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.
trim sharing nya gan.. sangat bermanfaat
BalasHapustrim sharing nya gan.. sangat bermanfaat
BalasHapusjdi fungsi disel yang tercouple pada shaft turbin untuk star up pertama kali apa ya ?
BalasHapustrims sharingnya bermanfaat banget
BalasHapus