...

Makalah Seminar Kerja Praktek OPERASI HMXT

by user

on
Category: Documents
3

views

Report

Comments

Transcript

Makalah Seminar Kerja Praktek OPERASI HMXT
Makalah Seminar Kerja Praktek
OPERASI HMXT-200 GENERATOR SEBAGAI PENGHASIL HIDROGEN
PADA H 2 PLANT PLTGU
PT INDONESIA POWER UBP SEMARANG
Adista Ayu Widiasanti (L2F009074), Dr. Ir. Hermawan, DEA. (196002231986021001)
Teknik Elektro, Universitas Diponegoro
Jalan Prof. H. Soedarto, S.H., Tembalang, Semarang Kode Pos 50275 Telp (024) 7460053, 746055
Fax. (024) 746055
[email protected]
ABSTRAK
Kebutuhan manusia akan listrik sudah tidak dapat kita ragukan lagi. Pertumbuhan manusia beserta
perkembangan teknologi merupakan penyebab utama dibangunnya berbagai pembangkit listrik di dunia. Salah satu
perusahaan penyedia energi listrik di Indonesia adalah PT. INDONESIA POWER UBP Semarang, yang menggunakan 3
jenis pembangkit, yaitu PLTU, PLTG dan PLTGU.
Agar didapatkan energi listrik yang optimal pada saat pembangkitan, diperlukan ada suatu sistem pemeliharaan
peralatan. Hal tersebut salah satunya adalah sistem pendinginan. Sistem pendinginan diperlukan agar peralatan, seperti
generator tetap dalam kondisi prima saat melakukan fungsinya. Sistem pendinginan juga digunakan untuk mengurangi
penurunan kualitas isolator, kerugian tembaga listrik, kerugian gesekan, dan penurunan life expentancy pada peralatan
elektrik.
Hidrogen merupakan media pendingin yang terbaik di antara air, udara, nitrogen bahkan helium. Untuk itu di PT.
INDONESIA POWER UBP Semarang dibangun H2 Plant sebagai sistem penghasil gas hidrogen. Pada H2 plant,
digunakan suatu generator yang berfungsi sebagai pemisah hidrogen dan oksigen lewat proses elektrolisis. Generator ini
adalah HMXT-200 generator. Inti pada HMXT-200 generator ini adalah electrolysis module yang merupakan tempat
terjadinya pemisahan elemen-elemen air.
Kata kunci : Pendinginan Generator, Media Pendingin, H2 Plant
1.
1.1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Listrik merupakan kebutuhan primer bagi
manusia pada masa kini. Secara tidak langsung,
manusia bergantung pada keberadaan listrik untuk
melakukan aktivitasnya. Hal inilah yang
menyebabkan pertambahan kebutuhan listrik
berbanding lurus dengan pertumbuhan penduduk.
Awalnya, industri penyedia energi listrik hanya
menggunakan konversi energi dari air terjun untuk
memenuhi kebutuhan listrik. Namun, peningkatan
kebutuhan manusia akan energi listrik secara tidak
langsung memaksa berbagai pengembangan pada
unit pembangkitan listrik. Saat ini, telah dibangun
unit pembangkitan listrik dengan berbagai macam
jenis sumber energi selain air. Antara lain PLTD,
PLTU, PLTG, PLTGU, dan PLTP.
PT. INDONESIA POWER UBP Semarang
merupakan salah satu perusahaan penyedia energi
listrik yang berupa PLTU, PLTG dan PLTGU. Pada
PLTU, energi listrik didapatkan dari generator
setelah turbin uap diputar oleh uap panas hasil
pemanasan air yang telah dimurnikan. PLTGU
mengalami dua proses, yaitu proses PLTG dan
PLTU. Proses yang terdapat pada PLTGU ini biasa
disebut dengan proses combined cycle.
Kendala yang umumnya tejadi pada PLTU
adalah waktu starting yang cukup lama. Sedangkan
pada PLTG, kendala ada pada biaya karena bahan
bakar yang digunakan cukup mahal, sehingga sebisa
mungkin digunakan hanya sebagai cadangan. Selain
itu, frekuensi start-stop harus diperhitungkan karena
akan memperpendek usia karena aus. Mengingat
suhu pada saat operasi sangat tinggi, oleh karena itu
diperlukannya sistem pendinginan. Hal itu
dilakukan untuk mengoptimalkan operasi dan
mengurangi rugi-rugi karena pemanasan.
1.2
Maksud dan Tujuan
Hal-hal yang menjadi tujuan penulisan
laporan kerja praktek ini adalah :
1. Memahami pentingnya sistem pendinginan
pada generator.
2. Mengetahui kerugian-kerugian yang dapat
terjadi apabila tidak adanya sistem
pendingin.
3. Memahami prinsip dasar sistem pendinginan
generator menggunakan gas hidrogen.
4. Memahami prinsip dasar proses produksi
gas hidrogen oleh HMXT-200 Generator.
daya yang dihasilkan tidak sepenuhnya untuk
memutar generator, tetapi sebagian besar untuk
memutarkan kompresor sehingga menyebabkan
efisiensi PLTGU rendah.
1.3
Pembatasan Masalah
Untuk
menghindari
meluasnya
permasalahan dalam penyusunan dan penulisan
laporan Kerja Praktek (KP) ini, maka penulis
hanya dapat membahas masalah mengenai proses
pendinginan generator pada GTG Blok I PLTGU
PT. INDONESIA POWER UBP Semarang dan
proses produksi gas hidrogen di H2 Plant.
2.
KAJIAN PUSTAKA
Pusat Listrik Tenaga Gas dan Uap
(PLTGU) merupakan gabungan dari pembangkit
listrik tenaga gas dan tenaga uap. Pembangkit jenis
ini menggunakan gas panas pembuangan dari proses
operasi pembangkit listrik tenaga gas untuk
memanasi air dalam pipa-pipa Heat Recovery Steam
Generator (HRSG). Air tersebut kemudian menjadi
uap untuk menggerakan turbin uap. Penggunaaan
teknologi combined cycle ini membuat operasi
pembangkit lebih efisien sebab
gas panas
pembuangan
pembangkit
listrik
primer
dimanfaatkan menjadi tenaga listrik pada tahap
sekunder. Hal ini dapat dipahami karena dapat
meningkatkan kapasitas daya listrik yang dihasilkan
tanpa menambah bahan bakar serta meningkatkan
efisiensi panas dari 33% untuk pembangkit listrik
tenaga gas menjadi sekitar 50% untuk PLTGU.
Sistem PLTGU dapat dibedakan menjadi 3,
yaitu: sistem GTG, STG dan HRSG.
Sistem Gas Turbin Generator (GTG)
Turbin adalan suatu alat yang merubah daya
dari suatu media yang bergerak misalnya air, udara,
gas dan uap, untuk memutar generator sehingga
menghasilkan tenaga listrik. Pada pusat tenaga
listrik tenaga gas atau uap (PLTGU), media yang
digunakan untuk memutar turbin adalah gas panas
yang didapatkan dari pembakaran bahan bakar yang
sudah dicampur udara dalam ruang bakar.
Udara pembakaran didapat dari kompresor
yang terpasang satu poros dengan turbin. Karena
konstruksinya yang demikian, untuk memutar maka
Gambar 1 Skema dasar GTG
Komponen-komponen utama sistem GTG
adalah sebagai berikut:
a) Motor cranking
b) Inlet Air Filter
c) Kompresor
d) Ruang bakar
e) Turbin
f) Generator
Sistem STG (Steam Turbin Generator)
Turbin uap adalah suatu penggerak mula
yang mengubah energi uap menjadi kinetik, energi
kinetik ini selanjutnya dirubah menjadi energi
mekanik dalam bentuk putaran poros turbin.
2.2
2.1
Gambar 2 Skema aliran uap pada sistem STG
Dari gambar 2 di atas terlihat bahwa terdapat
2 sistem turbin yang terdapat dalam satu poros
turbin, yaitu turbin tekanan tinggi dan turbin
tekanan rendah. Keduanya digerakan oleh uap
dengan tekanannya masing-masing. Turbin tekanan
tinggi digerakan oleh uap tekanan tinggi dari sistem
HRSG. Begitu pula dengan turbin tekanan rendah
yang merupakan kumpulan dari sistem uap tekanan
tinggi yang melewati turbin tekanan tinggi, akan
dialirkan ke turbin tekanan rendah.
Komponen utama sistem STG adalah:
a) Turbin Uap (Steam Turbine)
b) Generator
c) Condensor
d) Tangki air pengisi (Feed Water Tank)
e) Pompa air pengisi
Sistem Heat Recovery Steam Generator
(HRSG)
Energi panas yang tergantung dalam gas
buang / exhaust turbin gas yang temperaturnya
masih cukup tinggi (sekitar 563oC) dialirkan masuk
kedalam HRSG untuk memanaskan air didalam
pipa-pipa pemanas yang berasal dari drum
mendapat pemanasan dari gas panas tersebut,
sebagian bersar akan menjadi uap dan yang lain
berbentuk air. Campuran air dan uap selanjutnya
masuk kembali kedalam drum. Didalam drum, uap
dipisahkan dari air dengan menggunakan pemisah
uap yang disebut Seperator. Uap yang sudag
terpisah dari air selanjutnya dipanaskan lebih lanjut,
sehingga kemudian dapat digunakan untuk
menggerakkan turbin uap, sedangkan air yang tidak
menjadi uap disirkulasikan kembali ke pipa-pipa
pemanas bersama-sama dengan air pengisi.
Demikian
yang baru. Demikian proses ini
berlangsung terus menerus selama unit beroperasi.
2.3
3.
Sistem Pendinginan Generator
Operasi
generator
selama
proses
pembangkitan tidak hanya menghasilkan energi
listrik, hal ini juga menghasilkan panas di dalam
generator. Kenaikan temperatur tidak dapat
dihindari karena adanya arus pusar (eddy current)
merupakan efek dari proses konversi energi. Sistem
pendinginan generator dibutuhkan untuk hal-hal
sebagai berikut:
1. Menyerap panas yang timbul di dalam
generator.
2. Melindungi isolasi. Hal ini karena panas
yang lebih dapat merusak isolasi, tetapi
dengan adanya sistem pendingin, panas
di dalam generator dapat diserap.
3. Menaikkan efisiensi generator karena
output generator akan lebih besar saat
sistem pendingin digunakan.
3.1
Kerugian Bila Tidak Ada Sistem
Pendingin
Peralatan-peralatan yang terdapat pada
PLTGU membutuhkan perawatan yang ekstra. Hal
ini dikarenakan pada PLTGU hampir semua
peralatan berhubungan dengan suhu tinggi, baik
secara langsung maupun tidak langsung. Sehingga,
diperlukan suatu sistem pendingin agar suhu
peralatan dapat tejaga dari kondisi overheating.
Dalam menjaga peralatan dari kondisi
overheating, sistem pendingin peralatan juga harus
memiliki kemampuan yang tinggi dalam
mempertahankan keadaan konstan baik untuk
tekanan maupun suhu. Dikarenakan, keadaan yang
tidak stabil dapat mengakibatkan peralatan otomatis
shut down. Apabila sistem pendingin tidak bekerja
dengan baik, maka rugi-rugi yang timbul akan
semakin besar. Kerugian yang dapat ditimbulkan
oleh panas di dalam generator meliputi:
1.
Penurunan kualitas isolator.
Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi
penurunan isolasi antara lain kelembaban, vibrasi,
keasaman, oksidasi, temperatur, dan waktu. Faktorfaktor tersebut dapt mengakibatkan suatu isolasi
menjadi keras dan rapuh. Kondisi tersebut
menyebabkan retaknya isolator, dimana cracking
tersebut dapat mengurangi kualitas isolator dan
bahkan menyebabkan gangguan hubung singkat.
2.
Kerugian tembaga listrik.
Nilai tahanan suatu bahan bergantung pada
hambatan jenisnya, dapat dirumuskan :
R= ρ l/A
dimana:
R = hambatan (Ω)
ρ = hambatan jenis (Ω.m)
l = panjang (m)
A = luas penampang (m2)
Hambatan jenis suatu penghantar dipengaruhi
oleh temperatur / suhu pada bahan tersebut.
Semakin tinggi temperatur, maka nilai hambatan
akan semakin besar. Hal ini dapat dirumuskan,
sebagai berikut:
ρ= ρ0 (1+αt)
dimana:
ρ = hambatan jenis pada suhu t
ρ0 = hambatan jenis pada 0oC
α = koefisien resistansi temperatur pada
0°C
t = temperatur
Dengan adanya peningkatan nilai tahanan,
maka nilai rugi-rugi (I2R) akan semakin besar.
3.
Kerugian gesekan (friction loss).
Operasi dalam generator dalam waktu yang
lama dan kontinyu pada ruang tertutup dapat
menimbulkan kerugian gesekan. Biasanya, rugi-rugi
gesekan terjadi pada bantalan-bantalan (bearing)
sehingga kondisi bearing tidak dalam kondisi yang
optimal, seperti pada awal operasi. Pemanasan atau
peningkatan suhu akan mempermudah bantalan
tersebut aus.
4.
Penurunan life expentancy pada peralatan
elektrik.
Di luar kesalahan elektrik maupun mekanik,
waktu hidup dari suatu peralatan listrik dibatasi oleh
temperatur dari isolasinya. Semakin tinggi
temperatur, maka life time peralatan listrik semakin
pendek. Dalam pengujian pada beberapa material,
diketahui bahwa waktu / masa hidup suatu peralatan
listrik berkurang sekitar 50% setiap kenaikan 10o
suhu operasinya.
Jumlah kerugian yang telah disebutkan di atas
tidak boleh besar, dimana nilainya tidak boleh
melebihi 2% dari output generator. Oleh karena itu,
sistem pendingin harus dapat mencegah kenaikan
temperature melebihi batas operasinya.
Selain beberapa kerugian yang dijelaskan di atas,
alasan dibutuhkannya sistem pendinginan agar suhu
ambient/sekitar tidak melebihi nilai kelas isolasinya.
Dalam standar IEEE, ditetapkan beberapa kelas
yang memiliki batas maksimum nilai suhu ambient.
Setiap jenis bahan digolongkan pada kelas yang
berbeda sesuai dengan batas maksimum suhu
ambient yang dapat diterima oleh bahan tersebut.
Tabel 1 Perbandingan media pendingin
3.2
Hidrogen Sebagai Media Pendingin
Hidrogen memiliki keunggulan sebagai
media pendingin dibandingkan dengan udara dan
air. Keunggulan utama dari hidrogen adalah karena
gas ini memiliki daya hantar panas yang lebih tinggi
sehingga dapat menyerap panas lebih banyak, selain
itu gas ini mempunyai kerapatan (berat jenis) yang
jauh lebih kecil daripada udara dengan demikian
akan mengurangi kerugian gesekan. Perbandingan
beberapa media pendingin seperti air, udara,
nitrogen, dapat dilihat pada tabel 1.
3.3
Proses Pendinginan Generator oleh Gas
Hidrogen
Pada pembahasan laporan kerja praktek ini,
dibatasi hanya pada pendinginan generator pada sisi
Gas Turbine Generator (GTG) di blok 1 PLTGU
Tambak Lorok, Semarang.
Proses pendinginan generator dengan
menggunakan gas hidrogen sebagai media
pendingin, langsung mengenai bagian dalam
generator / kontak langsung dengan generator. Gas
hidrogen masuk melewati sebuah valve ke body
generator yang kemudian disirkulasikan oleh fan
yang ada di dalam generator. Selama generator
bekerja, dalam melakukan pendinginan, suhu gas
hidrogen akan meningkat.
Gambar 3 Sistem Ventilasi untuk Typical
Hidrogen-Cooled Generator
Di dalam generator tersebut, terdapat pula
hydrogen cooling yang berfungsi untuk menjaga
suhu gas hidrogen agar tetap dingin sehingga dapat
menjalankan fungsinya secara optimal. Apabila
tidak beroperasi, gas hidrogen akan terus terjaga di
dalam generator, tetapi tidak memerlukan
pendinginan oleh hydrogen cooling. Sistem
ventilasi pada gerator pada GTG akan diperlihatkan
pada gambar 3.
Untuk proses pendinginan, gas hidrogen tetap
berada di dalam generator dengan tekanan 30 psi.
Apabila dibawah settingan tersebut, maka gas
hidrogen akan dialirkan dari tangki untuk
mempertahankan tekanan 30 psi dalam generator.
Toleransi yang diberikan adalah 28 psi pada awal
pengoperasian, dahulu. Namun, karena ada masalah
pada H2 Plant, saat ini nilai settingan alarm
pressure adalah 25 psi. Apabila dibawah 25 psi,
sistem akan shut down.
Gambar 4 Tampak samping ruang H2 Plant
4. H2 Plant
Pada PLTGU Blok 1 PT. Indonesia Power
Tambak Lorok Semarang, terdapat HMXT-200
Generator pada H2 Plant. Pada generator ini,
terdapat dua bagian utama, yaitu hydrogen
generator dan power supply. Kedua alat tersebut
(hydrogen generator dan power supply) bekerja
dengan masukan air murni dan tenaga listrik yang
kemudian digunakan untuk proses electrolysis.
Selain kedua komponen utama itu, H2 Plant juga
dilengkapi alat-alat pendukung seperti feedwater,
air pendingin, nitrogen, dan pipa-pipa yang
digunakan untuk mengalirkan gas hasil produksi
dan sebagai pemisah antara gas hidrogen dan air.
Dua bagian utama dari H2 Plant, hydrogen
generator dan power supply, memiliki dua fungsi
yang berbeda. Hydrogen generator merupakan
generator penghasil gas hidrogen, dimana di dalam
alat ini terdapat komponen-komponen mekanik,
pipa-pipa, sistem kontrol dan instrumen yang
dibutuhkan dalam proses elektrolisis. Generator ini
juga dilengkapi kontrol panel yang dapat
memperlihatkan kondisi proses dalam generator dan
data-data yang dibutuhkan oleh sistem. Sedangkan
power supply merupakan peralatan yang berfungsi
sebagai penginput energi listrik ke generator.
Power supply mengubah inputan arus AC menjadi
arus DC, yang dibutuhkan dalam proses elektrolisis.
Pada sistem H2 Plant di PLTGU ini, hidrogen
disuplai pada tekanan 147 PSIG (10.2 kg/cm2). Hal
serupa berlaku juga dengan oksigen, yaitu 147 PSIG
(10.2 kg/cm2).
Sistem yang terdapat di PLTGU Blok 1 PT.
Indonesia Power Tambak Lorok Semarang ini
merupakan operasi otomatis. Proses starting-up
dilakukan mesin sesuai parameter yang diberikan.
Kemudian, produksi gas menyesuaikan pada
permintaan yang dibutuhkan sampai pada titik batas
atau kapasitas maksimum generator. Sistem akan
kembali pada standby mode apabila tidak ada
pengiriman gas. Keadaan ini akan selalu siap
berubah setiap saat apabila proses pengiriman gas
dibutuhkan. Semua parameter operasi harus selalu
di monitor. Apabila terdapat kondisi yang
menyimpang di luar batas yang diijinkan, maka
sistem akan shutdown. Hal ini terlihat saat level
KOH di bawah parameter atau disebut dengan
istilah Low KOH level, sistem shutdown
dikarenakan level KOH lebih rendah dari parameter
yang ditentukan. Kondisi shutdown itu dilakukan
untuk menghindari kerusakan yang lebih besar pada
sistem.
Gambar 5 Generation Screen HMXT-200 Generator
pada H2 Plant
Seperti sistem lainnya, peralatan pada H2
Plant ini juga membutuhkan pemeliharaan rutin.
Hal tersebut meliputi:
1. Pemeriksaan atau penyesuaian
2. Pengecekkan atau bila diperlukan
penggantian elektrolit
3. Kalibrasi controller/instrument
Prinsip Kerja H2 Plant
Proses
produksi
hidrogen
tersebut
membutuhkan dua peralatan atau bagian utama,
yaitu hydrogen generator dan power supply.
Keduanya digunakan untuk dapat melakukan proses
elektrolisis.
Proses elektrolisis merupakan inti dari sistem
produksi gas hidrogen pada H2 Plant di PLTGU
Blok 1 PT. Indonesia Power Tambak Lorok
Semarang. Proses ini membutuhkan inputan berupa
air murni dan listrik.
Elektrolisis yang dilakukan pada H2 Plant ini
adalah peristiwa penguraian senyawa air (H2O)
menjadi oksigen (O2) dan gas hidrogen (H2) dengan
menggunakan arus listrik. Arus listrik yang
diinputkan dilalui ke dalam air. Pada katoda, dua
molekul air bereaksi dengan menangkap dua
4.1
elektron, kemudian tereduksi menjadi gas H2 dan
ion hidroksida (OH-). Pada annoda, dua molekul air
lain terurai menjadi gas oksigen (O2), melepaskan 4
ion H+ dan mengalirkan elektron ke katoda. Ion H+
dan OH- mengalami netralisasi sehingga terbentuk
kembali beberapa molekul air. Dalam reaksi kimia,
produksi gas hidrogen di H2 Plant ini dapat
digambarkan sebagai berikut:
2
2 +
Dalam reaksi di atas, digunakan KOH
sebagai katalis. KOH yang memiliki nama lain
Kalium Hidroksida (IUPAC name: Potassium
Hidroxide) dapat mempercepat proses atau reaksi
kimia dalam memproduksi gas hidrogen.
Gambar 6 Gambaran proses elektrolisis
Oksigen yang dihasilkan dari proses
elektrolisis ini dibuang ke udara. Hal tersebut tidak
terjadi pada gas hidrogen, karena gas ini ditampung
yang kemudian dialirkan ke dalam generator
sebagai media pendingin.
5.
5.1
PENUTUP
Kesimpulan
Selama melaksanakan kerja praktek, penulis
dapat mengambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Penggunaan sistem pendingin pada
peralatan PLTGU, seperti generator
dimaksudkan untuk pemeliharaan dari
panas yang berlebih dan juga untuk
mereduksi rugi-rugi.
2. Gas hidrogen merupakan media pendingin
yang terbaik dibandingkan air, nitrogen
ataupun udara. Oleh karena itu gas hidrogen
digunakan sebagai media pendingin
generator di PLTGU PT INDONESIA
POWER UBP Semarang.
3. Generator HMXT-200 menghasilkan gas
hidrogen melalui proses elektrolisis. Proses
ini memisahkan air menjadi oksigen dan
hidrogen yang kemudian digunakan sebagai
media pendingin.
4. Inti dari generator HMXT-200 adalah
electrolysis module yang merupakan tempat
pemisahan oksigen dan hidrogen.
5.2 Saran
1. Meskipun generator HMXT-200 bekerja
dengan sistem otomatis, dimana sistem akan
shutdown bila kondisi tidak normal,
perawatan secara berkala perlu dilakukan.
Hali ini dilakukan untuk menjaga generator
bekerja secara optimal.
2. Dari hasil pengamatan selama melakukan
kerja praktek, penulis melihat bahwa oksigen
yang merupakan hasil dari proses elektrolisis
air tidak dimanfaatkan secara maksimal.
Oksigen ini hanya dibuang melalui vent ke
udara sekitar. Mengingat kegunaan oksigen
yang sangat besar, penulis menyarankan agar
ada proses untuk pemanfaatan oksigen dari
hasil elektrolisis air pada generator HMXT200.
DAFTAR PUSTAKA
[1].
[2].
[3].
[4].
[5].
[6].
2-1-17-03-INSTRUCTION
MANUAL
FOR
BRACKET-TYPE
DC
MOTOR_R00.pdf
BEF51d01_GAS TURBINE SYSTEM.pdf
Wildi, Theodore. 2002. Electrical
Machines, Drives, and Power Systems.
New Jersey: Prentice Hall HMXT
SCREENS.pdf
http://www.wikipedia.com
http://www.engineeringtoolbox.com
http://www.byexample.com
BIODATA PENULIS
Adista Ayu Widiasanti (L2F009074)
Penulis lahir di Semarang,
26 Juli 1991. Menempuh
jalur pendidikan dasar di
TK Tadika Puri Solo, SDN
Sendang
Mulyo
03
Semarang, SMP N 2
Semarang, dan SMA N 3
Semarang dan saat ini
sedang
menjalani
pendidikan S1 di Teknik
Elektro
Universitas
Diponegoro
Semarang
Konsentrasi Teknik Energi Listrik.
Semarang, 26 November 2012
Mengetahui,
Dosen Pembimbing
Dr. Ir. Hermawan, DEA.
NIP 196002231986021001
Fly UP