Tinjauan Teknis HRSG

Dear all, referensi HRSG yang butuh..dengan referensi yang didapat dari site OM, Pebangkitan, Modul kuliah, Internet dan juga manufacture.

Salam

Ennol E

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Teori Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (Combyne Cycle)

Proses combine cycle PLTGU (pembangkit listrik tenaga gas dan uap) pada dasarnya adalah gabungan antara PLTU (pembangkit listrik tenaga uap) dan PLTG (pembangkit listrik tenaga gas),  Perbedaan system PLTGU diatas  jika pada PLTU bagian penghasil steam dinamakan boiler pada PLTGU dinamakan HRSG (heat recovery steam generator). Cara kerja dari boiler dan HRSG pun berbeda yaitu pada penghasil panasnya, pada boiler digunakan burner yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar (bisa berupa minyak, batu bara, gas alam, dll) sedangkan pada HRSG memanfaatkan sisa panas dari gas buang turbin gas. Karena dirasa masih cukup panas untuk menguapkan air yaitu sekitar 500⁰ C,. Combined cycle tersebut juga dapat menaikkan efisiensi 60-90 %, jika pada PLTG efisiensi hanya berkisar pada 30 %, dan juga pada PLTU  hanya 30-35 % sehingga combined cycle dinilai dapat menaikkan efisiensi.(Materi kuliah Permesinan Perkapalan II, 2008)

 

Gambar. II.1 efisiensi pada cogeneration

 

 

Gambar. II.2 sistem heat recovery pada gas buang GT PLTGU

2.2 Gas Turbin

         Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas dimulai ketika Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet). Kompresor ini berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, akibatnya temperature 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 hanya 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) siklus selesai.

2.2.1 Laju aliran energi panas gas buang yang diberikan kepada HRSG (Q)

         Gas buang adalah gas yang berasal dari proses pembakaran yang suhunya relatif tinggi terhadap suhu atmosfer. Dalam proses pembakaran tersebut bahan bakar dibakar dengan udara yang akan menghasilkan produk pembakaran yang berupa gas buang yang mengandung berbagai senyawa gas antara lain, H2O, CO2 dan N2 ditambah dengan O2, jika pemberian udara dilakukan secara berlebihan. Besarnya energi panas yang terkandung dalam gas buang yang diberikan kepada HRSG (QHRSG) tersebut dapat diketahui dengan persamaan berikut ini :

Laju aliran panas gas buang yang diberikan kepada HRSG

 

 

Gambar II.3 desain HRSG

Besarnya energi panas yang terkandung dalam gas buang yang diberikan kepada HRSG (QHRSG) dapat diketahui dengan persamaan berikut ini :

(2-1)

QHRSG = mgb Cpgb (Tgb-Tl)

Dengan :

Tgb       =          temperatur gas buang (0 K)                             

Ts         =          temperatur stack (0 K)                        

mgb      =          laju aliran gas buang (kg/dt)                            

Cpgb                =          panas spesifik gas buang (kJ/kg.K)                             

Untuk dapat mengetahui laju aliran gas buang dapat didekati dengan rumus berikut :

(2-2)

Laju aliran massa udara (mo) yang diperlukan dapat diketahui dengan persamaan :                                                           

mo    =  AFR x mf

Dengan :                                                                     

AFR     =          Perbandingan udara dan bahan bakar             

mf        =          massa bahan bakar (kg/dt)                              

Laju aliran massa gas buang dapat diketahui dengan menggunakan persamaan :                                                        

(2-3)

mgb  =  Σ(mf  + mo)

kan tetapi karena pada PLTG  telah diketahui besarnya laju aliran gas buang maka dalam perhitungan langsung dimasukkan data yang ada pada lapangan. Jadi data yang langsung dapat dimasukkan dalam perhitungan adalah temperatur gas buang dan juga laju aliran gas buang Gas Turbin. Sedangkan data temperatur stack diketahui dari literatur pada HRSG  yaitu pada stack suhu yang dibolehkan keluar tidak boleh kurang dari 150⁰ C karena jika kurang dari suhu tersebut maka akan terjadi SOx yang akan mencemari udara. Untuk mencari besarnya panas spesifik gas buang didekati dengan rumus :

(2-4)

 

 

Dimana :

                   =  Besaran yang diambil dari diagram II

R_u                 =  0,267 KJ/kg. ⁰K

T_gb                  =   Suhu gas buang Gas Turbin        

2.3 Heat Recovery Steam Generator

         Gas buang dari turbin gas yang masih bertemperatur tinggi (dengan temperatur diatas 500°C) dialirkan melalui  Heat Recovery Steam Generator (HRSG). Di dalam HRSG gas buang dari turbin gas digunakan untuk memanaskan air yang dialirkan pada pipa-pipa khusus untuk menghasilkan uap bertekanan tinggi dan uap bertekanan rendah. Proses pemanasan air di HRSG ini tidak menggunakan bahan bakar tambahan, jadi semata-mata menggunakan gas buang dari turbin gas. Prinsip kerja dari pembangkit uap berdasarkan atas siklus Rankine. Prosesnya air yang dihasilkan dari kondensor dinaikkan tekanannya kemudian dinaikkan suhunya sampai berubah fasanya menjadi uap kering yang bertekanan dan bertemperatur tinggi kemudian diekspansi untuk menghasilkan kerja pada steam turbin yang nantinya steam turbin tersebut dikopel dengan generator dan outputnya adalah energy listrik.

Perencanaan Heat balance HRSG

Untuk skema proses heat balance pada HRSG yang direncanakan adalah :

 

         HRSG pada perencanaan ini mempunyai fungsi yang sama seperti boiler, tetapi hanya berbeda dalam proses penghasil panasnya yaitu berasal dari panas gas buang Pada HRSG juga terdapat urutan perubahan air menjadi uap seperti pada tabel berikut ini sebagai data literatur yang didapat dari  boiler...

 

 

         Dari data diatas maka dapt dihiutng besarnya Q masing-masing sistem yang direncanakan yaitu Qeconomiser, Qevaporator, Qsuperheater 1 dan juga Qsuperheater 2 untuk mengoptimalisasikan besarnya HRSG yang sesuai dengan besarnya Q yang dihasilkan oleh gas buang Gas Turbin. Untuk perhitungan Q tersebut dapat didekati dengan persamaan berikut :

2.3.1 Ekonomiser

         Gas buang setelah meninggalkan supeheater konveksi ataupun pemanas lanjut ulang, temperaturnya masih cukup tinggi sehingga akan merupakan kerugian panas yang besar bila gas asap tersebut langsung dibuang lewat cerobong. Gas buang yang masih panas ini dapat dimanfaatkan kedalam drum ketel, sehingga air telah dalam keadaan panas, sekitar 30⁰ C sampai 50⁰ C dibawah temperatur mendidihnya.

         Air yang telah dalam keadaan panas pada saat masuk kedalam drum ketel membawa keuntungan karena telah dalam keadaan panas masuk kedalam drum ketel tersebut, untuk menguapkannya didalam tungku hanya sedikit saja dibutuhkan panas, sehingga luas bidang yang dipanaskan atau heating surface dari penguap atau evaporator menjadi lebih sedikit, akibatnya ukuran-ukuran tungku menjadi lebih kecil oleh karena itu harga tungku menjadi lebih murah. Sehingga dengan demikan untuk menguapkan air didalam tungku hanya dibutuhkan sedikit panas sehingga lebih ekonomis.

         Jika dilihat dari bentuknya, ada ekonomiser yang berbentuk ular yang disebut ekonomiser ular atau serpent economiser. Ada pula pipa-pipa ekonomiser yang yang diberi berusuk-rusuk dengan maksud untuk memperlus bidang persinggungan antara gas asap dengan dinding dengan dinding pipa yang telah diperluas oleh rusuk-rusuk. Ada pula untuk memperluas bidang singgung dengan gas buang dengan mengelaskan potongan-potongan pelat baja pada pipa-pipa sehingga pipa-pipa tersebut bersayap, yang disebut Fin stud economiser.

         Ekonomiser ular terbuat dari pipa-pipa baja, yang ditekuk-tekuk dan menyerupai ular. Karena bidang persinggungan gas buang tidak diperluas, maka memerlukan pipa-pipa yang panjang, namun pembuatannya mudah. Pada ekonomiser berusuk dan ekonomiser bersayap, maka luas bidang persinggungan diperluas dengan rusuk-rusuk  atau sayap-sayap, sehingga untuk kapasitas yang sama, panjang pipa-pipanya dapat lebih pendek dibandingkan dengan ekonomiser ular.

 

Gambar II.4 Ekonomiser ular

 

 

Gambar II.5 Ekonomiser bersayap dan bersirip

(2-5)

Qeco    =          m(h₂-h₁)

Dimana :

m =  laju massa air konstan

h₂ =  entalpi dari proses 2 pada skema HRSG yang direncanakan

h₁ =  entalpi dari proses 1 pada skema HRSG yang direncanakan

         Besarnya entalpi pada sistem ekonomiser dapat diketahui dan dihitung dari tabel yang didapat dari tabel cair kompresi (Cengel, thermodynamic) karena pada sistem ekonomiser terjadi fase cair kompresi, sedangkan untuk besarnya laju massa air konstan divariasikan untuk mendapatkan besarnya Q_total HRSG desain yang sesuai dengan Q_HRSG yang diberikan oleh gas buang Gas Turbin.

2.3.2 Evaporator

         Pada evaporator air yang telah dipanasi melalui ekonomiser dan dipanasi tersebut telah berganti fase menjadi uap jenuh, untuk mengetahui Q yang dibutuhkan oleh evaporator didekati dengan rumus yang sama seperti mancari Q pada ekonomiser tetapi karena berbeda fasenya maka entalpi dari sistem ini dicari dari tabel temperatur (Cengel, thermodynamic). Rumusnya sebagai berikut :

	(2-5)

 

Qevap  =          m(h3-h2)

Dimana :

m =  laju massa air konstan

h₃ =  entalpi dari proses 3 pada skema HRSG yang direncanakan

h₂ =  entalpi dari proses 2  pada skema HRSG yang direncanakan

2.3.3 Superheater 1

         Pemanas lanjut uap atau suprheater ialah alat untuk memanaskan uap kenyang menjadi uap yang dipanaskan lanjut.

         Uap yang dipanaskan lanjut bila digunakan untuk melakukan kerja dengan jalan ekspansi di dalam turbin atau mesin uap tidak akan (segera) mengembun, sehingga mengurangi kemungkinan timbulnya bahaya yang disebabkan terjadinya pukulan balik atau Back Stroke yang diakibatkan mengembunnya uap belum pada waktunya sehingga menimbulkan vakum di tempat yang tidak semestinya di daerah ekspansi.

         Kemungkinan terjadinya pukulan balik atau Back Stroke ditempat yang belum semestinya tersebut labih mudah terjadi bila yang digunakan ialah uap kenyang sebagai penggerak mesin uap ataupun trubin uap.

         Ada beberapa macam pemanas lanjut yang kita kenal :

Dilihat dari lokasi penempatannya dibagi menjadi

1.      Superheater konveksi

a.       Superheater konveksi arus searah

b.      Superheater konveksi arus berlawanan

c.       Superheater konveksi arus kombinasi

2.      Superheater pancaran atau Radiant Superheater

3.      Superheater Kombinasi atau Superheater + superheater pancaran

2.3.3.1 Superheater konveksi

         Superheater konveksi menerima panas secara konveksi dari api atau gas asap.

         Jumlah gas asap yang lewat tergantung dari jumlah bahan bakar yang dibakar. Makin banyak jumlah gas asap yang terbentuk dan melewati superheater konveksi tersebut, dan sebaliknya, makin berkurang bahan bakar yang dibakar makin berkurang pula jumlah gas asap yang terbentuk.

2.3.3.2 Superheater pancaran

         Superheater pancaran menerima panas dari api secara pancaran. Namun demikian, karena penempatan superheater pancaran di daerah pancaran, temperatur api yang paling tinggi didalam ketel, maka memungkinkan temperatur uap (t_u) yang dihasilkan dapat mencapai harga yang tinggi.

Superheater konveksi	Superheater Pancaran
(+) Dapat mengikuti beban	(-) tidak dapat mengikuti Beban atau menurun
(-) Temperatur uap rendah	(+) Temperatur uap tinggi

2.3.3.3 Superheater kombinasi

         Superheater kombinasi merupakan kombinasi antara superheater konveksi dan superheater pancaran.

         Karena superheater kombinasi merupakan antara superheater konveksi dan superheater pancaran, maka karakteristik atau sifat-sifat yang kurang baik dari dari superheater konveksi dan superheater pancaran dapat dieliminasi, sehingga yang tersisa adalah karakteristik yang baik dari kedua superheater tersebut.

Kelebihan :

·  Dapat mengikuti beban

·  Temperatur uap dapat tinggi

Kekurangan

·  Harganya mahal.

(2-6)

Rumus :

Qsh1    =          m(h6-h5)

Dimana :

m =  laju massa air konstan

h₆ =  entalpi dari proses 6 pada skema HRSG yang direncanakan

h₅ =  entalpi dari proses 5  pada skema HRSG yang direncanakan

Superheater 2

         Proses pada superheater 2 sama yaitu menggunakan table temperature untuk menentukan entalpi.

(2-7)

Rumus :

Qsh2    =          m(h7-h6)

Dimana :

m =  laju massa air konstan

h₆ =  entalpi dari proses 6 pada skema HRSG yang direncanakan

h₅ =  entalpi dari proses 5  pada skema HRSG yang direncanakan

2.3.4 Design HRSG

         Dalam mendesain HRSG terdapat banyak sekali faktor-faktor yang dibutuhkan, semua faktor-faktor tersebut harus lengkap dan sesuai dengan kondisi Gas turbin dan lingkungan, untuk desain HRSG yang biasanya dilakukan oleh perusahaan pembuat boiler ata ...banyak sekali pertimbangan yang harus dilakukan untuk mendesain suatu HRSG adapun untuk minimum permintaan yang harus disediakan oleh pihak pemesan kepada pihak kontraktor untuk desain awal HRSG adalah :

·  Heat & mass balance

·  GT exhaust data

·  Requested steam output

·  Boiler water quality & requested steam quality

·  Scope of supply

·  Code & standard

·  Specification related with site condition : wind velocity, seismic data, ambient temperature, humidity, elevation, acces for transportation, ect

·  Project execution schedule

·  Proposal submittal date

·  Other specific requairement

         Setelah data-data diatas sudah diterima oleh pihak ...  maka selanjutnya adalah prosedur untuk birikrasi mengenai masalah kontrak. Pada pihak pembuat boiler seperti ... dalam mendesain HRSG mempunyai software tersendiri yaitu HRSGSIM, inputan yang telah diserahkan kepada pihak .. akan diproses untuk melakukan perhitungan awal desain HRSG. Dari software tersebut dapat diketahui perhitungan tahap awal yang berisi mengenai masing-masing heat exchanger mengenai pressure, flow & termperatur.contohnya adalah sebagai berikut :

 

Gambar II.6 HRSGSIM

Kemudian untuk tampilan software HRSGSIM untuk data inputan adalah sebagai berikut :

 

Gambar II.7 Physical input

 

 

Gambar II.8 Input diagram

 

Gambar II.9 Thermal input

         Gambar diatas adalah proses pengolahan data pada software HRSGSIM ..., setelah selesai maka untuk desain tubing selesai tinggal menerjemahkan data-data yang telah diolah menjadi gambar 3 dimensi untuk tiap-tiap heat exchanger pada HRSG. Setelah itu masih dengan menggunakan softwarre tersebut mendesain bagian drum pada HRSG.Adapun secara garis besar untuk basic design output flow adalah sebagai berikut :

 

Gambar II.10 Basic desain output flow

         Dalam desain selanjutnya ada proses piping estimate yaitu mengenai tube yang akan digunakan pada HRSG tersebut. Rinciannya adalah sebagai berikut :

·  Created from HRSGSIM files

·  Check all necessary pipe line have been included in piping list

·  Check pipe size, thickness refer to standar design

·  Check material selection refer to standard design

·  Check pipe estimate length refer to GA grawing & customer requirement

·  Check type installation : module or field

·  Create piping summary

·  Check availability selected piping

         Selain pipa yang digunakan juga ada bagian inlet duct input yang akan didesain.

·  Inlet duct dimension (interface with customer)

·  HRSG gas path

·  Inlet duct angle

·  Duct burner location

·  Flow corrective device location

·  Wind & seismic location

·  Column spacing

·  Liner, insulation & casing

         Adapun desain dari inlet duct adalah sebagai berikut,

 

 

 

Gambar II.11 inlet duct desain

         Selain perhitungan diatas ada juga dokumen desain  yang lain yang harus diperhatikan, antara lain :

·  Stack sizing & bill of material

·  Non pressure bill material

·  Platform, stair & ladder

·  Noise calculation

·  Module shipping summary

·  General arrangement  drawing

·  Piping & instrumentation diagram

·  Equipment datasheet (duct burner, CO & SCR Catalist, diverter damper, stack damper, deaerator.)

·  Valve lst & instrument list

        Bagian-bagian dalam HRSG yang dirancang pun bukan hanya dari sisi tubing tetapi semua perlengkapan yang dipakai dalam HRSG, bagian-bagian tersebut akan dijelaskan tidak mendetail, hanya bagian-bagian yang penting untuk mendasari desain HRSG dalam Tugas Akhir ini. Didalam HRSG ada pengelompokan tubing yang biasanya disebut “harp”, di ... 1 Harp berisi antara 42-44 baris tubing yang kemudian diikat dan diberi peredam dan penguat. Pada setiap Harp-nya terdapat baffle yang digunakan untuk menyearahkan arah gas buang yang setelah melewati harp pertama akan menjadikan arahnya tidak teratur, sehingga perlu dipasang baffle. Untuk gambar detailnya adalah sebagai berikut .

 

  

 

Gambar II.12 Harp

 

 

Gambar II.13 Kontruksi HRSG

 

Gambar II.14 Header HRSG

         Di HRSG terdapat bagian atau unit yang dinamakan header, header berfungsi sebagai manifold atau pengumpul uap-uap yang telah terbentuk pada tubing. Uap yang telah terbentuk pada tubing tersebut akan naik keatas dengan sendirinya, karena banyaknya tubing maka uap tersebut ditampung pada header lug, setelah terkumpul maka akan terdorong masuk ke riser dan akhirnya masuk ke steam drum.

 

Gambar II.15 Header HRSG

         Diatas adalah suatu langkah-langkah untuk mendesain suatu HRSG dengan menggunakan banyak sekali perhitungan dan pertimbangan-pertimbangan yang lain baik berupa pertimbangan ekonomis maupun pertimbangan ekonomis, akan tetapi dalam tugas akhir ini aka nada anyak sekali batasan-batasan yang akan digunakan untuk mendesain HRSG, pembatasan ini dikarenakan waktu yang digunakan untuk mengerjakan sangat terbatas kemudian kurangnya literature dan tidak adanya pengalaman dalam desain HRSG tersebut sehingga penulis hanya mendesain HRSG hanya dari perpindahan panas yang terjadi pada HRSG kemudian menentukan ukuran HRSG setelah itu baru mendesain banyaknya tube yang ada pada HRSG tersebut. Adapun langkah-langkahnya akan dijelaskan lebih detail pada pembahasan berikut ini.

2.3.4.1 Perancanaan pipa pada elemen-elemen HRSG    

        Jenis aliran dalam HRSG direncanakan menggunakan aliran silang, pemilihan aliran silang ini adalah berdasarakan pada desain HRSG PT ... yaitu menggunakan aliran silang.                                                                                                      

 

Gambar II.16 Aliran silang

·  penentuan jenis dan dimensi pipa                                              

pada perhitungan berikut akan direncanakan jenis pipa dan dimensi pipa yang di butuhkan : Bahan Carbon Steel SA 178 A Direncanakan digunakan tube dengan diameter yaitu 2 inchi dari sumber referensi (www.hrsgdesign.com) dapat diketahui ketebalan pipa minimal dalam  HRSG yaitu Using ASME, Section 1, PG 27.2.1                                                                                        

(2-8)

t = (P * D) / (2 * S1 + P) + 0.005 * D + e

dimana :

t     = Minimum required thickness, in                                    

P   = Maximum allowable working pressure, psia                   

D   = Outside diameter of cylinder, in                                     

S1 = Maximum allowable stress value , psi                             

e   = Thickness factor for expanded tube ends                                                                                                                                   

2.3.4.2 Perpindahan panas konveksi pada HRSG

(2-9)

 

 Uo = 1/Rto

Dimana :

Uo         = Overall heat transfer coefficient

Rto        = Total outside thermal resistance                                                     

(2-10)

And, Rto = Ro + Rwo + Rio

dimana :                                                          

Ro         = Outside thermal resistance              

Rwo     = Tube wall thermal resistance                       

Rio        = Inside thermal resistance                                                    

(2-11)

rumus :                       

Ro         = 1/he

Dimana :

he         = Effective outside heat transfer coefficient

(2-12)

untuk mencari  he menggunakan rumus :       

he = 1/(1/(hc+hr)+Rfo)

dimana :

hc        = Outside heat transfer coefficient,                 

hr         = Outside radiation heat transfer coefficient,

Rfo       = Outside fouling resistance,  

Nilai hc dicari

hc = 0.33*kb(12/do)((cp*mb)/kb)1/3((do/12)(Gn/mb)))0.6

(2-13)

                        

Dimana :

hc        = Convection heat transfer coefficient

do       = Tube outside diameter                                              

kb       = Gas thermal conductivity                  

cp       = Gas heat capacity                                          

mb      = Gas dynamic viscosity                                  

Gn      = Mass velocity of gas

Kemudian mencari nilai hr     

(2-14)

hr =  (em x 0,1714 [(Ta/100^4 - (Ts/100^4])/(Ta-Ts) 

        

dimana :

em = 0,94 emmisivity of tank paint                            

Ta =  Outside air temp in degre rankine                                   

Ts =  Tank surface temp in degre rankine                                                       

	(2-15)

 

Rwo       = (tw/12*kw)(Ao/Aw)

Dimana :

tw         = Tubewall thickness                         

kw         = Tube wall thermal conductivity                  

Ao        = Outside tube surface area                            

Aw       = Mean area of tube wall                                

(2-16)

Rio = ((1/hi)+Rfi)(Ao/Ai)

Dimana :

hi = Inside film heat transfer coefficient                     

Rfi = Inside fouling resistance            

Ao = Outside tube surface area           

Ai = Inside tube surface area              

nilai dari inside film heat transfer coeff(hi) dapat dihitung dengan menggunakan rumus pada buku Heat transfer J.P HOLMAN halaman 483 yaitu :

Mencari nilai hi

hi = Nu x k/d

(2-17)

dimana

Nu  =  angka Nusselt

kemudian untuk parameter lainnya dilihat pada tabel A-6 (sifat-sifat gas/uap air) pada suhu 500 C.

d = diameter dalam

(2-18)

untuk mencari nusselt number

(2-19)

Nu=  C Reⁿ Pr ^1/3         

sedangkan Re = ρud/µ

2.3.4.3 Perubahan temperatur rata-rata

untuk menghitung perpindahan panas pada pipa maka perlu dicari perubahan temperatur  rata-rata yang terjadi pada pipa superheater 2

 

 

(2-20)

                

∆T =	(T9-T6) - (T8-T7)
	ln (T9-T6)/(T8-T7)

2.3.4.4 Mencari banyak tube tiap heat exchanger

           

            Dalam mencari banyaknya tube yang akan didesain pada tiap-tiap heat exchanger menggunakan rumus berikut yang kemudian akan didapatkan n (jumlah tube) yang akan digunakan sebagai penukar panas.

(2-21)

Qsh2 = U1 x A x ∆T

Dimana :

U      : adalah koeffisien perpindahan panas konveksi menyeluruh

A      : adalah luas bidang yang melakukan perpindahan panas

(2-22)

         Untuk nilai A tergantung pada benda yang mengalami perpindahan panas, dalam hal ini adalah luas permukaan yang berupa persegi panjang setelah tube tersebut dibelah dan dicari luas selimutnya. Rumusnya adalah :

A      : π x D x L x n

Dimana :

D = diameter luar tube

L = panjang tube

n = banyaknya tube pada satu penukar panas

sehingga dapat diketahui nilai n atau banyaknya tube

(2-23)

         karena tiap harp didesain ada 42 tube maka banyaknya harp yang digunakan dalam superheater adalah  jumah tube dibagi dengan banyaknya tube tiap harp :                                               

baris : n/42

dimana :

n = banyaknya tube

42= nilai 1 harp

2.4  Steam Turbin

         Uap hasil produksi ketel uap/HRSG digunakan untuk menggerakkan turbin uap, uap dari saluran tekanan tinggi masuk ke turbin tekanan tinggi. Selanjutnya bersama-sama uap dari saluran tekanan rendah masuk ke dalam turbin tekanan rendah dan dikondensasikan ke Kondensor. Air kondensor dipanaskan kembali ke ketel uap/HRSG melaui proses seperti di awal sehingga kembali terbentuk uap untuk memutar turbin. Energi mekanik turbin digunakan memutar Generator dan menghasilkan energi listrik kemudian diparalelkan dengan jaringan interkoneksi Jawa-Bali. Sehingga terjadi proses kombinasi Turbin Gas dengan proses Turbin Uap.

         Turbin merupakan salah sat mesin penggerak, dimana energy dari fluida kerja dipergunakan untuk memutar sudu-sudu turbin. Ada 2 bagian dalam mesin turbin, dimana bagian yang berputar dinamakan rotor, sedangkan yang tidak berputar dinamakan stator. Pada bagian rotor inilah yang akan digunakan untuk memutar poros  daya yang dihubungkan dengan beban. Pada permukaan roda turbin terdapat sudu-sudu yang bergerak bersama-sama dengan roda turbin, sehingga sudu tersebut dinamakan sudu gerak. Untuk turbin dengan satu sudu gerak dinamakan turbin tingkat tunggal sedangkan untuk turbin yang mempunyai beberapa sudu gerak dinamakan turbin betingkat ganda. Kemudian untuk penggolongan turbin adalah sebagai berikut( Heru Triandy,1991).

 

2.4.1 Penggolongan Turbin

v   Dari segi pengubahan fluida kerjanya, maka turbin dibagi menjadi turbin impuls dan turbin reaksi.

·  Turbin impuls

         Adalah turbin dimana proses ekspansi dari fluida kerja hanya terjadi didalam sudu-sudu tetapnya. Sehingga diharapkan tidak terjadi penurunan tekanan pada sudu geraknya. Tapi kenyataannya penurunan tekanan tidak dapat dihindari, meskipun kecil. Hal ini disebabkan karena adanya gesekan fluida, aliran turbulen dan kerugian energi lainnya.

·  Turbin reaksi

         Adalah turbin dimana proses ekspansi dari fluida kerja terdapat baik dalam sudu tetap maupun sudu geraknya. Di dalam turbin reaksi proses ekspansi (penurunan tekanan) terjadi di dalam barisan sudu tetap maupun sudu gerak. Turbin ini juga dinamakan turbin Parsons.

         Dibagian dalam rumah turbin ditempatkan sudu tetap sebagai sudu hantar, didalam sudu hantar ini uap yang telah memuai sebagian memproleh kecepatan tertentu dan dialirkan ke arah tertentu kedalam sudu-sudu jalan berikutnya da energi kinetisnya digunakan untuk memutar poros. Demikian seterusnya ekspansi uap terus terjadi, dimana tekanan akan berkurang secara teratur sehingga menjadi sama dengan tekanan pambuangan.

·  Turbin kombinasi

         Turbin jenis ini sudu-sudunya terdiri dar kombinasi sudu impuls kecepatan bertingkat dan tekanan bertingkat. Misalnya kombinasi antara barisan sudu curtiss (yang ada di depan) dengan rateau (yang ada di belakangnya), hal ini dimaksudkan supaya tekanan uap dapat diturunkan pada ekspansi pertama, untuk melindungi rumah turbin dan rotor dari tekanan dan temperatur yang tinggi. Selain itu juga untuk mendapatkan suatu unit turbin yang kompak dan murah.

v   Penggolongan turbin menurut arah aliran steamnya dibagi menjadi turbin aksial dan turbin radial.

·  Turbin aksial

         Dimana steam mengalir dalam arah yang sejajar terhadap sumbu turbin.

·  Turbin Radial

         Dimana steam mengalir dalam arah yang tegak lurus sumbu turbin.

v   Menurut kondisi steam masuk turbin.

·  Turbin tekanan rendah ( tekanan 1,2-2 atm )

·  Turbin tekanan menengah ( tekanan sampai 40 atm )

·  Turbin tekanan tinggi ( tekanan diatas 40 atm )

·  Turbin tekanan sangat tinggi ( diatas 170 atm )

·  Turbin tekanan super kritis ( 225 atm atau lebih )

v   Menurut fluida kerja yang digunakan sebagai penggerak sudu adalah air, uap dan gas. Maka turbin dapat pula dinamai berdasarkan fluida kerja yang dipakai, sehingga turbin dapat dibedakan atas :

·  Turbin air

·  Turbin uap

·  Turbin gas

Untuk selanjutnya kita akan menggunakan uap (steam) sebagai fluida kerja. Beberapa alasan dimana steam digunakan sebagai fluida kerjanya :

1.      Murah serta mudah didapat

2.      Mudah diorganisir menjadi energi

3.      Tidak merusak pada peralatan

4.      Mempunyai nilai ekonomis yang tinggi

5.      Effisiensi tinggi

2.4.2 Dasar Pemilihan Turbin

v  Perbandingan pemilihan turbin impuls dan reaksi

         Alternatif pemakaian turbin impuls sebagai penggerak generator pada perencanaan penggunaan HRSG pada PLTG Gilimanuk didasarkan pada pertimbangan-pertimbangan di bawah ini :

1.      Ditinjau dari segi konstruksinya, kontruksi turbin impuls lebih baik, karena turbin impuls hampir tidak menimbulkan gaya aksial pada rotornya. Hal ini disebabkan tekanan uap sama pada kedua sisi

2.      Turbin impuls lebih fleksibel untuk digunakan pada beban yang berubah-ubah.

3.      Turbin impuls lebih effisien dan lebih murah dari pada turbin reaksi.