Download - 1 H2 PLANT

Transcript
Page 1: 1 H2 PLANT

SISTEM H2 PLANT.

H2-Plant adalah tempat dimana H2 (Hydrogen) diproduksi. Didalam H2-Plant terdapat beberapa sistem

seperti : Sistem air pengisi, Sistem air pendingin, dan sistem Kelistrikan. Komponen-komponen H2-Plant

terdiri dari : Process Control Panel, Module (Generator H2 atau Electrolyzer), Pompa KOH, Heat

Exchanger, KOH Reservoir, Trap, Dryer, Sump Tank, Condenser, Pressure Regulator, Pressure

Transducer,Kompresor dan Delivery Manifold.

1. Sistem Pendingin Generator.

Terjadinya panas pada generator / alternator disebabkan karena adanya Rugi Tembaga, Rugi Besi dan

lainnya. Yang dimaksud dengan rugi tembaga adalah panas yang disebabkan karena adanya arus

pembebanan yang mengalir melalui penghantar tembaga stator dan rotor yang besaran dayanya

dapat dihitung I2.R.

Rugi besi adalah kerugian yang diakibatkan dari panas yang ditimbulkan dengan adanya arus pusar

(eddy current) yang terjadi pada inti stator maupun rotor.

Selain panas yang diakibatkan seperti tersebut diatas , juga terjadi panas yang diakibatkan dari

gesekan dengan angin (windage).

Panas yang berlebihan diakibatkan dari seperti yang diuraikan diatas pada generator perlu dicegah, hal

ini dapat mengakibatkan kerusakan isolasi penghantar atau terbakar, oleh sebab itu perlu adanya

pendinginan. Kerugian-kerugian yang menyebabkan panas tersebut harus diusahakan kecil sehingga

tidak lebih dari 2% dari output alternator.

1.1 Media Pendingin.

Untuk menyerap dan mernbuang panas (disipasi) yang timbul didalam alternator yang sedang

beroperasi dapat menggunakan beberapa media pendingin. Adapun jenis media pendingin yang

biasa digunakan meliputi :

• Udara

• Gas Hidrogen

• Air

Secara alami, semakin besar kapasitas alternator maka panas yang ditimbulkan semakin besar

pula. Adapun media pendingin yang paling efektif adalah air, tetapi air banyak kendala yang harus

ditangani, disamping instalasinya mahal peme-liharaannyapun susah, maka alternator yang media

pendinginnya air terbatas pada kapasitas yang besar dan sistem pendinginannya pada kapasitas

tertentu terbatas pada bagian stator, sedangkan dibagian rotor menggunakan hidrogen.

Sedangkan pendingin yang paling sederhana adalah dengan udara dan kelebihannya tidak perlu

perapat poros, tetapi ada kelemahannya diantaranya adalah :

Page 2: 1 H2 PLANT

• Kerapatannya cukup besar.

• Daya hantaran panas rendah.

• Koefisien perpindahan panas rendah.

• Kebersihannya kurang.

Pendinginan dengan udara terbatas pada alternator yang berkapasitas kecil atau untuk mesin

exciter. Kemudian untuk alternator yang cukup besar kapasitasnya, yang paling sederhana

penanganannya tetapi bukan berarti paling mudah, dan efektif dalam penyerapan panasnya

dibanding dengan udara adalah dengan gas hidrogen.

Salah satu komponen untuk meningkatkan efisiensi PLTU/PLTGU adalah dengan cara

meningkatkan efisiensi generator (alternator). Efisiensi generator dapat meningkat apabila kerugian-

kerugian yang timbui dapat diperkecil. Untuk memperkecil kerugian dalam pengoperasian generator

dapat dilakukan dengan memberikan media pendingin berupa gas hidrogen sebagai pengganti

udara.

Keutungan utama dari penggunaan gas hidrogen dibanding udara sebagai media pendingin adalah

gas hidrogen mempunyai daya hantar panas yang lebih tinggi sehingga dapat menyerap panas

lebih banyak, selain itu gas ini mempunyai kerapatan. (berat jenis) yang jauh lebih kecil dari pada

udara dengan demikian akan mengurangi kerugian gesekan.

Gas Hidrogen dapat diproduksi dengan cara elektrolisa air murni (H2O). Alat untuk memproduksi

gas Hidrogen disebut "Hydrogen Generator" atau Pembangkit Gas Hidrogen ditempatkan

pada Hydrogen Plant (H2 Plant).

Pendinginan alternator dengan gas hidrogen adalah yang paling efektif dibanding dengan udara.

Tetapi hidrogen sangat rentan terhadap bahaya ledakan bila bercampur dengan udara pada kondisi

4% s.d 75%, maka penanganannya harus berhati-hati.

Adapun kelebihan gas hidrogen dibanding dengan udara dapat dilihat pada karakteristik berikut:

Page 3: 1 H2 PLANT

Seperti pada tabel diatas dinyatakan bahwa kerapatan udara biasa dibanding hidrogen adalah 1:

0.14, daya hantar panas 1: 7, maka gas hidrogen dapat digunakan untuk pendinginan alternator

dengan efektifitas cukup baik. Dari kelebihan tersebut dapat disimpulkan sebagai berikut:

1. Kerapatan rendah (1/4 density udara), sehingga kerugian gesekan, kebisingan berkurang dan

daya fan untuk mensirkulasikannya juga rendah.

2. Koefisien perpindahan panas tinggi dibanding udara (thermal conductivitynya 7x dibanding

dengan udara) sehingga dapat menyerap panas lebih banyak. Akibatnya dapat mengurangi

20% jumlah material aktif yang diperlukan dalam konstruksi Generator daripada output yang

diberikan.

3. Kesanggupan pemindahan panasnya melalui konveksi 50% lebih baik dari udara.

4. Daya hantar panas tinggi dibanding udara, sehingga dapat menghantarkan panas lebih banyak.

Dengan demikian, output generator yang lebih besar memungkinkan (menambah efisiensi

beban penuh ½ sampai 1%).

5. Karena konstruksinya tertutup, maka terhindar dari debu dan air pada gulungan dan laluan

ventilasi.

6. Tak ada kerusakan isolasi jangkar yang disebabkaan corona (medan listrik).

7. Tidak bersifat korosif.

8. Resiko kebakaran rendah, hidrogen murni tidak membantu terjadinya kebakaran.

9. Biaya pemeliharaan rendah, hal ini karena siklus gas tertutup sehingga kebisingannya

terjaga.

10. Windage loss, sebanding dengan density gas, sangat dikurangi.

11. Bahkan jika corona harus berkembang, dalam kondisi abnormal, isolasi gulungan stator sedikit

saja dipengaruhi, tak ada oxygen, juga tak ada moisture, maka life time (umur) generator lebih

panjang.

Page 4: 1 H2 PLANT

Kerugiannya

Kelernahannya adalah gas Hidrogen dapat meledak atau terbakar apabila bercampur dengan udara

dalam konsentrasi tertentu (5~70% atau 5 ~75% atau 4 ~75%).

Untuk menjaga agar temperatur media pendingin tidak meningkat terus, maka setelah menyerap

panas, media pendingin ini harus didinginkan untuk membuang panas yang dikandungnya. Oleh

karena itu media pendingin harus didinginkan dan disirkulasikan .

Sebagai media pendingin hidrogen biasanya dengan menggunakan air dengan melalui box cooler

atau pipa-pipa air yang diletakkan didalam kerangka stator. Sebagaimana untuk melewatkan gas

hidrogen ke cooler box dan celah-celah kumparan stator dan rotor maka perlu adanya sirkulasi

dengan tekanan cukup. Untuk mensirkulasi hidrogen dengan menggunakan blower atau rotor blade

yang terpasang pada poros alternator.

1.2 Sistem Ventilasi.

Campuran gas hydrogen dan udara menimbulkan peledakan (explosion) jika volume nya mencapai

5 ~ 70%. Tekanan gas H2 dalam generator kira2 2 kg/cm2. Sistem ventilasi digunakan untuk

mengambil panas dari dalam generator.

Sistem sirkulasi hidrogen didalam alternator secara konvensional dengan menggunakan dua unit

blower yang masing-masing dipasang pada bagian ujung-ujung seperti pada gambar berikut:

Gambar 1. Sirkulasi Sistem Hidrogen

Seperti pada gambar diatas dapat dilihat bahwa gas hidrogen yang telah melewati pendinginan dari

cooler disirkulasikan dari dua sisi ujung-ujungnya dengan blower, kemudian masuk ke celah-celah

inti rotor dan stator. Setelah keluar dari celah-celah tersebut gas hidrogen panas, kemudian dari

Page 5: 1 H2 PLANT

tekanan blower tersebut hidrogen melewati cooler dan keluar sudah dingin. Demikian untuk sirkulasi

selanjutnya.

Disamping sistem seperti dijelaskan diatas terdapat sistem sirkulasi hidrogen pendingin alternator

dengan sistem " Hydrogen Inner Cooling ", yaitu sistem sirkulasi hidrogen melewati sisi-sisi

kumparan langsung sehingga panas yang timbul pada kumparan langsung dapat diserap oleh

hidrogen disamping juga ada celah-celah pada inti. Sistem ini biasanya cukup dengan satu unit

blower (rotor blade). Adapun konstruksi dan sistem sirkulasi hidrogen adalah seperti pada gambar

berikut :

Gambar 2. Kontruksi Sistem Sirkulasi Hidrogen.

Page 6: 1 H2 PLANT

Gambar 3. Sistem Inner Cooling.

Untuk memperjelas keterangan diatas lihat sumber yang lain yang menyebutkan bahwa ada 2

macam sistem ventilasi Ganerator yaitu :

a. Sistem Ventilasi Conventional Hydrogen-Cooled Machines

Frame stator diisi hydrogen dengan tekanan 2,0 kg/cm2-g. Gas disirkulasikan oleh blower

untuk mendinginkan semua bagian mesin. Sirkulasi gas dipengaruhi oleh dua propeller-type

blower yang dipasang pada setiap ujung poros rotor.

Page 7: 1 H2 PLANT

Gambar 4. Stator and Rotor Ventilation.

b. Sistem Ventilasi Inner-Cooled Machines

Gas hydrogen dalam frame stator disirkulasikan parallel dalam berbagai part dalam mesin,

seperti stator core dan coil, main leads, lead bushing dan rotor coil. Sebuah multistage

compressor type blower dipasang pada ujung sisi turbin dari frame stator. Tekanan hidrogen 3-

5 kg/cm2-g. Dua set hydrogen cooler dipasang vertikal pada outlet blower. Gas dari cooler

dituntun ke lingkaran luar stator core ke stator coil vent-tubes inlet pada sisi exciter, ke gas inlet

main leads and bushings dan ke kedua ujung rotor coil.

Page 8: 1 H2 PLANT

Gambar 5.

1.2.1 Hydrogen Gas Cooler.

Konstruksi hydrogen gas cooler seperti gambar dibawah. Gas mengalir melalui permukaan pipa2

pendingin bersirip, memberikan panasnya ke air pendingin dibagian dalam. Pipa2 pendingin

biasanya seamless brass untuk kondensor. Fin berbentuk U digunakan pada mesin2 konvensional

dan fin2 spiral untuk mesin2 yang inner-cooled.

Gambar 6. Hydrogen Gas Cooler.

Gambar Gas system diagram untuk Conventional hydrogen cooled machine, seperti terlihat

dibawah ini :

Page 9: 1 H2 PLANT

Gambar 7. Gas system Diagram untuk Conventional Hydrogen Cooled Machine.

Kedua ujung dari pipa pendingin dihubungan ke tube sheet dengan cara expansion joined. Tube

sheet pada sisi inlet dan outletnya dibaut ke stator frame melalui ruang air. Dan pada sisi air

kembali, dihubungkan ke frame melalui penyangga yang dapat bergerak untuk memvariasikan

panjangnya gas cooler karena perubahan temperatur.

Ruang air menjamin semua tube selalu terisi oleh air.Kedua mesin diatas dilengkapi dengan dua

buah hydrogen gas cooler, masing2-nya mempunyai dua seksi, yang dapat dioperasikan secara

bebas. Jika pasokan air ke satu sisi distop, generator bisa terus beroperasi sebesar 90% dari

kapasitasnya.

Page 10: 1 H2 PLANT

Desain standar dari hydrogen gas cooler adalah : untuk mesin yang didinginkan hydrogen

konvensional, temperatur air pendingin 35 oC dan temperatur gas 46 oC untuk tekanan gas sebesar

2 kg/cm2.g. Untuk mesin inner cooled, temperatur air pendingin 35 oC, sedang temperatur gas 45 ~

50 oC.

Gambar Gas System Diagram untuk Inner cooled machine seperti dibawah ini :

Page 11: 1 H2 PLANT

Gambar 8. Gas system Diagram untuk Conventional Hydrogen Cooled Machine.

1.2.2 Fungsi Utama.

Gas CO2 digunakan sebagai media pengusir udara dalam pengisian hydrogen, sehingga dapat

diisi dengan aman.

Tekanan gas dalam mesin dipertahankan pada nilai tertentu dan akan menimbulkan alarm jika

tak sesuai.

Temperatur dan purity gas tetap dipertahankan pada nilai tertentu, juga mempunyai alarm.

Page 12: 1 H2 PLANT

Hydrogen dalam mesin tetap dipertahankan kering dan uap air yang masuk melalui seal oil dari

gas itu sendiri dibuang.

1.2.3 Unit Komponen.

Dari dua gambar diagram diatas, hydrogen gas system terdiri dari :

- Gas supply system

- Gas control panel

- Gas dryer

- Valve station

- Water detector

- Piping and valves

1.2.4 Gas Supply System.

Sistem pemasok gas hidrogen diperlngkapi dengan katup, pressure gauge, regulator dan alat lain

yang dibutuhkan untuk pengisian gas hidrogen kedalam generator.

Sistem pemasok CO2 sebagai media pengusir udara dalam penggantian gas. Gas hidrogen atau

gas CO2 didistribusikan secara merata ke berbagai bagian dari generator melalui pipa distribusi

pada puncak dan bawah rumah generator.

Delapan buah botol hidrogen dan CO2 disediakan.

Page 13: 1 H2 PLANT

Gambar 9. Carbon-Dioxide Supplay Station.

1.2.5 Gas Control Panel.

Gas control Panel terdiri dari hydrogen control panel dan seal oil control panel. Untuk alasan

keamanan, kedua panel tersebut dipisahkan. Dimana Hydrogen control panel ditempatkan di gas

room sedang seal oil control panel ditempatkan di electric room. Keduanya dilengkapi dengan

lubang ventilasi.

Untuk memfasilitasi operasi dan pemeliharaan yang berhubungan dengan gas, hydrogen control

panel dilengkapi dengan :

- Hydrogen purity meter

- Purity meter blower

- Hydrogen and blower pressure gauge.

Page 14: 1 H2 PLANT

Gambar 10. Gas Control Panel. (For an inner- cooled machine)

Page 15: 1 H2 PLANT

Gambar 11. Posision Hydrogen Putity Meter .

1.2.6 Hydrogen Purity Meter.

Purity (kemurnian) gas hidrogen dipertahankan diatas 95%. Pengurangan purity dipertahankan

sekecil mungkin. Keperluan untuk mempertahankn tekanan konstan diperoleh baik sacra manual

atau otomatis. Purity bisa rendah karena adanya bocoran udara kedalam mesin. Untuk mencegah

kebocoran tersebut, diperlukan gas seal yang didesain baik. Purity gas dibaca melalui hydrogen

purity meter dan purity meter blower. Purity meter adalah differential pressure gauge yang

mengukur tekanan yang dikembangkan oleh purity meter blower.

Sebuah motor induksi yang berjalan pada kecepatan ringan menggerakan purity meter blower ,

dimana sirkulasi gas ditarik dari frame generator. Tekanan gas yang dikembangkan oleh blower

bervariasi sebanding dengan density dari gas. Bukan hanya purity gas yg diukur tetapi juga tekanan

dan temperatur gas. Purity meter secara lansung menunjukan purity sesungguhnya yang secara

otomatis mengkompensasi perubahan tekanan. Sinyal output (tekanan udara 0.20 ~ 1.00 kg/cm2)

ditransmisikan ke remote purity meter pada panel generator di central control room.

1.2.7 Hydrogen Pressure and Blower Pressure Gauge.

Hydrogen Pressure Gauge dipasang pada gas control panel untuk memberikan penunjukan

langsung perkembangan tekanan oleh blower pada generator rotor, dan tekanan gas dalam mesin.

Blower pressure Gauge, bagian dari instrumen ini, dihubungkan secara langsung ke generator

frame, dan membaca perbedaan tekanan antara intake dan outlet blower pada rotor. Tekanan

blower dapat digunakan untuk memeriksa purity meter juga untuk menunjukan hydrogen purity, jika

purity meter diambil keluar pelayanan sewatu operasi generator.

Page 16: 1 H2 PLANT

Gas pressure gauge menunjukan tekanan gas dalam mesin. Sinyal outputnya ditransmisikan ke

remote gas pressure gauge pada generator panel di control room dan juga ke gas pressure gauge

di hydrogen bottle room.

1.2.8 Gas Dryer.

Moisture (air) dalam generator dibuang dengan mensirkulasikan gas dalam mesin melalui gas dryer

yang diisi dengan penyerap air dari bahan activated alumina. Ia dikoneksi ke inlet dan outlet

generator blower dan gas dipaksa melalu dryer sewaktu operasi generator. Ketika 1 kg moisture

telah diserap, dryer dikeluarkan dari generator dan dipanasi oleh heater. Sebelum dan sewaktu

reklamasi (pemulihan kondisi), sebuah blower kecil mengirimkan udara melalui dryer untuk

membuang moisture. Kondisi dari penyerap moisture dapat diamti dengan membandingkan

warnanya dengan sample standar yang dirapatkan dalam tabung gelas ditempatkan disamping

jendela pemeriksaan. Perubahan warna dari biru muda menjadi kelabu keputihan menunjukan

kandungan moisture yang tinggi, membutuhkan proses reklamasi.

1.2.9 Water Detector.

Water Detector akan memberikan alarm ketika kondensasi air atau kebocoran minyak terjadi dalam

mesin. Detektor adalah saklar mercury yang dioperasikan oleh pelampung dibawah main-lead box

disebelah bawah generator frame sisi turbin.

Setiap frame ring mempunyai lubang melalui mana air yang berakumulasi diteteskan ke Water

Detector yang diperlengkapi dengan vent tube yang mengembalikannya ke generator untuk

mencegah air lock didalam pipa drain dari generator. Isolating valve pada pipa drain dan vent tube

membolehkan water detector diperisa setiap waktu. Akumulasi air dikeluarkan melalui drain valve.

1.2.10 Piping and Valve.

Dengan pengecualian internal piping dalam gas control panel, semua pipa gas dari bahan baja

(steel). Bellow type gas valve digunakan dalam hydrogen gas sytem.

Page 17: 1 H2 PLANT

Gambar 12. Piping and Valve.

1.2.11 Hydrogen System Alarm.

Hydrogen system mempunyai sistem alarm standar :

- Hydrogen purity low

- Hydrogen pressure high, low

- Hydrogen bottle pressure low

- Water detector high

1.3 Shaft Seal.

Perapat poros dipasang dikedua ujung generator, yaitu sisi turbin dan sisi exciter.

Page 18: 1 H2 PLANT

Gambar 13. Shaft Sael .

Shaft seal terdiri dari casing perapat hydrogen yng mengandung sepasang segmental bronze ring.

Segmen ditempatkan melawan dinding sisi dari casing dan ditahan konsentris dengan poros oleh

garter spring. Ring, yang mempunyai lubang diameter hanya beberapa mils lebih besar dari shaft

journal, bebas mengapung secara radial tetapi dicegah dari berputar bersama poros dengan

sebuah hentian (stop) disetengah bagin atas dari casing.

Aliran fluida total ke inner- atau hydrogen side ring dari dua perapat poros lebih kecil dari 1 gallon

per minute, sedangkan aliran dari outer- atau air side ring mungkin beberapa kali dari jumlah

terrsebut. Aliran pada sisi udara yang besar diperlukan untuk mendinginkan ring seraya aliran sisi

hidrogen yang rendah penting untuk operasi kontinyu yang memuaskan.

Page 19: 1 H2 PLANT

Gambar 14.