1. DASAR-DASAR PLT G PT PLN (Persero) JASA DIKLAT UNIT PENDIDIKAN & PELATIHAN SURALAYA MODUL 3/ OP PENGOPERASIAN TURBIN 1. JENIS TURBIN Berdasarkan penjenjangan turbin Impuls dapat dibedakan menjadi : 1. 1. Turbin Impuls Be rt ingkat Tekanan Tu rbi n Imp uls di seb ut ber tin gka t tek anan bi la semua jaj aran dar i sud u – sud u tet ap merupakan nosel – nosel. Tekanan uap di tur unkan secara bertahap sebagaimana ditunjukan dalam gambar 1. 1. 2. Turbin Impuls Be rt ingkat Ke cepatan Tur bin Impu ls dika takan bert ingk at kece pata n bila selu ruh penurunan teka nan terj adi dibaris pertama dari sudu – sudu tetap (nosel). Selanjutnya uap akan mengalir melintasi tingkat – tingkat berikutnya dimana setiap kali melintasi jajaran sudu gerakkecepatan uap akan meng alami pen urunan sehi ngga penu runan kece patan uap berl ang sung seca ra bertahap. !alam hal ini sudu tetap semata – mata ber"ungsi sebagai pengarah untuk mengarahkan uap kebaris sudu gerak berikutnya. #enurunan uap secara bertahap setiap melintasi jajaran sudu – sudu gerak. #ada turbin impuls bertingkat kecepatan dapat dilihat pada gambar $. Gambar 1. Turbin Impuls Bertingkat Tekanan. 11207/HIS/LK/KJ/SCW/ags/UNJ/07 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
PT PLN (Persero) JASA DIKLATUNIT PENDIDIKAN & PELATIHANSURALAYA
MODUL 3/ OP
PENGOPERASIAN TURBIN
1.!. Turbin Impuls Reaksi " #$% Reaksi&
ang disebut sebagai turbin reaksi sebenarnya merupakan gabungan dimana gaya untukmenggerakan sudu sebagian diakibatkan oleh impuls dan sebagian lagi oleh reaksi.
!erajat eaksi * Penurunan Panas Pada Sebaris Sudu – Sudu Gerak
Penurunan Panas Satu Tingkat
+etika uap mengalir melintasi setiap tingkat yang terdiri dari satu baris sudu – sudu tetap
dan satu baris gerak sudu tekanannya akan turun sebagaimana ditunjukan gambar ,.
Gambar !. Turbin Reaksi #$%
Bila sudu – sudu tetap dan sudu – sudu gerak protolnya identik maka penurunan panas dari
uap ketika melintasi tiap – tiap baris dari setiap tingkatan menjadi sama.
Turbin semacam ini disebut turbin dengan derajat reaksi setengah atau lebih aman - / reaksi.
PT PLN (Persero) JASA DIKLATUNIT PENDIDIKAN & PELATIHANSURALAYA
MODUL 3/ OP
PENGOPERASIAN TURBIN
4ntuk mengurangi kebocoran uap pada sisi tepi !ummy #iston dipasang perapat jenis
5ubirin. #ada sisi tekanan rendah dan sisi tekanan !ummy #iston dipasang perapat jenis5ubirin. #ada sisi tekanan tinggi !ummy #iston juga dialirkan uap. #erbedaan luas
permukaan antara sisi tekanan rendah dan sisi tekanan tinggi !ummy #iston
mengakibatkan timbulnya perbedaan tekanan antara kedua sisi dari !ummy #iston.
#erbedaan luas dibuat sedemikian rupa sehingga menghasilkan gaya dorong yang cukup
untuk mengimbangi gaya aksial akibat aliran uap yang mele3ati sudu turbin. 6pabila
masih ada resultan gaya yang biasanya cukup kecil maka gaya ini akan diredam oleh
bantalan aksial (thrust bearing) yang dipasang dibagian depan turbin.
!ummy piston hanya diperlukan pada turbin dengan sudu jenis reaksi yang beraliran
tunggal. #ada jenis turbin Impuls tidak ada penurunan tekanan uap pada sudu – sudu
gerak. 4ntuk menjamin hal tersebut maka dibuat lubang – lubang pengimbang tekanan
pada pelek rotor.
#ada turbin – turbin aliran ganda seperti pada I# silinder dan silinder tekanan rendah (5#)
timbul gaya – gaya aksial yang saling berla3anan arah. !engan demikian gaya – gaya
aksial ini akan saling meniadakan antara satu dengan yang lain.
2.2. Bantalan (ksial "T/rust Bearing&
+onstruksi bantalan aksial yang banyak dipakai pada turbin dapat dilihat pada gambar 7
untuk turbin yang poros – porosnya disambung dengan kopling "leksibel setiap poros
memiliki bantalan aksial sendiri – sendiri. Tetapi untuk turbin dengan kopling solid hanya
dipasang satu bantalan aksial yang biasanya diletakan diantara silinder 8# dengan
silinder I#.
Bantalan aksial memiliki $ "ungsi yaitu untuk menyerap sisa resultan gaya aksial pada
poros serta mengontrol posisi rotor didalam casing. 9ungsi yang kedua cukup penting
untuk mencegah terjadinya persinggungan antara bagian yang berputar dengan bagian
PT PLN (Persero) JASA DIKLATUNIT PENDIDIKAN & PELATIHANSURALAYA
MODUL 3/ OP
PENGOPERASIAN TURBIN
3. ET ,E ENGUR(NGI +E(4ING + SS
Setelah uap berekspansi pada slinder tekanan rendah selanjutnya uap akan meninggalkan
barisan sudu – sudu akhir menuju kondensor. 4ap bekas ini masih mengandung sejumlah
besar energi kinetik yang dapat diman"aatkan sehingga merupakan suatu kerugian. +erugian ini
disebut kecepatan uap bekas (lea2ing loss).
Besarnya 5ea2ing 5oss * Massa Uap x (kecepatan uap 2 )
$
?nergi ini tidak dapat diperoleh kembali. leh karena itu untuk memperkecil kerugian ini harus
diupayakan agar kecepatan uap yang meninggalkan barisan sudu akhir serendah mungkin.
+ecepatan uap * Volume uap
Luas Penampang Laluan
!ari persamaan diatas untuk membuat kecepatan uap sekecil mungkin maka luas penampang
laluan sudu akhir harus dibuat sebesar mungkin. 5uas penampang laluan uap tergantung pada
diameter rotor tekanan rendah dan tinggi dari sudu – sudu akhir. Sebagai contoh untuk turbin
yang bekerja pada '. rpm tinggi sudu akhir adalah >- meter. Bila tinggi sudu diperbesar
maka gaya sentri"ugal akan semakin besar sehingga tinggi sudu tidak dapat dibuat sekehendak
karena keterbatasan metalurgi.
+arena itu ditempuh cara lain untuk memperluas penampang laluan uap yaitu dengan
memperbanyak saluran buang (%ulti e@haust) tiga silinder tekanan rendah dengan aliran ganda.
Sehingga memiliki 7 saluran e@haust. +eterbatasan tersebut diatas hanya berlaku untuk mesin
'. rpm keterbatasan terebut dapat diatasi dengan menurunkan desain kecepatannya
sampai 1- rpm tetapi ini hanya dapat dilakukan pada unit – unit tertentu saja seperti pada
turbin – turbin ;ross ;ompund dimana semua rotor A rotor tekanan rendah berada pada satu
diantara dua poros dan juga pada beberapa pembangkit – pembangkit nuklir dimana
turbin – turbin harus beroperasi pada uap berkualitas rendah.
alan lain untuk meningkatkan luas penampang laluan uap tanpa memperpanjang tinggisudu – sudu baris akhir adalah dengan menggunakan Bauman ?@haust sebagaimana
PT PLN (Persero) JASA DIKLATUNIT PENDIDIKAN & PELATIHANSURALAYA
MODUL 3/ OP
PENGOPERASIAN TURBIN
!. (S(+() U(' B(S() ,I E7)(UST
+etika uap melintasi turbin uap akan memanaskan sudu – sudu casing dan lain – lain. #anas juga dihasilkan oleh pengaruh gesekan pusar (3indage) antara uap dan sudu – sudu. #ada
kondisi normal operasi e"ek tambahan panas ini tidak menimbulkan akan diba3a oleh uap itu
sendiri terlepas dari masalah penurunan e"isiensi turbin. #roses ini akan memperbaiki kondisi
PT PLN (Persero) JASA DIKLATUNIT PENDIDIKAN & PELATIHANSURALAYA
MODUL 3/ OP
PENGOPERASIAN TURBIN
Tetapi bila turbin beroperasi pada aliran uap yang sangat rendah pengaruh panas akibat
3indage menjadi lebih besar dari pada pengaruh proses pendinginan oleh uap sehinga
temperatur dari sudu – sudu 5# dan casing akan naik. +ondisi akan menjadi lebih buruk biladitambah dengan 2acum yang rendah. 4ntuk mencegah kerusakan akibat masalah ini turbin
dilengkapi dengan 5# 8ood Spray . 6ir kondensat akan disemprotkan baik antara
casing – casing 5# (#ada desain casing dobel) atau langsung kearah uap saat ia meninggalkan
baris – baris akhir sudu – sudu 5# Sistem 5# 8ood Spray ditunjukan dalam gambar >.
6liran air menyemprot umumnya dikontrol oleh ; C atau katup selenoid. #ermukaan
katup – katup pengatur ini dapat ditentukan berdasarkan ketentuan seperti :
a. Bila Temperatur 4ap keluar D < o;
b. Bila Trip Turbin
4ntuk curtain spray
c. By pass uap kekeondensor kerja
4ntuk mencegah banjirnya ruang uap kondensor ketika unit sedang stop maka sebuah sistem
interlock yang menyebabkan katup – katup pengatur tidak bisa dibuka sebelum salah satu
pompa kondensat dijalankan.
#. SISTE IN*(K K NTR + TURBIN11207/HIS/LK/KJ/SCW/ags/UNJ/07 12
PT PLN (Persero) JASA DIKLATUNIT PENDIDIKAN & PELATIHANSURALAYA
MODUL 3/ OP
PENGOPERASIAN TURBIN
Semua turbin uap memerlukan go2ernor baik turbin tersebut digunakan untuk
menggerakan generator listrik pompa air pengisi atau untuk menggerakan blo3er reaktor. Terdapat dua tipe go2ernor yang biasanya digunakan yaitu elektronik dan hidrolik
mekanik. &o2ernor elektronik dipasang mesin yang baru tetapi go2ernor hidrolik mekanik
adalah yang paling umum digunakan dan tipe inilah yang akan kita bahas.
&o2ernor bisa dipakai untuk beberapa tujuan tergantung pada tugas turbin seperti yang
diuraikan diba3ah ini :
6. #ada generator listrik yang dihubungkan dengan sistem jaringan :
a. %emungkinkan mesin untuk bekerja secara paralel dengan turbo E generator yang
lain.
b. %emungkinkan output masing – masing unit untuk dikontrol.
c. %emungkinkan sistem jaringan listrik mengkompensasi sendiri terhadap
permintaan beban.
B. #ada turbo atau generator yang berjalan sebagai unit tunggal (sebelum synkron atau
turbin digunakan untuk menggerakan pompa air pengisi atau penyemprot reaktor
nuklir. %emungkinkan kecepatan turbin dikontrol .
;. 4ntuk semua turbin tanpa memandang tugasnya.
A %engontrol kenaikan putaran pada 3aktu kehilangan beban misalnya : turbo
atau generator kehilangan beban.
Catatan :
#ada sistem go2ernor elektronik peralatan sensor dan katup pilot diganti dengan
peralatan elektronik. +euntungan utama dari sistem tersebu adalah bah3a
penghubungE linkage dan bagian yang bergerak dari sistem hidrolik mekanik yang mudah
aus dan rusak tidak diperlukan.
Sekarang marilah kita perhatikan suatu turbo atau generator yang kecepatan normalnya
(synkron) adalah '. rpm. 8anya beberapa turbin mempunyai go2ernor skala penuh11207/HIS/LK/KJ/SCW/ags/UNJ/07 15
PT PLN (Persero) JASA DIKLATUNIT PENDIDIKAN & PELATIHANSURALAYA
MODUL 3/ OP
PENGOPERASIAN TURBIN
!engan tujuan untuk mencegah masuknya partikel – partikel asing yang terba3a uap
kedalam turbin uap mula – mula dialirkan melintasi saringan – saringan (strainers). Setiapsaluran uap masuk turbin dilengkapi oleh $ buah katup yaitu sebuah katup penutup cepat
(?SC) dan sebuah katup go2ernor (throttleE FoGGle).
Turbin – turbin uap dengan kapasitas sampai $- %H biasanya dilengkapi dengan $ buah
saluran uap masuk turbin yang berarti dilengkapi dengan $ set katup – katup uap seperti
diatas.
4nit – unit dengan kapasitas - %H dan 7 %H umumnya dilengkapi dengan empat
set katup – katup 3alaupun sejumlah kecil hanya mempunyai dua set. +etika unit dalam
keadaan berbeban katup – katup ?.S.C akan menutup seketika untuk menghentikan aliran
uap keturbin.
+atup – katup pengatup (go2ernor 2al2e) mengatur aliran uap yang masuk ke turbin yang
berarti juga mengatur beban yang dibangkitkan. +etika turbin sedang start up sampai
putaran normal pengaturan aliran uap dapat dilakukan oleh katup penutup cepat (?.S.C)
atau katup go2ernor tergantung pada sistem miyak pengatur (go2ernor oil system) yang
digunakan.
%enjalankan turbin dengan menggunakan katup – katup go2ernor memiliki keuntungan
yaitu dapat mengurangi tegangan termal (termal stress) dalm lemari – lemari uap (steam
cheste). %eskipun demikian metode menjalankan turbin seperti ini memerlukan sistem
pengaturan yang lebih rumit.
+atup – katup penutup cepat (?.S.C) mempunyai katup martir (pilot 2al2e) yang
merupakan bagian dari katup utama untuk memperkecil tenaga yang diperlukan pada
PT PLN (Persero) JASA DIKLATUNIT PENDIDIKAN & PELATIHANSURALAYA
MODUL 3/ OP
PENGOPERASIAN TURBIN
#ada unit – unit yang mempunyai pemanas ulang (reheat) juga dipasang katup pada
saluran uap ke silinder I#. Setiap saluran uap juga dilengkapi $ buah katup yang dipasang
secara seri. +atup – katup tersebut adalah katup penutup cepat sisi pemanas ulang ( SC)dan katup intersep (interceptor 2al2e). 9ungsi kedua katup ini hampir sama dengan katup
?SC dan katup go2ernor.
Setiap turbin selalu dilengkapi dengan katup – katup tersebut. 6da yang terdiri dari $ set
dan ada juga yang , set. #ada beberapa turbin bahkan juga dilengkapi dengan katup
pembuang uap (!up 2al2e) yang dipasang pada saluran uap 8ot eheat ketika katup
SC dan I;C menutup. adi katup biasanya interlock terhadap SC dan I;C dimana
katup akan segera membuka bila SC dan I;C menutup karena turbin trip dan akan
menutup bila turbin reset.
+atup – katup SC terbuka penuh sebelum uap dialirkan ke turbin sedangkan I;C atau
katup go2ernor I# turbin pengoperasiannya berbeda dari satu unit dengan unit lainnya.
#ada beberapa unit katup I;C akan terbuka penuh ketika uni mulai berbeban dan hanya
akan menutup bila ada signal dari peralatan proteksi turbin atau dari anticipator.
#ada unit – unit yang lain katup I;C hanya terbuka sebagian ketika turbin dalam keadaan
tanpa beban dan perlahan – lahan akan semakin membuka sejalan dengan kenaikan
beban.
#ada beberapa unit yang meman"aatkan uap eksitrasi 8# untuk menggerakan turbin
penggerak pompa air pengisi ketel (%B9#T) dipasang suatu peralatan yang
memungkinkan pengaturan katup I;C dilakukan secara manual.
+etika beroperasi pada beban rendah perubahan katup I;C dikurangi secara manual
untuk menaikan tekanan uap ekstrasi sehingga %B9# dapat ber"ungsi dengan baik
PT PLN (Persero) JASA DIKLATUNIT PENDIDIKAN & PELATIHANSURALAYA
MODUL 3/ OP
PENGOPERASIAN TURBIN
+arena peralatan proteksi turbin harus memiliki kehandalan yang tinggi maka
peralatan – peralatan proteksi tersebut harus diuji secara periodik. %aksud pengujian disiniadalah untuk meyakinkan bah3a sistem proteksi turbin akan selalu dapat ber"ungsi dengan
baik pada saat diperlukan.
#engujian sistem proteksi turbin dapat dilakukan pada saat turbin sedang dalam keadaan
operasi tanpa mengganggu kondisi operasi turbin.
Selain proteksi turbin katup – katup uap pada turbin juga perlu diuji secara periodik.
+atup – katup uap yang perlu diuji adalah katup – katup penutup cepat (stop 2al2e)
termasuk reheat stop 2al2e katup – katup go2ernor termasuk Interceptor 2al2e.
#engujian terhadap katup – katup tersebut dilakukan dengan cara menutup katup – katup
uap sementara untuk selanjutnya dibuka kembali. 8al ini dilakukan dengan maksud untuk
mencegah kemungkinan macetnya katup – katup tersebut dinamakan ST?6% 9 ??! %
T?ST.
#erlu diketahui bah3a program pengujian ini hanya dapat dilakukan pada turbin – turbin
yang dilengkapi oleh masing – masing $ set katup uap yaitu $ set katup go2ernor 2al2e
hanya dapat dilakukan ketika turbin beroperasi dengan - / %; .
Bila pengujian ini dilakukan secara manual maka harus dilakukan secara hati – hati dan
cermat sesuai dengan prosedur dan urutan yang telah ditetapkan.
PT PLN (Persero) JASA DIKLATUNIT PENDIDIKAN & PELATIHANSURALAYA
MODUL 3/ OP
PENGOPERASIAN TURBIN
0.1. ,i>>erential E6pansi n
+arena masas rotor relati" lebih kecil dianding massa casing maka rotor akan memulailebih cepat dibanding casing turbin. %engingat ruang bebas (clearence) radial maupun
aksial antara rotor dengan casing sangat kecil maka perbedaan pemuaian relati" antara
keduanya dapat menimbulkan masalah yang serius. !alam kondisi yang ekstrim dapat
mengakibatkan pergesekan (rub) antara rotor dengan casing yang akan merusak turbin.
4ntuk menghindari hal ini maka perbedaan pemuaian relati" antara rotor dengan casing
harus mendapat perhatian serius. 4ntuk itu setiap turbin dilengkapi dengan peralatan
instrumen yang memberikan indikasi terhadap perbedaan pemuaian (di""erential
e@pansion) ini. !i""erensial e@pansion mengukur selisih pemuaian relati" antara rotor
dengan casing.
Selama start turbin harus diusahakan agar harga di""erensial e@pansion ini tidak melebihi
batasan yang telah diberikan oleh pabriknya. +ondisi dan akurasi peralatan instrumentasi
memegang peranan penting dalam memonitor di""erensial e@pansion ini.
Selain itu pelumasan yang kurang baik pada 0sliding "eet dapat mengakibatkan
terhambatnya gerakan pemuaian casing yang pada akhirnya menyebabkan penunjukan
di""erensial e@pansion tinggi jadi peranan petugas pemeliharaan dalam hal program
pelumasan rutin terhadap turbin juga turut memegang peranan.
PT PLN (Persero) JASA DIKLATUNIT PENDIDIKAN & PELATIHANSURALAYA
MODUL 3/ OP
PENGOPERASIAN TURBIN
+arena ketebalan dan bahan metal turbin sudah tertentu maka perbedaan temperatur
antara uap dengan metal sudah tertentu pula. #abrik pembuat turbin biasanya
menyatakan batasan harga perbedaan temperatur ini. Setelah perbedaan temperatur yang diiGinkan diketahui temperatur metal uga diketahui maka kita akan menrentukan
beberapa temperatur yang diperlukan. adi kita tidak dapat menentukan temperatur uap
sekehendak hati ketika akan saat start turbin.
#erbedaan temperatur uap metal ini akan menentukan besarnya perbedaan temperatur
antara dinding casing bagian dalam dan bagian luar. Bila perbedaan temperatur terlalu
besar maka akan terjadi stress yang berlebihan pada casing turbin. +arena itu perbedaan
temperatur ini harap diperhatikan benar. !alam menentukan temperatur uap ketika akan
start turbin supaya diperhitungkan juga mengenai e"ek dari proses throttling yang terjadi.
Seperti diketahui bah3a aliran uap masuk turbin ketika sedang start diatur oleh
pembukaan katup – katup pemasukan uap (?SC) sehingga disini terjadi proses throttling.
Sebagai gambaran marilah kita bahas contoh proses throttling.
Tekanan uap sebelum katup ?SC * 1, bar
Temperatur saturasi * ''< o;
Temperatur uap sebelum katup ?SC * - o;
adi pada 1, bar dan - o; tingkat panas lanjut atau tingkat kekeringan uap * 17' o;
%isalkan tekanan uap setelah katup ?SC * - bar.
+ita ketahui bah3a proses throttling adalah proses dengan entalphi konstan.
!ari tabel uap untuk tekanan 1, bar dan temperatur - o; didapat :
PT PLN (Persero) JASA DIKLATUNIT PENDIDIKAN & PELATIHANSURALAYA
MODUL 3/ OP
PENGOPERASIAN TURBIN
$
(mean temperature)
dimana :
θ 1 * t ' – t 1 (#erbedaan Temperatur 63al)
θ $ * t ' – t $ (#erbedaan Temperatur Terminal)
t1 * Temperatur air pendingin masuk o;
t$ * Temperatur air pendingin keluar o;
t' * Temperatur uap jenuh (saturated) o;
e. #enurunan Tekanan +ondensor
#erbedaan tekanan antara masukan uap bekas dan air kondensat pada dasar
kondensor.
". Tekanan mutlak (absolute pressure)
Tekanan yang diukur dengan memperhitungkan tekanan (nol) terhadap tekanan
atmos"ir.
g. 8ukum !alton mengenai Tekanan #arsial
%enyatakan bila dua gas dicampur dalam sebuah bejana maka tekanan campuran
adalah jumlah dari tekanan tiap – tiap gas yang mengisi bejana itu sendiri.
Conto$ :
ika shell (ruang) kondensor diisi uap dengan tekanan - mb dan kondensor tersebut jugadiisi udara dengan tekanan <- mb maka campurannya adalah jumlah kedua gas yang
mengisi kondensor tersebut pada temperatur yang sama dengan tekanan totalnya 1$- mb.
h. !aya 8antar #anas (Termal ;onducti2ity)
Suatu ukuran dari laju aliran panas yang mengalir melalui suatu benda.
i. #endinginan endah (4nder ;ooling)pada saat setelah pengkondensasian uap dalam kondensor temperatur air kondensat
lebih rendah dari temperatur jenuh pada tekanan tersebut.
PT PLN (Persero) JASA DIKLATUNIT PENDIDIKAN & PELATIHANSURALAYA
MODUL 3/ OP
PENGOPERASIAN TURBIN
Semua perbedaan temperatur penting antara uap dari air pendingin akan ber2ariasi
yang relati" besar pada masukan air pendingin dan kecil pada keluaran air pendingin.!iagram sederhana pada gambar 1- menunjukan kenaikan temperatur dalam suatu
kondensor skala 2ertikal adalah temperatur dan skala horiGontal menunjukan panjang