BAB III LOW PRESSURE DRAIN PUMP

BAB III LOW PRESSURE DRAIN PUMP 3.1 Pengaruh LP drain pump terhadap effisiensi thermal Low Pressure drain pump (LP drain pump) merupakan jenis pompa sentrifugal yang digunakan untuk memindahkan fluida dari tekanan rendah ke tempat yang bertekanan lebih tinggi dengan melewati fluida pada sistem perpipaan. Pompa LP drain termasuk non positive displacement pump (dynamic) artinya pompa jenis ini volume ruangannya tidak berubah, waktu pompa bekerja energi yang dimasukkan kedalam fluida adalah energi kinetis sehingga pemindahan fluida akibat terjadinya perubahan kecepatan. Gambar pompa sentrifugal bisa dilihat pada gambar 3.1 di bawah ini : 2

27 Gambar 3.1 Aliran fluida di dalam pompa sentrifugal Adapun spesifikasi dari motor LP drain pump dapat ditunjukkan pada tabel 3.1 dibawah ini. Tabel 3.1 Spesifikasi LP drain pump unit 1 DESCRIPTION TYPE HORIZONTAL MANUFACTURE EBARA PUMP SPEED RPM 3000 RATED CAPACITY OF EACH PUMP m 3 /hour 140 TOTAL HEAD m 131 NPSH REUIRED m 2.4 MOTOR POWER OF RATED CAPACITY KW 90 SHUT OFF HEAD m 13 DAYA MOTOR KW 110 FREKUENSI Hz 50 TEGANGAN V 380 TEMPERATUR AMBIENT o C 40 Batas Kenaikan Temperatur o C 80 POWER FAKTOR 0.89 POLES 2 ARUS A 200 BEARING Ball Bearing 310

28 3.2 Prinsip Kerja LP Drain Pump LP drain pump bekerja menghisap air drain dari drain tank untuk di pompakan menuju sisi masuk feedwater LP heater 2, Sedangkan air di drain tank merupakan drain dari LP heater 1 dan LP heater 2. Maksud dari drain ini dialirkan ke sisi masuk feedwater LP heater 2 adalah untuk memanfaatkan drain dengan temperatur tinggi tersebut serta untuk menambah laju alir massa feedwater pada LP Heater 2 sehingga bisa meningkatkan efisiensi pertukaran panas di heater tersebut. Adapun diagram skematik pemipaan dari LP drain dalam feedwater system dapat ditunjukkan pada gambar 3.2 Gambar 3.2 Piping and Instrumentation diagram (P&ID) LP drain pump Masalah yang timbul pada kondisi saat ini adalah jika unit dalam beban lebih dari 50% MCR aliran dari drain LP drain Tank dialirkan ke Hotwell pada saat pompa LP drain dalam proses perbaikan/rusak sehingga hal ini dinilai kurang ekonomis dalam proses pemanfaatan fluida dari drain LP yang seharusnya drain

29 tersebut bisa dimanfaatkan untuk meningkatkan laju alir massa pada sisi masukan Feedwater LP Heater 2, Sehingga bisa mengoptimalkan penyerapan panas feedwater LP Heater 2. Hal ini salah satunya juga bisa berdampak pada pengurangan pemakaian jumlah batubara tiap jamnya sehingga bisa meningkatkan efisiensi dari boiler itu sendiri. Dengan demikian perlu adanya pengecekan secara rutin (predictive maintenance) yang berupa pengecekan vibrasi, pengecekan temperature (IR Thermography) dan pengecekan motor induksi secara online dengan metode MCSA. Hal ini dilakukan untuk mengantisipasi jika motor LP drain pump tersebut tidak bisa jalan normal pada saat beban lebih dari 50% MCR. 3.3 Pengaruh Gangguan LP Drain Pump LP drain pump merupakan salah satu alat bantu dalam sistem air kondensat terutama dalam membantu mengalirkan aliran drain LP heater 1 dan 2 ke sisi masukan feedwater LP Heater 2. Pada beban diatas 50% MCR fungsi LP drain pump sangat penting manfaatnya karena membantu menambah suplai air dari drain dalam storage tank temperaturnya yang masih tinggi sekitar 0 o C menuju sisi masuk dari feed water heater 2. Drain dengan temperatur yang masih tinggi sangat disayangkan jika drain tersebut masuk ke dalam hotwell karena hal ini bisa sedikit meningkatkan temperatur di dalam hotwell, maka dari itu untuk meningkatkan reliability (kehandalan) perlunya kegiatan predictive maintenance untuk mengetahui gejala kerusakan pada motor pompa LP drain pump. Secara tidak langsung keberadaan LP drain pump itu sendiri sangat diperlukan demi kehandalan unit serta efisiensi perpindahan panas dalam heater

30 itu sendiri. Faktor faktor yang sering menyebabkan LP drain pump mengalami gangguan/kerusakan antara lain sebagai berikut ini : 1. Winding temperatur pada motor yang tinggi 2. Overload pada motor 3. Coupling penghubung antara motor dengan pompa seret 4. Bearing unbalance Jika salah satu penyebab faktor tersebut terjadi maka LP drain pump akan trip sehingga level air di drain storage tank makin meningkat, sehingga hal ini akan memerintahkan LCV drain emergency akan membuka sampai batas level storage tank normal kembali. 3.3.1 Pengaruh aliran drain pada feed water LP Heater 1 LP Heater 1 merupakan pemanas awal dalam sistem air condensat yang memanfaatkan uap ekstraksi dari LP Turbin 2 sebagai pemanas, dimana LP Heater 1 terdiri dari suatu shell sederhana dan tube penukar panas dan serangkaian U-tubes. Feedwater masuk ke ruang air (water chamber / waterbox) dan lewat melalui tube kemudaian keluar. Uap diekstrak dari turbin (bled steam) dan masuk melewati bagian shell. Adapun sistem aliran fluida pada LP Heater 1 dapat ditunjukkan seperti pada gambar 3.3 dibawah ini :

31 BLED STEAM 1 LP HTR 1 FEEDWATER IN 3 FEEDWATER OUT 4 2 7 5 DRAIN DARI LP HTR 2 LP DRAIN PUMP Gambar 3.3 Sistem aliran fluida pada LP Heater 1 Berdasarkan pengambilan data sesuai tabel A.1 pada lampiran maka didapatkan data LP heater 1 sebagai berikut : Data data LP Heater 1 : T 1 1.17 o C P 1 0.2037 kg/cm 2 T 7 3.15 o C h 7 3.13 kcal/kg 23,88 kj/kg h 1 590 kcal/kg x 4,18 kj/kcal 24,2 kj/kg m 7 22.177 kg/cm 2 m1,15 kg/s T2 0.0 o C T 3 41, o C T 4 57,28 o C h 2 0.03 kcal/kg 118,9 kj/kg 2 28.40 kg/s m m 3 m4 219.2 kg/s 12,30 x 10 Kcal/hour Untuk menghitung besarnya effisiensi pada LP Heater 1 pada saat LP drain pump running maupun stop dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

32 Kondisi LP drain pump running : Dengan memperhitungkan Temperatur Hotwell sebesar 37,5 o C, maka temperatur total yang diserap feedwater pada LP Heater 1 dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3.1 sebagai berikut : _ T T c.......(3.1) o o 41, C + 57,28 C 49,47 o C + 273 322,47 K 2 Lihat Table properties A.2 pada lampiran berdasarkan hasil interpolasi didapatkan c p,c 4180.99 J/kg.K, sehingga akan didapatkan persamaan 3.2 berikut ini : in c, in + T m 2 c, out c. cp, c.( Tc, o Tc, i ).......(3.2) 219.2 kg/s.4180.99 J/kg.K.(57,28 41,) 1431922,81 J/s14,32 MW 1431922,81 J/s.(300s/418J.hr) 1231471,89 Kcal/hour 12,31x10 Kcal/hour Efisiensi Panas yang diserap oleh Feedwater : η out 12,31x10 12,30x10 in 100% Kondisi LP drain pump stop Dengan menggunakan persamaan 3.2 diatas maka effisiensi yang dapat dihitung pada LP Heater 1 saat LP drain pump kondisi stop adalah : in mc. c p, c.( Tc, o Tc, i ) 219.2 kg/s.4180.99 J/kg.K.(57,28 41,) 1431922,81 J/s14,32 MW 1431922,81 J/s.(300s/418J.hr) 1231471,89 Kcal/hour 12,31x10 Kcal/hour

33 Efisiensi Panas yang diserap oleh Feedwater : η 12,31x10 12,30x10 in out 100 % Untuk LP Heater 1 dengan LP drain pump kondisi jalan (running) maka proses pertukaran panas yang terjadi antara feedwater heater dengan bled steam berlangsung sempurna, artinya bahwa feedwater mampu menyerap panas dari bled steam secara sempurna sehingga bled steam dapat terkondensasi secara sempurna. LP drain pump jalan (running) tidak berpengaruh terhadap laju alir massa feedwater pada LP heater 1. Maka LP drain pump kerja maupun posisi stand-by (stop) tidak terlalu berpengaruh terhadap proses pertukaran panas yang terjadi di dalam LP Heater 1. Proses pertukaran panas pada LP Heater 1 akan berpengaruh jika temperatur di hotwell maupun temperature feedwater keluaran gland steam condenser naik. 3.3.2 Pengaruh aliran drain pada feed water LP Heater 2 LP Heater 2 merupakan pemanas tahap kedua dalam sistem air condensat yang memanfaatkan uap ekstraksi dari LP Turbin 1 sebagai pemanas, dimana LP Heater 2 terdiri dari suatu shell dan tube penukar panas dan serangkaian U-tubes. Feedwater masuk ke ruang air (water chamber / waterbox) dan lewat melalui tube kemudaian keluar. Uap diekstrak dari turbin (bled steam) dan masuk melewati bagian shell, terkondensasi pada bagian luar tube di area kondensasi, menetes ke bagian bawah shell, dan masuk ke area pendinginan air buangan (drain). kecuali untuk LP Heater 1. Adapun sistem aliran fluida pada LP Heater 2 dapat ditunjukkan seperti pada gambar 3.4 dibawah ini

34 BLED STEAM 8 LP HTR 2 FEEDWATER IN FEEDWATER OUT 10 7 9 DRAIN DARI LP HTR 3 KE DRAIN LP HTR 1 Gambar 3.4 Sistem aliran fluida pada LP Heater 2 Berdasarkan pengambilan data sesuai tabel A.1 pada lampiran maka didapatkan data LP heater 2 sebagai berikut : Data data LP Heater 2 : T 5 80.11 o C P 5 0.410 kg/cm 2 T 7 3.15 o C h 7 3.13 kcal/kg 23,88 kj/kg h 5 1. kcal/kg x 4,18 kj/kcal 24,2 kj/kg m 7 22.177 kg/cm 2 m5 7.79 kg/s T9 81.3 o C T 57. o C T 10 7.07 o C h 9 81.4kcal/kg 118,9 kj/kg 9 14.380 kg/s m out 1,489 x 10 Kcal/hour 19,171 MW Laju alir massa saat LP drain pump running m m10 247.72 kg/s Laju alir massa saat LP drain pump stop m m10 219.2 kg/s

35 Untuk menghitung besarnya effisiensi pada LP Heater 1 pada saat LP drain pump running maupun stop dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : Kondisi LP drain pump running Temperatur total yang diserap oleh feedwater pada LP Heater 2 dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3.1 sebagai berikut : _ T T c c, in + T 2 c, out o o 57, C + 7,07 C,835 o C + 273 339,835 K 2 Lihat Table properties A.2 pada lampiran, berdasarkan hasil interpolasi didapatkan : c p,c 4187,93 J/kg.K Dengan menggunakan persamaan 3.2 maka besarnya effingsiensi panas yang diserap pada LP Heater 2 untuk kondisi LP drain pump running adalah : in mc. c p, c.( Tc, o Tc, i ) 247,72 kg/s. 4187,93 J/kg.K.(18,47) 191140,34J/s 19,11 MW 191140,34J/s.(300s/418J.hr) 1478992,55 Kcal/ hour 1,479 x 10 kcal/hour Efisiensi Panas yang diserap oleh Feedwater : η out 1,479x10 1,489x10 in 99,939 % LP drain pump stop Dengan menggunakan persamaan 3.2 maka besarnya effingsiensi panas yang diserap pada LP Heater 2 untuk kondisi LP drain pump stop adalah : in mc. c p, c.( Tc, o Tc, i ) 219.2 kg/s.4187,93 J/kg.K.(18,47) 1959994,97J/s 1,959 MW 1959994,97J/s.(300s/418J.hr)

3 14585757,74 Kcal/ hour 14,58 x 10 kcal/hour Efisiensi Panas yang diserap oleh Feedwater : η 14,58x10 1,489x10 in out 88,458 % 3.3.3 Pengaruh aliran drain pada feed water LP Heater 3 LP Heater 3 merupakan pemanas tahap kedua dalam sistem air condensat yang memanfaatkan uap ekstraksi dari LP Turbin 1 sebagai pemanas, dimana LP Heater 3 terdiri dari suatu shell dan tube penukar panas dan serangkaian U-tubes. Feedwater masuk ke ruang air (water chamber / waterbox) dan lewat melalui tube kemudaian keluar. Uap diekstrak dari turbin (bled steam) dan masuk melewati bagian shell, terkondensasi pada bagian luar tube di area kondensasi, menetes ke bagian bawah shell, dan masuk ke area pendinginan air buangan (drain). kecuali untuk LP Heater 1.Adapun sistem aliran fluida pada LP Heater 2 dapat ditunjukkan seperti pada gambar 3.5 dibawah ini : BLED STEAM 12 LP HTR 3 FEEDWATER IN 10 FEEDWATER OUT 11 13 KE DRAIN LP HTR 2 Gambar 3.5 Sistem aliran fluida pada LP Heater 3

37 Berdasarkan pengambilan data sesuai tabel A.1 pada lampiran maka didapatkan data LP heater 3 sebagai berikut : Data data LP Heater 3 : T 10 7.07 o C ; T 11 109. o C Laju alir massa saat LP drain pump running m 10 m11 247.72 kg/s Laju alir massa saat LP drain pump stop m 10 m11 Bled steam 219.2 kg/s T 12 151.5 o C ; T 13 81.3 o C m 12 m13 14.380 kg/s out 30,089 x 10 Kcal/hour Temperatur total yang diserap oleh feedwater pada LP Heater 2 dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3.1 sebagai berikut : Kondisi LP drain pump running Temperatur total yang diserap oleh feedwater pada LP Heater 3 dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3.1 sebagai berikut : _ o o Tc, in + Tc, out 7,07 C + 109, C T 92,835 o C + 273 35,835 K c 2 2 Lihat Table properties pada lampiran A.2 berdasarkan hasil interpolasi didapatkan c p,c 4209,84 J/kg.K Dengan menggunakan persamaan 3.2 maka besarnya effingsiensi panas yang diserap pada LP Heater 2 untuk kondisi LP drain pump running adalah in mc. c p, c.( Tc, o Tc, i ) 247,72 kg/s. 4209,84 J/kg.K.(33,53) 3497148,27 J/s 34,97 MW

38 3497148,27 J/s.(300s/418J.hr) 30072081,4 Kcal/ hour 30,072 x 10 kcal/hour Efisiensi Panas yang diserap oleh Feedwater : η out 30,072x10 30,089x10 in 99,944 % Kondisi LP drain pump stop Dengan menggunakan persamaan 3.2 maka besarnya effingsiensi panas yang diserap pada LP Heater 2 untuk kondisi LP drain pump stop adalah : in mc. c p, c.( Tc, o Tc, i ) 219.2 kg/s. 4209,84 J/kg.K.(33,53) 30949850,35 J/s 30.949 MW 30949850,35 J/s.(300s/418J.hr) 21717,05 Kcal/ hour 2,17x10 kcal/hour Efisiensi Panas yang diserap oleh Feedwater : η out 2,17x10 30,089x10 in 88,41 % Berdasarkan hasil perhitungan Pengaruh Drain LP Drain Tank ke Inlet Feed water LP Heater 1,2 dan 3 diatas dapat disimpulkan bahwa pada saat beban unit 400 MW dengan kondisi LP drain pump jalan (running) dapat meningkatkan laju alir massa yang masuk ke dalam LP Heater 2 sampai ke deaerator, Selain itu dengan laju alir massa yang meningkat bisa menyebabkan terjadinya pertukaran panas dari bled steam bisa diserap oleh feedwater secara sempurna. Ini berarti bahwa drain hasil kondensasi dari bled steam juga lebih sempurna. Sedangkan jika LP drain pump tidak dijalankan maka proses pertukaran panas dari bled steam tidak bisa diserap secara sempurna oleh feedwater didalam LP heater 2 maupun

39 LP heater 3 serta deaerator sehingga berdampak pada drain hasil kondensasi temperaturnya lebih tinggi dibandingkan dengan LP drain pump dijalankan. 3.3.4 Pengaruh aliran drain dari LP Drain Tank ke Hotwell. Apabila LP drain pump trip pada beban diatas 50% MCR maka drain di LP drain tank levelnya akan tinggi, hal ini akan memberikan signal untuk memerintahkan LCV - 3271B drain tank level control emergency akan membuka supaya drain mengalir ke Hotwell, Sehingga temperatur Hotwell akan sedikit meningkat pada kondisi normal temperatur hotwell 37.5 o C menjadi 41 o C, dapat diketahui bahwa apabila temperatur hotwell naik maka akan mempengaruhi proses kondensasi steam keluaran dari LP turbin karena T nya semakin kecil sehingga kalor yang dilepaskan oleh steam juga kecil. Akan tetapi jika drain hanya dari LP drain tank saja yang masuk ke dalam hotwell, maka ini tidak terlalu mempengaruhi kerja pertukaran panas pada LP Heater 1, tapi sebaliknya jika drain dari HP heater yang masuk kedalam hotwell maka ini akan mempengaruhi proses pertukaran panas baik di LP heater1, Main Air Ejektor maupun di Gland Steam Kondensor. 3.4 Prosedur pengambilan data dengan MCSA Prosedur pengambilan data arus motor LP drain pump dengan metode MCSA yaitu menggunakan alat PowerSight PS 4500 seperti yang ditunjukkan pada gambar 3., dimana pengukuran arus dilakukan di breaker motor / switchgear MCC (Motor Control Center) 380 volt.

40 Gambar 3. Power Sight PS 4500 Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pengambilan data arus motor MCSA, yaitu : 1. Probe arus model clamp dengan CSI machinery analyzer. 2. Analyzer spectrum model 2117 / 2120 / 2130 3. Adapter penghubung antara port 25 DB dan BNC dengan penghalang arus dari meter/analyzer (untuk CSI, gunakan model 25 atau yang kompatibel) 4. Jaga jarak aman minimum dari rangkaian listrik yang bertegangan. Berikut instruksi kerja pengambilan data arus motor dengan metode MCSA : a. Persiapan : 1. Charge batere dan cadangannya 2. Download rute koleksi data arus motor dari komputer 3. Uji operasi analyzer spectrum, adapter dan probe arusnya 4. Ajak seorang teknisi listrik yang berpengalaman untuk selalu menemani selama pengambilan data arus

41 5. Pastikan kabel CT yang akan dikalungi clamp arus adalah supply 3 phasa dan kenali jalur untuk phasa R, S, T. Pastikan breaker/switchgear yang akan diinspeksi dibuka dan di energized minimum 50% dari arus beban penuh b. Pengambilan data arus : 1. Koleksi data arus motor pada breaker/switchgear (MCC 380 volt) 2. Jaga jarak aman minimum dari rangkaian listrik yang bertegangan 3. Beritahu operator atau penanggung jawab lokal sebelum pengambilan data arus 4. Tempatkan probe arus pada jalur phasa R 5. Ambil data arus motor. Jika diperlukan, lakukan penyesuaian setting pada kolektor dan ambil data tambahan. Ulangi pengambilan data pada jalur phasa lainnya (jalur phasa S dan T) 7. Catat kondisi-kondisi yang tidak memuaskan (pada mesin dan area sekitar) 8. Ulangi prosedur untuk sisa breaker/switchgear dalam rute/schedule 9. Upload data arus motor ke komputer 10. Untuk keperluan estimasi waktu, biarkan satu menit untuk titik data. Diperlukan sekitar 3 sampai 5 menit untuk tipikal pengukuran jalur 3 phasa. 3.5 Langkah pengujian dan analisa data MCSA Untuk menganalisa data arus yang telah diambil digunakan software Empath.23. Berikut langkah-langkah untuk menganalisa :

42 1. Buka aplikasi empath.23, maka akan munculan tampilan layar seperti pada gambar 3.7 sebagai berikut : Gambar 3.7 Tampilan aplikasi empath.23 2. Open data file untuk mengambil data online hasil pengukuran dari Power Sight PS 4500 3. Pilih data file header seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.8 untuk mengetahui properties dari karakteristik kemampuan pada motor listrik. Gambar 3.8 Tampilan data file header

43 4. Pilih low frequency data pada analysis tools untuk menganalisa kerusakan rotor bar. Hasil spektrum arus pada domain low frekuensi seperti pada gambar 3.9 berikut ini : Gambar 3.9 Tampilan Spektrum pada low frekuensi Analisa Low frekuensi pada MCSA dapat digunakan untuk mengetahui beberapa indikasi kerusakan pada motor, antara lain : a. Rotor bar degradation b. Misalignment c. Mechanical unbalance d. Foundation looseness 5. Pilih high frequency data pada analysis data untuk menganalisa static eccentricity. Hasil spektrum arus pada domain high frekuensi ditunjukkan seperti pada gambar 3.10 berikut ini :

44 Gambar 3.10 Tampilan Spektrum pada high frekuensi Analisa High frekuensi pada MCSA dapat digunakan untuk mengetahui beberapa indikasi kerusakan pada motor, antara lain : a. Static eccentricity b. Dynamic eccentricity c. Stator mechanical fault d. Stator electrical fault e. Bearing degradation. Pilih calculate pada kolom tools untuk mengetahui hasil analisa dari kesehatan motor secara keseluruhan seperti yng ditunjukkan pada gambar 3.11 berikut :

Gambar 3.11 Tampilan hasil analisa secara keseluruhan 45