3. Pengoperasian Pltgu Gabungan (Rev- Des 2013)

89
PEMBIDANGAN PRAJABATAN S1 D3 INDONESIA POWER PENGOPERASIAN PLTGU Edisi I Tahun 2014

description

pltgu

Transcript of 3. Pengoperasian Pltgu Gabungan (Rev- Des 2013)

  • PEMBIDANGAN PRAJABATAN S1 D3

    INDONESIA POWER

    PENGOPERASIAN PLTGU

    Edisi I Tahun 2014

  • i

    PEMBIDANGAN PRAJABATAN S1 - ENJINER

    PEMBANGKITAN THERMAL

    (A.1.4.2.78.2)

    TUJUAN PEMBELAJARAN : Setelah mengikuti pelatihan ini peserta mampu

    memahami prosedur pengoperasian dan pemeliharaan

    pembangkit tenaga listrik sesuai prosedur/standar

    operasi/ instruksi kerja dan petunjuk pabrikan.

    DURASI : 320 JP / 40 HARI EFEKTIF

    TIM PENYUSUN : 1. MURDANI

    2. ERWIN

    3. EFRI YENDRI

    4. HAULIAN SIREGAR

    5. PEPI ALIYANI

    6. MUHAMAD MAWARDI

    TIM VALIDATOR : 1. JOKO AGUNG

    2. DODI HENDRA

    3. SUDARWOKO

  • ii

    KATA PENGANTAR

    MANAJER PLN PRIMARY ENERGY & POWER GENERATION ACADEMY

    PLN CORPORATE UNIVERSITY

    Puji syukur ke hadirat Allah SWT, yang telah memberikan rahmat, taufik serta hidayahnya, sehingga

    penyusunan materi pembelajaran PEMBIDANGAN PRAJABATAN S1 D3 INDONESIA POWER ini dapat

    diselesaikan dengan baik dan tepat pada waktunya.

    Materi ini merupakan materi yang terdapat pada Direktori Diklat yang sudah disahkan oleh Direktur

    Pengadaan Strategis selaku Learning Council Primary Energy & Power Generation Academy. Materi ini

    terdiri dari 11 buku yang membahas mengenai K2 dan Lingkungan Hidup, Pengoperasian PLTU,

    Pengoperasian PLTGU, Pengenalan PLTP, Perencanaan, pengendalian, dan evaluasi O&M Pembangkit,

    Pemeliharaan Mekanikal Pembangkit Thermal dan Hidro, Pemeliharaan Listrik Pembangkit,

    Pemeliharaan Proteksi, Kontrol & Instrumen, Kimia Pembangkit, Pengoperasian PLTA, dan Pengenalan

    PLTD sehingga diharapkan dapat mempermudah proses belajar dan mengajar di Primary Energy dan

    Power Generation Academy.

    Akhir kata, Pembelajaran ini diharapkan dapat membantu meningkatkan kinerja unit operasional dan

    bisa menunjang kinerja ekselen korporat. Tentunya tidak lupa kami mengucapkan terima kasih kepada

    semua pihak yang telah terlibat dalam penyusunan materi pembelajaran ini. Saran dan kritik dari

    pembaca/siswa sangat diharapkan bagi penyempurnaan materi ini.

    Suralaya, 31 Januari 2014

    M. IRWANSYAH PUTRA

  • iii

    DAFTAR BUKU PELAJARAN

    Buku 1

    K2 dan Lingkungan Hidup

    Buku 2

    Pengoperasian PLTU

    Buku 3

    Pengoperasian PLTGU

    Buku 4

    Pengenalan PLTP

    Buku 5

    Perencanaan, pengendalian, dan evaluasi O&M Pembangkit

    Buku 6

    Pemeliharaan Mekanikal Pembangkit Thermal dan Hidro

    Buku 7

    Pemeliharaan Listrik Pembangkit

  • iv

    Buku 8

    Pemeliharaan Proteksi, Kontrol & Instrumen

    Buku 9

    Kimia Pembangkit

    Buku 10

    Pengoperasian PLTA

    Buku 11

    Pengenalan PLTD

  • Simple Inspiring Performing Phenomenal v

    BUKU III

    PENGOPERASIAN PLTGU

    TUJUAN PELAJARAN : Setelah mengikuti pelajaran pemeliharaan listrik

    pembangkitan Peserta diharapkan mampu memahami

    prinsip kerja, komponen dan sistem-sistem yang ada di

    PLTGU serta prosedur pengoperasian PLTGU sesuai

    standar perusahaan

    DURASI : 16 JP

    PENYUSUN : EFRI YENDRI

  • Simple Inspiring Performing Phenomenal vi

    DAFTAR ISI

    TUJUAN PELAJARAN ................................................................................................................................ v

    DAFTAR ISI ............................................................................................................................................... vi

    DAFTAR GAMBAR .................................................................................................................................... vii

    DAFTAR TABEL ......................................................................................................................................... ix

    1. PRINSIP KERJA PLTGU ...................................................................................................................... 1

    1.1 Silus Turbin Gas (Brayton Cycle) ...................................................................................................... 1

    1.2 Siklus Kombinasi (Combined Cycle) ................................................................................................. 6

    1.3 Prinsip Kerja PLTG ............................................................................................................................ 10

    1.4 Prinsip kerja PLTGU ......................................................................................................................... 10

    1.5 Bagian-Bagian PLTGU ...................................................................................................................... 11

    1.6 Variasi Siklus Kombinasi PLTGU ....................................................................................................... 28

    2. SISTEM-SISTEM PLTGU ................................................................................................................... 32

    2.1. Sistem Udara Pendingin dan Perapat ............................................................................................. 32

    2.2. Sistem Udara Pengabut (Atomizing Air) ......................................................................................... 34

    2.3. Sistem Bahan bakar (Minyak atau Gas) ......................................................................................... 35

    2.4. Sistem Minyak Pelumas (Lube Oil) ................................................................................................. 37

    2.5. Sistem Minyak Pengangkat Poros (Jacking oil) ................................................................................ 38

    2.6 Sistem Minyak Pengaturan (Control Oil) ........................................................................................... 39

    2.7 Sistem Kelistrikan (Electrical) ............................................................................................................ 41

    3. HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR (HRSG) ................................................................................. 43

    3.1. Prinsip Kerja HRSG ........................................................................................................................... 44

    3.2. Sifat Air dan Uap .............................................................................................................................. 45

    3.3. Kualitas Uap 48

    3.4. Konstruksi dan Tata Letak HRSG 50

    4. PENGOPERASIAN PLTGU 58

    4.1 Pemeriksaan dan Persiapan Start ................................................................................................... 58

    4.2 Pengoperasian Turbin Gas .............................................................................................................. 58

    4.3. Pengoperasian HRSG ...................................................................................................................... 62

    4.4. Kurva Start Up ............................................................................................................................... 72

  • Simple Inspiring Performing Phenomenal vii

    DAFTAR GAMBAR

    Gambar 1 Turbin Gas Siklus Terbuka .................................................................................................. 2

    Gambar 2 Siklus Brayton .................................................................................................................... 3

    Gambar 3 Diagram P-v dan T-s ........................................................................................................... 5

    Gambar 4 Siklus Kombinasi ................................................................................................................ 6

    Gambar 5 Siklus Brayton, Siklus Rankine dan Siklus kombinasi ........................................................... 7

    Gambar 6 Diagram Combined Cycle ................................................................................................... 8

    Gambar 7 . Diagram Cogeneration Cycle ............................................................................................. 9

    Gambar 8 Combined Cycle Power Plant (PLTGU) ................................................................................. 9

    Gambar 9 Siklus air uap PLTGU ........................................................................................................ 11

    Gambar 10 Kompresor Utama .......................................................................................................... 12

    Gambar 11 Combustion Chamber & Gas Turbine .............................................................................. 13

    Gambar 12 Alat Bantu Turbin Gas (Gas Turbine Auxiliary) ................................................................. 15

    Gambar 13 Peralatan Utama HRSG .................................................................................................. 16

    Gambar 14 Boiler Drum ................................................................................................................... 18

    Gambar 15 Economizer .................................................................................................................... 22

    Gambar 16 Deaerator ..................................................................................................................... 26

    Gambar 17 PLTGU dengan PLTG digabung dengan peleburan besi .................................................... 28

    Gambar 18 PLTGU dengan turbin gas berbahan bakar batubara ........................................................ 28

    Gambar 19 Diagram PLTGU dengan konfigurasi 1 1 1................................................................... 30

    Gambar 20 Diagram PLTGU dengan konfigurasi 2 2 1................................................................... 30

    Gambar 21 Diagram PLTGU dengan konfigurasi 3 3 1 .................................................................. 31

    Gambar 22 Saluran Pendingin Rotor Turbin Gas ............................................................................... 32

    Gambar 23 Lubang saluran pendingin pada sudu gerak dan sudu diam ............................................. 33

    Gambar 24 Sistem Udara Pengabut .................................................................................................. 34

    Gambar 25 Sistem Bahan Bakar Minyak ........................................................................................... 35

    Gambar 26 Sistem Bahan Bakar Gas ................................................................................................. 36

    Gambar 27 Sistem Minyak Pelumas ................................................................................................. 38

    Gambar 28 Sistem Jacking Oil .......................................................................................................... 39

    Gambar 29 Sistem Minyak Pengatur (Control Oil) ............................................................................. 40

    Gambar 30 Sistem Kelistrikan (Electrical) ......................................................................................... 42

    Gambar 31 Diagram HRSG dengan aliran gas mendatar .................................................................... 43

    Gambar 32 Heat Recovery Steam Generator .................................................................................... 45

    Gambar 33 Diagram pemanasan air ................................................................................................. 48

    Gambar 34 Prinsip Sirkulasi Alami (Natural Circulation) .................................................................... 51

    Gambar 35 . HRSG sirkulasi alami (aliran gas mendatar). ................................................................. 51

  • Simple Inspiring Performing Phenomenal viii

    Gambar 36 Prinsip Sirkulasi Paksa (Forced Circulation) ..................................................................... 52

    Gambar 37 HRSG dengan aliran gas vertikal ..................................................................................... 53

    Gambar 38 HRSG dengan tekanan tunggal (single pressure).............................................................. 54

    Gambar 39 HRSG dengan dua tingkat tekanan (dual pressure) .......................................................... 55

    Gambar 40 Diagram HRSG Multi Pressure ........................................................................................ 56

    Gambar 41 HRSG dengan burner bantu ............................................................................................ 57

    Gambar 42 Sistem Start ................................................................................................................... 59

    Gambar 43 Kurva operasi PLTG ........................................................................................................ 60

    Gambar 44 Grafik Sliding Pressure ................................................................................................... 66

    Gambar 45 GrafikBuka tutup Damper .............................................................................................. 72

    Gambar 46 Grafik Cold Start Single Cycle .......................................................................................... 73

    Gambar 47 Grafik Cold Start Combined Cycle Auto ........................................................................... 74

    Gambar 48 Grafik Cold Start Combined Cycle Manual ...................................................................... 74

    Gambar 49 Grafik Hot Start Combined Cycle Auto ............................................................................ 75

  • Simple Inspiring Performing Phenomenal ix

    DAFTAR TABEL

    Tabel 1 Temperatur didih pada nilai Tekanan tertentu .............................................................................. 46

    Tabel 2 Pembacaan tabel Saturated water dan Superheated steam.......................................................... 49

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 1

    PENGOPERASIAN PLTGU

    1. PRINSIP KERJA PLTGU

    1.1 Silus Turbin Gas (Brayton Cycle)

    Siklus dasar turbin gas disebut siklus Brayton, yang pertama kali diajukan pada

    tahun 1870 oleh George Brayton seorang insinyur dari Boston. Sekarang siklus

    Brayton digunakan hanya pada turbin gas dengan proses kompresi dan

    ekspansi terjadi pada alat permesinan yang berputar. John Barber telah

    mempatenkan dasar turbin gas pada tahun 1791. Dua penggunaan utama mesin

    turbin gas adalah pendorong pesawat terbang dan pembangkit tenaga listrik.

    Turbin gas digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik yang berdiri sendiri

    (simple cycle) atau bergandengan dengan turbin uap (combined cycle) pada sisi

    suhu tingginya. Turbin uap (combined cycle) memanfaatkan gas buang turbin

    gas sebagai sumber panasnya. Turbin uap dianggap sebagai mesin pembakaran

    luar (external combustion), dimana pembakaran terjadi diluar mesin. Energi

    termal dipindah ke uap sebagai panas.

    Turbin gas pertama kali berhasil dioperasikan pada pameran nasional Swiss

    (Swiss National Exhibition) tahun 1939 di Zurich. Turbin gas yang dibangun

    antara tahun 1940-an hingga tahun 1950-an efisiensinya hanya sekitar 17

    persen; hal ini disebabkan oleh rendahnya efisiensi kompresor dan turbin dan

    suhu masuk turbin yang rendah karena keterbatasan teknologi metalurgi pada

    saat itu. Turbin gas terpadu dengan turbin uap (combined cycle) yang pertama

    kali dipasang pada tahun 1949 di Oklahoma oleh General Electric menghasilkan

    daya 3,5 MW.

    Sebelum ini, pembangkit daya ukuran besar berbahan bakar batu bara ataupun

    bertenaga nuklir telah mendominasi pembangkitan tenaga listrik. Tetapi

    sekarang, turbin gas berbahan baker gas alam yang telah mendominasinya

    karena kemampuan start (black start) yang cepat, efisiensi yang tinggi, biaya

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 2

    awal yang lebih rendah, waktu pemasangan yang lebih cepat, karakter gas

    buang yang lebih baik dan berlimpahnya persediaan gas alam. Biaya

    pembangunan pembangkit tenaga turbin gas kira-kira setengah kali biaya

    pembangunan pembangkit tenaga turbin uap berbahan bakar fosil yang

    merupakan pembangkit tenaga utama hingga awal tahun 1980-an. Lebih dari

    separoh dari seluruh pembangkit daya yang akan dipasang dimasa akan datang

    diperkirakan akan merupakan pembangkit daya turbin gas ataupun

    dikombinasikan dengan turbin uap (combined cycle).

    Di awal tahun 1990-an, General Electric telah memasarkan turbin gas dengan

    ciri perbandingan tekanan (pressure ratio) 13,5 menghasilkan daya net 135,7

    MW dengan efisiensi termal 33 persen pada operasi sendiri (simple cycle

    operation). Turbin gas terbaru yang dibuat General Electric bersuhu masuk 1425

    OC (2600

    OF) menghasilkan daya hingga 282 MW dengan efisiensi termal

    mencapai 39.5 persen pada operasi sendiri (simple cycle operation).

    Bahan bakar minyak ringan seperti minyak diesel, minyak tanah, minyak mesin

    jet, dan bahan bakar gas yang bersih (seperti gas alam) paling cocok untuk

    turbin gas. Bagaimanapun , bahan bakar tersebut diatas akan menjadi lebih

    mahal dan pasti akan habis. Oleh karena itu, pemikiran kemasa depan harus

    dilakukan untuk menggunakan bahan bakar alternatif lain.

    Gambar 1 Turbin Gas Siklus Terbuka

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 3

    Biasanya turbin gas beroperasi pada siklus terbuka. Udara yang segar mengalir

    ke kompresor, suhu dan tekanannya dinaikkan. Udara bertekanan terus mengalir

    ke ruang pembakaran, dimana bahan bakar dibakar pada tekanan tetap.

    Gas panas yang dihasilkan masuk ke turbin, kemudian berekpansi ke tekanan

    udara luar melalui berbaris sudu nosel. Ekspansi ini menyebabkan sudu turbin

    berputar, yang kemudian memutar poros rotor berkumparan magnet, sehingga

    menghasilkan teganan listrik dikumparan stator generator. Gas buang (exhaust

    gases) yang meninggalkan turbin siklus terbuka tidak digunakan kembali.

    Gambar 2 Siklus Brayton

    Turbin gas siklus terbuka dapat dibentuk menjadi sebagai turbin gas siklus

    tertutup dengan menggunakan anggapan udara standar (air-standard

    assumptions). Proses kompresi dan ekspansi tetap sama, tetapi proses

    pembuangan gas panas tekanan tetap ke udara luar diganti dengan proses

    pendinginan qout.

    Siklus ideal yang fluida kerja jalani dalam siklus tertutup ini adalah siklus

    Brayton, yang terdiri dari empat proses dalam dapat balik (internally reversible):

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 4

    1 - 2 Kompresi isentropik (isentropic compression) di kompresor

    2 - 3 Penambahan panas tekanan tetap (constant pressure heat addition)

    3 - 4 Expansi isentropik (isentropic expansion) di turbin

    4 - 1 Pembuangan panas tekanan tetap (constant pressure heat rejection)

    Proses yang terjadi pada PLTG adalah sebagai berikut :

    Pertama, turbin gas berfungsi menghasilkan energi mekanik untuk memutar

    kompresor dan rotor generator yang terpasang satu poros, tetapi pada saat start

    up fungsi ini terlebih dahulu dijalankan oleh penggerak mula (prime mover).

    Penggerak mula ini dapat berupa diesel, motor listrik atau generator turbin gas

    itu sendiri yang menjadi motor melalui mekanisme SFC (Static frequency

    Converter). Setelah kompresor berputar secara kontinu, maka udara luar

    terhisap hingga dihasilkan udara bertekanan pada sisi discharge (tekan)

    kemudian masuk ke ruang bakar.

    Kedua, proses selanjutnya pada ruang bakar, jika start up menggunakan

    bahan bakar cair (fuel oil) maka terjadi proses pengkabutan (atomizing) setelah

    itu terjadi proses pembakaran dengan penyala awal dari busi, yang kemudian

    dihasilkan api dan gas panas bertekanan. Gas panas tersebut dialirkan ke turbin

    sehingga turbin dapat menghasilkan tenaga mekanik berupa putaran.

    Selanjutnya gas panas dibuang ke atmosfir dengan temperatur yang masih

    tinggi.

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 5

    Proses seperti tersebut diatas merupakan siklus turbin gas, yang merupakan

    penerapan Siklus Brayton. Siklus tersebut dapat digambarkan sebagai berikut :

    Gambar 3 Diagram P-v dan T-s

    Siklus seperti gambar, terdapat empat langkah:

    Langkah 1-2 : Udara luar dihisap dan ditekan di dalam kompresor,

    menghasilkan udara bertekanan (langkah kompresi)

    Langkah 2-3 : Udara bertekanan dari kompresor dicampur dengan bahan

    bakar, terjadi reaksi pembakaran yang menghasilkan gas panas (langkah

    pemberian panas)

    Langkah 3-4 : Gas panas hasil pembakaran dialirkan untuk memutar turbin

    (langkah ekspansi)

    Langkah 4-1 : Gas panas dari turbin dibuang ke udara luar (langkah

    pembuangan)

    Salah satu kelemahan mesin turbin gas (PLTG) adalah efisiensi termalnya yang

    rendah. Rendahnya efisiensi turbin gas disebabkan karena banyaknya pembuangan

    panas pada gas buang. Dalam usaha untuk menaikkan efisiensi termal tersebut,

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 6

    maka telah dilakukan berbagai upaya sehingga menghasilkan mesin siklus

    kombinasi seperti yang dapat kita jumpai saat ini.

    1.2 Siklus Kombinasi (Combined Cycle)

    Di bidang industri saat ini, dilakukan usaha untuk meningkatkan efisiensi turbin gas

    yaitu dengan cara menggabungan siklus turbin gas dengan siklus proses sehingga

    diperoleh siklus gabungan yang biasa disebut dengan istilah Cogeneration.

    Sedangkan untuk meningkatkan efisiensi termal turbin gas yang digunakan sebagai

    unit pembangkit listrik (PLTG), siklus PLTG digabung dengan siklus PLTU sehingga

    terbentuk siklus gabungan yang disebut Combined Cycle atau Pembangkit Listrik

    Tenaga Gas Uap (PLTGU).

    Siklus PLTGU terdiri dari gabungan siklus PLTG dan siklus PLTU. Siklus PLTG

    menerapkan siklus Brayton, sedangkan siklus PLTU menerapkan siklus ideal

    Rankine seperti gambar :

    Gambar 4 Siklus Kombinasi

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 7

    Gambar 5 Siklus Brayton, Siklus Rankine dan Siklus kombinasi

    Penggabungan siklus turbin gas dengan siklus turbin uap dilakukan melalui

    peralatan pemindah panas berupa boiler atau umum disebut Heat Recovery Steam

    Generator (HRSG). Siklus kombinasi ini selain meningkatkan efisiensi termal juga

    akan mengurangi pencemaran udara.

    Dengan menggabungkan siklus tunggal PLTG menjadi unit pembangkit siklus

    kombinasi (PLTGU) maka dapat diperoleh beberapa keuntungan, diantaranya

    adalah :

    Efisiensi termalnya tinggi, sehingga biaya operasi (Rp/kWh) lebih rendah

    dibandingkan dengan pembangkit thermal lainnya.

    Biaya pemakaian bahan bakar (konsumsi energi) lebih rendah

    Pembangunannya relatif cepat

    Kapasitas dayanya bervariasi dari kecil hingga besar

    Menggunakan bahan bakar gas yang bersih dan ramah lingkungan

    Fleksibilitasnya tinggi

    Siklus Brayton Siklus Rankine Brayton + Rankine

    (PLTG) (PLTU) (PLTGU)

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 8

    Tempat yang diperlukan tidak terlalu luas, sehingga biaya investasi lahan lebih

    sedikit.

    Pengoperasian PLTGU yang menggunakan komputerisasi memudahkan

    pengoperasian.

    Waktu yang dibutuhkan: untuk membangkitkan beban maksimum 1 blok

    PLTGU relatif singkat yaitu 150 menit.

    Prosedur pemeiliharaan lebih mudah dilaksanakan dengan adanya fasilitas

    sistem diagnosa.

    Skema siklus PLTGU dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

    Gambar 6 Diagram Combined Cycle

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 9

    Gambar 7 . Diagram Cogeneration Cycle

    Gambar 8 Combined Cycle Power Plant (PLTGU)

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 10

    1.3 Prinsip Kerja PLTG

    Sebagai mesin pembangkit, PLTG memerlukan alat pemutar awal (Starting Device)

    untuk menjalankannya. Starting Device dapat berupa mesin diesel, motor listrik,

    motor-generator atau udara. Fungsi dari Starting Device adalah untuk memutar

    kompresor pada saat start up untuk menghasilkan udara bertekanan sebelum masuk

    ke ruang pembakaran (combustion chamber).

    Tahapan start up PLTG meliputi :

    a. Persiapan dan pemeriksaan sebelum start.

    b. Ready to start

    c. Starting device energized, terhubung ke turbin dan start

    d. Bahan bakar diinjeksikan ke ruang bakar dan terjadi penyalaan.

    e. Periode warming-up, bahan bakar ditambah dan putaran naik

    f. PLTG mampu berputar dengan kemampuan sendiri dan Starting Device lepas

    dan berhenti.

    g. Putaran bertambah dan mencapai full speed no load (100,3%)

    h. Sinkronisasi generator

    i. Pembebanan

    1.4 Prinsip kerja PLTGU

    Di dalam sistem turbin gas gas panas hasil pembakaran bahan bakar dialirkan untuk

    memutar turbin gas sehingga menghasilkan energi mekanik yang digunakan untuk

    memutar generator. Gas buang dari turbin gas yang masih mengandung energi

    panas tinggi dialirkan ke HRSG untuk memanaskan air sehingga dihasilkan uap.

    Setelah menyerahkan panasnya gas buang di buang ke atmosfir dengan temperatur

    yang jauh lebih rendah.

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 11

    Uap dari HRSG dengan tekanan dan temperatur tertentu diarahkan untuk memutar

    turbin uap yang dikopel dengan generator sehingga dihasilkan energi listrik. Uap

    bekas keluar turbin uap didinginkan didalam kondensor sehingga menjadi air

    kembali. Air kondensat ini dipompakan sebagai air pengisi HRSG untuk dipanaskan

    lagi agar berubah menjadi uap dan demikian seterusnya.

    Gambar 9 Siklus air uap PLTGU

    1.5 Bagian-Bagian PLTGU

    PLTGU yang merupakan siklus kombinasi mempunyai komponen utama yang terdiri

    dari :

    1.5.1 Instalasi Turbin Gas

    Turbin gas dan alat bantunya pada umumnya merupakan suatu paket set unit PLTG

    yang dapat berdiri sendiri maupun digabung menjadi siklus kombinasi.

    Kompresor Utama (Main Compressor)

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 12

    Kompresor Utama berfungsi untuk menaikan tekanan dan temperatur udara

    sebelum masuk ruang bakar. Udara juga dimanfaatkan untuk : udara pembakaran,

    udara pengabut bahan bakar, udara pendingin sudu dan ruang bakar dan perapat

    pelumas bantalan.

    Gambar 10 Kompresor Utama

    Ruang Bakar (Combustion Chamber)

    Ruang Bakar (Combustion Chamber) adalah ruangan tempat proses terjadinya

    pembakaran. Energi kimia bahan bakar diubah menjadi energi thermal pada proses

    pembakaran tersebut. Ada Turbin Gas yang memiliki satu atau dua Combustion

    Chamber yang letaknya terpisah dari casing turbin, akan tetapi yang lebih banyak di

    jumpai adalah memiliki Combustion Chamber dengan beberapa buah Combustor

    Basket, mengelilingi sisi masuk (inlet) turbin. Contohnya PLTG di PLTGU Gresik

    memiliki satu Combustion Chamber berisi 18 buah Combustor Basket, sedangkan

    PLTG Bali memiliki satu Combustion Chamber berisi 8 buah Combustor Basket yang

    terpasang jadi satu dengan casing turbin.

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 13

    Gambar 11 Combustion Chamber & Gas Turbine

    Turbin Gas

    Turbin berfungsi untuk mengubah energi thermal dari hasil pembakaran di dalam

    ruang bakar menjadi energi kinetik dalam sudu tetap kemudian menjadi energi

    mekanik dalam sudu jalan sehingga energi mekanik akan memutar poros turbin.

    Generator

    Generator berfungsi untuk mengubah energi mekanik putaran pada rotor yang

    terdapat kutub magnet, kemudian menjadi energi listrik pada kumparan stator.

    Alat Bantu Turbin Gas (Gas Turbine Auxcilliary)

    - Penggerak Mula (Prime Mover), yaitu Diesel, Starting Motor (Cranking

    Motor), Generator sebagai Motor, memutar poros turbin gas sampai

    kekuatan bahan bakar dapat menggantinya (turbin gas mampu berdiri

    sendiri).

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 14

    - Hydraulic Ratchet, berfungsi memutar poros turbin sebelum start, sebanyak

    45 setiap 3 menit, untuk memudahkan pemutaran oleh penggerak mula dan

    meratakan pendinginan poros saat turbin gas stop.

    - Turning Gear, fungsinya sama seperti juga Ratchet, hanya poros diputar

    kontinyu dengan putaran lambat ( 6 RPM).

    - Accessories Gear, adalah tempat roda gigi untuk memutar alat-alat bantu

    seperti : pompa bahan bakar, pompa pelumas, pompa hidrolik, main

    atomizing air compressor, water pump, tempat hubungan Ratchet.

    - Torque Converter, sebagai kopling hidrolik, saat digunakan kopling diisi

    dengan minyak pelumas. Sedangkan saat dilepas, minyak pelumas di drain.

    - Load Gear, disebut juga Reduction Gear atau Load Coupling untuk

    mengurangi kecepatan turbin menjadi kecepatan yang dibutuhkan oleh

    Generator. Load Gear Westinghouse dimanfaatkan untuk penggerak pompa

    bahan bakar dan pelumas.

    - Exciter, yaitu peralatan yang berfungsi memberikan arus searah untuk

    penguatan kutub magnet Generator Utama.

    - Starting Clutch, disebut juga Jaw Clutch, sebagai kopling mekanik yang

    berfungsi menghubungkan poros Penggerak Mula dengan poros kompresor

    saat proses Start.

    - Bantalan (Bearing), terdiri dari bantalan aksial dan bantalan luncur. Bantalan

    luncur disebut juga disebut juga Journal Bearing, yang berfungsi sebagai

    penyangga berat poros turbin, kompresor dan generator. Sedangkan

    bantalan aksial disebut juga Thrust Bearing, berfungsi sebagai penahan gaya

    aksial

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 15

    Gambar 12 Alat Bantu Turbin Gas (Gas Turbine Auxiliary)

    1.5.2 HRSG (Heat Recovery Steam Generator)

    Bagian-bagian HRSG adalah bagian per bagian dalam bentuk jadi (pre-assembled)

    yang telah dikerjakan di bengkel pabrikan dan diangkut ke tempat pemasangan.

    Kemudahan pemasangan bagian-bagian modular di lapangan dan melakukan

    pengerjaan bagian-bagian sebanyak mungkin di bengkel pabrik akan meningkatkan

    mutu peralatan dan mempercepat waktu pemasangan konstruksi.

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 16

    Peralatan utama HRSG dapat diidentifikasi seperti gambar berikut:

    Gambar 13 Peralatan Utama HRSG

    KETERANGAN GAMBAR :

    1. Diverter box, bypass stack, and bypass stack silencer. 2. Blanking plate for conversion to simple cycle operation. 3. Superheater. 4. Reheater. 5. High pressure evaporator. 6. High pressure economizer. 7. Intermediate pressure superheater. 8. Low pressure superheater. 9. High pressure economizer. 10. Intermediate pressure evaporator. 11. High pressure economizer/intermediate pressure economizer. 12. Low pressure evaporator. 13. Low pressure economizer. 14. Stack and silencer.

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 17

    Bypass stack silencer

    Bypass stack silencer adalah cerobong asap dari gas buang hasil pembakaran pada

    turbin gas. Apabila suatu turbin gas dioperasikan dengan Open Circle, maka gas

    buang tersebut akan dialirkan ke atmosfir melalui bypass stack.

    Drum

    Drum adalah bejana tempat menampung air yang datang dari Economizer dan uap

    hasil penguapan dari Tube Wall (Riser). Kira-kira setengah dari drum berisi air dan

    setengahnya lagi berisi uap.

    Boiler Drum terbuat dari plat baja dilas dan dilengkapi diantaranya :

    - Man hole

    - Saluran menuju Superheater

    - Saluran menuju Feedwater Inlet

    - Saluran menuju Blow Down

    - Saluran menuju Down Comer

    - Saluran menuju Safety Valve

    - Pipa injeksi bahan kimia

    - Pipa Sampling

    - Pipa menuju alat ukur dan alat kontrol

    Seperti terlihat pada gambar di bagian dalam Boiler Drum terdapat peralatan-

    peralatan Screen dryer (pengering uap) dan Steam separator (pemisah uap).

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 18

    Gambar 14 Boiler Drum

    Level air didalam drum harus dijaga agar selalu tetap kira-kira setengah dari tinggi

    drum. Banyaknya air pengisi yang masuk ke dalam drum harus sebanding dengan

    banyaknya uap yang meninggalkan drum, sehingga level air terjaga konstant.

    Pengaturan level didalam Boiler Drum dilakukan dengan mengatur besarnya

    pembukaan Flow Control Valve. Apabila level didalam air drum terlalu rendah/tidak

    terkontrol akan menyebabkan terjadinya overheating pada pipa-pipa Boiler,

    sedangkan bila level drum terlalu tinggi, kemungkinan butir-butir air terbawa ke

    turbin dan mengakibatkan kerusakan pada turbin. Untuk mengamankannya pada

    boiler drum dipasang alarm untuk level high dan level low serta trip untuk level very

    low dan very high.

    Level air didalam boiler drum dapat dimonitor dengan menggunakan peralatan level

    gauge/level indikator yang terdapat didekat boiler drum lokal), atau dengan cara

    remote (jarak jauh) di control room, juga dicatat pada level recorder.

    Uap yang dihasilkan dari dalam tube wall (riser), terkumpul didalam boiler drum. Uap

    akan mengalir ke arah puncak boiler drum melewati steam separator dan screen

    dryer lalu keluar dari dalam drum dalam keadaan kering menuju separator dan

    akhirnya ke turbin.Butir-butir air yang terpisah dari uap akan jatuh dan bersirkulasi

    kembali bersama air yang baru masuk.

    DRYER

    STEAM OUTLET

    FEED WATER

    INLET

    DOWNCOMER

    RISER

    TUBES

    PRIMARYY

    SEPARATOR

    SECONDARY

    SEPARATOR

    BAFFLE

    PLATES

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 19

    Superheater

    Superheater adalah peralatan yang berfungsi untuk menaikkan temperatur uap

    jenuh sampai menjadi uap panas lanjut sesuai dengan kebutuhan untuk

    menggerakkan turbin. Karena uap yang terbentuk dari pemanasaan didalam pipa

    pipa di ruang bakar berada dalam wujud kenyang (jenuh) atau basah maka uap

    yang demikian jika digunakan atau diekspansikan dalam turbin, akan menimbulkan

    pengembunan yang cepat.

    Reheater

    Reheater adalah peralatan yang berfungsi untuk menaikkan temperatur uap dari

    turbin tekanan tinggi untuk dipanaskan ulang sesuai dengan kebutuhan untuk

    menggerakkan turbin tingkat tekanan berikutnya. Uap yang telah digunakan untuk

    memutar turbin tekanan tinggi (HP Turbine) mengakibatkan tekanan dan

    temperaturnya turun. Dengan memanfaatkan gas bekas maka uap tersebut

    dipanaskan ulang untuk menaikkan temperaturnya dengan tekanan tetap, sehingga

    mendapatkan entalpi yang lebih tinggi .

    Sesuai analisa Termodinamika, baik superheater maupun reheater, efisiensi termis

    suatu instalasi akan naik apabila menggunakan uap panas lanjut. Dengan

    menggunakan uap basah, akan menimbulkan erosi pada sudu-sudu turbin .

    Superheater (pemanas uap lanjut) dan reheater terpasang disaluran gas buang

    dalam ketel uap. Didalam superheater uap jenuh atau basah yang berasal dari

    drum ketel temperaturnya dinaikkan pada tekanan tetap sampai temperatur yang

    diinginkan. Energi panas diambil dari gas-gas bekas, berlangsung secara radiasi

    dan/atau konveksi. Sebagaimana halnya pada pipa pipa air lainnya. Temperatur

    uap dibuat sedemikian tinggi sehingga material ketel harus mampu menahan suhu

    maupun tekanan kerjanya.

    Pada turbin tekanan bertingkat , pada saat uap mencapai kadar tertentu, diadakan

    pemanasan ulang didalam alat yang dinamakan reheater (pemanas ulang). Uap

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 20

    yang telah dipanaskan ulang dalam reheater ini selanjutnya diekspansikan pada

    turbin tingkat berikutnya.

    Superheater dibedakan atas dua tipe yakni :

    - Superheater konveksi

    - Superheater radiasi-konveksi

    Prinsip Superheater konveksi sama seperti ekonomiser, yakni menyerap panas gas

    bekas yang melewati superheater. Kenaikan temperatur uap praktis terjadi pada

    tekanan tetap sampai akhirnya gas bekas meninggalkan supeheater.

    Menurut penempatannya superheater ditempatkan pada :

    - Diantara pipa pipa air

    - Diatas pipa pipa air

    Evaporator

    Evaporator pada boiler dikenal juga dengan nama Tube wall. Didalam tube wall

    terdapat air yang bersirkulasi dari boiler drum melalui down comer dan low header.

    Panas yang dihasilkan dari proses pembakaran didalam furnance sebagian

    diberikan kepada air yang ada didalam tube wall sehingga air berubah menjadi uap.

    Selain berfungsi untuk membuat air menjaadi uap, tube wall juga mencegah

    penyebaran panas daari dalam furnance ke udara luar dan untuk lebih menjamin

    agar panas tersebut tidak terbuang ke udara luar melewati tube wall, maka dibalik

    tube wall (arah udara luar) dipasang dinding isolasi yang terbuat dari mineral fiber.

    Sedangkan pada down comer merupakan pipa yang berukuran besar,

    menghubungkan bagian bawah boiler drum dengan lower header. Down comer (pipa

    turun) tidak terkena panas secara langsung dari ruang bakar. Dan untuk

    menghindari kerugian panas yang terbuang pada down comer, maka down comer

    diberi isolasi.

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 21

    Economizer

    Ekonomiser terdiri dari pipa pipa air yang ditempatkan pada lintasan gas asap

    sebelum meninggalkan ketel. Pipa pipa ekonomiser dibuat dari bahan baja atau

    besi tuang yang sanggup menahan panas dan tekanan tinggi. Korosi yang mungkin

    terbentuk sebelah sisi air dapat dihindarkan dengan jalan melunakkan air pengisi

    terlebih dahulu, dan korosi di sebelah luar (sisi gas asap) diatasi dengan

    mempertahankan temperatur gas asap tinggi diatas titik embun gas sulphur.

    Konduktivitas panas dan tahanan aliran gas yang disebabkan oleh abu/debu yang

    melekat pada pipa pipa dicegah dengan pembersihan pipa pipa secara berkala.

    Dengan menggunakan ekonomiser, efisiensi thermis ketel naik; diperkirakan

    penghematan pemakaian bahan bakar dapat berkurang 1% tiap kenaikan

    temperatur air pengisi 50C.

    Agar pemakaian ruangan kecil, maka permukaan pipa pipa biasanya dibuat polos

    (licin) dan berliku dan dipasang horizontal serta sejajar satu sama lain dalam saluran

    gas buang. Di kedua ujung pipa dibuat kotak pengumpul (header) atas dan bawah

    dan juga sejajar satu sama lain. Penyerapan panas dari gas gas kepada air akan

    lebih bermanfaat bila gas asap mengalir ke bawah dan air mengalir berliku liku

    keatas.

    Ekonomiser yang banyak dipakai pada ketel Pembangkit Tenaga Listrik pada

    masing masing seksi terdapat kotak pengumpul (header) atas dan kotak

    pengumpul bawah; kotak itu dihubungkan ke delapan buah pipa pipa polos

    (licin)dan kadang bersirip yang juga dipasang sejajar satu sama lain. Kotak kotak

    pengumpul dan pipa pipa dibuat dari bahan besi tuang. Kotak kotak pengumpul

    itu tidak mempunyai kampuh dan di kedua ujungnya dibulatkan.

    Air pengisi dimasukkan ke dalam header melalui down comer, kemudian disebarkan

    ke semua pipa pemanas. Air mengalir ke atas dengan kecepatan rendah melalui

    deretan pipa pipa vertikal tang dipanasi oleh gas gas panas yang mengalir tegak

    lurus terhadap pipa dan selanjutnya air panas yang dihasilkan ditekan ke dalam

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 22

    drum ketel melalui sebuah pipa pipa yang dihubungkan ke drum. Temperatur air itu

    dapat mencapai 100 1500C tergantung pada temperatur gas pembakaran.

    Gambar 15 Economizer

    Didalam pipa-induk-atas (tepat di atas pipa pipa vertikal) dibuat lubang pembersih

    untuk membersihkan bidang dalam pipa pipa. Dalam pipa-induk-bawah dibuat pula

    lubang untuk membuang lumpur yang mengendap.

    Debu dan abu melayang yang dibawa oleh gas gas asap melekat pada sisi-luar

    pipa, dibersihkan dengan blower yang bergerak pelahan-lahan turun-naik terus-

    menerus..

    Banyak juga ekonomiser yang memakai pipa-pipa bersirip. Dengan penambahan

    sirip sirip ini luas bidang panas bertambah besar sehingga pada jumlah penerima

    panas yang sama dengan pipa polos, ekonomiser dapat diperkecil. Pipa pipa

    bersirip untuk tekanan sedang dibuat dari bahan besi tuang yang disusut sekitar

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 23

    pipa-pipa baja yang tidak berkampuh. Dengan bantuan katup-by pass, gas asap

    dapat dialirkan langsung kecerobong, jadi ekonomiser tidak bekerja. Temperatur air

    pengisi dan gas asap, diatur dengan bantuan katup by pass ini.

    Pipa air itu dipasang horizontal dengan sumbu belah-ketupat (berliku-liku) satu sama

    lain. Agar gas asap terpaksa mengalir berbelok-belok. Akibatnya, perpindahan

    panas kepada air dapat berlangsung lebih baik. Air pengisi masuk ke dalam

    ekonomiser melalui pipa induk bawah, demikian juga halnya dengan pipa bagian

    atas.

    Untuk membersihkan pipa-pipa dan sirip sirip dari ikatan abu dan debu-debu yang

    berterbangan, dilakukan dengan memakai pipa penghembus-abu (soot blower) yang

    dipasang diantara pipa-pipa bersirip. Pipa-pipa penghembus tadi dilubangi dimana

    (bila pembersihan hendak dilakukan) dialirkan uap dari ketel.

    Stack and Silencer

    Stack adalah cerobong asap dari gas bekas dari turbin uap setelah melalui HRSG

    (boiler). Untuk jenis HRSG horizontal stack terdapat dibelakang HRSG, sementara

    untuk untuk type vertikal terdapat diatas.

    1.5.3 Instalasi Turbin Uap

    Karena siklus PLTGU merupakan gabungan antara siklus PLTG dengan PLTU,

    maka komponen utama PLTGU adalah PLTU beserta sistem dan peralatan

    bantunya. Bagian PLTU pada siklus PLTGU tersebut, antara lain :

    Turbin Uap

    Turbin uap adalah penggerak mula (prime mover) yang mengubah energi panas

    dalam uap menjadi energi mekanis berupa putaran poros turbin. Selanjutnya poros

    turbin dikopel dengan mekanisme yang digerakkan, misalnya dengan poros

    generator untuk menghasilkan energi listrik. Selain sebagai penggerak generator

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 24

    listrik, turbin uap dapat juga digunakan untuk memutar pompa, transportasi dan

    sebagainya.

    Uap untuk memutar turbin dapat diperoleh dari uap panas bumi, boiler berbahan

    bakar fosil, boiler nuklir atau panas buangan (waste heat) PLTG.

    Pompa Air Pengisi

    Fungsi pompa air pengisi adalah untuk menciptakan tekanan pada air pengisi dan

    mengalirkannya ke boiler HRSG. Jenis pompa yang digunakan adalah pompa

    sentrifugal, dengan tekanan stabil pada aliran yang berubah naik turun. Pompa air

    pengisi digerakkan oleh motor listrik melalui kopling hidrolik pengatur putaran

    (variable speed hydraulic coupling).

    Pada umumnya tersedia tiga unit pompa pada sistem air pengisi BFP pada satu unit

    blok PLTGU, masing-masing dengan kapasitas 65% dari kebutuhan blok. Pada saat

    start-up hingga 50% beban kapasitas blok, cukup hanya satu unit pompa air pengisi

    yang beroperasi, dua unit pompa lainnya stand-by. Sedangkan bila beban blok

    PLTGU telah lebih dari 50% hingga maksimum, maka dua unit pompa air pengisi

    yang harus beroperasi,satu unit pompa lainnya stand-by.

    Sistem pompa air pengisi beroperasi secara otomatis dengan DCS, tetapi dapat juga

    dioperasikan secara manual dari Control Room maupun dari lokal. Sistem pompa air

    pengisi dilengkapi alat bantu seperti sistem pelumasan, sistem pendingin, sistem

    pengaman proteksi dan interlok, serta peralatan control dan instrumentasi.

    Setiap pompa dilengkapi dengan saluran dan katup sirkulasi. Ketika pompa

    beroperasi dengan kapasitas aliran beban rendah, maka sebagian besar tenaga

    daya yang yang butuhkan pompa akan dirubah menjadi panas yang menaikkan

    suhu air pengisi. Aliran sirkulasi akan mencegah air didalam pompa menjadi terlalu

    panas hingga menguap dan menyebabkan kapitasi yang akan merusak impleller

    pompa. Pipa saluran sirkulasi menghubungkan sisi keluar (discharge) pompa

    sebelum katup cek (check valve) kembali ke sisi masuk (suction) pompa, dilengkapi

    dengan katup kontrol sirkulasi untuk mempertahankan aliran minimum pompa, dan

    dua katup isolasi sebelum dan sesudah katup kontrol sirkulasi.

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 25

    Kondensor

    Kondensor adalah peralatan untuk merubah uap menjadi air. Proses perubahan nya

    dilakukan dengan cara mengalirkan uap kedalam suatu ruangan yang berisi pipa-

    pipa (tubes). Uap mengalir diluar pipa-pipa sedangkan air sebagai pendingin

    mengalir didalam pipa-pipa. Kondensor seperti ini disebut surface (tubes)

    condenser. Sebagai pendingin digunakan air sungai atau air laut.

    Proses perubahan uap menjadi air terjadi pada tekanan dan temperatur jenuh,

    dalam hal ini kondensor berada pada kondisi vakum. Karena temperatur air

    pendingin sama dengan temperatur udara luar, maka temperatur air kondensatnya

    maksimum mendekati temperatur udara luar. Apabila laju perpindahan panas

    terganggu, maka akan berpengaruh terhadap tekanan dan temperatur.

    Deaerator

    Deaerator berfungsi untuk menghilangkan oksigen dan gas yang terlarut dari air

    pengisi. Jenis yang digunakan adalah jenis semprot (spray type).

    Deaerasi awal (pre-deaeration) dilakukan dengan alat penyemprotan (spraying

    device). Pada setiap kondisi operasi, penyemprot menjamin pemanasan air

    kondensat hingga suhu jenuh (saturation) dan permukaan yang cukup luas untuk

    perpindahan masa. Karena secara praktis, kelarutan oksigen didalam air pada suhu

    jenuh adalah nol, sehingga oksigen yang terbawa dalam tetesan air akan terlepas

    dan berada bersama uap disekelilingnya. Karena uap mengkondensasi pada air,

    maka konsentrasi oksigen di daerah sekitar penyemprot menjadi naik sehingga

    memungkinkan membuang (vent out) sejumlah uap yang konsentrasi oksigennya

    relatif tinggi.

    Prinsip operasi deaerator didasarkan pada deaerasi fisikal yang terjadi pada dua

    tahap, yaitu:

    - Deaerasi awal (pre-deaeration) dimana air pengisi disemprotkan pada satu sisi

    ruang uap (area 1)

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 26

    - Deaerasi akhir (final-deaeration) dalam tangki air dimana uap dikenakan

    langsung ke air yang akan di-deaerasi (area 2).

    Gambar 16 Deaerator

    Deaerasi akhir (final-deaeration) terjadi dengan cara menyuntikkan uap kedalam air

    pada tangki. Tergantung pada kondisi uap, suhu dan tekanan air, campuran uap/air

    dapat digunakan untuk deaerasi.

    Alat penyuntik uap yang dirancang dengan tepat, dengan memperhitungkan hidro-

    dinamik didalam tangki untuk mendapatkan kontak langsung yang baik antara uap

    dan air akan memungkinkan oksigen berpindah keluar dari air dan terbawa kedalam

    uap.

    a. Membuang oksigen (O2 Removal)

    Membuang oksigen adalah alasan utama pendeaerasian air pengisi, dan paling

    ekonomis dilakukan secara mekanikal daripada menggunakan bahan kimia

    walaupun dengan kimia lebih sempurna.

    Area 1

    Area 2

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 27

    Seperti telah diketahui bahwa, oksigen terlarut 10 kali lebih korosif dari pada

    karbon dioksida, terutama pada suhu lebih tinggi. Misalnya, air dua setengah

    kali lebih korosif pada suhu 90C dari pada suhu 60C.

    b. Membuang Karbon Dioksida (Carbon Dioxide Removal)

    Jika karbon dioksida ada bersama oksigen, kedua gas ini beraksi bersama-

    sama menjadi 40% lebih korosif dari pada bila beraksi sendiri-sendiri. Ferrous

    hydroxide adalah senyawa alkaline, dan laju kelarutannya tergantung pada pH

    airnya. Semakin rendah pH airnya, semakin cepat kelarutan ferrous hydroxide.

    Air kondensat yang mengandungi karbon dioksida akan membentuk asam

    karbonik (carbonic acid):

    CO2 + H2O = H2CO3

    Karbon dioksida menyebabkan korosi pada saluran uap yang ditandai dengan

    penipisan pipa atau alur-alur (grooving) dibagian bawah pipa.

    Susunan HRSG dan alat bantunya harus dirancang agar dapat menyerap

    panas gas buang (exhaust gas) dari turbin gas seoptimal mungkin sehingga

    dapat menghasilkan uap dengan tekanan dan temperatur yang diperlukan untuk

    memutar turbin uap. Sistem sirkulasi air uap yang diterapkan disesuaikan

    dengan temperatur gas buang dari turbin gas agar fleksibel terhadap

    pembebanan.

    Jumlah tingkat dan jumlah silinder dari turbin uap disesuaikan dengan

    tekanan dan temperatur uap yang dihasilkan oleh HRSG. Turbin uapnya

    biasanya non ekstraksi, karena pemanasan air dilakukan di dalam HRSG.

    Apabila PLTG akan digunakan dalam siklus kombinasi, maka panas gas

    buang harus mempunyai suhu sekitar 500 0C agar dapat dimanfaatkan untuk

    menguapkan air didalam Heat Recovery Steam Generator. Apabila PLTD

    (Diesel) akan digunakan dalam siklus kombinasi, maka kapasitasnya harus

    cukup besar, yaitu sekitar 25 MW agar air pendingin mesin dapat dimanfaatkan

    untuk pemanas awal air pengisi boiler.

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 28

    1.6 Variasi Siklus Kombinasi PLTGU

    Terdapat beberapa variasi dari siklus kombinasi PLTGU dalam memanfaatkan gas

    buang untuk menghasilkan uap sebagai penggerak turbin PLTU. Gambar di bawah

    menunjukkan contoh variasi siklus PLTGU :

    Gambar 17 PLTGU dengan PLTG digabung dengan peleburan besi

    Gambar 18 PLTGU dengan turbin gas berbahan bakar batubara

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 29

    Ditinjau dari konfigurasi jumlah turbin gas dan Heat Recovery Steam Generator

    (HRSG) dan turbin uapnya, suatu PLTGU dapat di susun dengan beberapa

    konfigurasi, tetapi umumnya dibedakan menjadi 3, yaitu :

    - Konfigurasi : 1 turbin gas (GT), 1 HRSG, 1 turbin uap (ST) = konfigurasi 1 1

    1

    - Konfigurasi : 2 turbin gas (GT), 2 HRSG, 1 turbin uap (ST) = konfigurasi 2 2

    1

    - Konfigurasi : 3 turbin gas (GT), 3 HRSG, 1 turbin uap (ST) = konfigurasi 3 3

    1

    Konfigurasi 1 1 1

    Konfigurasi ini merupakan PLTGU yang paling sederhana karena hanya terdiri

    dari 1 turbin gas (GT), 1 HRSG dan 1 turbin uap (ST). Pada sebagian PLTGU ini

    bahkan generatornya hanya satu sehingga turbin gas, turbin uap dan generator

    merupakan mesin satu poros (single shaft combined cycle). Posisi generator

    dapat berada diantara turbin gas dan turbin uap atau turbin uap diatara turbin

    gas dan generator.

    Kelebihan susunan PLTGU 111 antara lain adalah mampu memenuhi

    kebutuhan permintaan daya secara cepat dan ekonomis, konsumsi air dan

    bahan bakar nya rendah serta konsumsi listrik pemakaian sendiri (works power)

    juga rendah.

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 30

    Gambar 19 Diagram PLTGU dengan konfigurasi 1 1 1

    Konfigurasi 2 2 1

    PLTGU dengan susunan 221 lebih fleksibel dalam pengoperasian maupun

    pemeliharaan dibanding susunan 111. Dengan susunan 221, apabila satu

    turbin gas terganggu, maka turbin gas yang lain tetap dapat beroperasi dalam

    siklus kombinasi. Sedangkan bila HRSG nya yang terganggu, maka turbin gas

    dapat beroperasi dalam mode siklus terbuka (open cycle).

    Gambar 20 Diagram PLTGU dengan konfigurasi 2 2 1

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 31

    Konfigurasi 3 3 1

    Konfigurasi 331 merupakan konfigurasi yang menghasilkan output daya

    paling besar dengan variasi operasi paling banyak.

    Gambar 21 Diagram PLTGU dengan konfigurasi 3 3 1

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 32

    2. SISTEM-SISTEM PLTGU

    Peralatan bantu PLTGU selain terdiri dari peralatan yang berbentuk komponen juga

    terdapat peralatan bantu berupa suatu siklus atau sirkit yang disebut sistem. Adapun

    sistem tersebut diantaranya:

    2.1. Sistem Udara Pendingin dan Perapat

    Udara pendingin dan perapat diambil dari kompresor melalui saluran pengambilan

    blow-off tingkat pertama. Adapun untuk pendingin poros dan susu-sudu gerak turbin,

    udaranya diambil dari keluaran kompresor melalui sisi dalam poros , dan untuk

    dudukan sudu tetap dan sudu-sudu tetap udaranya diambil dari keluaran kompresor

    sebelum melalui ruang bakar.

    Gambar 22 Saluran Pendingin Rotor Turbin Gas

    Sistem udara pendingin dan perapat berfungsi :

    a. Melindungi dan mendinginkan rotor dan bagian-bagian turbin gas pada saluran

    gas panas serta bantalan rotor dari suhu yang berlebihan (over heating)

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 33

    b. Sebagai perapat (seals) sehingga mencegah keluarnya gas panas melalui

    celah antara poros dengan rumah turbin Inner casing.

    c. Sebagai perapat (seals) sehingga mencegah udara tidak bersih (yang tidak

    disaring) masuk ke kompresor melalui bagian bantalan (bearing) kompresor

    Gambar 23 Lubang saluran pendingin pada sudu gerak dan sudu diam

    Bagian-bagian yang didinginkan oleh sistem udara pendingin pada PLTGU, antara

    lain :

    a. Ujung sisi keluar turbin (turbine exhaust end) - sebagai pendingin dan perapat

    b. Diffusor turbin dan kompresor dengan pendingin udara pendingin rotor - sebagai

    pendingin dan perapat

    c. Ujung sisi masuk kompresor - sebagai perapat saja

    d. Rumah turbin bagian dalam (inner housing/hot gas casing) - sebagai pendingin

    saja

    e. Rumah bantalan turbin pada sisi ujung keluaran turbin dan pada sisi tengah

    antara turbin dan kompresor

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 34

    f. Poros (rotor) turbin dan sudu-sudu gerak turbin tingkat pertama dan kedua -

    sebagai pendingin saja

    g. Dudukan sudu tetap dan sudu-sudu tetap turbin tingkat pertama dan kedua -

    sebagai pendingin saja

    2.2. Sistem Udara Pengabut (Atomizing Air)

    Sistem udara pengabut berfungsi untuk menghasilkan udara bertekanan tinggi yang

    digunakan untuk menyemprotkan bahan bakar minyak di ruang bakar, sehingga

    bahan bakar minyak terkabutkan (atomized), untuk memudahkan serta

    menyempurnakan pembakaran.

    Sistem udara pengabut hanya digunakan pada unit turbin gas menggunakan bahan

    bakar minyak yang bertekanan rendah. Pada unit turbin gas yang menggunakan

    bahan bakar minyak bertekanan tinggi, pengabutan dilakukan secara mekanik oleh

    nosel dan tekanan minyak itu sendiri, disebut mechanical atomizing.

    Gambar 24 Sistem Udara Pengabut

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 35

    Sedangkan penggunaan bahan bakar gas, tidak memerlukan pengabutan

    (atomizing).

    Bagian-bagian dari sistem udara pengabut :

    a. Kompresor udara bertekanan tinggi

    b. Motor penggerak kompresor

    c. Pendingin udara

    d. Saringan udara

    e. Katup-katup dan aliran masuk bahan bakar

    f. Pencerat cairan (water trap)

    2.3. Sistem Bahan bakar (Minyak atau Gas)

    Sistem bahan bakar berfungsi untuk menyediakan/mensuplai bahan bakar ke unit

    turbin gas sesuai tekanan, suhu dan kebersihan yang dibutuhkan, juga ketersediaan

    bahan bakar; baik bahan bakar minyak maupun bahan bakar gas.

    Gambar 25 Sistem Bahan Bakar Minyak

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 36

    Bagian-bagian pada sistem bahan bakar minyak :

    a. Tangki harian (daily tank) untuk ketersediaan bahan bakar

    b. Pompa penyedia bahan bakar

    c. Pemanas bahan bakar

    d. Saringan bahan bakar

    e. Pompa injeksi

    f. Katup-katup dan aliran masuk bahan bakar

    g. Katup pengatur tekanan bahan bakar

    h. Katup dan aliran kembali bahan bakar

    i. Katup-katup by-pass dan kembali (return)

    Gambar 26 Sistem Bahan Bakar Gas

    Bagian sistem bahan bakar gas :

    a. Pemisah bahan bakar gas (gas separator)

    b. Katup-katup dan aliran masuk bahan bakar

    c. Katup pengatur tekanan bahan bakar

    d. Saringan bahan bakar

    e. Katup pengaman tekanan bahan bakar (safety valve)

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 37

    2.4. Sistem Minyak Pelumas (Lube Oil)

    Sistem minyak pelumas berfungsi untuk menyediakan/menyiapkan minyak pelumas

    yang bersih dengan tekanan dan temperatur yang dibutuhkan untuk keperluan:

    - Pelumasan bantalan-bantalan turbin, kompresor, generator, peralatan start

    (starting device) dan alat bantu lainnya (bearing pedestal)

    - Minyak untuk pengangkat poros (jacking oil)

    - Minyak untuk pemutar poros (turning/barring oil)

    - Minyak untuk pengaturan (control oil)

    - Minyak untuk pengaman turbin (hydraulic trip/emergency oil)

    Bagian-bagiannya dari system pelumas, antara lain :

    - Penampungan minyak

    - Tangki minyak pelumas (lube oil tank)

    - Pemanas minyak (oil heaters)

    - Pemisah minyak (oil separator)

    - Kipas pembuang gas (vapor exhaust fan)

    - Pengaliran minyak

    - Pompa utama minyak pelumas (main lube oil pump)

    - Pompa bantu minyak pelumas (auxiliary lube oil pump)

    - Pompa darurat minyak pelumas (emergency lube oil pump)

    - Katup pengatur temperatur (thermostat)

    - Pendingin minyak pelumas (lube oil cooler)

    - Saringan ganda minyak pelumas (duplex oil filter)

    - Pemipaan untuk pencatuan dan aliran kembali ke tangki pelumas

    - Perlengkapan pengamanan dan pemantauan (safety and monitoring equipment);

    seperti pengukur tekanan, level, temperature, dll.

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 38

    Gambar 27 Sistem Minyak Pelumas

    2.5. Sistem Minyak Pengangkat Poros (Jacking oil)

    Minyak bertekanan tinggi akan mengangkat dan melumasi (hydrodynamic

    lubrication) poros untuk mengurangi puntiran dan menghindari gesekan di bantalan

    pada saat poros berputar pelan.

    Bagian-bagian sistem minyak pengangkat poros (jacking oil) :

    - Pompa minyak pengangkat poros (jacking oil pump) yang menaikkan tekanan

    dan mengalirkan minyak pelumas dari tangki minyak pelumas.

    - Pemipaan yang mencatukan minyak bertekanan dari pompa pengangkat poros

    ke seluruh bantalan-bantalan yang ada; setelah dari bantalan, minyak kembali

    melalui saluran kembali minyak pelumas.

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 39

    - Perlengkapan pengamanan dan pemantauan (safety and monitoring equipment);

    seperti pengukur tekanan, pelepas tekanan lebih dan katup satu arah (check

    valve), dll.

    Gambar 28 Sistem Jacking Oil

    2.6 Sistem Minyak Pengaturan (Control Oil)

    Fungsi sistem minyak pengaturan (control oil), antara lain :

    - Menyediakan minyak pengaturan yang bersih dan bertekanan sesuai kebutuhan,

    minyak berasal dari saluran keluar minyak pelumasan setelah pompa minyak

    pelumas

    - Menggerakkan penggerak (actuator) katup utama bahan bakar (main stop valve,

    katup pengatur aliran bahan bakar (fuel control valve) dan katup stop darurat

    (emergency stop valve)

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 40

    Gambar 29 Sistem Minyak Pengatur (Control Oil)

    Bagian-bagian sistem minyak pengatur (control oil) :

    - Pompa minyak pengaturan (Control Oil pump) untuk menaikkan tekanan dan

    mengalirkan minyak pengaturan ke penggerak-penggerak katup

    - Saringan minyak pengaturan (control oil filter) untuk membersihkan minyak yang

    mengalir ke penggerak katup (actuator)

    - Penyangga tekanan minyak (accumulator) untuk menjaga kestabilan tekanan

    minyak pengaturan

    - Katup stop darurat (trip valve) untuk melepas (to drain) aliran/tekanan minyak

    pengaturan segera kembali ke tangki minyak, sehingga minyak pengaturan

    kehilangan tekanannya dan fungsinya.

    -

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 41

    2.7 Sistem Kelistrikan (Electrical)

    Bila ditinjau dari sisi luar (jaringan luar), maka pasokan listrik dari bus 70 atau 150

    kV melewati CB (circuit breaker) kemudian trafo utama (generator transformer). Dari

    trafo utama tegangan diturunkan dan dicabang menjadi dua saluran. Satu saluran ke

    generator dan saluran yang lain ke alat bantu (auxiliary).

    Saluran ke generator melewati PMT (generator circuit breaker) dan digunakan untuk

    kebutuhan penyaluran daya keluar generator. Energi listrik yang dibangkitkan dari

    generator disalurkan ke pelanggan melalui saluran ini.

    Saluran ke alat bantu melewati CB dan auxiliary transformer (trafo alat bantu). Pada

    auxiliary transformator tegangan diturunkan sesuai dengan tegangan alat-alat bantu.

    Setelah diturunkan tegangannya energi listrik didistribusikan ke alat-alat bantu

    berupa motor-motor listrik dan sebagainya melalui motor control center (MCC).

    Karena percabangan saluran listrik dari sistem jaringan terjadi setelah PMT

    generator, maka pasokan listrik untuk alat bantu selalu tersedia sekalipun generator

    dalam keadaan stop (tidak menghasilkan listrik).

    MCC untuk alat bantu biasanya terdiri dari dua bagian, yaitu MCC untuk peralatan

    yang berada menjadi satu dengan unit PLTG dan MCC untuk peralatan yang

    terpisah dari unit PLTG, seperti misalnya sistem pendingin atau pompa forwading.

    Sistem kelistrikan untuk alat bantu dilengkapi dengan batere charger dan station

    batere yang berfungsi sebagai sumber pasok listrik DC. Kebutuhan listrik DC antara

    lain digunakan untuk :

    Tegangan kontrol

    Pompa darurat

    Penerangan darurat

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 42

    Gambar 30 Sistem Kelistrikan (Electrical)

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 43

    3. HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR (HRSG)

    HRSG berfungsi untuk memanaskan air dengan menggunakan panas gas buang

    dari turbin gas sehingga dihasilkan uap dengan tekanan dan temperatur tertentu

    yang konstan. HRSG merupakan penghubung antara PLTG (siklus Brayton) dengan

    PLTU (siklus Rankine).

    Gambar 31 Diagram HRSG dengan aliran gas mendatar

    Ditinjau dari sumber panasnya, HRSG dibagi menjadi dua, yaitu unfired dan fired

    (auxiliary burner atau supplementary burner). HRSG unfired adalah HRSG yang

    seluruh sumber panasnya diperoleh dari gas buang (exhaust gas) turbin gas.

    Sedangkan HRSG supplementary burner adalah HRSG yang dilengkapi dengan

    peralatan pembakaran bahan bakar (burner) sehingga sumber panas nya dapat

    diperoleh dari gas buang turbin gas dan atau dari pembakaran bahan bakar. Tetapi

    pada umumnya HRSG yang terpasang tidak dilengkapi dengan burner karena

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 44

    penerapan HRSG pada PLTGU tujuan utamanya adalah memanfaatkan panas gas

    buang dari PLTG yang masih tinggi temperaturnya untuk menghasilkan uap yang

    akan memutar turbin uap. Dengan cara ini diperoleh peningkatan efisiensi termal

    yang besar. HRSG juga disebut Waste Heat Recovery Boiler (WHRB).

    3.1. Prinsip Kerja HRSG

    Gas buang dari turbin gas yang temperaturnya masih tinggi (sekitar 550 0C) dialirkan

    masuk ke HRSG untuk memanaskan air didalam pipa-pipa pemanas, kemudian gas

    buang ini dibuang ke atmosfir melalui cerobong dengan temperatur yang sudah

    rendah (sekitar 130 0C). Air didalam pipa-pipa yang berasal dari drum sebagian

    berubah menjadi uap karena pemanasan tersebut. Campuran air dan uap ini

    selanjutnya masuk kembali ke dalam drum. Di dalam drum, uap dipisahkan dari air

    menggunakan separator.

    Uap yang terkumpul kemudian diarahkan untuk memutar turbin uap, sedangkan air

    nya dikembalikan kedalam drum untuk disirkulasikan lagi kedalam pipa-pipa

    pemanas bersama dengan air pengisi yang baru. Demikian proses ini terjadi

    berulang-ulang selama HRSG beroperasi. Agar dapat memproduksi uap yang

    banyak dalam waktu yang relatif cepat, maka perpindahan panasnya dilakukan

    dengan aliran berlawanan atau cross flow, dan sirkulasi airnya harus cepat.

    Pada prinsip nya HRSG dan boiler adalah sama, yaitu suatu peralatan pemindah

    panas yang digunakan untuk mengubah air menjadi uap dengan bantuan panas.

    Perbedaan utama terletak pada sumber panas yang digunakan dan susunan pipa

    pemanasnya.

    Sumber panas untuk membangkitkan uap pada HRSG berasal dari energi panas

    yang terkandung didalam gas buang PLTG. Sedangkan pada boiler (ketel), sumber

    panas untuk membangkitkan uap berasal dari pembakaran bahan bakar didalam

    ruang bakar (furnace) boiler. Pada boiler pipa-pipa pemanas disusun menjadi

    dinding ruang bakar, sedangkan pada HRSG pipa-pipa pemanas disusun tegak

    lurus terhadap aliran gas buang.

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 45

    Dengan kondisi demikian, maka HRSG :

    Tidak memiliki ruang bakar

    Tidak dilengkapi sistem bahan bakar

    Tidak ada sistem udara bakar

    Tidak memiliki penghembus jelaga (soot blower).

    Gambar 32 Heat Recovery Steam Generator

    3.2. Sifat Air dan Uap

    Air apabila dipanaskan temperaturnya akan naik. Apabila pemanasan terhadap air

    dilakukan terus, maka pada temperatur tertentu akan terjadi pendidihan. Makin tinggi

    panas yang diberikan makin cepat proses pendidihan terjadi dan pada temperatur

    tertentu seluruh air berubah menjadi uap.

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 46

    Uap tersebut berbentuk gelembung dan gelembung ini berisi uap jenuh. Supaya

    gelembung uap dapat terbentuk, tekanan uap pada temperatur itu harus sama

    dengan tekanan pada permukaan air. Jadi air dikatakan mendidih apabila tekanan

    dari uap yang terbentuk sama dengan tekanan sekitarnya. Pada tekanan atmosfir

    normal (1,013 bar), air akan mendidih pada temperatur 100 0C.

    Pada tekanan yang lebih rendah dari tekanan atmosfir, air mendidih pada

    temperatur lebih rendah dari 100 0C. Temperatur pendidihan tergantung pada

    tekanan yang bekerja pada air tersebut. Makin tinggi tekanan pada air tersebut

    makin tinggi temperatur pendidihan, dan sebaliknya. Sebagai contoh dibawah ini

    hubungan antara tekanan dan temperatur pendidihan (boiling temperature).

    Tabel 1 Temperatur didih pada nilai Tekanan tertentu

    Pendidihan dibedakan menjadi dua macam, yaitu :

    Nucleate Boiling

    Yaitu proses pendidihan normal dalam boiler (HRSG). Temperatur Air dinaikkan

    mencapai titik didih. Gelembung-gelembung uap secara individu terbentuk saat

    air berhubungan dengan permukaan logam pipa yang panas. Ketika gelembung

    ini terbentuk, dan meninggalkan permukaan logam pipa, air dingin berikutnya

    akan membasahi pipa (karena adanya sirkulasi), dengan demikian temperatur

    pipa selalu berada dalam batas yang diizinkan.

    Tekanan (bar) 0,1574 0,3116 0,5780 1,0132 2,000 3,500

    Temperatur (oC) 55 70 85 100 120,2 138,9

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 47

    Film Boiling

    Adalah kondisi pendidihan yang tidak normal, disebabkan oleh aliran air

    (sirkulasi air) tidak cukup (lambat). Gelembung uap terbentuk ketika air

    menyentuh permukaan logam pipa. Gelembung uap berkumpul dan membentuk

    film uap dan menyelimutinya. Karena permukaan dalam tube tidak didinginkan

    oleh air, maka temperatur logam tube akan naik. Tube dapat menjadi rusak

    (overheating, pecah). Istilah yang digunakan untuk kejadian ini adalah DNB

    (Departure from Nucleate Boiling)

    Kalor atau panas dapat dibedakan menjadi :

    Kalor Sensibel

    Sebagaimana disebutkan diatas pemberian panas pada air (zat cair) akan

    menyebabkan temperatur zat tersebut naik. Panas yang diterima air sehingga

    temperaturnya naik sampai titik didihnya disebut panas sensibel atau enthalpi

    didih dan diberi simbol hf dalam tabel uap. Apabila tekanannya naik, maka

    temperatur didih juga naik dan panas sensibelnya juga bertambah.

    Kalor Laten

    Pemberian panas pada air yang telah mendidih tidak akan menaikkan temperatur

    air tersebut, tetapi akan mengakibatkan air berubah menjadi uap jenuh. Atau

    dikatakan air berubah fase (wujud) menjadi uap jenuh. Panas yang diberikan

    untuk merubah air menjadi uap disebut panas penguapan atau panas latent atau

    enthalpi penguapan dan diberi simbol hfg didalam notasi tabel uap.

    Kalor Total

    Jumlah panas yang diberikan untuk merubah air menjadi uap jenuh, yaitu panas

    sensibel dan panas laten disebut panas total atau enthalpi total uap jenuh dan

    diberi simbol hg.

    Jadi hg = hf + hfg

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 48

    Gambar 33 Diagram pemanasan air

    3.3. Kualitas Uap

    Didalam membahas kualitas uap kita mengenal istilah uap jenuh, uap basah dan

    uap kering. Uap jenuh artinya uap yang sudah tidak mengandung air lagi, jadi

    seluruh materinya berwujud uap. Uap basah adalah uap yang masih mengandung

    butir-butir air atau campuran antara uap dan air. Sedangkan uap kering sama

    dengan uap jenuh atau uap yang kadar airnya sudah 0 % (tidak mengandung air).

    Tingkat kebasahan uap dapat dinyatakan dengan banyaknya kandungan air didalam

    campuran air uap. Sedangakan apabila ditinjau dari sisi uapnya, dikenal istilah

    tingkat kekeringan (dryness fraction), yaitu banyaknya kandungan uap dalam

    campuran air uap.

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 49

    Uap jenuh apabila dipanaskan lebih lanjut, maka temperaturnya akan naik dan

    disebut uap superheat (uap panas lanjut). Uap superheat tentunya mempunyai

    kandungan kalor yang lebih tinggi dibanding uap jenuh.

    Contoh : Dari tabel di bawah ditunjukkan bahwa dengan tekanan 500 kPa,

    temperatur jenuhnya 151,8 o C dan mempunyai enthalpy 2748,1 kJ/kg. Jika

    superheater menaikkan temperaturnya sampai 500 oC, maka uap akan berubah

    menjadi uap panas lanjut sehingga enthalpy uap naik menjadi : 3484,5 kJ/kg

    Tabel 2 Pembacaan tabel Saturated water dan Superheated steam

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 50

    Enthalpi adalah energi panas yang dikandung dalam suatu zat. Enthalpi juga disebut

    panas dalam (heat content). Di dalam menghitung panas dalam uap selain entalpi,

    juga digunakan entropi. Entropi berhubungan dengan proses ekspansi adiabatis

    dalam mesin. Perubahan entropi bernilai positif ketika panas diserap oleh gas, dan

    bernilai negatif (berkurang) ketika panas dibuang.

    3.4. Konstruksi dan Tata Letak HRSG

    Sistem tata letak HRSG mempunyai banyak variasi baik jenis maupun jumlahnya.

    Ditinjau dari sistem sirkulasi airnya HRSG dibedakan menjadi :

    HRSG sirkulasi alam

    HRSG sirkulasi paksa.

    Bila ditinjau dari tekanan kerjanya, HRSG dapat dibedakan menjadi :

    HRSG dengan satu tekanan (single pressure)

    HRSG dengan dua tekanan (dual pressure)

    HRSG dengan tekanan bertingkat (multi pressure)

    Sedangkan bila ditinjau dari sumber panasnya, HRSG dapat dikelompokkan

    menjadi:

    HRSG tanpa bantuan pembakaran (nonfire)

    HRSG dengan bantuan pembakaran (auxiliary/supplementary burner)

    3.4.1. HRSG sirkulasi Alam (Natural Circulation)

    HRSG dengan sirkulasi alam memiliki pipa-pipa pemanas yang disusun secara

    vertikal berjajar sepanjang HRSG. Arah aliran gas buang dari turbin gas mendatar

    memotong pipa-pipa pemanas secara tegak lurus. Selanjutnya gas buang keluar

    melalui cerobong yang dipasang pada ujung HRSG.

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 51

    Susunan pipa-pipa didalam HRSG sirkulasi alami dibuat vertikal dengan ketinggian

    yang relatif rendah. Inlet duct HRSG disambungkan dengan exhaust turbin gas

    dengan menggunakan expansion joint. Ketika mendapat pemanasan, sirkulasi air

    alami terjadi dari drum ke evaporator dan kembali ke drum.

    Gambar 34 Prinsip Sirkulasi Alami (Natural Circulation)

    Gambar 35 . HRSG sirkulasi alami (aliran gas mendatar).

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 52

    3.4.2. HRSG sirkulasi Paksa (Forced Circulation)

    Konstruksi pipa-pipa pemanas pada HRSG dengan sirkulasi paksa dipasang dengan

    posisi mendatar disusun dari bawah keatas. Gas panas dari turbin gas masuk dari

    sisi bawah keatas memotong pipa-pipa pemanas dan selanjutnya keluar melalui

    cerobong yang berada diatas HRSG.

    Air pengisi masuk ke dalam drum melewati ekonomiser. Selanjutnya air di

    sirkulasikan dari drum ke pipa-pipa penguap (evaporator) dan kembali ke drum

    dengan menggunakan pompa sirkulasi. Proses perpindahan panas dari gas panas

    ke air terjadi didalam pipa-pipa penguap sehingga sebagian air berubah menjadi

    uap.

    Uap yang terbentuk bersama-sama dengan air masuk kembali ke dalam drum.

    Didalam drum uap dipisahkan dari air, dan uap selanjutnya mengalir ke superheater

    atau langsung ke turbin, sedangkan air bercampur kembali dengan air yang ada

    didalam drum.

    Gambar 36 Prinsip Sirkulasi Paksa (Forced Circulation)

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 53

    Umumnya pompa sirkulasi mempunyai laju sirkulasi sekitar 1,7. Artinya jumlah air

    yang disirkulasikan 1,7 kali kapasitas penguapan.

    Beberapa keuntungan dari sistem sirkulasi paksa

    Waktu start (pemanasan) lebih cepat

    Mempunyai respon yang lebih baik dalam mempertahankan aliran air ke pipa-

    pipa pemanas pada saat start maupun beban penuh.

    Mencegah kemungkinan terjadinya stagnasi pada sisi penguapan

    Gambar 37 HRSG dengan aliran gas vertikal

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 54

    3.4.3. HRSG dengan tekanan tunggal (Single Pressure)

    Pada HRSG ini uap yang dihasilkan hanya memiliki satu tekanan. Susunan PLTGU

    dengan satu tekanan biasanya turbin gas, generator, dan turbin uapnya dibuat

    menjadi satu poros.

    Gambar 38 HRSG dengan tekanan tunggal (single pressure)

    3.4.4. HRSG Dengan Dua Tekanan (Dual Pressure)

    HRSG ini menghasilkan dua tingkat tekanan, yaitu tekanan tinggi dan tekanan

    rendah. Uap tekanan tinggi digunakan untuk memutar turbin tekanan tinggi (High

    Pressure turbine), sedangkan uap tekanan rendah bersama-sama dengan uap

    bekas dari turbin tekanan tinggi digunakan untuk menggerakkan turbin tekanan

    rendah (Low Pressure turbine).

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 55

    Tujuan membuat dua tingkat tekanan adalah untuk meningkatkan efisiensi termal

    siklus kombinasi. Dengan dua tingkat tekanan, maka gas buang sebelum dibuang ke

    atmosfir dapat digunakan untuk menghasilkan uap dengan tekanan dan temperatur

    yang rendah sehingga panas gas buang dimanfaatkan dengan lebih optimal.

    Aliran gas panas dari turbin gas masuk melalui sisi bawah HRSG mengalir ke atas

    melewati pipa-pipa superheater, evaporator, ekonomiser tekanan tinggi sambil

    menyerahkan panas. Selanjutnya melewati pipa-pipa dengan fungsi yang yang

    sama tetapi dengan tekanan lebih rendah yang berada dibagian atasnya kemudian

    dibuang keatmosfir melalui cerobong yang terletak diatas HRSG.

    Gambar 39 HRSG dengan dua tingkat tekanan (dual pressure)

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 56

    3.4.5. HRSG Tekanan Bertingkat (Multi Pressure)

    HRSG jenis ini mempunyai tiga tingkat tekanan yang berbeda, yaitu tekanan tinggi

    (HP), tekanan menengah (IP), dan tekanan rendah (LP). Dengan tiga tingkat

    tekanan efisiensi termal siklus kombinasi akan lebih baik karena celah diantara

    tekanan tinggi dan rendah masih dimanfaatkan untuk menghasilkan uap tekanan

    menengah.

    Gas buang dari turbin gas mengalir mendatar sambil menyerahkan panasnya ke

    pipa-pipa pemindah panas yang dipasang tegak sebagaimana pada sistem satu

    tekanan ataupun dua tekanan.

    Gambar 40 Diagram HRSG Multi Pressure

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 57

    3.4.6. HRSG dengan Burner bantu (Auxiliary burner)

    Pada umumnya HRSG yang digunakan di Indonesia adalah unfire, tetapi dalam

    industri terdapat HRSG dengan bantuan burner (auxiliary burner). Hal ini diterapkan

    apabila ketersediaan gas panas dari luar tidak konstan. Penggunaan burner bantu

    pada HRSG tujuannya adalah untuk meningkatkan temperatur gas (sekitar 820 0 C)

    sehingga diperoleh produksi uap yang lebih besar.

    Pembakaran bahan bakar dengan memanfaatkan excess air yang tinggi dalam gas

    buang. Dengan cara ini dapat menaikkan kapasitas output turbin uap hingga 85 %,

    tetapi disisi lain polusi akibat emisi gas buang menjadi lebih besar.

    Gambar 41 HRSG dengan burner bantu

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 58

    4. PENGOPERASIAN PLTGU

    4.1 Pemeriksaan dan Persiapan Start

    a. Pemeriksaan secara umum, meliputi sistem TAG, kebocoran minyak, dan pasok

    listrik.

    b. Pemeriksaan Sistem Kontrol dan instrumen, meliputi power supply, annunciator,

    indikator dan interlock.

    c. Pemeriksaan Kompresor dan perlengkapannya, meliputi inlet filter, penggerak

    IGV, bleed valve, atomising air dan pendingin udara.

    d. Pemeriksaan Turbin dan perlengkapannya, meliputi level minyak pelumas,

    turning gear, pompa pelumas, pendingin pelumas, dan minyak hidrolik.

    e. Pemeriksaan Sistem Pendingin, meliputi level air pendingin, pompa, radiator,

    fan dan kebocoran.

    f. Pemeriksaan Sistem Bahan bakar minyak, meliputi level tangki, pompa, filter,

    shut off valve dan salurannya.

    g. Pemeriksaan Generator dan Eksiter, meliputi pendingin generator, sikat arang

    dan slipring, dan switch gear.

    h. Pemeriksaan Sistem Pemadam Kebakaran, meliputi tekanan gas, solenoid

    valve, damper-louver, dan kebocoran saluran.

    4.2 Pengoperasian Turbin Gas

    4.2.1. Start Turbin Gas

    PLTG dapat dijalankan pada beberapa posisi sesuai mode start yang dipilih.

    Pemilihan start dilakukan dengan memindah Operation Switch pada posisi yang

    dikehendaki, sedang perintah (initiate) start dilakukan dengan Master Control

    Switch.

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 59

    Posisi operation switch adalah :

    Off; posisi untuk unit tidak dapat di start

    Crank (spin); posisi untuk unit dapat distart hingga putaran 20% tanpa terjadi

    pembakaran.

    Fire; posisi untuk unit dapat distart, dan terjadi pembakaran hingga putaran 28

    %

    Auto; posisi untuk unit dapat distart, dan terjadi pembakaran hingga Full Speed

    No Load (FSNL).

    Gambar 42 Sistem Start

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 60

    Gambar 43 Kurva operasi PLTG

    4.2.2. Pembebanan

    Hal-hal yang harus diperhatikan pada saat pembebanan adalah :

    Untuk mencegah generator menjadi motor, maka sekitar 1 detik setelah sinkron,

    generator dibebani 2 - 5 MW.

    Program pembebanan dapat dilakukan dalam beberapa pilihan. Pengatur

    pembebanan terdiri atas:

    - Spinning Reserve, adalah pengatur beban minimum

    - Preselected Load, adalah pengatur beban berdasarkan setting

    - Base Load, adalah pengatur beban dasar (MCR)

    - Peak Load, adalah pengatur beban tertinggi.

    - PLTG dilengkapi fasilitas program start dan pembebanan secara cepat. Cara ini

    dilakukan dengan mengaktifkan tombol Fast Load Start. Unit akan start

    dengan waktu yang lebih cepat daripada normal start.

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 61

    Start cepat akan menyebabkan komponen PLTG yang dilalui gas panas menjadi

    berkurang umurnya, karena kenaikan suhu yang lebih cepat. Oleh karena itu

    start cepat sebaiknya dihindari.

    4.2.3 Shut Down Turbin Gas

    Menyetop unit PLTG dilakukan dengan memberi sinyal stop dari master control.

    Apabila sinyal stop diberikan saat unit masih berbeban, maka :

    Beban akan turun secara perlahan sesuai penurunan digital set point dari

    pengatur bahan bakar (FSR)

    Pada saat beban nol relay reserve power kerja membuka CB generator

    Untuk PLTG yang beroperasi sendiri (isolate), CB generator terbuka oleh relay

    putaran nominal atau frekuensi rendah.

    Relay putaran nominal, memerintahkan Trip Valve bahan bakar menutup.

    Putaran turun dan relay putaran akan memerintahkan bleed valve membuka,

    kemudian pompa pelumas bantu jalan.

    Putaran turun terus sampai nol, dan pada saat putaran nol kopling turning

    masuk dan turning gear jalan memutar poros turbin dengan putaran rendah.

    Selain stop normal PLTG juga dilengkapi dengan stop darurat (emergency

    stop).

    Stop darurat dilakukan apabila operasi PLTG mendapat gangguan dan jika

    dibiarkan terus beroperasi akan menimbulkan kerusakan yang fatal atau

    membahayakan lingkungan. Proses stop darurat sama dengan stop karena trip.

    Trip adalah bekerjanya sistem pengaman untuk menutup katup bahan bakar

    dan CB generator apabila salah satu parameter kritis PLTG melampaui

    batasannya. Pada saat trip, maka katup bahan bakar langsung menutup dan

    beban langsung nol, sedang urutan stop selanjutnya sama dengan stop normal.

  • Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 62

    4.3. Pengoperasian HRSG

    HRSG sebagai mesin pembangkit uap harus dibuat sedemikian rupa sehingga dapat

    memanfaatkan panas gas buang dari turbin gas semaksimal mungkin. Agar dapat

    memproduksi uap yang banyak didalam waktu yang relatif cepat, maka perpindahan

    panas nya dilakukan dalam aliran berlawanan dan sirkulasi airnya dilakukan secara

    paksa.

    4.3.1. Persiapan dan Pemeriksaan sebelum Start HRSG

    Sebelum mengoperasikan HRSG, harus dilakukan pemeriksaan semua komponen,

    terlebih bila HRSG usai dilakukan pemeliharaan atau inspection.

    Pemeriksaan dan persiapan meliputi kelompok peralatan :

    Umum, antara lain terdiri dari posisi katup-katup, manhole, kebocoran, dan

    instrument.

    Alat bantu, antara lain terdiri dari : sistem air limbah, pengisi, kontrol diverter

    damper.

    Sistem pendingin, antara lain terdiri dari : level pelumas, sistem pendingin

    bantu, katup-katup, dan sebagainya.

    4.3.2 Pengisian HRSG.

    Pengisian air ke HRSG dilakukan denga