Sistem Air Pendingin Utama.

4.1 Sistem Air Pendingin Utama.

Sistem air pendingin utama merupakan sistem yang menyediakan dan memasok air pendingin yang diperlukan untuk mengkondensasikan uap bekas didalam kondensor dan memasok kebutuhan untuk “Auxiliary Coolingwater heat Exchanger”. Air pendingin utama (circulating water) merupakan media pendingin untuk menyerap panas laten uap bekas dari turbin yang mengalir kedalam kondensor. Tanpa aliran air pendingin utama yang cukup, vakum kondensor akan rendah dan dapat mengakibatkan unit trip.

Ada 2 macam sistem air pendingin utama yang lazim diterapkan di PLTU yaitu sistem terbuka dan sistem tertutup.

4.1.1 Sistem air pendingin utama siklus terbuka.

Dalam sistem terbuka, air pendingin dipasok secara kontinyu dari sumber tak terbatas seperti sungai, danau atau laut yang dipompakan ke kondensor untuk akhirnya dibuang kembali keasalnya.

Gambar. 4.1. Sistem Air Pendingin Utama Terbuka.

Gambar 4.1, merupakan ilustrasi dari sistem air pendingin utama terbuka berserta komponen-komponen utamanya yang meliputi :

• Saringan Apung (Floating dam).

Fungsinya adalah untuk mencegah terbawanya sampah-sampah dan benda- benda yang mengapung diatas permukaan air terutama yang berukuran besar. Fungsi lainnnya adalah untuk menghambat aliran air dibagian permukaan yang relatif lebih hangat dan membiarkan air yang lebih dingin dari daerah yang lebih dalam untuk mengalir.

• Bar screen / Trash Rack.

Merupakan saringan kasar yang berfungsi untuk menyaring benda-benda berukuran sedang. Biasanya terbuat dari batang logam pipih yang dirangkai sehingga membentuk semacam terali besi.

• Saringan putar (Traveling screen).

Berfungsi untuk menyaring semua benda sampai yang berukuran relatif kecil. Dipasang vertikal pada sisi masuk kanal pompa air pendingin utama (CWP) dimana sebagian besar segmen saringan berada dibawah permukaan air. Sedang sebagian lagi diatas permukaan air seperti terlihat pada gambar

4.1.2.

Gambar.4.1.2. Saringan Putar (Traveling Screen).

Konstruksi saringan adalah berupa kawat baja berbentuk segmen-segmen persegi panjang yang dikaitkan pada rantai-rantai dikedua sisinya. Rantai- rantai tersebut kemudian dikalungkan melingkari roda-roda gigi yang ditempatkan diantara 2 poros. Salah satu poros dihubungkan ke penggerak berupa motor listrik. Dalam keadaan terpasang, rangkaian segmen-segmen kasa baja tersebut akan membentuk suatu pita raksasa / layar (screen) dan bila motor diputar, maka layar ini akan bergerak mengelilingi roda gigi. Sampah-sampah dalam air pendingin akan tersangkut pada saringan dan karena saringan bergerak, maka sampah-sampah yang menempel juga akan terbawa keatas permukaan. Pada bagian saringan yang berada diatas permukaan air dipasang nosel-nosel penyemprot (sprayer) yang menggunakan media air bertekanan. Manakala sampah-sampah yang tersangkut mencapai posisi nosel, maka semprotan air dari nosel akan merontokkan sampah-sampah tersebut dan jatuh ke saluran khusus untuk menampung sampah-sampah tersebut. Dengan cara ini maka setelah melewati posisi nosel, saringan akan bersih kembali. Pada beberapa konstruksi juga disediakan penyemprot ikan (Fish spray) yang posisinya berada dibawah nosel utama. Fish spray berfungsi untuk menyemprot ikan- ikan kecil yang tersangkut disaringan dengan air bertekanan rendah. Akibat semprotan ini ikan-ikan akan terlepas dari saringan dan masuk ke saluran (got) yang khusus disediakan untuk selanjutnya dikembalikan ke air.

• Pompa penyemprot saringan putar (screen wash pump).

Merupakan pemasok air bertekanan yang dialirkan ke nosel penyemprot guna membersihkan saringan putar. Air yang digunakan adalah juga air pendingin utama. Pompa ini dapat dioperasikan secara manual ataupun otomatis. Dalam posisi otomatis, pompa akan start secara otomatis bila perbedaan tekanan ( ∆P) air melintasi saringan putar tinggi. ∆P yang tinggi mengindikasikan bahawa saringan sudah mulai tersumbat sampah. Manakala ∆P sudah normal kembali, maka pompa akan stop secara otomatis.

• Penginjeksi chlor (chlorinator).

Berfungsi untuk menginjeksi chlor kedalam air pendingin yang tujuannya untuk membunuh atau sekurangnya mencegah berkembang biaknya jasad- jasad renik (micro organisme) yang hidup dalam air pendingin agar tidak menimbulkan gangguan dalam sistem air pendingin utama. Sumber pasokan chlor dapat berupa tabung-tabung gas chlor ataupun unit penghasil chlor (Chlorination plant) yang detilnya dibahas pada mata pelajaran lain.

Metode penginjeksian chlor ada beberapa macam misalnya metode penginjeksian kontinyu atau metode shock therapy. Pada metode shock therapy, penginjeksian tidak dilakukan secara kontinyu melainkan secara periodik. Selang waktu antar periodenya dapat diatur secara otomatis dengan bantuan timer. Hal yang penting diperhatikan adalah konsentrasi chlor yang diinjeksikan harus tepat. Bila dosisnya kurang, maka efeknya terhadap microorganisme akan berkurang. Sedang bila dosisnya terlalu besar, dapat mempengaruhi lingkungan terutama didaerah outfall.

• Pompa pendingin utama (CWP).

Berfungsi untuk mengalirkan air pendingin utama ke kondensor dan pada beberapa sistem juga memasok air ke Auxiliary cooling water heat Exchanger. Umumnya bertipe mixed flow dengan posisi vertikal seperti pada gambar 4.1.3.

Gambar. 4.1.3. CWP.

Pada beberapa konstruksi pompa dilengkapi dengan saluran air lincir dan sekaligus juga berfungsi sebagai perapat yang dialirkan keperapat poros pompa (Gland seal). Sebelum pompa dijalankan, pasokan air ini harus diaktifkan terlebih dahulu.

Selain itu, beberapa pompa juga dilengkapi dengan sistem pelumasan sirkulasi yang salah satu komponennya adalah pendingin pelumas (Oil Cooler). Pasokan air untuk oil cooler ini juga harus diaktifkan sebelum pompa dijalankan. Perlu diingat bahwa pelumasan memegang peranan penting mengingat pada pompa vertikal, seluruh berat pompa beserta beban lain berupa gaya-gaya aksial yang timbul praktis harus ditanggung hanya oleh satu bantalan.

Pada sisi tekan pompa dipasang penghubung fleksibel (expansion joint) untuk meredam getaran maupun tumbukan air (water hammer) mengingat pompa ini mengalirkan air dalam jumlah yang sangat besar. Pada saluran tekan pompa umumnya dipasang katup kupu-kupu (butterfly) dengan maksud agar dapat menutup dengan cepat mengingat diameter pipa saluran yang sangat besar. Katup ini umumnya digerakkan oleh motor listrik. Pembukaan dan penutupan katup ini berlangsung scera otomatis. Katup akan membuka otomatis beberapa saat setelah pompa start dan akan menutup secara otomatis pula bila pompa distop.

• Kondensor.

Fungsi utama kondensor adalah untuk mengondensasikan uap bekas dari turbin menjadi air kondensat untuk dapat disirkulasikan kembali. Hal ini dilaksanakan melalui proses prndinginan uap oleh air pendingin yang mengalir dibagian dalam pipa-pipa kondensor. Tipe dan konstruksi kondensor ada berbagai macam dan secara detil akan dibahas pada pelajaran lain. Salah satu tipe yang akan dibahas disini sebagai contoh tipikal Fungsi utama kondensor adalah untuk mengondensasikan uap bekas dari turbin menjadi air kondensat untuk dapat disirkulasikan kembali. Hal ini dilaksanakan melalui proses prndinginan uap oleh air pendingin yang mengalir dibagian dalam pipa-pipa kondensor. Tipe dan konstruksi kondensor ada berbagai macam dan secara detil akan dibahas pada pelajaran lain. Salah satu tipe yang akan dibahas disini sebagai contoh tipikal

Gambar.4.1.4. Single Pass Condenser.

Intinya merupakan sekumpulan pipa-pipa pendingin dimana uap bekas berada dibagian luar pipa (disebut sisi uap) sedang air pendingin mengalir dibagian dalam pipa (disebut sisi air). Akibat pendinginan ini, uap bekas disisi uap akan terkondensasi dan ditampung dalam penampung dibagian dibawah kondensor yang disebut hotwell. Proses kondensasi ini mengakibatkan sisi uap kondensor (termasuk hotwell) berada dalam kondisi vacum. Bila aliran air pendingin berkurang misalnya akibat pipa-pipa kondensor tersumbat kotoran, vacum akan turun dan pada kondisi yang ekstrim dapat mengakibatkan unit trip karena vakum terlalu rendah. Karenanya, air pendingin utama merupakan unsur yang cukup vital. Untuk meningkatkan keandalan kondensor, katup air pendingin sisi masuk dan sisi keluar kondensor biasanya digerakkan oleh motor dimana konfigurasi katup-katup tersebut dapat diatur sedemikian rupa sehingga selain posisi normal operasi, juga memungkinkan kondensor diposisikan “Out of Service” atau diposisikan “Back Washing”.

Posisi “Out of Service” adalah posisi me-non-aktifkan salah satu shell kondensor dengan memblokir aliran air pendingin untuk shell tersebut sehingga shell dapat dibersihkan dalam kondisi unit beroperasi. Tetapi karena hanya 1 shell yang beroperasi, maka dalam kondisi out of service, biasanya unit hanya boleh beroperasi pada + 50% beban. Setelah pembersihan selesai, kondensor dapat dinormalkan kembali.

Sedangkan posisi blackwashing artinya membalik aliran air pendingin pada salah satu shell. Back washing dilakukan bila pipa-pipa kondensor sudah mulai tersumbat oleh kotoran. Dengan cara membalik arah aliran pada salah satu shell, maka kotoran-kotoran yang menyumbat mulut pipa akan rontok sehingga pipa-pipa bersih kembali.

• Sistem pembuang udara sisi air kondensor (Priming System). Fungsi utama sistem priming adalah untuk membuang udara dari air

pendingin utama agar air pendingin dapat mengisi seluruh permukaan kondensor sehingga proses pendinginan efektif. Saluran pembuang udara sisi air pendingin terletak pada bagian atas water box sisi inlet dan sisi outlet kondensor. Ada 2 macam sistem priming yang banyak dipakai yaitu sistem priming tertutup dan sistem priming terbuka. Ilustrasi sistem priming tertutup terlihat seperti pada gambar 4.1.5.

Gambar. 4.1.5. Sistem Priming Tertutup.

Pada sistem ini, pembuangan udara dilakukan melalui saluran dan katup venting dibagian atas water box hanya dengan mengandalkan tekanan air pendingin. Sedangkan pada sistem terbuka (gambar 4.1.6) udara dikeluarkan dari water box melaui saluran yang sama tetapi dengan bantuan perangkat vacum seperti vacum pump.

Gambar. 4.1.6. Sistem Priming Terbuka.

• Taproge. Taproge adalah sistem pembersih pipa kondensor sisi air pendingin dengan

menggunakan sarana pembersih berupa bola-bola karet yang disebut bola Taproge dengan cara mensirkulasikan bola-bola tersebut bersama air pendingin seperti terlihat pada gambar 4.1.7.

Gambar. 4.1.7. Taproge.

Bila pipa air pendingin dinyatakan kotor dan tidak teratasi oleh backwashing, maka sistem Taproge dapat dioperasikan. Untuk keperluan ini, pada saluran air pendingin keluar dipasang semacam saringan berengsel yang terdiri dari

2 bagian seperti layaknya sepasang daun pintu teralis. Perangkat ini disebut catcher yang berfungsi untuk menangkap bola-bola Taproge agar tidak ikut terbuang ke outfall. Sebelum mengoperasikan sistem Taproge, catcher harus dalam posisi tertutup (catch position). Bila menggunakan bola - bola Taproge baru, bola-bola taproge sebaiknya terlebih dahulu direndam dalam air dan diremas-remas guna menghilangkan udara dari dalam bola. Bola kemudian dimasukkan pada penampung (ball collector) yang dilengkapi dengan tingkap berlubang-lubang.

Bila tingkap tertutup, maka hanya air yang dapat mengalir melalui lubang- lubang tersebut sementara bola - bola Taproge tertahan didalam collector. Bila tingkap dibuka, maka air dan bola - bola Taproge dapat mengalir. Setelah bola Taproge dimasukkan ke collector dengan tingkap masih posisi tertutup, jalankan pompa sirkulasi (Taproge Pump), kemudian buka tingkap pada collector dan bola-bola Taproge akan mengalir bersama air kesisi masuk (inlet) kondensor. Untuk selanjutnya masuk kepipa-pipa pendingin dan akhirnya keluar sambil membawa kotoran-kotoran dari pipa kondensor. Ketika sampai outlet, bola-bola Taproge akan tertahan pada catcher dan diarahkan kembali ke collector. Sirkulasi ini terus dilakukan sampai selang waktu tertentu, sesuai instruksi buku manual. Bila dirasa sudah cukup, tutup tingkap pada collector, dan biarkan sistem tetap beroperasi beberapa saat guna memberi waktu bagi bola-bola Taproge untuk terkumpul seluruhnya didalam collector. Bila dipandang cukup, matikan pompa dan catcher dapat dibuka kembali.

4.1.2 Sistem air pendingin utama siklus tertutup .

Secara prinsip, sistem air pendingin utama siklus tertutup menggunakan media air pendingin yang sama secara berulang dalam sirkulasi tertutup guna memasok kondensor seperti terlihat pada gambar 4.1.8.

Gambar. 4.1.8. Prinsip Sistem Air Pendingin Siklus Tertutup.

Air pendingin dipompakan ke kondensor oleh pompa air pendingin utama (CWP) untuk mengkondensasikan uap bekas dengan cara menyerap panas laten dari uap bekas tersebut. Akibat proses dikondensor, temperatur air pendingin keluar kondensor akan mengalami kenaikkan. Karena air akan disirkulasikan kembali ke kondensor, maka air pendingin ini harus didinginkan terlebih dahulu. Proses pendinginan air dilaksanakan di Menara pendingin (Cooling Tower). Didalam menara pendingin, air pendingin didinginkan oleh udara sehingga temperaturnya kembali turun dan siap disirkulasikan kembali kedalam kondensor. Gambar

4.1.9, merupakan contoh aplikasi sistem air pendingin utama siklus tertutup.

Gambar. 4.1.9. Aplikasi Sistem Air Pendingin Utama Siklus Tertutup.

Dalam contoh aplikasi sistem air pendingin utama siklus tertutup seperti gambar diatas, fungsi sebagian besar komponennya seperti kondensor, Auxiliary Cooling water heat Exchanger, Traveling Screen sama seperti yang telah diuraikan dalam sistem air pendingin utama siklus terbuka pada session sebelumnya. Perbedaannya hanya terletak pada menara pendingin (Cooling Tower) yang tidak terdapat pada sistem air pendingin siklus terbuka.

• Menara Pendingin (Cooling Tower).

Berfungsi untuk mendinginkan air pendingin utama dengan menggunakan udara sebagai media pendingin.

Pada prinsipnya, ada dua tipe dasar cooling tower yaitu cooling tower tipe kering (Dry Cooling Tower) berupa penukar panas tipe permukaan (Surface heat Exchanger) dan cooling tower basah (Wet Cooling Tower) yang merupakan penukar panas tipe kontak langsung (direct contact heat exchanger). Mengingat cooling tower yang banyak dipakai di PLTU adalah tipe wet cooling tower, maka session ini hanya akan membahas wet cooling tower.

Pada wet cooling tower, air pendingin utama yang akan didinginkan dialirkan dari bagian atas cooling water dan disemprotkan pada kisi-kisi pendingin. Udara sebagai media pendingin dihembuskan dari arah samping bagian bawah cooling tower dan mengalir kearah atas. Selanjutnya, butiran-butiran air akan kontak langsung dengan udara sehingga terjadi transfer panas dari air ke udara. Akibat proses ini, sebagian air akan menguap dan terbuang bersama udara lewat bagian atas cooling tower. Manakala didalam air pendingin terdapat zat-zat pencemar, maka ketika sebagian air menguap, konsentrasi zat pencemar semakin tinggi, sehingga dapat mengakibatkan timbulnya berbagai masalah dalam kondensor. Untuk mengatasi masalah ini, maka secara periodik atau secara kontinyu, air pendingin harus dibuang / didrain dari bagian bawah bak penampung (basin). Proses ini dikenal dengan istilah “Blowdown” yang selain berfungsi untuk menurunkan konsentrasi zat pencemar dalam air pendingin, sekaligus juga untuk membuang endapan- endapan / lumpur-lumpur dibagian bawah bak penampung.

Akibat proses penguapan dan blowdown, maka untuk mempertahankan kuantitas air pendingin didalam siklus, diperlukan penambahan air dari luar dengan jumlah yang sebanding. Air pendingin yang ditambahkan dari luar Akibat proses penguapan dan blowdown, maka untuk mempertahankan kuantitas air pendingin didalam siklus, diperlukan penambahan air dari luar dengan jumlah yang sebanding. Air pendingin yang ditambahkan dari luar

Gambar. 4.1.10. Tipikal Aliran Air Pendingin Pada Cooling Tower.

Wet Cooling Tower sendiri juga terdiri dari dua tipe yaitu : Natural draft cooling tower dan Forced draft cooling tower. Berhubung natural draft cooling tower belum lagi dipakai di PLTU yang dimiliki PLN, maka session ini hanya akan membahas Forced draft cooling tower.

Forced draft cooling tower sering juga disebut Mechanical draft cooling tower menggunakan kipas yang digerakkan oleh motor listrik untuk mengalirkan udara pendingin cooling tower. Dipandang dari sisi aliran udaranya, cooling tower ini dibedakan menjadi cross flow cooling tower seperti gambar 4.1.11 dan counter flow cooling seperti gambar 4.1.12.

Gambar. 4.1.11.Cross Flow Cooling Gambar 4.1.12 Counter Flow Cooling Tower. Tower

Pada cross flow cooling tower, aliran udara bersilangan tegak lurus terhadap aliran udara sedang pada counter flow cooling tower, aliran udara berlawanan dengan arah aliran air.

Gambar 4.1.13, memperlihatkan konstruksi tipikal Mechanical draft cooling tower yang banyak dipakai pada PLTU milik PLN yang umumnya terbuat dari kayu atau beton.

Gambar.4.1.13. Konstruksi Mechanical Draft Cooling Tower.

Dibagian atas cooling tower dipasang beberapa kipas / Fan yang digerakkan oleh motor listrik melalui rangkaian gigi reduksi (gearbox) untuk menurunkan putaran motor. Air pendingin panas masuk ke header dibagian atas cooling tower dan dispraykan kebawah menuju kisi-kisi (Fill) yang umumnya bertipe pantul (splash). Disamping bagian luar kisi-kisi tempat udara masuk, dipasang sirip-sirip (Louvre) untuk mencegah agar cipratan air tidak keluar dari cooling tower. Udara atmosfir masuk melalui sirip-sirip akibat hisapan fan dan mengalir keatas menuju fan sambil mendinginkan air. Udara panas akan dihembuskan kembali ke atmosfir oleh fan lewat bagian atas cooling tower. Air dingin akan berkumpul di bak penampung (basin) dibagian bawah cooling tower. Dari bak penampung ini, air selanjutnya disirkulasikan kembali ke kondensor sebagai air pendingin utama.

Ketika unit berperasi pada beban penuh atau cuaca panas, seluruh fan pada cooling tower mungkin harus dioperasikan. Tetapi pada beban rendah atau cuaca dingin, sebagian fan dapat dimatikan untuk menghemat listrik.