TURBIN UAP GAS ANALISA PENGARUH WATER WASH TERHADAP PERFORMANSI TURBIN GAS PADA PLTG UNIT 7 PAYA PASIR PT.PLN SEKTOR

  TURBIN UAP & GAS

ANALISA PENGARUH WATER WASH TERHADAP PERFORMANSI

TURBIN GAS PADA PLTG UNIT 7 PAYA PASIR PT.PLN SEKTOR

  PEMBANGKITAN MEDAN

  SKRIPSI

Skripsi ini diajukan untuk melengkapi salah satu

syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

FEBRI DWI SENJAYA PERANGIN ANGIN 100421019 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas Rahmat dan Karunia yang diberikan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini, mulai dari awal penyusunan hingga selesai karena untuk dapat menyelesaikan studi harus mengikuti dan melaksanakan persyaratan dan aturan yang berlaku di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

  Tugas Sarjana ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi mahasiswa untuk menyelesaikan studinya di Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, khususnya di Departemen Teknik Mesin Universitas sumatera Utara. Penulisan Tugas Sarjana ini penulis memilih Turbin Uap & Gas, dengan judul spesifikasi tugas : “ANALISA PENGARUH WATER WASH TERHADAP

  

PERFORMANSI TURBIN GAS PADA PLTG UNIT 7 PAYA PASIR

PT.PLN SEKTOR PEMBANGKITAN MEDAN “ . Dan dengan pembatasan

  masalah yang akan dibahas adalah analisa perbandingan performansi PLTG Sebelum menggunakan Water Wash dan Sesudah Menggunakan Water Wash.

  Dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini, penulis telah banyak mendapat bimbingan dan arahan dari berbagai pihak, baik berupa materi, spiritual, informasi maupun segi administrasi, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:

  1. Bapak Prof.Dr.Ir.Farel H Napitupulu, DEA , selaku Pembimbing yang membimbing dan mengajari saya untuk dapat menyelesaikan sekripsi ini.

  2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku ketua Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara; 3. Seluruh Staff Pengajar/Dosen dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin, dan

  Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara; 4. Teristimewa kepada Orangtua penulis yaitu : Ayahanda Pdt.Soewara

  Perangin – angin S.Th dan Ibunda Rehulina Sembiring S.Pd serta kakak serta adik dan seluruh keluarga yang telah memberikan doa dan bimbingannya selama ini sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan;

5. Semua teman-teman penulis, yang telah banyak memberikan bantuan motivasi semangat bagi penulis terima kasih atas dukungannya selama ini.

  Penulis menyadari bahwa Tugas Sarjana ini masih ada kekurangan. Untuk itu penulis mengharap kritik dan saran yang membangun dari para pembaca. Akhir kata penulis mengharapkan agar laporan Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca pada umumnya dan bagi penulis khususnya.

  Medan, 28 Mei 2013 Penulis, NIM: 100421019 Febri Dwi Senjaya P

  ABSTRAK Turbin gas

  adalah mesin Pembakaran luar (eksternal Combustion Engine) dimana energi kinetik dari gas panas memutar sudu – sudu turbin menjadi energi mekanik. Pada saat ini instalasi turbin gas ditambah dengan cara baru yang disebut Water

  

Wash . Water Wash adalah suatu cara yang digunakan untuk membersihkan

  kompresor sehingga daya keluaran turbin gas lebih besar. Proses penggunaan Water Wash beroperasi menggunakan pola semprotan air dari nozzle yang sangat dirancang untuk benar-benar masuk ke inti kompresor. Proses secara offline membersihkan inti seluruh pulih dan kinerja hilang Mengetahui komponen – komponen PLTG, cara kerja PLTG dengan menggunakan water wash, dan perhitungan perbedaan besarnya daya yang dibangkitkan oleh turbin gas. Dari analisa diperoleh bahwa daya dhasilkan turbin gas setelah water wash sebesar 42[MW] dan sebelumnya water wash sebesar 38 [MW]. Efisiensi siklus setelah

  water wash sebesar 26,85[%] dan sebelumnya water wash sebesar 26,4 [%] Kata kunci: turbin gas, water wash,PLTG

  

DAFTAR ISI

PERSETUJUAN JUDUL SKRIPSI……………………………………… . i BIMBINGAN SKRIPSI ................................................................................. ii SPESIFIKASI TUGAS ................................................................................. iii KESIMPULAN SEMINAR TUGAS SKRIPSI…………………………... iv PENGESAHAN SEMINAR TUGAS AKHIR …………………………… viii KATA PENGANTAR .................................................................................... ix ABSTRAK ..................................................................................................... xi DAFTAR ISI .................................................................................................. xii DAFTAR TABEL .......................................................................................... xvi DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xvii DAFTAR NOTASI ........................................................................................ xviii

  BAB I PENDAHULUAN ........................................................................... 1

  1.1 Latar Belakang ............................................................................ 1

  1.2 Perumusan Masalah .................................................................... 3

  1.3 Tujuan Penelitian ........................................................................ 3

  1.4 Manfaat Penelitian ...................................................................... 3

  1.5 Sistematika Penulisan ................................................................. 3

  BAB II TINJAUAN PUSATAKA................................................................ 5

  2.1 Turbin Gas ................................................................................... 5

  2.1.1 Umum ................................................................................ 5

  2.1.2 Prinsip Kerja Turbin Gas ................................................... 8

  2.2 PLTG dengan menggunakan Water Wash ................................... 11

  2.2.1 Prinsip Kerja PLTG Sebelum Water Wash ........................ 19

  2.2.2 Prinsip Kerja PLTG Sesudah Water Wash ......................... 19

  2.3 Komponen Utama PLTG ............................................................. 20

  2.3.1 Air Inlet Section ................................................................. 20

  2.3.1.1 Air Inlet Housing .................................................... 21

  2.3.1.2 Inertia Separator………………………………….. 21

  2.3.1.3 Pre - Filter .............................................................. 21

  2.3.1.4 Main Filter……………………………………….. 22

  2.3.1.5 Inlet Bellmounth…………………………………. 22

  2.3.1.6 Inlet Guide Vane…………………………………. 23

  2.3.2 Kompresor……………………………………………….. 23

  2.3.2.1 Kompresor Stator………………………………... 24

  2.3.2.2 Exhaust Difusor Compressor……………………. 24

  2.3.2.3 Sudu Putar Kompresor…………………………… 25

  2.3.2.4 Sudu Tetap Kompresor…………………………... 25

  2.3.3 Ruang Bakar ( Combustion Chamber)………………… ... 26

  2.3.4 Turbin……………………………………………………. 29

  2.3.5 Air Filter………………………………………………… . 31

  2.3.6 Exhaust………………………………………………… ... 32

  2.3.7 Load Gear ( Reduction Gear )…………………………… 34

  2.4 Komponen Penunjang ................................................................. 35

  2.4.1 Starting Equipment ............................................................ 35

  2.4.2 Coupling dan Accessory .................................................... 36

  2.4.3 Fuel System ...................................................................... 37

  2.4.4 Lube Oil System ................................................................ 37

  2.4.5 Cooling System……………………………………………38

  2.5 Siklus Turbin Gas ........................................................................ 38

  2.5.1 Siklus Terbuka (Open Cycle Gas Turbine)……………… 39

  2.5.1.1 Siklus Turbin Gas Terbuka Langsung…………… 39

  2.5.1.2 Siklus Turbin Gas Terbuka Tak langsung……… .. 39

  2.5.2 Siklus Tertutup (Closed Cycle Gas Turbine)……………. 40

  2.5.2.1 Siklus Turbin Gas Terbuka Langsung…………… 40

  2.5.2.2 Siklus Turbin Gas Terbuka Tak Langsung………. 41

  2.6 Siklus Brayton Ideal .................................................................... 41

  2.7 Siklus Brayton Non Ideal………………………………………. 44

  2.8 Teori Kompresi............................................................................ 46

  2.8.1 Hubungan Antara Tekanan dan Volume…………… ......... 46

  2.8.2 Hubungan Antara Temperatur dan Volume…………… .... 47

  2.8.3 Persamaan Keadaan……………………………………. .. 47

  2.9 Proses Kompresi Gas………………………………………… .. 48

  2.9.1 Cara kompresi…………………………………………… 48

  2.9.2 Perubahan Temperatur…………………………………… 49

  2.9.3 Pengaruh Temperatur Udara yang Dihisap Kompresor Terhadap Daya Yang Berguna Yang Dihasilkan Turbin Gas ……………………………………………………… 50

  BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................... 52

  3.1 Metode Penelitian ...................................................................... 52

  3.2 Tempat dan Waktu ...................................................................... 52

  3.2.1 Tempat ............................................................................... 52

  3.2.2 Waktu ................................................................................. 52

  3.3 Alat ............................................................................................. 53

  3.3.1 Spesifikasi PLTG………………………………………… 53

  3.3.2 Spesifikasi Kompresor…………………………………… 54

  3.3.3 Alat Indikator……………………………………………. 54

  3.4 Pengambilan Data ...................................................................... 57

  3.5 Analisa Teoritis ........................................................................... 57

  3.6 Diagram Alir…………………………………………………… 58

  BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................... 60

  4.1 Analisa Bahan Bakar ................................................................. 60

  4.1.1 Komposisi Bahan Bakar Gas Cair ................................... 61

  4.1.2 Perhitungan Kandungan C, H

  2 dan O 2 ............................. 61

  4.1.3 Perhitungan Nilai Kalor Bahan Bakar .............................. 63

  4.2 Analisa Performansi Turbin Gas ................................................ 69

  4.2.1 Sebelum Water Wash ......................................................... 69

  4.2.2 Setelah Water Wash ........................................................... 73

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................ 80

  5.1 Kesimpulan ............................................................................... 80

  5.2 Saran ......................................................................................... 81

  DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Harga konstanta gas (R) ………………………………………… 47Tabel 4.1. Komposisi bahan bakar gas alam ……………………………….. 61

  2

  2 Tabel 4.2. Persentase C, H , O dalam gas alam …………………………. 62 r r r r

  bahan bakar gas untuk

Tabel 4.3. Harga (HHVv) P , T dan (LHVv) P , T kondisi referensi 20 ºC dan 1 atm ……………………………… 64Tabel 4.4. Nilai HHV dan LHV Pada kondisi 10 bar, 363 ºC dan 1 bar, 20ºC..68

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Turbin Gas ……………………………………………………….. 7Gambar 2.2. Skema dari suatu instalasi gas turbin untuk industry ……………. 8Gambar 2.3. Skematic diagram dari Turbin……………………………………. 10Gambar 2.4. Diagram alir Turbin gas…………………………………………… 11Gambar 2.5. Diagram Pencucian dengan system On-line / Off-line…………… 13Gambar 2.6. Grafik Perbandingan Output Performance On-line dan Off –line... 14Gambar 2.7. Instalasi Pipa Water Wash pada PLTG…………………………… 15Gambar 2.8. Pipa Water Wash Tampak Depan………………………………… 15Gambar 2.9. Proses Pembersihan Kompresor………………………………….. 20Gambar 2.10. Air Inlet Section…………………………………………………. 20Gambar 2.11. Air Inlet Housing………………………………………………… 21Gambar 2.12. Inertia Separator…………………………………………………. 21Gambar 2.13. Pre-Filter………………………………………………………… 22Gambar 2.14. Main Filter………………………………………………………. 22Gambar 2.15. Inlet Bellmouth………………………………………………….. 22Gambar 2.16. Inlet Guide Vane………………………………………………… 23Gambar 2.17. Axial Compressor……………………………………………….. 23Gambar 2.18. Stator dan Rotor…………………………………………………. 24Gambar 2.19. Exhaust Difuser………………………………………………….. 24Gambar 2.20. Sudu Putar Kompresor………………………………………….. 25Gambar 2.21. Sudu Tetap dan sudu gerak pada kompresor……………………. 25Gambar 2.22. Combution Chamber Components………………………………. 26Gambar 2.23. Pola aliran udara system pembakaran axial-flow………………... 28Gambar 2.24. System Pembakaran pada Combution Chamber………………… 29Gambar 2.25. Second Stage nozzle, Second stage Turbine…………………….. 30Gambar 2.26. Komponen – komponen Turbin…………………………………. 31Gambar 2.27. Air Filter…………………………………………………………. 32Gambar 2.28. Exhaust Frame…………………………………………………… 33Gambar 2.29. Exhaust Diffuser………………………………………………… 34Gambar 2.30. Load Gear (Reduction Gear)…………………………………….. 35Gambar 2.31. Jaw Cluth………………………………………………………… 36Gambar 2.32. Gear Coupling…………………………………………………… 36

  Gamabr 2.33. Siklus Turbin gas terbuka……………………………………….. 39

Gambar 2.34. Siklus Turbin gas terbuka tak langsung…………………………. 40Gambar 2.35. Siklus Turbin gas tertutup langsung…………………………….. 40Gambar 2.36. Siklus Turbin gas tertutup tak langsung………………………… 41Gambar 2.37. Siklus Brayton Ideal…………………………………………….. 42Gambar 2.38. Siklus Non Ideal………………………………………………… 44Gambar 2.39. Grafik perbandingan tekanan kompresi dalam kompresi adiabatic

  (untuk m = 1 dalam Kompresi satu tingkat)…………………………………..... 50

Gambar 2.40. Perubahan daya yang dihasilkan Instalasi turbin gas Pe pada waktu terjadi perubahan tempratur udara luar yang dihisap compressor, instalasi sudah

  o

  ditentukan untuk bekerja dengan temperature udara luar 15

  C, harga –harga informative……………………………………………………………………… 51

Gambar 3.1. Turbin Gas PG6581B ……………………………………………. 54Gambar 3.2. Wash Skid ………………………………………………………… 55Gambar 3.3. Wash Skid Control Panel ………………………………………… 56Gambar 3.4. Pompa 88dm ……………………………………………………… 56Gambar 3.5. Pompa 88tw ……………………………………………………… 56Gambar 3.6. Alat Ukur Temperatur Water Tank …………………………….... 57Gambar 3.7. Alat Ukur Tekanan Aliran Wash Skid …………………………… 57Gambar 3.8. Alat Ukur Temperatur …………………………………………..... 57Gambar 3.9. Nozzel Spray Water Wash ……………………………………….. 58Gambar 3.10. Aliran Pembuangan Air Water Wash …………………………… 58Gambar 3.11. Bagan Alir Metode Eksperimen ………………………………... 59

DAFTAR NOTASI SIMBOL KETERANGAN SATUAN

  o

  Massa Bahan Bakar kg / s LHV Nilai Kalor Pembakaran Bawah kj / kg WT Kerja Turbin kj / kg Wnet Kerja Netto kj / kg Wc Kerja Kompresor kj / kg Qin Panas yang ditambahkan kj / kg

  /kg mol rp Perbandingan Tekanan Turbin --- ̇bb

  3

  K R u Konstanta Gas Universal bar m

  o

  K R Konstanta Gas mol /

  o

  K Ts Temperatur isap gas masuk kompresor

  BM Berat Molekul kg / mol BM

  I Berat Molekul dari gas ke I kg / mol

  o

  T Temperatur Mutlak

  3 G Berat Gas kg f atau N

  υ Volume Spesifik m

  3

  V Vol ume m

  M Jumlah Tingkat Kompresi --- k Cp / Cv --- P Tekanan Mutlak Pa

  ̇ Laju aliran massa udara kg / s

  K Td Temperatur mutlak gas keluar kompresor