Sains, Teknologi dan Ekonomi Bisnis

Steam & Condensate System PLTU 200 MW

Diposting oleh caesarvery On Thursday, June 18, 2015

Steam yang terdapat di boiler terbagi menjadi 2 yaitu :

Saturated Steam: uap jenuh/basah di titik kritis yaitu berupa fase uap namun dibawah suhu uap sedikit saja akan berbentuk fase cair. Tempatnya di economizer dan steam drum. Heat rendah sehingga belum bisa digunakan untuk memutar turbine.
Superheated Steam: uap kering bebas dari fase cair, didapatkan dari pemanasan lanjut saturated steam pada tekanan yang sama. Tempatnya di superheater dan reheater. Heat (kJ/kg) lebih besar dibandingkankan saturated steam sehingga bisa digunakan untuk memutar turbine.

BACA JUGA: Istilah Mirip tapi Tidak Sama Artinya di Teknik Kimia (1 of 2)

Penyebutan istilah untuk steam di pembangkit ada 3 yaitu :

Auxiliary Steam: steam yang diambil dari header (pipa utama) yang menuju ke turbine (biasanya sesudah final superheater). Auxiliary steam HP turbine (P = 15 kg_f/ cm²) diambil dari header final superheater (P = 160 kg_f / cm²) dengan menurunkan tekanan memakai valve untuk keperluan peralatan seperti gland seal steam regulator (GSSR), SJAE, evaporator (khusus pemanasan jika bahan bakar residual oil), atomizing steam (untuk pengkabut di main gun burner jika bahan bakar residual oil). Auxiliary steam LP turbine (P = 2,5 kg_f / cm²) diambil dari sisa auxiliary steam HP turbine (P = 15 kg_f / cm²) yang tekanannya diturunkan dengan valve untuk keperluan peralatan seperti deaerator, desalination plant dan backup evaporator. Pemakaian pada umumnya saat start up unit karena persiapan steam di sistem belum ada dan penggunaan sistem ini mempunyai kelemahan yaitu mengurangi efisiensi kerja karena steam yang seharusnya penuh untuk kerja turbine ada sedikit yang digunakan untuk keperluan lain.
Extraction Steam: steam yang diambil dari suntikan turbine yang didapatkan dari steam keluaran sudu-sudu turbine. Contoh alat yang memakai ini adalah LPH, HPH dan deaerator. Pemakaian pada umumnya saat unit normal operasi dan penggunaan steam ini tidak mengurangi efisiensi karena masih dipakai untuk siklus.
Main Steam: steam yang sudah benar-benar kering (superheated steam) yang spesifikasi sesuai kebutuhan untuk menggerakkan turbine dengan P = 169 kg_f / cm²dan T = 541 ^oC.
Atomizing Steam: steam yang digunakan untuk membuat partikel kecil (atom) / pengkabutan di main gun burner (fungsinya mengkabutkan bahan bakar sehingga lebih mudah di spray-kan di boiler)

Proses pembentukan steam terjadi di boiler dengan urutan proses didalamnya yaitu Economizer – Steam Drum – Superheater – HP Turbine – Reheater – IP Turbine – LP Turbine – Condenser.

Boiler (Economizer (T = ± 260 ^oC) – Steam Drum – Primary Superheater (T = ± 370 ^oC) – Secondary Superheater (T = ± 470 ^oC) – Final Superheater (T = ± 541 ^oC))

BACA JUGA: Macam-Macam Boiler

Boiler adalah komponen peralatan yang berfungsi untuk mengkonversi feed water menjadi main steam dengan bantuan panas dari bahan bakar (high speed diesel (HSD), residual oil (RO), gas alam maupun batubara). Didalam boiler terdapat beberapa istilah seperti :

Furnace

Tempat pembakaran oleh main gun burner sehingga daerah ini adalah daerah yang paling panas.

Area Boiler-Furnace

Wind Cap Boiler Furnace

Wall Tube

Dinding boiler terdiri dari banyak tube yang tersusun mengelilingi boiler sehingga membentuk dinding dan berisi feed water.

Wall Tube Sebelah Cyclone Dilengkapi Anchor

Wall Tube Boiler

Heat Recovery Area (HRA)

Bagian dari boiler berupa sekat khusus yang memanfaatkan panas sisa boiler sehingga efisiensi menjadi naik.

Economizer

Tempat pemanasan awal feed water sewaktu memasuki boiler. Alat ini memanfaatkan panas sisa boiler (flue gas) sebelum dibuang ke cerobong (stack).

Steam Drum

Berupa tabung horizontal yang dilengkapi sirip-sirip untuk memisahkan antara fase uap dengan fase cair sehingga fase uap terpisah dan langsung menuju ke superheater sedangkan fase cair jatuh ke bagian bawah kolom penampung (storage tank) steam drum berdasarkan gravitasi untuk dibawa ke boiler melewati downcomer. Di Bbiler terdapat riser yaitu pipa untuk menaikkan kembali fase cair dari downcomer untuk pemanasan ulang dan hasilnya menuju ke steam drum dan mengalami siklus terus-menerus sampai benar-benar fase cair teruapkan.

Steam Drum PLTU BT

Superheater

Bagian dari boiler yang berfungsi memanaskan lebih lanjut steam basah (saturated steam) menjadi steam kering (superheated steam). Superheater terbagi menjadi 3 yaitu primary superheater, secondary superheater dan final superheater.

BACA JUGA: Subcritical vs Supercritical Boiler

Reheater

Steam keluaran dari HP turbine karena sudah terpakai untuk memutar sudu-sudu maka tekanan dan suhu berkurang disebut cold reheat (P = ± 29 kg_f/ cm² & T = ± 303 ^oC) sehingga memerlukan penambahan suhu untuk mencapai tekanan yang sedikit lebih besar maka dipanaskan lagi di bagian boiler yaitu reheater. Steam hasil dari pemanasan ulang (P = ± 29 kg_f/ cm² & T = ± 541 ^oC) kemudian dilewatkan ke IP turbine.

Turbine dan Generator

Turbine terbagi menjadi 3 bagian dalam 1 poros yaitu high pressure (HP) turbine, intermediate pressure (IP) turbine dan low pressure (LP) turbine. Main steam dari superheater boiler menggerakkan HP turbine kemudian steam outlet dipanaskan lagi di reheater boiler untuk menaikkan tekanan dan suhu. Dari reheater, steam dilewatkan IP turbine dan outlet-nya langsung dihubungkan oleh saluran berbentuk U menuju ke LP turbine. Turbine dan generator terhubung dalam 1 poros dengan putaran 3000 rpm.

Add caption

Turbin PLTU GR

Condensate adalah produk dari hasil kondensasi yang didapatkan dari pengkontakkan antara steam (fluida panas) dengan air laut (fluida dingin) di peralatan condenser yang hasilnya ditampung di hotwell dan produk disebut condensate water. Urutan condensate water adalah : hotwell (P = 19 kg_f/cm²) – SJAE – GSC – LPH 1 (T = 85 ^oC) – LPH 2 (T = 103^oC) – LPH 3 (T = 127^oC) – LPH 4 (T = 144^oC) – deaerator (P = 7 kg_f/ cm² & T = 174^oC) – feed water.

Prosesnya meliputi beberapa peralatan sebagai berikut :

Condenser & Hot Well

Di condenser terdapat 2 sisi yaitu sisi shell yang berisi auxiliary steam LP turbine dan sisi tube berisi air pendingin dari air laut yang dipompa oleh pompa CWP. Kedua sisi terjadi kontak sehingga terjadi penukaran panas dan terjadi pengembunan (kondensasi). Karena terjadi proses kondensasi maka dihasilkan condensate water dan ditampung di hotwell yang letaknya tepat dibawah condenser. Untuk operasi ideal dalam siklus tertutup maka tidak ada air yang hilang namun dalam operasi kenyataan terdapat losses sehingga diperlukan air penambah di hotwell dari make up water sehingga level kebutuhan air untuk menghasilkan steam tetap terjaga.

Condenser PLTU BT

Condensate Pump (CP)

Berfungsi memompa condensate water dari hotwell menuju ke LPH dengan tekanan pompa sebesar ± 20 kg_f/ cm² dan suhu ± 40 ^oC.

Low Pressure Heater (LPH)

Low pressure heater (LPH) terdiri dari 4 buah yaitu LPH 1 (± 78 ^oC) – LPH 2 (± 144 ^oC) – LPH 3 (± 220 ^oC) – LPH 4 (± 280 ^oC) yang alirannya seri untuk memanaskan awal sebelum masuk ke deaerator (± 260 ^oC). Steam pemanas yang dipakai adalah extraction steam turbine LP (diambil dari sirip-sirip turbine).

Kutip Artikel ini Sebagai Referensi (Citation):

Feriyanto, Y.E. (2015). Steam & Condensate System PLTU 200 MW, Best Practice Experience in Power Plant. www.caesarvery.com. Surabaya

Referensi:

[1] Feriyanto, Y.E. (2015). Best Practice Experience in Power Plant. Surabaya

Ingin Konsultasi dengan Tim Expert Website, Silakan Hubungi DISINI

Vacuum System PLTU

Diposting oleh caesarvery On Friday, June 12, 2015

Vacuum System adalah sistem pembuatan kondisi vakum pada peralatan yang digunakan untuk keperluan efisiensi seperti penurunan titik didih, titik uap, pengembunan, pemisahan fase dan penurunan tekanan (dimaksudkan agar aliran mengalir dari tekanan tinggi ke tekanan rendah). Vaccum System terbagi menjadi 2 yaitu :

1. Vakum oleh Nozzle

Kondisi vakum yang disebabkan oleh nozzle sehingga terjadi penyempitan aliran (flowrate dan tekanan menjadi tinggi) dan biasanya menggunakan media steam.

2. Vakum oleh Fan / Blower

Kondisi vakum yang disebabkan oleh putaran fan / blower untuk membangkitkan tekanan.

Vacuum System yang ada di unit pembangkitan adalah :

Jet Ejector di Desalination Plant

Sistem vakum disini dimaksudkan untuk menurunkan titik penguapan sehingga air laut menguap pada temperatur rendah dan distillate yang didapat lebih banyak dengan energi panas yang sedikit (lebih efisien) serta untuk menarik lebih cepat (flowrate meningkat) air laut ke sisi chamber/ruang evaporator. Terbagi menjadi 2 tipe yaitu :

BACA JUGA: Air & Flue Gas System

1. Start Up Ejector

Sistem vakum yang digunakan saat start desalination plant. Steam dari auxiliary steam LP turbine (P = ± 7 bar, T = ± 300 ^oC) mengalir melewati percabangan vacuum chamber yang terhubung dengan ruang evaporator. Karena tekanan steam lebih besar maka udara dalam ruang evaporator terikut aliran steam dan terbawa untuk dibuang ke atmosphere. Kondisi vakum disini dicapai pada kondisi ± 160 mbar.

2. Vakum Unit

Bertujuan untuk mempertahankan sistem vakum yang telah dicapai start up ejector. Terdiri dari 5 buah vacuum chamber yang terhubung dengan stage tertentu di ruang evaporator untuk mempertahankan vakum. Auxiliary steam LP turbine yang digunakan untuk memanaskan di brine heater mempunyai tekanan tinggi dibanding tekanan dalam ruang evaporator sehingga aliran dalam ruang evaporator terikut melewati vacuum chamber sehingga menyebabkan vakum dan terikut ke arah brine heater. Kondisi ini berlangsung terus-menerus untuk menjaga kevakuman selama desalination plant operasi.

Vacuum System di Resin Regeneration

Saat proses regenerasi resin, bahan HCl dan NaOH (regenerant) dari regenerant measuring tank terikut aliran menuju ke mixed bed polisher tank karena tekanan aliran di pipa regenerant lebih kecil dibanding tekanan aliran dari prefilter menuju ke mixed bed polisher tank.

Steam Jet Air Ejector (SJAE)

Peralatan berbentuk tabung tipe shell and tube dengan shell (steam dari auxiliary steam HP turbine) dan tube (condensate water dari CP) dan. Kondisi vakum disini dibangkitkan oleh nozzle dimana aliran dari auxiliary steam HP turbine berkecepatan tinggi dan dilewatkan percabangan steam LP turbine dari condenser maka terjadilah penarikan aliran sehingga membuat vakum ruang kondensasi di condenser. Kondisi ini membuat steam LP turbine tertarik lebih cepat dengan titik pengembunan yang rendah sehingga didapat condensate water lebih banyak dengan waktu singkat. Proses pemanfaatan panas (heat recovery) yaitu steam dari auxiliary steam HP turbine + steam LP turbine mengalami kondensasi karena kontak dengan fluida dingin dari CP dan dialirkan ke hotwell sedangkan condensate water dari CP yang naik temperaturnya dialirkan ke gland steam condenser (GSC). Proses pengoperasian vacuum system SJAE dibagi menjadi 2 sesuai gambar dibawah yaitu :

1. Starting Ejector

Auxiliary steam HP turbine langsung menuju ke atmosfer. Dengan steam bertekanan dan kecepatan tinggi maka steam dari LP turbine di condenser terikut aliran sampai terjadi vakum (< 635 mmHg) dan sesudah kondisi vakum tercapai maka dilanjutkan oleh normal ejector vacuum system.

2. Normal Ejector

Setelah kondisi vakum dicapai (< 635 mmHg) oleh proses starting ejector maka proses normal ejector berfungsi mempertahankan kondisi vakum. Aliran steam dari auxiliary steam HP turbine langsung mengalir menuju steam jet air ejector (SJAE) dan steam LP turbine juga menuju ke SJAE karena terikut aliran auxiliary steam HP turbine sehingga kondisi vakum di condenser tetap terjaga. Di SJAE ini terjadi pemanfaatn panas dimaksudkan untuk membantu agar rentang panas dengan alat berikutnya tidak terlalu tinggi sehingga efisiensi panas meningkat dan irit bahan bakar.

Gland Steam Condenser (GSC)

Bentuk seperti tabung bertipe shell and tube (shell dari gland seal steam (GSS) poros / labyrinth turbine dan tube dari aliran SJAE). GSC ini dimaksudkan untuk pemanfaatan panas yang tidak digunakan (heat recovery) dari poros / labyrinth turbine (berfungsi untuk perapat agar steam terisolasi dalam sistem). GSC digunakan untuk membantu pemanasan awal sebelum ke proses berikutnya. Kondisi disini dibuat vakum oleh gland steam exhaust blower (GSEB) dengan cara kerjanya sebagai berikut : Steam GSS yang melewati poros / labyrinth turbine jika tidak mengalami sirkulasi maka akan terdapat kejenuhan sehingga timbul panas berlebih pada satu titik sehingga mengakibatkan overheating yang bisa mengakibatkan keretakan material, untuk menjaga agar GSS tetap dingin maka disirkulasikan paksa dengan GSEB dan gas terlarut yang tidak terkondensasi disedot oleh GSEB untuk dibuang ke atmosphere. GSS kemudian dikontakkan dengan condensate water dari SJAE sehingga terdapat 2 keluaran yaitu pertama GSS berubah karena mengalami kondensasi kemudian dikembalikan ke hotwell dan kedua condensate water yang sedikit naik temperaturnya dipompa ke LPH. Dengan adanya pemanfaatan panas di SJAE dan GSS maka condensate water yang seharusnya langsung ke LPH mengalami pre-treatment sehingga temperaturnya sedikit lebih tinggi untuk membantu proses di LPH.

Priming Vacuum Pump

Pompa yang digunakan untuk membantu memvakumkan ruang di water box condenser. Pompa ini digunakan jika level air laut surut sehingga tube condenser tidak seluruhnya terlewati air laut dengan indikatornya adalah ruang water box bagian atas kosong dan terisi udara. Untuk menarik udara tersebut maka digunakan pompa priming vacuum pump sehingga udara terjebak di water box condenser keluar dan bersamaan dengan keluarnya udara tersebut, air laut di bagian bawah terikut ke atas dan mengisi tube condenser bagian atas. Jika tube condenser tidak seluruhnya terlewati maka sisi yang tidak terlewati akan mengalami overheating karena kontak terus-menerus dengan steam LP turbine dan tidak terlewati fluida dingin sehingga mengakibatkan keretakan material dan bisa jebol. Hasil dari udara + air laut panas terikut oleh tekanan pompa kemudian dipisahkan di separator tank antara udara dengan air laut panas sehingga terpisahkan menjadi 2 yaitu udara dibuang ke atmosfer dan air laut panas sebelum dibuang ke waste water pit didinginkan oleh air tawar dari CWHE di sisi luar sebagai sealing.

Vapor Extractor Main Oil & Oil Conditioner

Berbentuk blower untuk menyedot seal oil yang telah digunakan untuk perapat (sealing) (jika turbine tekanan tinggi bertujuan agar steam tidak keluar ke lingkungan dan jika turbine tekanan rendah bertujuan agar udara lingkungan tidak masuk ke sistem). Oli yang digunakan untuk perapat akan mengalami kenaikan temperatur sehingga sewaktu dikembalikan ke main oil tank akan terbentuk buih / busa yang jika dibiarkan akan terbentuk uap air yang akan menganggu kinerja seal oil . Proses kerjanya sebagai berikut : seal oil yang digunakan untuk perapat harus disirkulasikan terus-menerus agar tidak mengalami overheating dan dikembalikan ke main oil tank untuk pendinginan. Saat kembali ke main oil tank, seal oil akan membentuk busa / buih karena terjadi pemutusan rantai molekul hidrokarbon yang disebabkan oleh panas dan ini akan menganggu sistem kerja oli karena bisa membentuk buih dan untuk mengatasinya digunakan vapor extractor untuk menghilangkan busa tersebut yang kemudian dibuang ke atmosfer. Karena sistem yang bekerja terus menerus kemudian terjadi vakum di main oil tank dan oli sebagai sealing tersedot lebih cepat menuju ke main oil tank (MOT) karena proses vakum. Sistem ini juga berlaku untuk proses di oil conditioner tank yang menggunakan vapor extractor oil conditioner.

Vacuum Tank untuk Seal H₂ Generator

Generator yang berputar akan menghasilkan panas disekelilingnya atau peralatan yang berputar dan bergesekan, sehingga peralatan didalamnya harus dijaga agar tidak overheating dan untuk menjaga temperatur tetap dingin digunakan gas hydrogen (H₂) dengan alasan sebagai berikut :

Densitas rendah (mengurangi kerugian gesek dan bising)
Daya serap panas tinggi (daya serap H₂ lebih besar 6 -10 x lebih bagus dari udara karena koefisien perpindahan panas tinggi)
Daya hantar panas tinggi sehingga dapat menghantarkan panas lebih banyak
Tidak korosif
Tidak memerlukan heater karena bisa diatur sesuai kebutuhan
Komponen generator lebih bersih
Lifetime lebih panjang

Proses sealing di generator adalah aliran pompa dari MOT digunakan untuk sealing di turbine dan generator. Di generator, oli dikembalikan ke vacuum tank dengan cara spray untuk menghilangkan gas terlarut, kemudian dikembalikan ke labyrinth packing generator oleh main seal oil pump. Di vacuum tank terjadi pemvakuman yang dilakukan oleh vacuum pump yaitu saat membuang gas terlarut ke atmosfer dan karena terjadi terus – menerus maka terjadilah vakum dan ini berfungsi untuk mempercepat aliran turun dari labyrinth packing generator ke vacuum tank. Di vacuum tank di sirkulasikan terus menerus dengan cara spray oleh circulation pump untuk menghilangkan buih. Sealing di generator bertujuan untuk mencegah kebocoran gas hydrogen dan untuk mencegah overheating pada labyrinth packing generator.

Proses aliran Seal Oil seperti berikut :

Untuk sesuatu yang bergerak terus-menerus dan bergesekan akan timbul panas yang jika dibiarkan akan overheating dan akan mengikis material, maka alat ini harus didinginkan seperti bearing turbine, penggerak hidrolik valve turbine, seal oil generator. Tempat penampungan oli untuk alat-alat besar dan utama dinamakan MOT sedangkan alat kecil mempunyai oil yank sendiri. Kerja seal oil dimulai saat start dengan putaran turbine masih rendah (± 3 rpm) sehingga bearing turbine membutuhkan pendinginan dengan kecepatan aliran rendah dan turning gear oil pump (TGOP) bekerja. Dengan kenaikan putaran rpm yang semakin besar maka TGOP dimatikan dan diganti oleh auxiliary oil pump (AOP), AOP bekerja terus menerus sampai putaran turbine mendekati 3000 rpm, setelah 3000 rpm AOP dimatikan dan diganti main oil pump (MOP) yang berkecepatan dan bertekanan tinggi karena dibantu booster pump didalam MOT. Sedangkan emergency oil pump (EOP) digunakan untuk kondisi darurat jika keadaan pembangkit blackout (tidak ada daya AC sama sekali), prosesnya adalah saat turbine kecepatan tinggi dan berhenti mendadak maka masih terdapat panas pada setiap bagian yang bergesekan (yang dilewati seal oil) dan jika seal oil dibiarkan tidak disirkulasi maka panas akan mencapai titik maksimal dan bisa menyebabkan overheating material dan untuk menghidupkan pompa dibutuhkan energi cadangan arus DC yaitu pompa EOP, sehingga masih ada waktu sedikit untuk sirkulasi seal oil. MOT dilengkapi pendingin dari demin water sehingga temperatur main oil tetap terjaga dingin. Oli yang masuk ke MOT akan mengalami overflow dan secara gravitasi mengalir ke oil conditioner tank yang dilengkapi strainer untuk menyaring kotoran dan hasil penyaringan dipompa kembali ke MOT. Kondisi pemvakuman untuk membuang gas terlarut di MOT dan oil conditioner tank seperti penjelasan sebelumnya.