BAB III LOW PRESSURE DRAIN PUMP
3.1 Pengaruh LP drain pump terhadap effisiensi thermal Low Pressure drain pump (LP drain pump) merupakan jenis pompa sentrifugal yang digunakan untuk memindahkan fluida dari tekanan rendah ke tempat yang bertekanan lebih tinggi dengan melewati fluida pada sistem perpipaan. Pompa LP drain termasuk non positive displacement pump (dynamic) artinya pompa jenis ini volume ruangannya tidak berubah, waktu pompa bekerja energi yang dimasukkan kedalam fluida adalah energi kinetis sehingga pemindahan fluida akibat terjadinya perubahan kecepatan. Gambar pompa sentrifugal bisa dilihat pada gambar 3.1 di bawah ini :
26
27
Gambar 3.1 Aliran fluida di dalam pompa sentrifugal
Adapun spesifikasi dari motor LP drain pump dapat ditunjukkan pada tabel 3.1 dibawah ini. Tabel 3.1 Spesifikasi LP drain pump unit 1 DESCRIPTION TYPE MANUFACTURE PUMP SPEED RATED CAPACITY OF EACH PUMP TOTAL HEAD NPSH REQUIRED MOTOR POWER OF RATED CAPACITY SHUT OFF HEAD DAYA MOTOR FREKUENSI TEGANGAN TEMPERATUR AMBIENT Batas Kenaikan Temperatur POWER FAKTOR POLES ARUS BEARING
RPM m3/hour m m KW m KW Hz V o C o C
A
HORIZONTAL EBARA 3000 140 131 2.4 90 136 110 50 380 40 80 0.89 2 200 Ball Bearing 6310
28
3.2 Prinsip Kerja LP Drain Pump LP drain pump bekerja menghisap air drain dari drain tank untuk di pompakan menuju sisi masuk feedwater LP heater 2, Sedangkan air di drain tank merupakan drain dari LP heater 1 dan LP heater 2. Maksud dari drain ini dialirkan ke sisi masuk feedwater LP heater 2 adalah untuk memanfaatkan drain dengan temperatur tinggi tersebut serta untuk menambah laju alir massa feedwater pada LP Heater 2 sehingga bisa meningkatkan efisiensi pertukaran panas di heater tersebut. Adapun diagram skematik pemipaan dari LP drain dalam feedwater system dapat ditunjukkan pada gambar 3.2
Gambar 3.2 Piping and Instrumentation diagram (P&ID) LP drain pump
Masalah yang timbul pada kondisi saat ini adalah jika unit dalam beban lebih dari 50% MCR aliran dari drain LP drain Tank dialirkan ke Hotwell pada saat pompa LP drain dalam proses perbaikan/rusak sehingga hal ini dinilai kurang ekonomis dalam proses pemanfaatan fluida dari drain LP yang seharusnya drain
29
tersebut bisa dimanfaatkan untuk meningkatkan laju alir massa pada sisi masukan Feedwater LP Heater 2, Sehingga bisa mengoptimalkan penyerapan panas feedwater LP Heater 2. Hal ini salah satunya juga bisa berdampak pada pengurangan pemakaian jumlah batubara tiap jamnya sehingga bisa meningkatkan efisiensi dari boiler itu sendiri. Dengan demikian perlu adanya pengecekan secara rutin (predictive maintenance) yang berupa pengecekan vibrasi, pengecekan temperature (IR Thermography) dan pengecekan motor induksi secara online dengan metode MCSA. Hal ini dilakukan untuk mengantisipasi jika motor LP drain pump tersebut tidak bisa jalan normal pada saat beban lebih dari 50% MCR.
3.3 Pengaruh Gangguan LP Drain Pump LP drain pump merupakan salah satu alat bantu dalam sistem air kondensat terutama dalam membantu mengalirkan aliran drain LP heater 1 dan 2 ke sisi masukan feedwater LP Heater 2. Pada beban diatas 50% MCR fungsi LP drain pump sangat penting manfaatnya karena membantu menambah suplai air dari drain dalam storage tank temperaturnya yang masih tinggi sekitar 60oC menuju sisi masuk dari feed water heater 2. Drain dengan temperatur yang masih tinggi sangat disayangkan jika drain tersebut masuk ke dalam hotwell karena hal ini bisa sedikit meningkatkan temperatur di dalam hotwell, maka dari itu untuk meningkatkan reliability (kehandalan) perlunya kegiatan predictive maintenance untuk mengetahui gejala kerusakan pada motor pompa LP drain pump. Secara tidak langsung keberadaan LP drain pump itu sendiri sangat diperlukan demi kehandalan unit serta efisiensi perpindahan panas dalam heater
30
itu sendiri. Faktor – faktor yang sering menyebabkan LP drain pump mengalami gangguan/kerusakan antara lain sebagai berikut ini : 1. Winding temperatur pada motor yang tinggi 2. Overload pada motor 3. Coupling penghubung antara motor dengan pompa seret 4. Bearing unbalance Jika salah satu penyebab faktor tersebut terjadi maka LP drain pump akan trip sehingga level air di drain storage tank makin meningkat, sehingga hal ini akan memerintahkan LCV drain emergency akan membuka sampai batas level storage tank normal kembali.
3.3.1
Pengaruh aliran drain pada feed water LP Heater 1 LP Heater 1 merupakan pemanas awal dalam sistem air condensat yang
memanfaatkan uap ekstraksi dari LP Turbin 2 sebagai pemanas, dimana LP Heater 1 terdiri dari suatu shell sederhana dan tube penukar panas dan serangkaian U-tubes. Feedwater masuk ke ruang air (water chamber / waterbox) dan lewat melalui tube kemudaian keluar. Uap diekstrak dari turbin (bled steam) dan masuk melewati bagian shell. Adapun sistem aliran fluida pada LP Heater 1 dapat ditunjukkan seperti pada gambar 3.3 dibawah ini :
31
BLED STEAM 1
LP HTR 1 FEEDWATER OUT
FEEDWATER IN
6
4
3
7 5 2
DRAIN DARI LP HTR 2 LP DRAIN PUMP
Gambar 3.3 Sistem aliran fluida pada LP Heater 1
Berdasarkan pengambilan data sesuai tabel A.1 pada lampiran maka didapatkan data LP heater 1 sebagai berikut : Data – data LP Heater 1 : T1 = 61.17oC
T7 = 63.15 oC
P1 = 0.2037 kg/cm2
h7 = 63.13 kcal/kg = 263,88 kj/kg •
m7 = 22.177 kg/cm2
h1 = 590 kcal/kg x 4,18 kj/kcal = 2466,2 kj/kg •
m1 = 6,15 kg/s
T2 = 60.06 oC
T3 = 41,66 oC
h2 = 60.03 kcal/kg = 118,96 kj/kg •
o
T4 = 57,28 C •
m2 = 28.460 kg/s
•
m3 = m4 = 219.26 kg/s
Q = 12,306 x 106 Kcal/hour
Untuk menghitung besarnya effisiensi pada LP Heater 1 pada saat LP drain pump running maupun stop dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
32
Kondisi LP drain pump running : Dengan memperhitungkan Temperatur Hotwell sebesar 37,5oC, maka temperatur total yang diserap feedwater pada LP Heater 1 dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3.1 sebagai berikut : _
Tc =
Tc,in + Tc,out …………….....….…......(3.1) 2 41,66 o C + 57,28o C = 49,47oC + 273 = 322,47°K 2
=
Lihat Table properties A.2 pada lampiran berdasarkan hasil interpolasi didapatkan
cp,c = 4180.99 J/kg.K, sehingga akan didapatkan persamaan 3.2 berikut ini : •
Qin = mc .c p ,c .(Tc ,o − Tc ,i )…………….....….…......(3.2) = 219.26 kg/s.4180.99 J/kg.K.(57,28 – 41,66)= 14319226,81 J/s=14,32 MW = 14319226,81 J/s.(3600s/4186J.hr) = 12314671,89 Kcal/hour = 12,31x106 Kcal/hour Efisiensi Panas yang diserap oleh Feedwater :
η=
Qin 12,31x10 6 x100% = x100% = 100% Qout 12,306 x10 6
Kondisi LP drain pump stop Dengan menggunakan persamaan 3.2 diatas maka effisiensi yang dapat dihitung pada LP Heater 1 saat LP drain pump kondisi stop adalah : •
Qin =
mc .c p ,c .(Tc ,o − Tc ,i )
= 219.26 kg/s.4180.99 J/kg.K.(57,28 – 41,66)= 14319226,81 J/s=14,32 MW = 14319226,81 J/s.(3600s/4186J.hr) = 12314671,89 Kcal/hour = 12,31x106 Kcal/hour
33
Efisiensi Panas yang diserap oleh Feedwater :
Qin 12,31x10 6 η= x100% = x100% = 100 % Qout 12,306 x10 6
Untuk LP Heater 1 dengan LP drain pump kondisi jalan (running) maka proses pertukaran panas yang terjadi antara feedwater heater dengan bled steam berlangsung sempurna, artinya bahwa feedwater mampu menyerap panas dari bled steam secara sempurna sehingga bled steam dapat terkondensasi secara sempurna. LP drain pump jalan (running) tidak berpengaruh terhadap laju alir massa feedwater pada LP heater 1. Maka LP drain pump kerja maupun posisi stand-by (stop) tidak terlalu berpengaruh terhadap proses pertukaran panas yang terjadi di dalam LP Heater 1. Proses pertukaran panas pada LP Heater 1 akan berpengaruh jika temperatur di hotwell maupun temperature feedwater keluaran gland steam condenser naik.
3.3.2
Pengaruh aliran drain pada feed water LP Heater 2 LP Heater 2 merupakan pemanas tahap kedua dalam sistem air condensat
yang memanfaatkan uap ekstraksi dari LP Turbin 1 sebagai pemanas, dimana LP Heater 2 terdiri dari suatu shell dan tube penukar panas dan serangkaian U-tubes. Feedwater masuk ke ruang air (water chamber / waterbox) dan lewat melalui tube kemudaian keluar. Uap diekstrak dari turbin (bled steam) dan masuk melewati bagian shell, terkondensasi pada bagian luar tube di area kondensasi, menetes ke bagian bawah shell, dan masuk ke area pendinginan air buangan (drain). kecuali untuk LP Heater 1. Adapun sistem aliran fluida pada LP Heater 2 dapat ditunjukkan seperti pada gambar 3.4 dibawah ini
34
BLED STEAM 8
LP HTR 2 FEEDWATER OUT
FEEDWATER IN
10
6
DRAIN DARI LP HTR 3
9
7
KE DRAIN LP HTR 1
Gambar 3.4 Sistem aliran fluida pada LP Heater 2
Berdasarkan pengambilan data sesuai tabel A.1 pada lampiran maka didapatkan data LP heater 2 sebagai berikut : Data – data LP Heater 2 : T5 = 80.11oC
T7 = 63.15 oC
P5 = 0.4610 kg/cm2
h7 = 63.13 kcal/kg = 263,88 kj/kg •
h5 = 616.6 kcal/kg x 4,18 kj/kcal = 2466,2 kj/kg
m7 = 22.177 kg/cm2
•
m5 =
7.796 kg/s
T6 = 57.6oC
T9 = 81.63oC h9 = 81.64kcal/kg = 118,96 kj/kg •
o
T10 = 76.07 C Qout = 16,489 x 106 Kcal/hour = 19,171 MW Laju alir massa saat LP drain pump running •
•
m6 = m10 = 247.72 kg/s Laju alir massa saat LP drain pump stop •
•
m6 = m10 = 219.26 kg/s
m9 = 14.380 kg/s
35
Untuk menghitung besarnya effisiensi pada LP Heater 1 pada saat LP drain pump running maupun stop dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : Kondisi LP drain pump running Temperatur total yang diserap oleh feedwater pada LP Heater 2 dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3.1 sebagai berikut : _
Tc =
Tc ,in + Tc ,out = 2
57,6 o C + 76,07 o C 2
= 66,835oC + 273 = 339,835 °K
Lihat Table properties A.2 pada lampiran, berdasarkan hasil interpolasi didapatkan :
cp,c = 4187,93 J/kg.K Dengan menggunakan persamaan 3.2 maka besarnya effingsiensi panas yang diserap pada LP Heater 2 untuk kondisi LP drain pump running adalah : •
Qin = mc .c p ,c .(Tc ,o − Tc ,i ) = 247,72 kg/s. 4187,93 J/kg.K.(18,47) =19161406,34J/s = 19,161 MW = 19161406,34J/s.(3600s/4186J.hr) = 16478992,55 Kcal/ hour = 16,479 x 106 kcal/hour Efisiensi Panas yang diserap oleh Feedwater :
η=
Qin 16,479 x10 6 x100% = x100 % = 99,939 % Qout 16,489 x10 6
LP drain pump stop Dengan menggunakan persamaan 3.2 maka besarnya effingsiensi panas yang diserap pada LP Heater 2 untuk kondisi LP drain pump stop adalah : •
Qin =
mc .c p ,c .(Tc ,o − Tc ,i )
= 219.26 kg/s.4187,93 J/kg.K.(18,47) = 16959994,97J/s = 16,959 MW = 16959994,97J/s.(3600s/4186J.hr)
36
= 14585757,74 Kcal/ hour = 14,586 x 106 kcal/hour Efisiensi Panas yang diserap oleh Feedwater :
η=
3.3.3
Qin 14,586 x10 6 x100% = x100 % Qout 16,489 x10 6
= 88,458 %
Pengaruh aliran drain pada feed water LP Heater 3 LP Heater 3 merupakan pemanas tahap kedua dalam sistem air condensat
yang memanfaatkan uap ekstraksi dari LP Turbin 1 sebagai pemanas, dimana LP Heater 3 terdiri dari suatu shell dan tube penukar panas dan serangkaian U-tubes. Feedwater masuk ke ruang air (water chamber / waterbox) dan lewat melalui tube kemudaian keluar. Uap diekstrak dari turbin (bled steam) dan masuk melewati bagian shell, terkondensasi pada bagian luar tube di area kondensasi, menetes ke bagian bawah shell, dan masuk ke area pendinginan air buangan (drain). kecuali untuk LP Heater 1.Adapun sistem aliran fluida pada LP Heater 2 dapat ditunjukkan seperti pada gambar 3.5 dibawah ini :
BLED STEAM 12
LP HTR 3 FEEDWATER OUT
FEEDWATER IN
11
10
13
KE DRAIN LP HTR 2
Gambar 3.5 Sistem aliran fluida pada LP Heater 3
37
Berdasarkan pengambilan data sesuai tabel A.1 pada lampiran maka didapatkan data LP heater 3 sebagai berikut : Data – data LP Heater 3 : T10 = 76.07oC ; T11 = 109.6oC Laju alir massa saat LP drain pump running •
•
m10 = m11 = 247.72 kg/s Laju alir massa saat LP drain pump stop •
•
m10 = m11 = 219.26 kg/s Bled steam T12 = 151.5oC ; T13 = 81.63oC •
•
m12 = m13 = 14.380 kg/s Qout = 30,089 x 106 Kcal/hour Temperatur total yang diserap oleh feedwater pada LP Heater 2 dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3.1 sebagai berikut : Kondisi LP drain pump running Temperatur total yang diserap oleh feedwater pada LP Heater 3 dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3.1 sebagai berikut : _
Tc =
Tc ,in + Tc ,out
=
2
76,07 o C + 109,6 o C = 92,835oC + 273 = 365,835 °K 2
Lihat Table properties pada lampiran A.2 berdasarkan hasil interpolasi didapatkan
cp,c = 4209,84 J/kg.K Dengan menggunakan persamaan 3.2 maka besarnya effingsiensi panas yang diserap pada LP Heater 2 untuk kondisi LP drain pump running adalah •
Qin = mc .c p ,c .(Tc ,o − Tc ,i ) = 247,72 kg/s. 4209,84 J/kg.K.(33,53) =34967148,27 J/s = 34,967 MW
38
= 34967148,27 J/s.(3600s/4186J.hr) = 30072081,64 Kcal/ hour = 30,072 x 106 kcal/hour Efisiensi Panas yang diserap oleh Feedwater :
η=
Qin 30,072 x10 6 x100 % = x100 % = 99,944 % Qout 30,089 x10 6
Kondisi LP drain pump stop Dengan menggunakan persamaan 3.2 maka besarnya effingsiensi panas yang diserap pada LP Heater 2 untuk kondisi LP drain pump stop adalah : •
Qin = mc .c p ,c .(Tc ,o − Tc ,i ) = 219.26 kg/s. 4209,84 J/kg.K.(33,53) = 30949850,35 J/s = 30.949 MW = 30949850,35 J/s.(3600s/4186J.hr) = 26617167,05 Kcal/ hour = 26,617x106 kcal/hour Efisiensi Panas yang diserap oleh Feedwater :
η=
Qin 26,617 x10 6 x100 % = x100 % = 88,461 % Qout 30,089 x10 6
Berdasarkan hasil perhitungan Pengaruh Drain LP Drain Tank ke Inlet Feed water LP Heater 1,2 dan 3 diatas dapat disimpulkan bahwa pada saat beban unit 400 MW dengan kondisi LP drain pump jalan (running) dapat meningkatkan laju alir massa yang masuk ke dalam LP Heater 2 sampai ke deaerator, Selain itu dengan laju alir massa yang meningkat bisa menyebabkan terjadinya pertukaran panas dari bled steam bisa diserap oleh feedwater secara sempurna. Ini berarti bahwa drain hasil kondensasi dari bled steam juga lebih sempurna. Sedangkan jika LP drain pump tidak dijalankan maka proses pertukaran panas dari bled steam tidak bisa diserap secara sempurna oleh feedwater didalam LP heater 2 maupun
39
LP heater 3 serta deaerator sehingga berdampak pada drain hasil kondensasi temperaturnya lebih tinggi dibandingkan dengan LP drain pump dijalankan.
3.3.4
Pengaruh aliran drain dari LP Drain Tank ke Hotwell. Apabila LP drain pump trip pada beban diatas 50% MCR maka drain di
LP drain tank levelnya akan tinggi, hal ini akan memberikan signal untuk memerintahkan LCV - 3271B drain tank level control emergency akan membuka supaya drain mengalir ke Hotwell, Sehingga temperatur Hotwell akan sedikit meningkat pada kondisi normal temperatur hotwell 37.5oC menjadi 41oC, dapat diketahui bahwa apabila temperatur hotwell naik maka akan mempengaruhi proses kondensasi steam keluaran dari LP turbin karena ∆T nya semakin kecil sehingga kalor yang dilepaskan oleh steam juga kecil. Akan tetapi jika drain hanya dari LP drain tank saja yang masuk ke dalam hotwell, maka ini tidak terlalu mempengaruhi kerja pertukaran panas pada LP Heater 1, tapi sebaliknya jika drain dari HP heater yang masuk kedalam hotwell maka ini akan mempengaruhi proses pertukaran panas baik di LP heater1, Main Air Ejektor maupun di Gland Steam Kondensor.
3.4 Prosedur pengambilan data dengan MCSA Prosedur pengambilan data arus motor LP drain pump dengan metode MCSA yaitu menggunakan alat PowerSight PS 4500 seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.6, dimana pengukuran arus dilakukan di breaker motor / switchgear MCC (Motor Control Center) 380 volt.
40
Gambar 3.6 Power Sight PS 4500 Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pengambilan data arus motor MCSA, yaitu : 1. Probe arus model clamp dengan CSI machinery analyzer. 2. Analyzer spectrum model 2117 / 2120 / 2130 3. Adapter penghubung antara port 25 DB dan BNC dengan penghalang arus dari meter/analyzer (untuk CSI, gunakan model 625 atau yang kompatibel) 4. Jaga jarak aman minimum dari rangkaian listrik yang bertegangan. Berikut instruksi kerja pengambilan data arus motor dengan metode MCSA : a.
Persiapan : 1. Charge batere dan cadangannya 2. Download rute koleksi data arus motor dari komputer 3. Uji operasi analyzer spectrum, adapter dan probe arusnya 4. Ajak seorang teknisi listrik yang berpengalaman untuk selalu menemani selama pengambilan data arus
41
5. Pastikan kabel CT yang akan dikalungi clamp arus adalah supply 3 phasa dan kenali jalur untuk phasa R, S, T 6. Pastikan breaker/switchgear yang akan diinspeksi dibuka dan di energized minimum 50% dari arus beban penuh
b.
Pengambilan data arus : 1. Koleksi data arus motor pada breaker/switchgear (MCC 380 volt) 2. Jaga jarak aman minimum dari rangkaian listrik yang bertegangan 3. Beritahu operator atau penanggung jawab lokal sebelum pengambilan data arus 4. Tempatkan probe arus pada jalur phasa R 5. Ambil data arus motor. Jika diperlukan, lakukan penyesuaian setting pada kolektor dan ambil data tambahan 6. Ulangi pengambilan data pada jalur phasa lainnya (jalur phasa S dan T) 7. Catat kondisi-kondisi yang tidak memuaskan (pada mesin dan area sekitar) 8. Ulangi prosedur untuk sisa breaker/switchgear dalam rute/schedule 9. Upload data arus motor ke komputer 10. Untuk keperluan estimasi waktu, biarkan satu menit untuk titik data. Diperlukan sekitar 3 sampai 5 menit untuk tipikal pengukuran jalur 3 phasa.
3.5 Langkah pengujian dan analisa data MCSA Untuk menganalisa data arus yang telah diambil digunakan software Empath 6.23. Berikut langkah-langkah untuk menganalisa :
42
1.
Buka aplikasi empath 6.23, maka akan munculan tampilan layar seperti pada gambar 3.7 sebagai berikut :
Gambar 3.7 Tampilan aplikasi empath 6.23 2.
Open data file untuk mengambil data online hasil pengukuran dari Power Sight PS 4500
3.
Pilih data file header seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.8 untuk mengetahui properties dari karakteristik kemampuan pada motor listrik.
Gambar 3.8 Tampilan data file header
43
4. Pilih low frequency data pada analysis tools untuk menganalisa kerusakan rotor bar. Hasil spektrum arus pada domain low frekuensi seperti pada gambar 3.9 berikut ini :
Gambar 3.9 Tampilan Spektrum pada low frekuensi
Analisa Low frekuensi pada MCSA dapat digunakan untuk mengetahui beberapa indikasi kerusakan pada motor, antara lain : a. Rotor bar degradation b. Misalignment c. Mechanical unbalance d. Foundation looseness
5. Pilih high frequency data pada analysis data untuk menganalisa static eccentricity. Hasil spektrum arus pada domain high frekuensi ditunjukkan seperti pada gambar 3.10 berikut ini :
44
Gambar 3.10 Tampilan Spektrum pada high frekuensi
Analisa High frekuensi pada MCSA dapat digunakan untuk mengetahui beberapa indikasi kerusakan pada motor, antara lain : a. Static eccentricity b. Dynamic eccentricity c. Stator mechanical fault d. Stator electrical fault e. Bearing degradation
6. Pilih calculate pada kolom tools untuk mengetahui hasil analisa dari kesehatan motor secara keseluruhan seperti yng ditunjukkan pada gambar 3.11 berikut :
45
Gambar 3.11 Tampilan hasil analisa secara keseluruhan
