ANALISA RESPON GETARAN TRANSVERSAL BOILER FEED PUMP PADA KONDISI BEBAN MAKSIMUM DAN BEBAN SEBAGIAN FEEDWATER SYSTEM PADA PLTU PAITON BARU

  Tesis

ANALISA RESPON GETARAN TRANSVERSAL BOILER

FEED PUMP PADA KONDISI BEBAN MAKSIMUM DAN

BEBAN SEBAGIAN FEEDWATER SYSTEM PADA PLTU

PAITON BARU

  Yogo Wijayanto 2112204802 Rekayasa Energi Pembimbing: Dr. Eng. Harus Laksana Guntur, ST. M.Eng.

  BFPT A BFPT B BFPM C to boiler

  Boiler Feed Pump Variable Speed Coupling Booster Pump BFP Motor Booster Pump Fluid Coupling

  Latar Belakang

• Resirkulasi feedwater ke deaerator

  Start Up

• Dioperasikan hingga

  Fungsi beban unit 30%

  Boiler Feed Pump-motor (190MW)

• Change over saat Shutdown beban 30%
• Ketika terjadi

  Back Up gangguan

  Latar Belakang

  1. BFPM sering dioperasikan pada beban rendah atau pada kondisi off designnya

  2. Noise lebih tinggi saat beban rendah

  Rumusan Masalah

• Bagaimana memodelkan respon getaran pada Boiler Feed Pump – Motor (BFPM) yang ada di PLTU Paiton Baru

  1

• Bagaimana respon getaran Boiler Feed Pump
• – Motor yang ada di PLTU Paiton Baru dengan

  kondisi separuh beban dan beban maksimum

  2

  Tujuan

• Memodelkan dan mensimulasikan respon getaran Boiler Feed Pump–motor.

  1

• Mengukur respon getaran pada Boiler Feed Pump–Motor pada kondisi pembebanan maksimum dan separuh beban

  2

• Membandingkan dan menganalisa hasil simulasi dan pengukuran respon getaran

  3

  Kontribusi Penelitian

1. Memberikan informasi mengenai respon getaran pada

  Boiler Feed Pump–Motor (BFPM) melalui studi numerik dan empirik pada kondisi pembebanan maksimum dan beban sebagian pada feedwater system PLTU Paiton Baru.

  2. Dengan pemodelan dan simulasi dapat diketahui tren vibrasi pada peralatan boiler feed pump motor untuk berbagai kondisi pembebanan.

  3. Memberikan metode alternative penyelesaian masalah getaran pada pompa di area pembangkitan listrik terutama yang berkaitan dengan kondisi pengoperasian yang bervariasi

  Batasan Masalah

• BFPM yang dimodelkan adalah BFPM pada PLTU Paiton Baru • Peralatan yang dimodelkan meliputi Booster pump, variable speed

  fluid coupling, dan multistage centrifugal pump

  1

• Pompa dan kopling dimodelkan sebagai rigid body
• Sistim dianggap dalam kondisi ideal
• Gaya radial pada BFPM merupakan resultan gaya dari masing-

  2 masing impeler

• Tidak membahas vibrasi pada arah torsional

• • Tidak membahas vibrasi akibat mechanical unbalance rotor

• Gaya aksial pada booster pump diasumsikan kondisi setimbang

  3

  Tinjauan Pustaka Attia khalifa (2009): Penelitian pada BFP mengenai pengaruh pengurangan flowrate terhadap

fluktuasi & distribusi tekanan untuk mengidentifikasi kondisi operasi yang kritis

  3 Discharge

  7 Suction Pipe Discharge Pipe

  Tinjauan Pustaka Flowrate 50% Load menimbulkan blade passing frekuensi yang Lebih tinggi 2x daripada 100% flowrate

  Attia khalifa (2009) 295Hz 295Hz 5x 10x 15x 5x 10x 15x 3540 rpm

  3540 rpm

  Tinjauan Pustaka Amit Suhane (2012) Penelitian mengenai pengaruh flowrate terhadap pressure pulasi, vibrasi dan Noise dengan variasi radial clearance

  Variasi radial clearance Case 1 = 6.8mm Case 2 = 3.7mm Case 3 = 1.5mm

  Semakin besar radial clearance maka pressure pulsation, vibrasi, dan noise semakinkecil

  Tinjauan Pustaka Vibrasi arah aksial

  Stefan Berten (2010) Pengoperasian BFP pada kondisi off design akan menyebabkan Gangguan distribusi tekanan pada impeler yang menghasilkan vibrasi pada arah radial dan pada arah aksial

  Munculnya zona resirkulasi pada diffuser, menambah vibrasi pada impeler blade passing frequency

  Tinjauan Pustaka Dr. Elemer Makay:

Penelitian mengenai problem pada Boiler Feed Pump untuk berbagai kondisi operasi

Head

  Resirkulasi Flow

  25%-55% Flowrate ketidakstabilan hidrolis semakin besar

  Tinjauan Pustaka Dr. Elemer Makay

  Penyebab ketidakstabilan rotor pompa : secondary flow, stall, leakage flow melalui wear ring, fluktuasi unsteady flow, blade passing frequency, turbulensi, kavitasi, dan hydraulic unbalance

  Range Frekuensi Penyebab Getaran

  0.2 Rotating stall/ resirkulasi pada diffusser 0.45 – 0.95 Ketidakstabilan rotor

  0.8 Annular seal, journal bearing interaction force 1x putaran poros Mech & Hidrolik unbalance Z x putaran poros* Blade Pass Forces

  Frekuensi Putaran poros

  Dasar Teori – Gaya Radial

  Dasar Teori – Gaya Aksial Atau bisa didekati dengan :

  Metodologi Penelitian Mulai Studi literatur

  A

  Pengumpulan Data Teknis Mesin Analisis Hasil Pengambilan Data

  Kesimpulan Tekanan pada Kondisi beban sebagian dan beban Eksperimen Pengukuran maksimum Getaran pada Mesin

  Selesai Sebenarnya pada kondisi Beban Sebagian dan beban Pemodelan dinamis maksimum

  Boiler feed pump motor Simulasi dengan

  Software Simulink

  Tidak

  Perbandingan Hasil Simulasi dan Eksperimen

  Ya A

  Metodologi Eksperimen Mulai Vibration Meter,

  Boiler feed pump Penyetingan Probe Vibration Meter pada posisi pengukuran yang benar

  (arah Vertikal, Horisontal, Aksial) Pengambilan Data Getaran Pada kondisi pembebanan separuh dan beban maksimum feedwater system

  Menentukan Titik Pengukuran Getaran pada Bearing

  A B

  Hasil Pengukuran konsisten untuk 5 kali pengambilan data

  Data Pengukuran Selesai

  A B Tidak

  Ya

  BFPM Inboard Horizontal Max Load Parsial Load 1x (84Hz)

  1x (84Hz) 0.4mm/s 0.17mm/s

  BFPM Inboard vertikal Max Load Parsial Load 1x (84Hz)

  1x (84Hz) 0.36mm/s 0.05542mm/s

  BFPM Outboard Horizontal Max Load Parsial Load 1x (84Hz)

  1x (84Hz) 0.22mm/s 0.07325mm/s

  BFPM Outboard Vertikal Max Load Parsial Load 1x (84Hz)

  1x (84Hz) 0.36mm/s 0.12mm/s

  BFPM Outboard aksial Max Load 0 mm/s 1x (84Hz)

  Parsial Load 0mm/s 1x (84Hz)

  Booster Pump outboard horizontal Max Load Parsial Load 4x (99.6Hz) 8x (199.2Hz)

  4x (99.6Hz) 12x (298.8Hz)

  1.1mm/s 2mm/s

  Booster Pump outboard vertikal 4mm/s Max Load 4x (99.6Hz)

  9mm/s 4x (99.6Hz)

  Parsial Load

  Booster Pump inboard horizontal 8x (199.2Hz) Max Load

  0.7mm/s 4x (99.6Hz) 12x (298.8Hz)

  Parsial Load 0.8mm/s 8x (199.2Hz)

  4x (99.6Hz) 12x (298.8Hz)

  Booster Pump inboard vertikal 1.8mm/s 4x (99.6Hz)

  Max Load 3.1mm/s 4x (99.6Hz)

  Parsial Load 12x (298.8Hz) 8x (199.2Hz)

  Booster Pump outboard aksial Max Load Parsial Load 4x (99.6Hz)

  4x (99.6Hz) 2.6mm/s 5.6mm/s aksial BFPM : Dominan pada 1x putaran pada beban tinggi mengindikasikan hidraulik unbalance Booster pump : Dominan pada 4x putaran mengindikasikan frequency blade pass

  Metodologi Pemodelan Pembuatan Model Matematika Pompa

  Penurunan Persamaan Gerak Penurunan Persamaan

  State Variable Pembuatan Blok Simulink

  Simulasi Respon Gerak Translasi Radial Mulai

  Model Fisik, Spesifikasi Pompa

  Boiler Feed Pump Variable Speed Coupling Booster Pump BFP Motor Booster Pump Fluid Coupling

  Journal Bearing Journal Bearing

  Impeller Gaya Aksial Gaya Radial

  Kearah kopling Discharge Suction

  Thrust Bearing Gaya Aksial Balance Disc Gaya aksial pada booster pump dapat diabaikan Karena jenis pompa double entry Discharge

  Gaya Aksial Gaya Aksial Journal Bearing

  Thrust Ball Bearing

Gaya Radial

  Kearah Motor Kearah Boiler Feed Pump TOP VIEW

  Block Diagram BFPM Block Diagram Booster & Pinion

  Model Parameter Symbol Nilai Parameter

  Massa M 424.573 Kg Inersia I 239011.923 Jarak Outboard JB thd CG L1 1.447 m Jarak Inboard JB thd CG L2 0.10628 m Jarak JB FC thd CG L3 0.82365 m Jarak Fr thd CG LA 0.75004 m Kekakuan Journal Brg BFP K1 800,000,000 N/m Kekakuan Journal Brg BFP K2 800,000,000 N/m Kekakuan Journal Brg FC K3 800,000,000 N/m Damping Coef Journal Brg B1 10,000 Ns/m Damping Coef Journal Brg B2 10,000 Ns/m Damping Coef Journal Brg B3 10,000 Ns/m

  Model Parameter Symbol Nilai Parameter

  Massa M 1673.55 Kg Inersia I 1603170.448 Jarak JB Outboard thd CG L6 1.9286 m Jarak Gaya Kontak thd CG L7 1.45808 Jarak JB Inboard thd CG L8 0.3501 m Jarak Ball Brg thd CG L9 2.43177 m Jarak Ball Brg thd CG L10 3.30985 m Jarak Ang Ball Brg Inboard thd CG L11 4.22783 m Jarak Gaya Radial thd CG LC 1.67125 m Jarak Ang Ball Brg Outboard thd CG LD 3.76622 m Kekakuan Journal Brg K6 800,000,000 N/m Kekakuan Journal Brg K7 800,000,000 N/m Kekakuan Ball Brg K8 900,000,000 N/m Kekakuan Ball Brg K9 900,000,000 N/m Kekakuan Ball Brg K10 900,000,000 N/m Kekakuan Ball Brg K11 900,000,000 N/m Damping Coef Journal Brg B6 10,000 Ns/m Damping Coef Journal Brg B7 10,000 Ns/m Damping Coef Ball Brg

  B8 11,000 Ns/m Damping Coef Ball Brg

  B9 11,000 Ns/m Damping Coef Ball Brg

  B10 11,000 Ns/m Damping Coef Ball Brg

  B11 11,000 Ns/m

  BFPM Booster

  Model Parameter Symbol Nilai Parameter

  Massa m 201.587 Kg Inersia I 2912.3034 Jarak JB FC thd CG L4 0.07088 m Jarak JB FC thd CG L5 0.40647 m Jarak Gaya Kontak thd CG LB 0.19366 m Kekakuan Journal Brg K4 800,000,000 N/m Kekakuan Journal Brg K5 800,000,000 N/m

  Pinion

  BFPM Booster

  Horizontal Maksimum Load

  4 Suction Pressure (Max/Min) Psuct 12.69 / 14.646 bar Discharge Pressure (Max/Min) Pdisc 153.1 / 29.72 bar Head H 1434.62 m

  Gaya Dinamis Booster Pump Parameter Simbol Nilai Parameter Konstanta Hidrolik (Max/Min) Kd 0.005 / 0.02 Density @153.1 bar; 138.9˚C ρ 931.13 Kg/m3 Density @100˚C Ρ 960 Kg/m3 Gravitasi G 9.8 m/s2 Diameter Impeler BFP D2 0.31375 m Lebar Shroud BFP B2 0.0441 m Jumlah Impeler BFP -

  F r (N )

  1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

  8286.18 6905.15

  3421.89 2851.58

  3421.89 2851.58 Parsial Load 8286.18 6905.15

  Gaya Dinamis Vertikal Gaya Dinamis

  Gaya Dinamis Vertikal Gaya Dinamis

  Gaya Dinamis BFPM

  F r (N )

  1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

  1603.9 500

  3622.66 1924.68

  1924.68 1603.9 4347.19

  4347.19 3622.66 Parsial Load

  Horizontal Maksimum Load

  Parameter Simbol Nilai Parameter Konstanta Hidrolik (Max / Min) Kd 0.1 / 0.2 Density @12.69 bar; 138.9˚C ρ 927.361 Kg/m3 Density @100˚C ρ 960 Kg/m3 Gravitasi g 9.8 m/s2 Diameter Impeler Booster D2 0.401333 m Lebar Shroud Booster B2 0.074667 m Suction Pressure (Max/Min) Psuct 2.442 / 2.66 bar Discharge Pressure (Max/Min) Pdisc 12.69 / 14.646 bar Head (Max/Min) H 104.71 / 122.47 m

20 A

  ccel er at io n ( m /s2) time (s) Respon Getaran Transient BFPM Acceleration X (Max Load)

  Peak Amplitudo Waktu Stabil BFPM Max Load 16 m/s2 1.35 detik Booster Max Load 0.3 m/s2 1.2 detik

  0.4 A

ccel

er

at

io

n

(

m

/s2)

time (s) Respon Getaran Transient Booster pump Acceleration X

  0.3

  0.2

  0.1

  1.6

  1.5

  1.4

  1.3

  1.2

  1.1

  1

  15

  1

  10

  5

• 5
>20
• 15
0.3
• 0.2
• 0.1

  1.5

  1.45

  1.4

  1.35

  1.3

  1.25

  1.2

  1.15

  1.1

  1.05

• 5
• 4
• 3
• 2
• 1
• 3
• 2
• 1

  9.18

  9.06

  9.08

  9.1

  9.12

  9.14

  9.16

  9.2

  9.02

  1

  2

  3 x 10

• ^-4

  Respon Getaran BFPM Velocity X-1 (Parsial Load)

  V el o ci ty ( m /s) time (s) Frekuensi

  BFPM Max Load

  84.7 Hz BFPM Parsial Load

  9.04

  9

  9

  9.16

  9.02

  9.04

  9.06

  9.08

  9.1

  9.12

  9.14

  9.18

  V el o ci ty ( m /s) time (s)

  9.2

  1

  2

  3

  4

  5 x 10

• ^-4

  Respon Getaran BFPM Velocity X-1 (Max Load)

28.58 Hz

  6.06

  6.2

  6.08

  6.1

  6.12

  6.14

  6.16

  6.18

  0.2

  6.04

  0.4

  0.6

  0.8 x 10

• ^-4

  Respon Getaran Booster pump Velocity X-11 (Parsial Load)

  

V

el

o

ci

ty (

m

/s)

time (s)

• 6
• 4
• 2
• 0.8
• 0.6
• 0.4
• 0.2

  Frekuensi BFPM Max Load

  99.6 Hz BFPM Parsial Load

  6.02

  6

  6.14

  6.02

  6.04

  6.06

  6.08

  6.1

  6.12

  6.16

  6

  6.18

  6.2

  2

  4

  6 x 10

• ^-5

  Respon Getaran Booster pump Velocity X-11 (Max Load)

  V el o ci ty ( m /s) time (s)

99.6 Hz

2 R

  0.18

  0.15 Maximum Load

  0.16

  0.19

  0.15

  0.18 0.141

  0.157 0.138

  0.15

  0.16

  0.19

  0.15

  0.02

  IH

  0.04

  0.06

  0.08

  0.1

  0.12

  0.14

  0.16

  0.18

  0.2 RMS

  ( m m /s )

  Hasil Simulasi (BFPM)

  IV Parsial Load 0.141 0.157 0.138

  OH OV

  IH

  0.5

  IV Parsial Load 1.633

  1.74

  1.6

  1.7 Maximum Load 0.52 0.804

  0.5

  0.8 1.633

  1.74

  1.6

  1.7

  0.52 0.804

  0.8

  Hasil Simulasi (Booster Pump)

  0.2

  0.4

  0.6

  0.8

  1

  1.2

  1.4

  1.6

  1.8

  M S (

  V e lo c ity)

  OH OV

  BFPM Beban Maksimum Hasil Eksperimen

• 4

  Respon Getaran BFPM Velocity X-2 (Max Load) x 10

  8

6 Hasil Simulasi

  4

  2 /s) m ty ( oci

• 2

  Vel

• 4
• 6
• 8

  9

  9.02

  9.04

  9.06

  9.08

  9.1

  9.12

  9.14

  9.16

  9.18

  9.2 time (s)

  BFPM Beban Parsial Hasil Eksperimen

• 4

  Respon Getaran BFPM Velocity X-1 (Parsial Load) x 10

3 Hasil Simulasi

  2

  1 /s) m ty ( oci Vel

• 1
• 2
• 3

  11

  11.05

  11.1

  11.15

  11.2

  11.25

  11.3

  11.35

  11.4

  11.45

  11.5 time (s)

  Booster Pump Beban Maksimum Hasil Eksperimen

• 5

  

Respon Getaran Booster pump Velocity X-11 (M ax Load)

x 10

8 Hasil Simulasi

  6

  4

  2 /s) m ty ( oci

• 2

  Vel

• 4
• 6
• 8

  4

  4.02

  4.04

  4.06

  4.08

  

4.1

  4.12

  4.14

  4.16

  4.18

  4.2

time (s)

  Booster Pump Beban Minimum Hasil Eksperimen

• 4

  

Respon Getaran Booster pump Velocity X-11 (Parsial Load)

x 10

  1

0.8 Hasil Simulasi

  0.6

  0.4

  0.2 /s) m ty ( oci

• 0.2

  Vel

• 0.4
• 0.6
1

  4

  4.02

  4.04

  4.06

  4.08

  

4.1

  4.12

  4.14

  4.16

  4.18

  4.2

time (s)

0.18 RMS

  0.3

  0.18 Eksperimen

  0.37

  0.38

  0.3

  0.37

  0.16

  0.19

  0.15

  0.18

  0.37

  0.38

  0.37

  0.19

  0.00

  0.05

  0.10

  0.15

  0.20

  0.25

  0.30

  0.35

  0.40 RMS

  ( m m /s )

  Perbandingan Simulasi & Pengukuran Maksimum Load (BFPM)

  0.15

  OH OV

  IH

  0.06

  IV Simulasi 0.141 0.157 0.138

  0.15 Eksperimen

  0.1

  0.1

  0.05

  0.06 0.141

  0.157 0.138

  0.15

  0.1

  0.1

  0.05

  0.02

  IV Simulasi

  0.04

  0.06

  0.08

  0.1

  0.12

  0.14

  0.16

  ( m m /s )

  Perbandingan Simulasi & Pengukuran Parsial Load (BFPM)

  OH OV

  IH

  0.16

10 RMS

  0.7

  1

  3.8

  0.7

  1.65

  0.52 0.804

  0.5

  0.8

  1

  3.8

  1.65

  0.5

  0.5

  1

  1.5

  2

  2.5

  3

  3.5

  4 RMS

  ( m m /s )

  Perbandingan Simulasi & Pengukuran Maksimum Load (Booster Pump)

  0.8 Eksperimen

  OH OV

  IH

  1.7

  IV Simulasi 1.633

  1.74

  1.6

  1.7 Eksperimen

  1.9

  8.5

  0.75

  3.05 1.633

  1.74

  1.6

  1.9

  IH

  8.5

  0.75

  3.05

  2

  4

  6

  8

  ( m m /s )

  Perbandingan Simulasi & Pengukuran Parsial Load (Booster Pump)

  OH OV

  IV Simulasi 0.52 0.804

  1. Tren vibrasi boiler feed pump pada beban maksimum lebih tinggi dibanding beban parsial hal ini disebabkan gaya dinamis akibat hydraulic unbalance yang lebih tinggi pada beban maksimum dibanding saat beban parsial, namun tren vibrasi booster pump pada beban maksimum lebih rendah daripada beban parsial, hal ini disebabkan gaya dinamis akibat blade pass force pada beban parsial yang lebih tinggi dibanding pada saat beban maksimum.

  2. Gaya dinamis akibat blade pass force pada booster pump lebih tinggi daripada gaya dinamis akibat hydraulic unbalance pada boiler feed pump sehingga tren respon getaran pada booster pump lebih tinggi daripada boiler feed pump baik pada kondisi beban maksimum maupun beban parsial.

  3. Tren respon vibrasi pada arah vertikal lebih tinggi daripada arah horizontal hal ini disebabkan oleh faktor koreksi sebesar 20% lebih tinggi pada arah vertikal, untuk semua kondisi pembebanan pada boiler feed pump maupun pada booster pump.

4. Tren vibrasi pada sisi outboard lebih besar daripada sisi inboard baik pada

  boiler feed pump maupun pada booster pump, hal ini disebabkan karena panjang sisi outboard terhadap titik beratnya yang lebih panjang daripada sisi inboardnya.

  

5. Respon getaran pada pompa dapat dimodelkan dengan 6 derajat kebebasan,

dimana spektrum getaran antara hasil simulasi dan hasil eksperimen

boiler feed pump maupun booster pump memiliki kesesuaian bentuk spektrum

dan trend rms velocity menunjukkan trend yang sama pada sisi horisontal, vertikal, inboard dan outboard.

  1. Perlunya kajian lebih lanjut untuk memodelkan sistem getaran dengan menggunakan gaya eksitasi akibat fluktuasi tekanan pada sisi discharge maupun sisi suction pompa.

  2. Perlunya kajian lebih lanjut untuk memodelkan sistem getaran dengan metode elemen hingga untuk mendapatkan hasil simulasi yang lebih akurat untuk berbagai kondisi pembebanan

TERIMA KASIH

  

Mohon Saran/Masukanya