tinjauan teknis hrsg
TRANSCRIPT
-
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
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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-
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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"'%
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
5/46
Tgb
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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"
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
8/46
Gambar //"F Ekonomiser ular
Gambar //"& Ekonomiser bersayap dan bersirip
(2-5)
;eco < m(h0*h2)
3imana :
m < laju massa air konstan
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
9/46
h0 < entalpi dari proses 0 pada skema HRG yang direncanakan
h2 < entalpi dari proses 2 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 :
m < laju massa air konstan
h- < entalpi dari proses - pada skema HRG yang direncanakan
h0 < entalpi dari proses 0 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
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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"
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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 :
m < laju massa air konstan
h < entalpi dari proses pada skema HRG yang direncanakan
h& < entalpi dari proses & pada skema HRG yang direncanakan
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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 :
m < laju massa air konstan
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 $ortransportation, ect
Project e6ecution schedule Proposal submittal date 7ther specic reIuairement
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
13/46
etelah data*data diatas sudah diterima oleh pihak """ maka
selanjutnya adalah prosedur untuk birikrasi mengenai masalah
kontrak" Pada pihak pembuat boiler seperti """ dalam mendesain
HRG mempunyai so$t5are tersendiri yaitu HRG/., inputan
yang telah diserahkan kepada pihak "" akan diproses untukmelakukan perhitungan a5al desain HRG" 3ari so$t5are tersebut
dapat diketahui perhitungan tahap a5al yang berisi mengenai
masing*masing heat e6changer mengenai pressure, Jo5
termperatur"contohnya adalah sebagai berikut :
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
14/46
Gambar //" HRG/.
%emudian untuk tampilan so$t5are HRG/. untuk data inputan
adalah sebagai berikut :
Gambar //"C Physical input
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
15/46
Gambar //"1 /nput diagram
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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 :
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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"
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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$orm, stair ladder 8oise calculation .odule shipping summary General arrangement dra5ing
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
19/46
Piping instrumentation diagram EIuipment datasheet (duct burner, #7 #R #atalist, di!erter
damper, stack damper, deaerator") al!e lst instrument list
9agian*bagian dalam HRG yang dirancang pun bukan hanya darisisi tubing tetapi semua perlengkapan yang dipakai dalam HRG,
bagian*bagian tersebut akan dijelaskan tidak mendetail, hanya
bagian*bagian yang penting untuk mendasari desain HRG dalam
Tugas ?khir ini" 3idalam HRG ada pengelompokan tubing yang
biasanya disebut MharpN, di """ 2 Harp berisi antara F0*FF baris
tubing yang kemudian diikat dan diberi peredam dan penguat"
Pada setiap Harp*nya terdapat baOe yang digunakan untuk
menyearahkan arah gas buang yang setelah mele5ati harp
pertama akan menjadikan arahnya tidak teratur, sehingga perlu
dipasang baOe" Untuk gambar detailnya adalah sebagai berikut "
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
20/46
Gambar //"20 Harp
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
21/46
Gambar //"2- %ontruksi HRG
Gambar //"2F Header HRG
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
22/46
3i HRG terdapat bagian atau unit yang dinamakan header,
header ber$ungsi sebagai mani$old atau pengumpul uap*uap yang
telah terbentuk pada tubing" Uap yang telah terbentuk pada
tubing tersebut akan naik keatas dengan sendirinya, karena
banyaknya tubing maka uap tersebut ditampung pada header lug,setelah terkumpul maka akan terdorong masuk ke riser dan
akhirnya masuk ke steam drum"
Gambar //"2& Header HRG
3iatas adalah suatu langkah*langkah untuk mendesain suatu
HRG dengan menggunakan banyak sekali perhitungan dan
pertimbangan*pertimbangan yang lain baik berupa pertimbangan
ekonomis maupun pertimbangan ekonomis, akan tetapi dalam
tugas akhir ini aka nada anyak sekali batasan*batasan yang akan
digunakan untuk mendesain HRG, pembatasan ini dikarenakan
5aktu yang digunakan untuk mengerjakan sangat terbataskemudian kurangnya literature dan tidak adanya pengalaman
dalam desain HRG tersebut sehingga penulis hanya mendesain
HRG hanya dari perpindahan panas yang terjadi pada HRG
kemudian menentukan ukuran HRG setelah itu baru mendesain
banyaknya tube yang ada pada HRG tersebut" ?dapun langkah*
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
23/46
langkahnya akan dijelaskan lebih detail pada pembahasan berikut
ini"
2.)..1 Peran&anaan "i"a "aa e'emen-e'emen HRSG
>enis aliran dalam HRG direncanakan menggunakan aliran silang,pemilihan aliran silang ini adalah berdasarakan pada desain HRG
PT """ yaitu menggunakan aliran
silang"
Gambar //"2 ?liran silang
penentuan jenis dan dimensi pipa
pada perhitungan berikut akan direncanakan jenis pipa dan
dimensi pipa yang di butuhkan : 9ahan #arbon teel ? 2C1 ?
3irencanakan digunakan tube dengan diameter yaitu 0 inchi darisumber re$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
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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$er >"P H7L.?8
halaman F1- yaitu :
.encari nilai hi
hi < 8u 6 k=d
(2-1!)
dimana
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
27/46
8u < angka 8usselt
kemudian untuk parameter lainnya dilihat pada tabel ?* (si$at*
si$at gas=uap air) pada suhu &'' #"
d < diameter dalam (2-
1")
untuk mencari nusselt number
(2-
1#)
8u< # RenPr 2=-
sedangkan Re < Vud=W
2.)..) Peruba+an tem"eratur rata-rata
untuk menghitung perpindahan panas pada pipa maka perlu
dicari perubahan temperatur rata*rata yang terjadi pada pipa
superheater 0
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
28/46
(2-2$)
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)"
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
31/46
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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,
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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)
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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 "
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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$kan daya,sehingga daya yang dihasilkan menjadi lebih besar" >adi secara
garis besar untuk produksi listrik di Pembangkit Listrik Tenaga Gas
Uap ( PLTGU ) pada PT" /ndonesia Po5er U9P emarang dapat
dibagi menjadi 0 proses yaitu :
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
38/46
2" Proses Pembangkitan = Produksi Listrik Turbin Gas ( PLTG )
0" Proses Pembangkitan = Produksi Listrik Turbin Uap ( PLTU )
F"2"0" Proses Pembangkitan = Produksi Listrik Turbin Gas ( PLTG )ebagai pemutar a5al saat turbin belum menghasilkan tenaga,
motor cranking (ditunjukkan gambar F) mulai berputar dengan
menggunakan energi listrik yang diambil dari jaringan listrik 2&'
% = &'' % >a5a [ 9ali" .otor cranking (ditunjukkan gambar F) ini
ber$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$o
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
39/46
utama untuk dinaikkan menjadi 2&' %" >adi pada proses open
cycle maka gas buangan dari turbin gas (ditunjukkan gambar 1)
akan langsung dibuang malalui e6haust stack"
F"2"-" Proses Produksi Listrik Turbin Uap ( PLTU )
Gas bekas yang ke luar dari turbin gas (ditunjukkan gambar 1)
diman$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
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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"
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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"
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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
-
7/25/2019 Tinjauan Teknis HRSG
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"