GAS TURBINE GENERATOR

GAS TURBINE GENERATOR

DASAR GAS TURBINE

n  FUNGSI UNIT :

Turbin gas berfungsi untuk menggerakkan mesin kerja seperti Kompressor atau Generator listrik, sehingga dihasilkan sesuatu kerja berupa tekanan atau tenaga listrik

n  KONSEP DASAR :

Prinsip kerja sebuah turbin bisa dicontohkan pada kincir angin, kecepatan putaran kincir angin tergantung dari kuat nya hembusan angin yang ada, diameter sudu-sudu dan beban dari kincir angin tersebut

n  Pada turbine gas, tenaga penggerak sudu-sudu turbin berasal dari campuran udara yang dikompresi

n  Tenaga yang dihasilkan oleh turbin sebagian dipakai untuk menggerakkan Kompressor yang mensupply udara dalam ruang bakar, sebagian lagi dipakai untuk keperluan lain, misalnya pembangkit listrik dll

n  Kompressor udara bergerak bersama-sama dengan turbin menghisap udara dari atmosfir, kemudian dikirim ke ruang bakar.

n  Didalam ruang bakar dimasukkan bahan bakar (gas bumi atau solar), dan kemudian dinyalakan sehingga menjadi terbakar.

n  Campuran udara dan hasil pembakaran yang bertekanan, mengalir dan mengembang melalui sudu-sudu turbin dan menggerakkan rotor dari turbin gas tersebut.

n  Gas panas setelah menggerakkan turbin, dialirkan ke atmosfir atau juga dimanfaatkan panasnya untuk keperluan lain.

n  Bisa juga  gas buang tersebut masih dimanfaatkan untuk membangkitkan steam.

n  Dari penjelasan diatas terlihat energi yang dibutuhkan oleh system pada hakekatnya dipenuhi dari hasil pembakaran gas bumi di ruang bakar, sedangkan distribusi energinya bisa digambarkan dengan gambar dibawah ini :

                    

H1–H2 adalah energi yang dibutuhkan untuk mengerakkan compressor (We).

H3-H4 adalah energi yang dibutuhkan untuk menggerakkan Turbin (Wt).

H2-H3 adalah energi yang dihasilkan oleh pembakaran gas bumi dan udara di ruang bakar (Qh).

n  Sedangkan energi yang diberikan ke USER, dalam hal ini Generator Listrik, adalah selisih tenaga yang dihasilkan oleh turbin dikurangi dengan energi untuk menggerakkan compressor atau Wt-Wc, tentu saja setelah energi untuk masing-masing alat sudah dikalikan dengan effisiensinya.

n  Karena produk akhir dari turbin gas adalah listrik dan sumber energi berasal dari gas bumi, maka jumlah kebutuhan listrik akan mengontrol jumlah gas bumi yang dibutuhkan untuk pembakaran dan operasi dari gas turbin.

n  Untuk meningkatkan effisiensi pemakaian gas bumi, maka gas buang dari gas turbin, dimanfaatkan untuk membangkitkan steam yang dinamakan Waste Heat Boiler (WHB).

URAIAN PROSES

n  Bila starting system dari turbin diaktifkan dan cluth sudah tersambung, maka rotor turbin akan ikut berputar dan unit yang terhubung pada rotor (compressor, turbin, generator), juga akan ikut berputar.

n  Bila kompressor mulai berputar, maka udara luar akan terhisap oleh kompressor.

n  Untuk menhindari kompressor surging selama start-up, maka blow off valve dari stage-11 akan terbuka dan Inlet Guide Vane (IGV) akan di setting pada posisi minimum.

n  Bila speed sudah mencapai 95%, valve pada stg-11 akan tertutup dan IGV mulai bergerak membuka pada posisi normal operasi 

n  Udara dari kompressor akan mengalir ke combustion chamber.

n  Fuel gas (gas alam / solar) dari battery limit akan masuk ke combustion chamber juga bercampur dengan udara dan dinyalakan dengan bantuan sprak plug (busi).

n  Apabila satu burner sudah menyala, maka burner-burner berikutnya juga akan mulainmenyala juga.

n  Gas panas dari combustion chamber, mengalir ke transition piece (10 buah) yang terletak pada combustion chamber liner dan dari sini mengalir ke turbine yang terdiri dari 3 stage.

n  Tiap stege terdiri dari jajaran nozzle yang dilengkapi dengan turbine bucket.

n  Di nozzle-nozzle ini kecepatan gas meningkat dan kenaikkan kecepatan gas   kemudian menggerakkan turbine bucket, sehingga seluruh rotor mulai berputar.

n  Setelah melalui stage ketiga, gas kemudian mengalir ke exhaust duct untuk dimanfaatkan panasnya sebagai pembangkit steam di Waste Heat Boiler (WHB).

n  Pola aliran dari mulai udara masuk mengalir ke kompressor, ke ruang bakar bercampur dengan fuel gas dan dipakai untuk menggerakkan turbin dan keluar ke exhaust duct, dinamakan gas path

ALAT-ALAT UTAMA PADA GAS TURBIN

n  KOMPRESSOR

Kompressor berfungsi untuk mensupply udara pembakaran dan pendinginan pada bagian-bagian lainnya seperti dinding ruang bakar, rotor dan sudu-sudu turbin.

n  RUANG BAKAR.

Ruang bakar terdiri dari burner, nozzle dan busi untuk penyalaan.

n  FILTER UDARA

Agar udara yang dikompressi tidak mengandung kotoran-kotoran yang bisa mengotori dan merusak sudu-sudu kompressor, maka udara harus di filter dulu.

Filter harus selalu dimonitor tingkat kekotorannya dan harus dilakukan penggantian bila tingkat kekotorannya sudah mencapai tingkat tertentu.

n  PRIME MOVER (PENGGERAK MULA)

Untuk memutar rotor pada saat pertama kali, maka dipasang suatu system penggerak mula yang digerakkan oleh motor atau diesel.

Diesel dihubungkan dengan rotor turbin dengan sebuah coupling khusus (clutch), jika putaran turbin sudah lebih tinggi dari putaran diesel, maka coupling akan secara automatis akan terlepas.

n  OIL SYSTEM.

Untuk menghindari keausan pada peralatan yang berputar dan untuk mengontrol operasi dari peralatan, maka pada gas turbin dilengkapi dengan oil system.

Oil system pada gas turbin di tampung pada reservoir oli yang kemudian dipompakan dan didistribusikan untuk :

A.  LUBRICATING OIL : Sebagian besar oli dipakai untuk pelumasan bearing-bearing pada kompressor dan generator.

B.  Hydraulic oil ini adalah lube oil yang dipompakan lagi untuk keperluan penggerak dari system kontrol peralatan-peralatan.

PENJELASAN

1.    KOMPRESSOR

Salah satu komponen utama dari gas turbin adalah kompressor.

Yang dimaksud dengan kompressor adalah alat yang dipergunakan untuk memanpatkan suatu fluida gas.

 Bila suatu gas didalam suatu ruangan tertutup diperkecil volumenya, maka gas akan mengalami pemanpatan atau biasa disebut kompressi, sehingga tekanan gas pada ruangan tersebut akan naik atau bila gas dimasukkan pada suatu tempat dan diputar dengan kecepatan tinggi, maka gas akan mengalami kenaikkan kecepatan dan tekanan karena adanya gaya sentrifugal.

Secara umum kompressor dapat diklasifikasikan menjadi beberapa katagori:

n  DIPLACEMENT KOMPRESSOR : Kompressor yang cara pemampatannya dicapai dengan memperkecil ruang kompressi, kemampuan kompressi tinggi, tetapi flow yang dihasilkan rendah.

Yang termasuk jenis kompressor ini:

A.  Reciprocating kompressor

B.  Rotary kompressor.

n  TURBO KOMPRESSOR: Kompressor yang cara kompressinya terjadi karena gas dinaikkan kecepatannya dengan bantuan impeller atau blade.

Gas masuk melalui sebuah inlet nozzle menuju ke blade atau impeller.

Pada blade atau impeller tenaga dipindahkan ke gas dengan bertambahnya kecepatan.

Setelah dari impeller, atau blade, gas kemudian dilewatkan ke diffuser dan return bend dimana kecepatan dari gas akan diturunkan dengan mempersempit ruangan (pengurangan volume).

Dengan adanya pengurangan kecepatan maka gas densitynya naik dan tekanan menjadi lebih tinggi 

n  Dengan fungsi seperti diatas, maka turbo kompressor disebut sebagai Dynamic Mechine, karena kompressi dicapai dengan cara adanya kerja dinamis dari blade dan diffuser.

Yang termasuk kompressor jenis ini :

A.  CENTRIFUGAL KOMPRESSOR : Kompressor yang arah alirannya radial terhadap shaft, berkemampuan menghasilkan flow dan tekanan tinggi.

B.  AXIAL FLOW KOMPRESSOR : Arah alirannya sejajar dengan shaft, berkemampuan menghasilkan flow yang sangat tinggi, tetapi dischargenya sangat rendah.  Kecepatan gas yang dihasilkan oleh putaran blade dirubah menjadi tekanan di stator.

n  Axial Flow Kompressor Yang terdiri dari rotor dan casing kompressor termasuk didalam casing kompressor adalah Inlet Guide Vane (IGV) dan 2 outlet guide vane.

Udara mengalir diantara rotor dan stator blade dimana udara di kompressikan dari satu stage ke stage berikutnya secara seri.

Blade pada rotor mensupply tenaga yang dibutuhkan untuk memanpatkan udara pada setiap stage dan blade pada stator mengarahkan udara masuk ke blade rotor berikutnya.

Udara hasil kompressi kemudian mengalir ke combustion chamber sebagai udara pembakaran, sebagian udara dialirkan untuk pendinginan di turbin bucket dan sealing di bearing. 

BAGIAN-BAGIAN UTAMA DARI KOMPRESSOR UDARA

n  1.  Rotor : terdiri dari rotor blade, wheels dan dilengkapi dengan thrust dan journal bearing.

n  2.  Stator : terdiri dari

   a.  Inlet casing, terdiri dari stator yang berfungsi mengarahkan aliran udara ke rotor blade.  Pada casing juga terdapat IGV yang berfungsi untuk mengontrol jumlah udara yang dibutuhkan.  IGV ring yang memutar Pinion Gear,

b.  Forward casing, terdiri dari 4 stage stator pertama.

c.  AFT casing, terdiri dari stage ke 5 sampai ke 10.  Dari casing pada stage ke 5, udara dikeluarkan digunakan untuk supply sealing dan cooling, sedangkan dari stage 11 dipakai untuk blow off pada saat start-up dan shut down..

d.  Discharge casing, terdiri dari stage 11 s/d 17 dan terletak diantara forward dan aft casing. 

Bentuk blade dari stator dan rotor kompressor didesign seperti airfoil untuk menghasilkan effisiensi yang tinggi.

Blade terletak pada wheel dan disusun berjajar seperti bulu pada ekor burung dara (dove tail)

n  Combustion Chamber

Combustion chamber atau ruang bakar adalah tempat dimana udara dari kompressor dan fuel (gas bumi, solar) bercampur dan dibakar.

Ruang bakar juga dilengkapi dengan busi (sprak plug) untuk penyalaan pertama.

Untuk mendektesi nyala api dari burner, dipasang flame detector, bila burner mati maka flame detector akan mengaktifkan interlock trip system.

Jumlah burner diruang bakar ada 10, dilengkapi dengan nozzle untuk menyemburkan fuel dan udara agar pencampurannya bagus.

Jumlah fuel yang di injeksikan diatur oleh ratio valve yang diatur oleh system pengontrolan di generator.

n  Turbin

Pada prinsipnya sebuah turbin terdiri atas satu atau beberapa wheel yang disekelilingnya mempunyai blade atau sudu-sudu.

Wheel yang diletakkan pada shaft akan berputar bila blades ditekan / didorong oleh suatu fluida (gas atau cairan).

Campuran udara dan gas dari ruang bakar yang bertekanan tinggi dilewatkan ke nozzle yang ada didepan sudu-sudu turbin.

Tekanan gas akan mengalami penurunan, tetapi kecepatannya akan naik.

Gas dengan kecepatan tinggi ini kemudian disemprotkan ke sudu-sudu yang ada disekeliling roda, sehingga roda dapat berputar menggerakkan poros turbin.

Energi yang dipakai untuk menggerakkan turbin adalah selisih dari energi inlet dikurangi dengan energi yang tersisa dari outletnya.

Menurut alirannya turbin dibedakan menjadi :

n  1.  Turbin aksi : Shaft berputar karena sudu menerima gaya dorong yang dihasilkan oleh adanya tumbukan uap ke sudu-sudu.

n  2.  Turbin reaksi : Prinsip kerja dicontohkan seperti alat penyiram air, fluida masuk dari bagian tengah (poros) dan keluar dari pipa-pipa yang terpasang pada poros, dengan adanya aliran dari poros ke jari-jari, maka shaft akan berputar.  Kecepatan putaran dari shaft tergantung dari besarnya pancaran yang keluar dari jari-jari.

Dilihat dari medianya yang dipakai turbin diklasifikasikan menjadi :

n  1.  Turbin air yaitu turbin yang mendapat tenaga dari air yang dialirkan ke sudu-sudu, contoh turbin air yang dipakai di bendungan.

n  2.  Turbin uap yaitu turbin yang digerakkan oleh tenaga uap/steam.

Turbin gas yaitu turbin yang digerakkan oleh campuran gas panas hasil pembakaran udara dan bahan bakar.

SISTEM PENGAMANAN PADA GAS TURBINE

Untuk melindungi peralatan pada gas turbine dan alat-alat lainnya.

System dilindungi dengan beberapa system pengaman

n  A.  Over speed trip, yaitu suatu system detector terhadap kecepatan turbin yang diijinkan.

n  B.  System pemadam kebakaran, Yaitu suatu system detector terhadap kebakaran yang akan mengaktifkan pemadaman secara otomatis dan menstop operasi dari turbin, media yang dipakai untuk pemadaman adalah gas CO2.

n  C.  Pengatur kecepatan : Karena turbin dikontrol oleh generator maka speed dari turbin gas akan mengikuti variabel pada generator, pada prinsipnya pengaturan speed adalah pengaturan jumlah gas yang dibakar di ruang bakar karena speed selalu dipertahankan konstan.

n  D.  Kontrol temperatur : Temp gas dari ruang bakar harus dijaga tidak melebihi dari yang diijinkan, bila temp naik maka alarm akan menyala dan temp kontroler akan mengatur supply udara ke ruang bakar atau bila udara yang di supply sudah maks, maka kontroler akan memerintahkan untuk pengurangan bahan bakar ke ruang bakar.