23
Laju Pindahan Panas MW
o
T em
per at
ur C
Gas buang a
b y
x
Evaporator Superheater
Ekonomiser
Kondensat Preheater
Air Uap
3.3. Parameter Dasar Perencanaan
Dalam perencanaan pemanfaatan gas buang dari turbin gas ini direncanakan menggunakan satu jenis tingkat tekanan. Parameter temperatur dan
tekanan uap yang akan dihasilkan harus sesuai dengan kondisi gas buang turbin gas yang ada, dan penentuan turbin uap yang akan digunakan. Kondisi gas buang
Turbin Gas hasil perhitungan termpodinamika pada turbin gas adalah: p
gas buang TG
= 1,1143 bar h
gas buang TG
= 866,24 kJkg T
gas buang TG
= 840,15 K = 567
o
C
3.3.1. Perhitungan Uap
Temperatur uap yang akan dihasilkan harus sesuai dengan temperatur gas buang. Perbedaan temperatur yang terkecil antara 2 aliran gas dengan uap,
yang biasa disebut dengan titik penyempitan pinch point a-x dan b-y gambar 3 – 4 minimum 20
o
C P. K Nag, 2002. Pada perancangan ini diambil titik penyempitan pinch poin sebesar 25
o
C.
Gambar 3.4. Profil Diagram Temperatur Gas Buang dan Uap
24
Temperaatur gas buang yang masuk ke superheater diperkirakan akan mengalami penurunan sebesar 2 karena adanya kerugian yang terjadi pada
saluran dari turbin gas ke superheater P. K Nag, 2002. Maka temperatur gas buang masuk superheater diperkirakan :
T
masuk superheater
= T
gas buang TG
x 98 = 567
o
C x 0,98 = 555,66
o
C Sesuai dengan hal diatas temperatur uap yang dihasilkan HRSG Superheater
dengan pinchpoint 25
o
C, adalah : T
uap yang dihasilkan HRSG
= 555,66
o
C – 25
o
C = 530,66
o
C Dengan memperhitungkan adanya kehilangan panas sepanjang penyaluran uap
dari HRSG hingga masuk turbin uap sebesar 0,97 ÷ 0,98 , maka temperatur uap masuk turbin adalah :
T
masuk turbin uap
= 0,98.530,66
o
C = 520,0468 = 520
o
C diambil
KONDENSOR P1
TURBIN UAP GENERATOR
GENERATOR TURBIN GAS
SH
SIKLUS UAP
EVA EKO
PRE FWT
P2
HRSG
SD
567
o
c 555,66
o o
o
530,66
o
C Gas buang
520
o
C
p= 1,1143 bar h
= 866,24 kJkg
Gambar 3.5. Siklus perencanaan HRSG
5
2 6
4
7 8
3
9
1
25
Turbin uap yang digunakan adalah turbin uap dengan kondensasi, dimana hasil ekspansi turbin uap akan dikondensasikan pada kondensor. Besarnya
tekanan uap hasil ekspansi masuk kondensor menurut Frietz Dietzell, 1992 adalah dibawah tekanan atmosfer, yaitu berkisar pada 0,04 ÷ 0,1 bar. Dalam hal
ini, media pendingin yang akan digunakan adalah air dengan suhu ±30
o
C. Temperatur uap hasil ekspansi turbin masuk kondensor direncanakan diatas 42
o
C dari tabel dengan tekanan 10kPa, T
sat
= 45,81
o
C. Parameter yang lain mengenai turbin uap, yaitu derajat kebasahan yang dapat diterima sehubungan dengan
terjadinya erosi pada sudu, adalah sekitar 12, yang artinya kualitas uap masuk kondensor keluar turbin sebesar 88, dengan mempertimbangkan keamanan
sudu turbin pada perencanaan ini kualitas uap masuk kondensor diambil 83. Dari data diatas : T
masuk turbin
= 520
o
C P
masuk kondensor
= 0,1 bar X kualitas uap = 83
T
= 85 maka dari diagram Mollier didapat P
max
tekanan masuk turbin sebesar 68 bar. Dengan mempertimbangkan adanya penurunan tekanan sepanjang
penyaluran uap mulai dari HRSG hingga masuk turbin sebesar 5 , maka dalam perencanaan ini tekanan HRSG, yaitu :
P
uap keluar HRSG
= 100 95 x 68 bar = 71,75 bar
Sehingga dalam perancangan ini diperoleh : 1.
Temperatur gas masuk superheater = 555,66
o
C 2.
Uap yang dihasilkan HRSG a.
Temperatur = 530,66
o
C b.
Tekanan = 71,57 bar
3. Kondisi uap masuk turbin
a. Temperatur
= 520
o
C b.
Tekanan = 68 bar
4. Kondisi uap hasil ekspansi turbin masuk kondensor
a. Temperatur = 45,81
o
C b. Tekanan
= 0,1 bar
26
5 7
T
o
C
s kJ kg.K 1
2 3
4 6
8
9a 9
0.1 bar 71,57 bar
68 bar
6,376bar
Gambar 3.6. Siklus Rankine yang direncanakan
Keadaan titik 1 : P
1
= 0,1 bar h
1
= 191,83 kJkg v
1
= 0,001010 m
3
kg T
1
= 45,81
o
C Keadaan titik 2 :
W
pompa
= v
1 .
P
2
– P
1
= 0,0010102 m
3
kg . 637,948 – 10 kPa = 0,634 kJkg
h
2
= W
p
+ h
1
= 0,634 kJkg + 191,83 kJkg = 192,464 kJkg
Keadaan titik 3 : P
3
= 6,376 bar h
3
= 680,76 kJkg v
3
= 0,0011033 m
3
kg
27
Keadaan titik 4 : W
p
= v
3 .
P
4
– P
3
= 0,0011033 m
3
kg . 7157 – 637,6 kPa = 7,193 kJkg
h
4
= W
p
+ h
3
= 7,193 kJkg + 680,76 kJkg = 688,063 kJkg
Keadaan titik 5 : P
5
= 71,57 bar h
5
= h
f
= 1274,79 kJkg T
5
= 287,35
o
C Keadaan titik 6 :
P
6
= 71,57 bar h
6
= h
g
= 2769,88 kJkg Keadaan titik 7 :
T
7
= 530,66
o
C P
7
= 71,57 bar h
7
= 3482,57 kJkg Keadaan titik 8 :
P
8
= 68 bar T
8
= 520
o
C h
8
= 3460,744 kJkg Keadaan titik 9 kondisi ideal :
P
9
= 0,1 bar h
f
= 191,83 kJkg dan h
fg
= 2392,8 kJkg X kualitas uap = 0,83
Maka : h
9
= h
f
+ x.h
fg
h
9
= 191,83+0.83.2392,8kJkg = 2177,854 kJkg Keadaan titik 9a kondisi aktual:
P
9
= 0,1 bar dan
T
= 85
9 8
9 8
h h
h h
a T
− −
= η
28
Maka : h
9a
= h
8
– [
T
h
8
– h
9
] h
9a
= 3460,74 – [ 0,85 3460,74 – 2177,85] kJkg h
9a
= 2370,28 kJkg Maka: x =
fg f
a
h h
h −
9
= kg
kJ kg
kJ 8
, 2392
83 ,
191 28
, 2370
−
x = 0,91 = 91
3.3.2. Kesetimbangan Energi :
Laju aliran massa uap dapat diperoleh dari hukum kesetimbangan kalor, dimana :
Q
uap
= Q
gas u
m h
7
– h
5
=
g
m
h
b
– h
a
b a
5 7
` T
o
C
s kJ kg.K
Gambar 3.7. Diagram Analisa Kesetimbangan Energi Kondisi titik a gas buang melewati evaporator:
T
a
= T
5
+ 25
o
C T
5
=287,35
o
C dari tabel sifat uap jenuh pada tekanan 71,57 bar T
a
= 287,35 + 30
o
C = 312,35
o
C h
a
= 591,18 kJ kg Kondisi titik b gas buang masuk melewati superheater:
T
b
= 555,66
o
C h
b
= 853,715 kJ kg Jadi laju aliran massa uap dapat diperoleh sebesar :
u
m =
g
m
h
b
– h
a
h
7
– h
5
6 Keterangan:
a = gas buang melewati evaporator b = gas buang melewati seperheater
titik 5-6 = kondisi pada evaporator titik 6-7 = kondisi pada seperheater
6 5
7 a
b Evaporator
Superheater
29
= kg
kJ kg
kJ s
kg 79
, 1274
57 ,
3482 18
, 591
715 ,
853 66
, 784
− −
u
m = 93,306 kg s
3.3.3. Superheater
Uap panas lanjut yang dihasilkan superheater, yaitu pada tekanan 71,57 bar dan temperatur 530,66
o
C. Maka kalor yang diserap pada superheater adalah : Q
uap
= .
6 7
h h
m
u
−
= 93,306 kgs.3482,57 kJkg – 2769,88 kJkg = 66498,25 kW
Dengan demikian jumlah kalor yang harus disediakan Q
gas
gas buang adalah sebesar 66498,25 kW.
Q
gas
=
out in
g
h h
m −
66498,25 kW = 784,66 kgs 853,71 kJkg – h
out
h
out
= 750,96 kJkg dari tabel udara lampiran 3 diperoleh :
T
out
= 734,93 K = 461,78
o
C Maka temperatur gas buang keluar superheater adalah 461,78
o
C dan gas buang akan masuk ke evaporator.
3.3.4. Evaporator
Pada tekanan 71,57bar, dari tabel sifat uap jenuh diperoleh temperatur air mendidih pada 287,32
o
C. Air akan mengalami penguapan pada evaporator. Besarnya kalor yang dibutuhkan untuk menguapkan air adalah :
Q
uap
= .
5 6
h h
m
u
−
= 93,306 kgs . 2769,88 kJkg – 1274,79 kJkg
= 139500,86 kW Jadi, jumlah kalor yang harus disediakan gas buang Q
gas
, adalah sebesar 139500,86 kW.
Q
gas
=
out in
g
h h
m −
139500,86 kW = 784,66 kgs . 750,96 kJkg – h
out
h
out
= 573,17 kJkg
30
dari tabel udara diperoleh : T
out
= 567,67 K = 294,52
o
C Maka temperatur gas buang keluar evaporator adalah 294,52
o
C dan gas buang akan masuk ekonomiser.
3.3.5. Ekonomiser
Air masuk ke ekonomiser dari tangki air umpan yang dipompakan hingga tekanan 71,57 bar, dengan temperatur 165
o
C yang akan dipanaskan hingga mencapai air jenuh dengan suhu 287,32
o
C. Kalor yang dibutuhkan yaitu : Q
uap
= .
4 5
h h
m
u
−
= 93,306 kgs . 1274,79 kJkg – 688,062 kJkg = 54745,24 kW
Dengan demikian jumlah kalor yang harus disediakan Q
gas
gas buang adalah sebesar 54745,24 kW.
Q
gas
=
out in
g
h h
m −
54745,24 kW = 784,66 kgs . 573,17 kJkg – h
out
h
out
= 503,40 kJkg dari tabel udara diperoleh :
T
out
= 500,36 K = 227,21
o
C Maka temperatur gas buang keluar ekonomiser adalah 227,21
o
C dan gas buang akan masuk kondensat preheater.
3.3.6. Preheater
Air masuk kondensat preheater merupakan air kondensat yang dipompakan hingga tekanan 6,376 bar dengan suhu 45,81
o
C, dipanaskan hingga keadaan jenuh tangki air umpan dengan suhu 161,2
o
C. Q
uap
= .
2 3
h h
m
u
−
= 93,306 kgs . 680,76 kJkg – 192,464 kJkg = 45560,94 kW
31
Dengan demikian jumlah kalor yang harus disediakan Q
gas
gas buang adalah sebesar 45560,94 kW.
Q
gas
=
out in
g
h h
m −
45560,94 kW = 784,66 kgs . 503,40 kJkg – h
out
h
out
= 445,33 kJkg dari tabel udara diperoleh :
T
out
= 443,84K = 170,69
o
C Maka temperatur gas buang keluar preheater adalah 170,69
o
C dan gas buang akan menuju cerobong.
3.4. Spesifikasi HRSG yang direncanakan
