Sistem Sealing Pada Turbin Uapby Onny Apriyahanda

Sebuah sistem turbin uap pasti akan tersusun atas komponen utama berupa rotor (shaft, sudu-sudu/blade), casing turbin sebagai stator, serta bearing yang dalam hal ini berfungsi sebagai penopang putaran rotor terhadap stator. Di antara stator dan rotor ini pasti terdapat celah yang memungkinkan untuk uap air sebagai media kerja keluar ke atmosfer, atau juga sebaliknya memungkinkan udara luar masuk ke dalam turbin uap. Uap air sebagai fluida kerja turbin uap merupakan uap superheated atau uap kering yang memiliki temperatur dan tekanan yang tinggi. Sebagai ilustrasi saja, PLTU berkapasitas 640 MW menggunakan uap air kering bertekanan 164 bar dengan temperatur 534oC. Dapat kita bayangkan dengan tekanan sedemikian besar maka uap air tersebut pasti dapat dengan mudah bocor keluar turbin melalui sela-sela rotor dan stator jika ia tidak dilengkapi dengan sistem sealing yang baik. Setelah uap air melewati sudu-sudu turbin pada semua tingkatan stage yang ada, maka ia akan mencapai satu titik di sisi keluar turbin, dimana kandungan energi di dalam uap air tersebut sudah habis yang ditandai dengan tekanan kerjanya sama dengan 0 bar absolut dengan temperatur sekitar 50oC. Pada kondisi tersebut jika turbin tidak dilengkapi dengan sistem seal yang baik, maka udara atmosfer akan dengan mudah masuk ke dalam turbin melalui celah di antara stator dengan rotor.

Penurunan Tekanan Uap Air pada Turbin Uap(Sumber)Turbin uap memiliki desain sistem seal yang unik dan berbeda dengan sistem seal pada pompa, valve, ataupun komponen mesin yang lain. Hal ini berkaitan dengan fungsi seal tersebut sesuai dengan latar belakang di atas. Sistem seal pada turbin uap biasa dikenal dengan nama seal steam system atau ada pula yang menyebut dengan gland steam system.Seal steam system terdiri atas beberapa komponen utama, berikut adalah komponen-komponen tersebut:1. Labyrinth Seal.Sistem seal menggunakan bentuk labirin ini telah kita bahas pada artikel sebelumnya. Komponen ini menjadi tempat bertemunya fluida kerja uap air di dalam turbin dengan udara bebas dari atmosfer. Lintasan seal ini yang berbelok-belok akan menurunkan tekanan uap air dari dalam turbin maupun udara dari luar sampai nilai tekanan keduanya sama. Di tengah-tengah labirin terdapat lubang sebagai saluran buangan campuran uap air dan udara tadi. Selain terdapat saluran buang, di dalam labirin sisi yang lebih dekat dengan turbin terdapat lubang untuk supply uap air yang dibutuhkan pada saat fluida kerja uap air utama belum masuk ke dalam turbin uap.

(a) Labyrinth Seal Pada Turbin Uap Sisi High Pressure

(b) Labyrinth Seal Pada Turbin Uap Sisi Low Pressure(Sumber)Sesuai dengan awal pembahasan kita di atas, turbin uap yang menggunakan fluida kerja uap air dengan tekanan dan temperatur yang paling tinggi disebut dengan turbin High Pressure(HP). Sedangkan yang menggunakan fluida kerja uap air bertekanan dan temperatur lebih rendah disebut turbin Low Pressure (LP). Labyrinth seal pada turbin HP selain memiliki lubang saluran untuk masuknya uap air sealing serta lubang saluran untuk membuang campuran antara uap air seal dengan udara, juga terdapat lubang saluran bernama leak off yang berfungsi untuk membuang kelebihan tekanan uap air seal. Pada saat turbin normal beroperasi, uap air seal pada turbin HP didapatkan dari fluida kerja turbin yang bertekanan tinggi. Untuk menjaga agar tekanan uap air seal selalu stabil pada nilai tertentu maka sebagian uap air seal akan dibuang melalui saluran leak off. Pada labyrinth seal turbin LP, karena tekanan uap air di dalam turbin sudah lebih vakum daripada tekanan udara luar, maka dibutuhkan supply uap air tambahan untuk sistem seal dari uap air buangan sistem leak off turbin HP. 2. Seal Steam & Gland Steam Header Pipeline.Sistem seal pada turbin uap menggunakan uap air sebagai media pembatas antara sisi uap air di dalam turbin uap dengan udara atmosfer. Uap air tersebut biasa disebut dengan seal steam. Pada saat turbin uap beroperasi dengan beban penuh, seal steam didapatkan dari uap air yang berada di dalam turbin uap tersebut. Hal ini biasa disebut dengan self sealing. Uap air di dalam turbin terutama turbin HP memiliki tekanan yang tinggi, sedangkan seal steam tidak membutuhkan tekanan yang terlalu besar. Sehingga untuk menjaga agar tekanan seal steam stabil berada pada nilai tertentu, maka pada seal steam header terdapat saluran pipa dan kontrol leak off valve. Saluran pipa ini akan membuang uap air yang berlebihan ke kondensor. Pada kondisi ini seal steam header berfungsi untuk mendistribusikan tekanan uap air seal yang berasal dari labirin seal turbin HP ke labirin yang lain terutama pada turbin LP yang memiliki tekanan kerja uap air di dalam turbin yang lebih rendah. Sedangkan pada saat turbin uap masih dalam kondisi start up maupun shut down, maka tidak akan terjadi self sealing. Pada kondisi tersebut kebutuhan seal steam harus dipenuhi dari luar, sehingga pada seal steam header terdapat saluran dan valve kontrol untuk supply uap air dari luar. Pada kondisi ini seal steam header berfungsi untuk mendistribusikan seal steam ke seluruh labyrinth seal turbin.

Seal Steam dan Gland Steam Header SystemSeal steam akan bercampur dengan udara di dalam labyrinth seal. Campuran tersebut biasa disebut dengan gland steam. Campuran ini selalu dikeluarkan dari labirin untuk menuju ke gland steam header dan akan dikondensasi serta dipisahkan kembali antara uap air dengan udara di gland steam condenser. Sistem Sealing Pada Turbin Uapby Onny Apriyahanda Page 2 from 2 Prev12

Sistem Kontrol Seal Steam Header.Tekanan seal steam di dalam saluran pipa header harus selalu dijaga stabil. Karena jika saja tekanan tersebut hilang maka akan sangat membahayakan turbin uap. Uap air di dalam turbin HP akan bocor keluar melalui sela-sela labyrinth seal, dan pada sisi turbin LP udara atmosfer akan masuk ke dalam turbin. Masuknya udara ke dalam turbin uap akan menyebabkan terjadinya proses pendinginan tidak merata yang hanya terjadi pada sebagian sisi labyrinth seal. Pendinginan ini akan mengakibatkan pemuaian yang tidak merata pada labyrinth seal, dimana poros turbin sudah pasti bertemperatur tinggi. Pemuaian yang tidak merata ini akan mengakibatkan terjadinya kontak langsung antara labyrinth seal sisi stator dengan rotor sehingga dapat mengakibatkan kerusakan parah atau bahkan turbin mendadak berhenti berputar.

Sistem Kontrol Seal Steam HeaderTekanan pada seal steam header selalu dibaca nilainya oleh sensor tekanan dan dibandingkan dengan nilai set point tekanan yang diinginkan. Pada saat turbin uap belum beroperasi maka sensor tekanan akan membaca nol, sistem kontrol selanjutnya akan memerintahkan seal steam supply control valve untuk membuka dan menjaga tekanan seal steam pada nilai set point. Pada saat uap air superheater mulai memasuki turbin uap maka proses self sealing secara bertahap akan terjadi. Hal ini ditandai dengan pembacaan sensor tekanan header seal steam yang meningkat, dan diikuti dengan menutupnya seal steam supply control valve secara bertahap. Pada satu titik momen tertentu seal steam supply control valve akan tertutup sempurna dan proses self sealing pun terjadi. Selanjutnya turbin uap akan terus menuju beban optimumnya, yang diikuti dengan naiknya tekanan seal steam header. Sensor tekanan seal steam header akan membaca lebih tinggi daripada nilai set point tekanan yang telah ditentukan. Pada kondisi ini sistem kontrol akan memerintahkan seal steam leak off control valve untuk membuka dan membuang seal steam yang berlebihan sekaligus menjaga agar tekanan uap air di dalam seal steam header bisa stabil pada nilai tertentu. Gland Steam Condenser.Campuran seal steam dengan udara yang keluar dari labyrinth seal, selanjutnya akan masuk ke gland steam condenser untuk dikondensasi dan dipisahkan antara air dengan udara. Uap air di dalam gland steam yang terkondensasi selanjutnya dapat dipergunakan kembali sebagai air kondensat dan masuk ke siklus air-uap air. Sedangkan udara dan kandungan lain di dalam gland steam tidak akan dapat terkondensasi, selanjutnya ia akan dihisap oleh kipas sentrifugal dan dibuang ke atmosfer.

Gland Steam CondenserGland steam condenser adalah sebuah heat exchanger tipe shell & tube dengan sisi shell untuk gland seal sedangkan sisi tube untuk air pendingin. Air pendingin biasanya menggunakan air kondensat, sehingga gland steam condenser sekaligus berfungsi sebagai pemanas awal air kondensat tersebut. Pada sisi atas shell selain terdapat saluran masuk gland steam, juga terdapat saluran yang lebih kecil untuk keluarnya gas-gas yang tidak dapat terkondensasi. Saluran tersebut terhubung dengan kipas hisap yang akan menghisap gas-gas tak terkondensasi dan membuangnya ke atmosfer.