat Tekanan dan Kecepatan Turbin ini merupakan kombinasi dari turbin bertingkat tekanan dengan turbin bertingkat kecepatan yang dijelaskan diatas. Diagram dan karakteristik turbin ini seperti ditunjukkan dalam gambar. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 40

54 Gambar 42 Turbin Impuls Bertingkat Tekanan dan Kecepatan. Jenis turbin menurut banyaknya silinder dibagi menjadi : Single cylinder Multi cylinder Jenis turbin menurut jumlah aliran uap masuk dibagi menjadi : Single flow Double flow Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 41

55 Gambar 43 Turbin single silinder dan multi silinder. Sudu Bentuk Memuntir (Vortex) Pada turbin High Pressure (Tekanan Tinggi) ukuran tinggi dari sudu sudunya relatif kecil dibanding dengan diameter dari rotor sehingga variasi kecepatan sudu (tangential) mulai dari pangkal hingga ke ujung sudu tidak terlalu besar. Karena itu Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 42

56 profil sudu untuk turbin tekanan tinggi umumnya mempunyai bentuk yang sama dari pangkal sudu sampai keujung. Tetapi tidak demikian halnya dengan sudu sudu yang lebih panjang, khususnya pada turbin L.P. (tekanan rendah) dimana variasi kecepatan sudu mulai dari pangkal hingga ke ujung menjadi cukup besar. Variasi kecepatan ini akan mempengaruhi efisiensi sudu. Efisiensi dari sudu bervariasi dengan perbandingan : Kecepatan Sudu Kecepatan Uap masuk ke sudu - sudu Perbandingan ini dikatakan sebagai perbandingan kecepatan. Bentuk kurva efisiensi dari sudu-sudu jenis impuls dan reaksi diperlihatkan pada gambar 9.8. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa nilai optimum dari perbandingan kecepatan adalah : Impuls = 0,5 Reaksi = 0,9 Dengan kata lain, untuk memperoleh efisiensi maksimum, kecepatan sudu untuk jenis impuls sangat kecil dibandingkan kecepatan sudu jenis reaksi pada kecepatan uap yang sama. Ini menyebabkan sudu-sudu gerak yang panjang harus berprofil impuls pada bagain pangkal dan berprofil reaksi pada bagian ujung. Sudut masuk dari sudu sudu berubah secara bertahap mulai dari pangkal hingga ke ujung sudu sehingga tetap dapat diperoleh efisiensi yang optimum meskipun ukuran tinggi sudu cukup panjang. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 43

57 Gambar 44 Kurva Efisiensi Sudu-sudu Untuk mengurangi stres akibat gaya sentrifugal, maka sudu sudu gerak yang panjang ini dibuat meruncing dari pangkal ke ujung. Semua ini akan menghasilkan bentuk sudu yang lancip dan memuntir dari pangkal ke ujung yang dikenal sebagai Sudu Vortex. Gambar 45 Sudu bentuk vortex Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 44

58 Karena separuh penurunan tekanan uap pada setiap tingkat terjadi pada sudu tetap akibat pengaruh 50 % reaksi, maka tekanan uap disisi luar dari sudu jalan menjadi lebih besar dibanding tekanan pada sisi dalam sudu. Hal ini akan membantu aliran uap melalui sudu sudu untuk melawan pengaruh gaya sentrifugal yang cenderung melemparkan uap ke arah sisi luar dari sudu sudu. 3.3 Konstruksi dan Bagian Utama Turbin Uap Casing Casing adalah bagian yang diam merupakan rumah atau wadah dari rotor. Pada casing terdapat sudu-sudu diam (disebut stator) yang dipasang melingkar dan berjajar terdiri dari beberapa baris yang merupakan pasangan dari sudu gerak pada rotor. Sudu diam berfungsi untuk mengarahkan aliran uap agar tepat dalam mendorong sudu gerak pada rotor. Gambar 46 Bagian utama turbin uap. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 45

59 Gambar 47 Sudu tetap (Stator) Rotor Rotor adalah bagian yang berutar terdiri dari poros dan sudu-sudu gerak yang terpasang mengelilingi rotor. Jumlah baris sudu gerak pada rotor sama dengan jumlah baris sudu diam pada casing. Pasangan antara sudu diam dan sudu gerak disebut tingkat (stage). Sudu gerak (rotor) berfungsi untuk mengubah energi kinetik uap menjadi energi mekanik. Selain casing dan rotor turbin dilengkapi dengan bantalan, katup utama, turning gear, dan sistem-sistem bantu seperti sistem pelumasan, sistem jacking serta sistem perapat. Gambar 48 Rotor turbin uap Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 46

60 Bantalan Fungsi bantalan adalah untuk menopang dan menjaga rotor turbin agar tetap pada posisi normalnya. Ada dua macam bantalan pada turbin, yaitu Bantalan journal yang berfungsi untuk menopang dan mencegah poros turbin dari pergeseran arah radial Bantalan aksial (thrust bearing) yang berfungsi untuk mencegah turbin bergeser kearah aksial. Di dalam bantalan kemungkinan dapat terjadi kontak (gesekan) antara bagian yang berputar dengan bagian yang diam. Untuk mengurangi gesekan langsung, maka pada bantalan diberikan minyak pelumas bertekanan. Gambar 49 Bantalan jurnal. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 47

61 Gambar 50 Bantalan aksial Katup Utama Katup utama turbin terdiri dari Main Stop Valve (MSV) dan Governor Valve (GV). Pada turbin dengan kapasitas > 100 MW dilengkapi dengan katup uap reheat, yaitu Reheat Stop Valve (RSV) dan Interceptor Valve (ICV). Main Stop Valve (MSV) Gambar 51 Main Stop Valve Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 48

62 Katup ini berfungsi sebagai katup penutup cepat jika turbin trip atau sebagai katup pengisolasi turbin terhadap uap masuk. MSV bekerja dalam dua posisi yaitu menutup penuh atau membuka penuh. Pada saat turbin beroperasi maka MSV membuka penuh. Sebagai penggerak untuk membuka MSV digunakan tekanan minyak hidrolik. Sedangkan untuk menutupnya digunakan kekuatan pegas. Governor Valve (GV) Turbin harus dapat beroperasi dengan putaran yang konstan pada beban yang berubah ubah. Untuk membuat agar putaran turbin selalu tetap digunakan governor valve yang bertugas mengatur aliran uap masuk turbin sesuai dengan bebannya. Sistem governor valve yang digunakan umumnya adalah mechanic hydraulic (MH) atau electro hydraulic (EH). Gambar 52 Main Steam Flow (UBP Suralaya Unit 5-7) Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 49

63 3.4 Sistem Pelumasan dan Jacking Turbin Uap Sistem Pelumasan Turbin tidak boleh diputar tanpa adanya pelumasan sehingga pelumasan bantalan sangatlah penting. Parameter utama dari sistem pelumasan adalah tekanan. Untuk menjamin tekanan minyak pelumas yang konstan disediakan beberapa pompa minyak pelumas : 1. Main Oil Pump (MOP) 2. Auxiliary Oil Pump (AOP). 3. Emergency Oil Pump (EOP) Main Oil Pump adalah pompa pelumas utama yang digerakan oleh poros turbin sehingga baru berfungsi ketika putaran turbin mencapai lebih dari 95 %. Auxiliary Oil Pump adalah pompa yang digerakkan dengan motor listrik AC. Pompa ini berfungsi pada start up dan shut down turbin serta sebagai back up bila tekanan minyak pelumas dari MOP turun. Emergency Oil Pump adalah pompa yang digerakkan dengan motor listrik DC dan digunakan sebagai cadangan atau darurat ketika pasok listrik AC hilang. Gambar 53 Sistem pelumasan Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 50

64 Sistem Jacking Oil Pada turbin kapasitas besar, berat rotornya juga besar sehingga dalam keadaan diam rotor tersebut akan menyingkirkan lapisan minyak pelumas dari permukaan poros dan bantalan. Dalam keadaan seperti ini, bantalan atau poros akan rusak bila diputar. Untuk menghindari kerusakan akibat tiadanya pelumasan diantara poros dan bantalan, maka digunakan sistem jacking oil. Jacking oil berfungsi untuk mengangkat poros dengan minyak tekanan tinggi. Gambar 54 Sistem Jacking Oil 3.5 Turning Gear Rotor turbin yang berat dan panjang apabila dibiarkan dalam keadaan diam dalam waktu yang lama dapat melendut. Pelendutan menjadi lebih nyata apabila dari kondisi operasi yang panas langsung berhenti. Untuk mencegah terjadinya pelendutan, maka rotor harus diputar perlahan secara kontinyu atau berkala. Alat untuk memutar rotor turbin ini disebut turning gear atau bearing gear. Turning gear digerakkan dengan motor listrik melalui roda gigi dengan kecepatan putar antara 3-40 rpm. Turning gear juga memberikan torsi pemutar awal ketika turbin start. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 51

65 Gambar 55 Turning Gear 3.6 Sistem Perapat Poros Celah diantara casing (bagian yang diam) dan rotor (bagian yang berputar) turbin menyebabkan terjadinya kebocoran uap keluar atau udara masuk turbin. Untuk mencegah kebocoran pada celah tersebut dipasang perapat. Sistem perapat dilakukan dengan memasang labirin (sirip-sirip) pada casing maupun rotor secara berderet. Tetapi perapat yang hanya menggunakan labirin masih memungkinkan terjadinya kebocoran. Untuk itu pada labirin diberikan fluida uap sebagai media perapat (gland seal steam). Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 52

66 Gambar 56 Gland seal system Gambar 57 Gland seal steam dan perapat labirin Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 53

67 Gambar 58 Siklus uap perapat (Gland Seal Steam) 3.7 Sistem Uap Ekstraksi (Extraction/Bleed Steam System) Selama melintasi turbin hingga keluar ke kondensor, uap dicerat (diekstrak) di beberapa titik dan pada umumnya uap ini dialirkan ke pemanas awal air pengisi (Feed water Heater) untuk memanaskan air kondensat atau air pengisi. Uap tersebut dinamakan uap ekstraksi. Gambar di bawah memperlihatkan ketiga sistem uap tersebut, dimana garis tebal putus-putus menunjukkan sistem uap ekstraksi dan garis tebal menyatakan sistem uap utama serta sistem uap reheat. Fungsi dari Sistem Ektraksi adalah meningkatkan efisiensi termal dengan cara melakukan pemanasan awal pada air pengisi melalui proses heat transfer dari uap ekstraksi yang dicerat dari turbin pada tingkat tertentu. Dengan dinaikkannya temperatur air pengisi, maka jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk proses produksi uap akan lebih kecil. Sistem uap ekstraksi ini sudah diterapkan pada turbin uap yang digunakan untuk pembangkit listrik. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 54

68 Gambar 59 Sistem Uap Ekstraksi Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 55

69 4. KONDENSOR DAN ALAT BANTUNYA 4.1 Prinsip Kerja Kondensor Kondensor adalah peralatan yang berfungsi untuk mengubah uap menjadi air. Proses perubahannya dilakukan dengan cara mengalirkan uap ke dalam suatu ruangan yang berisi pipa-pipa (tubes). Uap mengalir di luar pipa-pipa (shell side) sedangkan air sebagai pendingin mengalir di dalam pipa-pipa (tube side). Kondensor seperti ini disebut kondensor tipe surface (permukaan). Kebutuhan air untuk pendingin di kondensor sangat besar sehingga dalam perencanaan biasanya sudah diperhitungkan. Air pendingin diambil dari sumber yang cukup persediannya, yaitu dari danau, sungai atau laut. Posisi kondensor umumnya terletak dibawah turbin sehingga memudahkan aliran uap keluar turbin untuk masuk kondensor karena gravitasi. Gambar 60 Prinsip kerja kondensor Laju perpindahan panas tergantung pada aliran air pendingin, kebersihan pipa-pipa dan perbedaan temperatur antara uap dan air pendingin. 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 Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 56

70 temperatur udara luar. Apabila laju perpindahan panas terganggu, maka akan berpengaruh terhadap tekanan dan temperatur. 4.2 Konstruksi Kondensor Aliran air pendingin ada dua macam, yaitu satu lintasan (single pass) atau dua lintasan (double pass). Untuk mengeluarkan udara yang terjebak pada water box (sisi air pendingin), dipasang venting pump atau priming pump. Udara dan non condensable gas pada sisi uap dikeluarkan dari kondensor dengan ejector atau pompa vakum. Gambar 61 Kondensor tipe permukaan (surface condenser) Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 57

71 4.3 Sistem Air Pengisi Gambar 62 Konstruksi Kondensor Sistem air kondensat Sistem air kondensat merupakan sumber pasokan utama untuk sistem air pengisi ketel. Mayoritas air kondensat berasal dari proses kondensasi uap bekas di dalam kondensor. Rentang sistem air kondensat adalah mulai dari hotwell sampai ke Dearator. Selama berada dalam rentang sistem air kondensat, air mengalami 3 proses utama yaitu mengalami pemanasan, mengalami pemurnian dan mengalami deaerasi. Pada saat melintasi sistem air kondensat, air mengalami pemanasan pada berbagai komponen antara lain di gland steam condensor, di air ejector dan di beberapa pemanas awal air pengisi tekanan rendah. Pemanasan ini dilakukan untuk meningkatkan efisiensi siklus serta menghemat pemakaian bahan bakar. Bila air kondensat tidak dipanaskan, berarti membutuhkan lebih banyak bahan bakar untuk Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 58

72 menaikkan temperatur air didalam ketel. Selain itu, air kondensat juga mengalami proses pemurnian untuk mengurangi pencemar-pencemar padat dan cair yang terkandung dalam air kondensat. Gambar 63 Sistem Air Kondensat (UBP Suralaya unit 5-7) Pemurnian yang dilakukan didalam sistem air kondensat termasuk sistem pemurnian didalam siklus (Internal Treatment) yang dapat dilakukan dengan cara mengalirkan air kondensat melintasi penukar ion (Condensate Polishing) bila ada, maupun secara kimia melalui penginjeksian bahan - bahan kimia. Melalui proses pemurnian internal ini, maka pencemar yang dapat mengakibatkan deposit maupun korosi pada komponen-komponen ketel dapat dihilangkan sehingga kualitas air kondensat menjadi lebih baik. Terjadinya deposit di ketel yang disebabkan oleh kualitas air yang buruk, dapat mengakibatkan terhambatnya proses perpindahan panas didalam ketel dan pada kondisi ekstrim dapat mengakibatkan bocornya pipa-pipa ketel akibat over heating. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 59

73 Deaerasi adalah proses pembuangan pencemar gas dari dalam air kondensat. Gasgas pencemar yang ada dalam air kondensat misalnya oksigen (O 2 ), carbondioksida (CO 2 ) dan non condensable gas lainnya. Pencemar gas dapat menyebabkan korosi pada saluran dan komponen-komponen yang dilaui air kondensat. Proses deaerasi ini terjadi didalam deaerator yang merupakan komponen paling hilir (akhir) dari sistem air kondensat. Ilustrasi sistem air kondensat terlihat seperti pada gambar dibawah ini : Komponen-komponen yang terdapat pada sistem air kondensat antara lain : a. Hotwell. Hotwell adalah tangki penampung yang terletak dibagian bawah kondensor dan berfungsi untuk menampung air hasil kondensasi uap bekas didalam kondensor sebagai pemasok utama sistem air kondensat. Tetapi perlu diketahui bahwa hasil kondensasi uap bekas tidak selalu mencukupi kebutuhan untuk sistem kondensat. Oleh karena itu, level air kondensat dalam hotwell harus selalu dimonitor. Bila level hotwell terlalu rendah, maka pompa kondesat akan trip untuk mengamankan pompa. Manakala level hotwell terlalu tinggi, maka air kondensat akan merendam pipa-pipa pendingin kondensor, sehingga dapat mengurangi proses pendinginan dalam kondensor. Hal ini dapat mengakibatkan menurunnya laju kondensasi uap bekas sehingga menurunkan vacum kondensor. Untuk menjaga stabilitas level hotwell, umumnya disediakan Hotwell Level Control yang akan mengontrol level hotwell decara otomatis. Bila level hotwell turun dari harga yang semestinya, maka Hotwell Level Control akan memerintahkan katup air penambah (make up water) untuk membuka sehingga air penambah akan mengalir masuk kedalam hotwell akibat tarikan vacum kondensor. Ketika level hotwell kembali ke kondisi normal, Hotwell Level Control akan memerintahkan katup air penambah untuk menutup. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 60

74 Bila level hotwell terlalu tinggi, maka Hotwell Level Control akan memerintahkan katup pelimpah (Spill Over/Overflow Valve) untuk membuka dan mengalirkan air kondensat melaui pompa kondensat, saluran pelimpah dan kembali ke Tangki air penambah. Ketika level hotwell kembali normal, maka katup pelimpah akan menutup kembali. b. Pompa Kondesat (Condensate Pump). Berfungsi untuk mengalirkan air kondensat dari hotwell melintasi sistem air kondensat menuju ke deaerator. Umumnya sistem kondensat memiliki 2 buah pompa kondensat yaitu 1 untuk cadangan (stand by) dan satu lagi beroperasi.jenis pompa yang banyak dipakai adalah pompa sentrifugal bertingkat (multy stage). Hal yang perlu diperhatikan adalah bahwa sisi hisap pompa kondensat berhubungan dengan hotwell yang vakum. Untuk menjamin kontinuitas aliran air ke sisi hisap (suction) pompa, maka tekanan pada sisi hisap pompa paling tidak harus sama dengan tekanan kondensor. Berkaitan dengan hal tersebut, maka sisi hisap pompa dilengkapi dengan saluran penyeimbang tekanan (Equalizing / Balancing Line) agar tekanan pada sisi hisap pompa selalu sama dengan tekanan kondensor. Faktor yang perlu diperhatikan oleh operator adalah bahwa katup isolasi (bila ada) pada saluran penyeimbang ini harus selalu terbuka selama pompa beroperasi. Pada mulut saluran hisap pompa kondensat didalam hotwell biasanya dipasang Vortex Eliminator untuk mencegah terjadinya pusaran air (vortex). Bila pusaran ini sampai terjadi, maka pompa kondensat akan mengalami kavitasi yang dapat merusak pompa. Kavitasi ini juga dapat timbul bila temperatur air kondensat didalam hotwell terlalu tinggi. Pompa kondensat juga dilengkapi oleh saringan (strainer) pada sisi hisapnya. Disamping itu juga dilengkapi oleh katup isolasi yang dipasang sisi hisap dan sisi tekan pompa. Ketika akan mencuci saringan, kedua katup isolasi ini harus ditutup rapat. Pada saat membuka katup isolasi sisi hisap, lakukan secara hati-hati karena setelah pencucian strainer, rumah strainer masih terisi udara. Pada sisi tekan pompa Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 61

75 juga dipasang katup satu arah (check valve) untuk mencegah aliran balik terhadap pompa. c. Gland Steam Condensor. Gland steam condensor adalah penukar panas untuk mengkondensasikan uap bekas dari perapat poros turbin. Uap bekas ini akan memanaskan air kondensat dari pompa kondensat yang dialirkan melintasi gland steam condensor. Karena panasnya diserap oleh air kondensat, uap bekas dari perapat poros akan mengembun dan selanjutnya dialirkan ke hotwell hingga bercampur dengan air hotwell. Didalam gland steam condensor, air kondensat mengalir dibagian dalam pipa sedang uap bekas perapat berada diluar pipa. Gland steam condensor dilengkapi dengan Fan penghisap (exhauster Fan) yang berfungsi untuk membuat tekanan Gland Steam Condensor sisi uap sedikit vacum. Dengan kevacuman ini, maka uap bekas perapat turbin akan mudah mengalir kedalam gland steam condensor. Tekanan dalam Gland Steam Condensor berkisar antara - 8 sampai - 15 inchi kolom air. d. Condensate Polisher (bila ada) Merupakan perangkat penukar ion seperti demineralizer plant yang ditempatkan didalam siklus air kondensat. Fungsinya untuk menjaga kualitas air kondensat. Condensate Polisher akan mengikat calcium, magnesium, sodium sulphate, chlorid dan nitrat dari air kondensat melalui penukar ion. Cara ini telah terbukti sangat efektif untuk menghilangkan garam-garam dari air kondensat. Penukar ion yang dipakai umumnya dari jenis campuran resin penukar kation dan resin penukar anion (mix bed). Pertama-tama, ion bermuatan positif (kation) dari air kondesat (Calcium, magnesium dan sodium) akan ditukar oleh resin penukar kation. Setelah itu baru ion bermuatan negatif (anion) dari air kondensat (sulphate, chloride dan nitrate) akan ditukar oleh resin penukar anion. Setelah beroperasi beberapa lama, resin - resin tersebut akan menjadi jenuh dan tidak mampu lagi menukar ion. Dalam kondisi seperti ini, resin-resin tersebut harus diregenerasi agar dapat aktif kembali. Tangki Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 62

76 mix bed dengan resin yang sudah jenuh harus dinon aktifkan dan ditukar dengan tangki mixbed satunya lagi (umumnya tersedia 2 tangki mixbed). Resin yang jenuh dalam tangki mixbed yang tidak aktif kemudian harus dipindahkan ke tangki regenerasi. Salah satu sarana transportasi yang banyak digunakan untuk memindakan resin yang jenuh ke tangki regenerasi adalah udara bertekanan (compresed air). Gambar 64 Line Condensate Polisher Dengan dihembus oleh udara bertekanan, resin dialirkan melalui pipa ke tangki regenerasi. Setelah regenerasi selesai dilakukan di tangki regenerasi, resin dialirkan kembali ke tangki mix bed agar dapat dipergunakan bila kondisi membutuhkan. Condensate polisher juga dilengkapi dengan katup pintas (bypass) untuk mengalirkan air kondensat tanpa melewati condensate polisher. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 63

77 e. Condensate Polisher Booster Pump. Dengan adanya pompa booster ini, maka tekanan kerja pompa kondensat dapat dibuat relatif rendah guna menjamin kondisi yang aman bagi condensate polisher. Setelah melewati condensate polisher, tekanan air kondesat dinaikkan oleh pompa booster condensate polisher agar mampu mengalir hinggga sampai kedeaerator. Umumnya sistem dilengkapi oleh 2 buah pompa booster dimana 1 buah beroperasi sedang satu lainnya stand by. Pompa ini juga dilengkapi dengan proteksi terhadap tekanan sisi hisap rendah sehingga bila tekanan sisi hisapnya terlalu rendah, maka pompa booster ini akan trip. f. Steam Air Ejector Condensor Pada PLTU yang menggunakan ejector uap untuk mempertahankan vakum kondensor, maka uap bekas bercampur non condensable gas yang masih mengandung energi panas dipakai untuk memanaskan air kondensat yang dialirkan lewat steam air ejector condenser. Dengan cara ini maka panas yang terkandung dalam campuran uap tadi akan diserap oleh air kondensat sehingga temperatur air kondensat keluar dari steam air ejector condenser akan mengalami kenaikkan. Uap yang telah diserap panasnya akan mengembun dan airnya dialirkan ke hotwell. g. Saluran Resirkulasi (Condensate Recirculation Line). Dalam sistem air kondensat, pada lokasi setelah condensate polisher terdapat saluran simpang kembali ke kondensor / hotwell. Saluran simpang ini disebut saluran resirkulasi. Saluran ini berfungsi sebagai proteksi terhadap komponenkomponen pompa kondensat, gland steam condenser, condensate polisher, condensate polisher booster pump dan steam air ejector condensor. Saluran ini dilengkapi dengan katup pengatur otomatis yang mendapat signal pengaturan dari besarnya aliran air kondensat yang menuju deaerator. Bila aliran sangat rendah, maka katup resirkulasi ini akan membuka dan mengalirkan kembali (meresirkulasi) sebagian air kondensat kembali kehotwell. Dengan cara ini berarti komponen - Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 64

78 komponen seperti tersebut diatas selalu dilewati aliran air kondensat yang senantiasa cukup. Bila aliran air kondensat ke deaerator semakin bertambah tinggi, maka katup resirkulasi akan menutup. Pada beberapa PLTU, saluran ini juga disebut saluran minimum flow karena berfungsi untuk menjamin selalu tercapainya aliran minimum air kondensat sesuai kebutuhan dari komponen-komponen yang disebut di atas. Gambar 65 Saluran Resirkulasi h. Katup Pengatur Aliran Kondensat / Katup Pengontrol Level Deaerator. Katup ini terpasang di saluran air kondensat menuju deaerator yang berfungsi untuk mengontrol level deaerator. Dalam posisi pengaturan otomatis katup ini dikendalikan oleh level deaerator. Bila level deaerator turun, pembukaan katup akan bertambah besar sehingga aliran air kondensat menuju deaerator juga akan meningkat. Pada saat level deaerator tinggi, pembukaan katup akan berkurang untuk mengurangi aliran air kondensat ke deaerator. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 65

79 Pada beberapa PLTU, terdapat 2 macam katup pengontrol level deaerator, yaitu katup pengontrol untuk kondisi normal operasi dan katup pengontrol untuk kondisi start up/beban rendah. Katup yang pertama berfungsi untuk mengatur aliran air kondensat ketika unit sudah berada dalam kondisi normal operasi pada beban yang cukup dimana aliran air kondensat sudah cukup tinggi. Katup yang kedua berfungsi untuk mengatur aliran air kondensat ketika unit sedang start up atau ketika beroperasi pada beban rendah. Pada saat ini, dibutuhkan aliran yang masih relatif rendah, serta variasi perubahan aliran yang relatif kecil. Dimensi katup maupun saluran pipa katup ini lebih kecil dibanding katup pertama sehingga memungkinkan pengaturan aliran dengan variasi yang halus. Gambar 66 Pengaturan Level Deaerator Pada jenis PLTU yang menggunakan variasi putaran untuk mengatur aliran air kondensat, katup pengatur seperti tersebut tidak tersedia dalam sistem air kondensat. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 66

80 i. Pemanas awal air tekanan rendah (LP heater) Pemanas awal air tekanan rendah berfungsi untuk meningkatkan efisiensi siklus dengan cara memanaskan air kondensat yang melintasinya. Media pemanas yang digunakan adalah uap yang dicerat / diekstrak dari turbin dan disebut uap ekstraksi (bleed steam / extraction steam). Pemanas ini umumnya tipe permukaan (surface) dimana air mengalir dibagian dalam pipa sedang uap ekstraksi dibagian luar pipa. Kondensasi uap ekstraksi yang terbentuk dialirkan ke pemanas awal air tingkat yang lebih rendah atau langsung ke kondensor. Gambar di bawah ini memperlihatkan sebuah pemanas awal beserta kelengkapannya. j. Deaerator Gambar 67 Low Pressure Heater (LPH) Deaerator merupakan komponen paling hilir dari sistem air kondensat. Merupakan pemanas tipe kontak langsung (direct contact heater). Memiliki 2 fungsi utama yaitu Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 67

81 untuk memanaskan air kondensat dan sekaligus menghilangkan gas-gas (non condensable gas) dari air kondensat. Media pemanas yang digunakan adalah juga uap ekstraksi. Didalam deaerator terjadi kontak langsung antara air kondesat dengan uap pemanas. Akibat percampuran ini, maka temperatur air kondensat akan naik hingga hampir mencapai titik didihnya. Semakin dekat temperatur air kondensat dengan titik didihnya, semakin mudah pula proses pemisahan air dengan oksigen dan gas-gas lainnya yang terlarut dalam air kondensat. Ada beberapa tipe deaerator, tetapi yang banyak dipakai adalah tipe Spray & Tray, seperti yang terlihat pada gambar di bawah : Gambar 68 Deaerator Tipe Spray & Tray Pada deaerator tipe ini, air kondensat yang masuk dikabutkan melalui jajaran pengabut (spray) untuk memperluas bidang kontak antara air dengan pemanas serta menjamin pemerataan distribusi air kondensat didalam pemanas. Air kondensat yang mengabut ini kemudian turun kejajaran kisi-kisi (Tray). Dari bagian bawah tray, Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 68

82 uap pemanas dari saluran ekstraksi dihembuskan mengarah keatas dan bercampur dengan kabut air kondensat yang menetes pada kisi-kisi. Akibatnya terjadi pertukaran panas antara uap dengan air sekaligus terjadi pula proses deaerasi. Oksigen dan gas-gas lain akan mengalir keatas dan keluar dari deaerator menuju atmosfir melalui saluran venting. Proses deaerasi secara mekanis seperti ini ternyata tidak menjamin bahwa air kondensat akan bebas 100% dari Oksigen. Guna membantu tugas deaerator untuk menghilangkan oksigen, maka cara kimia pun dilaksanakan juga yaitu dengan menginjeksikan Hydrazine kedalam air kondensat pada suatu titik sebelum air kondensat masuk deaerator. Penginjeksian ini dilakukan oleh pompa khusus injeksi bahan kimia. Air kondensat yang sudah bebas oksigen dan gas-gas lain ini kemudian turun dan ditampung pada tangki penampung (storage tank) yang berada dibagian bawah deaerator dan siap untuk dialirkan ke pompa air pengisi ketel. Beberapa peralatan proteksi juga dipasang pada deaerator. Salah satunya adalah katup pengaman tekanan lebih (Relief Valve). Bila tekanan didalam deaerator terlalu tinggi hingga mencapai harga tertentu, maka katup pengaman akan terbuka sehinggga deaerator akan terhubung ke atmosfir. Dalam keadaan ini, uap akan mengalir ke atmosfir dan deaerator menjadi aman. Pada beberapa deaerator bahkan juga dilengkapi dengan vacuum breaker untuk melindungi deaerator dari kemungkinan terjadinya vacum dalam deaerator. Perangkatnya berupa saluran yang ditutup dengan diapragma. Bila tekanan deaerator turun hingga lebih rendah dari tekanan atmosfir, maka diapragma akan pecah dengan udara atmosfir akan masuk guna mencegah vacum yang lebih tinggi didalam deaerator. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 69

83 4.3.2 Sistem air pengisi tekanan tinggi Sistem air pengisi adalah merupakan kelanjutan dari sistem air kondensat. Terminal akhir dari sistem air kondensat adalah deaerator yang merupakan pemasok air kesisi hisap pompa air pengisi. Mulai dari sini, air yang sama berubah nama menjadi air pengisi. Perbedaan yang mencolok antara air kondensat dengan air pengisi terletak pada tekanannya. Tekanan air pada sistem air pengisi naik hinggga lebih tinggi dari tekanan ketel. Gambar 69 High Pressure Heater (HPH) Fungsi dari sistem air pengisi hampir sama dengan sistem air kondensat yaitu untuk menaikkan tekanan, menaikkan temperatur serta memurnikan air pengisi. Tekanan air pengisi perlu dinaikkan agar air pengisi dapat mengalir kedalam ketel. Tugas ini dilaksanakan oleh pompa air pengisi ketel (BFP). Disamping itu, selama melintasi sistem, air pengisi mengalami beberapa tahap pemanasan sehinggga mengalami kenaikkan temperatur. Pemanasan ini dilakukan untuk dua tujuan yaitu : Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 70

84 Semakin dekat temperatur air pengisi masuk ketel dengan titik didih air pada tekanan ketel, maka semakin sedikit bahan bakar yang diperlukan untuk proses penguapan didalam ketel. Temperatur air pengisi yang akan masuk ketel sedapat mungkin harus mendekati temperatur metal ketel sebab perbedaaan yang besar antara keduanya dapat menimbulkan kerusakkan komponen ketel akibat thermal stress. Fungsi pemurnian bertujuan untuk menghilangkan zat-zat pencemar padat dari air pengisi melalui cara kimia yaitu dengan meninjeksikan bahan kimia guna menggumpalkan zat-zat padat yang terlarut dalam air pengisi. Gumpalan zat-zat padat ini kemudian dapat dibuang melalui saluran blowdown pada ketel. Agar dapat melaksanakan semua tugas tersebut, maka sistem air pengisi memiliki beberapa komponen antara lain : a. Pompa air pengisi (BFP). Kebanyakan berjenis pompa centrifugal bertingkat dengan putaran tetap ataupun putaran variabel. Jumlah pompa tergantung pada kapasitas unit pembangkit. Beberapa PLTU memiliki 2 pompa air pengisi dimana 1 pompa untuk beroperasi dan satu pompa untuk cadangan (stand by). Beberapa PLTU lain dilengkapi dengan 3 buah pompa dengan 2 buah pompa beroperasi (pada beban penuh) dan satu pompa stand by. Penggerak pompa juga beberapa macam. Ada pompa air pengisi yang digerakkan oleh motor listrik, ada juga yang digerakkan oleh turbin uap khusus yang memang dibuat hanya untuk menggerakkan BFP. Saat ini, penggerak yang disebut terakhir semakin banyak digunakan karena lebih efisien terutama untuk BFP berukuran besar. Pompa air pengisi dilengkapi dengan beberapa perlengkapan lain seperti : Kelengkapan sisi hisap (Suction Valve). Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 71

85 Gambar 70. Boiler Feed Pump (BFP) Sisi hisap BFP dilengkapi dengan katup isolasi baik berupa katup tangan maupun yang digerakkan oleh motor. BFP hanya boleh beroperasi bila katup ini dalam keadaan terbuka karena bila BFP beroperasi dalam keadaan katup hisap tertutup akan membahayakan pompa. Karena itu, katup ini biasanya dilengkapi dengan limit switch yang akan memberikan signal dimana signal ini merupakan salah satu syarat untuk start pompa. Sisi hisap (Suction Strainer). Pada sisi masuk, setelah katup (suction valve) dipasang pula saringan (suction strainer) yang berfungsi untuk menyaring partikel-partikel padat dari air pengisi. Operator harus selalu memperhatikan kondisi saringan ini. Bila saringan kotor, dapat mengakibatkan kavitasi pada BFP. Untuk memonitor kondisi saringan, disediakan alat untuk mengukur perbedaan tekanan ( P) antara sebelum dan sesudah saringan. Bila P tinggi, berarti saringan kotor. Dalam kondisi ini, jalankan BFP yang standby, lalu matikan BFP yang saringannya kotor. Lakukan pengisolasian terhadap pompa dengan menutup katup hisap dan katup sisi tekan, kemudian bersihkan saringan yang kotor. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 72

86 Katup - katup sisi tekan. Seperti halnya sisi hisap, sisi tekan BFP juga dilengkapi katup isolasi. Selain itu juga dilengkapi katup searah (check valve) untuk mencegah aliran balik. Pengimbang gaya aksial. Gaya aksial merupakan aspek yang perlu mendapat perhatian dalam BFP. Perbedaan tekanan antara sisi tekan (discharge) dengan sisi hisap (suction) pada BFP sangat besar. Gambar 71 Saluran Piston Pengimbang Pada BFP Perbedaan tekanan ini akan menimbulkan gaya aksial yang cenderung mendorong rotor pompa kearah sisi tekanan rendah. Untuk mengantisipasi masalah ini, ada BFP yang dilengkapi dengan bantalan aksial (Thrust bearing). Pada konstruksi BFP yang lain, gaya aksial ini diantisipasi oleh piston pengimbang (balancing drum) yang dipasang diujung poros sisi tekanan tinggi. Sebagian air dari sisi tekanan tinggi dialirkan ke piston pengimbang sehingga menghasilkan gaya aksial yang berlawanan arah dengan arah gaya aksial asli yang timbul pada poros pompa. Air Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 73

87 yang diarahkan ke piston pengimbang ini kemudian dapat dikembalikan lagi ke sisi hisap (suction) pompa (internal) atau langsung ke deaerator (external) seperti terlihat pada gambar di bawah. Saluran pemanasan (Warming Line) Seperti diketahui bahwa BFP beroperasi pada temperatur tinggi sehingga terjadi perbedaan temperatur yang tinggi antara pompa yang beroperasi dengan pompa yang standby. Manakala situasi menuntut agar pompa yang standby segera start, maka akan terjadi thermal stress akibat perbedaan temperatur yang besar antara pompa dengan temperatur air pengisi. Untuk menanggulangi masalah ini, maka BFP dilengkapi dengan saluran pemanasan (warming line). Fungsinya adalah untuk menghangatkan (warming) pompa yang standby agar pada saat start, perbedaan temperatur pompa dengan temperatur air pengisi tidak terlalu besar lagi. Proses pemanasannya sendiri adalah dengan cara mengalirkan air pengisi dengan aliran yang sangat rendah secara kontinyu kedalam pompa yang standby. Air yang digunakan dapat berasal dari sisi tekan BFP yang beroperasi atau dapat juga dari deaerator. Saluran air pancar (Attemperator). Beberapa ketel dilengkapi dengan peralatan pengatur uap dengan menggunakan air pancar (Attemperator). Air yang digunakan untuk keperluan tersebut juga berasal BFP. Saluran air pancar untuk superheater umumnya dicabangkan dari sisi tekan BFP. Sedangkan saluran air pancar untuk Reheat, biasanya diekstrak dari tingkat tertentu BFP. Sistem pelumasan. Mengingat ukuran BFP cukup besar, maka umumnya dilengkapi dengan sistem pelumasan sirkulasi bertekanan. Sistem terdiri dari tangki pelumas, pompa pelumas, pendingin minyak pelumas, saringan dan katup-katup pengatur. Pada beberapa BFP Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 74

88 terdapat 2 pompa pelumas yaitu pompa pelumas utama dan pompa pelumas bantu. Pompa pelumas utama digerakkan oleh poros pompa sedang pompa pelumas bantu digerakkan oleh motor listrik. Sebelum pompa beroperasi, pelumasan dipasok oleh pompa pelumas bantu. Setelah pompa berputar, tugas pelumasan diambil alih oleh pompa pelumas utama. Pada BFP yang menggunakan kopling fluida, maka selain memasok sistem pelumasan minyak yang sama juga digunakan sebagai fluida kerja pada kopling fluida. Sistem pengaturan aliran air pengisi. Pengaturan aliran air pengisi dapat dilakukan dengan beberapa cara diantaranya : - Pengaturan aliran dengan variasi putaran pompa melalui kopling fluida. Dalam sistem pengaturan ini, penggerak pompa umumnya motor listrik dengan putaran konstan. Motor dihubungkan ke BFP dengan perantaraan kopling fluida. Dengan pengaturan kopling fluida, maka putaran BFP dapat dibuat variabel. Melalui variasi putaran BFP ini akan diperoleh variasi aliran air pengisi. Skema sistem pengaturan ini dapat dilihat pada gambar Gambar 72 Pengaturan Aliran Dengan Kopling Fluida - Pengaturan aliran dengan variasi putaran turbin. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 75

89 Sistem pengaturan ini ditetapkan pada BFP yang digerakkan oleh turbin uap khusus untuk menggerakkan BFP. Dalam hal ini BFP dikopel langsung dengan turbin. Untuk mendapatkan variasi aliran, dilakukan dengan merubah putaran BFP. Variasi pengaturan putaran turbin dilakukan oleh governor dengan sistem pengaturan yang mirip dengan sistem yang diterapkan pada turbin PLTU. Bila aliran uap ditambah, maka putaran pompa akan naik. Sebaliknya bila aliran uap dikurangi, maka putaran pompa akan turun. Dengan cara ini diperoleh variasi aliran air pengisi ke ketel. Skema pengaturan semacam ini dapat dilihat pada gambar di bawah Gambar 73 Pengaturan Aliran Air Pengisi Dengan Governor - Pengaturan aliran dengan katup. Umumnya BFP dihubungkan langsung dengan motor listrik yang putarannya tetap. Variasi aliran diperoleh melalui variasi pembukaan katup. Pengaturan aliran dengan sistem ini dilakukan oleh katup pengatur, seperti terlihat pada gambar di bawah Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 76

90 Gambar 74 Pengaturan Aliran Dengan Katup Saluran Resirkulasi BFP. Pada saluran sisi tekan (discharge) BFP terdapat percabangan saluran yang dihubungkan kembali ke deaerator. Saluran ini disebut saluran Resirkulasi BFP yang fungsinya untuk memproteksi BFP dengan cara menjamin selalu ada aliran air dari BFP dalam kondisi apapun juga. Saluran ini kadangkala juga disebut saluran minimum flow. Pada saluran ini dipasang katup yang hanya mengenal dua posisi yaitu posisi tertutup penuh dan posisi buka penuh. Signal untuk membuka atau menutup katup ini biasanya berasal dari aliran air pengisi menuju ketel (Feedwater Flow). Bila aliran menuju ketel rendah, maka katup resirkulasi akan membuka sehingga sebagian air dari BFP akan mengalir melintasi saluran resirkulasi dan kembali ke Deaerator. Bila aliran air pengisi menuju ketel sudah cukup tinggi, katup resirkulasi akan menutup. b. Pemanas awal air pengisi. Seperti halnya pada sistem air kondensat, sistem air pengisi juga dilengkapi dengan pemanas awal air pengisi. Fungsinya juga sama yaitu untuk menaikkan temperatur air pengisi guna menghemat pemakaian bahan bakar dan menaikkan efisiensi Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 77

91 siklus. Media pemanas yang digunakan adalah juga uap ekstraksi dari turbin namun berasal dari titik-titik ekstraksi pada daerah tekanan uap yang lebih tinggi. Tipe pemanas yang dipakai adalah tipe permukaan (surface) dimana air pengisi mengalir dalam pipa sedang uap ekstraksi diluar pipa. Dalam usaha untuk mendapatkan efisiensi pemanas awal yang optimum, pemanas air pengisi dirancang untuk terdiri dari 3 zona yaitu : Zona desuperheating Pada zona ini terjadi penyerapan fraksi panas Superheat dari uap ekstraksi oleh air pengisi. Zona panas laten. Merupakan area perpindahan panas yang dominan dimana fraksi panas laten dari uap ekstraksi diserap oleh air pengisi. Zona Subcooling. Merupakan area dimana sebagian fraksi panas sensibel diserap olah air pengisi sehingga temperatur air kondensasi uap ekstraksi mengalami penurunan hingga dibawah titik didih (subcooling), sebelum mengalir kesaluran drain. Gambar 75 Pemanas Awal Air Pengisi Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 78

92 Perlengkapan pemanas awal air pengisi lainnya sama seperti yang telah dibahas pada pemanas awal air pada sistem air kondensat. 4.4 Sistem Air Pendingin System air pendingin di PLTU dibedakan menjadi dua yaitu system air pendingin utama dan system air pendingin bantu (auxiliary cooling water) Fungsi utama dari sistem air pendingin utama adalah menyediakan dan memasok air pendingin yang diperlukan untuk mengkondensasikan uap bekas dan drain uap didalam kondensor. Fungsi lainnya adalah memasok air untuk mendinginkan Heat Exchanger pada sistem air pendingin bantu (auxiliary cooling water) yang merupakan siklus pendingin tertutup. Air pendingin utama merupakan media pendingin untuk menyerap panas laten uap bekas dari turbin yang mengalir kedalam kondensor. Tanpa pasokan air pendingin turbin kondensasi tidak dapat dioperasikan. Sedangkan aliran air pendingin utama yang kurang dapat menyebabkan vakum kondensor menjadi rendah dan dapat mengakibatkan unit trip. Sistem air pendingin harus dirancang mampu memenuhi kebutuhan operasi unit pembangkit secara konitinyu, ekonomis dan handal. Rancangan sistem air pendingin harus meliputi : Menjamin tersedianya air untuk keperluan operasi PLTU pada setiap waktu Jumlah aliran airnya cukup untuk menghasilkan efisiensi PLTU yang optimal pada semua kondisi beban temperatur. Penyediaan air yang stabil pada semua kondisi tanpa perlu pengaturan Pemeliharaannya murah dan mudah dilakukan Biaya investasi dan operasinya rendah. Jumlah dan temperatur air pendingin yang tersedia akan menentukan vakum kondensor maksimum yang dapat dicapai. Oleh karena itu banyak PLTU atau Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 79

93 PLTGU yang dibangun di tepi pantai (laut) berhubungan dengan tersedianya sumber air yang tak terbatas. Aliran uap bekas (exhasut steam) turbin yang masuk kondensor harus terdistribusikan sedemikian rupa sehingga perpindahan panas laten uap ke air pendingin berlangsung dengan optimal. Kondensor hanya perlu untuk mengkondensasikan uap saja, pendinginan lebih lanjut justru akan merugikan. Jumlah panas yang dibuang ke laut atau udara sangatlah besar, tetapi kerugian panas ini menjadi berkurang apabila kapasitas unitnya makin besar. Sebagai gambaran untuk mengkondensasikan 0,45 kg uap di kondensor diperlukan air pendingin sekitar 29 kg. PLTU kapasitas 20 MW atau lebih kecil memerlukan sekitar 0,22 m 3 air pendingin untuk setiap tenaga listrik yang dibangkitkan ( 0,22 m 3 /kwh). Jenis Sistem Air Pendingin Berdasarkan siklusnya, terdapat 2 macam sistem air pendingin utama yang lazim diterapkan di PLTU yaitu : 1. sistem siklus terbuka (once through) 2. sistem siklus tertutup (recirculation cooling tower). Pada umumnya sistem air pendingin utama terdiri dari komponen : Intake (untuk sistem air pendingin siklus terbuka) Saringan (screen) Pompa (cooling water pump CWP) Katup dan Pemipaan (piping) Menara pendingin (cooling tower) Untuk sistem air pendingin siklus terbuka tidak dilengkapi dengan menara pendingin (cooling tower), sebaliknya pada sistem siklus tertutup (resirkulsi) tidak dibutuhkan intake yang dipasangi saringan-saringan, cukup dengan satu saringan sederhana. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 80

94 1. Sistem Air Pendingin Terbuka Dalam sistem siklus terbuka, air pendingin dipasok secara kontinyu dari sumber tak terbatas seperti sungai, danau atau laut yang dipompakan ke kondensor untuk akhirnya dibuang kembali ke asalnya. Dengan menggunakan pompa, air dari sumber dipompa dan dialirkan ke kondensor dan heat exchanger kemudian dibuang ke saluran pembuangan. Letak saluran masuk dan saluran pembuangan air pendingin harus dibuat terpisah sejauh mungkin. Pemisahan ini bertujuan untuk mencegah terjadinya resirkulasi air dari sisi pembuangan mengalir ke sisi masuk. Resirkulasi akan menyebabkan penurunan efisiensi kondensor karena temperatur air menjadi tinggi. Keuntungan sistem air pendingin siklus terbuka dibanding siklus tertutup antara lain adalah : Biaya modal dan biaya operasinya lebih rendah. Peralatan yang digunakan lebih sedikit Kinerja kondensor lebih baik karena temperatur air pendingin masuk lebih rendah Sedangkan kerugiannya adalah : Kualitas air tidak dapat dikontrol Memerlukan ijin dari instansi lingkungan, karena menimbulkan pencemaran lingkungan Sumber air harus tersedia dalam jumlah yang besar dan kontinyu. Sistem siklus terbuka digunakan pada unit-unit pembangkit yang sumber airnya tak terbatas, seperti air laut atau danau. Temperatur air ke sisi pembuangan harus dijaga pada batas yang memenuhi syarat, karena air yang panas cenderung menimbulkan bau dan dapat mematikan ikan. Gambar 11 menunjukkan diagram sistem air pendingin siklus terbuka untuk lokasi unit pembangkit ditepi laut. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 81

95 Gambar 76 Sistem Air Pendingin Utama Siklus Terbuka. Pada sistem ini dibuat pembatas level minimum berupa gundukan atau bak pada sisi air keluar kondensor. Hal ini dimaksudkan agar diperoleh efek syphonic walaupun level air bervariasi. Efek syphonic memberikan keuntungan, karena dengan bantuan efek syphonic tenaga pemompaan menjadi lebih ringan. Sisi masuk pompa harus dipasang dibawah permukaan air terendah pada saat pasang rendah untuk mencegah terjadinya kehilangan sisi isap dan menjamin bekerjanya sistem syphonic. 2. Sistem Air Pendingin Tertutup Secara prinsip, sistem air pendingin utama siklus tertutup menggunakan media air pendingin yang sama secara berulang dalam sirkulasi tertutup seperti terlihat pada gambar Sistem ini membutuhkan biaya investasi yang lebih besar dibanding sistem siklus terbuka. Hal ini karena menggunakan menara pendingin yang mahal. Biaya operasinya juga lebih besar karena sistemnya tidak dapat dibuat syphonic effect sehingga memerlukan tenaga pemompaan yang lebih besar. Bahkan apabila menggunakan sistem draft (tarikan) paksa memerlukan beberapa fan yang beroperasi terus menerus. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 82

96 Namun sistem siklus tertutup merupakan solusi terhadap tersedianya jumlah air yang terbatas, karena air pendingin dipakai berulang-ulang dan kehilangan air pendingin relatif sedikit. Gambar 77 Aplikasi Sistem Air Pendingin Utama Siklus Tertutup. Sirkulasi air pendingin adalah dari bak penampung menara pendingin (cooling tower) dipompakan ke kondensor oleh pompa air pendingin utama (CWP) untuk mengkondensasikan uap bekas dengan cara menyerap panas laten dari uap bekas tersebut. Akibat proses dikondensor, temperatuir air pendingin keluar kondensor akan mengalami kenaikkan. Karena air akan disirkulasikan kembali ke kondensor, maka air pendingin ini harus didinginkan terlebih dahulu. Proses pendinginan air dilaksanakan di Menara pendingin (Cooling Tower). Didalam menara pendingin, air pendingin didinginkan oleh udara sehingga temperaturnya kembali turun dan siap disirkulasikan kembali kedalam kondensor. Gambar. 78, merupakan contoh aplikasi sistem air pendingin utama siklus tertutup. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 83

97 Dalam contoh aplikasi sistem air pendingin utama siklus tertutup, fungsi sebagian besar komponennya seperti kondensor, Auxiliary Cooling water heat Exchanger, Traveling Screen sama seperti dalam sistem air pendingin utama siklus terbuka. Perbedaannya hanya terletak pada menara pendingin (Cooling Tower) yang tidak terdapat pada sistem air pendingin siklus terbuka. Sedangkan gambar dibawah menunjukkan proses pembuangan panas yang mengakibatkan terbawanya butir air (drift) ke udara sekitar menara pendingin. Gambar 81 memperlihatkan aliran pembuangan udara/gas panas (drift) dari menara pendingin ke atmosfir, dimana sebagian tetes air ikut terbawa. Hal ini mengakibatkan berkurangnya jumlah air pendingin didalam siklus tertutup. Gambar 78 Proses Pembuangan Panas pada Cooling Tower Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 84

98 4.5 Vacuum Condensor System Faktor-faktor yang mempengaruhi Vakuum Kondensor Faktor yang mempengaruhi Vakuum kondensor a. Pengotoran pengotoran kondensor Pada dasarnya terdapat dua jenis pengotoran dalam kondensor Pengotoran dudukan pipa (Tube Plate) Pengotoran dudukan pipa mengurangi aliran air pendingin melalui pipa-pipa kondensor yang mengakibatkan kenaikan suhu air pendingin sepanjang kondensor. Apabila pengotoran ini mengurangi aliran air pendingin hingga setengahnya, maka kenaikan temperatur menjadi dua kali. Akibat lain berupa perubahan kecepatan perpindahan panas (heat transfer) yang disebabkan perubahan lapisan film dari air pendingin tersebut. Cara pembersihan yang dapat dilakukan berupa pembilasan kembali (back flushing) kondensor untuk membuang kotoran-kotoran, dimana hal ini mungkin biasanya pada M/C dengan kondensor underslung transerve atau dapat juga dengan cara mengambil kotoran-kotoran pada saat shut down pendek yang lebih baik dilakukan pada malam hari saat permintaan beban di jaringan rendah. Pengotoran bagian dalam Pipa Pada operasi kondensor, pengotoran pada bagian dalam pipa sangat sulit untuk dihindari. untuk mengatasinya digunakan injeksi chlorine atau sodium hyperchlorite atau pembersihan-pembersihan on load (seat berbeban). b. Flow sistem air pendingin berkurang c. Temperatur air suction kondensor (air laut) naik d. Temperatur uap exhaust melebihi normal Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 85

99 e. Unjuk kerja injektor (alat penarik vacuum) menurun f. Masuknya udara kedalam sistem air kondensor Jenis-Jenis Kondensor Dilihat dari proses perpindahan panasnya kondensor terdiri dari dua jenis, yaitu kondensor kontak langsung dan kondensor permukaan. a. Kondensor Jet Kondensor jet adalah kondensor kontak langsung yang banyak digunakan. Kondensor jet digunakan pada pembangkit listrik tenaga panas bumi (PLTP) yang siklus kerjanya terbuka. Perpindahan panas pada kondensor jet dilakukan dengan menyemprotkan air pendingin ke aliran uap secara langsung. Air kondensat yang terkumpul di kondensor sebagian digunakan sebagai air pendingin kondensor dan selebihnya dibuang. Gambar 79 Kondensor (kontak langsung) jet. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 86

100 Pada bagian dalam kondensor ditempatkan beberapa buah pipa dan nosel penyemprot. Air Pendingin mengalir melalui pipa dan nosel penyemprot karena perbedaan tekanan dan gaya grafitasi antara penampungan air pendingin (Basin Cooling Tower) dengan kondensor. Uap yang terkena semprotan air pendingin akan melepaskan panasnya dan selanjutnya diserap oleh air penyemprot. Uap yang telah melepaskan panasnya akan mengembun (terkondensasi) menjadi air bercampur dengan air penyemprot, sehingga kedua fluida tersebut mencapai temperatur akhir yang sama di Hot Well. Ruangan didalam kondensor jet biasanya dibagi menjadi 2 ruangan/bagian, yaitu ruangan pengembunan uap dan ruangan pendinginan gas. Ruangan pengembunan uap, dan ruangan pendinginan gas dimaksudkan untuk memperkecil volume gasgas yang tidak mengembun. Hal ini dibuat demikian agar peralatan pelepas gas-gas (ejector/pengisap gas) dapat dibuat dalam ukuran yang lebih kecil. Campuran uap dan gas-gas panas bumi yang tidak terkondensasi keluar dari turbin melalui satu atau beberapa laluan dan masuk ke dalam kondensor pada bagian ruangan horisontal untuk pengkondensasian uap. Sedangkan bagian ruangan silinder vertikal untuk pendinginan gas-gas yang tidak terkondensasi (noncondensable gas). Untuk mempertahankan kondisi tekanan (vakum) di dalam kondensor, level air di hotwell perlu dipertahankan (dikontrol). Terlalu tingginya air di dalam kondensor akan mengganggu proses penyemprotan, dan terlalu rendah akan meyebabkan terjadinya gangguan pada pompa air pendingin (Condensate Pump). Selain itu vakum di kondensor dipertahankan dengan mengeluarkan gas-gas dan udara yang tidak terkondensasi. b. Kondensor Permukaan Pada kondensor permukaan, uap terpisah dari air pendingin, uap berada diluar pipapipa sedangkan air pendingin berada didalam pipa. Perpindahan panas dari uap ke air terjadi melalui perantaraan pipa-pipa. Pada kondensor jenis ini kemurnian air pendingin tidak menjadi masalah karena terpisah dari air kondensat. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 87

101 Gambar 80 Kondensor lintasan tunggal Dengan penyekatan yang tepat ruang air (water box ) dari air pendingin dapat dibuat satu atau dua aliran melintasi kondensor sebelum mencapai keluaran. Apabila aliran air pendingin hanya sekali melintas kondensor, maka disebut kondensor lintasan tunggal (single pass), sedang apabila air pendingin melintasi kondensor dua kali, maka disebut kondensor lintasan ganda (double pass). Pada cara ini air dalam pipa separoh bawah akan mengalir dari depan kebelakang dan separoh bagian atas dari belakang ke depan.untuk membuang udara yang terjebak dalam ruang air, maka pada water box dipasang saluran venting. Pengeluaran udara dapat dengan cara dihisap menggunakan pompa venting atau secara alami dengan membuka katup venting yang dipasang pada saluran pembuang udara. Panjang saluran kondensor dan jumlah pipa-pipa ditentukan oleh beban silinder kondensor lintasan ganda yang digunakan sedemikian rupa sesuai kenaikan temperatur air pendingin yang diperbolehkan sehingga air pendingin yang diperlukan jumlahnya lebih kecil. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 88

102 Kondensor pada turbin dengan satu atau dua silinder tekanan rendah umumnya dipasang secara melintang menggantung dibawah silinder tekanan rendah dan disebut underslung tranverse (menggantung melintang). Kondensor yang menggantung tersebut seluruhnya terletak dibawah silinder tekanan rendah dan diikatkan kepada silinder. Tetapi kondensor juga disangga oleh pegas-pegas sehingga silinder tekanan rendah tidak bergeser. Gambar 81 Kondensor lintasan ganda dan saluran venting. Pegas dirancang sedemikian sehingga tidak ada beban yang diteruskan kerumah turbin bila sedang beroperasi. Gambar 82 Posisi kondensor dibawah turbin Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 89

103 4.5.3 Peralatan Penghisap Udara/Gas pada Kondensor Peralatan penghisap udara/gas kondensor harus mampu memenuhi dua keadaan, yaitu pembuang udara/gas selama operasi normal dan membuat vakum kondensor pada saat start. Pada saat menaikkan vakum peralatan penghisap udara harus mampu mengeluarkan secara cepat sejumlah besar udara/gas. Oleh karena itu dipasang peralatan penghisap udara dengan kapasitas yang cukup untuk menurunkan tekanan dalam kondensor secara cepat ke tingkat yang memungkinkan turbin untuk start. Gambar 83 Sistem Vacuum Condensor Sudu-sudu pada baris terakhir turbin yang panjang akan menjadi terlalu panas, bila turbin diputar pada kecepatan normal dan beban rendah dalam keadaan vakum yang buruk. Jadi vakum sebesar kira-kira 685 mb Hg harus diperoleh sebelum uap dimasukkan ke turbin dan vakum sebesar 860 mb untuk kecepatan penuh. Tetapi hal ini tergantung pada instruksi pengoperasian setempat. Adanya sejumlah gas dan udara yang tidak terkondensasi akan mengurangi laju perpindahan panas. Terhambatnya laju perpindahan panas dikarenakan gas dan udara ini akan menyelimuti permukaan pipa air pendingin, sehingga panas yang akan dilepaskan oleh uap bekas turbin berkurang. Pengurangan laju perpindahan Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 90

104 panas antara uap bekas dan air pendingin akan menyebabkan penurunan tekanan (vakum ) didalam kondensor yang berarti mengurangi kemampuan unjuk kerjanya. Pada keadaan operasi normal jumlah udara yang harus dikeluarkan lebih sedikit. Udara ini terdiri atas udara yang bocor ke kondensor melalui flange dan gland serta gas-gas yang tidak terkondensasi yang terdapat dalam uap dari turbin. Peralatan penghisap udara/gas dari kondensor dapat menggunakan ejektor uap atau menggunakan pompa vakum (vacuum pump) Ejektor a. Hoging /Starting Ejector Sebelum turbin start kondisi kondensor harus dibuat vakum agar ketika uap dialirkan ke kondensor, sistem air pendingin dapat melakukan kerja secara optimal dan mengkondensasikan fluida kerja. Untuk membuat vakum kondensor pertama kali disediakan starting atau hoging ejector menggunakan uap dari auxiliary. Uap keluar dari starting ejector dibuang langsung ke atmosfir (tidak dikondensasikan). Starting ejector mempunyai kemampuan yang besar dalam menghisap udara/gas sehingga dapat membuat vakum kondensor dalam waktu yang relatif singkat. b. Main Ejector Setelah vakum kondensor mencapai harga normal, maka tugas starting ejector selesai. Selanjutnya vakum kondensor dinaikkan hingga mencapai harga optimal dan menjaganya pada rentang kerjanya dengan menggunakan main ejector. Dibanding dengan starting ejector, main ejector mempunyai kapasitas yang lebih kecil, tetapi mampu membuat vakum lebih tinggi. Pada kondisi turbin telah beroperasi main ejector tetap dioperasikan untuk membuang udara dan gas-gas yang tidak terkondensasi dari dalam kondensor. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 91

105 Udara/gas dibuang ke atmosfir sedangkan uap untuk ejector dikondensasi didalam kondensor ejector. Hasil air kondensatnya dialirkan ke kondensor utama. Gambar 84 Starting dan main ejector Pompa Vakum Pada sebagian unit pembangkit untuk membuang udara/gas dari kondensor tidak menggunakan ejector, tetapi dengan pompa vakum. Pompa vakum digerakkan oleh motor listrik sehingga tidak tergantung pada tersedianya uap dari boiler. Pada saat beroperasi, pompa vakum memerlukan air sebagai perapat dan pendingin serta separator. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 92

106 Gambar 85 Pompa Vakum Vacuum Breaker Vacuum breaker pada kondensor adalah katup yang dipasang pada shell kondensor untuk memutuskan vakum kondensor dengan tekanan atmosfir ketika unit shut down. Katup ini digunakan untuk mengisolasi kondensor terhadap atmosfir ketika kondensor dibuat vakum. Katup vacuum breaker biasanya dioperasikan secara manual, dan dibuka pada saat turbin mencapai putaran tertentu dan ditutup ketika akan membuat kondensor vakum. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 93

107 4.6 Sistem Condensor Cleaning a. Sistem Tapprogge (ball cleaning) Cara yang umum digunakan pada pembersihan saat berbeban antara lain dengan tapprogge sebagaimana ditunjukan pada gambar 7.1 di bawah Dalam proses ini bola bola karet (sponge) yang diameternya kira kira 10% lebih besar dari ukuran diameter bagian dalam (inner diameter) pipa dilewatkan terus menerus melalui pipa-pipa oleh aliran air pendingin (Cooling Water). Gambar 86 Sistem Tapprogge Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 94

108 Bola-bola diisikan ke dalam sistem pada kotak air masuk (inlet water box) mengalir melalui pipa dan dikumpulkan di kotak air keluar (outlet water box) dan kemudian dikembalikan lagi ke sisi masuk. Biaya untuk pemasangan sistem tapproge ini cukup tinggi, dan biaya penggantian bola-bola yang hilang dan rusak juga menambah besar kenaikan biaya operasi. Namun di sisi lain, sitem tapproge ini memberikan keuntungan karena menaikkan vakum kondensor yang lebih besar, dan keuntungan ini lebih besar daripada modal dan biaya operasi selama umur operasi sistem. b. Back Wash (Pencucian Balik). Katup pencuci balik (back wash valve) dipasang pada masing-masing kotak air (water box) untuk keperluan pencucian dengan membalikan arah aliran air pendingin. Pencucian ini dapat dilakukan pada kondisi unit beroperasi. Pencucian balik kondensor adalah cara untuk mencegah terbentuknya deposit dan menurunkan kecepatan perpindahan panas secara keseluruhan akibat adanya pengotoran pada pipa, mengurangi endapan binatang laut dan benda benda asing. Gambar 87 Condensor Back Washing Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 95

109 Katup pencucian balik harus digunakan dengan posisi tertutup penuh atau terbuka penuh untuk pencegahan gangguan katup akibat gaya dorong yang besar terhadap badan katup. Pada instalasi ini, pencucian balik dapat dilaksanakan secara berurutan dan otomatis. c. Sistem Manual. Sistem ini dilaksanakan saat unit out of service (tidak beroperasi) dengan membersihkan kotoran-kotoran disisi inlet dan outlet kondensor. Untuk pipa dapat dibersihkan dengan sistem tekanan, yaikni menggunakan air ataupun bola yang ditekan memakai udara. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 96

110 5. PENGOPERASIAN PLTU 5.1. Klasifikasi Start Pada dasarnya jenis start unit PLTU dapat dibedakan menjadi 3, yaitu start dingin (cold start), start hangat (warm start) dan start panas (hot start). Pada saat akan mengoperasikan unit PLTU, terlebih dahulu harus ditentukan jenis start apa yang akan dilaksanakan. Sebagai pedoman untuk menentukan jenis start pada umumnya digunakan parameter temperatur metal tingkat pertama (first stage metal temperature) turbin. Harga batas dari temperatur ini diberikan oleh pabrik agar diikuti karena boleh jadi ketentuan dari satu pabrik berbeda dengan pabrik lainnya. Adapun kriteria dari masing-masing jenis start adalah sebagai berikut : Start Dingin (Cold Start). Operasi unit PLTU dikategorikan dalam start dingin apabila temperatur first stage metal < C. Temperatur first stage metal < C ini tercapai ketika turbin telah stop (shutdown) lebih dari 72 jam atau 3 hari. Start dingin memerlukan total waktu start yang paling lama. Hal ini disebabkan karena temperatur metal dari seluruh komponen masih dalam keadaan dingin sehingga memerlukan waktu yang cukup lama guna mencapai pemerataan panas (heat soak). Faktor lain yang juga perlu diperhatikan pada start dingin adalah kemungkinan terjadinya termal stress akibat perbedaan temperatur. Yakinkan bahwa perbedaan temperatur dari setiap komponen tidak melebihi batas yang diizinkan oleh pabrik. Start Hangat (Warm Start). Start unit diklasifikasikan menjadi start hangat apabila temperatur first stage metal turbin berada diantara C s.d C. Temperatur ini terjadi apabila turbin telah stop selama sekitar 30 jam. Karena temperatur metal turbin masih cukup tinggi, maka lama start menjadi lebih singkat dibanding start dingin. Hal yang perlu dipertimbangkan pada start hangat diantaranya adalah pengaturan temperatur uap keluar boiler agar pada saat start Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 97

111 turbin, temperatur uap sesudah proses throtling pada stop valve sesuai dengan temperatur metal. Start Panas (Hot Start). Start panas merupakan jenis start yang membutuhkan waktu start paling cepat dibanding jenis start yang lain. Start panas dilakukan apabila temperatur first stage metal turbin > C. Start panas dilakukan ketika turbin baru shut down sebentar, yaitu sekitar 12 jam. Hal yang perlu dipertimbangkan pada start hangat juga berlaku untuk start panas. Selain ketiga jenis start diatas, pada sebagian PLTU terdapat satu jenis start lagi, yaitu start sangat panas (very hot start). Start sangat panas dilakukan apabila temperatur metal turbin masih > C. Hal ini terjadi ketika turbin trip akibat gangguan dari luar seperti saluran (transmisi) interkoneksi terganggu atau rele MFT salah operasi. Masing-masing jenis start memerlukan perlakuan yang berbeda dan hal ini ditampilkan pada kurva start. Kurva start dibuat oleh pabrik pembuat mesin dan harus digunakan sebagai acuan untuk melakukan start. Tabel 1 Daftar perkiraan waktu untuk tiap jenis sta Jenis Start Dari penyalaan hingga start Dari turbin start hingga Dari paralel hingga beban Totaldari penyalaan hingga turbin paralel penuh beban penuh 1. Start Dingin (cold start) 240 menit 220 menit 190 menit 650 menit 2.Start Hangat (warm start) 3. Start Panas (Hot start ) 4. Start sangat panas (very hot start) 80 menit 70 menit 90 menit 240 menit 40 menit 15 menit 35 menit 90 menit 10 menit 10 menit 30 menit 50 menit Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 98

112 5.2 Prosedur Start Alat Bantu dan Sistem Air Pengisi Sebelum melakukan start, terlebih dahulu harus dilakukan persiapan atau pemeriksaan sebelum start (pre start check / PSC). Guna membantu kelancaran pelaksanaaan start, biasanya digunakan daftar item-item yang harus diperiksa sebelum start berupa list untuk semua komponen. Start unit dapat dirinci menjadi start untuk tiap komponen utama yang meliputi start boiler, start turbin, start alat bantu dan sebagainya. Untuk keperluan praktis, urutan kegiatan start mulai dari persiapan hingga beban penuh dapat dibuat dalam bentuk diagram blok urutan start. Dengan diagram tersebut dapat dilihat apa saja yang dilakukan di boiler dan mana yang dapat dilakukan secara bersamaan antara boiler dan turbin. Apabila kondisi unit usai pekerjaan overhaul atau pekerjaan pemeliharaan, maka persiapan dan pemeriksaan mencakup semua bagian alat dan harus dilakukan secara teliti dan bertahap. Tetapi apabila kondisi unit hangat atau stand by, maka persiapan dan pemeriksaan relatif lebih singkat, hanya untuk memastikan posisi bagian alat atau sistem. Sesuai dengan prosedur yang berlaku pekerjaan persiapan ataupun pengoperasian alat atau sistem ada yang dapat dilakukan secara paralel tetapi ada pula yang harus dikerjakan secara berurutan. a. Sistem air pendingin utama dan pendingin bantu Didalam unit pembangkit yang sistem pendinginnya terdiri dari sistem pendingin utama dan pendingin bantu, maka sistem pendingin utama merupakan sistem yang pertama dioperasikan sebelum alat atau sistem yang lain beroperasi. Hal ini karena sistem pendingin utama selain untuk mengkondensasi uap di kondensor juga berfungsi untuk mendinginkan air dalam sistem pendingin bantu (auxiliary cooling water atau close cooling water). Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 99

113 Sistem Pendingin Utama Pengoperasian sistem pendingin utama meliputi pemeriksaan mulai dari intake (sisi masuk) pompa hingga outfall (sisi keluar) kondensor Gambar 88 Sistem Air Pendingin Utama (CWS) Sistem ini berfungsi untuk mendinginkan alat bantu dan bersirkulasi secara tertutup. Sekalipun siklusnya tertutup tetapi sebagian airnya terbuang (bocor), misalnya untuk pendingin atau perapat poros pompa dan sebagainya. Oleh karena itu persediaan air dalam tangki (header) air pendingin ini harus cukup sebelum sistem dioperasikan. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 100

114 Gambar 89 Sistem Air Pendingin Bantu (Siklus tertutup, CCCWS) b. Sistem udara instrumen dan udara service Karena kompressor udara instrumen maupun kompresor udara service didinginkan dengan air pendingin bantu. Produk udara instrumen ini digunakan untuk menggerakkan peralatan instrumen-kontrol termasuk katup dan damper. Persiapan sebelum mengoperasikan sistem udara instrumen dan service pada dasarnya sama. Perbedaannya adalah dalam sistem udara instrumen terdapat sistem pengering udara (air dryer). Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 101

115 Gambar 90 Siklus Air Uap PLTU Suralaya 5 7. Sistem Air Pengisi - Pengisian Hotwell kondensor Pengisian hotwell dapat dilakukan bila kualitas dan jumlah air penambah di tangki CST (condensat storage tank) tersedia cukup. Isilah hotwell hingga level normal (nol). - Pengisian Tangki Deaerator Setelah level hotwell cukup, berikutnya dilanjutkan mengisi tangki deaerator. Air dapat diisikan ke tangki deaerator dengan pompa kondensat hingga level normal. Pada saat mengisi tangki deaerator, secara simultan juga dilakukan penambahan air penambah ke hotwell. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 102

116 Gambar 91 Tangki air penambah (CST) - Pengisian Boiler Air diisikan ke ketel dengan pompa air pengisi (BFP). Sebelum menjalankan pompa air pengisi, pompa harus di "Priming" terlebih dahulu dengan cara membuka katup suction dan katup venting pada pompa sampai semua udara terbuang yang ditandai dengan keluarnya air dari saluran venting. Sebelum mengisikan air kedalam boiler, yakinkan bahwa katup venting pada boiler drum, superheater, reheater (bila tersedia) harus sudah dalam keadaan terbuka. Isi boiler hingga level drum sedikit dibawah level normal. Setelah muka air drum mencapai level yang ditetapkan, maka katup pengatur (CV) ditutup dan pompa air pengisi dapat dimatikan. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 103

117 Gambar 92 Sistem Air Kondensat Gambar 93. Pompa Air Pengisi (BFP) Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 104

118 Gambar 94 Pemanas air pengisi (Feed heater) Sistem minyak pelumas Didalam unit pembangkit minyak pelumas selain digunakan untuk pelumas bantalan turbin generator juga digunakan sebagai minyak hidrolik dan kontrol turbin serta untuk perapat poros (seal) generator. Pompa pelumas terdiri lebih dari satu, tetapi dalam kondisi normal yang beroperasi hanya satu, sedang yang lain sebagai back up. Jalankanpompa pelumas, jacking oil dan kemudian Turning gear untuk memutar turbin pada putaran 4 rpm. Sistem minyak perapat poros hanya digunakan dalam generator yang didinginkan dengan hidrogen. Pompa minyak terdiri dari dua, yaitu pompa perapat untuk sisi udara dan pompa perapat untuk sisi hidrogen. Dalam kondisi normal kedua pompa yang digerakkan dengan motor listrik AC beroperasi semua. Untuk mencegah keluarnya hidrogen pada saat aliran listrik AC hilang, maka sistem ini dilengkapi dengan pompa perapat yang digerakkan dengan motor DC. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 105

119 Gambar 95 Sistem Minyak Pelumas Turbin Gambar 96 Panel (Faceplate) start pompa pelumas Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 106

120 Gambar 97 Sistem Minyak Perapat poros Generator 5.3. Prosedur Start Boiler Sistem udara bakar dan gas buang Udara bakar dipasok oleh FD fan dan gas buang dikeluarkan ke atmosfir dengan ID fan. Udara bakar (udara sekunder) diambil dari atmosfir yang jumlahnya diatur dengan inlet vane pada FD Fan dan dipanaskan oleh Air Heater. ID Fan menghisap gas buang dan mengendalikan tekanan ruang bakar. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 107

121 Gambar 98 Sistem udara bakar dengan FD Fan Gambar 99 Damper udara bakar pada windbox Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 108

122 Gambar 100 Sistem gas buang dengan ID Fan Gambar 101 Sistem Udara Primer dengan PA Fan Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 109

123 5.3.2 Pembilasan Ruang Bakar (Purging) Ruang bakar adalah tempat reaksi pembakaran antara bahan bakar dengan udara. Oleh karena itu, ketika boiler beroperasi selalu ada resiko masuknya bahan bakar yang tidak terbakar kedalam boiler dan akumulasi sisa bahan bakar ini bersifat eksplosif. Untuk itu, maka ruang bakar senantiasa harus dibilas (purging) terlebih dahulu sebelum dilakukan penyalaan. Tujuan dari purging ini adalah untuk membuang gas yang dapat terbakar (combustible gas) dari dalam boiler. Untuk memastikan bahwa boiler sudah bersih dari combustible gas, maka purging dilakukan selama sekitar 5 menit. Persyaratan purging Untuk dapat melakukan purging diperlukan beberapa persyaratan yang harus dipenuhi. Persyaratan untuk melakukan purge antara boiler satu dengan yang lain dapat saja berbeda, tetapi persyaratan utama pada prinsipnya sama. Persyaratan tersebut antara lain adalah : * Aliran udara lebih besar dari 30 % aliran beban penuh * Katup penutup cepat (trip valve) bahan bakar penyala tertutup * Tekanan ruang bakar (furnace pressure) sudah sesuai * Katup penutup cepat bahan bakar utama tertutup * Semua damper/ vane udara dan gas terbuka * Level air di drum ketel diatas batas minimum. * Tidak ada nyala api di ruang bakar Untuk unit boiler yang pengoperasiannya menggunakan DCS, item-item persyaratan purging dapat dilihat pada layar monitor. Pada boiler yang dilengkapi dengan penangkap abu elektrik (Electrostatic Precipitator, EP), pastikan bahwa EP ini baru dioperasikan setelah proses pembilasan (purging) selesai. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 110

124 Untuk memperoleh aliran udara lebih besar dari 30 %, dilakukan dengan mengatur inlet vane dari FD fan. Sementara untuk membuat tekanan ruang bakar minus 10 mm dilakukan dengan mengatur inlet vane ID Fan. Gambar 102 Persyaratan purging boiler Prosedur purging Apabila persiapan dan persyaratan purging telah terpenuhi, maka purging dapat dilakukan dengan aliran udara ke ruang bakar > 30 % aliran beban penuh selama sekitar 5 menit. Selama proses purging berlangsung kondisi ketel dijaga stabil seperti saat sebelum purging. Jadi semua parameter dari alat yang beroperasi dijaga untuk tidak berubah dan tidak melakukan start atau stop suatu alat Sistem bahan bakar minyak Solar/HSD BBM solar digunakan sebagai penyala (ignitor) dan untuk pembakaran awal pada saat start dingin. Jalankan dua pompa HSD dan set tekanannya menjadi 7 bar, posisikan ke auto sehingga tekanan sampai di ignitor 6 bar. Penyalaan/Pembakaran awal Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 111

125 Sebelum melakukan penyalaan awal, maka komponen berikut ini harus disiapkan : - Damper udara dalam posisi untuk penyalaan atau posisi otomatis - Tekanan uap atau udara untuk atomising cukup - Flame detector (scanner) dalam keadaan kerja. - Tekanan ruang bakar normal, - Tekanan bahan bakar penyala cukup Penyalaan dapat dilakukan apabila purging telah selesai. Untuk melakukan penyalaan, jalankan pompa minyak penyala (HSD), RESET boiler Buka Trip Valve bbm HSD. Begitu tombol start ignitor ditekan, maka urutan penyalaannya berlangsung : * Ignitor gun masuk (insert) keruang bakar. * Katup uap atau udara atomisasi terbuka * Busi mengeluarkan bunga api (igniter on) * Katup bahan bakar penyala terbuka Jika nyala api yang terdeteksi oleh flame detector memuaskan, artinya terjadi pembakaran yang baik, maka penyalaan berlangsung terus, busi akan mati dan retract. Tetapi jika nyala api tidak terdeteksi oleh flame detektor, maka proses penyalaan stop, sistem ignitor trip (katup bahanbakar dan uap atomisasi tertutup). Pada saat penyalaan pastikan bahwa pembakaran terjadi dengan baik. Bentuk nyala api diperiksa melalui kaca intip, tidak terlalu panjang dan tidak terlalu lebar sehingga tidak menyentuh dinding ruang bakar. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 112

126 Gambar 103 Sistem penyala (Ignitor) Gambar 104. Konfigurasi ignitor pada boiler Proses pemanasan pada boiler harus dilakukan bertahap dengan kenaikan temperatur uap yang terkontrol (lihat kurva start). Temperatur metal pipa boiler harus dipantau dan dijaga pada batas yang diijinkan. Temperatur pipa reheater juga harus diamati terus menerus karena belum ada aliran uap masuk turbin. Buka katup resirkulasi ekonomiser agar air dapat bersirkulasi dari drum ke pipa pipa ekonomiser Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 113

127 dan kembali ke drum. Pada saat ini belum ada penguapan dan belum terjadi sirkulasi sehingga kenaikan temperatur harus diatur dengan hati-hati agar tidak terjadi overheating pada pipa-pipa ketel. Atur laju kenaikan temperatur dan tekanan uap dengan mengatur banyaknya igniter yang beroperasi. Periksa temperatur gas keluar ruang bakar dengan menggunakan thermoprobe, jaga agar temperatur ini tidak melebihi batas yang telah ditentukan. Laju kenaikan temperatur tetap harus dibatasi demikian pula temperatur pipa-pipa boiler harus terus dipantau. Pengaturan kenaikan temperatur dapat dilakukan dengan menambah atau mengurangi jumlah ignitor. Gambar 105 Ruang bakar dan thermoprobe Menaikkan Tekanan dan Temperatur Boiler Dalam tahap kenaikan tekanan boiler, aspek yang harus diperhatikan adalah menjaga agar perbedaan temperatur pada komponen boiler tidak boleh melampaui batas yang ditetapkan karena akan menimbulkan stress thermal. Hal ini terutama Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 114

128 pada boiler drum karena boiler drum merupakan komponen yang paling tebal dalam boiler. Perbedaan temperatur yang perlu diperhatikan pada boiler drum adalah perbedaan temperatur antara Top dengan Bottom terutama sebelum terbentuknya uap. Saat belum terjadi penguapan, bagian boiler drum yang terpanasi adalah dinding sebelah dalam bagian bawah yang bersinggungan dengan air. Pada tahap ini, boiler drum bagian bawah cenderung memuai sedang drum bagian atas belum memuai sehingga terjadi stress. Untuk mengurangi stress, maka perbedaan temperatur antara Top dengan Bottom tidak boleh melebihi batasan yang ditetapkan. Manakala penguapan sudah terjadi, maka seluruh permukaan bagian dalam dari boiler drum sudah terpanasi secara merata, dimana bagian bawah dipanasi oleh air sedang bagian atas dipanasi oleh uap. Pada tahap ini perbedaan temperatur antara Top/Bottom mulai mengecil. Perbedaan temperatur yang masih ada adalah antara bagian dalam drum dengan bagian luar drum (inner dengan outter). Gambar dibawah menunjukkan contoh formula batasan perbedaan temperatur drum. Gambar 106 Contoh batas perbedaan temperatur pada drum Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 115

129 Ketika belum terbentuk uap, maka temperatur gas bekas harus dibatasi untuk mencegah terjadinya overheating pada pipa-pipa superheater. Pembatasan ini dilakukan dengan mengatur jumlah ignitor yang dioperasikan. Bila ternyata temperatur ruang bakar melebihi batasan yang ditetapkan, maka jumlah ignitor harus dikurangi. Bila tidak tersedia thermoprobe, maka batasan terhadap laju kenaikan temperatur sesuai rekomendasi pabrik seperti yang terdapat pada buku manual. Pada tekanan 2 bar, katup venting drum ditutup, naikkan tekanan secara bertahap dengan memperhatikan batas-batas yang ditetapkan. Gambar 113 menunjukkan contoh tipikal grafik start dingin (cold start) ketel dan turbin Start Turbin Pastikan bahwa semua indikator dan peralatan turbovisori berfungsi dengan baik. Pastikan bahwa semua katup drain turbin (casing drain, main steam drain, extraction line drain) terbuka. Pemanasan (warming) Main Steam Line Pada boiler yang dilengkapi dengan "Boiler stop valve", maka setelah boiler mencapai tekanan tertentu, saluran uap utama (main Steam line) dapat di "warming" dengan membuka boiler stop valve. Mengoperasikan Uap Perapat Turbin dan Membuat Vakum kondensor Sebelum turbin beroperasi, uap perapat umumnya dipasok dari auxiliary steam, tekanan dan temperatur uap perapat harus disesuaikan dengan kondisi perapat. Karena itu tekanan uap perapat harus diturunkan melalui katup pengatur. Selain itu, uap perapat sisi tekanan rendah juga diturunkan temperaturnya dengan menggunakan air pancar (spray water). Uap bekas dari perapat selanjutnya mengalir ke gland steam condensor dan didinginkan oleh air kondensat. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 116

130 Perangkat pembuat vacum dapat berupa "Steam Ejector" atau Pompa vakum. Alat ini dioperasikan setelah tekanan boiler mencapai harga tertentu > 15 bar. Umumnya yang dijalankan pertama adalah starting/hoging Ejector. Setelah mencapai vakum 600 mmhg dipindah ke main Ejector. Untuk perangkat pembuat vacum kondesor yang menggunakan pompa vacum (vacum pump), biasanya setiap unit dilengkapi dengan 2 atau 3 pompa vacum sehingga untuk start dapat menggunakan 3 pompa vacum dan saat normal operasi cukup 1 pompa. Sambil menunggu vakum kondensor mencapai harga nominal, atur agar laju kenaikan temperatur pada boiler tetap berada dalam batas yang diijinkan. Setelah tercapai vakum 680 mm Hg, sistem turbine by pass dapat dioperasikan, namun pompa kondensat dan BFP harus beroperasi. Dengan beroperasinya sistem by pass turbin, maka aliran uap melintas keluar boiler meningkat sehingga kenaikan temperatur uap menjadi lebih cepat. Gambar 107 Pasok uap Sistem gland steam Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 117

131 Rolling up Turbin. Setelah vakum condensor mencapai harga nominal, tekanan dan temperatur uap sesuai jenis stat, turbin dapat segera dijalankan. Periksa apakah eksentrisitas (eccentricity) poros telah berada dibawah harga batas yang telah ditetapkan. Bila belum, tunda start turbin dan biarkan poros turbin tetap diputar oleh turning gear sampai eksintrisitas poros mencapai batasan yang ditetapkan. Periksa posisi poros (rotor position) serta perbedaan pemuaian (differential expansion) antara rotor dengan casing. Amati perbedaan temperatur antara upper dengan lower casing, serta perbedaan temperatur antara flens dengan Bolt. Periksa temperatur uap bekas dari LP turbin dan yakinkan bahwa sistem pengatur temperatur uap bekas LP turbin (LP exhaust hood spray water) bekerja. Gambar 108 Katup utama uap Turbin (MSV, GV, RSV dan ICP) Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 118

132 Jalankan AOP (auxiliary oil pump), RESET turbin dan amati reaksi katup-katup governor. Segera setelah reset, maka governor valve akan membuka penuh. Kini turbin siap diputar dengan membuka stop valve (throttle valve). Besarnya laju percepatan dapat dilihat dari grafik start turbin yang direkomendasikan pabrik. Pada turbin yang dilengkapi sistem start otomatis (Automatic Turbine Start Up/ ATS), tersedia selector switch untuk memilih laju akselerasi yaitu " Slow", "Normal" dan "Fast" dimana besaran akselerasi untuk masing-masing posisi selector switch telah ditentukan oleh pabrik. Gambar 109 Faceplate pompa vakum Untuk start secara manual, gunakan grafik start turbin sesuai dengan jenis start (cold, warm, atau hot start) yang direkomendasikan oleh pabrik. Ketika melakukan start dingin (cold start), umumnya putaran turbin harus ditahan pada harga tertentu selama periode waktu tertentu untuk tujuan pemerataan panas (heat soak). Perlu diingat bahwa ketika uap mulai mengalir kedalam turbin, maka rotor akan memuai lebih cepat dari casing. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 119

133 Hal-hal tersebut mengakibatkan timbulnya perbedaan pemuaian relatif (differensial expansion) antara rotor dengan casing. Bila perbedaan pemuaian ini lebih besar dari jarak bebas (clearence) antara bagian yang bergerak dengan bagian yang stasioner, maka kemungkinan dapat terjadi pergesekan diantara keduanya. Gambar 110 Program ATS (automatic turbin start up) Disamping itu, perbedaan temperatur antara upper dengan lower casing dan perbedaan temperatur antara flens dengan bolt juga harus diperhatikan. Pada turbin yang dilengkapi sistem ATS, terdapat sistem monitoring "Stress Level". Bila stress tinggi, maka tahap urutan start akan ditunda secara otomatis hold, turbin akan tetap berada pada putaran tertentu dalam waktu yang lama. Setelah "Stress level" turun dibawah batas yang tentukan, maka proses urutan start akan berlanjut lagi. Begitu program start turbin mulai, putaran naik, kopling turning gear terlepas (disanggage) dan matikan. Pada putaran sekitar 500 rpm turbin di trip untuk memastikan kerja MSV dan dilakukan pemeriksaan gesekan (rub check). Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 120

134 Gambar 111 Indikator parameter turbin (turbine supervisory) Bila ternyata hasilnya normal, turbin dapat distart lagi. Pada putaran tertentu, vibrasi akan tinggi, ini menunjukkan bahwa turbin berada pada putaran kritisnya (critical speed). Turbin biasanya memiliki beberapa putaran kritis sampai mencapai 3000 rpm. Ketika putaran mencapai 95% putaran nominal (2850 Rpm) akan terjadi proses valve transfer. Pada saat ini, governor valve akan bergerak dari posisi terbuka penuh ke posisi pembukaan minimum, sementara stop valve akan membuka penuh. Pengendalian pengaturan aliran uap kini diambil alih oleh governor valve. Saat dimana valve transfer terjadi merupakan saat yang sangat rentan karena berpindahnya proses throtling dari stop valve ke governor valve. Bila tekanan dan temperatur uap tidak memadai, maka ada kemungkinan terjadi kondensasi di steam chest. Setelah itu, naikkan putaran turbin hingga putaran nominal dengan membuka governor valve. Matikan jacking oil pump dan Auxiliary oil pump. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 121

135 Sinkronisasi Generator dan Pembebanan Periksa aliran pelumas bantalan dan temperaturnya. Amati juga vibrasi pada bantalan bantalan generator. Manakala putaran turbin/generator telah mencapai putaran nominalnya, sistem eksitasi dapat diaktifkan. Masukkan saklar arus penguat (Field Circuit Breaker). Naikkan tegangan generator sampai tegangan nominalnya dengan mengatur arus penguat melalui Base Adjuster. Gambar 112. Faceplat field breaker dan AVR Pindahkan balance switch ke posisi Bal, amati penunjukan balance meter (BM)". Atur/tunggu agar jarum pada "Balance meter" menunjuk angka 0 (nol) yang posisinya tepat ditengah-tengah. Setelah jarum tepat berada ditengah-tengah (menunjuk angka nol), pindahkan switch pilihan ke "auto". Dengan demikian maka "Automatic Voltage Regulator (AVR)" telah berfungsi dan pengaturan dalam posisi otomatis. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 122