perhitungan ujuk kerja turbin gas solar saturn pada unit...

Oleh :

Diana Kumara Dewi

NRP. 2111 030 008

TUGAS AKHIR

TM 0340

PROGRAM STUDI D3 TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA

PERHITUNGAN UJUK KERJA

TURBIN GAS SOLAR SATURN

PADA UNIT PEMBANGKIT DAYA

JOINT OPERATING BODY PERTAMINA – PETROCHINA EAST JAVA (JOB P-PEJ)

1

KESIMPULAN MAINTENANCE PEMBAHASAN METODOLOGI DASAR TEORI PENDAHULUAN LATAR

BELAKANG

3

Kebutuhan energi di dunia semakin lama semakin besar

Indonesia masih menggunakan pembangkit daya dengan bahan bakar fosil

Bahan bakar fosil (batu bara) semakin lama semakin menipis

Turbin gas merupakan teknologi yang belum penuh diterapkan di Indonesia dalam skala besar

Perawatan Turbin gas jauh lebih mudah dibanding turbin uap

PEMBAHASAN METODOLOGI DASAR TEORI LATAR

BELAKANG MAINTENANCE KESIMPULAN PENDAHULUAN

Bagaimanakah prinsip kerja dari turbin gas?

Apa sajakah komponen-komponen yang terdapat dalam turbin gas?

Bagaimanakah menghitung performa dari tubin gas?

Apa saja yang harus dilakukan untuk perawatan turbin gas?

4

LAMPIRAN KESIMPULAN PEMBAHASAN METODOLOGI DASAR TEORI LATAR

BELAKANG PENDAHULUAN

5

Dapat menjelaskan prinsip kerja turbin gas

Mengetahui komponen-komponen beserta fungsinya pada turbin gas

Dapat menghitung performa atau unjuk kerja turbin gas

Mengetahui maintenance atau perawatan pada turbin gas

LAMPIRAN KESIMPULAN PEMBAHASAN METODOLOGI DASAR TEORI LATAR

BELAKANG PENDAHULUAN

6

• Pengambilan data dilakukan di JOB P-PEJ Tuban, Jawa Timur

• Turbin gas yang dianalisa adalah turbin gas SOLAR SATURN dengan kompresor dan turbin tipe aksial

• Semua perpindahan panas dapat di abaikan

KESIMPULAN MAINTENANCE PEMBAHASAN METODOLOGI LATAR

BELAKANG PENDAHULUAN DASAR TEORI

Turbin gas merupakan suatu pesawat yang

mengkonversi energi fluida menjadi energi

mekanik berupa daya mesin.

Fluida yang berenergi tinggi berasal dari

pembakaran bahan bakar

7

KSIMPULAN MAINTENANCE PEMBAHASAN METODOLOGI LATAR


8



Skema turbin gas

9

10

GENERATOR

TURBIN

RUANG BAKAR

KOMPRESOR

11 ANIMASI GAS TURBINE



Komponen turbin gas

Compressor Section

• Memampatkan udara

• Menaikkan temperatur dan tekanan udara

Combustion Section

• Bahan bakar (natural gas) disemprotkan

• Bahan bakar kemudian dibakar bersamaan dengan udara yang telah dikompresi

Turbine Section

• Gas panas (flue gasses) dari combustor dikonversikan menjadi putaran turbin (kerja)

• Menggerakkan kompresor dan beban eksternal (generator) 12



Klasifikasi Turbin Gas

Turbin Gas

Siklus Kerja

Terbuka Tertutup Combined Cycle

(gabungan)

Susunan Poros

Single shaft

(poros tunggal)

Double shaft

(poros ganda)

Twin spool

Split shaft

13



• Siklus Kerja : – Open Cycle

– Closed Cycle

– Combined Cycle

Opened Cycle

C GT

RB

Fuel

Air Gas

G

Closed Cycle

C GT

RB

HE

Gas in

Shaft G

Gas out

KLASIFIKASI

14



C = Compressor

RB = Ruang Bakar

TG = Gas Turbine

G = Generator

HE = Heat Exchanger

CD = Condensor

P = Pump

B = Boiler

ST = Steam turbine Combined Cycle

C GT

RB

HE

Gas in Shaft

G

Gas out

ST

B

P

G

Water

CD

15



Poros Tunggal

C GT

RB

Fuel

Air Gas

G

Poros Ganda

Gas Air

C

RB

LT HT G

Susunan Poros :

16



Twin Spool

Gas Air

LC LT HT G

RB

HC

Poros Split

Gas Air

LC LT

HT

G

RB

HC

17

KESIMPULAN MAINTENANCE PEMBAHASAN LATAR

BELAKANG PENDAHULUAN DASAR TEORI METODOLOGI

18

KESIMPULAN MAINTENANCE METODOLOGI PEMBAHASAN DASAR TEORI PENDAHULUAN LATAR

BELAKANG

No Data Nilai Unit

1 Tekanan Atmosfer (P1) 101325 Pa

2 Temperatur Ambient (T1) 306,11 K

3 Tekanan Keluar Kompresor (P2) 63,5 Psig

4 Temperatur masuk Turbin (T3) 755,22 K

5 Temperatur keluar Turbin (T4) 635,22 K

6 Specific Gravity (SG) bahan bakar 1,08865

7 Kapasitas masuk bahan bakar (Qin) 849 MSCFD

8 GHV bahan bakar 1149,72634 BTU/ft3

DATA YANG DIKETAHUI

19


BELAKANG

Mencari nilai eksponen politropis (n) dengan asumsi efisiensi kompresi (𝜼𝒄) = 0,7 dan k = 1,4 𝑛 − 1

𝑛 𝜂𝑐=

𝑘 − 1

𝑘

𝑛 − 1

𝑛 =

𝑘 − 1

𝑘 (𝜂𝑐)

𝑛 − 1

𝑛 =

1,4 − 1

1,4 (0,7)

𝑛 − 1

𝑛 = 0,285714285 0,7

𝑛 − 1

𝑛 = 0,2

𝑛 − 1 = 0,2 𝑛 𝑛 − 0,2 𝑛 = 1 0,8 𝑛 = 1 𝑛 = 0,8−1 𝑛 = 1,25

Mencari nilai kompresibilitas (Z) dari buku “Compresors : seclection and sizing, 3rd edition” oleh Royce N. Brown ; 2005 dengan nilai temperatur kritis (Tc) sebesar 548 °R dan

nilai tekanan kritis (Pc) = 1073 𝑙𝑏

𝑖𝑛2

Nilai Tc dan Pc tersebut kemudian dikonversikan menjadi satuan SI maka,

𝑇𝑐 = 304,4688 𝐾

𝑃𝑐 = 1073 𝑙𝑏

𝑖𝑛2 ×

4,448 𝑁

1 𝑙𝑏 ×

1 𝑖𝑛2

0,0254 𝑚 2

𝑃𝑐 = 7397705,995 𝑁

𝑚2

𝑃𝑐 = 7397705,995 𝑃𝑎

Menghitung Kerja Kompresor

20


BELAKANG

Menghitung Kerja Kompresor

Nilai Temperatur Keluar Kompresor (T2)

𝑇2 = 𝑇1 𝑟𝑝𝑛−1𝑛

𝑇2 = 𝑇1 𝑃2

𝑃1

𝑛−1

𝑛

𝑇2 = 306,11 𝐾 5,3213816931,25−11,25

𝑇2 = 427,6539536 𝐾

Maka dapat diketahui pressure reduce (Pr) dan temperature reduce (Tr)

𝑇𝑟 = 𝑇2𝑇𝑐

= 427,6539536 𝐾

304,4688 𝐾= 1,4045904

= 1,40

𝑃𝑟 = 𝑃2𝑃𝑐

= 539189 𝑃𝑎

7397705,995 𝑃𝑎= 0,072885973

= 0,07

21


BELAKANG

𝑇𝑟 = 1,4045904 = 1,40

𝑃𝑟 = 0,072885973 = 0,07

Dari Appendix B-24 (Royce N. Brown) dengan Pr = 0,07 dan Tr = 1,40 maka didapatkan Z = 0,992

22


BELAKANG

Mencari Kerja Kompresor

𝑊 𝐶 = 𝑚 𝑎 𝑛

𝑛 − 1 𝑍 𝑅 𝑇1 𝑟𝑝

𝑛−1𝑛 − 1

𝑊 𝐶 = 5,8 𝐾𝑔

𝑠 ×

1,25

1,25 − 1 × 0,992 × 286,9

𝐽 𝐾𝑔

𝐾 × 306,11 𝐾 5,321381693

1,25−11,25 − 1

𝑊 𝐶 = 1.003.085,767 𝐽

𝑠

𝑊 𝐶 = 1.003,085767 𝐾𝐽

𝑠

𝑊 𝐶 = 1.003,085767 𝐾𝑊

23


BELAKANG

Menghitung Kerja Turbin

Nama Gas Jumlah Satuan Kandungan Nilai Cp

standar

Methane (CH4) 38,229 % mole 63,80 % 2,22 𝐾𝐽

𝐾𝑔 𝐾

Propane (C3H6) 8,342 % mole 13,92 % 1,5 𝐾𝐽

𝐾𝑔 𝐾

Butane (C4H10) 8,025 % mole 13,39 % 1,67 𝐾𝐽

𝐾𝑔 𝐾

Ethane (C2H6) 5,318 % mole 8,87 % 1,75 𝐾𝐽

𝐾𝑔 𝐾

DATA GAS YANG DIKETAHUI

24

LATAR BELAKANG

KESIMPULAN PENDAHULUAN MAINTENANCE METODOLOGI DASAR TEORI PEMBAHASAN

Methane (CH4) = 63,80

100 × 2,22 = 1,4162

𝑘𝐽

𝐾𝑔 𝐾

Propane (C3H6) = 13,92

100 × 1,5 = 0,2088

𝑘𝐽

𝐾𝑔 𝐾

Butane (C4H10) = 13,39

100 × 1,67 = 0,2237

𝑘𝐽

𝐾𝑔 𝐾

Ethane (C2H6) = 8,87

100 × 1,75 = 0,7553

𝑘𝐽

𝐾𝑔 𝐾

𝐶𝑝 = 1,4162 + 0,2088 + 0,2237 + 0,7553𝑘𝐽

𝐾𝑔 𝐾

𝐶𝑝 = 2,0042 𝑘𝐽

𝐾𝑔 𝐾

NILAI CP (specific heat pada tekanan konstan)


25

26

LATAR BELAKANG


Perhitungan Massa Jenis (𝝆) Bahan Bakar Gas Fuel Pressure = 168 psig dan Tf inlet = 106 °F, dalam satuan SI : Pf gas = 168 psig Pf gas = 168 psig + 14,7 psi (atm) Pf gas = 182,7 psia Pf gas = 182,7 psia = 1259672,14 Pa Tf inlet = 106 °F = 314,11 K


Perhitungan Massa jenis bahan bakar pada kondisi standar (𝝆𝒇𝒔)

𝜌𝑓𝑠 = 𝑆𝐺𝑓 × 𝜌𝑎𝑖𝑟 𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟

𝜌𝑓𝑠 = 1,08865 × 1,225 𝐾𝑔

𝑚3

𝜌𝑓𝑠 = 1,33359625 𝐾𝑔

𝑚3

Perhitungan Massa jenis bahan bakar (𝝆𝒇) pada tekanan 168 psig

𝑃0

𝜌𝑓𝑠 × 𝑇0=

𝑃1𝜌𝑓 × 𝑇𝑓 𝑖𝑛𝑙𝑒𝑡

101.325 𝑃𝑎

1,33359625 𝐾𝑔𝑚3 × 288 𝐾

= 1259672,14 𝑃𝑎

𝜌𝑓 × 314,11 𝐾

𝜌𝑓 = 1259672,14 𝑃𝑎 × 1,33359625

𝐾𝑔𝑚3 × 288 𝐾

101325 𝑃𝑎 × 314,11 𝐾

𝜌𝑓 = 15,20113452 𝐾𝑔

𝑚3

27

LATAR BELAKANG


Perhitungan Kapasitas Bahan Bakar (Qf) pada tekanan 168 psig

𝑃𝑠 ∀ 𝑠𝑇𝑠

= 𝑃𝑓 ∀ 𝑓

𝑇𝑓

101325 𝑃𝑎 × 9,826388889 𝑓𝑡3

𝑠288 𝐾

= 1259672,14 Pa × ∀ 𝑓

314,11 𝐾

∀ 𝑓=101325 𝑃𝑎 × 9,826388889

𝑓𝑡3

𝑠 × 314,11 𝐾

1259672,14 Pa × 288 𝐾

∀ 𝑓= 0,862069561 𝑓𝑡3

𝑠


Perhitungan Laju aliran massa bahan bakar (𝒎 𝒇)

𝑚 𝑓 = 𝜌𝑓 × 𝑄𝑓

𝑚 𝑓 = 15,20113452 𝐾𝑔

𝑚3 × 0,862069561 𝑓𝑡3

𝑠 ×

0,30483 𝑚3

1 𝑓𝑡3

𝑚 𝑓 = 0,371076286 𝑘𝑔

𝑠

28

LATAR BELAKANG


𝑊 𝑇 = 𝑚 𝑎 + 𝑚 𝑓 𝐶𝑝 𝑇3 − 𝑇4

𝑊 𝑇 = 5,8 + 0,371076286 𝑘𝑔

𝑠 × 2,0042

𝑘𝐽

𝐾𝑔 𝐾 × 755,22 − 635,22 𝐾

𝑊 𝑇 = 1484,168531 𝑘𝐽

𝑠

𝑊 𝑇 = 1484,168531 𝐾𝑊


29

LATAR BELAKANG


𝑄 𝑖𝑛 = 𝑚 𝑓 𝐺𝐻𝑉

𝜌𝑓

𝑄 𝑖𝑛 = 0,371076286 𝑘𝑔

𝑠 1149,72634

𝐵𝑡𝑢

𝑓𝑡3 ×

1 𝑚3

15,20113452 𝑘𝑔 ×

1 𝑓𝑡3

0,30483 𝑚3

× 1,055 𝑘𝐽

1 𝐵𝑡𝑢

𝑄 𝑖𝑛 = 1045,657025 𝑘𝐽

𝑠

𝑄 𝑖𝑛 = 1045,657025 𝐾𝑊

Menghitung Kapasitas Masuk Bahan Bakar

𝐴𝐹𝑅 = 𝑚 𝑎𝑚 𝑓

𝐴𝐹𝑅 = 5,8

𝑘𝑔𝑠

0,371076286 𝑘𝑔𝑠

𝐴𝐹𝑅 = 15,3020926

30

LATAR BELAKANG


Perhitungan Efisiensi Siklus 𝜼𝒄

𝜂𝑐 = 𝑊 𝑛𝑒𝑡𝑡

𝑄 𝑖𝑛 × 100 %

𝜂𝑐 = 𝑊 𝑇 − 𝑊 𝐶

𝑄 𝑖𝑛 × 100 %

𝜂𝑐 = (1484,168531 𝐾𝑊 − 1003,085767 𝐾𝑊)

1045,657025 𝐾𝑊 × 100 %

𝜂𝑐 = 0,460077016 × 100 % 𝜂𝑐 = 46 %

31

LATAR BELAKANG


Perhitungan Efisiensi Turbin (𝜼𝑻)

daya generator 𝑊 𝐺 = 390 KW

𝜂𝑇 = 𝑊 𝐺

𝑊 𝑛𝑒𝑡𝑡 × 100 %

𝜂𝑇 = 𝑊 𝐺

𝑊 𝑇 − 𝑊 𝐶× 100 %

𝜂𝑇 = 390 𝐾𝑊

(1484,168531 𝐾𝑊 − 1003,085767 𝐾𝑊) × 100 %

𝜂𝑇 = 0,810671321 × 100 % 𝜂𝑇 = 81,06 %

32

STOKIOMETRI KANDUNGAN GAS DALAM

BAHAN BAKAR

CH4 + 2 O2 ⟶ CO2 + 2 H2O

Pada 1 kg bahan bakar Methana (CH4) untuk terbakar sempurna

dibutuhkan 2 kg Oksigen. Maka udara yang dibuthkan sebesar :

Air = (2 x 4,774) kg

= 9,5483 kg

C2H6 + 3,5 O2 ⟶ 2 CO2 + 3 H2O

Pada 1 kg bahan bakar Etana (C2H6) untuk terbakar sempurna


Air = (3,5 x 4,774) kg

= 16,70 kg

33

STOKIOMETRI KANDUNGAN GAS DALAM

BAHAN BAKAR

C3H8 + 5 O2 ⟶ 3 CO2 + 4 H2O

Pada 1 kg bahan bakar Propana (C3H8) untuk terbakar sempurna


Air = (5 x 4,774) kg

= 23,870 kg

C4H10 + 6,5 O2 ⟶ 4 CO2 + 5 H2O

Pada 1 kg bahan bakar Butana (C4H10) untuk terbakar sempurna


Air = (6,5 x 4,774) kg

= 31,032 kg

34

LATAR BELAKANG

KESIMPULAN PENDAHULUAN MAINTENANCE DASAR TEORI METODOLOGI PEMBAHASAN

Nama Gas Jumlah Udara

(1 kg Bahan Bakar) Presentase Mole

Jumlah

Udara

Methane (CH4) 9,5483 kg 63,82 % 6,0918

Ethane (C2H6) 16,70 kg 8,87 % 1,48129

Propane (C3H6) 23,870 kg 13,92 % 3,32270

Butane (C4H10) 31,032 kg 13,39 % 4,15518

TOTAL 15,05097

35

Presentase total = 15,05097 x 100%

= 1,505097 %

Perhitungan Excess Air

% 𝐸𝑥𝑐𝑒𝑠𝑠 𝐴𝑖𝑟 = % 𝑂2

20,946 − % 𝑂2

% 𝐸𝑥𝑐𝑒𝑠𝑠 𝐴𝑖𝑟 = 1,505097 %

20,946 − 1,505097 %

% 𝐸𝑥𝑐𝑒𝑠𝑠 𝐴𝑖𝑟 = 7,741908902 %

% 𝐸𝑥𝑐𝑒𝑠𝑠 𝐴𝑖𝑟 = 7,7 %

36

MAINTENANCE

LAMPIRAN PEMBAHASAN METODOLOGI MAINTENANCE LATAR

BELAKANG DASAR TEORI PENDAHULUAN

37

Inspection Interval

Dalam pengoperasian turbin gas, perawatan berkala dari engine dilakukan berdasarkan jam

kerja (running) dari turbin

Interval waktu yang direkomendasikan

Note: (1) Hours mean Ëquivalent Operating Hours”reflecting the operation conditions of Gas Turbines



38

Perawatan Gas Turbin

Inspection Procedure Inspection Items

Combustor Inspection Dismantling combustor basket

•Visual inspection & NDT (1) of fuel nozzles, combustor baskets and transition pieces •Visual inspection of turbine blade row 4 and vane row 1 and 4 •Visual inspection of compressor IGV, blade row 1 and vane row 1

Turbine Inspection Lifting the upper housing of the turbine

•Visual inspection and NDT (1) of turbine blades, vanes and seals •Combustor inspection is carried out at the same time

Major Overhaul Inspection

Lifting the upper housing of the turbine and compressor Lifting the rotor

•Visual inspection & NDT (2) of all components from expansion joint of the inlet air to the first expansion joint of the exhaust gas •Inspection of auxiliaries, control systems and instruments

NDT (1) : Non Destructive Test (Penetrant Test)

NDT (2) : Non Destructive Test (Penetrant Test, Magnetic Particle test and Ultrasonic test)



39

Combustor Compressor

Perawatan Turbin Gas



40

Inlet Guide Vanes



41

Pelepasan casing

bagian atas dari

turbin



42

Combustor Inspection • No 1. Compressor inlet (1)

• No 2. Turbine blade row 4 (1)

• No 3. Flame detector and igniter (2)

• No 4. Fuel nozzle (2)

• No 5. Combustor basket (2)

• No 6. Transition piece (2)

(1): Visual Inspection

(2): Roll-in & Roll-out Parts



43

Combustion Inspection Schedule (for one (1) Gas Turbine)



44

Transition piece

GT Inspection



45

Turbine Inspection • No 1. Compressor inlet (1)

• No 2. Flame detector and igniter (2)

• No 3. Fuel nozzle (2)

• No 4. Combustor basket (2)

• No 5. Transition piece (2)

No 6. Turbine blade (2)

No 7. Turbine vane (2)

No 8. Compressor last row and OGV’s blade and diaphragm (1)

(1): Visual Inspection

(2): Roll-in & Roll-out Parts

MAINTENANCE KESIMPULAN PEMBAHASAN METODOLOGI LATAR


46

Daya yang dibutuhkan untuk

menggerakkan kompresor sebesar

1003,085767 KW

Daya yang dihasilkan oleh turbin

sebesar 1484,168531 KW

Daya yang dibutuhkan generator

sebesar 390 KW\

Efisiensi siklus yang diperoleh

adalah sebesar 46 %

Efisiensi turbin yang diperoleh

sebesar 81.06 %

AFR (Air Fuel Ratio) yang diperoleh

sebesar 𝟏𝟓, 𝟑𝟎𝟐𝟎𝟗𝟐𝟔

Excess Air yang dihasilkan sebesar

7,7%

47

TERIMA KASIH

perhitungan ujuk kerja turbin gas solar saturn pada unit...

Documents