BAB III SISTEM PLTGU UBP TANJUNG PRIOK

BAB III SISTEM PLTGU UBP TANJUNG PRIOK 3.1 Konfigurasi PLTGU UBP Tanjung Priok Secara sederhana BLOK PLTGU UBP Tanjung Priok dapat digambarkan sebagai berikut: deaerator LP Header Low pressure HP header High pressure ST HP ST LP G HRSG HRSG 1.1 1.2 HRSG 1.3 Kondensor RB RB RB K GT G K GT G K GT 1.1 1.2 1.3 G Program Studi Teknik Mesin 27

PLTGU Tanjung Priok terdiri dari dua blok yang setiap bloknya terdiri dari 3 unit Turbin Gas buatan Asian Brown Bovery (ABB) dengan kapasitas beban sebesar 3 x 130 MW, 3 unit HRSG buatan Austrian Energy & Environmental (AE & E), 1 unit Turbin Uap buatan Asian Brown Bovery (ABB) dengan kapasitas beban 1 x 200 MW dan peralatan bantu lainnya. 3.2 Proses Heat Balance di HRSG Pada tiap blok terpasang masing-masing 1 HRSG untuk tiap-tiap turbin gas. HRSG merupakan susunan dari tube-tube pada duct gas buang turbin gas yang berfungsi untuk memanfaatkan panas dari gas buang yang berasal dari turbin gas. Panas tersebut dipergunakan untuk memanaskan air dan mengubahnya menjadi fasa uap yang kemudian dipergunakan untuk menggerakkan turbin uap. Masing-masing HRSG menghasilkan uap Superheated yang digunakan untuk memutar turbin tekanan tinggi, sedangkan uap saturated digunakan untuk memutar turbin tekanan rendah. Pada gambar 3.3 menampilkan gambaran umum dari aliran dan pola penyerapan panas flue gas pada masing-masing HRSG. Program Studi Teknik Mesin 28

STACK Q5 ECONOMIZER LP Q4 EVAPORATOR LP Q3 ECONOMIZER HP Q2 EVAPORATOR HP Q1 SUPERHEATER HP Q0 Gambar 2.9 Gambar Aliran Fluegas Pada HRSG 3.2.1 Diagram Temperatur (T) Heat transfer (Q) Bentuk diagram T-Q digunakan untuk mendapatkan disain yang paling ekonomis sehingga parameter-parameter berikut perlu diperhatikan: Superheater approach : 22 40 0 C Pinch point : 11 18 0 C Stack temperature : Minimum 135 0 C jika PLTG memakai bahan bakar gas Minimum 150 0 C jika PLTG memakai bahan bakar HSD Program Studi Teknik Mesin 29

Temperatur Superheater Exhaust gas Evaporator Economizer Heat transfer Gambar 2.10 Diagram Temperatur ( T ) vs Heat transfer ( Q ) ( Rolf Kehlhofer, Combined cycle gas & steam turbine power plant ) 3.2.2 Proses di HRSG Effisiensi HRSG didapat dari banyaknya panas yang diserap oleh komponen-komponen utama di HRSG dibagi dengan panas yang masuk kedalam HRSG. Rumus mencari effisiensi : η HRSG = Q Q output HRSG input HRSG x 100 %. (1) Dimana : Program Studi Teknik Mesin 30

1. Panas yang masuk HRSG (Q input HRSG ) didapat dari panas yang terkandung didalam gas asap keluar turbin gas, untuk menghitung Q input HRSG digunakan persamaan sebagai berikut : Q input HRSG = m x C p x T (2) = m x h (3) Dimana : Q input HRSG M = Panas masuk HRSG (kj/s) = Massa aliran gas asap (kg/s) C p = Panas jenis gas asap tekanan konstan (kj/kg. o C) T = Selisih antara temperatur gas asap masuk HRSG dengan temperatur udara diluar HRSG ( o C) h = Enthalpy gas asap masuk HRSG dikurangi dengan enthalpy gas asap keluar HRSG (kj/kg) 2. Panas yang dibutuhkan untuk memanaskan air di economizer, penguapan di evaporator serta penguapan lanjut di superheater merupakan panas (Q) output dari HRSG. Adapun rumus untuk menghitung Q output HRSG adalah sebagai berikut : Q output HRSG = Q SH + Q Eva + Q Eco (4) Dimana : a. Economizer Panas di economizer (Q Eco ), dihitung dengan persamaan sebagai berikut: Program Studi Teknik Mesin 31

Q Eco = m x Panas jenis air x T (5) Dimana : m = Massa aliran air masuk economizer (kg/s) Panas jenis air T = Temperatur air masuk economizer dikurangi dengan temperatur air keluar economizer ( o C) b. Evaporator Panas di evaporator (Q Eva ), dihitung dengan persamaan sebagai berikut : Q Eva = m x h (6) Dimana : m = Massa aliran air masuk evaporator (kg/s) h = Enthalpy uap jenuh keluar evaporator dikurangi dengan enthalphy air masuk evaporator (kj/kg) c. Superheater Panas di superheater (Q SH ), dihitung dengan persamaan sebagai berikut: Q SH = m x C p x T (7) Q SH = m x h. (8) Dimana : m = Massa aliran uap jenuh masuk SH (kg/s) C p = Panas jenis uap pada tekanan konstan (kj/kg. o C ) Program Studi Teknik Mesin 32

T = Temperatur uap lanjut keluar SH dikurangi dengan temperatur uap jenuh masuk SH ( o C) h = Enthalpy uap lanjut keluar SH dikurangi dengan enthalpy uap jenuh masuk SH (kj/kg) 3.2.3 Proses di Steam Turbine Setiap steam turbine terdiri dari 1 HP ST dan 2 LP ST yang terkopel dalam satu sumbu dengan generator exciter. Pada siklus HP ST, uap superheated dari masing-masing HRSG bermuara pada HP steam header dan disalurkan ke steam turbine melalui sistem pipa uap HP. Pada siklus LP ST, uap saturated dari LP drum masing-masing HRSG bermuara pada LP steam header dan disalurkan ke steam turbine melalui sistem pipa uap LP serta sebagian disalurkan ke deaerator sebagai penghembus (pegging). Energi thermal dari LP dan HP steam tersebut kemudian diubah menjadi energi mekanik yang dipergunakan untuk menggerakkan generator. Daya mampu steam turbine dihitung dengan persamaan sebagai berikut: W output = ST.W input... (9) η ST = W W output input x 100%. (10) dimana: W output = Daya yang dihasilkan oleh Steam turbine (kw) ST = Efisiensi steam turbine (%) Program Studi Teknik Mesin 33

persamaan : W input = Energi masuk ke dalam steam turbine (kw) Besarnya daya yang dihasilkan steam turbine (W out ) diperoleh dari η Generator = W W Generator Steam turbine.. (11) W Steam turbine = W Generator Generator.. (12) Dimana: η Generator W Generator = Efisiensi generator = Daya yang dihasilkan oleh generator (kw) W Turbin uap (out) = Daya yang dihasilkan oleh steam turbine (kw) Besarnya energi masuk ke steam turbine (W in ) diperoleh dari persamaan : W in = W in_hp + W in_lp (13) dimana : W in HP : Energi masuk yang berasal dari sistem HP (kw) W in LP : Energi masuk yang berasal dari sistem LP (kw) Program Studi Teknik Mesin 34

3.3 Spesifikasi Mesin Data data mesin pada PLTGU priok adalah data yang diperoleh dari manual book, name plat dan parameter mesin itu sendiri, dan data hasil tes mesin. 3.3.1 Technical Data Gas Turbine ABB CCPP 1. Kompresor Manufacturer Type Design Air Flow : ABB KRAFWERKE AG-GERMANY : Axial Flow : 491 kg/s Ratio : 13,8 2. Ruang Bakar Manufacturer Type Max over press Max temperature : ABB KRAFWERKE AG-GERMANY : SILO : 16,6 bar at 350 o C : 453 o C at 12,4 bar Volume : 36 m 3 3. Gas Turbine Manufacture Model Type Speed Power : ABB KRAFWERKE AG-GERMANY : GT 13 E1 : Single Combuster dan Burner : 3000 RPM : 145.000 kw Stages Compressor/Turbin : 21 / 5 Program Studi Teknik Mesin 35

Fuel TIT (Temp. Inlet Turbin) TAT (Temp. After Turbin) Starting Waktu minim start : Natural Gas dan HSD : 1070 o C (base) 1115 o C (peak) : 525 o C (base) 545 o C (peak) : SFC (Static Frequency Converter) : 15 menit Tahun pembuatan : 1992 4. Generator Manufacture Rated apperent power Rated active power : ABB KRAFWERKE AG-GERMANY : 210 MVA : 168 MW Rated power factor : 0.80 Rated phase to phase Volt : 15.750 kv Voltage operating range : 7.5 % Rated current (phase) Rated frequency Air cooled Turbogenerator : 7698 A / 3 fasa : 50 Hz : 40 o C Tahun pembuatan : 1992 3.1.2 Technical Data Steam Turbine ABB CCPP 1. Steam Turbine Manufacturer : ABB KRAFWERKE AG-GERMANY Speed : 3000 RPM Program Studi Teknik Mesin 36

Output HP live steam pressure HP live stream temperature HP live steam flow : 200 MW : 60 Bar : 479 o C : 166 kg/s HP stages : 30 2 nd admission steam pressure : 3.3 bar 2 nd admission steam temp : 137 o C 2 nd admission steam flow : 20 kg/s LP exhaust pressure : 0.085 bar LP stages : 2 x 5 2. Kondensor Manufacture Capacity Cooling System : ABB : 11000 L : Sisi A : In : 28,9 o C Out : 35,5 o C Sisi B : In : 18,7 o C Out : 35,6 o C Pressure : Sisi A : In : 0,8 bar Out : 0,4 bar Sisi B: In : 18,7 bar Out : 0,4 bar 3. Generator Manufacturer : ABB KRAFWERKE AG-GERMANY Rated apperent power Rated active power Rated phase to phase Volt : 236 MVA : 200.7 MW : 18.0 kv Program Studi Teknik Mesin 37

Voltage operating range : 5 % Rated current (phase) Rated frequency Conection of stator winding : 7153 A / 3 fasa : 50 HZ : Star Tahun pembuatan : 1992 3.4 Data Operasi PLTGU 1. Data operasi diambil pada tanggal 3-04-2008 jam 16.00 BLOK 1 Data Operasi HRSG PLTGU Priok Unit 1.1 Unit 1.2 Unit 1.3 Temperatur air masuk LP Economizer ( o C) 78,52 78,62 78,24 Temperatur air keluar LP Economizer ( o C) 159,08 162,14 131,74 Massa air di LP(ton/jam) 60,07 63,76 58,61 Tekanan di LP Evaporator (bar) 3,3 3,2 3,2 Massa uap di LP(ton/jam) 59,71 66,47 60,39 Temperatur air masuk HP Economizer I ( o C) 78,03 78,83 79,71 Temperatur air keluar HP Economizer I ( o C) 143,73 144,71 150,46 Temperatur air masuk HP Economizer II ( o C) 143,73 144,71 150,46 Temperatur air keluar HP Economizer II ( o C) 271,66 270,57 270,82 Massa air (ton/jam) 163,74 175,26 166,49 Tekanan di HP Evaporator (bar) 48,3 47,9 49,1 Temperatur uap masuk superheater ( C) 272,06 271,29 272,81 Temperatur uap keluar Superheater ( o C) 478,14 457,38 481,70 Tekanan di Superheater (bar) 48,3 47,9 49,1 Massa uap (ton/jam) 160,74 167,83 124,38 Temperatur gas asap masuk HRSG ( o C) 532,94 529,40 539,71 Temperatur gas asap keluar HRSG ( o C) 143,73 119,73 187,93 Massa alir bahan bakar (scm/h) 32,129 31,744 35,07 Massa alir udara (kg/s) 491 491 491 Program Studi Teknik Mesin 38

Daya yang di hasilkan generator turbin uap (MW) 150 Tekanan uap masuk turbin HP (bar) 47,6 Temperatur uap masuk turbin HP ( C) 471,33 Tekanan di Kondensor (bar) 0,11 Tekanan sebelum pompa FW (bar) 0,44 Tekanan sesudah pompa FW di bagian HP (bar) 88 Tekanan sesudah pompa FW di bagian LP (bar) 11,2 Tekanan uap masuk turbin LP (bar) 3,1 Sumber data: UBP Priok Tabel 4.1 Data operasi HRSG dan turbin uap PLTGU Priok pada blok I Program Studi Teknik Mesin 39

2. Data operasi diambil pada tanggal 7-04-2008 jam 16.00 Data Operasi HRSG PLTGU Priok BLOK 1 Unit 1.1 Unit 1.2 Unit 1.3 Temperatur air masuk LP Economizer ( o C) 78,21 78,34 77,84 Temperatur air keluar LP Economizer ( o C) 159,96 161,54 130,08 Massa air di LP(ton/jam) 57,32 58,21 57,35 Tekanan di LP Evaporator (bar) 3,3 3,1 3 Massa uap di LP(ton/jam) 58,62 63,23 59,77 Temperatur air masuk HP Economizer I ( o C) 77,43 78,52 80,76 Temperatur air keluar HP Economizer I ( o C) 145,07 143,12 149,56 Temperatur air masuk HP Economizer II ( o C) 145,07 143,12 149,56 Temperatur air keluar HP Economizer II ( o C) 270,37 271,07 269,95 Massa air (ton/jam) 162,71 170,64 163,41 Tekanan di HP Evaporator (bar) 47,1 47,0 47,2 Temperatur uap masuk superheater ( C) 273,46 271,16 272,64 Temperatur uap keluar Superheater ( o C) 467,92 455,79 481,57 Tekanan di Superheater (bar) 47,1 47,0 47,2 Massa uap (ton/jam) 157,65 166,11 115,83 Temperatur gas asap masuk HRSG ( o C) 527,08 526,17 530,79 Temperatur gas asap keluar HRSG ( o C) 142,53 119,65 187,59 Massa alir bahan bakar (scm/h) 31,658 31,164 34,429 Massa alir udara (kg/s) 491 491 491 Program Studi Teknik Mesin 40

Daya yang di hasilkan generator turbin uap (MW) 145 Tekanan uap masuk turbin HP (bar) 46,4 Temperatur uap masuk turbin HP ( C) 468,67 Tekanan di Kondensor (bar) 0,10 Tekanan sebelum pompa FW (bar) 0,40 Tekanan sesudah pompa FW di bagian HP (bar) 89,1 Tekanan sesudah pompa FW di bagian LP (bar) 11,2 Tekanan uap masuk LP (bar) 3,1 Sumber data: UBP Priok Tabel 4.2 Data operasi HRSG dan turbin uap PLTGU Priok pada blok I Program Studi Teknik Mesin 41

3. Data operasi diambil pada tanggal 7-04-2008 jam 4.00 BLOK 1 Data Operasi HRSG PLTGU Priok Unit 1.1 Unit 1.2 Unit 1.3 Temperatur air masuk LP Economizer ( o C) 75,26 75,15 75,61 Temperatur air keluar LP Economizer ( o C) 156,71 154,87 128,15 Massa air di LP(ton/jam) 52,45 54,62 56,64 Tekanan di LP Evaporator (bar) 3,0 3,0 2,8 Massa uap di LP(ton/jam) 55,19 58,92 54,76 Temperatur air masuk HP Economizer I ( o C) 75,66 75,81 75,21 Temperatur air keluar HP Economizer I ( o C) 142,73 141,12 143,39 Temperatur air masuk HP Economizer II ( o C) 142,73 141,12 143,39 Temperatur air keluar HP Economizer II ( o C) 257,03 258,63 258,18 Massa air (ton/jam) 155,41 164,08 158,19 Tekanan di HP Evaporator (bar) 41,9 42,3 44,8 Temperatur uap masuk superheater ( C) 270,61 269,89 270,14 Temperatur uap keluar Superheater ( o C) 451,09 481,70 481,11 Tekanan di Superheater (bar) 41,9 42,3 44,8 Massa uap (ton/jam) 152,41 160,47 111,23 Temperatur gas asap masuk HRSG ( o C) 512,78 514,96 519,71 Temperatur gas asap keluar HRSG ( o C) 140,86 114,59 186,70 Massa alir bahan bakar (scm/h) 29,864 29,317 31,711 Massa alir udara (kg/s) 491 491 491 Program Studi Teknik Mesin 42

Daya yang di hasilkan generator turbin uap (MW) 132 Tekanan uap masuk turbin HP (bar) 41,9 Temperatur uap masuk turbin HP ( C) 458 Tekanan di Kondensor (bar) 0,09 Tekanan sebelum pompa FW (bar) 0,40 Tekanan sesudah pompa FW di bagian HP (bar) 91,2 Tekanan sesudah pompa FW di bagian LP (bar) 11,6 Tekanan LP (bar) 2,7 Sumber data: UBP Priok Tabel 4.3 Data operasi HRSG dan turbin uap PLTGU Priok pada blok I Program Studi Teknik Mesin 43