TUGAS PEMBANGKIT DAN GARDU INDUK

PLTG DAN PLTGU

OLEH :

KELOMPOK V (LIMA)

APRIZAL ARIF AMIR

SUSIH

SATRIA KENDE

MUH. JAFAR

2 B LISTRIK

PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG 2013

BAB I

PENDAHULUAN

Pembangkit listrik atau yang sering juga disebut sebagai power plant system merupakan suatu sistem yang mengubah energi panas menjadi energi listrik. Komponen utamanya adalah heat exchanger, generator, turbin, condensor dan pompa. PLTGU (Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap) merupakan aplikasi dari siklus Brayton dan siklus Rankine pada teori thermodinamika. Siklus Brayton memanfaatkan gas untuk memutar turbin yang kemudian menggerakkan generator. Sedangkan siklus Rankine memanfaatkan panas uap (steam) untuk memutar turbin. Perpaduan dua siklus ini dalam menghasilkan listrik pada PLTGU dikenal dengan istilah combined cycle power plant.

BAB II

PEMBAHASAN

1. PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS (PLTG)

Pembangkit listrik tenaga gas (PLTG) merupakan sebuah pembangkit energi listrik yang menggunakan peralatan/mesin turbin gas sebagai penggerak generatornya. Turbin gas dirancang dan dibuat dengan prinsip kerja yang sederhana dimana energi panas yang dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar diubah menjadi energi mekanis dan selanjutnya diubah menjadi energi listrik atau energi lainnya sesuai dengan kebutuhannya.

Adapun kekurangan dari turbin gas adalah sifat korosif pada material yang digunakan untuk komponen-komponen turbinnya karena harus bekerja pada temperature tinggi dan adanya unsur kimia bahan bakar minyak yang korosif (sulfur, vanadium dll), tetapi dalam perkembangannya pengetahuan material yang terus berkembang hal tersebut mulai dapat dikurangi meskipun tidak dapat secara keseluruhan dihilangkan. Dengan tingkat efisiensi yang rendah hal ini merupakan salah satu dari kekurangan sebuah turbin gas juga dan pada perkembangannya untuk menaikkan efisiensi dapat diatur/diperbaiki temperature kerja siklus dengan menggunakan material turbin yang mampu bekerja pada temperature tinggi dan dapat juga untuk menaikkan efisiensinya dengan menggabungkan antara pembangkit turbin gas dengan pembangkit turbin uap dan hal ini biasa disebut dengan combined cycle.

1.1 Tata Letak PLTG

Komponen utama PLTG terdiri atas beberapa peralatan yang satu dengan yang lainnya terintegrasi sehingga menjadi satu unit lengkap yang dapat dioperasikan sebagaimana mestinya.

Komponen-komponen PLTG diantaranya adalah :

·        Kompresor Utama

·        Combustion Chamber

·        Turbin Gas

·        Load Gear

·        Generator dan Exciter

·        Alat Bantu

·        Kontrol, Instrumentasi, dan Pengaman

·        Peralatan listrik

·        dll

1.2  PRINSIP KERJA

Pembangkit listrik tenaga gas (PLTG) mempunyai beberapa peralatan utama seperti : Turbin Gas(Gas Turbine), Kompresor (Compressor), Ruang Bakar (Combustor).

Udara dengan tekanan atmosfir ditarik masuk ke dalam compressor melalui pintu, udara ditekan masuk ke dalam compressor. Udara ditekan masuk ke dalam ruang bakar dengan tekanan 250 Psi dicampur dengan bahan bakar dan di bakar dalam ruang bakar  dengan temperatur 2000 – 30000F. Gas hasil pembakaran yang merupakan energi termal dengan temperature dan tekanan yang tinggi yang suhunya kira-kira 9000C .

Dari energi panas yang dihasilkan inilah kemudian akan dimanfaatkan untuk memutar turbin dimana didalam sudu-sudu gerak dan sudu-sudu diam turbin, gas panas tersebut temperature dan tekanan mengalami penurunan dan proses ini biasa disebut dengan proses ekspansi. Selanjutnya energi mekanis yang dihasilkan oleh turbin digunakan untuk memutar generator hingga menghasilkan energi listrik.

Adapun sebagai pendukung pusat listrik tenaga gas ini digunakan beberapa alat bantu (auxiliary equipments) untuk membantu proses siklus turbin gas berjalan dengan baik, seperti:

Ø  Sistem Pelumas

Ø  Sistem Bahan Bakar

Ø  Sistem Pendingin

Ø  Sistem Udara Kontrol

Ø  Sistem Hidrolik

Ø  Sistem Udara Tekan

Ø  Sistem Udara Pengkabutan

 A. Kompresor Utama    Kompresor utama adalah kompesor aksial yang berguna untuk

memasok udara bertekanan ke dalam ruang bakar yang sesuai dengan kebutuhan. Kapasitas kompresor harus cukup besar karena pasokan udara lebih (excess air) untuk turbin gas dapat mencapai 350 %. Disamping untuk mendapatkan pembakaran yang sempurna, udara lebih ini digunakan untuk pendingin dan menurunkan suhu gas hasil pembakaran.

B. Inlet Guide Vanes (IGV)    Pada kompresor berkapasitas besar, diisi udara masuk kompresor, yaitu

pada inlet guide vanes dipasang variabel IGV, sedangkan pada kompresor berukuran kecil umumnya dipasang Fixed Guide Vanes. Variabel IGV berfungsi untuk mengatur volume udara yang dikompresikan sesuai dengan kebutuhan atau beban turbin. Pada saat Start Up, IGV juga berfungsi untuk mengurangi surge. Pada saat stop dan selama start up, IGV tertutup ( pada unit tertentu, posisi IGV 34-48% ), kemudian secara bertahap membuka seiring dengan meningkatnya beban turbin. Pada beban turbin tertentu, IGV terbuka penuh (83-92%). Selama stop normal IGV perlahan-lahan ditutup bersamaan dengan turunnya beban, sedangkan pada stop emergency, IGV tertutup bersamaan dengan tertutupnya katup bahan bakar.

C. Combustion Chamber    Combustion Chamber adalah ruangan tempat proses terjadinya

pembakaran. Ada turbin gas yang mempunyai satu atau dua Combustion Chamber yang letaknya terpisah dari casing turbin, akan tetapi yang lebih banyak dijumpai adalah memiliki Combustion Chamber dengan beberapa buah Combustion basket, mengelilingi sisi masuk (inlet) turbin. Di dalam Combustion Chamber dipasang komponen-komponen untuk proses pembakaran beserta sarana penunjangnya, diantaranya:

1.      Fuel Nozzle

2.      Combustion Liner

3.      Transition Piece

4.      Igniter

5.      Flame Detektor

D. Turbin Gas    Turbin Gas berfungsi untuk membangkitkan energi mekanis dari

sumber energi panas yang dihasilkan pada proses pembakaran. Selanjutnya energi mekanis ini akan digunakan untuk memutar generator listrik baik melalui perantaraan Load Gear atau tidak, sehingga diperoleh energi listrik. Bagian-bagian utama Turbin Gas adalah:

1.      Sudu Tetap

2.      Sudu Jalan

3.      Saluran Gas Buang

4.      Saluran Udara Pendingin

5.      Batalan

6.      Auxiallary Gear

E. Load Gear    Load Gear atau main Gear adalah roda gigi penurun kecepatan putaran

yang dipasang diantara poros Turbin Compressor dengan poros Generator. Jaringan listrik di Indonesia. Memilii frekwensi 50 Hz, sehngga putaran tertinggi generator adalah 3000 RPM, sedangkan putaran turbin ada yang 4800 RPM atau lebih.

F. Alat BantuPada saat muai start up, belum tersedia udara untuk pembakaran. Udara

pembakaran disuplai oleh kompresor aksial, sedangkan kompresor aksial harus diputar oleh turbin yang pada saat start up belum menghasilkan tenaga bahkan belum berputar. Oleh karenanya, pada saat start up perlu ada tenaga penggerak lain yang dapat diperoleh dari :

1.      Motor generator

2.      Motor Listrik

3.      Mesin Diesel

  Persiapan Pengoperasian PLTG

Parameter PLTG yang perlu dipersiapkan meliputi :

Sistem Kontrol dan Pengaman

Sistem Bahan Bakar

Sistem Hidrolik

Sistem Pelumas

Sistem air Pendingin

Sistem Pendingin Udara Generator dan Hidrogen

Sistem Eksitasi

Sistem Penggerak Mula

Kondisi Lingkungan

Trafo dan pemutus Tenaga

  Sinkronisasi

 Untuk melakukan sinkronisasi PLTG harus sudah FSNL dan persyaratan berikut harus sudah terpenuhi :

Tegangan

Frekwensi

Sudut/Urutan Fasa

Antara generator dan jaringan harus sudah sama.

 V.     Pembebanan

PLTG dapat dibebani denagn beberpa macam beban yaitu :

Beban Minimum

Beban dasar

Beban Puncak

 

Macam Start 

Ada beberapa macam start PLTG :

Star Normal

Start dengan waktu yang normal

Start Darurat/Cepar

Start dengan waktu yang dipercepat

Start Dengan Remote Control

Start ini memerlukan Data Log dan VDU ( Video Display Unit )

Gambar skema PLTG

1.3  MASALAH OPERASI PLTG

Dari segi operasi, unit PLTG tergolong unit yang masa start-nya pendek, yaitu antara 15-30 menit, dan kebanyakan dapat di-start tanpa pasokan daya dari luar (black start), yaitu menggunakan mesin diesel sebagai motor start. Dari segi pemeliharaan, unit PLTG mempunyai selang waktu pemeliharaan (time between overhaul) yang pendek, yaitu sekitar 4.000-5.000 jam operasi. Makin sering unit mengalami start-stop, makin pendek

selang waktu pemeliharaannya. Walaupun jam operasi unit belum mencapai 4.000 jam, tetapi jika jumlah startnya telah mencapai 300 kali, maka unit PLTG tersebut harus mengalami pemeriksaan (inspeksi) dan pemeliharaan.

Saat dilakukan pemeriksaan, hal-hal yang perlu mendapat perhatian khusus adalah bagian-bagian yang terkena aliran gas hasil pembakaran yang suhunya mencapai 1.300 0C, seperti: ruang bakar, saluran gas panas (hot gas path),dan sudu-sudu turbin. Bagian-bagian ini umumnya mengalami kerusakan (retak) sehingga perlu diperbaiki (dilas) atau diganti.

Proses start-stop akan mempercepat proses kerusakan (keretakan) ini, karena proses start-stop menyebabkan proses pemuaian dan pengerutan yang tidak kecil. Hal ini disebabkan sewaktu unit dingin, suhunya sama dengan suhu ruangan (sekitar 300C sedangkan sewaktu operasi, akibat terkena gas hasil pernbakaran dengan suhu sekitar 1.3000C.

Dari segi efisiensi pemakaian bahan bakar, unit PLTG tergolong unit termal yang efisiensinya paling rendah, yaitu berkisar antara 15-25%. Dalam perkembangan penggunaan unit PLTG di PLN, akhir-akhir ini digunakan unit turbin gas aero derivative, yaitu turbin gas pesawat terbang yang dimodifikasi menjadi turbin gas penggerak generator.

2. PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS-UAP (PLTGU)

PLTGU merupakan kombinasi PLTG dengan PLTU. Gas buang dari PLTG yang umumnya mempunyai suhu di atas 4000C, dimanfaatkan (dialirkan) ke dalam ketel uap PLTU untuk menghasilkan uap penggerak turbin uap. Dengan cara ini, umumnya didapat PLTU dengan daya sebesar 50% daya PLTG. Ketel uap yang digunakan untuk memanfaatkan gas buang PLTG mempunyai desain khusus untuk memanfaatkan gas buang di mana dalam bahasa Inggris disebut Heat Recovery Steam Generator (HRSG). Dalam operasinya, unit turbin gas dapat dioperasikan terlebih dahulu untuk menghasilkan daya listrik sementara gas buangnya berproses untuk menghasilkan uap dalam ketel pemanfaat gas buang. Kira-kira 6 (enam) jam kemudian, setelah uap dalam ketel uap cukup banyak, uap dialirkan ke turbin uap untuk menghasilkan daya listrik.

Bagian-bagian penting dari PLTGU adalah :

1) Turbin gas

2) HRSG (Heat Recovery Steam Generator)

3) Turbin Uap dan alat-alat bantu lainnya

Pada Prinsip kerjanya suatu PLTU dan PLTGU memanfaatkan siklus Termo dinamika yaitu :

Siklus Thermodinamika

1. Siklus Brayton pada PLTG

Turbin gas memiliki karakteristik ringan serta lebih ringkas jika dibandingkan

dengan turbin uap. Turbin gas lazim digunakan sebagai pembangkit listrik stationery.

Pembangkit tenaga turbin gas dapat dioperasikan baik pada sistem terbuka maupun

sistem tertutup, namun sistem terbuka lebih umum dan banyak digunakan. Di dalam

model ini, mesin menarik udara atmosfer secara terus menerus ke dalam kompresor,

dimana udara dikompresi sehingga memiliki tekanan tinggi. Udara yang telah dikompresi

tersebut kemudian masuk ke dalam ruang bakar (Combustor), dimana udara tersebut

dicampur dengan bahan bakar dan proses pembakaran terjadi, yang menghasilkan produk

pembakaran pada temperatur tinggi. Produk hasil pembakaran tersebut melakukan

ekspansi melalui turbin. Sebagian dari kerja yang dihasilkan turbin digunakan untuk

menggerakkan kompresor, sisanya digunakan untuk membangkitkan listrik.

boiler superheater

condensor

turbine

Gambar 3.1 Siklus Brayton

2. Siklus Rankine pada PLTU

Dalam pengoperasian idealnya, PLTU menggunakan siklus tertutup (closed

system). Air yang digunakan sebagai fluida kerjanya dapat digunakan kembali untuk

proses berikutnya. Siklus PLTU mengikuti prinsip kerja siklus rankine, yaitu pemanasan

suatu fluida (air) oleh heat exchanger kemudian berubah menjadi uap panas. Lalu uap

panas tadi masuk ke dalam steam turbin sehingga dapat menggerakkan generator. Setelah

itu uap yang keluar dari generator masuk dalam condensor dan berubah menjadi air

kembali. Setelah itu air dipompa masuk ke dalam heat exchanger untuk dipanaskan. Dan

seterusnya sehingga membentuk suatu siklus yang dinamakan siklus rankine.

Gambar 3.2 Siklus Rankine

Rankine Cycle :1-2 Isentropic pump (constant pressure)2-3 Heat addition3-4 Superheater (constant pressure, heat addition)

4-5 Isentropic expansion 5-1 Constant temperature (heat rejection)

2.1 EFFISIENSI PLTGU

Apabila : Effisiensi PLTG – Eta (GT)

Maka untuk 1 (satu) satuan kalor bahan bakar, dapat dihasilkan energi listrik sebesar Eta (GT). Dengan mengabaikan rugi-rugi lain pada PLTG adalah 1 – Eta (GT). Apabila semua kalor tersebut dapat dipergunakan oleh siklus tenaga uap dan dimisalkan effisiensi siklus tenaga uap adalah effisiensi PLTU = Eta (ST).

Maka energi listrik yang dihasilkan pada siklus tenaga uap adalah Eta (GT) x (1-Eta (GT)), dan energi yang dihasilkan oleh siklus PLTGU adalah :

Eta (COMBI) = Eta (GT) + Eta (ST) x (1 – Eta (GT))

= Eta (GT) + Eta – (Eta (GT) x Eta (ST))

Jadi Effisiensi PLTGU adalah :

Eta (COMBI) = Eta (GT) + Eta (ST) – Eta (GT) x Eta (ST)

Sebagai contoh :

Effisiensi PLTG = Eta (GT) = 34%

Effisiensi PLTU = Eta (ST) = 26%

Maka Effisiensi PLTGU = 51%

2.2 HRSG (HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR)

HRSG bertujuan untuk memanfaatkan panas dari aliran gas panas. HRSG memproduksi uap untuk menggerakkan steam turbin. Pada PLTGU Grati ini terdapat dua blok, pada blok 1 terdapat tiga HRSG yang masing-masing dihubungkan dengan sebuah gas turbin dan ketiga HRSG tersebut menggerakkan sebuah steam turbin. Sedangkan pada blok 2 terdiri dari tiga gas turbin dengan pengoperasian open cycle. Daya total yang dihasilkan power plant ini adalah 800 MW (500 MW dari blok 1 dan 300 MW dari blok 2).

Gambar 2.1 HRSG

2.3 Bagian – Bagian pada HRSG

2.4.1 Struktur Baja

Struktur baja power plant terbuat dari tiga struktur baja. Masing-masing HRSG

memiliki satu struktur baja yang dihubungkan dengan metode penyambungan (bracing).

Untuk setiap HRSG, struktur baja utama dari HRSG terdiri dari empat kolom vertikal

yang dihubungkan bersama bracing horizontal dan vertikal. Dua beam (yang disebut

balok utama) terpasang di kolom bagian atas yang terletak di sisi terpanjang HRSG, dan

tujuh beam horizontal (yang disebut box beams) disambung dengan dua balok utama.

Box beams terletak tegak lurus pada pipa dan saluran gas panas. Hal ini memungkinkan

terjadinya ekspansi thermal.

Struktur baja penunjang yang didesain khusus sesuai dengan data peralatan dan

kondisi pemakaian membantu semua peralatan yaitu HRSG, drum, casing, cerobong,

pipework internal kecuali pompa dan blow-down tank. Untuk akses ke pintu, drum,

cerobong dan valves disediakan plateform, tangga dan ladders. Plateform tambahan

disediakan untuk akses ke header BDT (Blow Down Tank). Peralatan pengangkat (hoist

equipment) diletakkan di struktur utama pada level pipa inlet untuk memungkinkan

pengangkatan BCP.

2.4.2 Pipa Inlet HRSG dan Casing

Pipa inlet dan casing HRSG terpasang pada box beam. Ketika HRSG beroperasi,

selama ekspansi thermal, semua casing dan pipa inlet terekspansi ke bawah. Untuk

memungkinkan terjadinya ekspansi dan menghindari perpindahan transversal HRSG,

kekokohan dan kemampuan menghantarkan (fixed and guide) yang harus dimiliki oleh

box beam level dan last HRSG level. Pada pipa inlet dan exhaust damper dihubungkan

dengan sambungan ekspansi yang memungkinkan terjadinya ekspansi thermal vertikal

dan longitudinal pada keseluruhan HRSG. Casingnya terbuat dari lembaran baja yang

disertai insulasi eksternal.

2.4.3 Heat Exchanger

HRSG adalah salah satu jenis heat exchanger yang tube-tubenya terpasang

horizontal pada modul. Lebar pada tiap modul adalah setengah lebar dari keseluruhan

HRSG. Tube-tubenya dihubungkan two by two dengan pengelasan pada headers untuk

membentuk keseluruhan HRSG. Setiap HRSG dilalui aliran gas vertikal. Sebuah casing

tipe hot dry dibangun di sekeliling HRSG dan dipasang pada box beam.

2.4.3 Water/Steam Circuit

HRSG terbagi menjadi tiga sirkuit terpisah, yaitu high pressure circuit (HP), low

pressure circuit (LP) dan preheater. Low pressure heat exchanger terdiri dari sebuah

economizer dan sebuah evaporator. High pressure terdiri dari dua economizer (econ 1 dan

2), sebuah evaporator, dan dua superheater (SH 1 dan 2). LP drum terpasang pada

struktur baja HRSG dimana hanger menjamin pergerakan relatif yang sesuai. HP drum

terpasang horizontal pada plateform bagian atas. Blowdown tank dan pompa sirkulasi

terletak di lantai dasar.

2.4.4 Drain (Saluran Buang)

Pipa-pipa untuk continuous blow down dan intermittent blow down, jika terjadi

kelebihan HP steam akan dibuang ke BDT (Blow Down Tank) melalui saluran

pembuangan.

2.4.3 Pipa outlet HRSG dan Cerobong

Pipa keluaran HRSG dan cerobong berada di atas box beam.

2.4 Deskripsi Bagian-Bagian yang Bertekanan

HRSG dilalui air yang berasal dari feedwater tank dengan menggunakan Boiler

Feedwater Pump (BFP). Untuk ketiga HRSG terdapat empat BFP untuk masing-masing

sirkuit LP dan HP.

2.5.1 Prinsip Sirkuit High Pressure

Sirkuit high pressure memproduksi uap untuk steam turbin (HP stage).

Economizer (HAC20 AC001 dan HAC20 AC002) memanfaatkan sebagian besar

panas yang berasal dari saluran gas pada outlet HP evaporator dan outlet LP

evaporator.

Evaporator (HAD20 AC001) menghasilkan uap melalui siklus sirkulasi dari dan

ke HP steam drum melalui Boiler Circulation Pump (BCP).

Superheater (HAH20 AC001 dan HAH20 AC002) memanaskan uap jenuh dari

drum sebelum dikirim ke steam turbin / menjadi uap kering sebelum digunakan

pada Steam Turbin.

2.5.2 Prinsip Sirkuit Low Pressure

Sirkuit low pressure menghasilkan uap untuk steam turbin (LP stage)

Economizer (HAC10 AC002) memanfaatkan sebagian besar sisa panas yang

terkandung di saluran gas pada HP economizer 2.

Evaporator (HAD10 AC001 dan HAD10 AC002) menimbulkan uap melalui

sirkulasi dari dan ke LP drum.

2.5.3 Prinsip Sirkuit Preheater

Preheater digunakan hanya jika menggunakan bahan bakar natural gas. Preheater

berfungsi untuk memanaskan air yang datang dari kondensor sebelum dikirim ke

deaerator. Preheater (HAC10 AC001) memanfaatkan panas sisa melalui saluran gas di

HP ekonomizer dan LP economizer.

4.3.4 Sirkuit Sirkulasi

Untuk mengalirkan air ke LP dan HP evaporator digunakan LP dan HP BCP

(Boiler Circulation Pump). Setiap evaporator (LP dan HP) dilengkapi dengan dua pompa,

yang satu beroperasi dan satunya dalam keadaan standby. Dari setiap steam drum (LP dan

HP) air mengalir ke BCP (yang berlokasi didasar, sampai dapat dipastikan hingga

kedalaman NPSH) dan dipompakan ke evaporator, dimana uap diproduksi. Air keluaran

dari evaporator memiliki dua fasa dan dikirim ke drums. Pompa didesain sehingga aliran

yang melalui evaporator sudah tercukupi dengan satu pompa yang bekerja pada kondisi

normal untuk menjamin transfer panas tanpa korosi atau masalah endapan. Setiap pompa

dihubungkan dengan pipa di bagian suction dan discharge flange. Pompa terpasang

menggantung maka casing pompa dapat bergeser yang akan mengakibatkan ekspansi

thermal dari supporting pipework. Motor penggerak dipasang di bagian dasar dan

dihubungkan ke pompa oleh poros cardan dengan balok atau batang luncur.

2.5.4 Deskripsi Heat Exchanger

Setiap heat exchanger terbuat dari finned tubes yang terhubung satu dengan yang

lainnya melalui pengelasan pada bare tubes. Fins terbuat dari baja helicoidal yang

melingkar pada sekeliling bare tubes dan dilas continuous dengan proses elektrik

frekuensi tinggi. Jumlah total tube pada heat exchanger dihitung berdasarkan permukaan

transfer panas yang diperlukan yang didapatkan dari heat balance HRSG.

Jumlah tube tergantung pada air dan aliran uap, contohnya pada kecepatan dan

headloss fluida di dalam tube. Tube tersusun staggered (lebar dan panjang dari heat

exchanger) dioptimalisasikan dengan kecepatan gas, pressure drop dari gas, pressure drop

dari air dan uap melalui sirkuit. Setiap tube secara sederhana disupport oleh tube sheet

untuk memungkinkan terjadinya ekspansi thermal secara bebas. Titik kontak antara tube

dengan tube sheet adalah helocoidal fins sehingga dapat megurangi pemakaian tube

terlalu banyak.

4.3.5 Anti Vibration Baffles

Anti vibration baffles disisipkan ke dalam heat exchanger. Anti vibration baffles

terbuat dari plat-plat besi, panjangnya sama dengan panjang HRSG, dipasang tegak lurus

dengan tube-tube. Baffle bertujuan untuk membagi lintasan gas, hal ini untuk

menghindari gangguan akibat kelebihan aliran dan untuk mengurangi vibrasi.

4.3.6 Deskripsi HRSG Drum

Sebuah HP drum (HAD20 BB001) dan sebuah LP drum (HAD10 BB001) dipasang pada

HRSG. Tujuan HRSG drum adalah sebagai berikut :

Untuk memastikan terjadinya campuran yang baik antara keluaran economizer

dan evaporator.

Untuk menyediakan tempat bagi cadangan air, diperlukan untuk control system

sirkulasi.

Untuk memungkinkan ekspansi air selama strat-up (proses start), ketika uap yang

dihasilkan pertama kali perlu diblow sehingga air keluar dari tube evaporator.

Untuk memastikan air dan uap terpisah.

Bentuk kedua drum tersebut adalah sama. Pemisahan air dan uap dilakukan dalam system

dua stage meliputi lubang pada sheet dan lubang – lubang (demister) yang dipasang

terpisah pada bagian atas drum. Steam drum sendiri dilengkapi dengan semua peralatan

yang dibutuhkan sesuai fungsinya.

1. Pengering lubang uap

2. Header pendistribusi uap (dan pemisah pertama uap atau air)

3. Header pendistribusi feed water

4. Keluaran air untuk pompa dengan air vortex

5. Masukkan uap nozzle

6. Keluaran uap nozzle

7. Safety valve

Peralatan:

Manholes (lubang untuk masuknya pekerja)

Nozzle untuk : pengukuran level, valve pengaman, blow down, continuous blow

down, pengukuran tekanan, penginjeksian bahan kimia, dan

pengambilan sample

2.5.5 Control Valves

Pada sirkuit low pressure (LP), control valve diletakkan diantara economizer dan

drum yang bertujuan untuk melindungi economizer dari terjadinya evaporasi

(penguapan). Selama operasi beban rendah, apabila tanpa perhatian khusus, banyak

penguapan yang mungkin terjadi di LP economizer. Untuk menghindarinya, control valve

LP feed water ditempatkan setelah economizer. Selama proses start, bahaya dari

penguapan dihindari dengan penutupan control valve sehingga menjaga agar tidak ada

aliran dari BFP pada economizer. Untuk menghindari over pressure (kelebihan tekanan)

pada economizer selama proses start, feed water control valve terbuka secara otomatis

selama beberapa waktu yang singkat tanpa disertai kenaikan yang signifikan dari level air

pada drum.

Untuk sirkuit high pressure (HP), feed water control valve terletak di inlet

economizer. Untuk menghindari penguapan pada HP economizer 1 terdapat HP

economizer resirculation control valve diantara outlet BFP dan HP economizer 1. Efek

dari HP resirculation control valve adalah untuk menaikkan temperature masukkan

economizer dan juga menambah flow aliran, sehingga temperature keluaran menurun di

bawah temperature jenuh dan penguapan bisa dihindari. Elektro pneumatic control valve

digunakan untuk LP dan HP BFP.

2.5 Deskripsi Bagian-Bagian yang Tidak Bertekanan

2.6.1 HRSG Casing

Penukar panas (heat exchanger) lengkap dengan headernya dan tube-tube, terbuat

dari panel lembaran baja las yang disebut HRSG Casing. Casing tidak didinginkan dan

tidak memiliki isolasi panas internal, temperature logam casing akan sama dengan

temperature gas sehingga terhindar dari korosi. Tingkat baja casing dipilih menurut

temperature actual gas. Pengeras khusus terbuat dari “cold beams” (beam tidak terhubung

dengan panas saluran gas dan akibatnya terisolasi secara termal) disediakan pada sebelah

kanan dan kiri panel. Semua pengeras membuat penyekat mampu untuk menahan tekanan

gas. Desain dari cold beams dan sambungannya pada casing HRSG dikembangkan untuk

memungkinkan ekspansi thermal yang berbeda pada seluruh komponen selama

temperature aliran berubah, tanpa menyebabkan berbagai tegangan thermal.

2.6.2 Saluran-Saluran HRSG

Exhaust damper mengatur penyaluran gas panas ke HRSG atau kemudian ke

atmosfer melalui cerobong. Duct dibuat dari panel lembaran baja uncooled dan jenis baja

diseleksi dari temperature gas aktual. Duct inlet dan outlet HRSG diinsulasi eksternal.

Pipa Inlet HRSG

Pipa ini memiliki desain yang sama dengan desain casing, mengalirkan gas dari

exhaust turbin gas ke section terbawah HRSG. Sambungan ekspansi dipasang di antara

diverter dan pipa masuk untuk mengurangi kerugian ekspansi thermal.

Pipa Outlet HRSG dan Cerobong

Pipa outlet HRSG memiliki fungsi sebagai tempat keluaran gas pada section

horizontal HRSG, diameter pipa outlet diperkecil untuk meningkatkan kecepatan gas

mencapai nilai yang dapat diterima (20 sampai dengan 25 m/s2).

2.6.3 Sambungan Ekspansi

Sambungan ini (HNA10 BR010) memungkinkan terjadinya pergerakan

longitudinal, lateral dan vertikal dari pipa dan diverter damper dikarenakan adanya

ekspansi thermal. Sambungan ekspansi diletakkan pada inlet pipa.

Deskripsi Sambungan

Sambungan terbuat dari beberapa lapisan material-material yang berbeda dengan tujuan :

Proteksi atau perlindungan terhadap cuaca (hujan dan sinar matahari)

Gastightness

Insulasi thermal

Daya tahan mechanical

Sebuah bolster internal melindungi dari semburan gas dan juga digunakan sebagai insulasi thermal.

2.6.4 Blanking Plate

Untuk alasan keselamatan, selama perawatan HRSG, sebuah blanking plate dapat

ditempatkan pada pipa diantara diverter dan HRSG untuk memastikan isolasi telah

sempurna pada bagian belakang dari lapisan exhaust gas turbine ketika turbin

dioperasikan.

4.5 Insulasi Thermal

Casing, pipa inlet dan outlet dari HRSG diinsulasi thermal dengan lapisan

mineral wool pada lembaran baja di permukaan eksternal. Tebal insulasi tergantung pada

temperature lokal: dari 300mm pada pipa inlet HRSG sampai 50 mm pada cerobong

HRSG. Keseluruhan permukaan ditutupi dengan lembaran alminium, memungkinkan

keseluruhannya memiliki ekspansi thermal yang berbeda.

Drum dan tanks ditutup dengan mineral wool casing HRSG, selain itu, lembaran

penutup diletakkan pada peralatan pembantu (supporting device). Pipa dan valve dilapisi

dengan material insulasi calcium silicate, kemudian ditutupi dengan lembaran stucco

elbossed aluminium.

2.6 Peralatan Pendukung HRSG

1. Pompa

BCP dipasang pada tiap evaporator termasuk drum dan sebuah heat exchanger. BCP

memastikan terjadinya sirkulasi air. Desain aliran pada tiap pompa dipilih sesuai dengan

keperluan. Total perbedaan head pada pompa tergantung dengan head losses melalui

sirkuit yang berubah-ubah dari kondisi start-up (cold) ke full load (beban penuh) sesuai

dengan load (beban) HRSG. Pompa selalu beroperasi. Dua buah BCP dipasang pada LP

dan HP evaporator di pipa inlet, sebuah pompa beroperasi normal dan yang lainnya pada

kondisi stand-by. Siap untuk star dengan segera, apabila terjadi kerusakan pada pompa

yang sedang bekerja (untuk HP circuit HAG21 AP001 dan HAG22 AP001; untuk LP

circuit HAG11 AP001 dan HAG12 AP001). Lubang strainer fine (HAG 21 AT001 dan

HAG22 AT001) untuk HP BCP; HAG11 AT 001 dan HAG12 AT001 untuk LP BCP)

dipasang dalam suction pipa pada periode tertentu. Tiap BCP dihubungkan dengan

cooling water circuit :

Untuk LP circuit pump : stuffing box dan seal seat dingin.

Untuk HP circuit pump : stuffing box dan mechanical heat exchanger dingin.

Flow switches dipasang pada tiap pompa untuk mendeteksi kerusakan pada

cooling flow. Termoswitches dipasang pada HP BCP mechanical seal circuits.

2. Safety Valves

Delapan buah safety valve dipasang pada masing-masing HRSG sebagai daftar di

bawah ini.

Lokasi Safety Valve Nomer KKS Safety Valve Nomer KKS Silencer

LP drum HAD10 AA001 HAD10 BS001

  HAD10 AA002 HAD10 BS002

HP drum HAD20 AA001 HAD20 BS001

  HAD20 AA002 HAD20 BS002

HP superheater LBA20 AA011 LBA20 BS001

HP seperheater (solenoid) LBA20 AA012 LBA20 BS002

LP feedwater LAB10 AA003 N.A.

Preheater LCB10 AA002 N.A.

Tabel 4.1 Safety Valve

Safety valve di drum dan superheater membuang uap ke atmosfer melalui silencer. Safety

valve yang lain menyalurkan ke blow down tank. Solenoid relief valve diletakkan pada

main steam line dan dilengkapi dengan dua isolating valve (LBA20 AA201 dan LBA20

AA202) dimana dalam keadaan normally open. Uap outlet safety valve dilengkapi

dengan system exhaust memungkinkan terjadinya thermal expansion displacement.

3. Blow Down Tank

Sebuah blow down tank dipasang pada tiap HRSG untuk menampung drains

yang datang dari HP circuits dan dari steam line. Line yang tersambung dengan blow

down tank meliputi :

HP dan LP drums continuous blow down

HP dan LP drums intermittent blow down

HP steam start-up drain

HP superheater interblock drain

HP dan LP drum level indicators drains

Line dari continuous blow down dilengkapi dengan sebuah continuous blow down valve

per sirkuit (HAD22 AA203 untuk HP drum dan HAD12 AA202 untuk LP drum). Valve

ini diperbaiki manual. Air yang terkumpul di bawah blow down tank disalurkan ke drain

pit tank. Uap dari blow down tank dibuang langsung ke atmosfer.

4. Desuperheater

HP sirkuit dilengkapi dengan sebuah desuperhater. Ketika HP steam menjadi terlalu

panas, sebuah pneumatic control valve membuka sebuah water line yang datang melalui

HP feedwater line. Air ini di-spray ke HP line steam pipe.

5. Weather Damper

Sebuah weather damper terletak di bawah cerobong, terdiri dari dua blades yang dapat

ditutup ketika HRSG tidak beroperasi.

6. Miscellaneous

Nozzle dengan isolation valves terdapat di HRSG circuit, tujuannya adalah :

Injeksi kimia pada drum

Pemberian N2 pada bagian yang bertekanan

Pengambilan sample pada drum

Sebagai blower (optional)

2.7 Proses di HRSG

Proses terjadinya uap panas hingga memasuki steam turbin dapat ditunjukkan

oleh flowchart berikut:

Flowchart dapat dilihat pada lampiran

Keterangan:

Make Up Water Tank

Make Up Tank berisi air demin yang memiliki conductivity < 1 µs dan memiliki

derajat keasaman netral, atau pH 7.

Make Up Pump

Make Up Pump berfungsi mengalirkan air dari Make Up Tank ke kondensor

Kondensor

Kondensor merupakan sebuah heat exchanger (alat penukar panas). Steam dari

steam turbin didinginkan melalui air laut sehingga terjadi proses kondensasi.

Terdapat dua inlet air laut dengan arah inlet dan outlet dari keduanya

berkebalikan. Air yang telah mengalami proses kondensasi kemudian ditampung

di hot well. Pada kondenseor, air condensate memiliki temperature 400C,

memiliki tekanan 0,0753 kg/cm, dan memiliki flow 546,21 kg/hr.

CEP (Condensate Extraction Pump)

CEP memompa air dari kondensor menuju Deaerator. (kalau memakai minyak).

Gland Steam Condensor

Gland Steam Condensor merupakan Heat Exchanger dimana tube – tube yang

berisi gland steam dilalui air dari kondensor. Tipe heat exchanger pada Gland

Steam Condensor adalah Heat Exchanger shell and tube dengan aliran counter

flow. Pada Gland Steam Condensor air yang menuju deaerator mengalami

peningkatan temperatur dan Gland Steam Condensor mengalami penurunan

temperature. Pada Gland Steam Condensor, air memiliki temperature 40,80C dan

flow 133,4 kkal/kg.

Deaerator

Pada deaerator terdapat proses penghilangan kandungan O2 dengan menggunakan

N2H4.

o LP BFP mengalirkan air menuju LP economizer. Air yang dialirkan LP

BFP memiliki temperatur 132,90C, memiliki tekanan 13,4 kg/cm, dan

memiliki flow 142,5 kg/hr.

o HP BFP mengalirkan air menuju HP economizer1. Air yang dialirkan HP

BFP memiliki temperatur 132,90C, memiliki tekanan 119 kg/cm, dan

memiliki flow 502,2 kg/hr.

Economizer

Pada economizer terjadi proses pemanasan air. Terdapat 3 jenis economizer yaitu

LP economizer, HP economizer1, HP economizer2.

o LP Economizer

LP economizer memanaskan air hingga temperature 1590C. LP

economizer memiliki pressure 17 kg/cm2G.

o HP Economizer1

HP economizer1 memanaskan air hingga temperature 1760C. Air dari HP

economizer1 mengalir menuju HP economizer2.

o HP Economizer2

HP Economizer2 memanaskan air hingga temperature 2950C.

LP Drum

Setelah melalui LP Economizer, air dialirkan menuju LP Drum, begitu pula

setelah air keluar dari LP evaporator, air dialirkan menuju LP Drum. Pada LP

Drum, terjadi pemisahan antara air dengan steam, steam akan menuju bagian atas

LP Drum dan menuju ke LP Turbin. LP Drum memiliki tekanan konstan

berapapun loadnya yaitu sebesar 5 kg/cm2.

HP Drum

Tekanan pada HP drum tidak konstan seperti halnya pada LP Drum, namun

tergantung pada loadnya. Temperatur air yang mengalir pada HP drum dari HP

economizer 2 adalah 2640C.

BCP (Boiler Circulation Pump)

Terdapat 2 jenis BCP yaitu LP BCP dan HP BCP. LP BCP mengalirkan air dari

LP Drum menuju ke LP Evaporator. HP BCP mengalirkan air dari HP Drum

menuju ke HP Evaporator.

Evaporator

Terdapat 2 jenis evaporator yaitu LP evaporator dan HP evaporator.

o LP Evaporator

LP Evaporator memiliki temperature 2360C dan flow 80 ton/hr. Pada

evaporator terjadi proses evaporasi atau penguapan. Steam yang

dihasilkan kemudian menuju LP drum.

o HP Evaporator

HP Evaporator memiliki temperature 4470C dan flow 280 ton/hr. Pada

evaporator terjadi proses evaporasi atau penguapan. Steam yang

dihasilkan kemudian menuju HP drum.

HP Superheater

HP Superheater terdiri dari HP Superheater1 dan HP Superheater2.

o HP superheater1

Temperatur dan pressure pada HP superheater1 4950C dan 35 kg/cm2G.

Steam dari HP Superheater1 kemudian menuju HP superheater2 melalui

desuperheater.

o HP superheater2

Temperatur pada HP superheater2 5070C, Steam dari HP Superheater2

kemudian memutar HP steam turbin.

Desuperheater

Desuperheater digunakan untuk membuat temperature steam yang keluar pada

HP superheater2 sesuai dengan yang diinginkan dengan cara mengatur

temperature keluaran dari HP superheater1. Apabila temperature keluaran HP

superheater1 terlalu tinggi, maka pada desuperheater tube akan dispray dengan

menggunakan air yang berasal dari HP BFP dengan tekanan diantara 120 kg/cm

sampai dengan 130kg/cm.

Steam Turbin

Terdapat dua macam steam turbin yaitu LP steam turbin dan HP steam turbin.

o LP Steam Turbin

Steam dari LP Drum dan steam keluaran dari HP steam turbin

menggerakan LP steam turbin. Steam inlet LP steam turbin memiliki

temperature 1500C, tekanan 15 kg/cm, dan flow 545,62 kg/hr.

o HP Steam Turbin

Steam dari HP Superheater kemudian menggerakan HP Steam Turbin.

Steam yang telah digunakan memutar HP Steam Turbin kemudian

mengalir ke LP Steam Turbin untuk memutarnya bersama dengan steam

yang keluar dari LP drum.

Generator

Putaran dari steam turbin menggerakan generator. Generator memiliki daya

159,58 KW.

2.8 KONDENSOR

Faktor yang besar pengaruhnya terhadap effisiensi siklus tenaga uap adalah tekanan pada kondensor. Pengaruh tekanan kerja tersebut ditunjukkan pada gambar 12. Pada kurva atas ditunjukkan pengaruh tekanan kerja kondensor terhadap effisiensi semakin rendah tekanan kerja kondensor semakin tinggi effisiensi siklus (biasanya tekanan kerja kondensor diatas 0,04 bar).

2.9 PLTGU DENGAN HRSG BERTEKANAN TINGGI

proses PLTGU dengan HRSG bertekanan tunggal. Udara atmosfir ditekan pada compressor dan dicampur dengan bahan bakar kemudian terbakar dan menghasilkan temperatur tinggi (…… - 11000C) pada ruang bakar. Gas dengan tekanan dan temperatur tinggi tersebut dipergunakan untuk menggerakkan turbin gas dan generatorsehingga menghasilkan tenaga listrik.

Gas buang yang keluar dari turbin gas masih bertemperatur tinggi dengan tekanan diatas tekanan atmosfir. Gas buang ini disalurkan ke HRSG dan pada HRSG tersebut terjadi perpindahan kalor dari gas buang ke air/uap.

2.10 PLTGU DENGAN HRSG BERTEKANAN GANDA

Effisiensi thermal dapat ditingkatkan dengan merubah HRSG menjadi bertekanan ganda. HRSG bertekanan ganda dihubungkan dengan turbin uap bertekanan ganda

Gas buang turbin gas dimasukkan ke dalam HRSG yang mempunyai penukar panas bertekanan tinggi dan penukar panas bertekanan rendah untuk menghasilkan uap bertekanan tinggi dan uap bertekanan rendah.

Pada siklus ini kontribusi dari turbin uap tidak ditujukan untuk meningkatkan effisiensi akan tetapi dipergunakan untuk menjaga agar temperatur air masuk ke HRSG tidak terlalu rendah.

Pertimbangan thermodinamis menginginkan agar air pengisi masuk ke HRSG dalam temperatur yang serendah-rendahnya agar gas buang keluar dari HRSG dalam temperatur serendah-rendahnya pula.