PERHITUNGAN UJUK KERJA TURBIN GAS SOLAR SATURN PADA UNIT...
Transcript of PERHITUNGAN UJUK KERJA TURBIN GAS SOLAR SATURN PADA UNIT...
Oleh :
Diana Kumara Dewi
NRP. 2111 030 008
TUGAS AKHIR
TM 0340
PROGRAM STUDI D3 TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
PERHITUNGAN UJUK KERJA
TURBIN GAS SOLAR SATURN
PADA UNIT PEMBANGKIT DAYA
JOINT OPERATING BODY PERTAMINA β PETROCHINA EAST JAVA (JOB P-PEJ)
1
2
KESIMPULAN MAINTENANCE PEMBAHASAN METODOLOGI DASAR TEORI PENDAHULUAN LATAR
BELAKANG
3
Kebutuhan energi di dunia semakin lama semakin besar
Indonesia masih menggunakan pembangkit daya dengan bahan bakar fosil
Bahan bakar fosil (batu bara) semakin lama semakin menipis
Turbin gas merupakan teknologi yang belum penuh diterapkan di Indonesia dalam skala besar
Perawatan Turbin gas jauh lebih mudah dibanding turbin uap
PEMBAHASAN METODOLOGI DASAR TEORI LATAR
BELAKANG MAINTENANCE KESIMPULAN PENDAHULUAN
Bagaimanakah prinsip kerja dari turbin gas?
Apa sajakah komponen-komponen yang terdapat dalam turbin gas?
Bagaimanakah menghitung performa dari tubin gas?
Apa saja yang harus dilakukan untuk perawatan turbin gas?
4
LAMPIRAN KESIMPULAN PEMBAHASAN METODOLOGI DASAR TEORI LATAR
BELAKANG PENDAHULUAN
5
Dapat menjelaskan prinsip kerja turbin gas
Mengetahui komponen-komponen beserta fungsinya pada turbin gas
Dapat menghitung performa atau unjuk kerja turbin gas
Mengetahui maintenance atau perawatan pada turbin gas
LAMPIRAN KESIMPULAN PEMBAHASAN METODOLOGI DASAR TEORI LATAR
BELAKANG PENDAHULUAN
6
β’ Pengambilan data dilakukan di JOB P-PEJ Tuban, Jawa Timur
β’ Turbin gas yang dianalisa adalah turbin gas SOLAR SATURN dengan kompresor dan turbin tipe aksial
β’ Semua perpindahan panas dapat di abaikan
KESIMPULAN MAINTENANCE PEMBAHASAN METODOLOGI LATAR
BELAKANG PENDAHULUAN DASAR TEORI
Turbin gas merupakan suatu pesawat yang
mengkonversi energi fluida menjadi energi
mekanik berupa daya mesin.
Fluida yang berenergi tinggi berasal dari
pembakaran bahan bakar
7
KSIMPULAN MAINTENANCE PEMBAHASAN METODOLOGI LATAR
BELAKANG PENDAHULUAN DASAR TEORI
8
KESIMPULAN MAINTENANCE PEMBAHASAN METODOLOGI LATAR
BELAKANG PENDAHULUAN DASAR TEORI
Skema turbin gas
9
10
GENERATOR
TURBIN
RUANG BAKAR
KOMPRESOR
11 ANIMASI GAS TURBINE
KESIMPULAN MAINTENANCE PEMBAHASAN METODOLOGI LATAR
BELAKANG PENDAHULUAN DASAR TEORI
Komponen turbin gas
Compressor Section
β’ Memampatkan udara
β’ Menaikkan temperatur dan tekanan udara
Combustion Section
β’ Bahan bakar (natural gas) disemprotkan
β’ Bahan bakar kemudian dibakar bersamaan dengan udara yang telah dikompresi
Turbine Section
β’ Gas panas (flue gasses) dari combustor dikonversikan menjadi putaran turbin (kerja)
β’ Menggerakkan kompresor dan beban eksternal (generator) 12
KESIMPULAN MAINTENANCE PEMBAHASAN METODOLOGI LATAR
BELAKANG PENDAHULUAN DASAR TEORI
Klasifikasi Turbin Gas
Turbin Gas
Siklus Kerja
Terbuka Tertutup Combined Cycle
(gabungan)
Susunan Poros
Single shaft
(poros tunggal)
Double shaft
(poros ganda)
Twin spool
Split shaft
13
KESIMPULAN MAINTENANCE PEMBAHASAN METODOLOGI LATAR
BELAKANG PENDAHULUAN DASAR TEORI
β’ Siklus Kerja : β Open Cycle
β Closed Cycle
β Combined Cycle
Opened Cycle
C GT
RB
Fuel
Air Gas
G
Closed Cycle
C GT
RB
HE
Gas in
Shaft G
Gas out
KLASIFIKASI
14
KESIMPULAN MAINTENANCE PEMBAHASAN METODOLOGI LATAR
BELAKANG PENDAHULUAN DASAR TEORI
C = Compressor
RB = Ruang Bakar
TG = Gas Turbine
G = Generator
HE = Heat Exchanger
CD = Condensor
P = Pump
B = Boiler
ST = Steam turbine Combined Cycle
C GT
RB
HE
Gas in Shaft
G
Gas out
ST
B
P
G
Water
CD
15
KESIMPULAN MAINTENANCE PEMBAHASAN METODOLOGI LATAR
BELAKANG PENDAHULUAN DASAR TEORI
Poros Tunggal
C GT
RB
Fuel
Air Gas
G
Poros Ganda
Gas Air
C
RB
LT HT G
Susunan Poros :
16
KESIMPULAN MAINTENANCE PEMBAHASAN METODOLOGI LATAR
BELAKANG PENDAHULUAN DASAR TEORI
Twin Spool
Gas Air
LC LT HT G
RB
HC
Poros Split
Gas Air
LC LT
HT
G
RB
HC
17
KESIMPULAN MAINTENANCE PEMBAHASAN LATAR
BELAKANG PENDAHULUAN DASAR TEORI METODOLOGI
18
KESIMPULAN MAINTENANCE METODOLOGI PEMBAHASAN DASAR TEORI PENDAHULUAN LATAR
BELAKANG
No Data Nilai Unit
1 Tekanan Atmosfer (P1) 101325 Pa
2 Temperatur Ambient (T1) 306,11 K
3 Tekanan Keluar Kompresor (P2) 63,5 Psig
4 Temperatur masuk Turbin (T3) 755,22 K
5 Temperatur keluar Turbin (T4) 635,22 K
6 Specific Gravity (SG) bahan bakar 1,08865
7 Kapasitas masuk bahan bakar (Qin) 849 MSCFD
8 GHV bahan bakar 1149,72634 BTU/ft3
DATA YANG DIKETAHUI
19
KESIMPULAN MAINTENANCE METODOLOGI PEMBAHASAN DASAR TEORI PENDAHULUAN LATAR
BELAKANG
Mencari nilai eksponen politropis (n) dengan asumsi efisiensi kompresi (πΌπ) = 0,7 dan k = 1,4 π β 1
π ππ=
π β 1
π
π β 1
π =
π β 1
π (ππ)
π β 1
π =
1,4 β 1
1,4 (0,7)
π β 1
π = 0,285714285 0,7
π β 1
π = 0,2
π β 1 = 0,2 π π β 0,2 π = 1 0,8 π = 1 π = 0,8β1 π = 1,25
Mencari nilai kompresibilitas (Z) dari buku βCompresors : seclection and sizing, 3rd editionβ oleh Royce N. Brown ; 2005 dengan nilai temperatur kritis (Tc) sebesar 548 Β°R dan
nilai tekanan kritis (Pc) = 1073 ππ
ππ2
Nilai Tc dan Pc tersebut kemudian dikonversikan menjadi satuan SI maka,
ππ = 304,4688 πΎ
ππ = 1073 ππ
ππ2 Γ
4,448 π
1 ππ Γ
1 ππ2
0,0254 π 2
ππ = 7397705,995 π
π2
ππ = 7397705,995 ππ
Menghitung Kerja Kompresor
20
KESIMPULAN MAINTENANCE METODOLOGI PEMBAHASAN DASAR TEORI PENDAHULUAN LATAR
BELAKANG
Menghitung Kerja Kompresor
Nilai Temperatur Keluar Kompresor (T2)
π2 = π1 πππβ1π
π2 = π1 π2
π1
πβ1
π
π2 = 306,11 πΎ 5,3213816931,25β11,25
π2 = 427,6539536 πΎ
Maka dapat diketahui pressure reduce (Pr) dan temperature reduce (Tr)
ππ = π2ππ
= 427,6539536 πΎ
304,4688 πΎ= 1,4045904
= 1,40
ππ = π2ππ
= 539189 ππ
7397705,995 ππ= 0,072885973
= 0,07
21
KESIMPULAN MAINTENANCE METODOLOGI PEMBAHASAN DASAR TEORI PENDAHULUAN LATAR
BELAKANG
ππ = 1,4045904 = 1,40
ππ = 0,072885973 = 0,07
Dari Appendix B-24 (Royce N. Brown) dengan Pr = 0,07 dan Tr = 1,40 maka didapatkan Z = 0,992
22
KESIMPULAN MAINTENANCE METODOLOGI PEMBAHASAN DASAR TEORI PENDAHULUAN LATAR
BELAKANG
Mencari Kerja Kompresor
π πΆ = π π π
π β 1 π π π1 ππ
πβ1π β 1
π πΆ = 5,8 πΎπ
π Γ
1,25
1,25 β 1 Γ 0,992 Γ 286,9
π½ πΎπ
πΎ Γ 306,11 πΎ 5,321381693
1,25β11,25 β 1
π πΆ = 1.003.085,767 π½
π
π πΆ = 1.003,085767 πΎπ½
π
π πΆ = 1.003,085767 πΎπ
23
KESIMPULAN MAINTENANCE METODOLOGI PEMBAHASAN DASAR TEORI PENDAHULUAN LATAR
BELAKANG
Menghitung Kerja Turbin
Nama Gas Jumlah Satuan Kandungan Nilai Cp
standar
Methane (CH4) 38,229 % mole 63,80 % 2,22 πΎπ½
πΎπ πΎ
Propane (C3H6) 8,342 % mole 13,92 % 1,5 πΎπ½
πΎπ πΎ
Butane (C4H10) 8,025 % mole 13,39 % 1,67 πΎπ½
πΎπ πΎ
Ethane (C2H6) 5,318 % mole 8,87 % 1,75 πΎπ½
πΎπ πΎ
DATA GAS YANG DIKETAHUI
24
LATAR BELAKANG
KESIMPULAN PENDAHULUAN MAINTENANCE METODOLOGI DASAR TEORI PEMBAHASAN
Methane (CH4) = 63,80
100 Γ 2,22 = 1,4162
ππ½
πΎπ πΎ
Propane (C3H6) = 13,92
100 Γ 1,5 = 0,2088
ππ½
πΎπ πΎ
Butane (C4H10) = 13,39
100 Γ 1,67 = 0,2237
ππ½
πΎπ πΎ
Ethane (C2H6) = 8,87
100 Γ 1,75 = 0,7553
ππ½
πΎπ πΎ
πΆπ = 1,4162 + 0,2088 + 0,2237 + 0,7553ππ½
πΎπ πΎ
πΆπ = 2,0042 ππ½
πΎπ πΎ
NILAI CP (specific heat pada tekanan konstan)
Menghitung Kerja Turbin
25
26
LATAR BELAKANG
KESIMPULAN PENDAHULUAN MAINTENANCE METODOLOGI DASAR TEORI PEMBAHASAN
Perhitungan Massa Jenis (π) Bahan Bakar Gas Fuel Pressure = 168 psig dan Tf inlet = 106 Β°F, dalam satuan SI : Pf gas = 168 psig Pf gas = 168 psig + 14,7 psi (atm) Pf gas = 182,7 psia Pf gas = 182,7 psia = 1259672,14 Pa Tf inlet = 106 Β°F = 314,11 K
Menghitung Kerja Turbin
Perhitungan Massa jenis bahan bakar pada kondisi standar (πππ)
πππ = ππΊπ Γ ππππ π π‘πππππ
πππ = 1,08865 Γ 1,225 πΎπ
π3
πππ = 1,33359625 πΎπ
π3
Perhitungan Massa jenis bahan bakar (ππ) pada tekanan 168 psig
π0
πππ Γ π0=
π1ππ Γ ππ πππππ‘
101.325 ππ
1,33359625 πΎππ3 Γ 288 πΎ
= 1259672,14 ππ
ππ Γ 314,11 πΎ
ππ = 1259672,14 ππ Γ 1,33359625
πΎππ3 Γ 288 πΎ
101325 ππ Γ 314,11 πΎ
ππ = 15,20113452 πΎπ
π3
27
LATAR BELAKANG
KESIMPULAN PENDAHULUAN MAINTENANCE METODOLOGI DASAR TEORI PEMBAHASAN
Perhitungan Kapasitas Bahan Bakar (Qf) pada tekanan 168 psig
ππ β π ππ
= ππ β π
ππ
101325 ππ Γ 9,826388889 ππ‘3
π 288 πΎ
= 1259672,14 Pa Γ β π
314,11 πΎ
β π=101325 ππ Γ 9,826388889
ππ‘3
π Γ 314,11 πΎ
1259672,14 Pa Γ 288 πΎ
β π= 0,862069561 ππ‘3
π
Menghitung Kerja Turbin
Perhitungan Laju aliran massa bahan bakar (π π)
π π = ππ Γ ππ
π π = 15,20113452 πΎπ
π3 Γ 0,862069561 ππ‘3
π Γ
0,30483 π3
1 ππ‘3
π π = 0,371076286 ππ
π
28
LATAR BELAKANG
KESIMPULAN PENDAHULUAN MAINTENANCE METODOLOGI DASAR TEORI PEMBAHASAN
π π = π π + π π πΆπ π3 β π4
π π = 5,8 + 0,371076286 ππ
π Γ 2,0042
ππ½
πΎπ πΎ Γ 755,22 β 635,22 πΎ
π π = 1484,168531 ππ½
π
π π = 1484,168531 πΎπ
Menghitung Kerja Turbin
29
LATAR BELAKANG
KESIMPULAN PENDAHULUAN MAINTENANCE METODOLOGI DASAR TEORI PEMBAHASAN
π ππ = π π πΊπ»π
ππ
π ππ = 0,371076286 ππ
π 1149,72634
π΅π‘π’
ππ‘3 Γ
1 π3
15,20113452 ππ Γ
1 ππ‘3
0,30483 π3
Γ 1,055 ππ½
1 π΅π‘π’
π ππ = 1045,657025 ππ½
π
π ππ = 1045,657025 πΎπ
Menghitung Kapasitas Masuk Bahan Bakar
π΄πΉπ = π ππ π
π΄πΉπ = 5,8
πππ
0,371076286 πππ
π΄πΉπ = 15,3020926
30
LATAR BELAKANG
KESIMPULAN PENDAHULUAN MAINTENANCE METODOLOGI DASAR TEORI PEMBAHASAN
Perhitungan Efisiensi Siklus πΌπ
ππ = π πππ‘π‘
π ππ Γ 100 %
ππ = π π β π πΆ
π ππ Γ 100 %
ππ = (1484,168531 πΎπ β 1003,085767 πΎπ)
1045,657025 πΎπ Γ 100 %
ππ = 0,460077016 Γ 100 % ππ = 46 %
31
LATAR BELAKANG
KESIMPULAN PENDAHULUAN MAINTENANCE METODOLOGI DASAR TEORI PEMBAHASAN
Perhitungan Efisiensi Turbin (πΌπ»)
daya generator π πΊ = 390 KW
ππ = π πΊ
π πππ‘π‘ Γ 100 %
ππ = π πΊ
π π β π πΆΓ 100 %
ππ = 390 πΎπ
(1484,168531 πΎπ β 1003,085767 πΎπ) Γ 100 %
ππ = 0,810671321 Γ 100 % ππ = 81,06 %
32
STOKIOMETRI KANDUNGAN GAS DALAM
BAHAN BAKAR
CH4 + 2 O2 βΆ CO2 + 2 H2O
Pada 1 kg bahan bakar Methana (CH4) untuk terbakar sempurna
dibutuhkan 2 kg Oksigen. Maka udara yang dibuthkan sebesar :
Air = (2 x 4,774) kg
= 9,5483 kg
C2H6 + 3,5 O2 βΆ 2 CO2 + 3 H2O
Pada 1 kg bahan bakar Etana (C2H6) untuk terbakar sempurna
dibutuhkan 2 kg Oksigen. Maka udara yang dibuthkan sebesar :
Air = (3,5 x 4,774) kg
= 16,70 kg
33
STOKIOMETRI KANDUNGAN GAS DALAM
BAHAN BAKAR
C3H8 + 5 O2 βΆ 3 CO2 + 4 H2O
Pada 1 kg bahan bakar Propana (C3H8) untuk terbakar sempurna
dibutuhkan 2 kg Oksigen. Maka udara yang dibuthkan sebesar :
Air = (5 x 4,774) kg
= 23,870 kg
C4H10 + 6,5 O2 βΆ 4 CO2 + 5 H2O
Pada 1 kg bahan bakar Butana (C4H10) untuk terbakar sempurna
dibutuhkan 2 kg Oksigen. Maka udara yang dibuthkan sebesar :
Air = (6,5 x 4,774) kg
= 31,032 kg
34
LATAR BELAKANG
KESIMPULAN PENDAHULUAN MAINTENANCE DASAR TEORI METODOLOGI PEMBAHASAN
Nama Gas Jumlah Udara
(1 kg Bahan Bakar) Presentase Mole
Jumlah
Udara
Methane (CH4) 9,5483 kg 63,82 % 6,0918
Ethane (C2H6) 16,70 kg 8,87 % 1,48129
Propane (C3H6) 23,870 kg 13,92 % 3,32270
Butane (C4H10) 31,032 kg 13,39 % 4,15518
TOTAL 15,05097
35
Presentase total = 15,05097 x 100%
= 1,505097 %
Perhitungan Excess Air
% πΈπ₯πππ π π΄ππ = % π2
20,946 β % π2
% πΈπ₯πππ π π΄ππ = 1,505097 %
20,946 β 1,505097 %
% πΈπ₯πππ π π΄ππ = 7,741908902 %
% πΈπ₯πππ π π΄ππ = 7,7 %
36
MAINTENANCE
LAMPIRAN PEMBAHASAN METODOLOGI MAINTENANCE LATAR
BELAKANG DASAR TEORI PENDAHULUAN
37
Inspection Interval
Dalam pengoperasian turbin gas, perawatan berkala dari engine dilakukan berdasarkan jam
kerja (running) dari turbin
Interval waktu yang direkomendasikan
Note: (1) Hours mean Γquivalent Operating Hoursβreflecting the operation conditions of Gas Turbines
LAMPIRAN PEMBAHASAN METODOLOGI MAINTENANCE LATAR
BELAKANG DASAR TEORI PENDAHULUAN
38
Perawatan Gas Turbin
Inspection Procedure Inspection Items
Combustor Inspection Dismantling combustor basket
β’Visual inspection & NDT (1) of fuel nozzles, combustor baskets and transition pieces β’Visual inspection of turbine blade row 4 and vane row 1 and 4 β’Visual inspection of compressor IGV, blade row 1 and vane row 1
Turbine Inspection Lifting the upper housing of the turbine
β’Visual inspection and NDT (1) of turbine blades, vanes and seals β’Combustor inspection is carried out at the same time
Major Overhaul Inspection
Lifting the upper housing of the turbine and compressor Lifting the rotor
β’Visual inspection & NDT (2) of all components from expansion joint of the inlet air to the first expansion joint of the exhaust gas β’Inspection of auxiliaries, control systems and instruments
NDT (1) : Non Destructive Test (Penetrant Test)
NDT (2) : Non Destructive Test (Penetrant Test, Magnetic Particle test and Ultrasonic test)
LAMPIRAN PEMBAHASAN METODOLOGI MAINTENANCE LATAR
BELAKANG DASAR TEORI PENDAHULUAN
39
Combustor Compressor
Perawatan Turbin Gas
LAMPIRAN PEMBAHASAN METODOLOGI MAINTENANCE LATAR
BELAKANG DASAR TEORI PENDAHULUAN
40
Inlet Guide Vanes
LAMPIRAN PEMBAHASAN METODOLOGI MAINTENANCE LATAR
BELAKANG DASAR TEORI PENDAHULUAN
41
Pelepasan casing
bagian atas dari
turbin
LAMPIRAN PEMBAHASAN METODOLOGI MAINTENANCE LATAR
BELAKANG DASAR TEORI PENDAHULUAN
42
Combustor Inspection β’ No 1. Compressor inlet (1)
β’ No 2. Turbine blade row 4 (1)
β’ No 3. Flame detector and igniter (2)
β’ No 4. Fuel nozzle (2)
β’ No 5. Combustor basket (2)
β’ No 6. Transition piece (2)
(1): Visual Inspection
(2): Roll-in & Roll-out Parts
LAMPIRAN PEMBAHASAN METODOLOGI MAINTENANCE LATAR
BELAKANG DASAR TEORI PENDAHULUAN
43
Combustion Inspection Schedule (for one (1) Gas Turbine)
LAMPIRAN PEMBAHASAN METODOLOGI MAINTENANCE LATAR
BELAKANG DASAR TEORI PENDAHULUAN
44
Transition piece
GT Inspection
LAMPIRAN PEMBAHASAN METODOLOGI MAINTENANCE LATAR
BELAKANG DASAR TEORI PENDAHULUAN
45
Turbine Inspection β’ No 1. Compressor inlet (1)
β’ No 2. Flame detector and igniter (2)
β’ No 3. Fuel nozzle (2)
β’ No 4. Combustor basket (2)
β’ No 5. Transition piece (2)
No 6. Turbine blade (2)
No 7. Turbine vane (2)
No 8. Compressor last row and OGVβs blade and diaphragm (1)
(1): Visual Inspection
(2): Roll-in & Roll-out Parts
MAINTENANCE KESIMPULAN PEMBAHASAN METODOLOGI LATAR
BELAKANG DASAR TEORI PENDAHULUAN
46
Daya yang dibutuhkan untuk
menggerakkan kompresor sebesar
1003,085767 KW
Daya yang dihasilkan oleh turbin
sebesar 1484,168531 KW
Daya yang dibutuhkan generator
sebesar 390 KW\
Efisiensi siklus yang diperoleh
adalah sebesar 46 %
Efisiensi turbin yang diperoleh
sebesar 81.06 %
AFR (Air Fuel Ratio) yang diperoleh
sebesar ππ, πππππππ
Excess Air yang dihasilkan sebesar
7,7%
47
TERIMA KASIH