BAB III TINJAUAN PUSTAKA 3.1 Definisi Gas Turbine Generator (GTG) Gas Turbine Generator secara sederhana dapat diartikan sebagai pembangkit listrik dengan pemanfaatan daya dorong hasil pembakararan gas sebagai penggerak turbin. Turbin Gas adalah suatu peralatan pembangkit tenaga putar mekanik, tenaga tersebut diperoleh dari hasil pembakaran gas yang kemudian berekspansi dengan kecepatan tinggi selanjutnya gas panas dengan kecepatan tinggi ini digunakan untuk mendorong sudu-sudu dan akhirnya menghasilkan tenaga putar pada rotor. 3.2 Komponen Utama Gas Turbine Gas Turbine mempunyai lima unit komponen utama, yakni Air Inlet, Compressor, Combustion System, Turbine dan Exhaust. Dari kelima unit komponen utama inilah, secara sederhana prinsip kerja Gas Turbine dapat dijelaskan sebagai berikut :
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
BAB III
TINJAUAN PUSTAKA
3.1 Definisi Gas Turbine Generator (GTG)
Gas Turbine Generator secara sederhana dapat diartikan sebagai
pembangkit listrik dengan pemanfaatan daya dorong hasil pembakararan
gas sebagai penggerak turbin. Turbin Gas adalah suatu peralatan
pembangkit tenaga putar mekanik, tenaga tersebut diperoleh dari hasil
pembakaran gas yang kemudian berekspansi dengan kecepatan tinggi
selanjutnya gas panas dengan kecepatan tinggi ini digunakan untuk
mendorong sudu-sudu dan akhirnya menghasilkan tenaga putar pada
rotor.
3.2 Komponen Utama Gas Turbine
Gas Turbine mempunyai lima unit komponen utama, yakni Air Inlet, Compressor, Combustion System, Turbine dan Exhaust. Dari kelima unit komponen utama inilah, secara sederhana prinsip kerja Gas Turbine dapat dijelaskan sebagai berikut :
Gambar 3.1 Komponen utama Gas Turbine
Kompresor dan turbin ditempatkan dalam satu poros putar, disebut
juga rotor, sebagai istilah untuk bagian mesin yang berputar. Pada
awalnya, rotor (kompresor/turbin) digerakkan oleh perangkat penggerak
mula (Starting Device), yang mana sebagai tenaga penggeraknya dapat
berupa motor listrik, ekpansi gas bertekanan, steam atau yang lainnya.
Penggerak mula ini akan terlepas secara otomatis apabila unit Gas Turbine
telah mampu menghasilkan gas bakar sebagai penggerak lanjutan bagi
rotor.
Putaran kompresor ini digunakan sebagai kompresi, yang
sebelumnya udara tersebut telah difilter di dalam unit Air Inlet.
Selanjutnya udara bertekanan diumpankan ke bagian Combustion System.
Di dalam Combustion System, selain udara bertekanan, di alirkan juga gas
bakar. Campuran antara gas dan udara ini, nantinya di bakar oleh suatu
pemantik yang dihasilkan dari percikan api kontak sirkuit tegangan tinggi
(High Voltage Spark Plug), yang nantinya hasil pembakaran tersebut, yang
berupa gas bakar bertekanan diekspansikan ke turbin.
Sisa gas bakar atau gas buang yang telah diekspansikan ke turbin, akan
dibuang melalui unit Exhaust, yang nantinya gas ini dapat juga
dimanfaatkan kembali mengingat temperaturnya yang masih cukup tinggi,
Putaran turbin inilah yang nantinya dimanfaatkan oleh rotor Generator
sebagai pembangkit listrik.
3.2.1 Air Inlet
Unit ini berfungsi menyediakan udara yang telah dikondisikan
sesuai dengan kebutuhan gas turbine. Di dalamnya terdapat trash screen
yang berfungsi mencegah masuknya benda asing, seperti debu, kotoran,
serangga ke dalam unit kompresor. Untuk menjaga kualitas penyaringan
dari trash screen, di instal juga alat pengukur beda tekanan yang mengukur
beda tekanan udara terfilter (di dalam air inlet houese) terhadap udara luar.
Tingginya hasil pengukuran menunjukkan kualitas trash screen yang telah
menurun, yang bisa disebabkan adanya kotoran yang menumpuk sehingga
menutupi permukaan filter atau adanya pembekuan udara.
Di dalamnya juga terdapat air silencer yang berfungsi sebagai peredam
noise (frekuensi tinggi) yang keluar dari unit kompresor. Air silencer
terdiri atas beberapa panel akustikal atau disebut juga silencing buffles
dengan material khusus (sound-absorbing material) yang tersusun secara
paralel vertikal.
Di bagian akhir unit ini terdapat air plenum yang juga terhubung
langsung dengan unit kompresor, yang berfungsi meratakan distribusi
udara ke inlet kompresor.
3.2.2 Compressor
Komponen utama dari Kompressor Seksi adalah Aksial
Kompressor yang berfungsi untuk menyediakan udara bertekanan
tinggi guna pembakaran sehingga dihasilkan gas panas berkecepatan
tinggi yang diarahkan ke turbin dan mendorong sudu-sudu turbin,
udara yang dihasilkan tersebut juga digunakan untuk pembatas,
pendinginan dan penawar (sealing, cbooling and diluting).
Pada Aksial Kompressor tersebut terdapat 2 bagian yang dinamakan :
kompressor rotor
kompressor stator
Kompressor Rotor
Kompressor Rotor, adalah bagian dari Axial Kompressor yang
berputar pada poros, rotor tersebut mempunyai tingkat sudu-sudu yang
mengkompres/menekan aliran udara secara aksial yang kemudian udara
yang bertekanan 1 atm dinaikan menjadi lebih kurang 7 kali, sehingga
didapat udara yang bertekanan tinggi yang keluar melalui Discharge
Kompressor.
Gambar 3.2 Kompressor Rotor
Kompressor Stator
Kompressor Stator merupakan bagian Casing dari turbin gas
yang terdiri atas beberapa bagian :
Gambar 3.3 Kompresor Stator
• Inlet Casing
Yaitu bagian casing yang mengarahkan udara yang masuk ke inlet
bellmouth dalam arah tegak lurus dan selanjutnya masuk ke inlet guide
vane, pada inlet casing terdapat bearing nomor 1.
• Forward Casing
Yaitu bagian dari casing yang terdapat 4 tingkat compressor
blade.
• Aft Casing
Yaitu bagian dari casing yang terdapat kompressor blade yang ke 5
sampai ke 10.
• Discharge Casing
Yaitu bagian dari casing yang merupakan discharge dari udara yang
telah dikompres dan pada casing tersebut compressor blade yang ke
11sampai ke 16.
3.2.3 Combustion System
Pada unit ini terdiri atas 10 combustion chamber (ruang
pembakaran), yang masing-masing mempunyai fuel nozzle (inlet suplai
bahan bakar) dan transition piece (pengarah gas bakar untuk diekspansikan
ke turbin), dan masing-masingnya juga terhubung secara serial melalui
cross-fire tube. Unit ini tersusun secara konsentris mengelilingi axial
kompresor.
Udara yang masuk ke ruang bakar disuplai langsung dari
kompresor dengan aliran arah balik, yakni melewati bagian luar transition
piece dahulu kemudian kearah balik menuju ruang bakar. Udara yang
melewati transition piece berguna sebagai pendingin dan sebagai pemanas
awal udara sebelum masuk ke ruang bakar. Suplai udara yang masuk ini
mempunyai 3 fungsi, meng-oksidasi bahan bakar, mendinginkan bagian-
bagian berbahan metal, dan mengatur produksi gas panas sesuai dengan
temperatur yang dibutuhkan oleh inlet turbin.
Bahan bakar yang masuk ke ruang bakar melalui fuel nozzle
alirannya akan dibentuk berpilin atau memutar kearah axial (swirl), agar
dihasilkan pembakaran yang sempurna dan mengendalikan emisi yang
terbuang. Bahan bakar dapat berupa gas atau liquid, yakni diesel.
Percampuran gas dan udara ini nantinya dibakar oleh pijaran api dari
pemantik (atau bisa disebut busi), yang hanya aktif sesaat. Karena
pembakaran akan dapat terus berlangsung selama tersedia suplai gas dan
udara dengan memanfaatkan pengapian awal. Pemantik ini hanya terdapat
2 unit yang di instal di dua dari total sepuluh ruang bakar, yang keduanya
aktif bersamaan sehingga dapat menjadi back-up antara satu sama lain.
Untuk ruang bakar lainnya saat star-up, memanfaatkan pembakaran dari
ruang bakar berpemantik melalui hubungan cross-fire tube.
Pada unit ini juga terdapat 2 piranti Flame Detektor, yang
berfungsi mengindra tingkat intensitas nyala api pada ruang bakar. Kedua
piranti ini, layaknya pemantik diinstal di dua dari total 10 ruang bakar.
Keduanya bekerja paralel, yang dapat menyebabkan Gas Turbine trip atau
gagal start-up bila kedua-duanya tidak menunjukkan adanya nyala api
pada ruang bakar.
Ruang Bakar (Combustion Chamber) adalah tempat dimana
bahan bakar dan udara dicampur kemudian dinyalakan oleh spark-
plug, gas panas yang dihasilkan merupakan energy yang diperoleh dari
turbin gas. Komponen yang terdapat pada ruang bakar adalah :
Combustion Chamber
Combustion Liner
Fuel Nozzles
Spark-Pulgs
Transition Pieces
Cross Fire Tubes
Flame Detector
Combustion Chambers
Di ruang bakar ini (combustion) campuran bahan bakar dengan
udara yang telah dikompres di Axial Kompressor kemudian dibakar .
Tempat dimana aliran panas tersebut dialirkan terdapat Liner dan
Transition Piece yang mana liner ini befungsi sebagai tempat
pemcampuran bahan bakar dan udara lalu dibakar setelah itu aliran
panas tersebut diarahkan oleh Transition Piece ke sudu turbin, jadi
transition piece berfungsi sebagai alat untuk mengarahkan aliran panas ke
sudu turbin. Jadi tenaga turbin gas dihasilkan oleh campuran bahan
bakar dengan udara yang dinyalakan (ignition).
Combustion Liners
Didalam Combustion Chamber terdapat Liner yang berfungsi
tempat bercampurnya bahan bakar dan udara sehingga pembakaran
yang terjadi menjadi sempurna dan juga antara Combustion Can dan
Liner terdapat selimut udara sehingga panas pada Liner tidak
langsung merambat pada Combustion Can sehingga kepanasan
Combustion Can tidak terlalu tinggi.
Fuel Nozzles
Fuel Nozzle berfungsi sebagai tempat masuknya bahan bakar
kedalam Liner sehingga bahan bakar yang masuk sudah tersemprot
dengan sempurna ke dalam liner .
Spark-Plugs
Spark Pugs adalah semacam busi yang memercikan bunga api
kedalam combrustio chamber sehingga campuran bahan bakar dan
udara bisa terbakar, park plug tersebut menyala dan mengeluarkan
bunga api hanya selama 60 detik.
Transition Pieces
Setelah api menyala pada semua Liner-Liner maka hasil ekspansi
pembakaran gas dengan kecepatan tinggi tersebut siap untuk mendorong
sudu-sudu Turbin Gas, sebelum disemprotkan ke sudu-sudutu turbin
tersebut maka uap panas tersebut perlu dibentuk alirannya sehingga sesuai
dengan ukuran yang diinginkan, maka fungsi dari Transition Piece tersebut
adalah membentuk aliran panas tersebut sesuai dengan ukuran nozzle dan
sudu-sudu turbin.
Cross Fire Tubes
Pada setiap combustion chamber satu dan lainnya terhubung oleh
Cross Fire Tubes, sehingga sewaktu pertama kali terjadi pembakaran oleh
spark-plug hanya dua combustion chamber yang dinyalakan selanjutnya
penyalaan akan menjalar atau berpindah kepada combustion chamber yang
lain melalui cross fire tube tersebut. Jadi fungsi cross fire tubes adalah
meratakan nyala api pada semua combustion chamber.
Flame Detectors
Flame Detector adalah instrument yang terpasang untuk
memantau keadaan pembakaran yang terjadi pada setiap turbin gas
terdapat dua buah flame detector, jika satu dari flame detector rusak
speedtronic panel akan memberitahukan dengan alarm “Flame failure
or Lost of flame trouble" dan turbin gas masih tetap berjalan dan
jika flame detector telah diperbaiki alarm tersebut akan hilang (bisa
direset), tapi jika kerusakan dari flame detector tersebut tidak diperbaiki
dan jika yang satu lagi juga rusak maka turbin gas akan trip dengan
alarm "Lost of flame Trip" dan turbin gas akan mati atau stop.
3.2.4 Turbine
Pada unit ini gas bakar bertemperatur tinggi dari unit combustion
dikonversikan ke daya putaran poros. Daya yang dibutuhkan sebagai
penggerak beban (generator) dan rotor kompresor di hasilkan oleh rotor
turbin 2 tingkat. Disetiap tingkatnya terdapat susunan sudu-sudu turbin
yang terpasang pada wheel turbin.
Gas bakar bertekanan tinggi dari unit combustion diarahkan oleh transition
piece (bagian akhir combustion) menuju tingat pertama turbine, melewati
turbine nozzle, yakni nozzle tingkat pertama. Begitu pula gas yang keluar
dari tingkat pertama menuju turbin tingkat kedua, dilewatkan ke turbin
nozzle, yakni nozzle tingkat kedua. Sebagian besar bagian turbin (kedua
wheel, kedua noozle dan shellnya) dialirkan udara pendingin, yang
disuplai dari unit kompresor, baik dari udara tingkat ke-4, ke-10 maupun
keluaran kompresor (baca penjelasan unit Air and Cooling System di
bagian Komponen Pendukung Gas Turbin).
3.2.5 Exhaust
Merupakan unit dari bagian turbin dimana gas bakar yang telah di
ekspansikan ke turbin di lepas ke udara. Secara umum terbagi atas 2, yakni
Exhaust Frame Assembly dan Exhaust Plenum. Di dalam exhaust frame
assembly yang terhubung langsung dengan turbin shell, terdapat gas
diffuser dan turning vane, dimana gas dari turbin keluar ke bagian exhaust
plenum. Exhaust frame sendiri terisolasi terhadap exhaust plenum melalui
expansion join, yang memberikan toleransi adanya ekpansi panas baik
arah radial maupun aksial terhadap exhaust frame. Exhaust plenum
merupakan box dimana gas keluaran di lepas melalui stack (cerobong) ke
udara bebas, atau melalui perangkat Heat Recovery (pemanfaatan kembali
panas gas keluaran) terlebih dahulu, lalu ke udara bebas.
Sebelum di lepas, udara dilewatkan dahulu ke unit silencer yang di instal
di dalam exhaust ducting di sisi akhir exhaust plenum. Unit silencer ini
berfungsi sebagai peredam noise yang dihasilkan di sisi turbin.
3.3 Control System
3.3.1 Fuel Stroke Reference (FSR)
FSR ditentukan oleh 6 loop kontrol yang berbeda. Setiap loop
kontrol menghitung jumlah arus menurut yang dibutuhkan dengan
mengevaluasi sendiri parameternya. Kontrol menggunakan gerbang nilai
minimum untuk memilih output terendah dari 6 loop kontrol untuk
digunakan sebagai FSR. Oleh karena itu, sinyal yang digunakan untuk
mengatur aliran bahan bakar selalu yang paling tepat.
Kontrol loop yang menghitung aliran fuel yang dibutuhkan adalah :
1. Start Up Control
Start Up Control membawa turbine dari zero speed sampai normal
operating secara aman dengan menyediakan aliran bahan bakar yang
tepat untuk membuat pengapian, accelerate turbine, melakukannya
sedemikian rupa untuk meminimalkan efek lelah pada hot gas path
selama sequence. Start Up Contol mempunyai 5 preset level untuk
preset level untuk FSR yaitu zero, fire, warmup, accelerate, dan max.
2. Acceleration Control
Acceleration adalah sebuah close control loop. Acceleration
control membandingkan TNH (Turbin Speed) dengan TNH dari