Boiler pada intinya adalah alat pemanas cairan (biasanya air) agar berada di atas titik didihnya sehingga ia menguap

Boiler (Ketel uap) adalah alat yang digunakan untuk menciptakan steam (Uap) bertekanan. Uap bertekenan disini adalah uap yang di panaskan lanjut sampai menghasilkan uap bertekanan yang kering. Uap bertekanan ini berasal dari air yang sudahdi-treatment sehingga mendapatkan PH Normal. Apabila air bersifat asam maka akan menyebabkan korosi (karat) dan jika air bersifat basa maka akan menyebabkan foaming (Busa yang terbentuk di permukaan Fluida). Boiler digunakan sebagai penggerak turbin uap yang biasa di pakai dalam industri-industri besar untuk men-support energi pada generator sebagai pembangkit listrik.Boiler pada intinya adalah alat pemanas cairan (biasanya air) yang menguapkan cairan agar berada di atas titik didihnya sehingga ia menguap.

Dari teknik pemanasannya ada beberapa tipe boiler

-Fire tube di mana api berada dalam tubing-tubing dengan cairan berada di luar.

- Water tube di mana sebaliknya, air berada dalam tubing dengan api berada di luar.

Bahan bakar minyak tanah atau solar di pompa dengan tekanan tinggi dan keluar dalam bentuk kabur pada ujung spuyer, di atas spuyer ada diode tegangan tinggi untuk

memberikan api supaya minyak yg keluar terbakar, biasanya dibelakang boiler ada photo sel untuk memonitor api apakah sudah terbakar atau belum, jika api tidak terbakar maka photo sel ini akan me-non aktifkan semua mesin bolier agar tidak terjadi semburan minyak yg tidak terbakar.

Oke kita coba boiler untuk steam turbin (turbin uap)Boiler umumnya terdiri dari :

-Ruang pembakaran : tempat bahan bakar dibakar Boiler drum : menampung air demineralized mengalirkannya ke tube dan menampung uap jenuh yang kembali.

-Economiser : water tube, posisinya paling jauh dari sumber panas, fungsinya memanaskan air dengan sisa panas agar efisiensi kalor baik.

-Evaporator : water tube yang fungsinya menguapkan air, posisinya biasanya di tengah

-Superheater : fungsinya memanaskan uap air menjadi superheated steam (uap panas lanjut)

-Turbin uap : fungsinya merubah energi panas menjadi energi gerak.

-Condenser : fungsinya merubah fasa uap menjadi air kembaliUrutan prosesnya adalah sbb:1.Air demineralized (air tanpa kandungan mineral/ air murni) dipompakan ke boiler dari condenser (kita bicara boiler turbin uap yg siklus airnya tertutup) dengan pompa melalui pipa economizer, di economizer, air menerima panas tapi belum menguap/masih fasa air.2.Air tsb masuk ke boiler drum dan diteruskan ke seluruh water tube evaporator untuk dirubah fasanya menjadi uap jenuh (uap yg lo liat wkt ngerebus air) / (saturated steam) dan kembali lagi ke boiler drum.3.Uap di boiler drum dialirkan (uap melalui saluran diatas, sedangkan air dibawah) ke superheater tube yg berada paling dekat dgn sumber panas utk merubah uap jenuh menjadi uap panas lanjut (superheated steam)4.Superheated steam kemudian dialirkan ke steam turbin untuk menggerakkan blade turbin.5.Setelah melalui turbin, temperatur uap menurun/ begitu juga enthalpy-nya, fasanya berubah kembali ke uap jenuh & mengalir ke condenser.6.Di condenser fasanya dirubah kembali ke fasa cair dan kemudian dipompakan kembali ke boiler. dan siklusnya kembali seperti semula.

Materi referensi:

http://ahmad239haryanto.wordpress.comhttp://agroindustriindonesia.blogspot.coRangkuman DiskusiBoiler PLTU

Perusahaan tempat saya bekerja berencana mendirikan PLTU untuk membantu program kelistrikan negara, saya baru belajar sedikit2 apa itu PLTU dan tidak mengerti tentang boiler, jikalau bapak2 ada yang tau dan bisa menjelaskan tentang CFB Boiler dan PC Boiler, perbedaan, kelebihan, kekurangan dan apa aja dari masing2 boiler tersebut saya sangat berterimakasih.

Tanggapan 1 - Teguh.Waskito

Mas Eko,

Apa yg dimaksud adalah beda antara Fluidizing Bed Combustion Boiler (FBC - Boiler ) dan Pulverized Coal Boiler?

Kalau FBC Boiler itu punya kelebihan dan kekurangan sbb:

- Emisi gas buang berupa NOx akan relatif lebih rendah sedang kan SOx nya tergantung coalnya

- Temperatur ruang bakar di control dngan memasukan kembali sebagian flue gas dalam sistem air supplynya.

- Coal yg dimasukanan dalam ruang bakar bisa lebih besar 10mm

- Menggunakan pasir silica sebagai media pemanas batubara (senagai bed) sebelum coal terbakar.

- System pengendalian atau controlnya lebih sederhana.

- Material pipa dan batu tahan api ( tergantung desain) sering terkena gesekan coal (fluidizing), sehingga tube pipe lebih cepat aus ( coal - abrative).

- Loss ignition carbonnya lebih redah.

- Coal feedingnya lebih sederhana.

Pulverizer Coal Boiler.

- Coal Feeding control and equipmentnyanya lebih complicated. dan

- harus familiar dengan Pulverizer Fuel Code. (ketentuan-ketentuan yg hrs dipenuhi utk menjalankan/mengoperasion Pulverizer dan comply dgn NFPA CODE). termasuk protektion system yg harus dipenuhi.

- Respon utk menaikan atau menurunkan beban lebih cepat.

- Emisi gas buang akan relatid lebih besar, namaun saaat ini sudah banyak teknologi utk mengurangi NOx, sedangan utk SOx tergantung dengan composisi coal dan tampahan Absorber hrs dilakukan.

- Monitoring performace Pulverizer hrs dilakukan secara periodik.

- Ada bebrapa sisyem pembakaran di dapur. ( Tangential Fire / Ball fire, Front fire).

- Yang ini biasanya dipakai utk kapasitas boiler yang besar.

Tanggapan 2 - Novianto Fitriawan

Sedikit menambahkan ....

1. Environmental issue :

CFB : Batasan gas emisi bisa dicapai tanpa menambahkan unit tambahan pada downstream boiler

SOx : dengan menambahkan limestone (sedikit beda dengan keterangan P. Teguh)

NOx : dengan bermain pada low temperature

PF : Penambahan unit lebih lanjut untuk mencapai ambang batas emisi yang diperkenankan. scrubbing system, catalytic reaction dan FGC plant untuk Sox

2. Fuel types :

CFB : - fleksibiltas yang tinggi untuk menerima bermacam-macam fuel

- tidak sampai merubah basic design seandainya akan dipergunakan fuel jenis lain (CO-FIRED)

PF : - sulit untuk menerima jenis coal yang lain yang berbeda dengan coal desainnya, biasanya dilakukan test run terlebih dulu untuk memastikannya.

- tidak bisa co fired ama biomass

3. Power consumption :

CFB : - power untuk air compressing lebih banyak, tetapi membutuhkan lebih sedikit untuk coal crushing

PF : kebalikan CFB

4. Fuel handling :

CFB : - mekanikal fuel transport sudah cukup memadai

PF : - pneumatic transport via booster van dari pulvirizer ke burner

- diperlukan higher crushing power yang lebih tinggi untuk membikin coal partikel sebesar < 1 mm (vs 15 mm - CFB)

- bahaya laten karena coal dust explosion.

5. Untuk desain yang sama (steam output yang sama) CFB membutuhkan biaya yang lebih besar di pressure part, air preheater, refractory maupun steel worknya.

fungsi dari turbin adalah mengubah energy dari uap yang dibangkitkan dari boiler menjadi energi mekanik berupa putaran poros turbin. Turbin yang digunakan adalah turbin impuls dengan 12 tingkat blade. Uap masuk ke dalam sudu-sudu turbin dan diarahkan ke nosel. Selain untuk mengarahkan uap, nosel berfungsi menaikkan tekanan uap yang masuk ke turbin. Banyaknya uap yang masuk ke turbin dikontrol oleh governor yang mengatur pembukaan main steam valve yang akan masuk ke turbin. Governor akan membuka main steam valve pada saat beban naik sehingga jumlah uap yang masuk akan bertambah banyak begitu juga sebaliknya jika beban turun maka control valve akan menutup untuk mengurangi jumlah uap yang masuk ke turbin. Selanjutnya akibat tekanan yang dimiliki uap, maka turbin akan memutar sudu-sudu turbin. Sudu-sudu turbin yang terpasang pada rotor akan berputar dengan poros turbin, dengan putaran 6800 Rpm. Dengan putaran turbin 6800 Rpm maka diperlukan roda gigi untuk mereduksi putaran turbin ke putaran generator, putaran yang digunakan pada generatr adalah 1500 Rpm. Jadi antara poros turbin dan poros generator tidak dikopel langsung tetapi melalui transmisi roda gigi. Generator yang digunakan menggunakan 2 macam dengan pendinginan udara. Udara pendingin merupakan siklus tertutup dan udara didinginkan oleh air di generator cooler.Bagian-bagian dari turbin yaitu:BladeRotorStatorServomotorExhaust turbinExtraction steamOil coolerSealing steamHal-hal yang perlu diperhatikan dalam mengoperasikan Turbin-generator adalah:a. Temperatur dan tekanan uap yang akan masuk ke dalam turbin. Jika berlebihan atau terlalu kurang maka akan merusak turbin.b. Sealing steam jika terlalu rendah maka vakum akan naik maka kemampuan turbin akan menurunc. Temperature oli pendingin dan pelumasan turbin dan generator.d. Temperatur winding generatorPada saat akan star atau stop hal yang harus diperhatikan:a. Oil pump harus dijalankan pertama kali pada saat starb. Pada saat stop turning gear harus di-ONkan.Masalah yang ditemui dalam pengoperasian turbin/generator antara lain:1. Vakum kondensor yang tinggi. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor, seperti sealing steam, system pendingin, adanya kebocoran vakum yaitu system pendingin yang kurang bagus di mana terjadinya scaling pada cooling system sebagai akibat kondisi air pendingin yang kurang baik.2. Exhaust temperature yang tinggi , hal ini mengakibatkan beban turbin tidak dapat dinaikkan3. Pengoperasian yang tidak mengikuti prosedur pengoperasian sehingga saat akan star up, putaran turbin tidak dapat dinaikkan.4. Sealing system yang rendah sehingga vakum turbin naik. Hal ini disebabkan karena control valve untuk sealing system tidak bisa membuka, sedangkan sealing sangat erat kaitannya dengan vakum.Sistem PLTU, turbin dan BoilerSiklus Rankine IdealSiklus di PLTU menggunakan siklus rankine dengan superheater dan reheater.Keterangan gambar :a)Proses 1 1 :Penaikan tekanan pada air menggunakancondensate extraction pump.b)Proses 1 2 :Pemanasan air padalow pressure heater.c)Proses 2 2 :penaikan tekanan air menggunakanboiler feed pump.d)Proses 2 3 :Pemanasan air padahigh pressure heaterdan padaeconomizer.e)Proses 3 4 :Pemanasan air menjadi uap air padawall tubedandowncomerdi dalamboiler.f)Proses 4 5 :Pemanasan uap air menjadi uap panas lanjut (superheated steam) padasuperheater.g)Proses 5 6 :Ekspansi uap di dalamhigh pressure turbine.h)Proses 6 7 :Pemanasan kembali uap yang keluar darihigh pressure turbineyang terjadi dalamreheater.i)Proses 7 7 :Ekspansi uap yang keluar darireheaterdi dalamintermediate pressure turbine.j)Proses 7 8 :Ekspansi uap di dalamlow pressure turbinetanpa mengalami pemanasan ulang.k)Proses 8 1 :Pendinginan uap menjadi air di dalamcondenser.Skema proses pembangkitan listrik PLTU

Keterangangambar :1.Stack 19.MFO Pump2.Boiler 20.MFO Heater3.FD Fan21.Burner4.Air Heater 22.Circulating Water Pump5.Steam Drum 23.Desalination Plant6.Primary Superheater 24.Distillate Water Pump7.Economizer 25.Make Up Water Tank8.Header 26.Make Up Water Pump9.Water Wall 27.Demin Water Tank10.Secondary Superheater 28.Demin Water Pump11.Reheater 29.Condensate Pump12.Wind Box 30.LP Heater13.HP Turbine 31. Deaerator14.IP Turbine 32. Boiler Feed Pump15.LP Turbine 33.HP Heater16.Generator 34. 18 kV/150kV Switch Yard17.Condenser 35. Transmission18.MFO TankSISTEMBOILERDANTURBINEPADA PLTU BoilerBoilermerupakan suatu alat untuk menghasilkan uap pada tekanan dan temperatur tinggi (superheated vapor). Perubahan dari fase cair menjadi uap dilakukan dengan memanfaatkan energi panas yang didapatkan dari pembakaran bahan bakar.Boilerpada PLTU Semarang menggunakan minyak residu atau biasa disebut MFO (Marine Fuel Oil) sebagai bahan bakar utamanya. Sedangkan bahan bakar pendukung adalah solar atau biasa disebut HSD (High Speed Diesel), dimana solar ini digunakan hanya sebagai pemantik awal (ignition) untuk membakar MFO. Penyaluran panas dari bahan bakar ke airdemindapat terjadi secara radiasi, dan konveksi.Bagian pemindah panas dariboilerterdiri dari pemanas mula (Low Pressure HeaterdanHigh Pressure Heater) ,economizer, pemanas lanjut (Superheater), danpemanas ulang (Reheater).Pemindahan panas dalamboilerterjadi dalam proses :1.Radiasi di ruang bakar2.Konveksi diEconomizerdanAir Heater3.Kombinasi radiasi dan konveksi diSuperheaterdanReheater.

Komponen UtamaBoilerKomponen utama boiler terdiri dari :Wall Tube,Main Drum,Primary Superheater,Secondary Superheater,Reheater, danEconomizer. Sedangkan komponen pendukung terdiri dari :Forced Draft Fan, MFO Heater,Air Preheat Coil, Air Heater,Burner, Gas Recirculating Fan, Soot BlowerdanSafety Valve.1.Wall Tube

Dindingboilerterdiri daritubes/ pipa-pipa yang disatukan oleh membran, oleh karena itu disebut denganwall tube. Di dalamwall tubetersebut mengalir air yang akan dididihkan. Dinding pipaboileradalah pipa yang memiliki ulir dalam (ribbbed tube), dengan tujuan agar aliran air di dalamwall tubeberpusar (turbulen), sehingga penyerapan panas menjadi lebih banyak dan merata, serta untuk mencegah terjadinyaoverheatingkarena penguapan awal air pada dinding pipa yang menerima panas radiasi langsung dari ruang pembakaran.

Wall tubemempunyai duaheaderpada bagian bawahnya yang berfungsi untuk menyalurkan air daridowncomers.

Downcomermerupakan pipa yang menghubungkansteam drumdengan bagian bawahlow header.

Untuk mencegah penyebaran panas dari dalamfurnaceke luar melaluiwall tube, maka disisi luar dariwall tubedipasang dinding isolasi yang terbuat darimineral fiber.

2.Steam Drum

Steam Drumadalah bagian dariboileryang berfungsi untuk:1.Menampung air yang akan dipanaskan pada pipa-pipa penguap (wall tube),dan menampung uap air dari pipa-pipa penguap sebelum dialirkan kesuperheater.2.Memisahkan uap dan air yang telah dipisahkan di ruang bakar (furnace).3.Mengatur kualitas airboiler,dengan membuang kotoran-kotoran terlarut di dalam boiler melaluicontinuous blowdown.4.Mengatur permukaan air sehingga tidak terjadi kekurangan saatboilerberoperasi yang dapat menyebabkanoverheatingpada pipaboiler.Bagian-bagian daristeam drumterdiri dari :feed pipe,chemical feed pipe,sampling pipe,baffle pipe,sparator,scrubber,dryer, dandry box. Level air dari drum harus selalu dijaga agar selalu tetap setengah dari tinggi drum. Sehingga banyaknya air pengisi yang masuk kesteam drumharus sebanding dengan banyaknya uap yang meninggalkan drum, supaya level air tetap konstan. Batas maksimum dan minimum level air dalamsteamdrumadalah -250 mm s/d 250 mm dari titik 0 ( setengah tinggidrum). Pengaturan level air dilakukan dengan mengaturFlow Control Valve. Jika level air di dalam drum terlalu rendah, akan menyebabkan terjadinyaoverheatingpada pipaboiler, sedangkan bila level air dalam drum terlalu tinggi, kemungkinan butir-butir air terbawa keturbinedan akan mengakibatkan kerusakan padaturbine.

3.Superheater

Superheaterberfungsi untuk menaikkan temperatur uap jenuh menjadi uap panas lanjut dengan memanfaatkan gas panas hasil pembakaran. Uap yang masuk keSuperheaterberasal daristeam drum.Superheaterterbagi dua yaituPrimary SuperheaterdanSecondary Superheater.

a.Primary Superheater

Primary Superheaterberfungsi untuk menaikkan temperatur uap jenuh yang berasal daristeamdrummenjadi uap panas lanjut dengan memanfaatkan gas panas hasil pembakaran. Temperatur masukprimary superheateradalah 304oC dan temparatur keluarnya 414oC.

b.Secondary Superheater

Secondary Superheaterterletak pada bagian laluan gas yang sangat panasyaitu diatas ruang bakar dan menerima panas radiasi langsung dari ruang bakar . Temperatur uap masuksecondary superheateradalah 414oC dan temperatur keluar sebesar 541oC, dan tekanan 169 kg / cm2. Uap yang keluar darisecondary superheaterkemudian digunakan untuk memutarHP Turbine.

4.Reheater

Reheaterberfungsi untuk memanaskan kembali uap yang keluar dariHP Turbinedengan memanfaatkan gas hasil pembakaran yang temperaturnya relatif masih tinggi. Pemanasan ini bertujuan untuk menaikkan efisiensi sistem secara keseluruhan . Perpindahan panas yang paling dominan padareheateradalah perpindahan panas konveksi. Perpindahan panas radiasi padareheatermemberikan efek yang sangat kecil sehingga proses ini biasanya diabaikan.Temperatur ua masukreheateradalah 335 oC dengan tekanan sebesar 42,8 kg/cm2, sedangkan temperatur keluarnya adalah 541oC dengan tekanan 39 kg/cm2. Uap ini kemudian digunakan untuk menggerakkanIP Turbine, dan setelah uap keluar dariIP Turbine, langsung digunakan untuk memutarLP Turbinetanpa mengalami pemanasan ulang.

5.Economizer

Economizermenyerap panas dari gas hasil pembakaran setelah melewatisuperheater, untuk memanaskan air pengisi sebelum masuk kemain drum. Panas yang diberikan ke air berupa panas sensibel. Pemanasan air ini dilakukan agarperbedaan temperatur antara air pengisi dan air yang ada dalamsteam drumtidak terlalu tinggi,sehingga tidak terjadithermal stress(tegangan yang terjadi karena adanya pemanasan) di dalam maindrum. Selain itu dengan memanfaatkan gas sisa pembakaran, maka akan meningkatkan efisiensi dari boiler dan proses pembentukan uap lebih cepat.Economizerberupa pipa-pipa air yang dipasang ditempat laluan gas hasil pembakaran sebelumair heater.

Perpindahan panas yang terjadi dieconomizerterjadi dengan arah aliran kedua fluida berlawanan (counter flow). Air pengisisteam drummengalir ke atas menujusteam drum, sedangkan udara pemanas mengalir ke bawah.

Komponen PendukungBoiler

Komponen pendukungBoilerterdiri dari :Forced Draft Fan, MFO Heater,Air Preheat Coil, Air Heater,Burner, GasRecirculating Fan, Soot BlowerdanSafety Valve.1.Forced Draft Fan

Alat yang berupafan(kipas) ini berfungsi untuk memasukkan udara pembakaran secara paksa ke dalamfurnace, terpasang pada bagian ujung saluranair intakeboilerdan digerakkan oleh motor listrik.

2.MFO Heater

MFO Heatermerupakan alat yang berfungsi untuk memanaskan bahan bakar berupaMFOdengan tujuan menurunkan viskositas dariMFO. Hal ini perlu dilakukan karenaMFOmemiliki viskositas yang relatif tinggi (satu tingkat di bawah aspal) sehingga sulit untuk teratomisasi diburner. Dengan proses pemanasan maka viskositasMFOdapat diturunkan sehingga dapat teratomisasi dengan baik dan menghasilkan pembakaran yang baik.

3.Air Preheat Coil

Alat yang berfungsi untuk memanaskan udara sebelum memasukiAir Heaterdengan sumber panas berasal dari airDeaerator. Udara yang akan memasukiAir Heaterharus dipanaskan terlebih dulu agar tidak terjadithermal stressakibat perbedaan suhu yang ekstrim.

4.Air Heater

Air Heater merupakanalat pemanas udara, dimana panas diambil dari gas buang hasil pembakaransebelum masuk ke cerobong (stack). Dengan pemanfaatan gas buang ini, maka dapat menghemat biaya bahan bakar sehingga bisa meningkatkan efisiensi pembakaran.

Air Heateryang digunakan pada PLTU Semarang adalah tipeLjungstrom. Tipe ini paling banyak digunakan di dunia karena performa dan ketahanannya yang telah teruji. Selain itu tipe ini dapat digunakan dalam jangka waktu yang lama sebelum dilakukanoverhaul.Perbaikan dan perawatan berkala mudah dilakukan padaAir Heatertipe ini karena desainnya yang sederhana.Air Heaterterdiri darihot end elementdancold end element.

Air Heateryangdigunakandi PLTU Semarang merupakanAir HeaterjenisRegenerative,yaitu gas sisa pembakaran dilalukan pada sebuah selubung tertutup untuk memanaskan sebagian dari elemenair heater, dan elemen yang dipanaskan ini, diputar ke selubung yang lain dimana disini dilalukan udara yang akan dipanaskan, sehingga terjadi perpindahan panas secara konduksi.

5.Burner

Alat yang berfungsi untuk membakar campuran antara bahan bakar (fuel) dengan udara (air) di dalam ruang bakar (furnace) padaboiler.

Burnerpada PLTU Unit 3Indonesia Power UBP Semarang dapat digunakan untuk dua jenis bahan bakar, yaitu MFO maupun gas alam. Namun karena sistem pasokan gas alam belum tersedia maka untuk saat ini bahan bakar yang digunakan hanya MFO saja.

6.Gas Recirculating Fan

Alat ini berfungsi untuk mengarahkan sebagianflue gas(gas sisa pembakaran) kembali kefurnaceuntuk meningkatkan efisiensiboiler

7.Soot Blower

Sootblowermerupakan peralatan tambahanboileryang berfungsi untuk membersihkan kotoran yang dihasilkan dari proses pembakaran yang menempel pada pipa-pipawall tube,superheater,reheater,economizer, danair heater. Tujuannya adalah agar perpindahan panas tetap berlangsung secara baik danefektif . Sebagai media pembersih digunakan uap. Suplai uap ini diambil dariprimary superheatermelalui suatu pengaturan tekananPVCyang diset pada tekanan 40 kg/cm2. Setiapsootblowerdilengkapi denganpoppet valveuntuk mengatur kebutuhan uap sootblower. Katup ini membuka pada saatsootblowerdioperasikan dan menutup kembali saatlance tubedarisootblowertersebut mundur menuju stop.

Dilihat dari cara kerja/mekanisme pengoperasiannyasootblowerdibagi atas :

1. Short Retractable Sootblower / Furnace Wall Blower, digunakan untuk membersihkan pipa-pipa penguap (wall tube) pada daerahfurnace.

2. Long Retractable Sootblower, digunakan untuk membersihkan pipa-pipasuperheater, danreheater.

3.Air Heater Sootblower, digunakan untuk membersihkan elemen-elemenair Heater.

Pada PLTU Unit 3, jumlahsoot bloweryang terpasang sebanyak 34 buah, 32 buahsootblowerterpasang pada furnace dan 2 buah terpasang padaair heater.Pengoperasiansootblowerdilakukan 8 jam sekali/setiap shift kerja.

8.Safety Valve

Safety valveberfungsi sebagai pengaman ketika terjadi tekanan uap yang berlebih yang dihasilkan olehboiler. Tekanan berlebih ini dapat terjadi karena panasboileryang berlebihanatau adanya penurunan bebanturbinesecara drastis.

Turbine

Turbineadalah suatu perangkat yang mengkonversikan energi uap yang bertemperatur tinggi dan tekanan tinggi menjadi energi mekanik (putaran). Ekspansi uap yang dihasilkan tergantung dari sudu-sudu (nozzle) pengarah dan sudu-sudu putar. Ukuran nozzle pengarah dan nozzle putar adalah sebagai pengatur distribusi tekanan dan kecepatan uap yang masuk ke Turbin. Turbin uap berkapasitas besar memiliki lebih dari satu silinder cashing. Hal ini dapat kita lihat dari macam silindercasingpada Turbin:

1.Cross Compound

Dimana HP (High Pressure) dan LP (Low Pressure) turbinnya terpisah dan masing-masing dikopel dengan satu generator.

2. Tandem Compound

Dimana HP dan IP (Intermediet Pressure) turbinnya terpisah dengan LP Turbin tetapi masih dalam satu poros.

Turbin yang dipergunakan dalam PLTU Semarang adalah tipeTandem Compounddengan kapasitas 200MW.

Prinsip KerjaSteam Turbine

Steam Turbineadalah suatu mesin yang berfungsi untuk mengubah energi panas dalam uap menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Konstruksinya terdiri dari rumah turbin dan rotor. Pada rotor turbin ditempatkan rangkaian sudu-sudu jalan secara berjajar. Dalam pemasangannya, rangkaian sudu tetap dan rangkaian sudu jalan dipasang berselang-seling. Energi panas dalam uap mula-mula diubah menjadi energi kinetik olehnozzle,selanjutnya uap dengan kecepatan tinggi ini akan mengenai sudu-sudu jalan pada rotor turbin yang akhirnya mengakibatkan putaran rotor.

Pada PLTU Unit 3,Turbinedibagi menjadi tiga tingkatan, yaitu :

1.High Pressure (HP) Turbin

HP Tubin mengekspansikan uap utama yang dihasilkan dari superheater dengan tekanan 169 kg/cm2dan temperatur 538oC, kemudian uap keluar HP Turbin (41 kg/cm2) dengan temperatur 336oC dipanaskan kembali pada bagianreheaterdiboiler untuk menaikkan entalpi uap. Uap reheat lalu diekspansikan di dalam Intermediate Pressure (IP) turbine.

Data HP Turbin:

a.Jumlah sudu: 1 pasang sudu impuls (tingkat 1)

14 pasang sudu reaksi

b.Arah uap ke Pedestal

c.Jumlah 1 buah

2.Intermediate Pressure (IP) Turbin

IP Turbin mengekspansikan uap reheat dengan tekanan 39 kg/cm2dan temperatur 538oC, sedang uap keluarnya bertekanan 8 kg/cm2dan suhunya sekitar 330oC

Data IP Turbin:

a.Jumlah sudu : 12 pasang sudu reaksi

b.Arah ekspansi berkebalikan dengan HP Turbin

c.Jumlah 1 buah

3.Low Pressure (LP) Turbin

LP Turbin mengekspansikan uap bertekanan 8 kg/cm2dan temperatur 330oC, dan tekanan uap keluar dari LP Turbin pada tekanan 56 mmHg (Vaccum), kondisi vakum ini diciptakan di dalam kondenser dengan temperatur 40oC.

Data LP Turbin:

a.Jumlah sudu : 8 pasang per turbin

b.Arah ekspansi uap saling berlawanan

c.Jumlah : 1 buah

Komponen-komponen Turbin Uap

Komponen utama turbin uap:

1.Sudu-sudu turbin

PLTU Semarang memiliki sudu-sudu turbin yang terdiri dari satu tingkat impuls dan 14 tingkat reaksi tekanan tinggi, 12 reaksi pada tekanan menengah, 2 x 8 reaksi pada turbin tekanan rendah.

2.Sudu tetap dan sudu jalan turbin

Uap yang berasal dari boiler dialirkan melalui nozel. Karena adanya penyempitan pada aliran nozel, maka tekanan uap menurun dan kecepatannya bertambah. Sudu tetap mempunyai fungsi antara lain:

1)Untuk mengubah energi potensial menjadi energi kinetik

2)Untuk mengarahkan uap ke sudu jalan turbin

Nozel pada sudu tetap dipasang pada casing danfixed, sedangkan sudu jalan dipasang pada rotor turbin dan berputar jika dilalui uap. Sudu jalan berfungsi untuk mengubah energi kinetik uap menjadi energi mekanis. Jarak antara sudu-sudu jalan sangat kecil sekali kurang lebih 0,6 mikrometer.

3.Poros

Poros merupakan salah satu bagian dari turbin yang menjadikan rotor-rotor berbagai tingkat turbin menjadi satu kesatuan. Poros ini juga mentransmisikan torsi rotor turbin untuk memutar bagian dari rotor generator listrik.

4.Casing(Rumah Turbin)

Casingberfungsi untuk melindungi proses ekspansi uap oleh turbin agar tidak terjadi kebocoran dari dan kearah luar.

5.Katup-katup pengatur beban

Katup pengatur beban pada turbin disebut jugagovernorvalveyang mengatur jumlah aliran uap masuk ke turbin PLTU Semarang. Pembukaan dari tiap katup tergantung kebutuhan beban.

6. Bantalan aksial turbin

Aliran uap yang memutar turbin mengakibatkan turbin bergerak kearah aksial (searah sumbu). Jika gerakan kearah aksial ini melewati batas yang dizinkan, maka terjadilah gesekan antar rotor turbin dengan statornya. Jarak antara sudu tetap dan sudu jalan dibuat kecil sekali yang berguna untuk menghindari gesekan. Bantalan aksial ditempatkan pada bagian bantalan nomor 1 turbin (dekat dengan pedetsal) untuk memonitor gerakan ke arah aksial dan dilengkapi dengan minyak yang mengalir dan dipancarkan ke torak. Dengan bergeraknya torak ke arah aksial, maka tekanan minyak ini diteruskan ke rangkaian trip turbin. PLTU Semarang mempunyai batasan pada tekanan minyak 2,4 kg/cm2dan trip pada 5,6 kg/cm2.

7.Bantalan turbin

Untuk menumpu rotor turbin dengan satu silinder casing diperlukan bantalan utama(main bearing) sebanyak dua buah, sedangkan pada turbin yang mempunyai lebih dari satu silindercasingbantalannya lebih dari dua buah.

Peralatan Bantu Turbin Uap

Peralatan bantu turbin merupakan serangkaian sistem yang mendukungoperasi turbin agar dalam pengoperasiannya dapat berjalan dengan baik. Peralatan bantu turbin antara lain:

1.Sistem pelumasan

Fungsi sistem pelumasan turbin antara lain:

a.Mencegah korosi

b.Mencegah keausan pada bagian turbin yang bergerak

c.Sebagai pengangkut partikel kotor yang timbul karena gesekan

d.Sebagai pendingin terhadap panas yang timbul akibat gesekan

2. Sistem perapat/seal

Sistem perapat digunakan untuk mencegah kebocoran uap dari dalam turbin ke udara luar atau sebaliknya melewati kelenjar-kelenjar perapat (glandseal) sepanjang poros turbin.

3.Sistemturninggear

Turninggearmerupakan alat bantu turbin yang berfungsi mensukseskan operasi turbin pada saat start up dan shut down. Fungsiturninggearuntuk menghindari melengkungnya poros turbin terutama pada saat temperatur poros masih tinggi, ketika turbin baru saja shut down.Turninggeardigerakan oleh motor listrik AC yang memutar poros turbin 3 rpm. Dengan demikian terjadilah pendinginan yang merata untuk menghindari terjadinya defleksi (lendutan) poros.

4.Sistemgovernor

Governoradalah suatu alat pengatur putaran. Setiap turbin uap memerlukangovernor, baik turbin yang digunakan untuk menggerakan generator listrik, pompa air pengisi maupun menggerakan blower. Tipegovernoryang biasa digunakan yaitu elektronik dan hidrolik-mekanik.

5.Sistem proteksi

Sistem proteksi turbin merupakan serangkaian peralatan baik mekanis, hidrolis dan elektris yang dirancang mampu mengamankan operasi turbin dalam segala kondisi terburuk sekalipun.

6.Kondenser

Kondenser berfungsi untuk mengkondensasikan uap bekas menjadi uap air pengisi boiler, dimana uap bekas dari LP Turbin masuk ke kondenser melalui pipa-pipa kondensor yang di dalamnya berisi fluida kerja (biasanya berupa sea water atau fresh water)

SistemValvepada Turbin

Sistemvalvepada turbin berfungsi mengatur laju aliran uap ke dalam turbin. Sistemvalvedigerakkan olehservo valve actuatordan minyak hidrolik sebagai penggerakvalve.Valveturbin terdiri dari:

1.MSV (Main StopValve)

MSV merupakanvalveyang membuka dan menutup aliran uap utama (main steam) masuk ke HP Turbin. Pada saatstart up, MSV berfungsi mengatur laju aliran uap yang masuk ke HP Turbin dan juga sebagai proteksi saat turbintrip.

2. GV (GovernorValve)

GV bekerja setelah terjadinyavalvetransferdari MSV ke GV yang berfungsi mengatur laju aliran uap utama pada HP dan juga sebagai pengontrol beban (setelah disinkronisasi sampai beban normal).

3.RSV (Reheat StopValve)

RSV merupakanvalveyang membuka dan menutup aliran uapreheatyang masuk ke IP Turbin. Pada saatstart upRSV sudah dalam kondisi membuka penuh, jadi tidak berperan dalam pengaturan laju aliran uapreheatdan juga sebagai alat proteksi saat turbintrip.

4.ICV (InterceptorValve)

Pada saatstart up, ICV berperan seperti MSV yaitu mengatur aliran uapreheatpada IP Turbin.

Pengendalian Katup Uap Turbin

Salah satu hal yang juga sangat penting dalam pengontrolan turbin uap adalah pengaturan putarannya dengan mengatur prosentase buka tutup katup. Sistem katup uap (governorvalve) pada dasarnya mempunyai fungsi sebagai berikut:

a.Sebagai pengendali putaran turbin sebelumgenerator on line.

b.Sebagai pengendali setelah generator sinkron dengan jaringan lokal dimana unit sebagaimaster(island operator)

c. Sebagai pengendali beban yang dibangkitkangeneratorapabila generator sinkron dengan jaringan. Sistem pengatur ini bekerja berdasarkanspeed dropyang telah ditentukan untuk mengatur frekuensi jaringan.

d.Sebagai peralatan proteksi yang menjamin bekerjanya turbin dengan aman.

e. Sebagai sarana pengaturan secara jarak jauh dari pusat pengukur beban.

Fungsi-fungsitripyang telah kita bicarakan sebelumnya juga sangat berhubungan dengangovernorini karena ketika terjaditrip,governor-governoryang ada akan secara otomatis menutup laju uap yang menuju ke Turbin, sehingga turbin akan berhenti bekerja.Mekanisme pengendalian buka tutup katup dapat dilakukan sebagai berikut:1. Sistem pengendalian dengangovernormotorPada sistem ini pengaturan pembukaangovernorvalveselain diperintah oleh tekanan minyakgovernormotor, juga dipengaruhi oleh putaran turbin (frekuensi). Hal ini dapat terjadi karena tekanan minyakgovernormotor berhubungan dengan tekanan discharge impeller serta putaran turbin. Sistem pengaturan ini disebut juga freegovernoraction. Karena pembukaangovernordipengaruhi oleh perubahan frekuensi. Tekanan minyak padagovernordiatur olehservomotoryang dikerjakan oleh operator daricontrol room.2. Sistem pengendalian secara elektronikPada sistem ini pengaturangovernordilakukan secara hidraulik diperintahkan oleh suatu perangkat elektronik yang disebutelectro hydraulic converter.1. Sistem pengendalian denganload limitPegaturangovernor load limitadalah pengaturan pembukaan govenor yang hanya dikontrol oleh tekanan minyak.Load limitfrekuensi tidak bisa mempengaruhi pembukaangovernorvalve, kecuali jika terjadi tekanan frekuensi yang tinggi sehingga pengendalian minyak darigovernormotor akan menurunkan tekanan minyakPiping and instrumentation diagram

A schematical diagram showing piping, equipment and instrumentation connections within process units in oil refineries, petrochemical and chemical plants, natural gas processing plants, power plants, water treatment and other similar plants.

P&ID shows all of piping including the physical sequence of branches, reducers, valves, equipment, instrumentation andcontrol interlocks. The P&ID are used to operate the process system. A P&ID should include:

Instrumentation and designations

Mechanical equipment with names and numbers

All valves and their identifications

Process piping, sizes and identification

Miscellaneous - vents, drains, special fittings, sampling lines, reducers, increasers and swagers

Permanent start-up and flush lines

Flow directions

Interconnections references

Control inputs and outputs, interlocks

Interfaces for class changes

Seismic category

Quality level

Annunciation inputs

Computer control system input

Vendor and contractor interfaces

Identification of components and subsystems delivered by others

Intended physical sequence of the equipment

This figure depict a very small and simplified P&ID:

A P&ID should not include:

Instrument root valves

control relays

manual switches

equipment rating or capacity

primary instrument tubing and valves

pressure temperature and flow data

elbow, tees and similar standard fittings

extensive explanatory notes

A Process Flow Diagram - PFD - (or System Flow Diagram - SFD) shows therelationshipsbetween the major components in the system. PFD also tabulate process design values for the components in different operating modes, typical minimum, normal and maximum. A PFD does not show minor components, piping systems, piping ratings and designations.

A PFD should include:

Process Piping

Major equipment symbols, names and identification numbers

Control, valves and valves that affect operation of the system

Interconnection with other systems

Major bypass and recirculation lines

System ratings and operational values as minimum, normal and maximum flow, temperature and pressure

Composition of fluids

This figure depict a small and simplified PFD:

System Flow Diagrams should not include:

pipe class

pipe line numbers

minor bypass lines

isolation and shutoff valves, maintenance vents and drains relief and safety valve, code class information & seismic class information