BAB VII

PAGE

268

BAB VII

PERALATAN KHUSUS UNTUK PRODUKSI GEOTHERMAL

7.1. Dasar Teori

Geothermal merupakan energi alternative baru sebagai pembangkit tenaga listrik dengan prinsip mengubah mekanis penggerak turbin menjadi energi listrik hasil putaran turbin guna menggerakkan generator. Adapun peralatan khusus untuk produksi geothermal yang digunakan untuk mengubah energi panas bumi menjadi energi listrik (watt) sebagai berikut:

7.1.1. Orifice Flow Meter

Orifice adalah plat berlubang yang disisipkan pada laluan aliran fluida yang diukur, juga merupakan alat primer yang berfungsi untuk mendapatkan beda tekanan antara aliran pada up stream dan down stream dari orifice itu sendiri. Orifice merupakan salah satu alat ukur yang digunakan di lapangan geothermal dan umumnya orifice diletakkan sebelum separator. Prinsip kerja dari orifice meter adalah:

Fluida yang diukur alirannya dialirkan melalui plat orifice.

Perbedaan atau selisih tekanan fluida yang melalui orifice antara up stream dan down stream dicatat.

Suhu dan tekanan fluida pada up stream dicatat untuk mengetahui densitasnya.

Adapun perangkat alat ukur orifice flow meter terdiri dari:

Plat orifice dengan diameter tertentu.

Sepasang lubang / titik, sebuah di up stream dan sebuah lagi di down stream aliran .

Manometer dan thermometer.

7.1.1.1. Plat Orifice

Plat orifice merupakan bagian dari alat orifice meter yang berfungsi mengalirkan fluida yang aan diukur harga mass flownya. Plat orifice hanya dapat dipakai untuk menentukan aliran fluida dalam pipa berdiameter tidak kurang dari satu inchi. Plat orifice ada 3 jenis sesuai dengan fungsinya, yaitu:

1. Square edge: untuk menakar aliran uap atau air.

2. Conical Entrance: untuk mengukur fluida kental (minyak).

3. Quarter Circle: untuk mengukur fluida kental.

7.1.1.2. Lubang Tekanan

Lubang tekanan atau titik tekanan yang sering disebut juga pressure tapping (PT), letaknya tidak sembarang. Lubang pengambilan beda tekanan biasanya ditempatkan dalam bidang horizontal dari garis disambung dengan condensing terjadi pada alat ukur sekunder. Dikenal 3 posisi pressure tapping, yaitu:

1. Corner Tapping, jenis ini akan menghasilkan perbedaan tekanan yang terkecil dari ketiga jenis ini.

2. Dinamo dan D/2 Tapping, jenis ini menghasilkan perbedaan tekanan yang besar.

3. Flange Tapping, jenis ini menghasilkan perbedaan tekanan diantara kedua jenis tapping pressure di atas.

7.1.1.3. Manometer dan Thermometer

Manometer diperluan untuk mengetahui tekanan fluida pada up stream dalam menentukan densitas fluida tersebut. Metode yang diperlukan dalam mengukur dan menunjukan besaran tekanan adalah tekanan atau gaya per satuan luas bidang, terlebih dahulu diubah kedalam bentuk gerakan mekanik, kemudian gerak ini dikalibrasikan kedalam skala angka. Manometer ini diletakkan setelah separator (pada liquit dominated reservoir), sebelum orifice meter. Disamping itu diperlukan pula sebuah manometer Hg (air raksa) untuk mengetahui selisih tekanan fluida diantara dua sisi plat orifice.

Temperatur pada pressure tapping up stream perlu diketahui dalam kaitannya untuk mengetahui densitas dan untuk koreksi plat orifice dan diameter pipa karena adanya ekspansi panas. Prinsip pengukuran dari thermometer ada dua, yaitu dengan metode pemuaian dan metode elektris. Dalam metode pemuiaian yang diukur menghasilkan pemuaian. Pemuaian diubah kedalam bentuk bentuk gerak mekanik, kemudian dikalibrasikan kedalam angka angka skala yang menunjukkan nilai panas yang diukur. Sedangkan metode elektris, panas yang diukur menghasilkan gaya gerak listrik. Gaya gerak listrik kemudian dikalibrasikan kedalam skala angka angka yang menunjukkan nilai panas yang diukur. Dari kedua metode tersebut, yang umumnya digunakan di lapangan geothermal adalah metode pemuaian, tetapi thermometer tidak dipasang tepat pada up stream pressure tapping, karena dapat mengganggu sifat aliran fluida yang masuk atau melalui orifice, oleh karena itu thermometer harus ditempatan di up stream pada jarak minimal 25 kali diameter pipa dari plat orifice.

7.1.2. Cone atau Kerucut.

Cone atau kerucut merupakan suatu alat yang berfungsi untuk mengukur besar aliran dari uap kering (dry steam) dengan menyemburkan uap tersebut pada sonic velocity ke atmosfer melalui sebuah cone atau kerucut yang dimensi sebagian telah ditentukan ukurannya. Metode pengukuran dengan kerucut kurang akurat, tetapi untuk tekanan minimum 2 atau sudah cukup baik untuk perhitungan kasar. Cone terletak setelah separator (pada liquit dominated reservoir). Walaupun diameter pipa up stream dan panjang kerucut sudah ditentukan untuk cone tapper (P) yang diinginkan.

Cara lain untuk mengukur besar aliran fluida untuk uap kering dapat dilakukan dengan sharp edge orifice meter,dengan panjang pipa up stream yang lurus sekurang kurangnya 25 kali diameter pipa dan pipa dari down stream minimum 10 kali diameter dalam pipa tersebut agar tidak terjadi turbulensi.

7.1.3. Separator

Dalam produksi minyak dan gas, separator juga digunakan, hanya separator yang digunakan di geothermal berfungsi memisahkan uap dari air panas, fluida yang telah terpisahkan ini diukur dengan menggunakan orifice. Separator yang paling efisien untuk produksi geothermal adalah cyclone separator. Cyclone separator menggunakan gaya sentrifugal untuk memisahkan air dari uapnya. Gaya sentrifugal menyebabkan air menempel pada dinding dan karena gaya beratnya akan bergerak ke bawah secara spiral dan keluar dari separator melalui pipa tangensial. Sedangkan uap secara radial masuk ke dalam pipa yang berad di tengah tengah separator dan mengalir keluar. Pada suatu lapangan geothermal yang bertekanan cukup tinggi, bias dibuat rangkaian separator bertingkat dua atau bahkan bertingkat tiga.

7.1.4. Silincer

Sesuai dengan namanya, silencer adalah alat untuk meredam suara disamping itu juga berfungsi sebagai pemisah antara air dan uap yang akan dibuang. Air perlu dipisahkan dari uap yang akan mengendap seperti hujan gerimis dan bila air tersebut mengandung unsure kimia tertentu dapat mematikan tumbuhan yang ada disekitarnya. Pemisahan air dan uap juga memakai cara pemisahan cyclone. Silincer terletak setelah orifice flow meter.

7.1.5. Weir Box

Besar volume air yang mengalir pada tekanan atmosfer dapat pula ditentukan dengan suatu peralatan yang disebut Weir Box, yang biasanya dipakai untuk menghitung volume air yang keluar dari silencer. Bagian utama dari weir box tersiri dari plat weir dan saluran air.

7.1.5.1. Plat Weir

Suatu plat weir harus memenuhi syarat syarat sebagai berikut:

Sudut yang terbentuk dari puncak plat ke bawah pada bagian outside harus 45 derajat dan lebar horizontal pada puncak plat 2 mm.

Bidang bagian dalam plat harus benar benar datar dan halus, terutama pada daerah sampai 100 mm dari puncak atau bibir plat.

Berdiri tegak lurus terhadap arah aliran.

Menurut bentuknya, plat weir dibedakan menjadi 3 jenis yaitu:

1. Right angle triangular weir (V notch).

2. Rectangular weir

3. Full width weir

7.1.5.2. Saluran Air

Saluran air terdiri dari tiga bagian, yaitu:

1. Driving section (pengarah aliran).

2. Flow straightening section (pelurus aliran).

3. Staightened flow section (aliran yang lurus).

Panjang setiap bagian saluran telah ditentukan. Bila saluran tidak memiliki flow straightening section, maka panjang straightened flow section minimal harus 10 kali lebar saluran. Tinggi permukaan air yang meluap pada plat weir diukur dengan tabung ukur yang saling berhubungan dengan weir box pada bagian straigtened flow section pada jarak minimum 3 h (h = tinggi luapan maksimal) dan maksimal b (b = lebar weir box) dari plat weir minimal 50 mm di bawah titik terendah pelimpah dan minimal 50 mm di atas dasar saluran (dasar weir box) dan diameter dalam lubang penghubung antara weir box dan tabung ukur antara 10 30 mm.

7.1.6. Peralatan lainnya.

Peralatan ini merupakan peralatan penunjang dalam produksi geothermal dan peralatan yang berfungsi untuk memanfaatkan uap, yaitu:

1. Menara pendingin (water cooler).

2. Turbin dan generator.

3. Kondensor

Peralatan peralatan tersebut merupakan bagian dari power plant.

7.2. Deskripsi Alat

A.Nama Alat : Separator.

Fungsi: Alat ini digunakan untuk memisahkan uap dan air panas.

Mekanisme Kerja:Alat ini bekerja dengan sistem sentrifugal akan memindahkan uap dari air panas. Alat ini terletak di permukaan (surface). Mekanismenya yaitu air dan uap air dari sumur akan masuk ke x mastree yang akan diarahkan alirannya oleh valve-valve yang ada di x mastree. Setelah uap dan air panas masuk x mastree, uap dan air panas tersebut masuk ke separator untuk dipisahkan.

Letak: Separator diletakkan dipermukaan sebelum uap masuk turbin.

Spesifikasi:

Tabel VII.1. Spesifikasi Geothermal Steam Separator

Specification Design

Max. Pressure : 1000 psi.

Max. Temperature : 500oF

Gambar 7.1. Separator 86)

B.Nama Alat :Steam Turbine.

Fungsi: Alat ini digunakan pada produksi geothermal untuk menghasilkan listrik yang dapat menggerakkan generator.

Mekanisme Kerja:Prinsip kerjanya yaitu uap panas dari sumur akan menggerakkan sudu-sudu turbin. Kemudian jika sudu-sudu ini bergerak akan menghasilkan listrik yang nantinya akan menggerakkan generator. Jika dari sumur yang mengalir bukan uap namun air panas maka air panas tersebut akan dipisahkan oleh flash tank. Alat ini digunakan pada power plant.

Letak: Turbin diletakkan di power plant unit.

Spesifikasi :

Tabel VII.2. Spesifikasi Steam Turbine

Frame

Type-TPO

Type-TPB

Type-TPC

Turbine type

Back pressure/ condensing

Back pressure

Condensing

Type

Single stage curtis with reduction gear

Multistage rateau with reduction gear

Multistage rateau with reduction gear

Power range

500-2000kW

2000-9000kW

2000-9000kW

Steam condition throttle press

3-10 kg/cm2 g

3-10 kg/cm2 g

3-10 kg/cm2 g

Speed

50Hz 6200/1500RPM 60Hz 7400/1800RPM

50Hz 6000/1500RPM 60Hz 6000/1800RPM

60Hz 5000/1800RPM 50Hz 5000/1500RPM

No of stage

1 stage

Max. 6 stages

Max. 6 stages

Oil cooler

Water or air

Water or air

Water or air

Application

Power source for construction and start for blackout

Power generation and power for auxiliaries

Power generation and power for auxiliaries

Gambar 7.2. Turbin 87)

C.Nama Alat : Silincer

Fungsi: Alat ini digunakan pada produksi geothermal untuk meredam suara dan untuk memisah air dan uap yang akan dibuang.

Mekanisme Kerja: Alat ini terletak setelah orifice flow meter. Air perlu dipisahkan dari uap akan mengendap seperti hujan gerimis dan bila air tersebut mengandung air kimia tertentu dapat mematikan tumbuhan disekitarnya. Pemisahan air dan uap juga dipakai cara pemisahan cyclone. Mekanismenya yaitu uap dan air panas dari sumur akan diarahkan oleh service valve masuk ke orifice flow meter dan kemudian masuk ke silencer. Uap dan air panas memiliki laju aliran yang dapat menimbulkan suara yang sangat keras. Oleh karena itu silencer meredam suara aliran uap dan air panas tersebut sekaligus memisahkan keduanya.

Letak: Alat ini terletak setelah orifice flowmeter.

Spesifikasi

Tabel VII.3. Spesifikasi Silincer

Overall height

9 9 7/8

Diameters

14 9

Seaters

29 With 28 electric winch

Gambar 7.3. Silincer 88)

D.Nama Alat : Christmas Tree.

Fungsi: Silang sembur berfungsi sebagai pengaman dan pengatur aliran produksi di permukaan.

Mekanisme Kerja:Silang sembur adalah merupakan susunan kerangan (valve) yang dicirikan oleh jumlah sayap/lengan (wing ) dimana choke atau bean atau jepitan berada. Peralatan pada X-mastree terdiri dari :

1. Manometer tekanan dan temperatur.

2. Master valve/gate.

3. Wing valve/gate.

4. Choke/bean/jepitan.

5. Check valve

Letak: Christmas tree diletakkan di kepala sumur.

Spesifikasi

Tabel VII.4. Spesifikasi Standard Christmas Trees

2,000 PSI 140 bar W.P.

On Vertical Column

2 1/16

2 9/16

3 1/8

4 1/16

6

On Wings

2 1/16

2 1/16

2 9/16

2 1/16

2 9/16

3 1/8

2 1/16

2 9/16

3 1/8

4 1/16

4 1/16

6

3,000 PSI 210 bar W.P.

On Vertical Column

2 1/16

2 9/16

3 1/8

4 1/16

6

On Wings

2 1/16

2 1/16

2 9/16

2 1/16

2 9/16

3 1/8

2 1/16

2 9/16

3 1/8

4 1/16

4 1/16

6

5,000 PSI 350 bar W.P.

On Vertical Column

2 1/16

2 9/16

3 1/8

4 1/16

6

On Wings

2 1/16

2 1/16

2 9/16

2 1/16

2 9/16

3 1/8

2 1/16

2 9/16

3 1/8

4 1/16

4 1/16

6

Gambar 7.4. X-Mas Tree 89)

E.Nama Alat : Level Control Valve.

Fungsi: Menjaga agar fluida yang terdapat dalam separator tetap terjaga (tidak kurang maupun tidak lebih).

Mekanisme Kerja:Apabila fluida di separator mulai berkurang maka valve akan menutup,hingga separator terisi kembali.demikian juga bila separator terlalu banyak terisi fluida maka valve akan membuka hingga jumlah fluida normal kembali.

Letak: LCV terletak didekat separator.

Spesifikasi LCV :

Tabel VII.5. Spesifikasi LCV

Gambar 7.5. LCV 90)

F.Nama Alat: Booster

Fungsi:Meningkatkan laju alir kecepatan uap.

Mekanisme Kerja : Fluida hidrothermal dilewatkan ke booster agar laju alirnya semakin cepat.

Letak:Ditempatkan sebelum uap masuk ke turbin.

Spesifikasi : Not Available

Gambar 7.6. Booster 91)

G.Nama Alat : Flash Steam Power Plant.

Fungsi: Alat ini digunakan sebagai alat pembangkit listrik dengan tenaga uap.

Mekanisme Kerja: Hot water dari sumur akan masuk ke flash tank dan akan dipisah menjadi air dan uap panas. Air akan keluar dari flash tank dan akan diinjeksikan bersama-sama dengan condensate water, sedangkan uap panas hasil pemisahan akan digunakan untuk menggerakkan turbin.

Letak :Terletak di permukaan pada power plant unit.

Spesifikasi

Tabel VII.7. Spesifikasi Flash SteamPower Plant.

Location:

Noshiro City, Akita Japan

Owner:

Tohoku Electric Power.,Inc.

Output:

600MW

Steam condition:

24.5Mpa 538/566 C

Type:

Tandem compound 4 cylinders 4 exhaust flows reheat condensing

Speed:

3000r.p.m

Commissioned:

1993

Gambar 7.7. Flash Steam Power Plant 92)

G.Nama Alat : Binary Cycle Power Plant.

Fungsi: Alat ini digunakan sebagai alat pembangkit listrik dengan tenaga uap.

Mekanisme: Binary power plant hampir sama seperti flash steam power plant. Fluida dari sumur yang masih berupa air panas akan diubah menjadi uap lebih dulu dengan alat vaporaizer sebelum masuk turbin.

Letak : Terletak di permukaan pada power plant unit.

Spesifikasi:

Gambar 7.8. Binary Cycle 93)

H.Nama Alat : Dry Steam Power Plant.

Fungsi: Alat ini digunakan sebagai alat pembangkit listrik dengan tenaga uap.

Mekanisme: Dibanding dengan power plant yang lain Dry Steam Power Plant tidak perlu mengubah air panas menjadi uap. Karen fluida dari sumur sudah berupa uap.

Letak : Terletak di permukaan pada power plant unit.

Spesifikasi:

Gambar 7.9. Dry Steam Power Plant. 94)

I.Nama Alat: Pressure Control Valve

Fungsi :Sebagai pengontrol tekanan produksi uap panas selama produksi berlangsung.

Mekanisme :Pada saat tekanan uap panas melebihi batas maka secara otmatis valve tersebut akan tertutup.

-Letak: Di dekat separator

-Spesifikasi:

Tabel VII.8. Spesifikasi Zwicky Controlled Pressure Regulating Valve

Material:

Cast Iron, Cast Steel

Pressure Class:

150psi (10 bar)

Size:

3/8" (10mm);

1/2" (15mm);

3 /4" (20mm)

1" (25mm);

1.1/4" (32mm);

1.1/2" (40mm)

2" (50mm)

End Connection:

2"-Flanged; 3/8"-2" male & female BSP connection

max cont. Working Temperature:

170deg.C(388F)

Control Range:

3/8"-3/4" 4psi (0.3 bar) to 80psi (5.5 bar)1"-2" 4psi(0.3 bar) to 60psi (4 bar)

7.3. Pembahasan

Fasilitas produksi permukaan panas bumi secara umum terdiri dari :

Well-head dan X-mas Tree

Separator

Silencer

Weir Box

Pipeline

Cooling Tower

Condenser

Power plant merupakan proses penggunaan energi uap untuk menggerakkan turbin dan menghasilkan energi putar yang akan menggerakkan generator sehingga menghasilkan listrik dengan daya yang besar. Sistem power plant yang digunakan dalam industri panas bumi saat ini, terdiri dari :

Dry Steam Power Plant

Flash Steam Power Plant

Binary Cycle Power Plant

Pada dry steam power plant, energi yang digunakan untuk menggerakkan turbin adalah steam (uap panas) dimana pada tipe ini steam akan menggerakkan sudu-sudu gerak turbin dan akan menghasilkan energi putar yang akan menggerakkan generator.

Pada flash steam power plant, energi yang digunakan juga steam, namun perbedaannya dengan dry steam adalah terdapat flash tank yang terletak sebelum turbin. Flash tank ini digunakan untuk memisahkan air panas dengan uap panas yang akan digunakan untuk menggerakkan turbin. Pada tipe ini fluida yang mengalir keturbin adalah hot water sehingga harus dipisahkan dahulu didalam flash tank. Air panas hasil pemisahan akan diinjeksikan kembali bersama dengan air kondensasi. Sedangkan uap panas (steam) akan digunakan untuk menggerakkan turbin.

Pada binary cycle power plant, prinsip kerjanya hampir sama dengan dry steam namun perbedaannya, power plant ini menggunakan heat exchanger dan energi yang digunakan untuk menggerakkan turbin adalah binary vapor. Hot water dari sumur digunakan dalam heat exchanger untuk pertukaran panas sehingga binary water dari turbin akan menguap menjadi binary vapor.

7.4. Kesimpulan

1. Fasilitas produksi panas bumi secara umum terdiri dari :

Well-head dan X-mas Tree

Separator

Silencer

Weir Box

Pipeline

Cooling Tower

Condenser

2. Sistem power plant yang digunakan dalam industri panas bumi saat ini, antara lain :

Dry Steam Power Plant

Flash Steam Power Plant

Binary Cycle Power Plant

Gambar 7.10. Zwicky Controlled Pressure Regulating Valve 95)

243