TURBINE GAS SOLAR

Prinsip kerja turbin gas

1. Pendahuluan

 1.1 Latar Belakang

Turbin gas adalah suatu penggerak mula yang memanfaatkan gas sebagai fluida kerja. Didalam turbin gas energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik berupa putaran yang menggerakkan roda turbin sehingga menghasilkan daya. Bagian turbin yang berputar disebut rotor atau roda turbin dan bagian turbin yang diam disebut stator atau rumah turbin. Rotor memutar poros daya yang menggerakkan beban (generator listrik, pompa, kompresor atau yang lainnya). Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistim turbine gas adalah sebagai berikut:

1. Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan

2. Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian di bakar.

3. Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel (nozzle)

4. Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan. (Initiator Aceh power investment, 2010) Turbin gas merupakan bagian dari pembangkit tenaga listrik, dalam operasinya sering kali menemui kendala-kendala yang disebabkan adanya beberapa komponen dari turbin gas mengalami kerusakan akibat temperatur kerja yang tinggi (850-1070°C), sehingga kinerjanya menjadi berkurang. Pemakaian material pada temperatur tinggi, yaitu temperatur dimana aktivasi termal telah mencukupi untuk pergerakan atom atau ion secara signifikan, mensyaratkan beberapa sifat material yang harus dipenuhi tergantung dari kondisi kerja material tersebut.

1.2 Tujuan

Makalah ini dibuat bertujuan untuk mengetahui proses perlindungan material logam pada nozzle turbin gas. 2. 2.1 Teknologi Perlindungan Nozzle pada Turbin Gas Fungsi Nozzle adalah alat untuk mengekspansikan fluida sehingga kecepatannya bertambah. Sebuah nozzle exhaust dapat dianggap sebagai perangkat membagi daya yang tersedia dari kompor gas keluar utama antara kebutuhan turbin dan kekuatan jet. Jadi nosel berfungsi sebagai backpressure kontrol untuk mesin dan perangkat percepatan konversi energi gas panas menjadi

1. energi kinetik. Fungsi sekunder dari nozzle ini adalah untuk memberikan dorongan yang pada bagian ini terjadi proses pembakaran antara bahan bakar dengan fluida kerja yang berupa udara bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi. Hasil pembakaran ini berupa energi panas yang diubah menjadi energi kinetik dengan mengarahkan udara panas tersebut ke bagian pengubah yang juga berfungsi sebagai nozzle. Fungsi dari keseluruhan sistem adalah untuk mensuplai energi panas ke siklus turbin (V Ganesan, 2003).
2. 2.2 Masalah Kerusakan Kerusakan yang dapat dialami oleh suatu nozzle pada turbin adalah korosi akibat temperatur tinggi, keausan pada material yang disebabkan gesekan antara material nozzle dengan aliran fluida gas bahan bakar yang bertekanan tinggi.
3. 2.3 Teknik Perlindungan Proses HVOF thermal spray merupakan proses yang menggunakan pembakaran gas campuran bahan bakar dan oksigen sebagai sumber panas untuk melelehkan partikel pelapis yang kemudian didorong dan di akselerasikan ke permukaan substrat. Sistem ini juga dikenal dengan diamond jet HVOF thermal spraying yang merupakan teknik deposition flame dimana powder dilelehkan dengan pembakaran gas oksigen dan bahan bakar dan didorong dengan kecepatan tinggi oleh udara bertekanan ke permukaan substrat. Pada daerah pembakaran, powder memasuki nyala api sehingga meleleh atau setengah meleleh bergantung pada temperatur leleh dan laju pemakanan material. Temperatur nyala proses HVOF adalah antara sekitar 2300oC sampai sekitar 3000oC. Partikel tersebut kemudian didorong keluar dari nosel gun dengan kecepatan lebih dari 1350 m/s menuju substrat atau forming die (Semnas TLM, 2006). Campuran bahan bakar gas atau cair dan oksigen dimasukkan ke dalam ruang pembakaran, di mana mereka dinyalakan dan dibakar terus menerus. Gas panas yang dihasilkan di dekat tekanan untuk 1 bersumber MPa melalui nosel divergen-konvergen dan perjalanan melalui bagian yang lurus. Bahan bakar dapat gas (hidrogen, metana, propana, propylene, asetilena, gas alam, dll) atau cairan (minyak tanah, dll). Contoh reaksi kimia proses pembakaran dengan bahan bakar propan sebagai berikut : Propan + Oksigen → air + Karbon dioksida + panas
4. Setelah pembakaran, propan dan oksigen membentuk air dan gas karbon dioksida. Karena temperatur deposisi yang tinggi,air menguap. Energi dari reaksi kimia dikonversikan menjadi panas dan tekanan, yang digunakan untuk melelehkan dan mempercepat partikel powder bersama gas pembawa. Kecepatan jet di pintu keluar dari laras (> 1000 m / s) melebihi kecepatan suara. Sebuah bahan baku bubuk disuntikkan ke dalam aliran gas, yang mempercepat bubuk sampai 800 m / s. Aliran gas panas dan bubuk diarahkan permukaan yang akan dilapisi. Serbuk sebagian meleleh di sungai, dan deposito di atas substrat. Lapisan yang dihasilkan memiliki porositas rendah dan kekuatan ikatan yang tinggi. Coating HVOF mungkin setebal 12 mm (1 / 2 "). Hal ini biasanya digunakan untuk deposit memakai dan lapisan tahan korosi pada bahan, seperti lapisan keramik dan logam. bubuk umum termasuk WC-Co, karbida kromium, MCrAlY, dan alumina. Proses ini.telah paling berhasil untuk penyimpanan bahan keramik logam (WC-Co, dll) dan paduan tahan korosi lainnya (baja tahan karat, paduan berbasis nikel, aluminium, hidroksiapatit untuk implan medis, dll). Material Pelapis yang digunakan pada aplikasi pelapisan temperatur tinggi,ketahanan aus, dan ketahanan korosi suhu tinggi / oksidasi adalah cobalt base superalloy atau Chromium Carbide/Nickle. (wikipedia,2011). 3. Kesimpulan 1. Fungsi dari keseluruhan sistem nozzle adalah untuk mensuplai energi panas ke siklus turbin. 2. Teknik Perlindungan pada nozzle yaitu dengan menggunakan HVOF spray. 3. Temperatur nyala proses HVOF adalah antara sekitar 2300oC sampai sekitar 3000oC. 4. Material Pelapis yang digunakan pada aplikasi pelapisan temperatur tinggi,ketahanan aus, dan ketahanan korosi suhu tinggi / oksidasi adalah cobalt base superalloy atau Chromium Carbide/Nickle. 5. Bahan bakar dapat berupa gas (hidrogen, metana, propana, propylene, asetilena, gas alam, dll) atau cairan (minyak tanah).
5. Prinsip Kerja Turbin Gas Turbin Gas adalah alat penggerak mula yang digunakan untuk menggerakkan equipment seperti generator, kompresor, propeler, dll dengan berbahan bakar gas. Pada turbin gas, energi kinetik diubah menjadi energi mekanik berupa putaran blade turbin sehingga menghasilkan daya. Turbin gas terdiri dari 3 komponen utama, yaitu 1. kompresor 2. kombustor 3. turbin gas Turbin Gas adalah alat penggerak mula yang digunakan untuk menggerakkan equipment seperti generator, kompresor, propeler, dll dengan berbahan bakar gas. Pada turbin gas, energi kinetik diubah menjadi energi mekanik berupa putaran blade turbin sehingga menghasilkan daya. Turbin gas terdiri dari 3 komponen utama, yaitu 1. kompresor 2. kombustor 3. turbin gas prinsip kerja turbin gas berdasarkan siklus brayton, yaitu : 1. kompresi 2. combution 3. expantion 4. exhause adapun siklusnya jika digambarkan dengan grafik adalah sebagai berikut :
6. Starting Sequece of Gas Turbin Compressor Ketika tombol start ditekan, maka DC back up pump akan running sampai dengan pressure di lube oil headernya mencapai 6 psi, biasanya hal ini dicapai dalam jangka waktu ± 5 detik. Setelah pressure di lube oil headernya mencapai 6 psi, maka DC back up pump akan stop dan AC pre/post lube oil pump akan otomatis running hingga pressure di lube oil headernya mencapai ± 16 psi. Fungsinya adalah sebagai prelube untuk melumasi bearing no 1 (di accessory drive housing), no 2 (di engine compressor) dan no 3 (di gas producer) Ketika AC prelube oil pump running, sebelum engine cranking dan selama start cycle, PLC akan mengirimkan sinyal untuk melakukan gas valve check, yaitu ketika pressure transmitter TP 3421 mensensor adanya pressure dari gas yang terjebak antara gas fuel primary shutoff valve V2P931 dan gas fuel flow control valve EGF 344, maka pressure transmitter TP 342-1 akan mengirimkan sinyal ke gas fuel vent shutoff valve V2P941 untuk membuka dan membuang gas yang terjebak tadi, seandainya pressure transmitter tadi mensensor tidak adanya pressure dari gas yang terjebak antara gas fuel primary shutoff valve V2P931 dan gas fuel flow control valve EGF 344 (karena ketika shutdown, kedua valve ini harus dalam kondisi tertutup), maka pressure transmitter TP 342-1 akan mengirimkan sinyal ke gas fuel vent shutoff valve V2P941 untuk menutup. Setelah itu gas fuel primary shutoff valve V2P931 akan membuka selama ± 5 detik untuk mengalirkan gas ke pressure transmitter TP 342-1 dan gas fuel flow control valve EGF 344, apabila pressure transmitter TP 342-1 mensensor adanya kenaikan tekanan sesuai dengan set pointnya ini menandakan bahwa pembukaan gas fuel primary shutoff valvenya bagus. Bila tidak ada tekanan maka proses start akan gagal. Setelah 5 detik membuka, gas fuel primary shutoff valve akan menutup, apabila tekanan dari gas yang sudah dialirkan tadi berkurang berarti gas fuel flow control valve EGF 344 tidak menutup dengan baik, maka start akan gagal juga. Starter motor akan berputar dengan suplai dari pneumatic starter gas, bersamaan dengan berputarnya starter motor maka engine gear dan main lube oil gear juga akan berputar (karena berhubungan langsung dengan engine gear shaft yang terdapat di accessory drive housing). Setelah check valve sequence selesai, maka siklus purge crank pun dimulai, tujuannya adalah untuk membuang atau membilas gas-gas leak, gas-gas heavy dan kotoran-kotoran lainnya yang terdapat pada engine compressor, combustion chamber, gas producer, power turbine dan exhaust collector. Proses purging ini menggunakan udara dari air intake dan berlansung pada NGP ± 25 – 30 %, selama 30 detik. Selama proses purging ini gas fuel primary shutoff valve pada posisi tertutup dan ignition tidak diaktifkan, jadi selama proses purging ini tidak ada pembakaran. Ketika kita menstart GTCP tiba-tiba GTCPnya shutdown dengan indikasi fail to crank, hal ini terjadi ketika proses purging baru akan dimulai. Setelah proses purging selesai pada NGP ± 30 %, solenoid valve L 341-1 energize dengan perintah dari PLC dan mengalirkan pilot pressure untuk membuka gas fuel primary shutoff valve V2P931, gas fuel flow control valve EGF 344 terbuka, solenoid valve L 340-1 energize dengan perintah dari PLC dan mengalirkan pilot pressure untuk membuka torch gas fuel shutoff valve V2P940, dan ignition exciter di energize untuk menghasilkan pembakaran awal. Hal ini berlangsung selama 10 detik. Setelah pembakaran awal selesai ditandai dengan igniton di display TCS, solenoid valve L 340-1 de energize sehingga torch gas fuel shutoff valve V2P940 menutup. Setelah terjadi pembakaran, NGP dan T5 naik dengan cepat, dimana temperature T5 harus lebih
7. besar dari 4000F dalam kurun waktu kurang dari 10 detik setelah menutupnya torch gas fuel shutoff valve V2P940. Jika tidak maka GTCP akan shutdown dengan indikasi fail to ignite. Kalau sukses maka di display TCS akan tampil tanda lightoff. Ketika NGP mencapai 55 %, power turbine mulai berputar. Apabila pada NGP 75 % power turbine belum juga berputar (disebabkan karena terjadi gesekan-gesekan pada sudu blade power turbine, pada bearing, pada coupling atau yang lainnya), maka GTCP akan shutdown Ketika NGP mencapai 65 %, maka starter motor akan shutoff (drop out). Hal ini terjadi karena pada NGP 65 % keatas, putaran engine kompressor lebih tinggi dari putaran starter, maka PLC akan mengirimkan sinyal untuk men de energize solenoid valve L 330-1 sehingga terputusnya suplai pilot pressure ke regulator/shutoff valve PCV 921, maka regulator/shutoff valve PCV 921 akan menutup, maka suplai pneumatic gas yang ke starter motor akan terputus dan starter motor akan berhenti dan sprag clutch akan over running mengikuti putaran engine compressor shaft. Ketika NGP 65 % juga, pre/post AC lube oil pump akan stop, Suplai lube oil sekarang dilakukan oleh main lube oil pump yang digerakkan oleh engine gear shaft yang terdapat di accessory drive housing. Pada NGP 65 % juga, switch di TCS pindah ke indikasi ready to load. Pada NGP 72 %, yaitu pada posisi idle speed, dimana perintah control tidak berasal dari PLC lagi, apabila kita meletakkan pada posisi auto, maka NGP dengan sendirinya akan naik mengikuti setting NGP set point dan discharge pressure set point yang terdapat di load share panel. Tapi alangkah baiknya pada waktu start kita meletakkan pada posisi manual (karena bila pada posisi auto kita lupa merubah setting yang ada di load share panel, maka GTCP tersebut akan menyesuaikan dengan cepat dengan setting di load share panel langsung, yang bisa mengakibatkan NGP nya over speed dan vibrasi yang dihasilkan tinggi dan ujng-ujungnya GTCP bisa shutdown). Bila pada posisi manual, ketika NGP 72 % maka tekan tombol increase perlahan-lahan sampai pada posisi setting NGP yang kita inginkan (bila tergesa-gesa dapat mengakibatkan vibrasinya tinggi dan ujung-ujungnya GTCP shutdown). Apabila dalam waktu 6 menit setelah tombol start di tekan, GTCP tidak mencapai posisi loading, maka GTCP akan shutdown. Pada NGP 75 %, variable vanes yang sebelumnya pada posisi minimum open, mulai membuka (hal ini tampak pada display TCS berapa persen pembukaan variable vanes nya) untuk mengalirkan udara sebanyak-banyaknya ke dalam engine compressor. Pada NGP 80 %, bleed valve yang sebelumnya terbuka (untuk membuang sebagian udara yang tidak terpakai sehingga dapat menghindari terjadinya surging) mulai bergerak ke posisi menutup dan betul-betul tertutup pada NGP 88 % (hal ini bisa dilihat pada display TCS). Pada NGP 85 %, switch on load di TCS akan hidup, proses on load dimulai dan surge control mulai memerintahkan recycle valve menuju posisi menutup (hal ini bisa dilihat di display TCS berapa persen penutupan recycle valvenya). Pada NGP 92 %, variable vanes full open, untuk mengalirkan udara sebanyak-banyaknya ke engine compressor (hal ini bisa dilihat pada display TCS, variable vanes pada 100 % open). Setelah GTCP mencapai nilai setting NGP yang kita inginkan (dimana GTCP telah pada posisi onload), perhatikan parameter-parameter yang terdapat pada operation summary (seperti pressure lube oil header, bleed valve closed, persentase variable vanes, pressure dan temperature di suction dan discharge), temperature summary (seperti temperature TC 1 sampai 6, T5 average, temperature bearing engine, temperature engine lube oil drain), vibration summary (seperti vibrasi di PT B5 pada sumbu X dan Y), unit valve (seperti persentase recycle valvenya). Apabila nilai semua parameter-parameter diatas masih sesuai dengan nilai operasinya, maka GTCP dalam
8. kondisi good operation. Untuk prosedur start up GTCP dan nilai setting normal operation dari GTCP yang on load dapat dilihat di file yang lain. Gambar turbin gas