i

Extendor Combustion System untuk Meningkatkan Efisiensi Termal

PLTG Batanghari

Knowledge Capturing

Disusun oleh:

Dedi Saputra (9013109ZY)

PT. PLN (Persero) Pembangkitan Sumatera Bagian Selatan

Sektor Pengendalian Pembangkitan Jambi

ii

HALAMAN PERSETUJUAN

Dengan ini menyatakan bahwa Knowledge Capturing dengan judul:

“Extendor Combustion System

Untuk Meningkatkan Efisiensi Termal

PLTG Batanghari”

Disusun oleh:

DEDI SAPUTRA

9013109ZY

Disetujui untuk mengikuti Knowledge Capturing

di PT. PLN (Persero) Pembangkitan Sumatera Bagian Selatan

Jambi, September 2017

PEMBIMBING

YULIANTO

NIP: 8510096Z

iii

HALAMAN PENGESAHAN

Dengan ini menyatakan bahwa Knowledge Capturing dengan judul:

“Extendor Combustion System

Untuk Meningkatkan Efisiensi Termal

PLTG Batanghari”

Disusun oleh:

DEDI SAPUTRA

9013109ZY

Disahkan sebagai Knowledge Capturing

di PT. PLN (Persero) Pembangkitan Sumatera Bagian Selatan

Jambi, September 2017

MANAJER

SEKTOR PENGENDALIAN PEMBANGKITAN JAMBI

DARYANTO

NIP: 76047201

iv

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, karena berkat rahmat dan

hidayah-Nya maka penulis dapat menyelesaikan tulisan Knowledge Capturing

dengan judul “Extendor Combustion System untuk Meningkatkan Efisiensi

Termal PLTG Batanghari”.

Pada kesempatan ini tak lupa kami menyampaikan terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Daryanto selaku Manajer Sektor Pengendalian Pembangkitan Jambi.

2. Bapak Irmansyah selaku Asisten Manajer Operasi dan Pemeliharaan.

3. Bapak Gusti Amirullah selaku Asisten Manajer Enjiniring.

4. Bapak Helmi selaku Asisten Manajer KSA.

5. Bapak Putu Yuri Aristya Perwana selaku Manajer PL Payo Selincah.

6. Bapak Hermansyah Sinaga selaku Narasumber Knowledge Capturing

7. Bapak Yulianto selaku Pembimbing Knowledge Capturing

8. Bapak Panji Arjanggi selaku PIC Proses KM Sektor Dalkit Jambi.

9. Rekan-rekan kerja yang berada di bawah naungan PT. PLN (Persero) Sektor

Pengendalian Pembangkitan Jambi yang banyak membantu dalam proses

pembuatan Knowledge Capturing ini.

Banyak hal dari tulisan ini yang masih membutuhkan kritik dan saran yang

sifatnya membangun, oleh karena itu penulis mengharapkan masukan untuk

menjadikan tulisan ini dapat berguna lebih baik lagi kedepannya dan penulis

berharap budaya Knowledge Capturing ini dapat continue dilaksanakan untuk

kemajuan PT PLN (Persero).

Jambi, September

2017

Penulis

v

DAFTAR ISI

Halaman

Judul ................................................................................................................. i

Halaman Persetujuan ...................................................................................... ii

Halaman Pengesahan ...................................................................................... iii

Kata Pengantar ................................................................................................. iv

Daftar Isi ........................................................................................................... v

Daftar Gambar ................................................................................................ vii

Daftar Tabel ..................................................................................................... viii

Abstrak ............................................................................................................. ix

BAB I Pendahuluan

1.1 Latar Belakang Masalah ................................................................ 1

1.2 Rumusan Masalah ........................................................................ 2

1.3 Manfaat Capturing ........................................................................ 2

1.4 Definisi Istilah .............................................................................. 3

BAB II Landasan Teori

2.1 Kerangka Teoritis .......................................................................... 6

2.2 Kerangka Pemikiran ..................................................................... 11

2.3 Hipotesis ...................................................................................... 13

BAB III Metode Penelitian

3.1 Subjek dan Objek ......................................................................... 14

3.2 Metode Pengumpulan Data ........................................................... 14

3.2.1 Metode Observasi ............................................................... 14

3.2.2 Metode Wawancara ............................................................ 14

3.2.3 Metode Literatur ................................................................. 14

3.3 Alat Penelitian ............................................................................... 15

3.4 Metode Analisis Data ................................................................... 15

vi

BAB IV Pembahasan

4.1 Perbandingan Eksisting dan Modifikasi Combustion System ....... 17

4.2 Keuntungan Extendor Combustion System ............................... 19

4.3 Break Even Point (BEP) ............................................................... 20

BAB V Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan .................................................................................. 21

5.2 Saran ............................................................................................ 21

Daftar Pustaka ................................................................................................. x

Biografi Narasumber ....................................................................................... xi

Biografi Penulis ................................................................................................ xii

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 PLTG Batanghari Jambi ................................................................. 6

Gambar 2.2 Siklus Combined Cycle .................................................................. 7

Gambar 2.3 Turbin Gas Siklus Terbuka ............................................................ 8

Gambar 2.4 Siklus Brayton Open Cycle ............................................................ 8

Gambar 2.5 Diagram P-v dan T-s ....................................................................... 9

Gambar 2.6 Upgrade Part Extendor Combustion System .............................. 11

Gambar 2.7 Transition Piece Modifications ...................................................... 12

Gambar 3.1 Siklus Pemeliharaan Periodik Eksisting Combustion System ......... 15

Gambar 3.2 Siklus Pemeliharaan Periodik setelah upgrade part Extendor

Combustion System ......................................................................... 16

Gambar 4.1 Modifikasi Extendor pada Combustion System ........................... 17

viii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Perbandingan material eksisiting dengan Extendor

Combustion System ........................................................................... 18

Tabel 4.2. Perbandingan Extendor Combustion System .................................. 19

Tabel 4.3. BEP Investasi Extendor Combustion System .................................. 20

ix

ABSTRAK

PLTG Batanghari merupakan sebuah pusat listrik tenaga gas yang beroperasi di

daerah Payo Selincah, Kota Jambi. Bermanufaktur General Electric tipe MS6001B

Frame 6, PLTG Batanghari memiliki daya terpasang sebesar 2 x 30 MW dengan

siklus pemeliharaan CI (Combustion Inspection) – HGPI (Hot Gas Path Inspection)

– CI (Combustion Inspection) – MI (Major Inspection) dengan selisih antar

pemeliharaan periodik selama 12000 jam operasi. Adapun tujuan dari penulisan

Knowledge Capturing ini adalah untuk meningkatkan efisiensi termal dan

melakukan upgrade part Combustion System untuk mengeliminasi CI (Combustion

Inspection) pada siklus pemeliharaan periodik PLTG Batanghari.

PLTG Batanghari mempunyai 10 ruang bakar (Combustion Chamber) yang

merupakan komponen utama dalam sistem pembakaran. Oleh sebab itu, kehandalan

Combustion System harus diperhitungkan dengan baik untuk menghasilkan siklus

pembakaran yang sempurna. Adapun metode penelitian yang dilakukan adalah

dengan melaksanakan studi lapangan (observasi) bersama tim operasi, pemeliharaan,

dan enjiniring mencakup perbandingan antara penggunaan eksisting combustion

system dengan upgrade part Extendor Combustion System, dimulai dari

pengambilan data performance test dan pemeriksaan Borescope Inspection terhadap

komponen ruang bakar sebelum dilakukan upgrade Combustion System.

Penggantian part Extendor Combustion System memiliki manfaat yang signifikan

terhadap performance PLTG Batanghari, terbukti dapat menghilangkan CI

(Combustion Inspection) pada siklus pemeliharaan periodik semenjak

diimplementasikan pada tahun 2014 hingga saat ini tidak terjadi permasalahan

terhadap kondisi dan performance ruang bakar dengan upgrade part Extendor

Combustion System. Selain itu juga meningkatkan Daya Mampu Netto (DMN)

PLTG Batanghari dari 27 MW menjadi 30 MW serta keuntungan secara finansial

sebesar Rp 103.115.019.277,- pada satu kali siklus pemeliharaan periodik selama 6

tahun per unit.

Keyword: PLTG, Extendor, Combustion System

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

PLTG Batanghari merupakan Pusat Listrik Tenaga Gas yang terletak

di daerah Kelurahan Payo Selincah, dibawah naungan Sektor Pengendalian

Pembangkitan Jambi. PLTG Batanghari direlokasi dari PLTG Pauh Limo

pada tahun 1996 dan mulai dioperasikan di Jambi pada tahun 1998,

memiliki manufaktur General Electric tipe MS6001B Frame 6, daya

terpasang sebesar 2 x 30 MW dengan siklus pemeliharaan CI (Combustion

Inspection) – HGPI (Hot Gas Path Inspection) – CI (Combustion

Inspection) – MI (Major Inspection) dan selisih antar pemeliharaan

periodik sebesar 9000 jam operasi dengan menggunakan bahan bakar HSD

(High Speed Diesel) serta base load sebesar 27 MW.

Pada tahun 2005, supply HSD untuk industri mulai terbatas serta

harga per liternya mencapai Rp 12.000,- saat itu Nilai SFC (Spesific Fuel

Consumption) PLTG Batanghari senilai 0,35-0,38 liter/KWh, jika

dikalikan harga per-KWh nya maka biaya operasional PLTG Batanghari

mencapai Rp 4.560,-/KWh. Karena mahalnya biaya operasional pada saat

itu serta keterbatasan suplai HSD untuk keperluan industry maka PT

Pertamina mulai membatasi pasokan suplai sekitar 350-600 KL per hari

dan masih harus diangkut dengan menggunakan transportasi darat.

PLTG Batanghari pernah melakukan tindakan menaikkan daya

mampu dengan instalasi Fogging System yang mengubah demin water

menjadi kabut dengan menggunakan pompa fogging dan diinjeksikan ke

dalam sisi intake compressor, saat itu daya mampu PLTG Batanghari bisa

mencapai maksimal 31 MW dengan syarat ambient temperature

pengoperasian fogging system harus diatas 31⁰C untuk mendapatkan

performa maksimal dari sistem pengabutan demin water. Akan tetapi

sistem pengabutan (fogging) masih kurang efisien untuk mencapai

temperatur tersebut karena aktual ambient temperature hanya 27-29⁰C

serta rasio perbandingan udara untuk pembakaran tidak seimbang, maka

dari itu PLTG Batanghari kembali merencanakan proyek gasifikasi

penggantian sistem bahan bakar dari HSD menjadi natural gas untuk

menjaga kehandalan operasional serta meningkatkan efisiensi unit

pembangkit.

2

Pada akhir tahun 2008, PLTG Batanghari selesai melaksanakan

pekerjaan gasifikasi dan pelaksanaan commissioning pertama kali dengan

menggunakan bahan bakar gas alam yang bersumber dari daerah Tempino

dengan pipa gas diameter 12 inci sepanjang 35 KM dibangun oleh PT.

EHK (Energasindo Heksa Karya) dengan tekanan di stasiun gas hingga

700 psi, namun tekanan yang masuk ke Modul Gas berdasarkan spesifikasi

engine PLTG Batanghari adalah sebesar 400 psi. Sejak pola operasi PLTG

Batanghari menggunakan bahan bakar gas, daya mampu bruto turun

menjadi 25 MW hingga 28 MW karena dibatasi oleh Exhaust gas

Temperature. Akan tetapi biaya operasional PLTG Batanghari menurun

drastis karena nilai SGC sebesar 0,013 MMSCF/KWh dan jika dikalikan

dengan harga per-KWh nya maka biaya operasional dengan menggunakan

natural gas sebesar Rp 1.720,-/KWh. Jadi, biaya produksi dengan

menggunakan bahan bakar gas jauh lebih rendah hingga 3 kali dari biaya

produksi dengan menggunakan bahan bakar HSD.

1.2 Rumusan Masalah

Setelah melaksanakan gasifikasi pada akhir tahun 2008 silam, PLTG

Batanghari mengalami penurunan performance dari daya terpasangnya

dikarenakan tingginya nilai kalor natural gas yang menyebabkan turbin gas

mengalami penurunan beban sekitar 25% menjadi 22 MW akibat tinggi

temperatur gas buang sehingga proteksi Exhaust Temperature Spread

bekerja untuk membatasi sistem pembakaran sehingga unit mengalami

derating operasional. Hal ini linear dengan naiknya nilai heat rate PLTG

Batanghari karena tidak dapat dioperasikan secara Full Load. Oleh karena

itu, diperlukan adanya pemikiran strategis yang dapat meningkatkan pola

operasi PLTG Batanghari serta mengurangi nilai heat rate yang

berpengaruh terhadap kinerja engine serta kinerja pegawai dari PT. PLN

(Persero) Sektor Pengendalian Pembangkitan Jambi itu sendiri dengan

pengaplikasian upgrade teknologi pada sistem pembakaran dengan part

Extendor Combustion System.

1.3 Manfaat Capturing

Penulisan Knowledge Capturing dengan tema “Extendor

Combustion System untuk Meningkatkan Efisiensi Termal PLTG

Batanghari” bertujuan untuk:

- Mengambil pengalaman spesifik dari narasumber yang kemudian

dituangkan dalam bentuk tulisan agar pengalaman tersebut bisa

diteruskan oleh pegawai baru.

3

- Menambah wawasan pembaca terhadap kondisi eksisting pembangkit

dengan mengadopsi kemajuan teknologi.

- Melakukan efisiensi pada pemeliharaan sistem pembakaran dan

komponen Combustion System.

1.4 Definisi Istilah

Adapun beberapa istilah yang digunakan pada Knowledge Capturing

ini antara lain:

Combustion System

» Sistem pembakaran pada turbin gas.

Combustion Chamber

» Bagian dari ruang bakar yang berfungsi untuk mengubah

energi tekanan menjadi energi panas melalui proses

pembakaran.

Combustion Liner

» Terdapat di dalam Combustion Chamber yang berfungsi

sebagai tempat berlangsungnya pembakaran.

Cross Fire Tube

» Bagian dari ruang bakar yang berfungsi untuk meratakan nyala

api pada semua Combustion Chamber.

Fuel Nozzle

» Berfungsi sebagai tempat masuknya bahan akar ke dalam

combustion liner.

Transition Piece

» Berfungsi untuk mengarahkan dan membentuk aliran gas panas

akar sesuai dengan ukuran nozzle dan sudu-sudu turbin gas.

Spark Plug

» Berfungsi memercikkan bunga api pada Combustion Chamber

sehingga campuran udara dan bahan bakar dapat terbakar.

Siklus Pemeliharaan Periodik

» Siklus pemeliharaan selama 6 tahun yang dimulai dari CI –

HGPI – CI – MI yang memiliki jarak pemeliharaan 12.000 jam.

Combustion Inspection (CI)

» Siklus pemeliharaan periodik selama 12.000 jam operasi turbin

yang fokus pada pemeliharaan Combustion System.

Hot Gas Path Inspection (HGPI)

» Siklus pemeliharaan periodik selama 24.000 jam operasi turbin

yang fokus pada pemeliharaan Hot Gas Path dan Combustion

System.

4

Major Inspection (MI)

» Siklus pemeliharaan periodik selama 48.000 jam operasi turbin

yang fokus pada pemeliharaan Compressor, Combustion, Hot

Gas Path hingga Exhaust System.

Borescope Inspection (BI)

» Siklus pemeliharaan 2.000 jam operasi turbin untuk

menganalisa kerusakan pada ruang bakar secara dini.

Natural Gas

» Gas Alam yang merupakan bahan bakar fosil yang terdiri dari

Metana CH4 untuk bahan bakar PLTG.

HSD (High Speed Diesel)

» Bahan bakar jenis solar yang memiliki angka cetane 45.

SFC (Specific Fuel Consumption)

» Rasio perbandingan total konsumsi bahan bakar HSD terhadap

daya listrik yang dibangkitkan.

SGC (Specific Gas Consumption)

» Rasio perbandingan total konsumsi bahan bakar gas terhadap

daya listrik yang dibangkitkan.

KWh (Kilo Watt per Hour)

» Sebuah satuan energi yang dikirim oleh peralatan listrik dalam

kilo watt per jam.

Simple Cycle

» Sebuah siklus turbin gas untuk membangkitkan tenaga listrik

yang berdiri sendiri.

Combined Cycle

» Siklus yang menggabungkan siklus Brayton pada PLTG

dengan siklus Rankine pada PLTU.

Exhaust Gas Temperature

» Temperatur gas buang hasil pembakaran yang menjadi

indikator proteksi terhadap kenaikan beban dan rasio bahan

bakar.

Creep Material

» Kemampuan material untuk menahan gaya tarik akibat tekanan

dan temperatur yang tinggi.

Wear Interfaces

» Kemampuan permukaan material untuk menahan gesekan

terhadap tekanan dan temperatur.

Thermal Stress

» Kemampuan material untuk menahan perbedaan muai termal

pada material multifase.

5

Lifetime Material

» Kemampuan material untuk bertahan dalam kondisi baik

berdasarkan referensi dari manual book untuk selanjutnya

dilaksanakan pemeliharaan.

Performance Test

» Pekerjaan pengujian performa unit pembangkit beban tertentu

dengan mencatat parameter-parameter utama untuk selanjutnya

dilakukan analisa dan perbandingan terhadap data

commissioning engine.

Base Load

» Kemampuan unit pembangkit untuk dioperasikan pada beban

maksimum.

Heat Rate

» Rasio perbandingan antara kalori bahan bakar terhadap daya

yang dibangkitkan.

Ambient Temperature

» Suhu lingkungan sekitar unit pembangkit.

Running Hours

» Jam operasional unit pembangkit yang dihitung mulai dari

pemeliharaan periodik Major Inspection sebagai angka 0.

Kajian Kelayakan Operasi (KKO)

» Sebuah kajian terhadap proyek yang akan diinvestasikan

dengan menghitung keuntungan dari biaya operasional yang

akan didapatkan.

Equivalent Availability Factor (EAF)

» Sebuah indikator kinerja yang menghitung ketersediaan unit

pembangkit untuk dapat dioperasikan.

Loss Production

» Nilai produksi daya yang tidak terbangkitkan akibat gangguan

atau adanya jadwal pemeliharaan yang membutuhkan

shutdown engine.

Break Even Poin (BEP)

» Titik impas dimana posisi jumlah pendapatan dan biaya

investasi sama atau seimbang.

Daya Mampu Netto (DMN)

» Kapasitas yang mampu dihasilkan oleh unit pembangkit yang

dapat dijual ke pembeli sebagai KWh transaksi.

6

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Kerangka Teoritis

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.

Gambar 2.1. PLTG Batanghari Jambi

Turbin gas digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik yang

berdiri sendiri (simple cycle) atau bergandengan dengan turbin uap

(combined cycle) pada sisi suhu tingginya. 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 Swiss National

Exhibition tahun 1939 di Zurich. Turbin gas yang dibangun antara tahun

1940-an hingga tahun 1950-an efisiensinya hanya sekitar 17%, hal ini

disebabkan oleh rendahnya efisiensi kompresor dan turbin dan suhu masuk

turbin yang rendah karena keterbatasan teknologi metalurgi pada saat itu.

7

Combined Cycle yang pertama kali dipasang pada tahun 1949 di Oklahoma

oleh General Electric menghasilkan daya 3,5 MW.

Sebelumnya, pembangkit daya ukuran besar berbahan bakar batu

bara ataupun bertenaga nuklir telah mendominasi pembangkitan tenaga

listrik. Tetapi saat ini turbin gas berbahan bakar natural gas yang telah

mendominasinya karena kemampuan start-up dan black start yang cepat,

efisiensi yang tinggi, biaya 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).

Gambar 2.2. Siklus Combined Cycle

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

gas dengan ciri perbandingan tekanan (pressure ratio) 13,5 psi

menghasilkan daya netto 135,7 MW dengan efisiensi termal 33% pada

simple cycle operation. Turbin gas terbaru yang dibuat General Electric

bersuhu masuk 1425⁰C (2600⁰F) menghasilkan daya hingga 282 MW

dengan efisiensi termal mencapai 39,5% pada simple cycle operation.

Bahan bakar minyak ringan seperti minyak diesel, minyak tanah,

minyak mesin jet, dan bahan bakar gas yang bersih (natural gas) 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.

8

Gambar 2.3. Turbin Gas Siklus Terbuka

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

melalui susunan sudu-sudu nozzle. Ekspansi ini menyebabkan sudu turbin

berputar yang kemudian memutar poros rotor turbin sehingga

menghasilkan teganan listrik dikumparan stator generator. Gas buang

(exhaust gas) yang meninggalkan turbin tidak digunakan kembali.

Gambar 2.4. Siklus Brayton Open Cycle

Turbin gas siklus terbuka (open cycle) dapat dibentuk menjadi turbin

gas siklus tertutup (close cycle) dengan menggunakan air-standard

assumptions. Proses kompresi dan ekspansi tetap sama, tetapi proses

pembuangan gas panas tekanan tetap ke udara luar diganti dengan proses

pendinginan.

Siklus ideal fluida kerja dalam siklus tertutup ini adalah siklus

Brayton, yang terdiri dari empat proses dalam internally reversible:

9

1 - 2 Kompresi isentropik (isentropic compression) di kompresor

2 - 3 Penambahan panas tekanan tetap (constant pressure heat

addition)

3 - 4 Ekspansi 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 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.

Proses seperti tersebut diatas merupakan siklus turbin gas yang

merupakan penerapan Siklus Brayton. Siklus tersebut dapat digambarkan

sebagai berikut:

Gambar 2.5. 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)

10

Kerja Kompresor (𝑊𝐶) = ℎ2 − ℎ1 = 𝐶𝑃(𝑇2 − 𝑇1)

• Langkah 2-3 : Udara bertekanan dari kompresor dicampur

dengan bahan bakar, terjadi reaksi pembakaran yang

menghasilkan gas panas (langkah pemberian panas)

Panas Masuk (𝑄𝐻) = ℎ3 − ℎ2 = 𝐶𝑃(𝑇3 − 𝑇2)

• Langkah 3-4 : Gas panas hasil pembakaran dialirkan untuk

memutar turbin (langkah ekspansi)

Kerja Turbin (𝑊𝑇) = ℎ3 − ℎ4 = 𝐶𝑃(𝑇3 − 𝑇4)

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

(langkah pembuangan)

Panas yang dibuang (𝑄𝐶) = ℎ4 − ℎ1 = 𝐶𝑃(𝑇4 − 𝑇1)

Salah satu kelemahan mesin turbin gas (PLTG) adalah efisiensi

termalnya yang rendah yaitu hanya sekitar 25-35%. Rendahnya efisiensi

turbin gas disebabkan karena banyaknya pembuangan energi panas pada

gas buang (exhaust gas temperature). Dalam usaha untuk menaikkan

efisiensi termal tersebut, maka telah dilakukan berbagai upaya sehingga

menghasilkan mesin siklus kombinasi seperti yang dapat kita jumpai saat

ini.

Efisiensi Turbin Gas:

𝜂 =𝑊𝑛𝑒𝑡

𝑄𝐻= 1 −

𝑄𝑐

𝑄ℎ= 1 −

1

𝑃2𝑃1

𝑘−1/𝑘

Dimana 𝑊𝑛𝑒𝑡 = kerja netto dari siklus

𝑊𝑛𝑒𝑡 = 𝑊𝑇 −𝑊𝐶

2.2 Kerangka Pemikiran

Gas Turbine tipe Heavy Duty GE Frame 6 memerlukan inspeksi berkala

pada Combustion System. Pada beberapa mesin, siklus pembakaran, jenis

bahan bakar yang digunakan dan jumlah air-uap yang dimasukkan adalah faktor

kunci dalam menentukan interval pemeriksaan pembakaran yang disarankan

11

karena faktor-faktor ini secara langsung mempengaruhi jumlah erosi lapisan

Thermal Barrier Coating (TBC), creep material, thermal stress dan keausan

pada komponen pembakaran. Extendor Combustion System dapat

meningkatkan interval pemeriksaan pembakaran dengan mengurangi komponen

ruang bakar secara signifikan dan mengurangi creep pada transition piece.

Gambar 2.6. Upgrade Part Extendor ™ Combustion System

Setiap Frame di GE memiliki sistem pembakaran yang berbeda-beda,

maka dari itu karakteristik operasi masing-masing sistem berbeda. Sistem

pembakaran memiliki diameter, panjang, dan dinamika yang berbeda dan setiap

equipment mengalami jumlah pemakaian yang bervariasi pada masing-masing

key wear interfaces. Sistem pembakaran yang berbeda ini mengharuskan setiap

sistem Extendor dirancang secara spesifik.

Meskipun setiap sistem Extendor akan menggunakan dasar teknik

pengurangan keausan yang sama, aktual konfigurasi perancangan yang

disertakan dalam setiap paket Extendor akan bervariasi dengan sistem

pembakaran yang lain.

Extendor menggabungkan teknologi dan fitur pakai yang dimaksudkan

untuk mengurangi keausan pada berbagai komponen sistem pembakaran.

Extendor dapat diterapkan pada komponen pembakaran dengan memodifikasi

hardware di authorized GE Service Center, dengan memiliki fitur Extendor

12

yang terpasang (atau "pra-diterapkan" ke) pada komponen combustion baru

selama proses manufacturing.

Extendor saat ini sedang diterapkan pada sejumlah komponen

pembakaran baru karena Extendor merupakan lapisan keras yang

dimaksudkan untuk mengurangi wear dan creep pada komponen sistem

pembakaran. Setelah pemasangan full Extendor package selesai, GE dapat

merekomendasikan perpanjangan interval pemeriksaan sistem pembakaran.

Extendor Combustion System dikembangkan untuk mengurangi efek

keausan pada key interfaces berikut:

- Liner Stops

- Fuel Nozzle Tip to Combustion Liner Fuel Nozzle Collar

- Tube Crossfire toCombustion Liner Tube Collar

- Combustion Liner Hula Seal toTransition Piece Forward Sleeve

- Transition Piece Forward Supports and Bracket

- Transisi Piece Aft Picture Frame Seal

Sistem CL-Extendor™ MS6001B mencakup modifikasi pada transition

piece yang dirancang untuk mengurangi creep. Transition piece creep adalah

deformasi dari body transition piece dekat aft frame (atau "pictue frame") yang

disebabkan oleh relaksasi material secara bertahap terhadap suhu dan tekanan.

Gambar 2.7 Transition Piece Modifications

MS6001B Standard Combustion Liner Extendor Combustion

System pada Frame 6B meliputi:

- Three liner stops with reduced clearances to ensure accurate

positioning on the combustion liner and flow sleeve.

13

- Coating applies on male stop liner & rivet and new material for

female stop flow sleeve

- Coating applies on the Fuel Gas Tips and the inner diameter of

liners

- Replacement of male cross-fire tubes

- Special wear coatings on hula seals and on the mating transition

piece inside surface

- Coating on the transition piece bullhorns

- The transition piece H-block in FSX 414

- Sacrificial Wear Strips in End-Frame Slots

- New Nimonic transition piece end-frame and Class B TBC applied to

the body

- New TP seals (Side and Inner & Outer Floating Seals)

2.3 Hipotesis

Pada kondisi sebelumnya PLTG Batanghari menggunakan bahan

bakar HSD mampu beroperasi pada beban maksimum namun sering terjadi

kerusakan pada material combustion system karena adanya kandungan air

dalam bahan bakar yang menyebabkan tingginya tingkat thermal stress

pada material sistem pembakaran. Untuk mengatasi hal tersebut, maka

dilakukan perubahan bahan bakar menggunakan natural gas namun masih

terdapat kendala derating operasional karena tingginya Exhaust Gas

Temperature dan perubahan nilai kalor bahan bakar. Untuk mengatasi hal

tersebut solusi yang akan dilakukan adalah upgrade pada Eksisting

Combustion System dengan mengadopsi teknologi baru menggunakan

Extendor Combustion System.

14

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Subjek dan Objek

Penulisan Knowledge Capturing dilakukan oleh penulis dengan

menentukan narasumber sebagai subjek observasi pengembangan tulisan.

Adapun objek yang ditentukan untuk topik Efisiensi Pembangkit Termal

adalah mengenai pengaplikasian teknologi Extendor Combustion System

untuk meningkatkan daya mampu PLTG Batanghari.

3.2 Metode Pengumpulan Data

Adapun metode yang dilakukan untuk pengumpulan data pembuatan

Knowledge Capturing ini adalah sebagai berikut:

3.2.1 Metode Observasi

Melaksanakan studi lapangan terhadap pengimplementasian

Extendor Combustion System pada turbin gas PLTG Batanghari

dengan menganalisa data-data pengujian dan performance test unit

pembangkit.

3.2.2 Metode Wawancara

Melaksanakan studi wawancara kepada narasumber yang akan

memasuki masa purnakarya di Sektor Pengendalian Pembangkitan

Jambi, khususnya di unit PLTG Batanghari terkait peningkatan

efisiensi PLTG Batanghari dimulai dari saat masih menggunaan

HSD sebagai bahan bakar utama hingga proses gasifikasi dan

upgrade part Extendor Combustion System.

3.2.3 Metode Literatur

Penulis melakukan studi literatur untuk mengumpulkan referensi

sebanyak-banyaknya baik dari handbook maupun datasheet di

internet terkait pengaplikasian upgrade part Extendor Combustion

System pada gas turbin bermanufaktur General Electric tipe

MS6001B Frame 6.

3.3 Alat Penelitian

15

Penulis memulai untuk melakukan penelitian terhadap efisiensi salah

satu pembangkit termal di Jambi yaitu PLTG Batanghari, dengan

melakukan beberapa kajian lapangan hingga mempelajari teknologi terbaru

dari Extendor Combustion System untuk diadopsi dan diimplementasikan

dalam rangka menaikkan daya mampu serta menurunkan heat rate di

PLTG Batanghari.

3.4 Metode Analisis Data

Pemeliharaan berkala pada ruang bakar (Combustion Part) sangat

diperlukan untuk kehandalan unit pembangkit terutama inspeksi setiap

2.000 jam operasi dengan melaksanakan pemeliharaan prediktif Borescope

Inspection. Selain itu, pemeliharaan rutin tahunan selama 12.000 jam

operasi juga harus dilaksanakan apabila Running Hours sudah tercapai.

Adapun interval pemeliharaan periodik eksisting PLTG Batanghari adalah

sebagai berikut:

Gambar 3.1. Siklus Pemeliharaan Periodik Eksisting Combustion System

Berdasarkan Kajian Kelayakan Operasi (KKO) pengadaan upgrade part

Extendor Combustion System, dengan melakukan modifikasi pada part

Combustion System GE merekomendasikan untuk mengeliminasi Combustion

Inspection (CI) dalam siklus pemeliharaan periodik PLTG Batanghari dengan

jaminan tidak terjadi kerusakan pada material ruang bakar selama 24.000 jam

operasi. Karena teknis Extendor adalah mengurangi komponen bakar dengan:

- Mengurangi pergerakan relatif antara komponen bakar.

- Mengurangi gaya dan getaran pada wear interfaces.

- Memberikan kontrol critical clearance pada wear interfaces.

- Menggunakan bahan yang tahan & terbukti telah dikembangkan GE.

Major Inspection (48000 Jam)

Combustion Inspection

(12000 jam)

Hot Gas Path Inspection

(24000 Jam)

Combustion Inspection

(36000 jam)

16

Gambar 3.2. Siklus Pemeliharaan Periodik Extendor Combustion System

Dari diagram diatas, dapat disimpulkan bahwa dengan melakukan

upgrade Extendor Combustion System bisa memperpanjang lifetime

pemeliharaan material ruang bakar dalam satu siklus pemeliharaan

periodik, hal ini secara langsung dapat meningkatkan kinerja EAF

(Equivalent Availability Factor) untuk ketersediaan suplai daya dari PLTG

Batanghari serta dapat mengurangi biaya pemeliharaan baik dari sisi

material maupun jasa.

BAB IV

PEMBAHASAN

Major Inspection (48000 Jam)

Hot Gas Path Inspection

(24000 Jam)

17

4.1 Perbandingan Eksisting dan Modifikasi Combustion System

Komponen ruang bakar yang terpasang sebelumnya di PLTG Batanghari

merupakan equipment eksisting dari engine yang tidak dapat dilakukan

modifikasi, oleh karena itu General Electric mengeluarkan teknologi terbaru

untuk memaksimalkan kinerja ruang bakar dengan melakukan modifikasi

pada beberapa item, antara lain:

- Liner stops

- Fuel Nozzle Tip to Combustion Liner Fuel Nozzle Collar.

- Combustion Liner Hula Seal to Transition Piece Forward Sleeve

- Transition Piece Forward Supports Bracket

- Transition Piece Aft Picture Frame Seal

Gambar 4.1 Modifikasi Extendor pada Combustion System

No Equipment Ekstisting

Combustion System

Extendor

Combustion System

18

Tabel 4.1 Perbandingan material eksisiting dengan Extendor Combustion System

4.2 Keuntungan Extendor Combustion System

Extendor Combustion System terpasang di PLTG Batanghari #1 pada

bulan Januari tahun 2014 saat pemeliharaan Combustion Inspection Plus

1. Fuel Nozzle

Tips

2. Liner Stop

System

3 Liner hula seal

to transition

piece

4. Transition piece

forward support

5. Transition piece

seal frame

6. Liner and flow

sleeve

7. Transition

Piece

8. Cross Fire

Tubes

19

(CI+), sedangkan di PLTG Batanghari #2 terpasang pada bulan November

tahun 2014 saat Hot Gas Path Inspection Plus (HGPI+) dengan

membutuhkan waktu selama 7 hari pekerjaan upgrade part Combustion

System

Berdasarkan hasil penelitian dari penerapan Extendor™ Combustion

System di dua unit PLTG Batanghari, maka didapatkan beberapa manfaat

yang sangat signifikan, antara lain:

Tabel 4.2. Perbandingan Upgrade Extendor Combustion System

Berdasarkan tabel diatas, dapat kita lihat bahwa keuntungan yang

didapat dari investasi upgrade part Extendor Combustion System di

PLTG Batanghari menunjukkan angka yang sangat besar. Selain itu,

kembalinya daya mampu menjadi 30 MW yang hingga saat ini masih

berkelanjutan merupakan suatu keberhasilan yang sangat baik dalam

menjaga kehandalan unit pembangkit.

4.3 Break Even Point (BEP)

No Kriteria Sebelum

Extendor

Setelah Extendor

Keuntungan

(Rupiah)

1. Siklus Pemeliharaan

Periodik

MI – CI – HGPI – CI

(per 12.000 jam)

MI – HGPI

(per 24.000 jam) -

2. Produksi Daya yang

tidak terbangkitkan

(Loss Production)

Stop 28 hari untuk CI

(-20.072.640 KWh

per 6 tahun)

Ketersedian

20.072.640 KWh

per 6 tahun

Rp 20.534.310.720,-

3. Biaya Pokok

Pemeliharaan

Rp 1.986.655.705,-

per CI

2 kali tidak

dilaksanakan CI Rp 3.973.311.410,-

4. Daya Mampu Bruto 27 – 28 MW

(2008 – 2014)

30 - 31 MW

(2014 – sekarang) Rp 96.233.220.247,-

5. Biaya Investasi (Upgrade Part Extendor Combustion System) Rp 17.625.823.100.-

Savings Rp 103.115.019.277

per satu kali siklus

periodik / unit

20

Tabel 4.3. BEP Investasi Extendor Combustion System

Dari data di atas terlihat pengembalian biaya investasi / Break Even

Point (BEP) untuk upgrade part Extendor Combustion System tidak terlalu

lama. Biaya investasi sebesar 17 Miliar Rupiah dapat dicapai nilai Break

Even Point (BEP) hanya dengan waktu 45 hari pola operasi Base Load.

No. Kriteria Tahun 2014

Nilai Rupiah Januari Februari

1. Benefit of Production Rp 8.696.461.024 Rp 17.554.256.851 Rp 26.250.717.875,-

2. Investment Cost - - Rp 17.625.823.100,-

Break Even Point (BEP) 45 hari

21

BAB V

KESIMPULAN & SARAN

5.1 Kesimpulan

Implementasi upgrade part Extendor Combustion System pada

ruang bakar PLTG Batanghari memberikan keuntungan yang sangat baik

untuk kehandalan dan efisiensi, terbukti sejak terpasang pada tahun 2014

lalu Extendor tersebut dapat mengeliminasi dua kali pemeliharaan

12.000 jam Combustion Inspection (CI) dalam satu siklus pemeliharaan

periodik.

Kenaikan kinerja PLTG Batanghari juga dibuktikan dengan nilai

Daya Mampu Netto (DMN) yang naik dari 28,5 MW menjadi 29,8 MW

berdasarkan data kinerja tahun 2014. Selain itu, dengan nilai investasi

Extendor Combustion System sebesar Rp 17.625.823.100,- jika

dibandingkan dengan penghapusan Pemeliharaan CI dalam satu kali siklus

pemeliharaan periodik selama 6 tahun maka didapat keuntungan sebesar

Rp 103.115.019.277,- dari penghematan biaya pokok pemeliharaan dan

peningkatan produksi daya yang terbangkitkan.

Dengan adanya Knowledge Capturing terhadap efisiensi PLTG

Batanghari dari awal pengoperasian menggunakan HSD hingga saat ini

menggunakan bahan bakar natural gas dengan part combustion yang

sudah di-upgrade ke Extendor Combustion System, dapat kita simpulkan

bahwa Knowledge Capturing bermanfaat bagi pegawai baru dalam

mencari pengalaman untuk meningkatkan pengetahuan tentang efisiensi

termal unit PLTG Batanghari.

5.2 Saran

- Penulis berharap budaya Knowledge Capturing dapat terus

diterapkan secara berkelanjutan di lingkungan PLN KITSBS.

- Penulis berharap tulisan ini dapat bermanfaat bagi pembaca untuk

menentukan langkah investasi yang baik agar meningkatkan

kehandalan unit khususnya permasalahan daya mampu pada PLTG.

- Penulis merekomendasikan bahwa Pembangkit Listrik Tenaga Gas

(PLTG) yang bermanufaktur General Electric Frame 6B dan 9E

dapat mengaplikasikan upgrade part Extendor Combustion System

karena sudah terbukti meningkatkan efisiensi dan kehandalan di

PLTG Batanghari sejak diimplementasikan pada tahun 2014 hingga

sekarang.

x

DAFTAR PUSTAKA

- GE Oil & Gas, Extendor Combustion System

- GE Energy Services, FR1V - Extendor™ Combustion System - Retrofit

Package

- GE Energy, 6B & 9E Extendor & Performance Uprates – Maximize

Productivity with Advanced Technology

- GE Energy, CL-Extendor* Combustion System for Frame 6B

- GE Industrial & Power Systems, Inspection and Maintenance Instructions

for MS6001B Gas Turbines

- Turbine Services, Combustion Inspection Elimination Kit

xi

BIOGRAFI NARASUMBER

1. Data Personal

Nama : Hermansyah Sinaga

NIP : 625251B

TTL : Pematang Siantar, 12 Juni 1962

Alamat : Jln. Ahmad Hasyim No. 81 RT 03 Kel. Eka Jaya, Kota Jambi 31701

Status : Kawin, 1 Istri 4 Anak

Jabatan : Analyst Kinerja

2. Perjalanan Karir dari awal masuk PLN sampai dengan saat ini

Saya masuk PLN itu tahun 1985 pada Pengaturan Teknik II pada PT PLN

(Persero) Wilayah IV, tahun 1994 sebagai Teknisi Utama I di PLTD Payo

Selincah, saat itu masih dibawah Sektor Pembangkitan Keramasan, KITLUR

Sumbagsel, tahun 2001 menjadi Kepala Unit PLTD Kasang, dan tahun 2005

sebagai Kepala PLTD/G Payo Selincah dan tahun 2007 sebagai Manajer

PLTD/G Jambi yang hingga saat ini masih beroperasi handal di 2 x 30 MW.

Pada tahun 2008 saya mendapat tantangan baru untuk mengelola Operasional

dan Pemeliharaan PLTU Bukit Asam selama 3 tahun hingga saya kembali

dipindahkan ke bagian Engineer Pembinaan Pemeliharaan PLTU di KITSBS

dan aktif menjadi juri pada rangkaian acara Knowledge Management. Terakhir

tahun 2016 saya kembali ke Jambi sebagai Analyst Kinerja sampai dengan

sekarang.

Adapun Pemeliharaan yang pernah diikuti:

- Satu siklus Pemeliharaan Periodik PLTD (TO – SO – MO)

- Satu siklus Pemeliharaan Periodik PLTG (CI – HPGI – CI - MI)

- Satu siklus Pemeliharaan Periodik PLTU (SI – ME – SI - SE)

xii

BIOGRAFI PENULIS

1. Data Personal

Nama : Dedi Saputra

NIP : 9013109ZY

TTL : Curup, 18 Januari 1990

Alamat : Perumahan Arsenal Estate Blok E No 35, Kebun Handil, Kota

Jambi

Status : Kawin, 1 Istri 1 Anak

Jabatan : JTC Pemeliharaan Listrik

2. Perjalanan Karir dari awal masuk PLN sampai dengan saat ini

Penulis memulai karir di PLN sebagai siswa OJT (On the Job Training) pada

Juli tahun 2012 yang ditempatkan di PLTD/G Teluk Lembu, Sektor

Pembangkitan Pekanbaru. Mulai diangkat menjadi pegawai tetap PT. PLN

(Persero) pada 1 Januari 2013 dan ditempatkan di PLTD/G Payo Selincah,

Sektor Pembangkitan Jambi sebagai Junior Engineer Pemeliharaan Kontrol &

Instrumen PLTG Batanghari, sejak saat itu penulis sudah mengikuti berbagai

kegiatan pemeliharaan di PLTD Payo Selincah, PLTG Batanghari dan PLTMG

Sei Gelam dimana ketiga pembangkit ini beroperasi dibawah naungan Sektor

Pengendalian Pembangkitan Jambi. Adapun pemeliharaan yang pernah diikuti

antara lain:

- TO (Top Overhaul) PLTD Payo Selincah #4

- MO (Major Overhaul) PLTD Payo Selincah #5

- TO (Top Overhaul) PLTD Payo Selincah #6

- MO (Major Overhaul) PLTD Payo Selincah #7)

- CI (Combustion Inspection) PLTG Batanghari #2

- CI+ (Combustion Inspection Plus) PLTG Batanghari #1

- HGPI+ (Hot Gas Path Inspection Plus) PLTG Batanghari #2

- MI (Major Inspection) PLTG Batanghari #1

- TO (Top Overhaul) PLTMG Sei Gelam #6