TURBIN GAS
1. Sejarah Turbin
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). Turbin gas merupakan salah satu komponen dari suatu sistem turbin gas. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin gas. Menurut Dr. J. T. Retaliatta, sistim turbin gas ternyata sudah diken al pada jaman “Hero of Alexanderia”. Disain pertama turbin gas dibuat oleh John Barber seorang Inggris pada tahun 1791. Sistem tersebut bekerja dengan gas hasil pembakaran batu bara, kayu atau minyak, kompresorn ya digerakkan oleh turbin dengan perantaraan r antai roda gigi. Pada tahun 1872, Dr. F. Stolze merancang sistem turbin gas yang menggunakan kompresor aksial bertingkat ganda yang digerakkan langsung oleh turbin reaksi tingkat ganda. Tahun 1908, sesuai dengan konsepsi H. Holzworth, dibuat suatu sistem turbin gas yang mencoba menggunakan proses pembakaran pada volume konstan. Tetapi usah a tersebut dihentikan karena terbentur pada masalah konstruksi ruan g bakar dan tekanan gas pembakaran yang berubah sesuai beban. Tahun 1904, “Societe des Turbomoteurs” di Paris membuat suatu sistem turbin gas yang instruksinya berdasarkan disain Armen gaud dan Lemate yang menggunakan bahan bakar cair. Temperatur gas pembakaran yang masuk sekitar 450 C dengan tekanan 45 atm dan kompresornya langsung digerakkan oleh turbin. Selanjutnya, perkemban gan sistem turbin gas berjalan lambat hingga pada tahun 1935 sistem turbin gas mengalami perkembangan yang pesat dimana diperoleh efisiensi sebesar lebih kurang 15 %. Pesawat pancar gas yang pertama diselesaikan oleh “British
Thomson Houston Co” pada tahun 1937 sesuai dengan konsepsi Frank Whittle (tahun 1930). Saat ini sistem turbin gas telah banyak diterapkan untuk berbagai keperluan seperti mesin penggerak generator listrik, mesin industri, pesawat terbang dan lainnya. Sistem turbin gas dapat dipasang dengan cepat dan biaya investasi yang relatif rendah jika dibandingkan dengan instalasi turbin uap dan motor diesel untuk pusat tenaga listrik.
Gambar turbine GE MS5000 biasa disebut Frame 5 (banyak dipakai di power plant)
2. Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas
Udara masuk kedalam k ompresor melalui saluran masuk udara (inlet). Kompresor ini berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, akibatnya temperatur udara juga meningkat. Kemudian udara yang telah dikompresi ini masuk kedalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar disemprotkan bahan bakar sehingga bercampur dengan udara tadi dan menyebabkan proses pembakaran. Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar han ya untuk menaikkan temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust). 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.
Flow line udara dari inlet sampai exhaust.
Another scheme process diagram
Simple drawing of Gas Turbine Component
Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi kerugian-kerugian yang dapat menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan berakibat pada menurunnya performansi turbin gas itu sendiri. Kerugian-kerugian tersebut dapat terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas. Sebab-sebab terjadinya kerugian antara lain:
• Adanya gesekan fluida yang menyebabk an terjadinya kerugian tekanan (pressure losses) di ruang bakar.
• Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan terjadin ya gesekan antara bantalan turbin dengan angin.
• Adanya mechanical loss, dsb.
Untuk memperkecil kerugian ini hal yang dapat kita lakukan antara lain den gan
perawatan (maintanance) yang teratur atau dengan memodifikasi peralatan yang ada.
3. Klasifikasi Turbin Gas
Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi poros dan lainnya.
Menurut siklusnya turbin gas terdiri dari:
• Turbin gas siklus tertutup (Close cycle)
• Turbin gas siklus terbuka (Open cycle)
Perbedaan dari kedua tipe ini adalah berdasarkan siklus fluida kerja. Pada turbin gas
siklus terbuka, akhir ekspansi fluida kerjanya langsung dibuang ke udara atmosfir,
sedangkan untuk siklus tertutup akhir ekspansi fluida kerjanya didinginkan untuk kembali ke
dalam proses awal.
Dalam industri turbin gas umumnya diklasifikasikan dalam dua jenis berdasar jumlah turbine spool-nya yaitu :
1. Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)
Turbin jenis ini digunak an untuk menggerakkan generator listrik yang menghasilkan
energi listrik untuk keperluan proses di industri.
[/img]
GE MS9000F dengan output 400MW banyak dipakai di Land Base Power Plant
2. Turbin Gas Poros Ganda (Double Shaft)
Turbin jenis ini merupakan turbin gas yang terdiri dari turbin bertekanan tinggi dan
turbin bertekanan rendah, dimana turbin gas ini digunakan untuk menggerakkan beban yang
berubah seperti kompresor pada unit proses.
Cross sectional drawing dari GE LM2500 (jenis aeroderivative) sebagai prime mover gas compressor
4. Komponen Turbin Gas
Komponen turbin gas terdiri dari :
A. Komponen Utama
• Air Inlet Section
Ber fungsi untuk menyaring kotoran dan debu yang terbawa dalam udara sebelum masuk
ke kompresor. Bagian ini terdiri dari:
1. Air Inlet Housing, merupakan tempat udara masuk dimana didalamnya terdapat
peralatan pembersih udara.
2. Inertia Separator, berfungsi untuk membersihkan debu-debu atau partikel yang terbawa bersama udara masuk.
3. Pre-Filter, merupakan penyaringan udara awal yang dipasang pada inlet house.
4. Main Filter, merupakan penyaring utama yang terdapat pada bagian dalam inlet house, udara yang telah melewati penyaring ini masuk ke dalam kompresor aksial.
5. Inlet Bellmouth, berfungsi untuk membagi udara agar merata pada saat memasuki ruang kompresor.
6. Inlet Guide Vane, merupakan blade yang berfungsi sebagai pengatur jumlah udara yang masuk agar sesuai dengan yang diperlukan.
• Compressor Section
Komponen utama pada bagian ini adalah aksial flow compressor, berfungsi untuk mengkompresikan udara yang berasal dari inlet air section hingga bertekanan tinggi sehingga pada saat terjadi pembakaran dapat menghasilkan gas panas berkecepatan tinggi yang dapat menimbulkan daya output turbin yang besar. Aksial flow compressor terdiri dari dua bagian yaitu:
1. Compressor Rotor Assembly
Merupakan bagian dari kompresor aksial yang berputar pada porosnya. Rotor ini memiliki 17 tingkat sudu yang mengompr esikan aliran udara secara aksial dari 1 atm menjadi 17 kalinya sehingga diperoleh udara yang bertekanan tinggi. Bagian ini tersusun dari wheels, stubshaft, tie bolt dan sudu-sudu yang disusun kosentris di sekeliling sumbu rotor.
Gambar rotor MS5001
2. Compressor Stator
Merupakan bagian dari casing gas turbin yang terdiri dari:
a.Inlet C asing,merupakan bagian dari casing yang mengarahkan udara masuk ke inlet bellmouth dan selanjutnya masuk ke inlet guide vane.
b. Forward Compressor Casing, bagian casing yang didalamnya terdapat empat stage kompresor blade.
c. Aft Casing, bagian casing yang did alamnya terdapat compressor blade tingkat 5-10.
d. Discharge Casing , merupakan bagian casing yan g berfungsi sebagai tempat keluarnya udara yang telah dikompresi. Pada bagian ini terdapat compressor blade tingkat 11 sampai 17.
Penampang melintang stator casing.
• Combustion Section
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 transition pieces yang juga berfun gsi sebagai nozzle. Fungsi dari keseluruhan sistem adalah
untuk mensuplai energi panas ke siklus turbin. Sistem pembakaran ini terdiri dari komponen-komponen berikut yang jumlahnya
bervariasi ter gantung besar frame dan pen ggunaan turbin gas. Komponen-komponen itu adalah :
1. Combustion Chamber, berfungsi sebagai tempat terjadinya pencampuran antara udara yang telah dikompresi dengan bahan bakar yang masuk.
2. Combustion Liners, terdapat didalam combustion chamber yang berfungsi sebagai tempat berlangsun gn ya pembakaran.
Fuel Nozzle, berfungsi sebagai tempat masukn ya bahan bakar ke dalam combustion liner.
3. Ignitors (Spark Plug), berfungsi untuk memercikkan bunga api ke dalam combustion chamber sehingga campuran bahan bakar dan udara dapat terbakar.
4. Transition Fieces, berfungsi untuk mengarahkan dan membentuk aliran gas panas agar sesu ai den gan ukuran nozzle dan sudu-sudu turbin gas.
5. Cross Fire Tubes berfungsi untuk meratakan nyala api pada semua combustion chamber.
6. Flame Detector, merupakan alat yang dipasang untuk mendeteksi proses pembakar an terjadi.
Combustion chamber yang ada disusun kosentris mengelilingi aksial flow
compressor dan disambungkan dengan keluaran kompresor udara dari aksial flow
compressor yang dialirkan langsung ke masing-masing chambers. Zona pembakaran pad a
combustion chamber ada tiga yaitu:
1. Primary Zone, merupakan tempat dimana bahan bakar berdifusi dengan udara kompresor untuk membentuk campuran udara bahan bakar yang siap dibakar.
2. Secondary Zone, adalah zona penyempurnaan pembakaran sebagai kelanjutan pembakaran pada primary zone.
3. Dilution Zone, merupakan zona untuk mereduksi temperatur gas hasil pembakaran pada keadaan yang diinginkan pada saat masuk ke first stage nozzles.
Combustion liners didesain dengan satu seri lubang dan louvers yang ditempatkan didalam chambers. Digunakan untuk mencampurkan bahan udara dari kompresor dan bahan bakar dari nozel yang membakar campuran ini. Fuel nozzle terdapat pada ujung combustion chamber dan masuk ke combustion liners. Fungsi dari fuel nozzle ini adalah untuk mengabutkan bahan bakar dan mengarahkann ya ke reaction zone pada ruang bakar. Transition piece terdapat antara combustion liners dan first stage nozzle. Alat ini digunakan untuk mengarahkan ud ara panas yang dihasilkan pada combustion section ke first
stage nozzle. Spark plugs terdapat pada bagian samping combustion chamber dan masuk ke combustion liners. Spark plugs berfungsi untuk menyulut campuran bahan bakar dan udara pada saat turbin gas star up. Pembakaran akan terus terjadi selama suplai bahan bakar dan udara terus berlan gsung. Spark plugs terp asang pada sebuah pegas setelah proses
pembakaran terjadi, tekanan yang dihasilkan meningkat dan ak an memaksa plugs naik menuju casing dan mengeluarkan gas panas. Cross fire tube berfungsi untuk menghubungkan semua combustion chamber. Tabung ini digunakan untuk pengirimkan pengapian dari satu combustion liners ke yang berikutnya selama start up.
Penampang dari combustion chamber
• Turbin Section
Turbin section merupakan tempat terjadin ya konversi energi kinetik menjadi energi mekanik yang digunakan sebagai penggerak kompresor aksial dan perlengkapan lainn ya. Dari daya total yang dihasilkan kira-kira 60 % digunakan untuk memutar kompresornya sendiri, dan sisanya digunakan untuk kerja yang dibutuhkan. Komponen-komponen pada turbin section adalah sebagai berikut :
1. Turbin Rotor Case
2. First Stage Nozzle, yang berfungsi untuk mengarahkan gas panas ke first stage turbine wheel.
3. First Stage Turbine Wheel, berfungsi untuk mengkonversikan energi kinetik dari aliran udara yang berkecepatan tinggi menjadi energi mekanik berupa putaran rotor.
4. Second Stage Nozzle dan Diafragma, berfungsi untuk mengatur aliran gas panas ke second stage turbine wheel, sedangkan diafragma berfungsi untuk memisahkan kedua turbin wheel.
5. Second Stage Turbine , berfungsi untuk memanfaatkan energi kinetik yang masih cukup besar dari first stage turbine untuk menghasilkan kecepatan putar rotor yang lebih besar.
•Exhaust Section
Exhaust section adalah bagian akhir turbin gas yang berfungsi sebagai saluran pembuangan gas panas sisa yang keluar dari turbin gas. Exhaust section terdiri dari beberapa bagian yaitu :
1. Exhaust Frame Assembly.
2. Exhaust Diffuser Assembly.
Exhaust gas keluar dari turbin gas melalui exhaust diffuser pada exhaust frame assembly, lalu mengalir ke exhaust plennum dan kemudian didifusikan dan dibuang ke atmosfir melalui exhaust stack, sebelum dibuang ke atmosfir gas panas sisa tersebut diukur dengan exhaust thermocouple dimana hasil pengukuran ini digunakan juga untuk data pengontrolan temperatur dan proteksi temperatur trip. Pada ex haust area terdapat 18 buah termokopel yaitu, 12 buah untuk temperatur kontrol dan 6 buah untuk temperatur trip.
Exhaust drawing
B. Komponen Penunjang
Ada beberapa komponen penunjang yaitu :
• Starting Equipment
Ber fungsi untuk melakukan start up sebelum turbin bekerja.
Jenis-jenis starting equipment yan g digunakan di unit-unit turbin gas pada umumnya adalah :
1. Diesel Engine, (PG –9001A/B)
2. Induction Motor, (PG-9001C/H dan KGT 4X01, 4X02 dan 4X03)
3. Gas Expansion Turbine (Starting Turbine)
•Coupling dan Accessory Gear
Ber fungsi untuk memindahkan daya dan putaran dari poros yang ber gerak ke poros
yang akan digerakkan. Ada tiga jenis coupling yang digunakan, yaitu:
1. Jaw Cluth, menghubungkan starting turbine dengan accessory gear dan HP turbin rotor.
2. Accessory Gear Coupling, menghubungkan accessory gear den gan HP turbin rotor.
3. Load Coupling, menghubungkan LP turbin rotor dengan kompressor b eban.
•Fuel System
Bahan bakar yang digunakan berasal dari fuel gas system dengan tekanan sekitar 152 kg/cm. Fuel gas yang digunakan sebagai bahan bakar harus bebas dari cairan kondensat dan partikel-partikel padat. Untuk mendapatkan kondisi tersebut diatas maka sistem ini dilengkapi dengan knock out drum yang ber fungsi untuk memisahkan cairan-cairan yang
masih terdapat pada fuel gas.
•Lube Oil System
Lube oil system berfungsi untuk melakukan pelumasan secara kontinu pada setiap komponen sistem turbin gas. Lube oil disirkulasikan pada bagian -bagian utama turbin gas dan trush bearin g juga untuk accessory gear dan yang lainn ya. Lube oil system terdiri dari:
1. Oil Tank (Lube Oil Reservoir)
2. Oil Quantity
3. Pompa
4. Filter System
5. Valving System
6. Piping System
7. Instrumen untuk oil
Pada turbin gas terdapat tiga buah pompa yang digunakan untuk mensuplai lube oil
guna k eperlu an lubrikasi, yaitu:
1. Main Lube Oil Pump, merupakan pompa utama yang digerakkan oleh HP shaft pada gear box yang mengatur tekanan dischar ge lube oil.
2. Auxilary Lube Oil Pump, merupakan pompa lube oil yang digerakkan oleh tenaga listrik, beroperasi ap abila tekanan dari main pump turun.
3. Emergency Lube Oil Pump, merupakan pompa yang beroperasi jika kedua pompa diatas tidak mampu menyediakan lube oil.
• Cooling System
Sistem pendingin yang digunakan pada turbin gas adalah air d an udara. Udara dipakai untuk mendinginkan berb agai komponen pada section dan bearing. Komponen- komponen utama dari cooling system adalah:
1. Off base Water Cooling Unit
2. Lube Oil Cooler
3. Main Cooling Water Pump
4. Temperatur Regulation Valve
5. Auxilary Water Pump
6. Low Cooling Water Pressure Swich
Source:
• General Electric Company, Schenectady, NY. USA, Gas Turbine Manual Book, 1987.
• http://www.gepower.com
1. Sejarah Turbin
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). Turbin gas merupakan salah satu komponen dari suatu sistem turbin gas. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin gas. Menurut Dr. J. T. Retaliatta, sistim turbin gas ternyata sudah diken al pada jaman “Hero of Alexanderia”. Disain pertama turbin gas dibuat oleh John Barber seorang Inggris pada tahun 1791. Sistem tersebut bekerja dengan gas hasil pembakaran batu bara, kayu atau minyak, kompresorn ya digerakkan oleh turbin dengan perantaraan r antai roda gigi. Pada tahun 1872, Dr. F. Stolze merancang sistem turbin gas yang menggunakan kompresor aksial bertingkat ganda yang digerakkan langsung oleh turbin reaksi tingkat ganda. Tahun 1908, sesuai dengan konsepsi H. Holzworth, dibuat suatu sistem turbin gas yang mencoba menggunakan proses pembakaran pada volume konstan. Tetapi usah a tersebut dihentikan karena terbentur pada masalah konstruksi ruan g bakar dan tekanan gas pembakaran yang berubah sesuai beban. Tahun 1904, “Societe des Turbomoteurs” di Paris membuat suatu sistem turbin gas yang instruksinya berdasarkan disain Armen gaud dan Lemate yang menggunakan bahan bakar cair. Temperatur gas pembakaran yang masuk sekitar 450 C dengan tekanan 45 atm dan kompresornya langsung digerakkan oleh turbin. Selanjutnya, perkemban gan sistem turbin gas berjalan lambat hingga pada tahun 1935 sistem turbin gas mengalami perkembangan yang pesat dimana diperoleh efisiensi sebesar lebih kurang 15 %. Pesawat pancar gas yang pertama diselesaikan oleh “British
Thomson Houston Co” pada tahun 1937 sesuai dengan konsepsi Frank Whittle (tahun 1930). Saat ini sistem turbin gas telah banyak diterapkan untuk berbagai keperluan seperti mesin penggerak generator listrik, mesin industri, pesawat terbang dan lainnya. Sistem turbin gas dapat dipasang dengan cepat dan biaya investasi yang relatif rendah jika dibandingkan dengan instalasi turbin uap dan motor diesel untuk pusat tenaga listrik.
Gambar turbine GE MS5000 biasa disebut Frame 5 (banyak dipakai di power plant)
2. Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas
Udara masuk kedalam k ompresor melalui saluran masuk udara (inlet). Kompresor ini berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, akibatnya temperatur udara juga meningkat. Kemudian udara yang telah dikompresi ini masuk kedalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar disemprotkan bahan bakar sehingga bercampur dengan udara tadi dan menyebabkan proses pembakaran. Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar han ya untuk menaikkan temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust). 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.
Flow line udara dari inlet sampai exhaust.
Another scheme process diagram
Simple drawing of Gas Turbine Component
Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi kerugian-kerugian yang dapat menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan berakibat pada menurunnya performansi turbin gas itu sendiri. Kerugian-kerugian tersebut dapat terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas. Sebab-sebab terjadinya kerugian antara lain:
• Adanya gesekan fluida yang menyebabk an terjadinya kerugian tekanan (pressure losses) di ruang bakar.
• Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan terjadin ya gesekan antara bantalan turbin dengan angin.
• Adanya mechanical loss, dsb.
Untuk memperkecil kerugian ini hal yang dapat kita lakukan antara lain den gan
perawatan (maintanance) yang teratur atau dengan memodifikasi peralatan yang ada.
3. Klasifikasi Turbin Gas
Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi poros dan lainnya.
Menurut siklusnya turbin gas terdiri dari:
• Turbin gas siklus tertutup (Close cycle)
• Turbin gas siklus terbuka (Open cycle)
Perbedaan dari kedua tipe ini adalah berdasarkan siklus fluida kerja. Pada turbin gas
siklus terbuka, akhir ekspansi fluida kerjanya langsung dibuang ke udara atmosfir,
sedangkan untuk siklus tertutup akhir ekspansi fluida kerjanya didinginkan untuk kembali ke
dalam proses awal.
Dalam industri turbin gas umumnya diklasifikasikan dalam dua jenis berdasar jumlah turbine spool-nya yaitu :
1. Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)
Turbin jenis ini digunak an untuk menggerakkan generator listrik yang menghasilkan
energi listrik untuk keperluan proses di industri.
[/img]
GE MS9000F dengan output 400MW banyak dipakai di Land Base Power Plant
2. Turbin Gas Poros Ganda (Double Shaft)
Turbin jenis ini merupakan turbin gas yang terdiri dari turbin bertekanan tinggi dan
turbin bertekanan rendah, dimana turbin gas ini digunakan untuk menggerakkan beban yang
berubah seperti kompresor pada unit proses.
Cross sectional drawing dari GE LM2500 (jenis aeroderivative) sebagai prime mover gas compressor
4. Komponen Turbin Gas
Komponen turbin gas terdiri dari :
A. Komponen Utama
• Air Inlet Section
Ber fungsi untuk menyaring kotoran dan debu yang terbawa dalam udara sebelum masuk
ke kompresor. Bagian ini terdiri dari:
1. Air Inlet Housing, merupakan tempat udara masuk dimana didalamnya terdapat
peralatan pembersih udara.
2. Inertia Separator, berfungsi untuk membersihkan debu-debu atau partikel yang terbawa bersama udara masuk.
3. Pre-Filter, merupakan penyaringan udara awal yang dipasang pada inlet house.
4. Main Filter, merupakan penyaring utama yang terdapat pada bagian dalam inlet house, udara yang telah melewati penyaring ini masuk ke dalam kompresor aksial.
5. Inlet Bellmouth, berfungsi untuk membagi udara agar merata pada saat memasuki ruang kompresor.
6. Inlet Guide Vane, merupakan blade yang berfungsi sebagai pengatur jumlah udara yang masuk agar sesuai dengan yang diperlukan.
• Compressor Section
Komponen utama pada bagian ini adalah aksial flow compressor, berfungsi untuk mengkompresikan udara yang berasal dari inlet air section hingga bertekanan tinggi sehingga pada saat terjadi pembakaran dapat menghasilkan gas panas berkecepatan tinggi yang dapat menimbulkan daya output turbin yang besar. Aksial flow compressor terdiri dari dua bagian yaitu:
1. Compressor Rotor Assembly
Merupakan bagian dari kompresor aksial yang berputar pada porosnya. Rotor ini memiliki 17 tingkat sudu yang mengompr esikan aliran udara secara aksial dari 1 atm menjadi 17 kalinya sehingga diperoleh udara yang bertekanan tinggi. Bagian ini tersusun dari wheels, stubshaft, tie bolt dan sudu-sudu yang disusun kosentris di sekeliling sumbu rotor.
Gambar rotor MS5001
2. Compressor Stator
Merupakan bagian dari casing gas turbin yang terdiri dari:
a.Inlet C asing,merupakan bagian dari casing yang mengarahkan udara masuk ke inlet bellmouth dan selanjutnya masuk ke inlet guide vane.
b. Forward Compressor Casing, bagian casing yang didalamnya terdapat empat stage kompresor blade.
c. Aft Casing, bagian casing yang did alamnya terdapat compressor blade tingkat 5-10.
d. Discharge Casing , merupakan bagian casing yan g berfungsi sebagai tempat keluarnya udara yang telah dikompresi. Pada bagian ini terdapat compressor blade tingkat 11 sampai 17.
Penampang melintang stator casing.
• Combustion Section
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 transition pieces yang juga berfun gsi sebagai nozzle. Fungsi dari keseluruhan sistem adalah
untuk mensuplai energi panas ke siklus turbin. Sistem pembakaran ini terdiri dari komponen-komponen berikut yang jumlahnya
bervariasi ter gantung besar frame dan pen ggunaan turbin gas. Komponen-komponen itu adalah :
1. Combustion Chamber, berfungsi sebagai tempat terjadinya pencampuran antara udara yang telah dikompresi dengan bahan bakar yang masuk.
2. Combustion Liners, terdapat didalam combustion chamber yang berfungsi sebagai tempat berlangsun gn ya pembakaran.
Fuel Nozzle, berfungsi sebagai tempat masukn ya bahan bakar ke dalam combustion liner.
3. Ignitors (Spark Plug), berfungsi untuk memercikkan bunga api ke dalam combustion chamber sehingga campuran bahan bakar dan udara dapat terbakar.
4. Transition Fieces, berfungsi untuk mengarahkan dan membentuk aliran gas panas agar sesu ai den gan ukuran nozzle dan sudu-sudu turbin gas.
5. Cross Fire Tubes berfungsi untuk meratakan nyala api pada semua combustion chamber.
6. Flame Detector, merupakan alat yang dipasang untuk mendeteksi proses pembakar an terjadi.
Combustion chamber yang ada disusun kosentris mengelilingi aksial flow
compressor dan disambungkan dengan keluaran kompresor udara dari aksial flow
compressor yang dialirkan langsung ke masing-masing chambers. Zona pembakaran pad a
combustion chamber ada tiga yaitu:
1. Primary Zone, merupakan tempat dimana bahan bakar berdifusi dengan udara kompresor untuk membentuk campuran udara bahan bakar yang siap dibakar.
2. Secondary Zone, adalah zona penyempurnaan pembakaran sebagai kelanjutan pembakaran pada primary zone.
3. Dilution Zone, merupakan zona untuk mereduksi temperatur gas hasil pembakaran pada keadaan yang diinginkan pada saat masuk ke first stage nozzles.
Combustion liners didesain dengan satu seri lubang dan louvers yang ditempatkan didalam chambers. Digunakan untuk mencampurkan bahan udara dari kompresor dan bahan bakar dari nozel yang membakar campuran ini. Fuel nozzle terdapat pada ujung combustion chamber dan masuk ke combustion liners. Fungsi dari fuel nozzle ini adalah untuk mengabutkan bahan bakar dan mengarahkann ya ke reaction zone pada ruang bakar. Transition piece terdapat antara combustion liners dan first stage nozzle. Alat ini digunakan untuk mengarahkan ud ara panas yang dihasilkan pada combustion section ke first
stage nozzle. Spark plugs terdapat pada bagian samping combustion chamber dan masuk ke combustion liners. Spark plugs berfungsi untuk menyulut campuran bahan bakar dan udara pada saat turbin gas star up. Pembakaran akan terus terjadi selama suplai bahan bakar dan udara terus berlan gsung. Spark plugs terp asang pada sebuah pegas setelah proses
pembakaran terjadi, tekanan yang dihasilkan meningkat dan ak an memaksa plugs naik menuju casing dan mengeluarkan gas panas. Cross fire tube berfungsi untuk menghubungkan semua combustion chamber. Tabung ini digunakan untuk pengirimkan pengapian dari satu combustion liners ke yang berikutnya selama start up.
Penampang dari combustion chamber
• Turbin Section
Turbin section merupakan tempat terjadin ya konversi energi kinetik menjadi energi mekanik yang digunakan sebagai penggerak kompresor aksial dan perlengkapan lainn ya. Dari daya total yang dihasilkan kira-kira 60 % digunakan untuk memutar kompresornya sendiri, dan sisanya digunakan untuk kerja yang dibutuhkan. Komponen-komponen pada turbin section adalah sebagai berikut :
1. Turbin Rotor Case
2. First Stage Nozzle, yang berfungsi untuk mengarahkan gas panas ke first stage turbine wheel.
3. First Stage Turbine Wheel, berfungsi untuk mengkonversikan energi kinetik dari aliran udara yang berkecepatan tinggi menjadi energi mekanik berupa putaran rotor.
4. Second Stage Nozzle dan Diafragma, berfungsi untuk mengatur aliran gas panas ke second stage turbine wheel, sedangkan diafragma berfungsi untuk memisahkan kedua turbin wheel.
5. Second Stage Turbine , berfungsi untuk memanfaatkan energi kinetik yang masih cukup besar dari first stage turbine untuk menghasilkan kecepatan putar rotor yang lebih besar.
•Exhaust Section
Exhaust section adalah bagian akhir turbin gas yang berfungsi sebagai saluran pembuangan gas panas sisa yang keluar dari turbin gas. Exhaust section terdiri dari beberapa bagian yaitu :
1. Exhaust Frame Assembly.
2. Exhaust Diffuser Assembly.
Exhaust gas keluar dari turbin gas melalui exhaust diffuser pada exhaust frame assembly, lalu mengalir ke exhaust plennum dan kemudian didifusikan dan dibuang ke atmosfir melalui exhaust stack, sebelum dibuang ke atmosfir gas panas sisa tersebut diukur dengan exhaust thermocouple dimana hasil pengukuran ini digunakan juga untuk data pengontrolan temperatur dan proteksi temperatur trip. Pada ex haust area terdapat 18 buah termokopel yaitu, 12 buah untuk temperatur kontrol dan 6 buah untuk temperatur trip.
Exhaust drawing
B. Komponen Penunjang
Ada beberapa komponen penunjang yaitu :
• Starting Equipment
Ber fungsi untuk melakukan start up sebelum turbin bekerja.
Jenis-jenis starting equipment yan g digunakan di unit-unit turbin gas pada umumnya adalah :
1. Diesel Engine, (PG –9001A/B)
2. Induction Motor, (PG-9001C/H dan KGT 4X01, 4X02 dan 4X03)
3. Gas Expansion Turbine (Starting Turbine)
•Coupling dan Accessory Gear
Ber fungsi untuk memindahkan daya dan putaran dari poros yang ber gerak ke poros
yang akan digerakkan. Ada tiga jenis coupling yang digunakan, yaitu:
1. Jaw Cluth, menghubungkan starting turbine dengan accessory gear dan HP turbin rotor.
2. Accessory Gear Coupling, menghubungkan accessory gear den gan HP turbin rotor.
3. Load Coupling, menghubungkan LP turbin rotor dengan kompressor b eban.
•Fuel System
Bahan bakar yang digunakan berasal dari fuel gas system dengan tekanan sekitar 152 kg/cm. Fuel gas yang digunakan sebagai bahan bakar harus bebas dari cairan kondensat dan partikel-partikel padat. Untuk mendapatkan kondisi tersebut diatas maka sistem ini dilengkapi dengan knock out drum yang ber fungsi untuk memisahkan cairan-cairan yang
masih terdapat pada fuel gas.
•Lube Oil System
Lube oil system berfungsi untuk melakukan pelumasan secara kontinu pada setiap komponen sistem turbin gas. Lube oil disirkulasikan pada bagian -bagian utama turbin gas dan trush bearin g juga untuk accessory gear dan yang lainn ya. Lube oil system terdiri dari:
1. Oil Tank (Lube Oil Reservoir)
2. Oil Quantity
3. Pompa
4. Filter System
5. Valving System
6. Piping System
7. Instrumen untuk oil
Pada turbin gas terdapat tiga buah pompa yang digunakan untuk mensuplai lube oil
guna k eperlu an lubrikasi, yaitu:
1. Main Lube Oil Pump, merupakan pompa utama yang digerakkan oleh HP shaft pada gear box yang mengatur tekanan dischar ge lube oil.
2. Auxilary Lube Oil Pump, merupakan pompa lube oil yang digerakkan oleh tenaga listrik, beroperasi ap abila tekanan dari main pump turun.
3. Emergency Lube Oil Pump, merupakan pompa yang beroperasi jika kedua pompa diatas tidak mampu menyediakan lube oil.
• Cooling System
Sistem pendingin yang digunakan pada turbin gas adalah air d an udara. Udara dipakai untuk mendinginkan berb agai komponen pada section dan bearing. Komponen- komponen utama dari cooling system adalah:
1. Off base Water Cooling Unit
2. Lube Oil Cooler
3. Main Cooling Water Pump
4. Temperatur Regulation Valve
5. Auxilary Water Pump
6. Low Cooling Water Pressure Swich
Source:
• General Electric Company, Schenectady, NY. USA, Gas Turbine Manual Book, 1987.
• http://www.gepower.com
Tidak ada komentar:
Posting Komentar