Tinjauan Teknis HRSG

7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG

1/46

Tinjauan Teknis HRSG

BAB II

DASAR TEORI2.1 Teori Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Gas an !a"#$omb%ne $%&'e(

Proses combine cycle PLTGU (pembangkit listrik tenaga gas danuap) pada dasarnya adalah gabungan antara PLTU (pembangkitlistrik tenaga uap) dan PLTG (pembangkit listrik tenagagas), Perbedaan system PLTGU diatas jika pada PLTU bagianpenghasil steam dinamakan boiler pada PLTGU dinamakan HRG(heat reco!ery steam generator)" #ara kerja dari boiler dan HRG

pun berbeda yaitu pada penghasil panasnya, pada boilerdigunakan burner yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar(bisa berupa minyak, batu bara, gas alam, dll) sedangkan padaHRG meman$aatkan sisa panas dari gas buang turbin gas"%arena dirasa masih cukup panas untuk menguapkan air yaitusekitar &''' #," #ombined cycle tersebut juga dapat menaikkanesiensi '*+' , jika pada PLTG esiensi hanya berkisar pada -', dan juga pada PLTU hanya -'*-& sehingga combined cycledinilai dapat menaikkan esiensi"(.ateri kuliah Permesinan

Perkapalan //, 0''1)

Gambar" //"2 esiensi pada cogeneration


2/46

Gambar" //"0 sistem heat reco!ery pada gas buang GT PLTGU

2.2 Gas TurbinPrinsip %erja istem Turbin Gas dimulai ketika Udara masuk

kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet)"

%ompresor ini ber$ungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan

udara tersebut, akibatnya temperature udara juga meningkat"

%emudian udara yang telah dikompresi ini masuk kedalam ruang

bakar" 3i dalam ruang bakar disemprotkan bahan bakar sehingga

bercampur dengan udara tadi dan menyebabkan proses

pembakaran" Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam

keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar

hanya untuk menaikkan temperatur" Gas hasil pembakaran

tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu no4el yang

ber$ungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu*sudu

turbin" 3aya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan

untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban

lainnya seperti generator listrik, dll" etelah mele5ati turbin ini

gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (e6haust)

siklus selesai"2.2.1 Laju a'iran energi "anas gas buang %ang iberikan

ke"aa HRSG #Q(

Gas buang adalah gas yang berasal dari proses pembakaran yang

suhunya relati$ tinggi terhadap suhu atmos$er" 3alam proses

pembakaran tersebut bahan bakar dibakar dengan udara yang


3/46

akan menghasilkan produk pembakaran yang berupa gas buang

yang mengandung berbagai senya5a gas antara lain, H07,

#70 dan 80 ditambah dengan 70, jika pemberian udara dilakukan

secara berlebihan" 9esarnya energi panas yang terkandung dalam

gas buang yang diberikan kepada HRG (QHRSG) tersebut dapatdiketahui dengan persamaan berikut ini :

Laju aliran panas gas buang yang diberikan kepada HRG

Gambar //"- desain HRG

9esarnya energi panas yang terkandung dalam gas buang yangdiberikan kepada HRG (;HRG) dapat diketahui denganpersamaan berikut ini :

(2-

1)

;HRG < mgb #pgb (Tgb*Tl)

3engan :

Tgb < temperatur gas buang (' %)

Ts < temperatur stack (' %)

mgb < laju aliran gas buang (kg=dt)

#pgb < panas spesik gas buang

(k>=kg"%)

Untuk dapat mengetahui laju aliran gas buang dapat didekati

dengan rumus berikut :

(2-


4/46

2)

Laju aliran massa udara (mo) yang diperlukan dapat diketahuidengan persamaan :

mo < ?@R 6 m$3engan :

?@R < Perbandingan udara dan bahan bakar

m$ < massa bahan bakar (kg=dt)

Laju aliran massa gas buang dapat diketahui dengan

menggunakan persamaan :

(2-

3)

mgb < A(m$ B mo)

kan tetapi karena pada PLTG telah diketahui besarnya laju aliran

gas buang maka dalam perhitungan langsung dimasukkan data

yang ada pada lapangan" >adi data yang langsung dapat

dimasukkan dalam perhitungan adalah temperatur gas buang dan

juga laju aliran gas buang Gas Turbin" edangkan data temperatur

stack diketahui dari literatur pada HRG yaitu pada stack suhu

yang dibolehkan keluar tidak boleh kurang dari 2&'' # karena jika

kurang dari suhu tersebut maka akan terjadi 76 yang akan

mencemari udara" Untuk mencari besarnya panas spesik gas

buang didekati dengan rumus :

(2-

4)

3imana :

< 9esaran yang diambil dari diagram //

Ru < ',0C %>=kg"'%


5/46

Tgb


6/46

yaitu berasal dari panas gas buang Pada HRG juga terdapaturutan perubahan air menjadi uap seperti pada tabel berikut inisebagai data literatur yang didapat dari boiler"""

3ari data diatas maka dapt dihiutng besarnya ; masing*masingsistem yang direncanakan yaitu ;economiser, ;e!aporator,

;superheater 2 dan juga ;superheater 0 untukmengoptimalisasikan besarnya HRG yang sesuai denganbesarnya ; yang dihasilkan oleh gas buang Gas Turbin" Untukperhitungan ; tersebut dapat didekati dengan persamaan berikut:

2.).1 Ekonomiser


7/46

Gas buang setelah meninggalkan supeheater kon!eksi ataupun

pemanas lanjut ulang, temperaturnya masih cukup tinggi

sehingga akan merupakan kerugian panas yang besar bila gas

asap tersebut langsung dibuang le5at cerobong" Gas buang yang

masih panas ini dapat diman$aatkan kedalam drum ketel,sehingga air telah dalam keadaan panas, sekitar -''# sampai

&''# diba5ah temperatur mendidihnya"

?ir yang telah dalam keadaan panas pada saat masuk kedalam

drum ketel memba5a keuntungan karena telah dalam keadaan

panas masuk kedalam drum ketel tersebut, untuk

menguapkannya didalam tungku hanya sedikit saja dibutuhkan

panas, sehingga luas bidang yang dipanaskan atau heating

sur$ace dari penguap atau e!aporator menjadi lebih sedikit,

akibatnya ukuran*ukuran tungku menjadi lebih kecil oleh karena

itu harga tungku menjadi lebih murah"ehingga dengan demikan

untuk menguapkan air didalam tungku hanya dibutuhkan sedikit

panas sehingga lebih ekonomis"

>ika dilihat dari bentuknya, ada ekonomiser yang berbentuk ular

yang disebut ekonomiser ular atau serpent economiser" ?da pula

pipa*pipa ekonomiser yang yang diberi berusuk*rusuk dengan

maksud untuk memperlus bidang persinggungan antara gas asap

dengan dinding dengan dinding pipa yang telah diperluas olehrusuk*rusuk" ?da pula untuk memperluas bidang singgung

dengan gas buang dengan mengelaskan potongan*potongan

pelat baja pada pipa*pipa sehingga pipa*pipa tersebut bersayap,

yang disebut Fin stud economiser.

Ekonomiser ular terbuat dari pipa*pipa baja, yang ditekuk*tekuk

dan menyerupai ular" %arena bidang persinggungan gas buang

tidak diperluas, maka memerlukan pipa*pipa yang panjang,

namun pembuatannya mudah" Pada ekonomiser berusuk danekonomiser bersayap, maka luas bidang persinggungan diperluas

dengan rusuk*rusuk atau sayap*sayap, sehingga untuk kapasitas

yang sama, panjang pipa*pipanya dapat lebih pendek

dibandingkan dengan ekonomiser ular"


8/46

Gambar //"F Ekonomiser ular

Gambar //"& Ekonomiser bersayap dan bersirip

(2-5)

;eco < m(h0*h2)

3imana :

m < laju massa air konstan


9/46

h0 < entalpi dari proses 0 pada skema HRG yang direncanakan


9esarnya entalpi pada sistem ekonomiser dapat diketahui dan

dihitung dari tabel yang didapat dari tabel cair kompresi (#engel,thermodynamic) karena pada sistem ekonomiser terjadi $ase cair

kompresi, sedangkan untuk besarnya laju massa air konstan

di!ariasikan untuk mendapatkan besarnya ;total HRGdesain yang

sesuai dengan ;HRGyang diberikan oleh gas buang Gas Turbin"

2.).2 E*a"orator

Pada e!aporator air yang telah dipanasi melalui ekonomiser dan

dipanasi tersebut telah berganti $ase menjadi uap jenuh, untuk

mengetahui ; yang dibutuhkan oleh e!aporator didekati denganrumus yang sama seperti mancari ; pada ekonomiser tetapi

karena berbeda $asenya maka entalpi dari sistem ini dicari dari

tabel temperatur (#engel, thermodynamic)" Rumusnya sebagai

berikut :

(2-5)

;e!ap < m(h-*h0)

3imana :


h- < entalpi dari proses - pada skema HRG yang direncanakan


2.).) Su"er+eater 1

Pemanas lanjut uap atau suprheater ialah alat untuk

memanaskan uap kenyang menjadi uap yang dipanaskan lanjut"

Uap yang dipanaskan lanjut bila digunakan untuk melakukan kerja

dengan jalan ekspansi di dalam turbin atau mesin uap tidak akan

(segera) mengembun, sehingga mengurangi kemungkinan

timbulnya bahaya yang disebabkan terjadinya pukulan balik

atau Back Stroke yang diakibatkan mengembunnya uap belum


10/46

pada 5aktunya sehingga menimbulkan !akum di tempat yang

tidak semestinya di daerah ekspansi"

%emungkinan terjadinya pukulan balik atau Back Stroke ditempat

yang belum semestinya tersebut labih mudah terjadi bila yang

digunakan ialah uap kenyang sebagai penggerak mesin uapataupun trubin uap"

?da beberapa macam pemanas lanjut yang kita kenal :

3ilihat dari lokasi penempatannya dibagi menjadi

2" uperheater kon!eksi

a" uperheater kon!eksi arus searah

b" uperheater kon!eksi arus berla5ananc" uperheater kon!eksi arus kombinasi

0" uperheater pancaran atau Radiant uperheater

-" uperheater %ombinasi atau uperheater B superheater

pancaran

2.).).1 Su"er+eater kon*eksi

uperheater kon!eksi menerima panas secara kon!eksi dari api

atau gas asap"

>umlah gas asap yang le5at tergantung dari jumlah bahan bakar

yang dibakar" .akin banyak jumlah gas asap yang terbentuk dan

mele5ati superheater kon!eksi tersebut, dan sebaliknya, makin

berkurang bahan bakar yang dibakar makin berkurang pula

jumlah gas asap yang terbentuk"

2.).).2 Su"er+eater "an&aran

uperheater pancaran menerima panas dari api secara pancaran"8amun demikian, karena penempatan superheater pancaran di

daerah pancaran, temperatur api yang paling tinggi didalam

ketel, maka memungkinkan temperatur uap (tu) yang dihasilkan

dapat mencapai harga yang tinggi"


11/46

Su"er+eater kon*eksi Su"er+eater Pan&aran

#,( Da"at mengikuti beban (*) tidak dapat mengikuti

9eban atau menurun

#-( Tem"eratur ua" rena+ (B) Temperatur uap tinggi

2.).).) Su"er+eater kombinasi

uperheater kombinasi merupakan kombinasi antara superheater

kon!eksi dan superheater pancaran"

%arena superheater kombinasi merupakan antara superheaterkon!eksi dan superheater pancaran, maka karakteristik atau si$at*

si$at yang kurang baik dari dari superheater kon!eksi dan

superheater pancaran dapat dieliminasi, sehingga yang tersisa

adalah karakteristik yang baik dari kedua superheater tersebut"

%elebihan :

3apat mengikuti beban

Temperatur uap dapat tinggi%ekurangan

Harganya mahal"

(2-)

Rumus :

;sh2 < m(h*h&)

3imana :


h < entalpi dari proses pada skema HRG yang direncanakan

h& < entalpi dari proses & pada skema HRG yang direncanakan


12/46

Su"er+eater 2

Proses pada superheater 0 sama yaitu menggunakan table

temperature untuk menentukan entalpi"

(2-!)Rumus :

;sh0 < m(hC*h)

3imana :


h < entalpi dari proses pada skema HRG yang direncanakan

h& < entalpi dari proses & pada skema HRG yang direncanakan

2.). Design HRSG

3alam mendesain HRG terdapat banyak sekali $aktor*$aktor yang

dibutuhkan, semua $aktor*$aktor tersebut harus lengkap dan

sesuai dengan kondisi Gas turbin dan lingkungan, untuk desain

HRG yang biasanya dilakukan oleh perusahaan pembuat boiler

ata """banyak sekali pertimbangan yang harus dilakukan untuk

mendesain suatu HRG adapun untuk minimum permintaan yang

harus disediakan oleh pihak pemesan kepada pihak kontraktoruntuk desain a5al HRG adalah :

Heat mass balance GT e6haust data ReIuested steam output 9oiler 5ater Iuality reIuested steam Iuality cope o$ supply #ode standard pecication related 5ith site condition : 5ind !elocity, seismic

data, ambient temperature, humidity, ele!ation, acces $ortransportation, ect

Project e6ecution schedule Proposal submittal date 7ther specic reIuairement


13/46

etelah data*data diatas sudah diterima oleh pihak """ maka

selanjutnya adalah prosedur untuk birikrasi mengenai masalah

kontrak" Pada pihak pembuat boiler seperti """ dalam mendesain

HRG mempunyai so$t5are tersendiri yaitu HRG/., inputan

yang telah diserahkan kepada pihak "" akan diproses untukmelakukan perhitungan a5al desain HRG" 3ari so$t5are tersebut

dapat diketahui perhitungan tahap a5al yang berisi mengenai

masing*masing heat e6changer mengenai pressure, Jo5

termperatur"contohnya adalah sebagai berikut :


14/46

Gambar //" HRG/.

%emudian untuk tampilan so$t5are HRG/. untuk data inputan

adalah sebagai berikut :

Gambar //"C Physical input


15/46

Gambar //"1 /nput diagram


16/46

Gambar //"+ Thermal input

Gambar diatas adalah proses pengolahan data pada so$t5are

HRG/. """, setelah selesai maka untuk desain tubing selesai

tinggal menerjemahkan data*data yang telah diolah menjadi

gambar - dimensi untuk tiap*tiap heat e6changer pada HRG"

etelah itu masih dengan menggunakan so$t5arre tersebut

mendesain bagian drum pada HRG"?dapun secara garis besar

untuk basic design output Jo5 adalah sebagai berikut :


17/46

Gambar //"2' 9asic desain output Jo5

3alam desain selanjutnya ada proses piping estimate yaitumengenai tube yang akan digunakan pada HRG tersebut"

Rinciannya adalah sebagai berikut :

#reated $rom HRG/. les #heck all necessary pipe line ha!e been included in piping list #heck pipe si4e, thickness re$er to standar design #heck material selection re$er to standard design #heck pipe estimate length re$er to G? gra5ing customer

reIuirement #heck type installation : module or eld #reate piping summary #heck a!ailability selected piping

elain pipa yang digunakan juga ada bagian inlet duct input yang

akan didesain"


18/46

/nlet duct dimension (inter$ace 5ith customer) HRG gas path /nlet duct angle 3uct burner location

@lo5 correcti!e de!ice location Kind seismic location #olumn spacing Liner, insulation casing

?dapun desain dari inlet duct adalah sebagai berikut,

Gambar //"22 inlet duct desain

elain perhitungan diatas ada juga dokumen desain yang lain

yang harus diperhatikan, antara lain :

tack si4ing bill o$ material 8on pressure bill material Plat$orm, stair ladder 8oise calculation .odule shipping summary General arrangement dra5ing


19/46

Piping instrumentation diagram EIuipment datasheet (duct burner, #7 #R #atalist, di!erter

damper, stack damper, deaerator") al!e lst instrument list

9agian*bagian dalam HRG yang dirancang pun bukan hanya darisisi tubing tetapi semua perlengkapan yang dipakai dalam HRG,

bagian*bagian tersebut akan dijelaskan tidak mendetail, hanya

bagian*bagian yang penting untuk mendasari desain HRG dalam

Tugas ?khir ini" 3idalam HRG ada pengelompokan tubing yang

biasanya disebut MharpN, di """ 2 Harp berisi antara F0*FF baris

tubing yang kemudian diikat dan diberi peredam dan penguat"

Pada setiap Harp*nya terdapat baOe yang digunakan untuk

menyearahkan arah gas buang yang setelah mele5ati harp

pertama akan menjadikan arahnya tidak teratur, sehingga perlu

dipasang baOe" Untuk gambar detailnya adalah sebagai berikut "


20/46

Gambar //"20 Harp


21/46

Gambar //"2- %ontruksi HRG

Gambar //"2F Header HRG


22/46

3i HRG terdapat bagian atau unit yang dinamakan header,

header ber$ungsi sebagai mani$old atau pengumpul uap*uap yang

telah terbentuk pada tubing" Uap yang telah terbentuk pada

tubing tersebut akan naik keatas dengan sendirinya, karena

banyaknya tubing maka uap tersebut ditampung pada header lug,setelah terkumpul maka akan terdorong masuk ke riser dan

akhirnya masuk ke steam drum"

Gambar //"2& Header HRG

3iatas adalah suatu langkah*langkah untuk mendesain suatu

HRG dengan menggunakan banyak sekali perhitungan dan

pertimbangan*pertimbangan yang lain baik berupa pertimbangan

ekonomis maupun pertimbangan ekonomis, akan tetapi dalam

tugas akhir ini aka nada anyak sekali batasan*batasan yang akan

digunakan untuk mendesain HRG, pembatasan ini dikarenakan

5aktu yang digunakan untuk mengerjakan sangat terbataskemudian kurangnya literature dan tidak adanya pengalaman

dalam desain HRG tersebut sehingga penulis hanya mendesain

HRG hanya dari perpindahan panas yang terjadi pada HRG

kemudian menentukan ukuran HRG setelah itu baru mendesain

banyaknya tube yang ada pada HRG tersebut" ?dapun langkah*


23/46

langkahnya akan dijelaskan lebih detail pada pembahasan berikut

ini"

2.)..1 Peran&anaan "i"a "aa e'emen-e'emen HRSG

>enis aliran dalam HRG direncanakan menggunakan aliran silang,pemilihan aliran silang ini adalah berdasarakan pada desain HRG

PT """ yaitu menggunakan aliran

silang"

Gambar //"2 ?liran silang

penentuan jenis dan dimensi pipa

pada perhitungan berikut akan direncanakan jenis pipa dan

dimensi pipa yang di butuhkan : 9ahan #arbon teel ? 2C1 ?

3irencanakan digunakan tube dengan diameter yaitu 0 inchi darisumber re$erensi (555"hrsgdesign"com) dapat diketahui

ketebalan pipa minimal dalam HRG yaitu Using ?.E, ection 2,

PG 0C"0"2

(2-")

t < (P 3) = (0 2 B P) B '"''& 3 B e


24/46

dimana :

t < .inimum reIuired thickness, in

P < .a6imum allo5able 5orking pressure, psia

3 < 7utside diameter o$ cylinder, in

2 < .a6imum allo5able stress !alue , psi

E < Thickness $actor $or e6panded tube ends

2.)..2 Per"ina+an "anas kon*eksi "aa HRSG

(2-#)

Uo < 2=Rto

3imana :

Uo < 7!erall heat trans$er coeQcient

Rto < Total outside thermal

resistance

(2-1$)

?nd, Rto < Ro B R5o B Rio

dimana :

Ro < 7utside thermal resistance

R5o < Tube 5all thermal resistance

Rio < /nside thermal resistance

(2-11)

rumus :

Ro < 2=he

3imana :

he < Eecti!e outside heat trans$er coeQcient


25/46

(2-12)

untuk mencari he menggunakan rumus :

he < 2=(2=(hcBhr)BR$o)

dimana :

hc < 7utside heat trans$er coeQcient,

hr < 7utside radiation heat trans$er coeQcient,

R$o < 7utside $ouling resistance,

8ilai hc dicari

hc < '"--kb(20=do)((cpmb)=kb)2=-((do=20)(Gn=mb)))'"

(2-13)

3imana :

hc < #on!ection heat trans$er coeQcient

do < Tube outside diameter

kb < Gas thermal conducti!itycp < Gas heat capacity

mb < Gas dynamic !iscosity

Gn < .ass !elocity o$ gas

%emudian mencari nilai hr

(2-14)hr < (em 6 ',2C2F S(Ta=2''F * (Ts=2''F)=(Ta*Ts)

dimana :

em < ',+F emmisi!ity o$ tank paint


26/46

Ta < 7utside air temp in degre rankine

Ts < Tank sur$ace temp in degre rankine

(2-15)

R5o < (t5=20k5)(?o=?5)

3imana :

t5 < Tube5all thickness

k5 < Tube 5all thermal conducti!ity

?o < 7utside tube sur$ace area

?5 < .ean area o$ tube 5all

(2-1)

Rio < ((2=hi)BR)(?o=?i)

3imana :

hi < /nside lm heat trans$er coeQcient

R < /nside $ouling resistance

?o < 7utside tube sur$ace area

?i < /nside tube sur$ace area

nilai dari inside lm heat trans$er coe(hi) dapat dihitung dengan

menggunakan rumus pada buku Heat trans$er >"P H7L.?8

halaman F1- yaitu :

.encari nilai hi

hi < 8u 6 k=d

(2-1!)

dimana


27/46

8u < angka 8usselt

kemudian untuk parameter lainnya dilihat pada tabel ?* (si$at*

si$at gas=uap air) pada suhu &'' #"

d < diameter dalam (2-

1")

untuk mencari nusselt number

(2-

1#)

8u< # RenPr 2=-

sedangkan Re < Vud=W

2.)..) Peruba+an tem"eratur rata-rata

untuk menghitung perpindahan panas pada pipa maka perlu

dicari perubahan temperatur rata*rata yang terjadi pada pipa

superheater 0


28/46

(2-2$)

XT a5a*9ali" ehingga terjadi proses kombinasi Turbin Gas dengan proses

Turbin Uap"

Turbin merupakan salah sat mesin penggerak, dimana

energy dari Juida kerja dipergunakan untuk memutar sudu*suduturbin" ?da 0 bagian dalam mesin turbin, dimana bagian yangberputar dinamakan rotor, sedangkan yang tidak berputardinamakan stator" Pada bagian rotor inilah yang akan digunakanuntuk memutar poros daya yang dihubungkan dengan beban"Pada permukaan roda turbin terdapat sudu*sudu yang bergerakbersama*sama dengan roda turbin, sehingga sudu tersebutdinamakan sudu gerak" Untuk turbin dengan satu sudu gerakdinamakan turbin tingkat tunggal sedangkan untuk turbin yang

mempunyai beberapa sudu gerak dinamakan turbin betingkatganda" %emudian untuk penggolongan turbin adalah sebagaiberikut( Heru Triandy,2++2)"


31/46


32/46

2..1 Penggo'ongan Turbin

! 3ari segi pengubahan Juida kerjanya, maka turbin dibagi

menjadi turbin impuls dan turbin reaksi"

Turbin impuls

?dalah turbin dimana proses ekspansi dari Juida kerja

hanya terjadi didalam sudu*sudu tetapnya" ehingga diharapkan

tidak terjadi penurunan tekanan pada sudu geraknya" Tapi

kenyataannya penurunan tekanan tidak dapat dihindari,

meskipun kecil" Hal ini disebabkan karena adanya gesekan Juida,

aliran turbulen dan kerugian energi lainnya"

Turbin reaksi

?dalah turbin dimana proses ekspansi dari Juida kerja

terdapat baik dalam sudu tetap maupun sudu geraknya" 3i dalam

turbin reaksi proses ekspansi (penurunan tekanan) terjadi di

dalam barisan sudu tetap maupun sudu gerak" Turbin ini juga

dinamakan turbin Parsons"

3ibagian dalam rumah turbin ditempatkan sudu tetapsebagai sudu hantar, didalam sudu hantar ini uap yang telah

memuai sebagian memproleh kecepatan tertentu dan dialirkan ke

arah tertentu kedalam sudu*sudu jalan berikutnya da energi

kinetisnya digunakan untuk memutar poros" 3emikian seterusnya

ekspansi uap terus terjadi, dimana tekanan akan berkurang

secara teratur sehingga menjadi sama dengan tekanan

pambuangan"

Turbin kombinasi Turbin jenis ini sudu*sudunya terdiri dar kombinasi sudu

impuls kecepatan bertingkat dan tekanan bertingkat" .isalnya

kombinasi antara barisan sudu curtiss (yang ada di depan)

dengan rateau (yang ada di belakangnya), hal ini dimaksudkan

supaya tekanan uap dapat diturunkan pada ekspansi pertama,


33/46

untuk melindungi rumah turbin dan rotor dari tekanan dan

temperatur yang tinggi" elain itu juga untuk mendapatkan suatu

unit turbin yang kompak dan murah"

! Penggolongan turbin menurut arah aliran steamnya dibagi

menjadi turbin aksial dan turbin radial"

Turbin aksial

3imana steam mengalir dalam arah yang sejajar terhadap

sumbu turbin"

Turbin Radial

3imana steam mengalir dalam arah yang tegak lurus sumbu

turbin"

! .enurut kondisi steam masuk turbin"

Turbin tekanan rendah ( tekanan 2,0*0 atm )

Turbin tekanan menengah ( tekanan sampai F' atm )

Turbin tekanan tinggi ( tekanan diatas F' atm )

Turbin tekanan sangat tinggi ( diatas 2C' atm )

Turbin tekanan super kritis ( 00& atm atau lebih )

! .enurut Juida kerja yang digunakan sebagai penggerak sudu

adalah air, uap dan gas" .aka turbin dapat pula dinamai

berdasarkan Juida kerja yang dipakai, sehingga turbin dapat

dibedakan atas :

Turbin air

Turbin uap

Turbin gas

Untuk selanjutnya kita akan menggunakan uap (steam) sebagai

Juida kerja" 9eberapa alasan dimana steam digunakan sebagai

Juida kerjanya :

2" .urah serta mudah didapat


34/46

0" .udah diorganisir menjadi energi

-" Tidak merusak pada peralatan

F" .empunyai nilai ekonomis yang tinggi

&" EQsiensi tinggi

2..2 Dasar Pemi'i+an Turbin

! Perbandingan pemilihan turbin impuls dan reaksi

?lternati$ pemakaian turbin impuls sebagai penggerak

generator pada perencanaan penggunaan HRG pada PLTG

Gilimanuk didasarkan pada pertimbangan*pertimbangan di ba5ah

ini :

2" 3itinjau dari segi konstruksinya, kontruksi turbin impuls lebih

baik, karena turbin impuls hampir tidak menimbulkan gaya aksial

pada rotornya" Hal ini disebabkan tekanan uap sama pada kedua

sisi

0" Turbin impuls lebih Jeksibel untuk digunakan pada beban yang

berubah*ubah"

-" Turbin impuls lebih eQsien dan lebih murah dari pada turbinreaksi"

Prinsi" erja Heat Re&o*er% Steam Generator

ebagai salah satu unit pembangkitan tenaga listrik yang dimiliki

PT /ndonesia Po5er, Unit 9isnis Pembangkitan emarang memiliki

- jenis pembangkit, yaitu :

Z Pusat Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU),

Z Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)

Z Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU)


35/46

Pusat Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) merupakan pembangkit

jenis combined cycle" Pembangkit jenis ini meman$aatkan gas

panas pembuangan dari pembangkit tenaga gas untuk memanasi

air dalam pipa*pipa Heat Reco!ery team Generator ( HRG )menjadi uap untuk menggerakkan turbin uap" Penggunaan

teknologi combined cycle menjadikan operasi pembangkit lebih

esien sebab cara ini meman$aatkan gas panas pembuangan

pembangkit listrik primer pada turbin gas menjadi tenaga listrik

pada tahap sekunder" elain itu, pembangkit tenaga gas

merupakan pembangkit yang akrab dengan lingkungan karena

tingkat pembakarannya yang hampir sempurna menghasilkanemisi karbon dioksida dan limbah lain yang sangat rendah" >adi,

selain esien, jenis pembangkit ini merupakan bukti kepedulian

terhadap lingkungan" edangkan Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU)

merupakan jenis pembangkit yang menggunakan bahan bakar

minyak untuk memanasi air pada ketel dan uap hasilnya diapakai

untuk menggerakkan turbin uap"

istem produksi tenaga listrik PLTGU dibagi menjadi dua siklus,yaitu :

?" 7pen #ycle

7pen cycle merupakan proses produksi listrik pada PLTGU dimana

gas buangan dari turbin gas (ditunjukkan gambar 1) langsung

dibuang ke udara melalui cerobong e6haust" uhu gas buangan di

cerobong e6haust ini mencapai &&'#" Proses seperti ini pada

Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU) dapat disebut sebagaiproses Pembangkitan = Produksi Listrik Turbin Gas (PLTG) yaitu

suatu proses pembangkitan listrik yang dihasilkan oleh putaran

turbin gas "


36/46

9" #losed #ycle = #ombined #ycle

Pada proses combined cycle = closed cycle, gas buang dari tubin

gas (ditunjukkan gambar 1) diman$aatkan untuk memproduksi

uap yang berada di HRG (Heat Reco!ery team Generator)"%emudian uap yang dihasilkan dari HRG digunakan untuk

memutar turbin uap (ditunjukkan gambar 2-) turbin uap dikopel

dengan generatoruntuk menghasilkan lisrik (ditunjukkan gambar

2F)" >adi proses combined cycle = closed cycle inilah yang disebut

sebagai proses Pembangkitan = Produksi Listrik Tenaga Gas Uap

( PLTGU ) yaitu proses pembangkitan listrik yang dihasilkan oleh

putaran turbin gas dan turbin uap"Pusat Listrik istem %ombinasi Tambak Lorok 9lok // phase / dan

9lok / phase // masing*masing berkapasitas &'' .K dan tiap*tiap

blok terdiri dari :

Z Tiga Unit Gas Turbin Generator dengan kapasitas - 6 2'' .K

Z Tiga Unit Heat Reco!ery team Generator (HRG)

Z atu Unit team Turbin Gas (TG) kapasitas 26 0'' .K"

Turbin gas tersebut buatan General Electric (GE)" Untuktemperatur udara luar 0C' #, -1 humidity dan bahan bakar gas

alam akan mampu membangkitkan 22' .K" .eskipun

direncanakan untuk bahan bakar gas tetapi untuk saat ini yang

dipakai pada PLTGU Tambak Lorok adalah bahan bakar H3"

Turbin gas ini langsung memutar generator dengan putaran -'''

rpm, berpendingin hidrogen, dan tegangan keluar 22,& %"

etiap turbin gas mempunyai HRG dan setiap HRG mempunyaisistem uap tekanan rendah &,12 9ar (g), dan sistem uap tekanan

tinggi sekitar 1C,01 9ar (g)" %etiga HRG (2 9lok) ini mendapatkan

supply air pengisi dari #ondensate pump pada gedung steam

turbine"

Uap dari tiap*tiap HRG dialirkan ke header tekanan rendah untuk


37/46

sistem uap tekanan rendah dan header tekanan tinggi untuk

sistem uap tekanan tinggi" 3ari sini uap dialirkan ke turbin uap"

atu block combine cycle dapat dioperasikan sebagai berikut :

2" Gas turbine saja ( 7pen cycle )0" 8ormal operasi, yaitu #ombined #ycle dengan tiga turbin gas"

-" #ombined #ycle dengan dua turbin gas, turbin gas yang satu

dimatikan"

F" #ombined #ycle dengan satu turbin gas, dua turbin gas

dimatikan"

3aya listrik yang dihasilkan pada proses open cycle tentu lebih

kecil dibandingkan dengan daya listrik yang dihasilkan padaproses produksi listrik combined cycle = closed cycle" Pada

prakteknya, kedua siklus diatas disesuaikan dengan kebutuhan

listrik masyarakat" .isalnya hanya diinginkan open cycle karena

pasokan daya dari open cycle sudah memenuhi kebutuhan listrik

masyarakat" ehingga stack holder yang membatasi antara

cerobong gas dan HRG dibuat close, dengan demikian gas buang

dialirkan ke udara melalui cerobong e6haust" 3an apabila denganopen cycle kebutuhan listrik masyarakat belum tercukupi maka

diambil langkah untuk menerapkan combined cycle = closed cycle"

8amun demikian dalam sistem mekanik elektrik, suatu mesin

akan lebih baik pada kondisi continous running, karena apabila

mesin berhenti akan banyak mengakibatkan korosi, perubahan

setting, mur atau baut yang mulai kendur dan sebagainya" elain

itu dengan continous running lebih menge$ekti$kan daya,sehingga daya yang dihasilkan menjadi lebih besar" >adi secara

garis besar untuk produksi listrik di Pembangkit Listrik Tenaga Gas

Uap ( PLTGU ) pada PT" /ndonesia Po5er U9P emarang dapat

dibagi menjadi 0 proses yaitu :


38/46

2" Proses Pembangkitan = Produksi Listrik Turbin Gas ( PLTG )

0" Proses Pembangkitan = Produksi Listrik Turbin Uap ( PLTU )

F"2"0" Proses Pembangkitan = Produksi Listrik Turbin Gas ( PLTG )ebagai pemutar a5al saat turbin belum menghasilkan tenaga,

motor cranking (ditunjukkan gambar F) mulai berputar dengan

menggunakan energi listrik yang diambil dari jaringan listrik 2&'

% = &'' % >a5a [ 9ali" .otor cranking (ditunjukkan gambar F) ini

ber$ungsi memutar kompressor sebagai penghisap udara luar dan

menaikkan tekanan udara, dengan terlebih dahulu melalui air

lter (ditunjukkan gambar &)"3isisi lain bahan bakar berupa solar = H3 (High peed 3iesel)

dialirkan dari kapal= tongkang (ditunjukkan gambar 2) ke dalam

rumah pompa 99. H3 (ditunjukkan gambar 0) kemudian di

pompa lagi dengan pompa bahan bakar (ditunjukkan gambar -)

dimasukkan ke dalam ruang bakar= combustion chamber

(ditunjukkan gambar C)"

Pada saat bahan bakar yang berasal dari pompa bahan bakar danudara yang berasal dari compressor bercampur dalam

combustion chamber, maka bersamaan dengan itu busi (spark

plug) mulai memercikkan api sehingga menyulut pembakaran"

Gas panas yang dihasilkan dari proses pembakaran inilah yang

akan digunakan sebagai penggerak = pemutar turbin gas

(ditunjukkan gambar 1)" ehingga listrik dapat dihasilkan setelah

terlebih dahulu diolah pada generator (ditunjukkan gambar 2')"3aya yang dihasilkan mencapai 2'' .K untuk tiap gas turbine

generator" Pada PLTGU memiliki dua buah blok dengan masing*

masing blok terdiri dari - buah gas turbine generator" %arena

tegangan yang dihasilkan dari generator masih rendah maka

pada tahap selanjutnya tegangan ini akan disalurkan ke tra$o


39/46

utama untuk dinaikkan menjadi 2&' %" >adi pada proses open

cycle maka gas buangan dari turbin gas (ditunjukkan gambar 1)

akan langsung dibuang malalui e6haust stack"

F"2"-" Proses Produksi Listrik Turbin Uap ( PLTU )

Gas bekas yang ke luar dari turbin gas (ditunjukkan gambar 1)

diman$aatkan lagi setelah terlebih dulu diatur oleh selector !al!e

(ditunjukkan gambar +) untuk dimasukkan ke dalam HRG (Heat

Reco!ery team Generator) (ditunjukkan gambar 2') yang

memiliki steam drum (ditunjukkan gambar 20)" Uap yang

dihasilkan dipanaskan pada bagian superheater dan dipakai untukmemutar turbin uap (ditunjukkan gambar 2-) kemudian turbin

dikopel dengan generator (ditunjukkan gambar 2F)" etelah uap

masuk pada lingkungan steam turbine building, uap diatur oleh

mekanisme katup sebelum masuk turbin" \aitu stop !al!e dan

control !al!e, untuk HP steam kedua katup tersebut jadi satu

sedangkan untuk LP steam kedua katup tersebut terpisah" Pada

HP steam masuk ke sisi turbin bagian high pressure sedangkan LPsteam masuk ke bagian belakang HP turbine, dan keduanya

digabung menjadi satu kemudian masuk pada LP turbine" Uap

bekas dari turbin tadi diembunkan lagi di condensor (ditunjukkan

gambar2) kemudian air condensate di pompa oleh condensate

pump (ditunjukkan gambar 2), selanjutnya dimasukkan lagi ke

dalam deaerator (ditunjukkan gambar 2C) dan oleh $eed 5ater

pump (ditunjukkan gambar 21) dipompa lagi ke dalam drumuntuk kembali diuapkan" /nilah yang disebut dengan combined

cycle = closed cycle" >adi secara singkat dapat dikatakan bah5a

combined cycle=closed cycle merupakan rangkaian open cycle

ditambah dengan proses peman$aatan kembali gas buang dari

proses open cycle untuk menghasilkan uap sebagai penggerak


40/46

turbin uap (ditunjukkan gambar 2-)"

3iagram T* combine cycle dapat kita lihat sebagai berikut:

F"0" G?.9?R?8 U.U. HE?T RE#7ER\ TE?. GE8ER?T7R

Heat Reco!ery team Generator (HRG) merupakan salah satu

komponen dari pembangkit listrik yang menggunakan prinsip

combine cycle dimana digunakan dua turbin yaitu turbin gas

sebagai turbin utama dan turbin uap" Pembangkitan listrik

menggunakan turbin gas atau mesin disel tentu menghasilkan

panas dalam jumlah yang besar, dan panas itu dapat dikatakan

sebagai sampah" Gas panas yang keluar sebagai hasil proses

pembakaran pada turbin gas ( e6haust ) sangat tinggi

temperaturnya, yaitu sekitar ''' #" Gas tersebut digunakan

untuk membangkitkan uap" Prinsip dasar HRG hampir sama

dengan boiler tetapi uap yang dihasilkan pada HRG tentunya


41/46

uap yang bertekanan rendah yaitu sekitar 1' bar sampai 2'' bar,

untuk high pressure sistem" E$ektitas penggunaan energi pada

sistem gas turbine heat reco!ery adalah $ungsi dari energi yang

ditrans$erkan oleh e6haust gas turbine"

Pada prinsipnya antara HRG dan boiler adalah sama yaitu suatu

peralatan yang digunakan untuk mengubah air menjadi uap

dengan bantuan panas" \ang sangat mendasar dari perbedaan ini

adalah sumber panas yang digunakan untuk membangkitkan uap"

Pada HRG sumber panas utama yang digunakan untuk

membangkitkan uap berasal dari energi panas yang terkandungdalam gas buang turbin gas=PLTG yang dialirkan masuk ke dalam

HRG untuk memanaskan pipa*pipa pemanas" edangkan pada

boiler=ketel uap, sumber panas yang digunakan berasal dari

pembakaran bahan bakar di dalam ruang bakar"


42/46

%ecuali perbedaan yang sangat mendasar tersebut, perbedaan

lainnya adalah HRG tidak mempunyai ruang bakar, tidak ada

sistem bahan bakar, tidak ada sistem udara bakar, dan tidak ada

penghembus jelaga = soot blo5er"

ecara umum HRG terdiri dari preheater, ekonomiser,

e!aporator, dan superheater" %omponen*komponen tersebut

merupakan alat penukar kalor jenis tubular atau pipa dengan

Juida kerja (air=uap) berada di dalam dan gas buang berada di

luar" Panas=kalor dipindahkan dari gas buang tersebut secara

kon!eksi ke Juida kerja" 3an oleh karena gas buang dari turbin

gas bersih dari partikulat maka dimungkinkan penggunaan tube

atau pipa bersirip untuk meningkatkan laju perpindahan panas

dan mengurangi ukurannya tube HRG tersebut" Ukuran dan jenis

tube tergantung dari parameter desain HRG yang ber!ariasi

yang mencakup unsur*unsur gas buang dan temperaturnya"

ecara loso, desain suatu HRG pada dasarnya bertujuan untuk

mengubah besarnya energi panas dari gas buang pada Juida


43/46

kerja dengan perbedaan temperatur yang setinggi mungkin" Hal

ini dilakukan dengan jalan membuat gradien temperatur antara

gas buang dan Juida kerja sejajar"

F"0"2" %omponen Utama HRG

ebagaimana yang telah dijelaskan di atas bah5a HRG biasanyaterdiri dari beberapa pipa pemanas seperti preheater,

economi4er, e!aporator, dan superheater"

F"0"2"2 Preheater

Preheater merupakan penukar kalor yang biasanya digunakan

untuk memperoleh energi panas tambahan dari gas buang"

Preheater berada pada bagian akhir atau paling atas dari HRG

untuk menyerap energi terendah dari gas buang"?plikasi yang paling umum dari preheater ialah sebagai pemanas

a5al air kondensat sebelum memasuki deaerator untuk

mengurangi jumlah uap yang dibutuhkan untuk proses deaerasi"

3i dalam preheater, pemanasan air pengisi mencapai temperatur


44/46

sedikit di ba5ah titik didih" .odul dari preheater sendiri berupa

tube yang terbuat dari pipa*pipa bersirip" Tata letak preheater

ditunjukkan dalam gambar berikut:

F"0"2"0 Ekonomiser (Economi4er)

Ekonomiser merupakan alat penukar kalor untuk memanaskana5al air pengisi ketel sebelum masuk ke e!aporator" Pada bagian

ini jika dimungkinkan terjadi korosi yang tergantung dari besarnya

temperatur air pengisi yang masuk"


45/46

F"0"2"- E!aporator (Pipa Penguapan)

E!aporator atau boiler bank merupakan alat penukar kalor yang

menghasilkan uap jenuh (saturated) dari air pengisi ketel"

E!aporator terletak di antara ekonomiser dan superheater"

#ampuran air dan uap meninggalkan e!aporator dan masuk drum

uap melalui pipa*pipa yang disebut riser" 3rum uap merupakan

bejana tekan silindris yang terletak di bagian atas HRG" 3i

bagian dalam drum, piranti mekanis seperti cyclone dan screen

pemisah campuran air dan uap" Uap meninggalkan drum melalui

pipa yang menuju ke superheater" edangkan air disirkulasikan

kembali melalui pipa*pipa yang disebut do5ncomer masuk

kembali ke e!aporator" Uap yang masuk ke superheater

merupakan uap kering karena jika uap basah yang masuk maka

kandungan partikulat padat yang terlarut dalam uap akan

mengendap dalam tube superheater yang dapat mengakibatkan

temperatur logam tube akan naik dan selanjutnya mengakibatkan

terjadinya kegagalan tube"

F"0"2"F uperheater (Pipa Pemanas Uap Lanjut)

uperheater merupakan alat penukar kalor pada HRG yang


46/46

menghasilkan uap panas lanjut (superheated steam)" uperheater

dapat terdiri dari satu atau lebih modul penukar kalor" Pada modul

superheater yang banyak biasanya mempunyai kontrol

temperatur uap di antara modul*modulnya untuk mencegahterjadinya temperatur logam yang berlebih pada bagaian akhir

dari modul dan untuk meminimalkan kemungkinan kandungan air

yang masuk ke dalam turbin uap"

Tinjauan Teknis HRSG

Documents

Transcript of Tinjauan Teknis HRSG