Kegiatan Belajar 2: Prinsip Pembangkit Listrik Tenaga Gas

Transkripsi

1 Kegiatan Belajar 2: Prinsip Pembangkit Listrik Tenaga Gas Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan Menjelaskan prinsip pembangkit listrik tenaga gas Sub Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan 1. Mampu menjelaskan komponen utama dan komponen pendukung turbin gas 2. Mampu menjelaskan prinsip kerja turbin gas 3. Mengetahui klasifikasi, siklus, pendingin dan efesiensi turbin gas 4. Mampu menjelaskan jenis dan tujuan perawatan turbin gas Pokok Pokok Materi 1. Komponen Utama dan Komponen Pendukung Turbin Gas 2. Prinsip Kerja Turbin Gas 3. Klasifikasi, Siklus, Pendingin dan Efesiensi Turbin Gas 4. Perawatan Turbin Gas Uraian Materi 2.1. Komponen Utama dan Komponen Pendukung Turbin Gas Sistem tenaga listrik terdiri dari sistem pembangkitan, sistem penyaluran yaitu sistem transmisi dan sistem distribusi serta beban. Tenaga listrik pada umumnya dihasilkan oleh generator sinkron yang diputar oleh mesin penggerak yang disebut sebagai penggerak mula (prime mover). Penamaan pusat pembangkit listrik umumnya didasarkan pada energi primer yang digunakan sebagai penggerak penggerak mula, seperti Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG), maka mesin penggerak generator listrik yangdigunakan adalah turbingas (untuk PLTG). Pada pembangkit listrik tenaga gas terdapat beberapa komponen, yang dikelompokkan menjadi komponen utama dan komponen pendukung.

2 Komponen Utama a. Turbin Gas Turbin gas sebagai komponen utama pada PLTG berfungsi mengkonversi energi panas menjadi energi mekanis dalam bentuk kerja putaran poros, energi panas dihasilkan dari pembakaran bahan bakar ditransformasikan ke roda turbin. Gambar 10. Turbin Gas (Sumber: Bagian turbin yang berputar disebut roda turbin atau rotor dan bagian turbin yang diam disebut rumah turbin. Rotor memutar poros yang menggerakkan beban seperti generator listrik, pompa, kompresor. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin gas. Gambar 11 menunjukkan skema sistem turbin gas yang digunakan di pusat pembangkit tenaga listrik. Gambar 11. Skema Turbin Gas pada Pembangkit Tenaga Listrik

3 Perkembangan teknologi saat ini menjadikan sistem turbin gas banyak digunakan untuk berbagai keperluan seperti mesin penggerak generator listrik, pesawat terbang dan lainnya. Hal ini disebabkan sistem turbin gas dapat dipasang dengan cepat dengan biaya investasi yang relatif rendah jika dibandingkan dengan instalasi turbin uap dan motor diesel pada pusat tenaga listrik. Berikut ini beberapa kelebihan turbin gas yaitu: rasio kompresi tinggi (20:1), sederhana dan relatif memiliki bobot yang ringan. b. Kompresor Kompresor berfungsi mendorong udara ke dalam ruang bakar untuk selanjutnya diproses melalui pembakaran bahan bakar. Kompresor yang biasanya dipakai pada turbin gas adalah kompresor aksial yang berguna untuk memasok udara bertekanan ke dalam ruang bakar sesuai dengan kebutuhan, arah aliran udara paralel atau memanjang searah dengan shaft rotor. Kompresor aksial terdiri dari dua bagian yaitu pertama, Compressor Rotor Assembly, merupakan bagian dari kompresor yang berputar pada porosnya. Kedua, Compressor Stator, merupakan bagian dari casing gas turbin. Kompresor aksial memiliki beberapa tingkat yang terdiri darisudu gerak pada rotor dan sudu tetap pada stator, pada sudu tetap tekanan udara akan diperbesar dan kecepatan udara akan turun, makin banyak tingkat kompresor aksial seri makin tinggi efesiensi yang diperoleh. Kompresor Berikut ini gambar bagian-bagian kompresor: Gambar 12. Bagian-Bagian Kompresor (

4 c. Ruang Bakar Ruang bakar berfungsi sebagai tempat terjadinya proses pembakaran antara bahan bakar dengan udara bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi. Hasil pembakaran ini berupa energi panas yang diubah menjadi energi gerak. Penggunaan turbin gas menentukan jumlah komponen yang terdapat pada sistem pembakaran dan juga tergantung besarnya frame. Komponen-komponen itu adalah: Combustion Chamber, berfungsi sebagai tempat pencampuran udara yang telah dikompresi dengan bahan bakar yang masuk. Combustion Liners, terdapat di dalam combustion chamber yaitu sebagai tempat berlangsungnya pembakaran. Fuel Nozzle, sebagai tempat masuknya bahan bakar ke combustion liner. Ignitors (Spark Plug), digunakan untuk menyalakan api ke dalam combustion chamber sehingga campuran bahan bakar dengan udara dapat terbakar. Transition Fieces, untuk mengarahkan dan membentuk aliran gas panas agar sesuai dengan ukuran nozzle dan sudu-sudu turbin gas. Cross Fire Tubes, berfungsi untuk meratakan nyala api pada semua combustion chamber. Flame Detector, merupakan alat yang dipasang untuk mendeteksi proses pembakaran terjadi Komponen Pendukung Selain komponen utama pada turbin gas juga terdapat beberapa komponen pendukung yaitu: a. Variable Inlet Guide Vane (VIGV) Komponen ini terletak pada 1 atau 2 tingkat pada sudu stator pertama kompresor. Aliran massa udara dapat disesuaikan dengan keadaan start, akselerasi dan deselerasi kompresor dengan memanfaatkan Variable Inlet Guide Vane (VIGV).

5 b. Bleed Valve Komponen ini berfungsi mengurangi adanya back pressure atau tekanan balik pada kompresor sekaligus mengurangi beban yang diterima turbin. Bleed Valve terletak sebelum rumah ruang pembakar dan memiliki saluran untuk membuang aliran udara kompresor dengan tidak melewati ruang bakar dan bagian turbin. c. Difuser Komponen ini tidak menghasilkan atau memerlukan kerja mekanik, tetapi dapat mengubah energi kinetik menjadi tekanan. Difuser sebagai saluran yang berfungsi menaikkan tekanan fluida dengan cara menurunkan kecepatannya. Sehingga dapat dikatakan difuser disini adalah untuk memperlambat kecepatan (velocity) udara. Sehingga udara bercampur dengan bahan bakar dengan sempurna. d. Nozel Nozel adalah alat atau saluran yang digunakan untuk menaikkan kecepatan fluida dengan cara menurunkan tekanannya. Atau, nozel adalah alat untuk mengekspansikan fluida sehingga kecepatannya bertambah besar. Hal ini berbeda dengan fungsi difuser, tetapi seperti difuser, nozzel tidak menghasilkan atau memerlukan kerja mekanik Prinsip Kerja Turbin Gas Prinsip kerja Turbin gas suatu PLTG didasarkan adanya udara bertekanan yang masuk ke dalam ruang bakar sehingga terjadi proses konversi energi yang terkandung di dalam bahan bakar menjadi mekanis. Fluida kerja untuk memutar turbin gas adalah gas panas yang diperoleh dari proses pembakaran. Proses pembakaran tersebut berlangsung di dalam ruang bakar (combustion chamber) dengan keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan temperatur. Proses pembakaran ini memerlukan tiga unsur utama yaitu: 1. Bahan bakar 2. Udara 3. Panas Dalam proses pembakaran ini bahan bakar disuplai oleh pompa bahan bakar, udara untuk pembakaran diperoleh dari kompresor utama dan panas untuk awal pembakaran

6 dihasilkan oleh ignitor (busi). Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Energi mekanis yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar generator listrik, sehingga diperoleh energi listrik. Gas yang telah melewati turbin ini akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust). Gambar 13. Prinsip Kerja Turbin Gas (Sumber: Rahman, Arif. 2014) Berdasarkan uraian sebelumnya, secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai berikut: Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian di bakar. Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel (nozzle). Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan. Kenyataannya proses yang terjadi dalam konversi energi pada turbin gas suatu PLTG tidak ada yang ideal, artinya selalu terdapat rugi-rugi yang dapat menyebabkan turunnya daya keluaran (output) dan berakibat pada menurunnyaperforma turbin gas itu sendiri. Kerugian tersebut dapat terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas. Beberapa penyebab terjadinya kerugian antara lain:

7 Terjadinya kerugian tekanan (pressure losses) di ruang bakar akibat adanya gesekan fluida. Terjadinya gesekan antara bantalan turbin dengan angin yang diakibatkan kerja yang berlebih waktu proses kompresi. Terjadinya perubahan temperatur dan perubahan komposisi kimia dari fluida kerja. Adanya mechanical losses. Turbin gas mempunyai persamaan dengan motor bakar yaitu pada proses pembakarannya yang terjadi di dalam mesin itu sendiri, juga proses kerjanya sama yaitu hisap, kompresi, pembakaran, ekspansi dan buang. Perbedaannya adalah terletak pada kontruksinya, motor bakar kebanyakan bekerja gerak bolak balik (reciprocating) sedangkan turbin gas adalah mesin rotasi. Proses kerja motor bakar bertahap (intermiten), yang dinamakan langkah, langkah hisap, kompresi, pembakaran, ekspansi dan langkah buang, antara langkah satu dan lainnya saling bergantung dan bekerja bergantian. Turbin gas proses kerjanya kontiniu, semua proses yaitu hisap kompresi, pembakaran dan buang adalah berlangsung bersamaan. Pada proses ekspansi, pada turbin gas, terjadi perubahan energi dari energi panas menjadi energi mekanik putaran poros turbin, sedangkan pada motor bakar pada langkah ekspansi terjadi perubahan dari energi panas menjadi energi mekanik gerak bolak-balik torak. Dengan kondisi tersebut, turbin gas bekerja lebih halus tidak banyak getaran dan gas buang pada motor bakar tidak pernah dipakai untuk gaya dorong. Gambar 14. Mesin Pembakaran Dalam Turbin Gas dan Motor Bakar

8 2.2. Klasifikasi turbin gas Klasifikasi turbin gas pada dasarnya dibedakan berdasarkan siklusnya dan konstruksi poros. Bedasarkan siklus turbin gas dibedakan menjadi dua tipe yaitu: a. Siklus terbuka (Opencycle) Pada turbin gas siklus terbuka, akhir ekspansi fluida kerjanya langsung dibuang ke udara atmosfir. Pada siklus terbuka ada dua jenis yaitu terbuka langsung dan terbuka tidak langsung, berikut ini gambar dari siklus terbuka: Gambar 15. Turbin Gas Untuk Siklus Terbuka Langsung (Sumber: Pada turbin gas sistem terbuka muncul permasalahan pada proses pendinginan ruang bakar dan sudu-sudu turbin dan juga proses pembakaran bershubungan langsung dengan material turbin, sehingga dihawatirkan akan dapat menimbulkan terjadinya korosi dan abrasi pada sudu turbin, jika ini diabaikan dapat berakibat fata seperti sudu turbin bengkok atau patah. Hal ini akan menurunkan daya turbin dan secara keseluruhan efesiensi kerja menjadi rendah. Untuk menghindari hal tersebut, maka bahan bakar padat tidak disarankan untuk digunakan pada sistem turbin gas siklus terbuka. Kendala tersebut juga dapat diatasi dengan memisahkan ruang bakar dengan saluran fluida kerja, artinya fluida kerja yang masuk turbin tidak mengandung gas hasil pembakaran proses ini dapat dilakukan dengan membuat turbin gas sistem terbuka tidak langsung.

9 Gambar 16. Turbin Gas Siklus Terbuka Tidak Langsung (Sumber: b. Siklus tertutup (Closecycle) Sistem Turbin gas siklus tertutup terdiri dari beberapa komponen, yaitu: kompresor, ruang pemanas (heating chamber), turbin gas yang menggerakkan generator dan kompresor, dan ruang pendingin (cooling chamber). Pada sistem turbin gas dengan siklus tertutup, akhir ekspansi fluida kerjanya tidak langsung dibuang ke atmosfir tetapi didinginkan terlebih dahulu untuk kembali ke dalam proses awal. Sistem sisklus tertutup ada dua tipe, sistem turbin gas tertutup langsung dan tertutup tidak langsung. Pada sistem turbin gas tertutup langsung banyak digunakan pada aplikasi turbin gas bahan bakar nuklir. Bedanya dengan siklus terbuka langsung adalah dalam proses akhir yaitu ekspansi fluida kerja dengan tekanan sudah menurun, tetapi masih bertemperatur tinggi didinginkan terlebih dahulu sebelum masuk kompresor, untuk keperluan tersebut, dipasang penukar kalor berfungsi sebagai pendingin. Selanjutnya, fluida kerja dingin masuk kembali ke kompresor untuk dikompresi lagi.

10 Gambar 17. Turbin Gas Siklus Tertutup Langsung (Sumber: Siklus pada sistem turbin gas berkembang sesuai perkembangan teknologi dan kebutuhan konsumen. Siklus Brayton menjadi konsep dasar untuk setiap mesin turbin gas. Siklus termodinamika ini dikembangkan pertama kali oleh John Barber pada tahun 1791, dan disempurnakan lebih lanjut oleh George Brayton. Pada awal penerapan siklus ini, Brayton dan ilmuwan lain nya mengembangkan mesin turbin yang dikombinasikan dengan compressor. Pada perkembangannya, siklus ini lebih banyak diaplikasikan pada mesin-mesin pesawat terbang dan pembangkit listrik. Pada siklus Brayton ini, ada empat komponen utama, yaitu: compressor, combustion chamber (ruang pembakaran), turbin dan nozzle. Selain siklus Brayton juga dikenal secara umum siklus Ericson dan siklus Stirling. Berikut ini uraian tiga siklus turbin gas tersebut. c. Siklus Ericson Merupakan siklus mesin kalor yang dapat balik (reversible) yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (reversibleisotermic) dan dua proses isobarik dapat balik

11 (reversibleisobaric). Proses perpindahan panas pada proses isobarik berlangsung di dalam komponen siklus internal (regenerator), dimana effisiensi termalnya adalah: hth = 1 T1/Th dimana T1 = temperatur buang dan Th = temperatur panas. d. Siklus Stirling Merupakan siklus mesin kalor dapat balik, yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (isotermalreversible) dengan volume tetap (isokhorik). Efisiensi termalnya sama dengan efisiensi termal pada siklus Ericson. e. Siklus Brayton Siklus ini merupakan siklus daya termodinamika ideal untuk turbin gas, sehingga saat ini siklus ini yang sangat populer digunakan oleh pembuat mesin turbin atau manufacturer dalam analisa untuk performance upgrading. Siklus Brayton ini terdiri dari proses kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses pelepasan panas pada tekanan konstan. Pada siklus Bryton tiap-tiap keadaan proses dapat dianalisa secara berikut. Gambar 18. Siklus Brayton (Sumber:Fivia Eliza, 2016)

12 Urutan proses kerja sistem turbin gas pada siklus Brayton adalah Proses 1 ke 2 adalah proses kompresi isentropik udara pada kompresor, tekanan udara naik. Kerja yang dibutuhkan oleh kompresor: Wc = ma (h2 h1). Proses 2 ke 3 adalah proses pembakaran campuran udara dan bahan-bakar pada tekanan konstan, dihasilkan panas pada ruang bakar. Jumlah kalor yang dihasilkan: Qa = (ma + mf) (h3 h2). Proses 3 ke 4 adalah ekspansi isentropik didalam turbin. Daya yang dibutuhkan turbin: WT = (ma + mf) (h3 h4), dihasilkan kerja turbin berupa putaran poros dan gaya dorong, tekanan turun. Proses 4 ke 1, pembuangan panas pada tekanan konstan ke udara. Jumlah kalor yang dilepas: QR = (ma + mf) (h4 h1). Dari diagram T-S dapat dilihat setelah proses kompresi pada kompresor temperature naik yaitu T2 dari Temperatur atmosfer T1 dan tekanan naik dari p1 menjadi p2, tempertur dan tekanan ini diperlukan untuk proses pembakaran. Setelah bahan bakar disemprotkan dan bercampur dengan udara mampat didalam ruang bakar dan dinyalakan, terjadi proses pembakaran, temperatur naik lagi sampai T3. Temperatur T3 adalah temperatur gas pembakaran yang akan masuk turbin, temperatur ini dibatasi oleh ketahanan material. Setelah proses ekspansi pada turbin, temperatur gas sisa menjadi turun sampai T4 dan temperatur gas sisa ini masih tinggi diatas temperatur T1. Klasifikasi sistem turbin gas juga dibedakan berdasarkan konstruksi poros, yaitu: a. Turbin Gas Poros Tunggal (SingleShaft) Turbin jenis ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik yang menghasilkan energi listrik untuk keperluan proses di industri. Gambar 19. Turbin Gas Poros Tunggal

13 b. Turbin Gas Poros Ganda (DoubleShaft) Turbin jenis ini merupakan turbin gas yang terdiri dari turbin bertekanan tinggi dan turbin bertekanan rendah, dimana turbin gas ini digunakan untuk menggerakkan beban yang berubah seperti kompresor pada unit proses. Gambar 20. Turbin Gas Poros Ganda (Sumber: Bahan bakar, Pelumasan, Pendinginan dan Effisiensi Bahan bakar Bahan bakar yang digunakan berasal dari fuel gas sistem dengan tekanan sekitar 15 kg/cm2. Fuel gas yang digunakan sebagai bahan bakar harus bebas dari cairan kondensat dan partikel-partikel padat, khususnya pada sistem turbin gas dengan proses sistem terbuka. Sehingga hasil proses pembakaran harus bebas dari sisa-sisa bahan bakar (abu) yang keras dan tidak menimbulkan korosi yang diakibatkan peristiwa kimia. Untuk mendapatkan kondisi tersebut diatas maka sistem ini dilengkapi dengan knock out drum yang berfungsi untuk memisahkan cairan-cairan yang masih terdapat pada fuel gas. Bahan bakar yang berbentuk gas biasanya digunakan untuk turbin gas adalah gas dapur tinggi, gas bumi dan gas yang diperoleh dari instalasi penguapan gas arang untuk industri. Gas dapur tinggi adalah barang sisa-sisa dan harganya murah, tetapi nilai kalornya rendah. Gas bumi adalah bahan bakar yang ideal untuk turbin gas yang mengandung Methan (CH4) dengan kadar 65 % sampai 92 %.

14 Pelumasan Lube oil system berfungsi untuk melakukan pelumasan secara kontinu pada setiap komponen sistem turbin gas Lube oil disirkulasikan pada bagian-bagian utama turbin gas dan trush bearingjuga untuk aksesoris gear dan yang lainnya. Lube oil system terdiri dari: Oil Tank (Lube Oil Reservoir) Oil Quantity Pompa Filter System Valving System Piping System Instrumen untuk oil Pada turbin gas terdapat tiga buah pompa yang digunakan untuk mensuplai lube oil guna keperluan lubrikasi, yaitu: Main Lube Oil Pump, merupakan pompa utama yang digerakkan oleh HP shaft pada gear box yang mengatur tekanan discharge lube oil. Auxilary Lube Oil Pump, merupakan pompa lube oil yang digerakkan oleh tenaga listrik, beroperasi apabila tekanan dari main pump turun. Emergency Lube Oil Pump, merupakan pompa yang beroperasi jika kedua pompa diatas tidak mampu menyediakan lube oil Pendinginan Sistem pendingin yang digunakan pada turbin gas adalah air dan udara. Udara dipakai untuk mendinginkan berbagai komponen pada section dan bearing. Komponenkomponen utama dari cooling system adalah: Off base Water Cooling Unit Lube Oil Cooler Main Cooling Water Pump Temperatur Regulation Valve Auxilary Water Pump Low Cooling Water Pressure Swich

15 Efesiensi Turbin Gas Pemakaian turbin gas banyak menguntungkan sebagai pengganti sumber penggerak lain, seperti yang sudah diuraikan diatasyaitu turbin gas bentuknya lebih simple dan tidak banyak memakan tempat. Kalau dibandingkan dengan turbin uap, turbin gas lebih mudah dioperasikan, mudah dikendalikan dan instalasinya lebih sederhana. Akan tetapisecara aktual efisiensi turbin gas masih rendah. Sudah banyak metode yang digunakan untuk menaikan efisiensi tersebut. Dari gambar 38 diagram p-v dan t-s,dapat dilihat bahwapemasukan panas berlangsung pada tekanan tetap, q masuk =mc p (T 3 T 2 ) Pengeluaran panas juga pada tekanan konstan qkeluar =mcp (T 4 T1 ) Sehingga,kerja berguna dapat dirumuskan sebagai berikut; Wberguna = qmasuk-qkeluar = mcp(t3-t2 )- mcp(t4-t1) Efisiensi didefinisikan sebagai perbandingan kerja berguna dengan energi kalor yang masuk, dirumuskan sebagai berikut, Bisa ditulis dalam bentuk; Dimana Cp adalah kapasitas jenis pada tekanan konstan

16 Berdasarkan perumusan di atas, bahwa untuk menaikan efisiensi turbin gas, kompresor yang di gunakan harus memiliki perbandingan tekanan yang tinggi, sehingga pemakaian bahan bakar lebih sedikit. Kenaikan perbandingan tekan tidak selamanya menaikan daya turbin, pada perbandingan tekanan tertentu, daya turbin mencapai maksimum, selanjutnya daya yang berguna akan kembali turun. Hal ini dikarenakan, pada perbandingan tekanan yang tinggi diperlukan kerja kompresor yang besar, padahal kerja kompresor mengambil dari daya turbin. Dengan alasan tersebut, bisa dipahami kenaikan perbandingan tekanan tidak selalu menguntungan pada nilai tertentu. Bagian dari kerja turbin yang digunakan untuk menggerakan kompresor dinamakan back work ratio (gambar 3.10). Perbandingan daya pada turbin gas biasanya 3:2:1,3 untuk daya turbin, 2 untuk kompresor, dan 1 untuk generator listrik. Sebagai contoh untuk menggerakan generator listrik 100kW, turbin gas harus mempunyai daya 300kW, karena harus menggerakkan kompresor sebesar 200 kw. Gambar 21. Back Work Turbin Gas (Sumber: Fivia Eliza, 2016) Dengan alasan itu, banyak faktor yang harus diperhatikan terutama untuk mengoptimalkan kerja kompresor. Sebagai contoh, suhu masuk kompresor T1 tidak terlalu tinggi, dengan alasan pada suhu yang tinggi kerja kompresor bekerja lebih berat. Dengan kerja kompresor lebih berat, daya yang diambil dari daya turbin lebih banyak sehingga mengurangi bagian yang lainnya.

17 2.4. Pemeliharaan Pembangkit Listrik Tenaga Gas Perawatan (maintenance) adalah suatu kegiatan yang menjamin mesin/alat mampu untuk terus-menerus melakukan apa yang diinginkan oleh pemakai (user).tujuan dari kegiatan perawatan tersebut antara lain adalah: a. Menjamin mesin/alat tersedia dalam kondisi baik b. Menjamin kesiapan peralatan cadangan dalam kondisi darurat c. Menjamin keselamatan manusia dan lingkungan d. Menjamin usia pakai mesin/alat lebih panjang Banyak sekali jenis-jenis dari kegiatan maintenance, tetapi hal ini tergantung kebijakan dari tiap-tiap perusahaan dalam penerapannya: a. Breakdown Maintenance b. Preventive Maintenance c. Reliability Centered Monitoring d. Risk Base Inspection e. Total Preventive Maintenance Lalu untuk jenis-jenis standar pemeliharaan, antara lain adalah: a. Standar Inspeksi: Standar untuk memeriksa mesin atau teknik utuk mengukur atau menemukan kemunduran mesin b. Standar Servis: Standar untuk menetapkan bagaimana servis atau pemeliharaan rutin dilakukan dengan menggunakan handtool c. Standar Repair: Standar untuk menetapkan kondisi dan metode untuk pengerjaan repair d. Prosedur Pekerjaan Pemeliharaan: Standar disusun untuk pemeliharaan yang sering dikerjakan Hal-hal yang mempengaruhi kinerja dari gas turbin adalah: 1) Ketinggian tempat operasi turbin dimana setiap kenaikan 100 mdpl, maka daya turbin berkurang 1% 2) Kelembaban (humidity) udara lingkungan merupakan peningkatan kelembaban udara akan menurunkan kinerja dan daya dari turbin

18 3) Kelembaban spesifik udara merupakan peningkatan kelembapan spesifik akan menurunkan daya dan efisiensi turbin gas sebanyak: 0,0015% dan 0,0035% Pemeliharaan Turbin Gas adalah suatu kegiatan pekerjaan perawatan yang dilakukan terhadap peralatan / instalasi Turbin Gas dengan tujuan agar supaya peralatan / instalasi tersebut dapat dioperasikan secara maksimal, andal, efisien, aman dan dapat mencapai umur pakai (life time) sesuai dengan yang direncanakan. Pemeliharaan akan diperlukan karena setiap peralatan yang dioperasikan akan mengalami kerusakan. Pemeliharaan yang baik akan mencegah atau memperlambat terjadinya kerusakan tersebut. Faktor-faktor penyebab kerusakan diantaranya adalah: Design dan material Pengoperasian Pemeliharaan Kondisi lingkungan Program pemeliharan yang berhasil selain akan memperlambat terjadinya kerusakan, juga akan dapat meningkatkan kemampuan dari peralatan / instalasi yang dipelihara. Untuk berhasilnya suatu pemeliharaan harus didukung dengan: Tenaga kerja yang terampil, baik personil operasi, pemeliharaan, perencanaan dan semua personil terkait. Tersedia spare part / material / dana yang cukup. Tersedia cukup waktu untuk pemeliharaan. Case History (catatan kejadian-kejadian) selama peralatan / instalasi dioperasikan. Case History yang lengkap dan rinci dan log sheet harus diarsipkan, baik mengenai operasi maupun pemeliharaannya. Case History harus mencakup uraian dan analisa mengenai gangguan-gangguan atau masalah-masalah yang tidak biasa yang terjadi selama operasi, termasuk juga kondisi kerusakan yang dijumpai saat inspection serta tindakan penanggulangan yang dilakukan. Catat hasil hasil pengukuran vibrasi disemua bearing, dengan menggunakan vibrasi meter portable diukur sesaat sebelum

19 turbin gas distop. Juga catat hasil pengukuran vibrasi pada alat ukur terpasang di panel. Apakah ditemukan kebocoran bahan bakar dari pipa dan lain-lainnya? Jika iya, catat lokasinya. Apakah ditemukan kebocoran minyak pelumas dari pipa dan lain-lainnya? Jika iya, catat lokasinya. Apakah sistem kontrol bekerja dengan stabil dan secara keseluruhan bekerja dengan baik? Apakah pengaman overspeed berfungsi dengan baik dan bekerja pada kecepatan putaran yang telah ditetapkan? Apakah Overspeed Valve dan Shut off Valve bekerja dengan baik saat turbin dapat trip. Apakah terjadi gesekan pada ujung blades dan atau seal? Apakah tejadi perubahan tekanan pada sistem minyak pelumas? Apakah tejadi perubahan temperatur pada sistem minyak pelumas? Pada saat membersihkan filter minyak pelumas, apakah ditemukan material babbit? Pemeliharaan Turbin Gas dan komponen-komponennya beserta instalasi/peralatan lainnya yang direkomendasikan oleh pabrik merupakan Periodic Inspection (inspeksi secara berkala) yang terdiri dari pemeliharaan kecil dan pemeliharaan menyeluruh berupa Major Inspection. Efisiensi Turbin Gas sangat mempengaruhi daya yang dihasilkan oleh unit PLTG. Oleh karenanya, salah satu bentuk pemeliharaan yaitu menonaktifkan mesin secara berkala (periodic shut-down) yang tidak direncanakan akan menyebabkan hilangnya kesempatan produksi dan mungkin juga akan berarti suatu kondisi yang berbahaya. Stop terencana (scheduled shut-down) harus dikoordinasikan dengan unit pembangkit lainnya sehingga tidak terjadi kekurangan cadangan unit pembangkit. Turbin Gas memerlukan Periodic Inspection, perbaikan dan penggantian part-nya.

20 Pemeliharaan Selama Unit Beroperasi. Merupakan pengamatan yang terus menerus selama Turbin Gas dioperasikan. Pengamatan ini biasanya dilaksanakan setiap hari, setiap minggu atau setiap bulan dan setiap tahun. Bagian-bagian yang diamati diantaranya: Tekanan bahan bakar pada Fuel Nozzle Differential Pressure pada filter-filter Exhaust Gas Temperature Kebocoran-kebocoran. Vibrasi Tingkat kekotoran Kompresor Kotoran pada kompresor dapat dikurangi dengan Catalyst atau campuran air dengan detergen yang dilakukan pada saat Turbin Gas beroperasi, atau dapat juga dengan membasuh dengan air (water wash) yang dilakukan ketika Turbin Gas pada posisi spin (600 RPM). Besarnya vibrasi Turbin Gas dan peralatan lainnya perlu diamati. Sedikit perubahan besarnya vibrasi mungkin diakibatkan oleh perubahan beban. Akan tetapi bila vibrasi naik dengan cepat atau secara kontinyu terlihat ada tendensi kenaikan vibrasi, ini merupakan suatu indikator untuk dilaksanakan aksi korektif (perbaikan). Mungkin yang paling perlu untuk diamati adalah exhaust gas temperature (temperatur gas yang keluar turbin), karena batas operasi Turbin Gas diset terhadap exhaust gas temperature Pemeliharaan Selama Unit Stop a. Fuel Nozzle Inspection. Inspection ini adalah membuka, melepas serta membersihkan Fuel Nozzle dan memeriksa bagian dalam Combustor Basket dan Transition Pice melalui lubang tempat memasang Nozzle. Untuk pemeriksaan pertama (terhitung sejak Turbin Gas dioperasikan sesudah erection atau sesudah Major Inspection), pemeriksaan Fuel Nozzle ini selambat-lambatnya-lambatnya dilaksanakan setelah mencapai 50 jam operasi. Jika dari pemeriksaan pertama ini tidak terlihat adanya kelainan-kelainan maka pemeriksaan selanjutnya dilanjutkan dengan Combustor Section Inspection. b. Combustor Section Inspection

21 Bagian pekerjaan yang termasuk dalam Combustor Section Inspection adalah membongkar, memeriksa dan memperbaiki Fuel Nozzle, Combustor Basket, Transition Pieces dan komponen lain yang berada didalam Combustor Chamber. Bagian-bagian yang dibuka tersebut harus dibersihkan dengan teliti, diperiksa dan diperbaiki. Pada kesempatan ini juga diperiksa sudu-sudu turbin tingkat pertama yang dapat diperiksa dari lubang tempat pemasangan Transition Pieces. c. Turbin Section Inspection Inspection ini biasa disebut juga sebagai Hot Gas Path Inspection, yang meliputi Combustor Section Inspection ditambah dengan memeriksa / memperbaiki bagian dalam Turbin Gas dengan terlebih dahulu membuka Combustor Chamber Cylinder. Sudu-sudu turbin dilepaskan dari rotornya kemudian dibersihkan dan diperbaiki. Diaphragma dan seal labirin juga dilepas, dibersihkan dan diperbaiki. Dianjurkan juga agar bantalan aksial (Thrust Bearing) serta bantalan journal (Journal Bearing) dibuka, diperiksa dan diperbaiki. d. Major Inspection Major Inspection adalah pemeriksaan dan perbaikan menyeluruh yang dilakukan terhadap semua komponen unit PLTG (Turbin Gas, Kompresor, Peralatan bantu dll). Pekerjaan yang dilaksanakan mencakup pekerjaan Combustor Section Inspection, Turbine Section Inspection, ditambah dengan membuka Compresor Casing, melepas sudu-sudu kompresor untuk diperiksa / diperbaiki. Diaphragma Kompresor, Seal labirin, bantalan-bantalan juga dilepas, dibersihkan diperiksa dan diperbaiki. Dalam pelaksanaan Major Inspection ini juga dilakukan alignment (penyetelan-penyetelan) secara menyeluruh. Kriteria pemeriksaan, perbaikan dan penggantian dapat dilihat dari Service Bulletin yang dikeluarkan oleh pabrik pembuat atau dari buku manual Faktor Operasi Yang Mempengaruhi Pemeliharaan. Pemeliharaan yang rekomendasikan diperoleh dari pengalaman/penelitian terhadap sejumlah Turbin Gas dengan jam operasi total lebih dari 12 juta jam. Cara pemeliharaan serta Periode Pemeliharaan masih mungkin untuk berubah, untuk memperoleh hasil yang lebih baik.

22 a. Jumlah Start Dalam Satu Periode (Starting Frequency) Setiap kali start dan stop turbin akan menimbulkan efek termal atau perubahan temperatur yang besar pada bagian turbin. Selain periode start-up, sistem kontrol akan berbuat sedemikian rupa untuk mengurangi efek termal tersebut, namun walaupun demikian umur pakai (life-time) Turbin Gas yang sering di start akan lebih pendek dibandingkan dengan Turbin Gas yang selalu beroperasi pada beban dasar (base load) terus menerus. Kemungkinan yang terjadi saat Turbin gas di start adalah: Start yang berhasil, bilamana start diikuti kenaikan putaran mencapai putaran sinkron. Penyalaan gagal, bilamana start diikuti kenaikan putaran mencapai ignition, terjadi ignition tapi gagal untuk mencapai putaran sinkron. Tidak terjadi penyalaan, bilamana start diikuti kenaikan putaran tapi gagal untuk mencapai putaran ignition. Emergency Start (Fast Start), bilamana start diikuti kenaikan putaran yang sangat cepat. Start yang tidak diikuti penyalaan tidak akan meyebabkan efek termal. b. Siklus Beban (Load Cycle) Turbin Gas yang dibebani terus menerus dengan beban konstan atau sedikit perubahannya akan menimbulkan sedikit pengaruh pada life-time parts turbin. Sedang turbin gas yang dibebani naik turun dengan cepat, pengaruhnya terdapat life-timer parts turbin akan sama dengan yang sering Satrt-Stop. Banyak Turbin gas yang dioperasikan hanya untuk menampung beban puncak dengan jam kerja yang pendek. Cara pengoperasian seprti ini disebut Peak Rating dan dioperasikan sampai batas tertinggi temperatur exhaust gas. Untuk kondisi seprti ini jam kerjanya dipehitungkan dengan Jam Kerja Ekivalen. c. Kondisi Lingkungan Pengaruh lingkungan terdapat pemeliharaan Turbin gas adalah timbulnya korosi dan atau abrasi / pengikisan. Pengaruh lingkungan yang akan mengakibatkan abrasi dapat dikurangi dengan memasang filter udara yang baik disisi masuk kompresor, sedang bila pengaruhnya korosi dapat dikurangi dengan pelindung / coating cat. Untuk keadaan tertentu mungkin perlu dipasang instalasi pencuci udara

23 d. Proses Washing Kompresor Pada Sistem Turbin Gas Proses washing adalah salah satu bentuk perawatan dari kompresor dengan cara pembersihan. Proses washing ini dilakukan apabila temperatur pada sisi keluar kompresor tinggi. Hal ini dapat disebabkan oleh adanya pengendapan pada sudu rotor maupun stator yang dapat disebabkan oleh debu atau zat pengotor lain yang ikut masuk ke dalam kompresor pada proses masuknya udara ke dalam kompresor. Dengan adanya pengendapan pada sudu rotor maupun sudu stator tersebut berpengaruh besar terhadap kinerja dari kompresor itu sendiri dan secara otomatis juga dengan kinerja dari sistem turbin gas itu. Hal ini disebabkan oleh jarak clearance antara sudu rotor dan sudu stator semakin kecil, sehingga mengakibatkan terjadinya kerugian tekanan di setiap tingkatnya. Dengan kondisi yang demikian ini aliran massa udara dan perbandingan tekanan kompresor akan semakin turun dan temperatur pada sisi keluar semakin meningkat. Proses washing ini sendiri harus dilakukan dengan tujuan menjaga kondisi operasi dari kompresor pada kondisi yang optimal. Berdasarkan waktu operasi, cara melakukan proses washing dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu: 1) On Line Washing, yaitu proses washing yang dilakukan pada saat kompresorberoperasi. 2) Off Line Washing, yaitu proses washing yang dilakukan pada saat kompresor tidakberoperasi.adapun komponen utama dalam proses washing ini sendiri adalah: Motor pump, berfungsi untuk menyalurkan air dan detergent ke dalam kompresor pada saat proses washing berlangsung. Tangki air yang mempunyai pemanas (heater), berfungsi sebagai penyuplai air pada saat proses washing berlangsung. Air ini mempunyai temperatur 79 0 C sampai 85 0 C. Tangki detergent, berfungsi sebagai tempat penyuplai detergent. Pada pembahasan tulisan ini yang dijelaskan adalah proses off line washing. Langkah-langkah yang dilakukan dalam washing ini adalah setelah unit tidak beroperasi, pertama-tama kompresor tersebut dibilas dengan air yang mempunyai temperatur 79oC sampai 85oC sekitar 5 sampai 10 menit. Setelah itu baru disemprotkan campuran detergent dengan air sampai habis.

24 Detergent yang digunakan sekitar 5 liter. Setelah itu didiamkan sekitar 30 menit sampai 45 menit dan langkah selanjutnya dibilas dengan air yang mempunyai temperatur 79oC sampai 85oC sampai bersih. Selama proses washing tersebut kompresor digerakkan oleh motor start aksesoris pada putaran 50 rpm. Air dan detergenttersebut disalurkan melalui spray distributor yang berjumlah delapan buah. Rangkuman Pembangkit listrik tenaga gas (PLTG) merupakan jenis pembangkit yang memanfaatkan ketersediaan energi yang ada yaitu energi panas diubah menjadi energi mekanikmelalui sistem turbin gas, selanjutnya energi mekanik diubah menjadi energi listrik menggunakan generator. Sistem turbin gas terdiri dari komponen utama dan komponen pendukung. Komponen utama yaitu turbin gas, kompresor dan ruang bakar, sedangkan komponen pendukung yaitu Variable Inlet GuideVane (VIGV), Bleed Valve, Difuser dan Nozel. Turbin gas suatu PLTG bekerja berdasarkan adanya udara bertekanan yang masuk ke dalam ruang bakar sehingga terjadi proses konversi energi menjadi energi mekanis. Fluida kerja yang memutar turbin gas adalah gas panas yang diperoleh dari proses pembakaran. Proses pembakaran tersebut berlangsung di dalam ruang bakar (combustion chamber) dengan keadaan tekanan konstan, proses pembakaran ini memerlukan tiga unsur utama yaitu: Bahan bakar, Udara dan Panas Turbin gas dapat diklasifikasikan berdasarkan jenis siklus dan konstruksi poros. Berdasarkan siklus turbin gas terdiri dari siklus tebuka dan siklus tertutup, sedangkan untuk konstruksi poros terdapat dua jenis poros yaitu, poros tunggal dan poros ganda. Siklus termodinamika pada turbin gas dikenal dengan Siklus Ericson, Siklus Stirling dan Siklus Brayton. Efesiensi sistem turbin gas dapat dioptimalkan jika terjadi proses pembakaran sempurna, hal ini harus didukung oleh kualitas bahan bakar, sistem pelumasan dan pendinginan yang baik serta adanya perawatan berkala atau priodik baik yang bersifat

25 preventif atau perbaikan komponen. Beberapa hal yang diperhatikan dalam rangka pemeliharaan adalah pengamatan Tekanan bahan bakar pada Fuel Nozzle, Differential Pressure pada filter-filter, Exhaust Gas Temperature, Kebocoran-kebocoran, Vibrasi dan Tingkat kekotoran Kompresor. Tugas Pada sebuah turbin gas siklus terbuka ditemukan fakta bahwa pada turbin terdapat titik-titik korosi, menurut analisis anda bagaimana hal ini dapat terjadi, jika ditinjau dari aspek: a. Struktur komponen pada sistem turbin gas b. Penggunaan bahan bakar c. Pemeliharaan turbin gas Tes Formatif 1. Tempat terjadinya proses pencampuran antara bahan bakar dan udara bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi adalah a. Bleed Valve b. Combustion Chamber c. Combustion Liners d. Nozel e. Kompresor 2. Perbedaan antara siklus terbuka langsung dan terbuka tidak langsung adalah a. Terdapatnya heating chamber b. Terdapatnya cooling chamber c. Terdapatnya ruang bakar dengan saluran fluida kerja yang terpisah d. Terdapatnya Combustion Chamber e. Terdapatnya intake dan exhaust

26 3. Pencampuran bahan bakar dengan udara secara sempurna disebabkan terdapatnya sebuah komponen pada sistem turbin gas yang disebut... a. Difuser b. Flame Detector c. Nozel d. Inlet valve e. Gain valve 4. Berikut ini adalah komponen-komponen utama dari sistem pelumasan pada turbin gas, kecuali: a. Temperatur Regulation Valve b. Oil Tank (Lube Oil Reservoir) c. Pompa d. Filter System e. Oil Quantity 5. Rugi-rugi yang terjadi pada sistem turbin gas dapat terjadi pada ketiga komponen utama sistem turbin gas. Dari jawaban di bawah ini kerugian yang terjadi pada ruang bakar adalah a. Terjadinya kerugian tekanan (pressure losses) b. Terjadinya gesekan antara bantalan turbin dengan angin c. Terjadinya perubahan temperatur dan perubahan komposisi kimia dari fluida kerja. d. Adanya mechanical loss. e. Adanya korosi pada sudu-sudu turbin 6. Berikut beberapa faktor-faktor penyebab kerusakan pada turbin gas, kecuali: a. Design dan material b. Pengoperasian c. Pemeliharaan d. Operator e. Kondisi lingkungan

27 7. Sebuah turbin gas mengalami korosi yang diduga disebabkan oleh kondisi lingkungan, menurut anda hal ini dapat dicegah dengan melakukan tindakan sebagai berikut... a. Proses washing b. Risk Base Inspection c. Memasang filter udara d. Spray distributor e. Memasang exhauts fan 8. Pada turbin gas terdapat beberapa buah pompa yang digunakan untuk mensuplai lube oil guna keperluan lubrikasi, berikut ini jenis-jenis pompa yang digunakan, kecuali: a. Main Lube Oil Pump b. Auxilary Lube Oil Pump c. Emergency Lube Oil Pump d. Transfer Lube Oil pump e. Pompa bantu pelumasan 9. Berikut ini komponen pada sistem turbin gas, kompresor, ruang pemanas (heating chamber), turbin gas, dan ruang pendingin (cooling chamber), berdasarkan hal tersebut jenis siklus yang sesuai untuk komponen tersebut adalah... a. Siklus terbuka b. Siklus tertutup c. Siklus Brayton d. Siklus Stirling e. Siklus Ericson 10. Prinsip kerja turbin gas didasarkan pada siklus termodinamika, kondisi ideal turbin gas umumnya digambarkan dalam bentuk siklus... a. Siklus terbuka b. Siklus tertutup c. Siklus Brayton d. Siklus Stirling e. Siklus Ericson