3. HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR (HRSG)
4.3. Pengoperasian HRSG
HRSG sebagai mesin pembangkit uap harus dibuat sedemikian rupa sehingga dapat memanfaatkan panas gas buang dari turbin gas semaksimal mungkin. Agar dapat memproduksi uap yang banyak didalam waktu yang relatif cepat, maka perpindahan panas nya dilakukan dalam aliran berlawanan dan sirkulasi airnya dilakukan secara paksa.
4.3.1. Persiapan dan Pemeriksaan sebelum Start HRSG
Sebelum mengoperasikan HRSG, harus dilakukan pemeriksaan semua komponen, terlebih bila HRSG usai dilakukan pemeliharaan atau inspection.
Pemeriksaan dan persiapan meliputi kelompok peralatan :
Umum, antara lain terdiri dari posisi katup-katup, manhole, kebocoran, dan instrument.
Alat bantu, antara lain terdiri dari : sistem air limbah, pengisi, kontrol diverter damper.
Sistem pendingin, antara lain terdiri dari : level pelumas, sistem pendingin bantu, katup-katup, dan sebagainya.
4.3.2 Pengisian HRSG.
Pengisian air ke HRSG dilakukan dengan menjalankan pompa kondensat untuk mengisi tangki deaerator. Selanjutnya pompa air pengisi dijalankan untuk mengisi HP drum dan LP drum sampai level normal. Untuk mengisi air kepipa-pipa evaporator, maka pompa sirkulasi HP dan LP dijalankan hingga level drum diatas batas minimum.
Untuk menghindari thermal shock atau water hammer pada waktu mengisi air ke HRSG, maka kondisi HRSG harus dingin. Hal ini berarti temperatur pipa-pipa dan
drum harus lebih rendah dari 100 0C. Ketika melakukan pengisian pastikan bahwa aliran pompa tidak melebihi kapasitasnya untuk menghindari kavitasi.
Pengisian LP Evaporator dengan menjalankan pompa circulating pump. Katup vent pada LP Drum dibuka, jika perlu level diatur lewat katup drain. Pengisian dihentikan jika alarm levelrendah didalam LP drum sudah bisa direset. Venting drum ditutup.
Pengisian HP Evaporator dengan menjalankan pompa circulating pump. Katup vent dibuka dan jika perlu level diatur dengan membuka drain. Pengisian dihentikan jika level alarm level rendah HP drum dapat direset. Katup venting drum ditutup.
4.3.3. Start HRSG
Setelah unit PLTG beroperasi selanjutnya diverter damper HRSG dibuka. Pembukaannya tergantung kepada mode start (dingin, sedang atau panas). Pembukaannya diatur berangsur-angsur misalnya 300 selama 15 menit, 450untuk 10 menit, 650untuk 12 menit akhirnya 900 sebagai posisi penuh. Venting drum dibuka untuk membuang udara yang terperangkap dan katup drain superheater dibuka selama 10 menit, untuk membuang akumulasi air dan selanjutnya dipersiapkan untuk mengendalikan temperatur uap. Katup uap ke turbin ditutup dan katup by-pass kekondensor dibuka.
Dengan masuknya gas bekas turbin gas, temperatur air naik dan mulai menguap. Penguapan terjadi di LP/HP evaporator dan memasuki drum masing-masing. Bila tekanan drum sudah mencpai 2 Kg/cm2, katup venting didrum ditutup. Tekanan dan temperatur uap akan terus naik. Laju kenaikan ini disesuaikan dengan instruction manual yang diberikan dan kenaikan temperatur diatur lawat katup drain.
Selanjutnya, uap HP drum dapat dimanfaatkan untuk menjalankan Ejector untuk membuat vakum kondensor. Uap ini disebut Motive Steam. Uap ini berasal dari uap utama (HP live Steam). Uap juga dapat digunakan untuk perapat poros (gland steam) turbin.
Setelah tekanan uap mencapai 20 kg/cm2, drain HP superheater dan drain pada jalur uap lainnya ditutup. By-pass valve diatur untuk mengendalikan tekanan uap.
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 64 Tekanan uap LP dipertahankan 6,5 kg/cm2. kenaikan tekanan uap HP diatur 2 kg/cm2/menit sampai dicapainya tekanan sliding (slidingpressure) sebesar 34 kg/cm 2 dimana HRSG sudah berbeban penuh.
Level air dalam drum diatur agar tidak kurang. Jalankan turbin uap sesuai prosedur dengan cara membuka katup uap ke turbin dan mengecilkan pembukaan katup By-pass ke kondensor. Pompa kimia dan continuous blowdown diatur.
Untuk menjalankan HRSG kedua, tekanan kedua HRSG harus disamakan dulu dan temperatur keduanya sudah sangat mendekati sama. Dengan menjalankan dua HRSG, sliding pressure naik menjadi 52 kg/cm2. Secara berangsur-angsur uap ditransfer kedalam turbin dari jalur By-pass uap.
Ketika HRSG ketiga dijalankan, sliding pressure naik menjadi 78 kg/cm2. Dengan mode sliding pressure, katup uap ke turbin terbuka sepenuhnya, jadi tidak diatur-atur.
HRSG disebut masih hangat ( warm condition) bila dimatikan dalam waktu < 8 jam. Turbin uap akan mengikuti beban turbin gas. Suatu perubahan beban pada turbin gas akan segera diikuti oleh perubahan beban pada turbin uap. Dalam hal ini, Diverter Damper HRSG bukan dimaksudkan untuk mengatur output uap atau daya dari turbin uap. Damper ini hanya digunakan untuk pengamanan jika terjadi trip dari turbin uap dan sewaktu start-up ketika turbin gas beroperasi.
Menjalankan dua atau tiga turbin gas dengan dua atau tiga HRSG pada sebuah turbin uap, beban dari kedua turbin gas hendaknya sedekat mungkin dan perbedaan temperaturnya harus lebih rendah dari 50 0C untuk menghindari thermal stress pada sambungan-sambungan HRSG.
Sistem By-pass uap secara otomatis bekerja saat :
Turboset start-up dan shutdown.
Pengurangan beban turboset yang cepat.
Pembuangan beban atau turbin uap trip.
4.3.4. Pembebanan
HRSG dibebani secara bertahap dengan membuka diverter damper lebih lebar. Ketika tekanan uap HP telah mencapai harga tekanan sliding turbin uap, maka produksi uap dapat dipindah secara progresive dari station bypas ke turbin uap. Selanjutnya diverter damper terbuka penuh dan pembebanan dilakukan dengan mengatur beban turbin gas. Beban turbin uap mengikuti beban turbin gas.
Karena respon dinamik yang tinggi dari HRSG, setiap variasi beban turbin gas akan segera diikuti oleh variasi beban di turbin uap. Hal ini terjadi secara alami tanpa bantuan mekanis.
Tekanan uap masuk turbin uap bergeser sesuai kondisi operasi turbin gas. Adaptasi terus menerus dari tekanan uap ini disebut mode operasi ‘sliding pressure’ . Hal ini menunjukkan pemanfaatan energi panas gas buang yang optimal sehingga meningkatkan efisiensi unit.
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 66
Gambar 44 Grafik Sliding Pressure
Pada saat mode sliding pressure, governor valve turbin uap membuka penuh sehingga tekanan uap tergantung pada aliran uap hasil produksi HRSG. Mode ini akan berlangsung hingga rentang tertentu. Untuk mencegah tekanan berubah berlebihan, maka tekanan uap mempunyai harga minimum, dimana governor akan bereaksi menjaga agar tekanan tetap.
4.3.5. Stop HRSG
Menghentikan HRSG artinya menyetop gas buang masuk HRSG dan menyetop pemasukan uap ke turbin uap. Penyetopan siklus uap dikarenakan beberapa tujuan dan penyebabnya antara lain:
b. Stop karena trip turbin gas.
c. Stop karena trip HRSG dan turbin uap. d. Stop karena pemeliharaan siklus uap.
Berikut ini langkah yang diambil jika terjadi stop/trip turbin uap atau turbin gas : (1) Jika 1 turbin uap distop, dengan 3 HRSG sedang jalan.
Uap ditransfer langsung ke kondensor sambil menutup katup uap keturbin uap. Tekanan dalam sistem HRSG dikendalikan oleh katup By-pass uap. Jika waktu stop pendek, Diverter Damper ditutup (sebagian atau seluruhnya) atau mengurangi beban turbin gas.
(2) Jika 1 turbin uap trip, dengan 3 HRSG jalan.
Katup uap utama ke turbin uap ditutup segera, disamping langkah-langkah pada point (1) dilaksanakan.
(3) Jika 1 turbin uap distop/trip, 1 atau 2 HRSG sedang jalan.
Untuk menghindari kenaikan tekanan dan temperatur yang berlebihan di boiler, Diverter Damper harus ditutup atau turbin gas distop.
(4) Stop 3 Turbin Gas dengan 3 HRSG sedang operasi atau stop 2 turbin gas, 2 HRSG sedang jalan atau stop 1 turbin gas, 1 HRSG sedang jalan.
Jika beban turbin berkurang, aliran uap akan berkurang dan berarti daya turbin uap juga berkurang. Ketika aliran uap terlalu rendah, turbin uap akan distop oleh Rele Reverse Power (daya kembali) dan uap akan ditransfer ke kondensor melalui By-pass uap yang mengendalikan tekanan didalam sistem. Semua beban turbin gas dikurangi bersama-sama.
(5) Stop 1 turbin gas, 2 atau 3 HRSG sedang jalan.
Tujuannya adalah untuk mengisolir 1 HRSG dengan jalan sistem By-pass uap. (6) Trip semua turbin gas, semua HRSG sedang jalan atau trip 2 turbin gas, 2
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 68 Lakukan sebagaimana point (4).
(7) Trip 1 turbin gas, 2 atau 3 HRSG sedang jalan.
Aliran dan tekanan dalam HRSG yang stop berangsur-angsur akan berkurang. Boiler dibawah kondisi turbin gas yang trip akan mendingin perlahan-lahan. Tekanan uap dikendalikan oleh katup By-pass uap.
Uap yang datang dari HRSG yang sehat/jalan, distop oleh non-return valve. Jadi tidak dapat mengisi boiler yang sedang stop. Tekanannya perlahan-lahan drop mencapai tekanan sliding jika bekerja dengan 1 atau 2 HRSG.
(8) Stop semua HRSG, sedang semua HRSG sedang jalan atau, Stop 2 HRSG, sedang 2 HRSG sedang jalan atau, Stop 1 HRSG, sedang 1 HRSG sedang jalan.
Stop HRSG diperoleh dengan mengoperasikan Diverter Damper. Untuk me-nyetop sistem uap dengan mulus, tutuplah katupnya secara berangsur-angsur tutup Diverter Damper HRSG pada posisi 65 0 selama 5 menit, kemudian posisi 400 selama 5 menit, kemudian 200 selama 5 menit, kemudian 00 (tutup penuh). Turbin uap akan bereaksi seperti pada point (4).
(9) Stop 1 HRSG, sedang 2 atau 3 HRSG sedang jalan.
Prosedur seperti point (5). Diverter Damper diopersikan seperti pada point (8) sebagai pengganti stop turbin gas.
(10) Trip 3 HRSG, sedang 3 HRSG sedang jalan atau, Trip 2 HRSG, sedang 2 HRSG sedang jalan atau, Trip 1 HRSG, sedang 1 HRSG sedang jalan. Seperti pada point (4).
(11) Trip 1 HRSG, sedang 2 atau 3 HRSG sedang jalan.
Seperti point (7). Tekanannya akan drop perlahan-lahan mencapai tekanan normal, ketika bekerja dengan 1 atau 2 HRSG.
4.3.6. Mengisolir HRSG
Dua atau tiga turbin gas dengan HRSG beroperasi dengan turbin bersama-sama, lalu satu HRSG distop, maka :
(1) Mentransfer uap ke kondensor
Sambil mengurangi set-point By-pass valve, sebagai uap ditransfer ke kondensor. Daya turbin uap akan berkurang. Tarif (rate) uap yang ditransfer harus sekitar 50 % jika dua turbin gas sedang berjalan dan sekitar 33 %, jika tiga turbin gas sedang berjalan.
(2) Mengisolir HRSG
Tutup katup yang utama (main valve) dari HRSG ke turbin uap. Kirim uap ke kondensor.
(3) Mengurangi beban HRSG
Beban HRSG dikurangi sambil mengurangi beban turbin gas atau sambil mengoperasikan Diverter Damper (disarankan damper ditutup berangsur-angsur).
Tekanan dalam HRSG akan berkurang. Penurunan tekanan ini dikendalikan oleh katup By-pass uap sehingga mencapai nilai kira-kira 3 kg/cm2/menit.
4.3.7. Pendinginan HRSG
Setelah satu HRSG distop, maka HRSG melalui proses pendinginan. Stop HRSG berdasarkan periode waktu diklasifikasikan sebagai berikut :
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 70 Dioperasikan kembali dalam waktu stop kurang dari 12 jam. Tekanan HRSG dipertahankan setinggi mungkin untuk mempercepat start. Semua venting dan drain harus ditutup, kecuali jika tekanan turun mencapai 2 kg/cm 2 maka venting drum harus dibuka.
Stop dengan periode lama
HRSG akan distop lebih dari 12 jam tetapi tidak lebih dari satu minggu.
Konservasi dengan waktu lama
HRSG akan distop untuk lebih dari satu minggu dengan konservasi kering atau basah dan selanjutnya akan dioperasikan kembali. Tekanan dalam HRSG akan hilang dan sistem dipersiapkan untuk konservasi dalam waktu yang lama dibawah tekanan Nitrogen.
4.3.8. By-pass UAP
Ada tiga HRSG dengan tiga HP by-pass individual dan satu LP by-pass yang umum. HP by-pass station didesain untuk menarik produk uap sepenuhnya dari setiap HRSG yang sedang beroperasi pada beban penuh pada mode sliding pressure turbin uap. By-pass mengizinkan seluruh produk uap dikirim melalui control valve langsung ke condensor.
By-pass device digunakan sebagai sistem kendali tekanan untuk kemudahan dan ketelitian start-up. By-pass device juga bekerja sebagai alat pengaman dalam operasi normal siklus uap.
Steam by-pass terdiri dari Pneumatic Control Valve, Steam Dumping Device yang menyatukan Desuperheating station dan system air injeksi, digabungkan dengan alat ukur, control dan pengaman. Setelah melalui HP by-pass reducing valve, HP steam masuk ke Steam Dumping Device dan di-Expand (memuai) melalui pelat berlubang-lubang dari dumping device tingkat pertama. Dalam Steam Dumping device ini, Desuperheater ditempatkan setelah tingkat pertama. Air kondensat
diinjeksikan (dipancarkan) sehingga uap menjadi jenuh. Pada Steam Dumping Device tingkat kedua tekanan uap diturunkan lagi sehingga mencapai tekanan Condenser.
Setelah melalui LP by-pass pressure reducing valve, LP steam di desuperheater oleh injeksi air kedalam sistem. Dan selanjutnya di Expand melalui kerucut (cone) berlubang pada ujung dari sistem by-pass LP.
Dalam hal turbin uap trip, ia segera mengalihkan produk uap kekondensor. Ini untuk menghindari pertambahan tekanan yang mendadak yang membuat safety valve membuka. Karena itu set-point pembukaan by-pass valve harus diatur sedikit diatas tekanan yang ada dalam setiap sirkit LP/HP.
Catatan :
Mode s l i d i n g p r e s s u r e adalah kondisi jika katup uap dimuka turbin dibuka penuh dan tekanan tergantung pada jumlah aliran uap. Menurut catatan operator, 2 x 70% (2 HRSG dengan 70% aliran uap), tekanan 36,2 bar 3 x 75% (3 HRSG dengan 75% aliran uap) tekanan 53,2 bar dan base load, tekanannya 60,7 bar.
Mode yang lain adalah Mode Throttling , tekanan uap tergantung kepada bukaan katup.
Sistem by-pass uap secara otomatis akan bekerja dalam hal terjadi sebagai berikut :
a. Turboset start-up/shutdown.
b. Pengurangan beban turboset yang cepat.
c. Pelepasan beban atau turbin uap trip.
d. Start ulang sebuah HRSG sedang turbin dan HRSG yang lain sedang beroperasi.
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 72
Gambar 45 GrafikBuka tutup Damper
4.4. Kurva Start Up
Kenaikan tekanan dan temperatur uap pada saat start harus dilakukan sesuai prosedur yang telah ditentukan. Prosedur ini ditetapkan oleh pabrik berdasarkan perhitungan dan pengujian serta pengalamannya membuat HRSG. Sebagai pedoman untuk start up HRSG, maka pabrik mengeluarkan prosedur dalam bentuk kurva atau grafik kenaikan temperatur uap terhadap waktu. Gambar di bawah ini menunjukkan grafik temperatur uap untuk berbagai macam mode start dan jenis start.
Di dalam pengoperasian PLTGU (siklus kombinasi) turbin gas akan di start dengan gas buang (exhaust gas) yang langsung dibuang ke atmosfir melalui bypass stack. Hal ini untuk mencegah bahaya bahan bakar yang tidak terbakar memasuki HRSG apabila turbin gas gagal start. Oleh karena itu purging (pembilasan) HRSG tidak diperlukan. Tetapi kemungkinan untuk men-start turbin gas bersamaan dengan HRSG nya dapat saja dilakukan. Cara ini dapat dilakukan dan dipilih secara operasi manual sebelum start.
Pada operasi tersebut apabila turbin gas trip sementara terhubung dengan HRSG, maka HRSG harus di purge sebelum turbin gas start lagi. Untuk perpindahan dari operasi siklus tunggal menjadi siklus kombinasi, maka tidak diperlukan lagi purging HRSG sepanjang unit shut down secara normal.
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 74
Gambar 47 Grafik Cold Start Combined Cycle Auto