ANALISA SISTEM KONTROL LEVEL DAN INSTRUMENTASI PADA HIGH PRESSURE HEATER PADA UNIT 1 – 4 DI PLTU UBP SURALAYA.
Disusun Oleh : ANDREAS HAMONANGAN S
(10411790)
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO KONSENTRASI TEKNIK ELEKTRONIKA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS GUNADARMA Depok, 07 November 2014
ABSTRAKSI Andreas Hamonangan S. 10411790 ANALISA SISTEM KONTROL LEVEL DAN INSTRUMENTASI PADA HIGH PRESSURE HEATER PADA UNIT 1-4 DI PLTU UBP SURALAYA Penulisan Ilmiah. Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Gunadarma, 2014 Kata Kunci : High Pressure Heater, Level Controller, Level Contro Valve. (xiii + 64) High Pressure Heater (HP Heater) memegang peranan yang sangat penting dalam produksi energi listrik di PT. Indonesia Power Unit Bisnis Pembangkitan Suralaya. High Pressure Heater (HP Heater) ini digunakan untuk memanaskan air pengisi (Feedwater) yang akan masuk ke dalam boiler, dimana boiler tersebut yang akan menghasilkan uap. Dalam proses pemanasan air pengisi (Feedwater), high pressure heater (HP Heater) menggunakan uap ekstraksi dari high pressure turbine (HP Turbine) dan intermediate pressure turbine (IP Turbine). Untuk dapat terus mempertahankan kinerja dari high pressure heater (HP Heater) maka sangat diperlukan sistem pengontrolan dan instrumentasi / pengukuran. Pada high pressure heater (HP Heater) yang dikendalikan / dikontrol adalah level air kondensat (air hasil kondensasi). Dalam sistem pengendalian level air kondensat, alat kontrol yang digunakan adalah Level Controller. Sedangkan pengukuran pada high pressure heater (HP Heater) diantaranya adalah pengukuran temperatur dengan alat ukur yang digunakan yaitu temperature gauge dan termocouple, pengukuran tekanan dengan alat ukur yang digunakan yaitu pressure gauge dan pressure transmitter, dan pengukuran level air dengan alat ukur yang digunakan yaitu level gauge dan level transmitter.
(1985 - 2014)
BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Untuk membangkitkan dan menyalurkan energi listrik sampai kepada konsumennya dibutuhkan sistem tenaga listrik yang kompleks dalam penerapannya, dengan menggunakan peralatan-peralatan konversi energi seperti Boiler, Heater, Turbin, Generator, Condenser, dan lain sebagainya. Syarat mutlak yang wajib terpenuhi dari suatu sistem pembangkit listrik agar dapat membangkitkan dan menyalurkan energi listrik sampai kepada konsumennya yaitu kelancaran operasi dan kehandalan sistem pembangkit listrik tersebut. Oleh karena itu dibutuhkanlah sistem pengontrolan dan instrumentasi/pengukuran yang canggih guna menjalankan dan memonitor jalannya suatu sistem pembangkit listrik secara realtime.
Batasan Masalah Permasalahan dalam Penulisan Ilmiah ini dibatasi pada sistem kontrol level dan instrumentasi/pengukuran pada high pressure heater (HP Heater) untuk pemeliharaan Unit 1-4. Maka yang dibahas adalah sebagai berikut: • Prinsip kerja high pressure heater (HP Heater). • Level Controller yang dibahas hanya yang digunakan pada high pressure heater (HP Heater). • Pengukuran temperatur air dengan temperature gauge dan termocouple, pengukuran tekanan air dengan pressure gauge dan pressure transmitter, dan pengukuran level air dengan level gauge dan level transmitter yang dibahas hanya yang terdapat pada high pressure heater (HP Heater).
Tujuan Penulisan Adapun tujuan dari Penulisan Ilmiah ini adalah untuk memahami salah satu sistem kontrol yang digunakan pada Unit 1-4 di PLTU UBP Suralaya dan memahami pengukuranpengukuran apa saja yang ada pada salah satu peralatan pada Unit 1-4 di PLTU UBP Suralaya.
BAB II TINJAUAN UMUM PERUSAHAAN Sejarah PT. Indonesia Power Pada tahun 1994 PLN diubah statusnya dari Perum menjadi Persero. Setahun kemudian tepatnya tanggal 3 Oktober 1995, PT. PLN (Persero) membentuk dua anak perusahaan yang tujuannya untuk memisahkan misi sosial dan misi komersial yang diemban oleh Badan Usaha Milik Negara (BUMN) tersebut. Salah satu dari anak perusahaan itu adalah PT. Pembangkitan Tenaga Listrik Jawa - Bali I, atau lebih dikenal dengan nama PT. PLN PJB I. Anak perusahaan ini ditujukan untuk menjalankan usaha komersial pada bidang pembangkitan tenaga listrik dan usaha-usaha lain yang terkait. Pada tanggal 3 Oktober 2000, bertepatan dengan ulang tahunnya yang kelima, Manajemen perusahaan secara resmi mengumumkan perubahan nama PT. PLN PJB I menjadi PT. INDONESIA POWER. Perubahan nama ini merupakan upaya untuk menyikapi persaingan yang semakin ketat dalam bisnis ketenagalistrikan.
Walaupun sebagai perusahaan komersial di bidang pembangkitan baru didirikan pada pertengahan 1990-an, Indonesia Power mewarisi berbagai sejumlah aset berupa pembangkit dan fasilitas-fasilitas pendukungnya. Pembangkitan-pembangkitan tersebut memanfaatkan teknologi modern berbasis komputer dengan menggunakan beragam energi primer, seperti: air, batu bara, panas bumi, dan sebagainya. Pembangkit-pembangkit yang dimiliki oleh PT. Indonesia Power dikelola dan dioperasikan oleh delapan Unit Bisnis Pembangkitan, seperti: Suralaya, Priok, Saguling, Kamojang, Mrica, Semarang, Perak-Grati, serta Bali. Dalam rangka memenuhi peningkatan kebutuhan akan tenaga listrik khususnya dipulau jawa yang sesuai dengan kebijaksanaan pemerintah untuk meningkatkan pemanfaatan sumber energi primer dan diversifikasi sumber energi primer untuk pembangkit tenaga listrik, maka PLTU UBP Suralaya telah dibangun dengan menggunakan batu bara sebagai bahan bakar utama. Unit Bisnis Pembangkitan (UBP) Suralaya merupakan salah satu unit pembangkit yang dimiliki oleh PT. Indonesia Power. Diantara pusat pembangkit yang lain, Unit Bisnis Pembangkitan (UBP) Suralaya memiliki kapasitas daya terbesar dan juga merupakan pembangkit paling terbesar di Indonesia. Adapun total kapasitas yang terpasang secara keseluruhan adalah sebesar 3400 MW.
BAB III METODE DAN PENGAMATAN OBYEK Mekanisme Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Uap Mekanisme sistem pembangkit listrik tenaga uap pada PLTU UBP Suralaya terdiri dari 2 buah siklus yaitu : siklus aliran air dan siklus aliran uap. Siklus aliran air dimulai dari condenser sampai ke dalam boiler, sedangkan siklus aliran uap dimulai dari boiler sampai ke dalam condenser lagi dan seterusnya. •
Siklus Aliran Air
Uap dari low pressure turbine (LP Turbine) masuk ke inlet condenser kemudian dikondensasikan dengan menggunakan air laut. Proses kondensasi ini terjadi karena adanya perpindahan panas dari uap keluar turbin ke air laut yang suhunya lebih rendah dari uap tersebut. Air hasil kondensasi ditampung didalam hotwell condenser. Temperatur air yang keluar dari hotwell condenser ini sekitar 40˚C. Kemudian air hasil kondensasi yang digunakan sebagai air pengisi (Feedwater) akan dipompakan ke deaerator dengan menggunakan condensate extraction pump (CEP) tetapi sebelumnya air pengisi (Feedwater) ini melewati beberapa tingkat pemanasan. Pemanasan ini bertujuan untuk mempertahankan agar fasenya tetap cair.
Pemanasan awal terjadi dengan memanfaatkan uap panas yang digunakan sebagai perapat pada poros turbin yang bisa disebut dengan Gland Steam. Temperatur air yang keluar dari pemanasan awal ini sekitar 42˚C. Kemudian air melalui tiga tingkat low pressure heater (LP Heater), yaitu LP Heater 1, 2, dan 3. Media pemanasan yang digunakan dalam low pressure heater (LP Heater) ini adalah uap yang berasal dari low pressure turbine (LP Turbine). Temperatur air yang keluar dari low pressure heater (LP Heater) 1, 2, dan 3 masing-masing sekitar 58˚C, 75˚C, dan 110˚C. Setelah melewati tiga proses pemanasan tersebut air akan masuk ke bagian Deaerator. Didalam deaerator ini, air dipisahkan dengan gas-gas yang tidak diinginkan, baik oksigen maupun logam yang terlarut dalam air. Hal ini bertujuan untuk menghindari gangguan pada sistem misalnya dengan adanya kandungan oksigen dalam air maka hal ini akan berpotensi menimbulkan korosi didalam boiler sedangkan logam terlarut dapat menyebabkan overheating. Proses dearasi dilakukan dengan memanfaatkan sebagian uap sebelum masuk turbin, uap untuk dipakai sebagai pemanas air yang masuk ke dalam deaerator. Proses ini dilakukan dengan menyemprotkan uap panas pada air agar oksigen dapat dipisahkan dari air yang selanjutnya dibuang ke udara.
Selain berfungsi sebagai pemisah gas, deaerator juga berfungsi sebagai pemanas air sehingga temperatur air yang keluar dari deaerator mencapai 145˚C. Kemudian air dari deaerator dipompakan menuju boiler melalui beberapa tingkat pemanasan. Pemanasan yang pertama melalui tiga tingkat high pressure heater (HP Heater) yaitu HP Heater 5, 6, dan 7. HP Heater 5 dan 6 menggunakan media pemanas berupa uap panas yang berasal dari intermediate pressure turbine (IP Turbine), sedangkan HP Heater 7 menggunakan uap panas yang berasal dari high pressure turbine (HP Turbine). Temperatur air yang keluar dari high pressure heater (HP Heater) 5, 6, dan 7 masing-masing adalah 175˚C, 200˚C, dan 235˚C. Kemudian air menuju tingkat pemanasan selanjutnya yaitu economizer yang berada didalam boiler. Economizer memanfaatkan gas buang dari hasil pembakaran batu bara yang masih mempunyai temperatur yang tinggi sebagai pemanasnya. Air yang keluar dari economizer memiliki temperatur sekitar 308˚C. Jika kita perhatikan siklus turbin di atas sebelum memasuki boiler, air mengalami beberapa proses pemanasan terlebih dahulu. Hal ini bertujuan agar ketika air memasuki boiler ke dalam air sudah dalam kondisi bertekanan dan bersuhu tinggi sehingga untuk mengubah fase air menjadi fase uap tidak memerlukan waktu yang lama dan energi yang terlalu tinggi.
Artinya batu bara yang diperlukan pun tidak terlalu banyak jika langsung dipanaskan untuk menghasilkan fase uapnya. •
Siklus Aliran Uap
Air yang masuk ke boiler terkumpul pada steam drum. Disini sudah dimulai terjadinya siklus aliran uap, dimana steam drum selain sebagai tempat memasukkan air ke boiler juga tempat terjadinya pemisahan uap dan air. Ketika uap telah terbentuk, uap tersebut dipanaskan kembali oleh dua tingkat Superheater, yaitu Primary Superheater dan Secondary Superheater. Uap yang keluar dari superheater merupakan uap kering yang temperaturnya mencapai 540˚C, dengan tekanan 174 kg/cm2. Uap kering yang keluar dari superheater digunakan untuk memutar high pressure turbine (HP Turbine). Uap yang keluar dari high pressure turbine (HP Turbine) dipanaskan kembali dengan menggunakan reheater agar dicapai temperatur yang semula untuk menggerakkan intermediate pressure turbine (IP Turbine). Sementara itu uap yang keluar dari intermediate pressure turbine (IP Turbine) digunakan kembali untuk memutar low pressure turbine (LP Turbine) 1 dan 2.
Antara HP Turbine, IP Turbine, dan LP Turbine terletak pada satu poros. Dengan demikian energi gerak yang dihasilkan ketiga turbin tersebut terpusat pada poros utama. Dengan mengkopel poros utama pada generator maka energi gerak tersebut dapat diubah ke dalam energi listrik. Uap yang keluar dari low pressure turbine (LP Turbine) masuk ke dalam condenser. Tekanan pada condenser diusahakan serendah mungkin agar terjadi kondensasi uap secara cepat. Didalam condenser ini, fase uap diubah menjadi fase air dengan media pendingin air laut yang dihisap oleh pipa kondensat (Condensat Water Pump). Selanjutnya uap kondensat yang telah berubah menjadi air ini dipompakan oleh condensate extraction pump (CEP) menuju low pressure heater (LP Heater) dan deaerator. Demikian seterusnya siklus aliran air dan uap ini berlangsung sehingga dapat menghasilkan tenaga listrik.
BAB IV PEMBAHASAN Prinsip Kerja High Pressure Heater (HP Heater)
Gambar 4.1. Blok Diagram Sistem Air Pengisi dan Sistem Air Kondensat Pada High Pressure Heater (HP Heater).
Pada gambar 4.1. menunjukkan bahwa ada 2 sistem yang bekerja didalam high pressure heater (HP Heater) yaitu sistem pemanasan air pengisi (Feedwater System) dan sistem penampungan air kondensat (Condensate System). Air pengisi (Feedwater) yang dipompakan oleh boiler feed pump (BFP) akan masuk melalui bagian inlet high pressure heater (HP Heater). Didalam high pressure heater (HP Heater), air pengisi (Feedwater) dialirkan melalui tube-tube yang selanjutnya tube-tube tersebut akan mendapatkan panas dari bled steam, sehingga air pengisi (Feedwater) didalam tube-tube dapat menyerap panas dari bled steam tersebut. Uap ekstraksi (Extraction Steam) dari turbin biasa disebut juga dengan bled steam. Air pengisi (Feedwater) yang sudah dipanaskan akan mengalir keluar melalui bagian outlet high pressure heater (HP Heater) dengan temperatur yang sudah bertambah. Bled steam yang telah digunakan untuk memanaskan air pengisi (Feedwater) akan mengalami heat exchanging sehingga akan berubah menjadi air dan air ini biasa disebut air kondensat didalam high pressure heater (HP Heater).
Didalam high pressure heater (HP Heater), level air kondensat sangat perlu diperhatikan, yang berarti tidak boleh terlalu tinggi dan juga tidak boleh terlalu rendah. Oleh karena itu, pada tangki high pressure heater (HP Heater) dirancang berpasangan dengan alat ukur, alat proteksi dan alat kontrol, dengan tujuan untuk membantu mencegah terjadinya trip pada suatu high pressure heater (HP Heater). Ketiga alat tersebut sangat membantu sekali dalam mempertahankan kinerja dari high pressure heater (HP Heater) itu sendiri, namun tidak menutup kemungkinan sewaktu-waktu high pressure heater (HP Heater) dapat mengalami trip, hal ini biasanya disebabkan karena adanya kebocoran pada tube-tube yang ada didalam high pressure heater (HP Heater) sehingga air pengisi (Feedwater) yang mengalir didalam tube-tube akan keluar dan akan bercampur dengan air kondensat dan level control valve yang tidak dapat membuka akan menyebabkan level air semakin bertambah tinggi. High Pressure Heater (HP Heater) yang mengalami trip tidak dapat digunakan untuk proses pemanasan air pengisi (Feedwater).
Akan tetapi saat terjadi trip, alarm di Control Room akan berbunyi karena mendapatkan sinyal dari alat proteksi yaitu level switch high high dan ada jeda waktu 10 sekon untuk menutup check valve kemudian high pressure heater (HP Heater) akan memberikan sinyal untuk menutup inlet valve dan juga outlet valve serta membuka by pass valve sehingga air pengisi (Feedwater) bisa terus dialirkan ke high pressure heater (HP Heater) selanjutnya dan hingga akhirnya bisa masuk ke dalam boiler. Pada saat terjadi trip, membuka by pass valve dan menutup inlet dan outlet valve pada high pressure heater (HP Heater) terjadi secara otomatis. Cara untuk membuka by pass valve dan menutup inlet dan outlet valve secara otomatis adalah dengan sinyal yang berasal dari level switch high high yang terdapat pada high pressure heater (HP Heater) akan masuk ke ARB (Auxiliary Relay Boiler) dari ARB tersebut memberikan sinyal ke relay-relay dan relay braker akan bergerak kemudian by pass valve akan membuka dan inlet dan outlet valve akan menutup secara otomatis. Apabila saat terjadi trip, by pass valve tidak dapat membuka maka tidak ada air pengisi (Feedwater) yang masuk ke dalam boiler, sehingga boiler akan trip dari drum level low low dan boiler tidak dapat memproduksi uap (steam) yang nantinya akan digunakan untuk memutar sudusudu turbin.
Bila turbin tidak dapat berputar maka generator juga tidak berputar sehingga tidak akan ada listrik yang dihasilkan. Pada umumnya high pressure heater (HP Heater) yang bekerja dengan normal akan mengatur level air kondensatnya dengan cara dialirkan secara bertahap melalui saluran drain, yaitu drain normal (menuju HP Heater yang sebelumnya).
Gambar 4.2. Bagian Dalam High Pressure Heater (HP Heater).
Sistem Kontrol Level Pada High Pressure Heater (HP Heater) Pada high pressure heater (HP Heater) yang dikendalikan / dikontrol adalah level air kondensat. Dalam sistem pengendalian level air kondensat pada setiap heater, PLTU UBP Suralaya menggunakan 2 sistem kontrol yaitu sistem otomatis dan manual. Namun sistem kontrol pada high pressure heater (HP Heater) pada Unit 1-4 masih merupakan sistem kontrol manual. Pada sistem kontrol manualnya, high pressure heater (HP Heater) menggunakan Control Pneumatic. Control Pneumatic merupakan sistem kontrol yang menggunakan udara sebagai media penggerak. Dalam hal ini, yang digerakkan adalah valve (Katup). Adapun alat kontrol yang digunakan pada high pressure heater (HP Heater) yaitu Level Controller. Bentuk fisik dari Level Controller dapat dilihat pada gambar 4.3.
Gambar 4.3. Level Controller Level Controller ini akan membaca kondisi level air kondensat pada high pressure heater (HP Heater) dan menterjemahkan menjadi sinyal pneumatik.
Spesifikasi dari Level Controller ini diantaranya adalah : 1. Propotional Band (PB), adalah kebalikan dari Gain, apabila diperbesar maka akan semakin kecil nilainya. 2. Reset time sebagai integral dalam level controller ini. 3. Bandul secara mekanis untuk menterjemahkan level air pada high pressure heater (HP Heater) dan akan mengubahnya menjadi sinyal pneumatik ke dalam positioner yang terdapat pada level control valve (LCV). Sinyal tekanan dari level controller ke level control valve (LCV) yang diperbolehkan dalam kondisi drain normal adalah sebesar 0.6 – 1 kg/cm2 dan pembukaan valve mencapai 100 - 0 %. Sedangkan dalam kondisi drain emergency sebesar 0.2 - 0.6 kg/cm2 dan pembukaan valve juga mencapai 100 - 0 %.
Gambar 4.4. Blok Diagram Sistem Kontrol Level Pada HP Heater.
Gambar 4.5. Flowchart Cara Kerja Level Controller.
Instrumentasi Pada High Pressure Heater (HP Heater) Pada high pressure heater (HP Heater), instrumentasi didefinisikan sebagai pengukuran / alat ukur. Instrumentasi sebagai alat ukur merupakan bagian depan / awal dari bagian-bagian selanjutnya (bagian kendalinya), dan bisa berupa pengukuran dari semua jenis besaran baik itu besaran fisis, kimia, mekanis, maupun besaran listrik. Adapun pengukuran pada high pressure heater (HP Heater), diantaranya adalah temperatur, tekanan, dan level. A. Pengukuran Temperatur Alat ukur yang digunakan untuk mengukur temperatur antara lain: 1. Temperature Gauge (TG) Merupakan alat ukur yang berfungsi untuk mengetahui temperatur awal air pengisi (Feedwater) sebelum masuk ke inlet high pressure heater (HP Heater) dan juga untuk mengetahui temperatur akhir dari proses pemanasan air pengisi (Feedwater) di high pressure heater (HP Heater) sebelumnya.
B.
2. Termocouple Merupakan alat ukur (sensor) yang berfungsi untuk merubah besaran temperatur air menjadi besaran listrik yaitu mV yang selanjutnya sinyal dari hasil pengukuran akan dikirim ke temperature transmitter (TT) untuk dirubah menjadi mA lalu dikirim lagi ke temperature indicator (TI). Temperature Indicator (TI) akan bekerja pada saat menerima sinyal dari temperature transmitter (TT) sebesar 4 - 20 mA. Pengukuran Tekanan Alat ukur yang digunakan untuk mengukur tekanan antara lain: 1. Pressure Gauge (PG) Merupakan alat ukur yang berfungsi untuk mengetahui tekanan pada air pengisi (Feedwater) yang akan masuk ke dalam high pressure heater (HP Heater). 2. Pressure Transmitter (PT) Merupakan alat ukur (sensor) yang berfungsi untuk merubah besaran tekanan air menjadi besaran listrik yaitu mV yang selanjutnya sinyal dari hasil pengukuran akan dikirim ke pressure indicator (PI). Pressure Indicator (PI) juga akan bekerja pada saat menerima sinyal dari pressure transmitter (PT) sebesar 4 - 20 mA.
C.
Pengukuran Level Alat ukur yang digunakan untuk mengukur level (Ketinggian) antara lain: 1. Level Gauge (LG) Merupakan alat ukur yang digunakan untuk mengetahui ketinggian air kondensat didalam tangki high pressure heater (HP Heater). 2. Level Transmitter (LT) Merupakan alat ukur (sensor) yang digunakan untuk merubah besaran level air kondensat menjadi besaran listrik yaitu mV yang selanjutnya sinyal dari hasil pengukuran akan dikirim ke level indicator (LI).
BAB V PENUTUP Kesimpulan Prinsip kerja dari high pressure heater (HP Heater) adalah Air pengisi (Feedwater) yang dipompakan oleh boiler feed pump (BFP) akan masuk melalui bagian inlet high pressure heater (HP Heater). Didalam high pressure heater (HP Heater), air pengisi (Feedwater) dialirkan melalui tube-tube yang selanjutnya tube-tube tersebut akan mendapatkan panas dari bled steam, sehingga air pengisi (Feedwater) didalam tube-tube dapat menyerap panas dari bled steam tersebut. Air pengisi (Feedwater) yang sudah dipanaskan akan mengalir keluar melalui bagian outlet high pressure heater (HP Heater). Bled steam yang telah digunakan untuk memanaskan air pengisi (Feedwater) akan mengalami heat exchanging sehingga akan berubah menjadi air dan air inilah yang disebut Air Kondensat didalam high pressure heater (HP Heater). Air kondensat yang ditampung didalam tangki high pressure heater (HP Heater) akan diatur levelnya dengan cara dialirkan secara bertahap melalui saluran drain, yaitu drain normal (menuju HP Heater yang sebelumnya).
Pada high pressure heater (HP Heater) yang dikendalikan / dikontrol adalah level air kondensat. Dalam sistem pengendalian level air kondensat pada setiap heater, PLTU UBP Suralaya menggunakan 2 sistem kontrol yaitu sistem otomatis dan manual. Namun sistem kontrol pada high pressure heater (HP Heater) pada Unit 1-4 masih merupakan sistem kontrol manual. Pada sistem kontrol manualnya, high pressure heater (HP Heater) menggunakan Control Pneumatic. Control Pneumatic merupakan sistem kontrol yang menggunakan udara sebagai media penggerak. Adapun alat kontrol yang digunakan yaitu Level Controller. Fungsi dari Level Controller adalah untuk mempertahankan level air kondensat agar selalu berada pada batas normal.
