TEKNIK MESIN BAB III TURBIN UAP 400 MW UNIT 1 – 4 PLTU SURALAYA
III.1
Fungsi Turbin Fungsi turbin adalah merupakan alat yang mengkonvesikan energy panas
yang dikandung steam menjadi energy mekanis dalam bentuk energy putar poros turbin.energi panas dalam uap mula – mula diubah menjadi energy kinetikoleh nozzle,selanjutnya uap yang berkecepatan tinggi ini memutar sudu – sudu jalan turbin dan mengakibatkan gerakan rotasi pada rotor turbin. Bagian – Bagian Utama Turbin:
Rotor ( Sudu – Sudu Jalan ) adalah merupakan serangkaian beberapah tingkat sudu – sudu jalan.rotor merupakan bagian dari turbin
yang
berfungsi untuk mentransfer energy kinetik uap yang telah di ekspensikan oleh nozzle pada sudu – sudu tetap menjadi energy putar poros.
Stator adalah merupakan serangkaian beberapah tingkat sudu – sudu tetap. Stator berfungsi sebagai nozzle yang mengubah energy panas uap menjadi energy kinetik uap.
Poros bagian dari turbin yang menjadikan rotor – rotor berbagai tingkat turbin menjadi satu kesatuan.poros mentransmisikan torsi rotor turbin untuk memutar bagian rotor generator listrik.
Rumah Turbin ( Casing ) berfungsi untuk melindungi proses ekspensi uap dalam turbin agar tidak terjadi kebocoran.
Bantalan ( Bearing ) adalah merupakan landasan tempat berputarnya rotor.bantalan juga digunakan untuk menahan gaya radial yangditimbulkan oleh rotor turbin.
III.2
Deskripsi Turbin PLTU Suralaya
LAPORAN KERJA PRAKTEK
25
TEKNIK MESIN Turbin uap PLTU Suralaya didesain untuk menghasilkan daya 400 MW. Turbin uap disusun oleh rangkaian seri 3 tingkat berdasarkan tekanan uap yang diekspansikan. 1. Turbin Tekanan Tinggi ( HP Turbin ) Turbin tekanan tinggi mengekspansikan uap utama yang dihasilkan dari superheater dengan tekanan 170 kg
.tekanan uap keluar turbin 41 kg
.uap keluar turbin HP dipanaskan lagi pada bagian reheater diboiler untuk menaikan entalpi uap.uap reheat ini selanjutnya diekspansikan di turbin IP. Data Turbin HP :
Jumlah turbin
: satu buah
Jumlah sudu – sudu
: 1 pasang sudu impuls ( tingkat 1 ) 10 pasang sudu reaksi ( tkt 12 – 11 )
Arah ekspansi uap LP1
: kebelakang ( kearah pedestal )
2. Turbin Tekanan Menengah ( IP Turbin ) Turbin IP mengekspansikan uap reheat dengan tekanan 37 kg
dan
uap keluar turbin dengan tekanan 8,6 kg Data Turbin IP :
Jumlah turbin
: satu buah
Jumlah sudu – sudu
: 10 pasang sudu reaksi (tkt 12 – 22)
Arah ekspansi uap
: kedepan ( kearah generator )
3. Turbin Tekanan Rendah ( LP Turbin ) Turbin LP mengekspansikan uap bertekanan 8,6 kg
dan uap keluar
turbin LP dengan tekanan 55,6 mmHg .kondisi vacuum ini diciptakan di dalam kondensor. Data Turbin LP :
Jumlah turbin
Jumlah sudu – sudu perturbin : 8 pasang sudu reaksi ( tkt 23 – 30 )
Arah ekspansi uap LP1
: empat buah ( 2 pasang , LP1, LP2 )
: turbin 1 kebelakang : turbin 2 kedepan
LAPORAN KERJA PRAKTEK
26
TEKNIK MESIN
Arah ekspansi uap LP2
: turbin 1 kebelakang : turbin 2 kedepan
Turbin HP didesain sedemikian rupa sehingga menghasilkan resultan gaya aksial yang sama dengan turbin IP,arah gaya aksial pada turbin HP kebelakang sedangkan turbin IP kedepan sehingga saling mengimbangi. Pada turbin tekanan rendah pasangan LP1, turbin 1arah gaya aksial kebelakang dan turbin 2 kedepan, kerana kondisi fisis keduanya sama maka resultan gaya aksial nol. Hal yang sama pada terjadi pada pasangan LP2. III.3
PERALATAN BANTU TURBIN Peralatan bantu turbin merupakan serangkaian system – system yang
terjadi atas peralatan yang mendukung operasi turbin secara aman dan terkendali. Peralatan bantu turbin meliputi: A. Sistem Pelumasan Berfungsi
sebagai
pelumas
mencegah
keausan,korosi
dan
pendinginan terhadap panas yang timbul kerana gesekan .sistem pelumasan pada turbin terutama bagian bearing.sistem pelumas merupakan sirkulasi tertutup yang menggunakan pompa – pompa sebagai sumber tenaga sirkulasi dan pemipaansebagai serana alirann sirkulasi.peralatan system pelumas adalah:
Pompa – Pompa
Tangki penampungan
Pembersih ( Oil Conditioner )
Pipa – Pipa
Filter
Minyak Pelumas
A.1 Pompa – Pompa
LAPORAN KERJA PRAKTEK
27
TEKNIK MESIN System pelumas menggunakan beberapah pompa yang masing – masing digunakan pada saat dan fungsi yang berbeda,pompa – pompa tersebut antara lain: Pompa utama ( Main Oil Pump ) Pompa bantu ( Auxilliari Oil Pump ) Pompa pelumas turning gear Pompa pelumas darurat Jacking oil system a. Pompa Utama ( Main Oil Pump ) Pompa utama dikopel pada bagian pedestal pada poros turbin.fungis pompa ini untuk suplai minyak pelumas dan control oil ( minyak control pada system governor ) pada saat turbin telah mencapai kecepatan nominal ( 300 rpm ) dan ketika akan mencapai ketika akan mencapai kecepatan nominal. Data Teknis Pompa Utama : Type
: Centrifugal
Tekanan Outlat
: 22 – 27 kg
b. Pompa Bantu ( Auxilliary Oil Pump ) Pompa bantu fungsinya sama dengan pompa utama, digunakan pada saat start up turbin sampai turbin hamper mencapai kecepatan nominalnya.pompa ini juga digunakan pada saat shut down turbin.pompa ini akan otomatis beroperasi setelah takanan minyak pelumas turun sampai harga 0,8 – 0,9 kg
ketika kecepatan
turbin mulai turun ada proses shut down.pompa bantu terdiri atas 1 ( satu ) motor dan dua pompa,satu untuk system governor dan satu untuk pelumas.kedua pompa dikopel dalam satu poros. Data Teknis : Pabrik
: Kosaka Laboratory japan
Type
: CSKT – 2 – 125/80
Pompa – 1
: Untuk System Governor
LAPORAN KERJA PRAKTEK
28
TEKNIK MESIN
Kapasitas
: 1250 lt/min
Tekanan Outlet
: 21,1 kg
Tekanan Inlet
: 0,545 m oil
Kecepatan
: 3000 rpm
Pompa – 2
G
: Untuk Pelumas
Kapasitas
: 2710 lt/min
Tekanan Outlet
: 3,5 kg
Tekanan Inlet
: 0,875 m oil
Kecepatan
: 3000 rpm
Daya
: 140 kW
Voltage
: 380 AC
Arus
: 250 A
Kecepatan
: 3000 rpm
Frekuensi
: 50 Hz
Motor
c. Pompa Pelumas Turning Gear Pompa ini digerakan oleh motor AC dan hanya mensuplai minyak pelumas saja. Pompa ini digunakan bila turbin diputar oleh turning gear pada kecepatan 3 rpm.pompa ini dioperasikan pada saat menjelang start up dan sampai akhir proses shut down. Data Teknis : Pabrik
: Kosaka Laboratory japan
Type
: CSS – 125
Kapasitas
: 2520 lt/min
Tekanan Outlet
: 3 kg
Tekanan Inlet
: 0,88 m oil
Kecepatan
: 1500 rpm
Motor
: 30 kW
LAPORAN KERJA PRAKTEK
29
TEKNIK MESIN d. Pompa Pelumas Darurat ( emergency Oil Pump ) Pompa ini digerakan oleh motor DC,pompa ini berfung si mensuplai minyak pelumas saja dan hanya pada keadaan darurat.keadaan darurat yang dimaksudkan adalah jika pompa lain terganggu dan tidak dapat beroperasi baik disebabkan kerusakan alat atau kerana gagalnya suplay daya listrik AC.contohnya pada kondisi black out. Data Teknis : Pabrik
: Kosaka Laboratory
Type
: CCS – 125
Kapasitas
: 250 lt/min
Tekanan Outlet
: 3 kg
Tekanan Intlet
: 0,88 m oil
Motor
: 30 kW DC
e. Jacking Oil System Jacking oil system digunakan saat persiapan pemutaran rotor turbin dengan turning gear.dalam keadaan istirahat maka poros akan barsentuhan langsung dengan permukaan bearing.jika dalam keadaan diam seperti ini kemudian rotor turbin langsung diputarmaka diperlukan daya yang sangat besar,tetapi hal yang terjadi adalah rusaknya permukaan logam putih pada bantalandan juga permukaan poros kerana terjadi gesekan langsung daantara keduanya. Jacking oil system didesain untuk mampu sedikit mengangkat poros turbin ketika sedang diputar.tekanan minyak dapat mencapai tekanan 140 kg
yang diperoleh dari jacking oil pump tipe
milti silinder.pipa saluran jacking oil pasang pada setiap bagian bawah bantalan dan menembus bantalan sehingga ketika dipompakan akan terbentuk lapisan tipis minyak antara permukaan bantalan dan poros.ketika terbentuk lapisan tipis antara poros dan
LAPORAN KERJA PRAKTEK
30
TEKNIK MESIN bantalan maka poros sedikit terangkat,selanjutnya rotor dapat diputar cukup dangan daya yang kecil dan aman. Data Teknis : Pabrik
: Tsubakimoto Chain Japan
Tekanan Outlet
: 140 kg
Tekanan Inlet
: 3,5 kg
Type
: Centrifugal Multi Silinder
( max )
A.2 Tangki Utama ( Main Oil Tank ) Tangki utama minyak digunakan sebagai reservoir minyak pelumas dan juga sekaligus minyak control yang menampung pelumas sebelum dan sesudah disirkulasikan.disamping itu fungsi lainnya adalah untuk menciptakan positif displacement bagi pompa – pompa sentryfugal minyak pelumas ( AOP, EOP, TOP, DAN JOP ) DI MOT ini terdapat juga vapor dan gas – gas yang dianggap mengganggu di dalam MOT gas – gas yang mungkin ada di dalam tanki utama diantaranya adalah oksigen, Hydrogen, uap air dan uap minyak pelumas itu sendiri dengan dipasangnya saat ini maka tekanan didalam tengki sedikit negative. Data Teknik: Type
: SP – D – 4
Kapasitas
: 13
Tekanan Outlet
: + 550 mm Aq
Tekanan Inlet
: - 150 mm Aq
Motor
: 3,7 kW/380 V/50 Hz
/min
A.3 Oil Conditioner ( pembersih ) Selama minyak pelumas melakukan ada kemungkinann tercampur dengan air, terdifusi udara tercampur dengan material pengotor
LAPORAN KERJA PRAKTEK
31
TEKNIK MESIN lainnya.kehadiran material dan gas – gas pengotor akan mengganggu ujuk kerja dari minyak pelumas untuk itu minyak pelumas perlu dimurnikan lagi setelah menjalani kerja. Oil conditioner merupakan peralatan yang disediakanuntuk membersihkan minyak dari kotoran.alat ini terdiri dari atas ruang dengan depan, ruang penyaringan, ruang penyimpanan, ejector air otomatis, saringan pengendap, kotak penyaring, dan venting fan. Oil conditioner dipasang secara siklus tertutup dengan MOT dan dipasang pompa sebagai daya sirkulasi. A.4 Oil Cooler Perputaran pada bering akan menimbulkan panas, panas yang dibangkitkan ini diserap oleh minyak pelumas yang mengalir pada celah sempit antara permukaan rotor dan bantalan. Kerana menyerap panas maka sauhu minyak akan naik.disamping itu panas yang diserapminyak juga panas pada bantalan hasil konduksi dari rotor turbin. Oil cooler dipakai sebagai pendingin minyak baik minyak pelumas maupun minyak control.maksud pendinginan minyak adalah untuk mengembalikan
kondisi
kerja
minyak
yaitu
ditinjau
dari
segi
kekentalannya.pada suhu tinggi kekentalan minyak akan turun untuk mengembalikan ke harga yang dikehandaki dilakukan dengan cara mendinginkan minyak.maksud lain pendinginan minyak adalah untuk menghindari
minyak
pelumas
mencapai
titik
nyala
yang
bias
menyebabkan kebakaran. A.5 Pipa – Pipa Dan Filter Untuk sarana mengalirkan minyak pelumas dari tanki utama ke alat – alat yang perlu dilumasi digunakan pipa – pipa. Sedangkan filter dipasang pada tempat – tempat tertentu pada system pemipaan untuk menyaring kotoran yamg mungkin terkandung dalam minyak. Filter –
LAPORAN KERJA PRAKTEK
32
TEKNIK MESIN filter dipasang untuk meningkatkan keandalan system pelumasan dan juga system control oil. A.6 Minyak Pelumas Minyak Pelumas dan minyak control harus memenuhi syarat fisika maupun kimia antara lain adalah : Viskositas kinematic ( 40
)
: 28,8 – 35,2
Angka netralisasi
: 0,2 ( max )
Residu carbon
: 0,10 % ( max )
Test resisteansi korosi
: harus lulus
Test resisteansi oksidasi
: harus lulus
Angka keasaman
: < 0,2 mg KOH/g
Indek warna
:<5
Kandungan air
: < 0,1 %
Kadar lumpur
: < 0,5%
/s
B. Sistem Perapat Turbin Sistem perapat digunakan untuk kebocoran uap dari dalam turbin ke udara luar atau kebocoran udara kedalam turbin melewati kelenjar – kelenjar perapat ( gland seal ) sepanjang poros turbin. Sepanjang poros turbin terdapat 6 tempat dipasang gland seal, 2 buah didepan dan dibelakang turbin LP1,2 buah di depan dan dibelakang turbin LP2, 2 buah didepan dan dibelakang turbin IP – HP. Ada turbin HP – IP saat operasi normal system perapat digunakan untuk mencegah kebocoran uap dari dalam turbin udara luar, kerana tekanan dalam turbin lebih tinggi. Sedangkan pada proses start up system perapat digunakan untuk mencegah kebocoran udara luar ke dalam turbin. Pada
LAPORAN KERJA PRAKTEK
33
TEKNIK MESIN turbin LP baik pada start up maupun pada keadaan operasi normal system perapat digunakan untuk mencegah kebocoran udara luar kedalam turbin,kerana tekanan dalam turbin pada sudu tingkat terakhir tekanannya lebih rindah dari tekanan udara luar ( Vacuum ). System perapat turbin terdiri dari atas dua komponen labirin perapat dan uap perapat. Labirin adalah plat tipis yang terbuat dari baja.labirin perapat terdiri atas beberapah lapis yang dirangkai menjadi satu bentuk melingkar yang disebut segmen.labirin perapat digunakan untuk menutup celah kebocoran yang dibenttuk oleh casing turbin dan poros turbin.beberapah segmen labirin dipasang melingkari poros turbin secara seri sedemikian rupa maupun menutup celah antara casing dan poros turbin.meskipun demikian masih ada celah sempit antara labirin dengan permukaan poros turbin.celah ini bias mengakibatkan kebocoran.celah sempit ini disebut clearance.perapat terdiri atas dua sisi inner gland dan outer gland.inner gland adalah segemen labirin yang berhadapan dengan udara luar. B.1 Aliran Uap Perapat Uap
perapat
digunakan
untuk
menyempurnakan
proses
penanggulangan kebocoran yang terjadi pada clearance.aliran uap perapat dibedakan menjadi dua yaitu:
Aliran perapat pada turbin HP – IP Pada saat start up perapat disuplai dari auxiliary steam header, kemudian dialirkan ke inner gland.setelah uap perapat masuk ke inner gland sebagai uap mengalir ke dalam turbin jika tekanan dalam turbin masih rendah selanjutnya uap ini ikut bersama aliran uap turbin. Sedangkan bagian lain mengalir ke outer gland.labirin – labirin perapat bersifat menthrotle uap yang mengalir menembusnya,akibatnya tekanan uap semakin turun.uap perapat yang mengalir ke outer gland setelah di throttleoleh labirin dialirkan kedalam pipa yang dipasang pada outer gland untuk
LAPORAN KERJA PRAKTEK
34
TEKNIK MESIN dialirkan kedalam gland condenser.dengan proses ini tidak terjadi kebocoran adalah dari dalam turbin keudara luar.uap dari dalam tubin mengalir menembus inner gland.uap yang menembus inner gland sebagai dipipakan untuk uap perapat pada turbin LP,dan sebagai lain dipipakan untuk dialirkan ke gland condenser.
Aliran Uap Perapat Pada Turbi LP Aliran uap pada turbin LP baik pada saat normal maupun pada saat start up adalah sebagai berikut : uap perapat yang disuplai dari auxilliry steam header pada saat start up atau dari glan turbin HP – IP dipipakan kedalam inner gland.uap perapat dari inner gland sebagian masuk kedalam turbin dan bercampur dengan uap siklus turbin,sedangkan sebagian manembus outer gland.uap perapat yang mengalir ke outer gland dipipakan ke gland condenser untuk diembunkan.
B.2 Kontrol Uap Perapat Untuk mencapai proses penanggulangan kebocoran dilakukan pengaturan uap.variabel yang diatur adalah suhu dan tekanan.untuk mengatur
suhu
otomatis.kontrol
digunakan terhadap
spayer tekanan
controller.suhu diatur antara 150
air
yang
dilakukan
dikontrol dengn
dan tekanan diatur 0,35
secara pressure G.
C. Turning Gear Turning gear merupakan alat bantu turbin yang berfungsi untuk menyukseskan operasi turbin pada saat start up dan shut down.bila beban turbin dikurangi untuk akhirnya dihentikan maka temperature casing dan rotor turbin masih sangat tinggi 450 – 500
. bila poros turbin kemudian
dibiarkan untuk tetap diam dalam jangka waktu tertantu,maka akan terjadi beda temperatur antara bagian atas dengan bagian bawah rotor maupun casing.beda temperature akan menyebabkan bagian bawah rotor akan menyusut lebih cepat dibandingkan bagian atas sehingga terjadi
LAPORAN KERJA PRAKTEK
35
TEKNIK MESIN pembengkokan keatas atau disebut hogging.hal ini akhirnya akan menyebabkan terjadinya persinggungan mekanis antara bagian yang bergerak ( rotor ) dan bagian diam ( stator ). Apa bila turbin dicoba diputar dalam kondisi ini akan menyebabkan timbulnya getaran yang serius dan bahkan dapat mengakibatkan kerusakan.kejadian ini dapat dicegahbila perosesnya dijaga tetap berputar meski secara perlahan – lahan selama pendinginan.untuk ini turbin dilengkapi dengan turning gear. Turning gear terdiri atas motor dan suatu rangkaian roda gigi pengurang putaran yang dapat dihubungkan ke roda gigi pada poros turbin dan dapat diputus hubungannya secara otomatis. Reduction gear dihubungkan roda gigi poros turbin ketika turbin mencapai tahap penurunan kecepatan. Peralatan zero speed indicator yang berfungsi mendeteksi bahwa kecepatan turbin telah 0 rpm ( diam ) akan memerintah kan ke turning gear untuk menghubungkan bagiab reduction dengan roda gigi pada poros generator.,selanjutnya rotor turbin generator berputar sekitar 3 rpm.hal ini terjadi pada ahkir proses shut down turbin. Dengan cara ini rotor menjadi dingin dan penggerakan sudu – sudu pada rotor akan menghasilkan sirkulasi udara dalam casing sehingga mengakibatkan pendinginan yang merata pada bagian – bagian turbin.ketika proses start up turbin dijalankan turning gear juga digunakan sebagai pemutar awal rotor turbin generator,sebelum generator di rolling dengan menggunakan uap. D. Sistem Governing Dan Kontrol Fungsi system control yang dipasang pada turbin berfungsi untuk mengtur laju aliran uap kedalam turbin.dengan dipasangnya system control dan governing maka akan didapat kelebihan – kelebihan berikut : Pada saat unit sudah masuk jaringan.
Memungkinkan mesin untuk berkerja secara paralleldengan unit pembangkit lain.
LAPORAN KERJA PRAKTEK
36
TEKNIK MESIN
Memungkinkan
output
masing
–
masing
unit
untuk
mengkompensasi sendiri terhadap permintaan beban.
Memungkinkan system jaringan listrik mengkompensasi sendiri terhadap permintaan beban.
Pada saat unit tidak masuk jaringan.
Memungkinkan melalui proses start up,speed up dan shut down secara aman.
Mengontrol kecepatan lebih ( over speed ) pada waktu unit kehilangan beban.
D.1 Desain system control Sistem
control
turbin
didesain
sedemikian
rupa
dengan
memadukan system hidrolis, system elektronis dan mekanis.disain system control pada PLTU Suralaya didesain untuk biasa beroperasi secara handal dan mudah dioperasikan. Bagian – bagian system control turbin. a) Main Stop Valve ( MSV ) Dan Servomotor Main stop valve merupakan valve yang mengatur uap utama
LAPORAN KERJA PRAKTEK
37
TEKNIK MESIN
1. Sistem Perapat 2. Sistem Governor Dan Kontrol 3. Sistem Proteksi 4. Sistem Aliran Pendingin
LAPORAN KERJA PRAKTEK
38
