ISSN: 2088-4591
Vol. 4 No. 2 Edisi Nopember 2014
Analisa Kegagalan Mechanical Seal Booster Pump dan Bearing Temperature High pada BFP PLTU Paiton Unit 9 Hendra Kristanto, Djoko Wahyudi, M Fathuddin Noor Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Panca Marga Jl. Yos Sudarso 107 Pabean Dringu Probolinggo 67271 Email :
[email protected] Terima Naskah Terima Revisi
: 15 Agustus 2014 : 10 September 2014 ABSTRAK
Boiler Feedwater Pump (BFP) merupakan salah satu peralatan utama pada PLTU yang memegang peranan penting dalam siklus kerja PLTU. Fungsi dari BFP yaitu mengirimkan air pengisi yang merupakan bahan baku uap penggerak turbin dari deaerator ke boiler (steam drum). Dengan adanya gangguan pada BFP bisa mengakibatkan unit mengalami derating hingga menyebabkan unit trip atau berhenti beroperasi. Pada PLTU Paiton Unit 9 terdapat 3 buah BFP beserta dengan booster pump-nya. 1 buah BFP dengan penggerak motor digunakan pada waktu star awal unit operasi hingga 25% beban, 2 BFP dengan penggerak mini turbin uap digunakan pada waktu operasi normal. Ketiga BFP tersebut perlu dijaga keandalannya untuk menjaga kestabilan sistem operasi PLTU unit 9. Banyak permasalahan yang bisa muncul pada downtime pompa BFP antara lain yaitu kegagalan mechanical seal dan juga bearing temperature high. Kedua permasalahan ini yang pernah terjadi pada PLTU Paiton Unit 9. Dari permasalahan ini maka dilakukan analisa kegagalan mechanical seal booster pump dan bearing temperature high pada BFP PLTU Paiton Unit 9 yang dapat memberikan rekomendasi untuk mengatasi permasalahan dan mengurangi resiko terjadinya kegagalan mechanical seal dan juga bearing temperature high. Kata kunci :
Kegagalan, mechanical seal, bantalan, temperature high. ABSTRACT
Boiler Feedwater Pump (BFP) is one of main equipment in Power Plant which have important character in Power Plant work flow. The function of BFP is give supply the feedwater that is a basic material turbine steam driven from deaerator to the boiler (steam drum). If there have some troubles in BFP can make Power Plant get the derating or cause the unit trip or stop to operation. There are three Boiler Feedwater Pump at Unit 9 Paiton Power Plant include the booster pump. One of BFP with motor driven use to begining start Unit operation untul 25% load, 2 BFP with mini steam turbine driven use to normal operation. All of BFP need to keep trade on to make operation system Power Plant unit 9 stable. Many problems can happen in downtime of BFP such as Mechanical Seal failure and bearing temperature high. Both of the problems were happened in Power Plant Unit 9. From this problems, then make analysis Failure of mechanical seal booster pump and bearing temperature high of BFP Power Plant Unit 9 in which can give recomendation for solve the problems and decrease risk of mechanical seal failure and also bearing temperature high. Keyword : Failure, mechanical seal, bearing, temperature high.
1
Vol. 4 No. 2 Edisi Nopember 2014
PENDAHULUAN Pompa merupakan salah satu peralatan berputar yang berfungsi untuk memindahkan fluida dari satu tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan fluida yang dipindahkan. Dalam dunia industri, jenis pompa yang sering digunakan adalah pompa sentrifugal. Pompa sentrufugal bekerja berdasarkan prinsip gaya sentrifugal, yaitu benda yang bergerak secara melengkung akan mengalami gaya yang arahnya keluar dari titik pusat lintasan yang melengkung tersebut. Pompa sentrifugal pada dasarnya adalah mesin berkecepatan tinggi jika dibandingkan dengan jenis-jenis pompa lainnya seperti torak, rotari, atau displacement [2]. Salah satu pompa sentrifugal yang digunakan dalam industri pembangkitan listrik tenaga uap (PLTU) adalah Boiler Feedwater Pump (BFP). Boiler Feedwater Pump (BFP) merupakan salah satu bagian utama pada PLTU yang berfungsi untuk memompa air dari deaerator menuju ke pemampungan air pengisi di boiler (drum) dan kemudian masuk ke boiler. BFP di PLTU Paiton Baru ada 2 jenis yaitu : Turbine Driven BFP atau BFPT dan Motor Driven BFP atau BFPM. BFPT merupakan pompa air pengisi boiler yang memiliki tenaga penggerak dari turbin uap (steam turbine). BFPT memiliki kemampuan 2 x 50%, artinya ada dua unit BFPT pada PLTU Paiton Baru yang masing-masing BFPT memiliki kemampuan untuk mencapai beban hingga 50% dari total beban (Mega Watt) yang dihasilkan oleh pembangkit listrik. Sedangkan Motor Driven BFP (BFPM) merupakan pompa air pengisi boiler yang memiliki tenaga penggerak dari motor. BFPM bekerja dengan kemampuan 1 x 25% yang artinya pada PLTU Paiton Baru memiliki satu unit BFPM dengan kemampuan kerja untuk mencapai beban hingga 25% dari total beban (Mega Watt) yang dihasilkan oleh pembangkit listrik. Ada banyak penyebab BFP mengalami permasalahan hingga terjadinya kegagalan operasi. Kegagalan mechanical seal adalah penyebab paling umum dari downtime pompa BFP. Jika hal itu terjadi, maka pompa harus segera dimatikan atau dapat menyebabkan kerusakan pompa dan perubahan temperature. Selain itu bearing temperature high pada BFP atau Booster Pump juga merupakan penyebab terjadinya kegagalan kerja BFP. Hal ini dapat menyebabkan BFP trip atau gagal beroperasi. Analisa kegagalan
2
ISSN: 2088-4591
mechanical seal booster pump BFP dan temperature high bearing BFP pada PLTU Paiton Unit 9 ini dilalukan dengan metode studi kasus berdasarkan pada permasalahan yang pernah terjadi pada PLTU. Hasil dari penelitian ini bertujuan untuk mengetahui penyebab terjadi kegagalan mechanical seal booster pump BFP, mengetahui penyebab terjadi temperature high pada bearing BFP, dan dapat memberikan rekomendasi untuk mengurangi tingkat kegagalan mechanical seal maupun bearing temperature high pada BFP di PLTU Paiton Unit 9. Siklus PLTU Siklus fluida kerja PLTU merupakan siklus tertutup, yaitu dengan menggunakan fluida kerja yang sama secara berulang-ulang. Pertama air diisikan ke boiler hingga mengisi seluruh luas permukaan pemindah panas. Di dalam boiler air ini dipanaskan dengan gas panas hasil pembakaran bahan bakar dengan udara sehingga berubah menjadi uap. Uap hasil produksi boiler dengan tekanan dan temperatur tertentu diarahkan untuk melakukan kerja di turbin sehingga menghasilkan daya mekanik berupa putaran. Uap bekas keluar turbin masuk ke kondensor untuk didinginkan dengan air pendingin agar berubah menjadi air. Air kondensat ini kemudian dipanaskan dan digunakan lagi sebagai air pengisi boiler. Demikian siklus ini berlangsung terus menerus dan berulang-ulang. Putaran turbin digunakan untuk memutar generator yang dikopel langsung dengan turbin sehingga ketika turbin berputar dihasilkan energi listrik dari terminal output generator.
Gambar 1 Siklus fluida kerja (air uap) PLTU Mechanical seal Mechanical seal adalah suatu alat mekanis yang berfungsi untuk mencegah kebocoran fluida dari ruang/wadah yang memiliki poros berputar.
ISSN: 2088-4591
Vol. 4 No. 2 Edisi Nopember 2014
Pengesilan terjadi karena alat mekanis tersebut memiliki 2 buah komponen muka akhir (end faces) pada posisi 90° terhadap sumbu poros yang kontak satu dengan lainnya karena adanya gaya axial dari pegas/spring. Mechanical seal terdiri dari 3 kelompok komponen, yaitu: • Rotating unit (bagian yang berputar) • Stationary unit (bagian yang diam) • Metal hadrware (komponen logam) seperti sleeve, glandplate, collar.
Gambar 2 Komponen Mechanical Seal Cara Kerja Mechanical seal Fungsi utama mechanical seal dalam suatu pompa adalah untuk mencegah kebocoran cairan dari dalam pompa ke luar (atmospheric side), terutama adalah cairan dari celah antara poros dengan komponen statik rumah pompa. Dalam mechanical seal ada 3 titik pengesilan yaitu : • Primary Seal, titik pengesilan yang terjadi pada Face Contact (Primary Ring VS Mating Ring) • Secondary Seal, titik pengesilan untuk mencegah kebocoran di bagian inside diameter Primary Ring. • Tertiary Seal, titik pengesilan untuk mencegah kebocoran dibagian outside diameter Mating Ring. Pada sebuah mechanical seal yang baik diantara bidang kontak akan terbentuk lapisan film (fluid film) yang akan menjadi bantalan, lapisan film tersebut tebalnya sekitar 1-5 micron. Fungsi dari fluid film ini adalah untuk pelumas dan pendingin bagi bidang kontak primary ring dengan mating ring. Seandainya fluid film tidak terbentuk maka bidang kontak tersebut akan menjadi kering (dry running) yang akan membuat komponen cepat rusak/aus.
METODE Metodologi pengumpulan data yang digunakan dalam pelaksanaan penelitian ini antara lain: 1. Studi Pustaka (Library Research) Studi pustaka di sini diambil dari perpustakaan PT.PJB UBJOM Paiton, perpustakaan Universitas Negeri Malang, Jasa Diklat Unit Pendidikan dan Pelatihan Suralaya, serta literatur dari internet yang mendukung penelitian ini. 2. Studi Lapangan (Field Research) Guna mendapat data-data yang dibutuhkan untuk analisa dalam penelitian ini, maka penulis melakukan studi lapangan pada PLTU Paiton Unit 9, khusunya yaitu pada Main Plant Unit lantai 1-3, BFPT house, dan ruang CCR. Sumber Data 1. Data Primer Data-data ini diperoleh dengan cara: a. Observasi Lapangan b. Interview atau Wawancara Data primer di sini terdiri dari: • Data spesifikasi peralatan. • Data pengoperasian (dari pihak operasi). • Data history gangguan yang terjadi pada peralatan. • Data lain yang berkaitan dengan Boiler Feedwater Pump (BFP) 2. Data Sekunder • Sejarah berdirinya perusahaan. • Data lokasi perusahaan. • Proses produksi. • Literatur - literatur. Waktu dan Tempat Penelitian 1. Waktu Penelitian Penelitian dilaksanakan tanggal 1 Juli 2014 sampai 10 Agustus 2014 2. Tempat Penelitian Main Plant House dan Central Control Room di Pembangkit Listrik Tenaga Uap Paiton Unit 9 dengan perusahaan jasa pengoperasian dan pemeliharaan PT PJB UBJOM Paiton yang beralamat di Jalan Raya Surabaya – Situbondo, Km 141 Paiton – Probolinggo. Data Gangguan Mechanical Seal Booster Pump BFPM 1. Permasalahan BFPM
3
Vol. 4 No. 2 Edisi Nopember 2014
2.
Berdasarkan pengamatan historikal Work Order 18452 yang terbit pada tanggal 13 Mei 2013 yaitu tentang kebocoran pada Mechanical Seal, sisi Inboard BFPM Booster Pump C. Gejala :Kebocoran pada mechanical seal inboard Booster BFPM pada speed 40% kebocoran berkurang. Dampak : Semburan air menggenangi area sekitar, losses pada air head tank. Target : tidak ada kebocoran lagi. Kronologi Kejadian a. Tanggal 10 Mei 2013 jam 18.38: BFPM start dan terjadi kebocoran mechanical seal sisi inboard Booster Pump (Berdasarkan laporan produksi / LAPHAR) b. Tanggal 11 Mei 2013: Pihak produksi melakukan pengetesan kebocoran mechanical seal dengan hasil sebagai berikut: • BFPM putaran minimum speed / variable speed fluid coupling posisi actuator scoop tube 15% terjadi kebocoran yang signifikan pada inboard mechanical seal Booster Pump ( putaran Booster Pump steady 1490 rpm) • BFPM putaran minimum speed / variable speed fluid coupling posisi actuator scoop tube diatas 40% tidak terjadi kebocoran yang signifikan (kecil) pada inboard mechanical seal Booster Pump (putaran Booster Pump steady 1490 rpm)
Data Gangguan Temperature Non-Thrust Bearing BFPT B High 1. Permasalahan BFPT Berdasarkan Work Order 11283 yang terbit tanggal 12 Juni 2012 jam 10.32 AM yaitu temperatur non trust bearing BFP-T B high. Untuk alarm 80oC dan trip 90oC berdasarkan SOE alarm. Gejala :Temperatur non thrust bearing mengalami kenaikan dan akan naik saat beban di naikkan. Dampak: Beban unit tidak dapat dinaikkan karena dikwatirkan temperatur bertambah naik dan menyebabkan trip.
4
ISSN: 2088-4591
Target: Temperatur non thrust bearing normal kembali. 2. Kronologi Kejadian a. Pada tanggal 25 April 2012 dilakukan perbaikan pada thrust bearing dengan melakukan penggantian packing end cover thrust bearing oleh pihak kontraktor. b. Berdasarkan hasil data trending di CCB pada tanggal 6 November jam 15:33:36 diperoleh nilai sebagai berikut : Tabel 1 Hasil pengukuran BFPT B Measurement point Unit Value BFP B INLET T/H 784.140 FLOW BFP B THRUST °C 51.627 BEARING TEMPERAT UR BFP B NON°C 82.349 THRUST BEARING TEMPERAT UR FEED PUMP B RPM 4623.283 TURBINE SPEED A-P OF MW 435.437 GENERATO R c. Pada tanggal 14 November 2012 dilakukan perbaikan lagi oleh pihak kontraktor dengan rincian pekerjaan sebagai berikut : • Pemeriksaan kondisi thrust bearing (kondisi visual ada sedikit goresan melingkar tetapi secara umum masih kategori bagus). • Pemeriksaan kondisi RTD ( kondisi RTD sisi non thrust bearing kabel putus dan dilakukan penggantian RTD baru). • Modifikasi orifice line supply oil dari inside diameter 14 mm menjadi 17 mm (diperbesar) • Penambahan shim 0.2 mm pada thrust disc. • Packing end cover 0.5 mm (tidak ada perubahan)
ISSN: 2088-4591
Vol. 4 No. 2 Edisi Nopember 2014
• Tidak dilakukan pengukuran clearance thrust bearing d. Pada tanggal 22 Nopember 2012 dilakukan perbaikan kembali oleh pihak kontraktor dengan rincian pekerjaan sebagai berikut : • Melepas connecting thermo couple. • Melepas thrust bearing, journal bearing inboard & outboard. • Melepas spacer coupling. • Melepas lower cover bearing inboard & outboard. • Melepas coupling pump side. • Melepas mechanical seal inboard & outboard dengan tujuan pemeriksaan total end play pump. • Pemeriksaan Total End Play.
HASIL DAN PEMBAHASAN Analisa Permasalahan Kegagalan Mechanical Seal Potensial Cause
Gambar 3 Fish Bone Diagram Penyebab Kegagalan Mechanical Seal Evaluasi Potensial Cause a. Lubrication Failures (Kegagalan Pelumasan) Fungsi semestinya dari pasangan mechanical shaft seal dengan hard/hard seal face material tergantung dari media pelumasan. Dalam hal ini ada 2 yang mempengaruhi kegagalan pelumasan pada mechanical seal yaitu : • Dry Running Dry running terjadi saat tidak ada pelumasan disekitar seal, juga disebabkan ketiadaan media yang dipompakan menuju pompa atau kurangnya venting, berakibat kumpulan udara di sekitar seal. Berdasarkan hasil investigasi di lapangan dan data di CCB bahwa seal water mechanical
seal ada aliran, hal ini bisa dibuktikan dengan melihat sight glass seal water dan temperature seal water yang normal. • Poor Lubrication (Kurangnya Pelumasan) Sama dengan dry-running, gesekan pada seal face akibat dari kurang pelumasan kemungkinan juga penyebab masalah. Poor lubrication kemungkinan terjadi saat viskositas media yang dipompakan sangat kurang atau jika suhu diatas titik didih pada tekanan atmosfer. Berdasarkan hasil investigasi di lapangan dan data di DCS bahwa seal water mechanical seal ada aliran, hal ini bisa dibuktikan dengan melihat sight glass seal water dan temperature seal water yang normal. b. Contamination Failures (Gangguan Kontaminasi) Media yang dipompakan sering kali bercampur cairan atau zat padat, menambah sedikit partikel tidak larut tersuspensi. Lubrikasi film pada sealing gap dipaksa untuk large gradient di suhu,tekanan, dan velocity. Ada beberapa penyebab kerusakan mechanical seal akibat dari kontaminasi antara lain: • Particle & Deposits Sejumlah hard particle pada seal face mengakibatkan peningkatan keausan, terutama ketika menggunakan pasangan material hard/soft seal face. Dalam kasus tersebut, hard particle kemungkinan terjepit masuk soft seal ring, berasal dari grinding tool pada hard seal ring. Berdasarkan hasil investigasi di lapangan bahwa seal water dilengkapi duplex magnetic filter jadi kemungkinan kecil kotoran akan masuk melalui seal water dan suction pump juga dilengkapi dengan strainer yang menyaring media yang di pompa, apabila strainer kotor CCB akan memberikan sinyal DP high. • Clogging / menyumbat Ketika media yang dipompakan memiliki high content partikel dan fiber yang tersuspensi, seal gagal oleh karena precipitation atau penggabungan partikel dan fiber di spring, seal driver atau O-ring. Tingkat sedimentasi dipengaruhi oleh media yang dipompakan dan kondisi aliran sekitar seal. Sedimentasi pada metal shaft seal kemungkinan dapat mencegah gaya axial spring.
5
Vol. 4 No. 2 Edisi Nopember 2014
Berdasarkan hasil investigasi di lapangan pada mechanical seal tidak ada sisa fluida proses/produk yang menempel pada komponen yang seharusnya bergeser/bergerak dinamis sehingga menyebabkan kemacetan,karena fluida yang di pompa bukan fluida kimia. • Sticking / pelekatan Sticking dapat memiliki penyebab yang berbeda. Terutamanya pasangan material hard/hard seal face yang memiliki kecenderungan untuk sticking. Penyebab utama sticking adalah pengendapan sticking material dari media yang dipompakan pada seal face atau korosi pada seal face. Berdasarkan hasil investigasi di lapangan pada mechanical seal tidak ada sisa fluida proses/produk yang menempel pada komponen yang seharusnya bergeser/bergerak dinamis sehingga menyebabkan kemacetan,karena fluida yang di pompa bukan fluida kimia. c. Chemical, Physical Degrading dan Wear Semua bagian mechanical shaft seal harus memiliki ketahanan yang memadai untuk bahan kimia dan lingkungan fisik untuk beroperasi dengan baik selama waktu kerja yang diharapkan. Temperatur yang dinaikan dan bahan kimia berat atau beban mekanis mengurangi life time yang diharapkan dari seal. Swelling of rubber part / Pembengkakan bagian karet Swelling rubber adalah peningkatan volume dan penurunan hardness karena penyerapan pelarut. Peningkatan volume tergantung pada jenis dan grade rubber, jenis dan konsentrasi pelarut maupun temperatur dan waktu pemaparan. Fungsi berbagai jenis shaft seal tergantung luasnya geometri dari rubber part. Kemungkinan terjadi swelling pada O-ring pada mechanical seal booster pump kecil karena fluida yang di pompa bukan bahan kimia atau mineral oil dan temperature pada seal water untuk flushing normal. d. Installation Failures (Kesalahan Instalasi) Beberapa kegagalan mechanical seal berasal dari kesalahan mounting dan handling. Contohnya shaft missaligment, seat tidak dipasang segaris dengan shaft, axial moving shaft, dan kesalahan assembly length, dll. Ada beberapa penyebab kerusakan mechanical seal akibat dari kesalahan pemasangan antara lain: • Misalignment
6
ISSN: 2088-4591
Posisi dan lebar keausan pada seat mengindikasikan berbagai masalah. Jika lebar keausan pada seat mencerminkan pergeseran berkebalikan dengan seal ring, shaft seal tampaknya segaris maka tidak ada run-out shaft. Jika sliding face pada seat lebih lebar daripada perputaran sliding face, maka indikasi run-out shaft. Hal ini juga dapat dilihat jika untuk beberapa alasan ada putaran unbalance. Jika seal diinstal tidak paralel antara satu dengan yang lain ataupun membentuk sudut terhadap poros, maka permukaan yang bergerak akan membentuk sudut juga dengan mechanical seal sehingga menyebabkan gesekan/aus pada permukaan yang bergerak tersebut. Untuk mencegah hal ini terjadi, pastikan mechanical seal tersebut diinstal dengan baik. Keausan abnormal pada dynamic O-ring, jika diamati seat O-ring dimiringkan. Keausan pada dynamic O-ring diikuti goresan axial pada inner surface. Berdasarkan jenis Mechanical Seal yang dipakai pada Booster Pump yaitu Cartridge Mechanical Seal memiliki keunggulan yaitu tidak perlu setting kompresi manual dan mengurangi kesalahan pemasangan secara signifikan dikarenakan pabrik Mechanical Seal telah merangkai Basic Seal diatas sleeve, melengkapi rangkaian ini dengan gland plate dan spacer. Jadi kesalahan pemasangan mechanical seal yang mengakibatkan misalignment kemungkinan kecil sekali. Dari hasil pengukuran vibrasi oleh bidang CBM bahwa Vibrasi tertinggi pada BOV = 10.55 mm/s. Nilai ini berada pada level "STILL PERMISSIBLE" berdasarkan ISO 10816 dan pihak CBM merekomendasikan peralatan dioperasikan secara normal. Kesimpulannya adalah misalignment bukan penyebab dari kegagalan mechanical seal. • Assembly (Perakitan) Salah satu penyebab kebocoran mechanical seal di lapangan selama ini adalah membuka atau terpisahnya seal faces dimana seharusnya saling menekan (open seal face-axial) dengan kata lain mechanical seal kehilangan kompresi. Dimana mechanical shaft seal dipasang pada rotating equipment, pergerakan axial shaft tidak boleh melebihi fleksibilitas shaft seal. Pergerakan axial shaft melebihi fleksibilitas yang diizinkan pada rotating part mechanical shaft seal kemungkinan menyebabkan keausan
ISSN: 2088-4591
Vol. 4 No. 2 Edisi Nopember 2014
yang diperluas pada seal ring atau kerusakan permanen di individual part pada shaft seal. Pergerakan axial shaft pompa dipengaruhi oleh penyetelan impeller (rotor position) yang dilakukan setelah mechanical seal terpasang di shaft. Di booster pump BFPM untuk melakukan penyetelan impeller dengan melakukan adjustment pada thrust ball bearing (thrust movement) dengan mengukur tebal adjusting ring. Berdasarkan hasil investigasi di lapangan telah terjadi pergerakan axial shaft (thrust movement) yang melebihi standard yaitu ± 0.5 – 1.0 mm ( standard 0.12 – 0.3 mm), hal ini akan mempengaruhi kompresi seal face mechanical seal (kadang melebihi dan kadang mengurangi fleksibilitas / kompresi) yang akan mengakibatkan kebocoran pada mechanical seal. • Fitting Banyak shaft seal memiliki assembly length sesuai dengan standar. Hal ini memungkinkan user merubah satu tipe seal ke tipe lainnya dengan peningkatan performance untuk aplikasi aktualnya. Bahkan jika dua seal berbeda memiliki total length yang sama, sliding face tidak selalu ditempatkan pada ketinggian yang sama. Jika komponen dari dua seal dicampur, hasilnya bisa lebih rendah atau seal compression berlebih. Berdasarkan histori pemeliharaan, mechanical seal belum pernah dibongkar atau diganti (masih orisinil pabrikan). e. System Failure (Kegagalan Sistem) Saat sistem pompa beroperasi, parameter operasi kemungkinan sedikit berbeda dari sistem yang didesain. Perubahan kondisi operasi kemungkinan mempengaruhi performance seal. Parameter-parameter berikut ini yang mempengaruhi performance mechanical shaft seal : • Pressure di seal chamber • Temperatur sekitar shaft seal di seal chamber • Media yang dipompa • Kecepatan • Dimensi shaft seal Jika parameter diatas tidak benar untuk aplikasi tersebut, akibatnya terjadi malfunction atau kerusakan seal. • Pressure / Tekanan Tekanan yang dipompa disisi seal harus berada dalam batasan yang sesuai desain,
material, dan media yang dipompa. Ketika tekanan media yang dipompa pada shaft seal melebihi level tekanan yang di desain, berbagai kegagalan mungkin terjadi, Gesekan antara seal ring kemungkinan meningkatkan dan menyebabkan kerusakan baik secara langsung yang disebabkan gaya gesek atau secondary seal pada seal. Extruded O-ring umumnya adalah mekanisme kegagalan yang diketahui. Jika temperature mendekati batas operasi maksimum dari seal, material rubber menjadi lebih soft dan rentan terhadap ekstrusi. Berdasarkan hasil investigasi dilapangan dan trending pada DCS untuk tekanan booster pump normal yaitu 7.1 bar untuk suction dan 18.3 bar untuk discharge (normal >8 bar) • Temperature Kegagalan mechanical seal, pemanasan yang berlebih dan kekurangan pelumasan terjadi secara bersamaan. Pemanasan yang berlebih ini dapat kita lihat di sekeliling permukaan adanya bekas hangus. Jika tidak ditangani dengan baik, maka dari permukaan yang hangus tadi akan muncul retakan baru akibat pemanasan yang berlebih. Retakan mulai muncul dari permukaan yang hangus tersebut. Ini biasa terjadi pada logam padat dimana tidak diberikan toleransi untuk ekspansi sehingga terjadi retakan. Ujung-ujung retakan yang sedikit lebih tinggi mulai menggesek permukaan disekitarnya. Untuk menghindari hal ini, gunakanlah seal tersebut pada kondisi yang sudah ditetapkan oleh pabrikan, pengoperasian harus berada di bawah temperatur batasnya. Berdasarkan hasil investigasi di lapangan dan data di CCB bahwa pada stuffing box dilengkapi line cooling jacket dengan tujuan fluida yang menuju ke mechanical seal didinginkan terlebih dahulu dan seal water mechanical seal ada aliran, hal ini bisa dibuktikan dengan melihat sight glass seal water dan temperature seal water yang normal. • No or insufficient flow (tidak ada atau kurangnya aliran) Tidak adanya aliran terjadi ketika pompa memompa media (feedwater). Panas yang dihasilkan oleh gesekan dalam shaft seal dan panas yang dihasilkan banyaknya turbulensi sekitar impeller akibatnya meningkatnya temperature di pompa. Peningkatan temperature dapat merusak
7
Vol. 4 No. 2 Edisi Nopember 2014
part elastomer shaft seal pada khususnya. Selain peningkatan temperature, resiko dryrunning juga meningkat, ketika kondisi tersebut tidak ada atau kurangnya flow melewati pompa dan seal chamber • Poor Venting Kurangnya venting berakibat dry-running secara terus-menerus atau secara periodik mempunyai konsekuensi terhadap umur mechanical shaft seal. Berdasarkan hasil investigasi dilapangan bahwa pihak produksi apabila melakukan start awal BFPM untuk pertama operasi selalu melakukan venting dengan membuka valve venting yang terletak setelah magnetic filter self lubricating, hal ini sesuai dengan SOP pengoperasian pada manual book. • Vibrasi Vibrasi mekanik menghasilkan gaya yang lebih tinggi pada setiap part mechanical shaft seal. Akibat keausan pada semua part, seal ring terkelupas dan kemungkinan pembukaan sealing gap. Vibrasi dapat dihasilkan dari gesekan antara seal face jika kondisi operasi terlampaui. Selain itu, vibrasi sering dikaitkan dengan bearing aus. Dari hasil pengukuran vibrasi oleh CBM bahwa Vibrasi tertinggi pada BOV = 10.55 mm/s. Nilai ini berada pada level "STILL PERMISSIBLE" berdasarkan ISO 10816 dan pihak CBM merekomendasikan peralatan dioperasikan secara normal. Kesimpulannya adalah vibrasi bukan penyebab dari kegagalan mechanical seal. Root Cause Dari beberapa kemungkinan yang ada maka penyebab kegagalan mechanical seal sisi inboard Booster Pump BFPM adalah pergerakan axial shaft (thrust movement) yang melebihi standar yaitu ± 0.5 – 1.0 mm (standard 0.12 – 0.3 mm), hal ini akan mempengaruhi kompresi seal face mechanical seal (kadang melebihi dan kadang mengurangi fleksibilitas / kompresi mechanical seal). Tindakan Pencegahan (Failure Denfense Task) Tindakanan preventive yang perlu dilaksanakan antara lain : 1. Perbaikan rotor posisi (centering antara impeller dengan diffuser) dengan setting ajusting ring pada outboard bearing dan
8
ISSN: 2088-4591
perbaikan thrust movement rotor Booster Pump dengan setting packing end cover bearing. 2. Pengadaan/penyediaan spare part cartridge mechanical seal (minimum stock) untuk basic seal yang terdiri dari “O” ring (elastomer),seal face stasionary dan seal face rotary dengan tujuan penghematan perawatan. Analisa Permasalahan Non Thrust Bearing BFPT B Temperature High Potensial Cause
Gambar 4 Fish Bone Diagram Penyebab Temperatur Non Thrust Bearing BFPT B High Evaluasi Potensial Cause 1. Electronic Failure a. Sensor Mafunction Sensor suhu pada non-thrust bearing BFPT B menggunakan sensor suhu jenis Resistence Temperature Difference (RTD) PT100. Sensor suhu RTD merupakan peralatan run to failure (RTF) sehingga dalam kalibrasinya pun tidak ada bagian yang disetting, karena memang tidak ada bagian yang perlu disetting. Dalam penggunaannya bila terjadi penyimpangan besar pada hasil pengukuran, maka RTD perlu diganti dengan yang baru. Menurut data hasil pengukuran CCB tidak diketemukan penyimpangan besar terhadap hasil pengukuran standar, sehingga disimpulkan tidak terjadi kerusakan fungsi sensor suhu. b. Short Circuit in Local Terminal Sesuai data Work Order 12914 dan Work Order 11283, lokal terminal RTD terkena steam dari vent drain pit, sehingga menyebabkan terjadinya short circuit pada sambungan RTD. Per tanggal 28 Agustus 2012
ISSN: 2088-4591
Vol. 4 No. 2 Edisi Nopember 2014
lokal terminal dipindah menjauhi vent drain pit.
ini bisa dibuktikan dengan melihat temperatur thrust bearing 51°C dan temperatur non thrust bearing 86°C pada beban 435 MW. Pada tanggal 22 Nopember 2012 Pihak kontraktor malakukan perbaikan dengan cara setting ulang pada posisi rotor terhadap casing dengan hasil sebagai berikut : Tabel 2 Hasil pengkuran BFPT B oleh kontraktor
PENEMPATAN
AWAL RTD DRAIN BOX
Gambar 5 Pemindahan terminal RTD BFPT B c. DCS error Sistem proteksi BFPT diawasi menggunakan sistem kendali digital DCS. Kerusakan DCS dapat menyebakan kesalahan pembacaan, dan eksekusi. Tidak ada data bahwa terdapat kerusakan pada DCS. 2. Chemical Failure Berdasarkan hasil pengujian minyak pelumas oleh pihak laboratorium pada tanggal 25 Juli 2012 bahwa kondisi minyak sudah terkontaminasi dan tidak layak digunakan. Pihak pemeliharaan telah melakukan penggantian minyak pelumas jenis Total Preslia ISO VG 32 pada tanggal 29 Agustus 2012 sesuai dengan WO 12890. 3. Mechanical Failure a. Gaya aksial terlalu besar Gaya aksial yang terjadi ini hanya ditahan oleh thrust bearing saja. Untuk mengatasi hal ini maka diperlukan suatu peralatan untuk mem-balance agar kerja thrust bearing tidak terlalu berat. Peralatan ini dapat berupa balancing drum, balancing disc ataupun kombinasi keduanya. Secara teoritis peralatan tersebut dapat menahan gaya axial sebesar 70% - 80% dan selebihnya di tahan oleh thrust bearing (sisi thrust) sekitar 20% – 30%. Balancing drum dipasang dibelakang stage impeler paling akhir. Menurut desain biasanya balance drum dapat menahan sekitar 90%-95% dari gaya yang diterimanya. Yang menjadi permasalahan adalah arah gaya rotor yang terjadi sekarang ke arah non thrust bearing atau kearah discharge pump. Hal
Setelah dilakukan perbaikan sesuai hasil diatas, temperatur BFPT normal dan arah gaya rotor yang terjadi sekarang ke arah thrust bearing atau kearah suction pump. Hal ini bisa dibuktikan dengan melihat temperatur thrust bearing 68°C dan temperatur non thrust bearing 40°C pada putaran 4585 rpm dan beban 529 MW), serta ada perbedaan flow pompa yang signifikan yaitu sekitar 20 t/h sebelum perbaikan dan setelah perbaikan. b. Shaft is Bending (Shaft bengkok) Berdasarkan hasil pengukuran CCB dan rekomendasi dari CBM bahwa untuk nilai vibrasi pompa masih katagori normal dan tidak ada indikasi shaft bending. c. Pemasangan Bearing tidak sesuai Berdasarkan hasil visual check yang dilakukan oleh pihak kontraktor pada tanggal 14 dan 22 November 2012 tidak ditemukan
9
Vol. 4 No. 2 Edisi Nopember 2014
kerusakan pada journal bearing dan thrust bearing yang diakibatkan salah pemasangan tetapi hasil pengukuran clearance thrust bearing oleh pihak China dibuat over clearance yaitu 0.80 mm dengan tujuan mengurangi gaya axial yang menuju ke non thrust bearing. Tabel 3 Clearance Pump
d. Ada kotoran atau benda asing pada bearing Berdasarkan hasil pemeriksaan oleh kontraktor bahwa pernah dilakukan cleaning filter oil, tidak ditemukan kerusakan pada filter. Pada journal bearing dan thrust bearing dilakukan visual check tidak ditemukan kotoran atau benda asing di dalamnya. e. Insufficient lube oil quantity (Kurangnya pelumasan) Berdasarkan pengukuran aliran dengan tools KATFLOW 220 Ultrasonicpada line lube oil pada tanggal 23 januari 2013 dengan hasil sebagai berikut : 1. Hasil pengukuran flow pompa: • BFPT A (lube oil pump B) = 495,52 L/m • BFPT B (lube oil pump A) = 484,37 L/m • Kapasitas pompa yang terpasang 30 m3/h = 500 L/m Disimpulkan bahwa lube oil pump yang terpasang memiliki kapasitas hampir sama dengan hasil pengukuran. 2. Head pump pada pompa yang terpasang = 87 m/7,29 bar 3. Pressure lube oil normal dengan nilai P = 1.3 bar • Pada tanggal 14 November 2012 dilakukan modifikasi orifice line supply oil dari inside diameter 14 mm menjadi 16 mm (diperbesar)
10
ISSN: 2088-4591
•
Pada tanggal 22 Nopember 2012 dilakukan modifikasi line return oil dengan memperbesar lubang oil pada lower cover bearing outboard
Root Cause Dari beberapa kemungkinan yang ada maka penyebab temperatur non trust bearing BFPT B high adalah: 1. Axial force too big (gaya axial berlebih) pada non thrust bearing yang disebabkan oleh posisi rotor terhadap stator tidak sesuai. 2. Insufficient lube oil quantity (jumlah aliran minyak pelumas kurang) karena kemungkinan line oil yang menuju ke non thrust bearing flow kurang mencukupi. Tindakan Pncegahan 1. Resetting posisi rotor (impeller) terhadap stator (diffuser). 2. Resetting clearance thrust bearing. 3. Memperbesar orifice supply oil dan line return oil.
SIMPULAN Setelah dilakukan investigasi dengan metode dan analisis yang telah dipaparkan tersebut di atas maka dapat dibuat kesimpulan sebagai berikut: 1. Berdasarkan hasil investigasi di lapangan dan laporan pihak produksi kebocoran pada mechanical seal inboard Booster BFPM terjadi pada posisi scoop tube fluid coupling 15% dan pada posisi 40 % tidak terjadi kebocoran yang signifikan (kecil). 2. Berdasarkan hasil investigasi di lapangan telah terjadi pergerakan axial shaft (thrust movement) yang melebihi standard yaitu ± 0.5 – 1.0 mm ( standard 0.12 – 0.3 mm), hal ini akan mempengaruhi kompresi seal face mechanical seal (kadang melebihi dan kadang mengurangi fleksibilitas/ kompresi) yang akan mengakibatkan kebocoran pada mechanical seal. 3. Untuk mengatasi kegagalan mechanical seal Booster Pump BFPM maka dilakukan tindakan perbaikan posisi rotor (centering antara impeller dengan diffuser) dengan setting ajusting ring pada outboard bearing dan perbaikan thrust movement rotor Booster
ISSN: 2088-4591
Vol. 4 No. 2 Edisi Nopember 2014
Pump dengan setting packing end cover bearing. 4. Temperatur non thrust bearing BFPT B high disebabkan oleh : • Posisi rotor (impeller) terhadap stator (diffuser) tidak sesuai, yang mengakibatkan non thrust bearing menerima beban axial berlebih dan flow pompa berkurang. • Jumlah aliran oli yang menuju ke non thrust bearing kurang mencukupi. 5. Untuk mengatasi permasalahan temperature high pada bearing BFPT B maka perlu dilakukan: • Resetting posisi rotor (impeller) terhadap stator (diffuser). • Resetting clearance thrust bearing. Sedangkan tindakan preventive yang perlu dilakukan yaitu: • Memperbesar orifice supply oil ke bearing BFPT. • Memperbesar line return oil dari sistem pelumasan BFPT. DAFTAR PUSTAKA [1] Andoko. 1997. Elemen Mesin 1. Malang: IKIP Malang. [2] Church, A.H., 1993, Pompa dan Blower Sentrifugal, Erlangga, Jakarta. [3] Mechanicalbrother.2011. Bearing atau Bantalan. http://mechanicalbrothers.wordpress.com/tag/ journal-bearing/.(diakses tanggal 20 Agustus 2014) [4] PT PLN (PERSERO). 2006. Pengoperasian Sistem Air Utama. Jasa Diklat Unit Pendidikan dan Pelatihan Suralaya [5] Siswaidi. 2012. Pengertian dasar mechanical seal pada pompa. http://industryoleochemical.blogspot.com/20 12/03/pengertian-dasar-mechanical-sealpada.html. (diakses tanggal 19 Agustus 2014) [6] Sularso dan Suga, K. 1997. Dasar-dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta: PT. Pradnya Paramita. [7] Wijaya, Rudi.2005. Teori Mechanical Seal. http://id.scribd.com/doc/60018135/LandasanTeori-Mechanical-Seal.html (diakses tanggal 18 Agustus 2014)
11
