Rahmad Sugiharto : Perancangan Heat Recovery Steam Generator HRSG Dengan Sistem Tekanan Uap Dua Tingkat Kapasitas Daya Pembangkitan 77 MW, 2010.
BAB III PERHITUNGAN TERMODINAMIKA
HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR
3.1. Spesifikasi Teknis Perancangan
Parameter rancangan mengenai Heat Recovery Steam Generator HRSG pada perencanan ini mengacu pada data hasil survei yang dilakukan di PT. PLN
Persero Pembangkitan dan Penyaluran Sumatera Bagian Utara Sektor Belawan. Adapun spesifikasi data – data yang diperoleh dari hasil survei yang akan
digunakan untuk perencanaan perancangan HRSG adalah : a.
Daya maksimum turbin gas : 130 MW
b. Bahan Bakar
: gas alam c.
Temperatur lingkungan : 30
o
C d.
Tekanan lingkungan : 1,013 bar
e. Aliran massa gas buang
: 565,9 kgdetik f.
Temperatur gas buang beban dasar : 576,3
o
C g.
Enthalpi gas buang : 608,548 kJkg
h. Tekanan gas buang
: 1,1143 bar
3.2. Perhitungan Uap
Temperatur uap yang akan dihasilkan harus disesuaikan dengan temperatur gas buang. Perbedaan temperatur yang terkecil antara 2 dua aliran
gas dengan uap, yang biasa disebut dengan titik penyempitan pinch point x – 1,
Rahmad Sugiharto : Perancangan Heat Recovery Steam Generator HRSG Dengan Sistem Tekanan Uap Dua Tingkat Kapasitas Daya Pembangkitan 77 MW, 2010.
y –1, x – 2 dan y – 2, gambar 3.1 untuk alasan kontrol keselamatan P.K. Nag, 2002.
HP superheater HP evaporator
HP ekonomiser
CPH condens. preheater
LP evaporator
LP superheater
T
o
C
Laju Pindahan Panas MW x
1 y
1
y x
2
2
Gambar 3.1. Profil Diagram Temperatur Gas Buang dan Uap HRSG Temperatur gas buang yang masuk ke HP superheater diperkirakan akan
mengalami penurunan sebesar 2 karena adanya kerugian yang terjadi pada saluran dari saluran keluar gas buang turbin gas ke superheater P.K. Nag, 2002.
Maka temperatur gas buang masuk superheater dapat diperkirakan yaitu : T masuk superheater = T gas buang turbin gas x 98
= 576,3
o
C x 0,98 = 565,7
o
C Sesuai dengan di atas, temperatur uap yang akan dihasilkan HP
superheater dengan pinch point 35
o
C adalah : T uap HP superheater = 565,7
o
C – 35
o
C = 530,7
o
C
Rahmad Sugiharto : Perancangan Heat Recovery Steam Generator HRSG Dengan Sistem Tekanan Uap Dua Tingkat Kapasitas Daya Pembangkitan 77 MW, 2010.
Dengan memperhitungkan adanya kehilangan panas sepanjang penyaluran uap dari HRSG hingga masuk ke turbin uap sebesar 2 – 3 P.K. Nag, 2002,
maka temperatur uap masuk turbin HP adalah : T uap masuk turbin HP = 0,98 x 530,7
o
C = 520,08
o
C = 520
o
C diambil Temperatur uap yang dihasilkan oleh LP superheater yang direncanakan
adalah 200
o
C, maka penurunan temperatur uap yang akan masuk ke turbin uap LP adalah :
T uap masuk turbin LP = 0,98 x 200
o
C = 196
o
C
CPH
LP
HP
LP eva LP sup
HP eko
HP eva HP sup
HP LP
G
kondensor Turbin Uap
Tangki Air Umpan
P
1
HRSG
Gas Buang
3 2
4
5
5 ′
7
1 8
9
530,7
o
C 520
o
C 196
o
C
P = 1,1143 bar h = 596,36 kJkg
6
9 ′
P
2
10 ′
200
o
C
a b
c d
e f
g
Gambar 3.2. Siklus Perencanaan HRSG
Rahmad Sugiharto : Perancangan Heat Recovery Steam Generator HRSG Dengan Sistem Tekanan Uap Dua Tingkat Kapasitas Daya Pembangkitan 77 MW, 2010.
Turbin uap yang digunakan adalah turbin uap dengan kondensasi, di mana hasil ekspansi turbin uap akan dikondensasikan pada kondensor. Besarnya
tekanan uap hasil ekspansi masuk kondensor menurut Frietz Dietzell, 1992 adalah di bawah tekanan atmosfer, yaitu berkisar pada 0,04 – 0,1 bar. Dalam hal
ini, media pendingin yang akan digunakan adalah air dengan suhu sekitar 30
o
C. Temperatur hasil uap hasil ekspansi turbin masuk kondensor direncanakan di atas
42
o
C dari tabel dengan tekanan 10 kPa, Tsat = 45,81
o
C. Parameter yang lain mengenai turbin uap, yaitu derajat kebasahan yang dapat diterima sehubungan
dengan terjadinya erosi pada sudu, adalah sekitar di atas 17 , yang artinya kualitas uap masuk kondensor keluar turbin sebesar 83 P.K. Nag., 2002.
Dengan mempertimbangkan keamanan sudu turbin, pada perencanaan ini kualitas uap masuk kondensor diambil 83 . Dari data di atas :
T masuk turbin HP = 520
o
C P masuk kondensor
= 0,1 bar X kualitas uap
= 83
T
= 85 Maka dari diagram Mollier diperoleh P
maks
tekanan masuk turbin HP sebesar 68 bar. Dengan mempertimbangkan adanya penurunan tekanan sepanjang
penyaluran uap mulai dari HRSG hingga masuk turbin sekitar 5 P.K. Nag, 2002, maka dalam perencanaan ini tekanan uap HP superheater yaitu :
P
uap kelua HP superheater
= 100 95 x 68 bar = 71,57 bar
Tekanan uap masuk ke turbin uap LP dirancang 6,7 bar, dengan mempertimbangkan adanya penurunan tekanan sepanjang penyaluran uap mulai
Rahmad Sugiharto : Perancangan Heat Recovery Steam Generator HRSG Dengan Sistem Tekanan Uap Dua Tingkat Kapasitas Daya Pembangkitan 77 MW, 2010.
dari HRSG hingga masuk turbin sebesar 5 , maka dalam perencanaan ini tekanan uap keluar LP superheater yaitu :
P uap keluar LP superheater = 100 95 x 6,7 bar
= 7 bar Sehingga dalam perancangan ini direncanakan :
1. Temperatur gas masuk HP superheater
= 565,7
o
C 2.
Uap yang dihasilkan HP superheater a.
Temperatur = 530,7
o
C b.
Tekanan = 71,57 bar
3. Kondisi uap HP superheater masuk turbin
a. Temperatur
= 520
o
C b.
Tekanan = 68 bar
4. Uap yang dihasilkan LP superheater
a. Temperatur
= 200
o
C b.
Tekanan = 7 bar
5. Kondisi uap LP superheater masuk turbin
a. Temperatur
= 196
o
C b.
Tekanan = 6,7 bar
6. Kondisi uap hasil ekspansi turbin dan keluar kondensor
a. Temperatur
= 45,81
o
C b.
Tekanan = 0,1 bar
Rahmad Sugiharto : Perancangan Heat Recovery Steam Generator HRSG Dengan Sistem Tekanan Uap Dua Tingkat Kapasitas Daya Pembangkitan 77 MW, 2010.
1 2
3 4
8
9
5
10
S kJkg.K T
o
C
7
HP
LP
10 5
9
6
Gambar 3.3. Diagram T – S yang Direncanakan Di bawah ini adalah keadaan di setiap titik proses aliran air dan uap yang
direncanakan di mana parameter temperatur dan enthalpi dapat diperoleh dari tabel uap atau dapat juga diperoleh dari kalkulator uap di website
www.dofmaster.com .
Keadaan titik 1 : P
1
= 0,1 bar h
1
= 191,83 kJkg v
1
= 0,0010102 m
3
kg T
1
= 45,81
o
C
Rahmad Sugiharto : Perancangan Heat Recovery Steam Generator HRSG Dengan Sistem Tekanan Uap Dua Tingkat Kapasitas Daya Pembangkitan 77 MW, 2010.
Keadaan titik 2 : W
pompa
= v
1
. P
2
– P
1
= 0,0010102 m
3
kg . 700 – 10 kPa = 0,697 kJkg
h
2
= W
p
+ h
1
= 191,83 + 0,878 kJkg = 192,527 kJkg
T
2
= 45,86
o
C Keadaan titik 3 :
P
3
= 7 bar h
3
= h
f
= 697,22 kJkg v
3
= 0,001108 m
3
kg T
3
= 164,9
o
C Keadaan titik 4 :
P
4
= 7 bar h
4
= h
g
= 2763,5 kJkg Keadaan titik 5 :
P
5
= 7 bar T
5
= 200
o
C h
5
= 2844,224 kJkg Keadaan titik 5
′ kondisi masuk turbin LP : T
5
′ = 196
o
C P
5
′ = 6,7 bar
h
5
′ = 2836,86 kJkg
Rahmad Sugiharto : Perancangan Heat Recovery Steam Generator HRSG Dengan Sistem Tekanan Uap Dua Tingkat Kapasitas Daya Pembangkitan 77 MW, 2010.
Keadaan titik 6 : W
pompa
= v
3
. P
6
– P
3
= 0,001108 m
3
kg . 7157 – 700 kPa = 7,154 kJkg
h
6
= W
p
+ h
3
= 7,154 + 697,22 kJkg = 704,374 kJkg
T
6
= 165,79
o
C Keadaan titik 7 :
P
7
= 71,57 bar h
7
= h
f
= 1274,79 kJkg T
7
= 287,35
o
C Keadaan titik 8 :
P
8
= 71,57 bar h
8
= h
g
= 2769,88 kJkg Keadaan titik 9 :
T
9
= 530,7
o
C P
9
= 71,57 bar h
9
= 3554,212 kJkg Keadaan titik 9
′ : P
9
′ = 68 bar
T
9
′ = 520
o
C h
9
′ = 3460,744 kJkg
Rahmad Sugiharto : Perancangan Heat Recovery Steam Generator HRSG Dengan Sistem Tekanan Uap Dua Tingkat Kapasitas Daya Pembangkitan 77 MW, 2010.
Keadaan titik 10 kondisi ideal : P
10
= 0,1 bar h
f
= 191,83 kJkg dan h
fg
= 2392,8 kJkg X kualitas uap = 0,83
Maka : h
10
= h
f
+ x . h
fg
= 191,83 + 0,83 x 2392,8 kJkg = 2177,854 kJkg
Keadaan titik 10 ′ kondisi aktual :
P
10
′ = 0,1 bar
T
= 85
T
=
10 5
10 5
h h
h h
− −
h
10
′ = h
5
′ – [
T
. h
5
′ – h
10
] = 2836,86 kJkg – [ 0,85 . 2836,86 – 2177,854 kJkg ]
= 2276,7 kJkg
3.3. Kesetimbangan Energi
