SISTEM HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR (HRSG) DAN
MAINTENANCE PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS
DAN UAP
ABSTRAK
Heat Recovery Steam Generator (HRSG) adalah salah satu komponen dari Pusat Listrik Tenaga Gas-Uap (PLTGU). HRSG berfungsi sebagai alat yang memanfaatkan energi panas sisa gas buang dari turbin gas untuk memanaskan air menjadi uap, kemudian uap tersebut digunakan untuk menggerakkan turbin uap.
Kata kunci: HRSG, PLTGU, turbin gas, turbin uap
I. PENDAHULUAN
Perkembangan di bidang industri an teknologi akhir-akhir ini sangat pesat. Hal ini berimbas pada naiknya kebutuhan akan tenaga listrik. Dengan melihat perkembangan tersebut, maka perlu adanya peningkatan dalam hal produksi listrik. Produksi ini tidak semata-mata peningkatan jumlah daya yang dihasilkan, namun juga dalam perkembangan teknologinya meliputi perekayasaan mesin, instrumentasi, serta pemeliharaan dalam produksi tenaga listrik tersebut. Salah satu upaya untuk mengatasi permasalahan tersebut adalah dengan membangun Pusat Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU).
PLTGU adalah pembangkit jenis
combine cycle, gabungan antara PLTG dengan PLTU, dimana panas dari gas buang
yang berasal dari turbin gas pada PLTG dimanfaatkan untuk memanaskan air hingga menjadi uap dan uap tersebut digunakan untuk menggerakkan turbin uap pada PLTU. Bagian yang digunakan untuk menghasilkan uap tersebut adalah Heat Recovery Steam Generator (HRSG).
II. PEMBAHASAN
2.3. Sistem HRSG pada PLTGU
Heat Recovery Steam Generator
(HRSG) adalah ketel uap atau boiler yang memanfaatkan energi panas sisa gas buang suatu unit turbin gas untuk memanaskan air dan mengubahnya menjadi uap, dan kemudian uap tersebut dipergunakan untuk menggerakkan turbin uap. Pada umumnya boiler HRSG tidak dilengkapi dengan pembakar dan tidak mengkonsumsi bahan bakar, sehingga tidak terjadi proses perpindahan atau penyerapan panas radiasi. Proses perpindahan atau penyerapan yang terjadi hanyalah proses konveksi dan konduksi dari gas buang turbin gas ke dalam air yang akan diproses menjadi uap
melalui elemen-elemen pemanas di dalam ruang boiler HRSG. Boiler HRSG sangat bermanfaat untuk meningkatkan hasil guna (rendemen) bahan bakar yang dipakai pada unit turbin gas, yang selanjutnya akan menggerakkan unit turbin uap. Sistem pembangkit listrik yang memanfatkan proses ini disebut Pusat Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) atau unit pembangkit siklus kombinasi Combined Cycle Power Plant (CCPP). Boiler HRSG adalah bagian penting PLTGU. Siklus Pusat Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) adalah gabungan siklus Brayton turbin gas dan siklus Rankine turbin uap. Boiler HRSG merupakan bagian dari siklus Rankine.
2.2. Bagian Utama Heat Recovery
Steam Generator 2.2.1. Preheater
Preheater adalah pemanas awal air yang dipompakan dari kondensor sebelum masuk tangki air umpan (feed water tank). Pada HRSG, preheater bertujuan menaikan suhu sebelum masuk tangki air umpan yang nantinya akan diteruskan ke ekonomiser.
Preheater ini digunakan untuk meningkatkan efisiensi dari HRSG itu sendiri. Letak Preheater berada pada bagian akhir atau paling atas dari HRSG untuk menyerap energi terendah dari gas buang.
2.2.2. Evaporator
Evaporator merupakan elemen HRSG yang berfungsi untuk mengubah air hingga menjadi uap jenuh, pipa-pipa
evaporator pada ketel uap biasanya terletak pada lantai (water floor) dan juga pada dinding (water wall). Evaporator akan memanaskan uap air yang turun dari drum uap (steam drum) yang masih dalam fase cair agar berbentuk uap jenuh sehingga bisa diteruskan menuju superheater. Uap bercampur air mengalir di pipa-pipa
evaporator menuju drum uap. Pada drum uap terjadi pemisahan antara uap dengan air, yang disebabkan perbedaan massa jenis.
2.2.3. Ekonomiser
Ekonomiser terdiri dari pipa pipa air yang ditempatkan pada lintasan gas asap setelah pipa evaporator. Pipa-pipa
ekonomiser dibuat dari bahan baja atau besi tuang yang sanggup untuk menahan panas dan tekanan tinggi. Ekonomiser berfungsi untuk memanaskan air pengisi sebelum memasuki steam drum dan evaporator
sehingga proses penguapan lebih ringan dengan memanfaatkan gas buang dari HRSG yang masih tinggi sehingga memperbesar efisiensi HRSG karena dapat memperkecil kerugian panas pada HRSG tersebut. Air yang masuk pada evaporator
sudah pada temperatur tinggi sehingga pipa-pipa evaporator tidak mudah rusak karena perbedaan temperatur tidak terlalu tinggi.
Gambar 2. Susunan Pipa ekonomiser dan
2.2.4. Superheater
Superheater merupakan alat yang berfungsi untuk menaikan temperatur uap jenuh sampai menjadi uap panas lanjut (superheat vapour). Uap panas lanjut bila digunakan untuk melakukan kerja dengan ekspansi di dalam turbin atau mesin uap tidak akan mengembun, sehingga mengurangi 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.
Superheater ditempatkan pada daerah aliran gas asap yang bertemperatur tinggi.
Gambar 3. Superheater dan Evaporator.
2.2.5. Exhaust Damper
Exhaust damper ini merupakan pengarah aliran gas panas exhaust dari turbin gas. Ketika Open Cycle (Simple Cycle) maka gas buang akan terbuang melalui by pass stack sedangkan untuk
sistem combine cycle gas panas akan di arahkan oleh exhaust damper masuk ke HRSG dengan menutup jalur ke arah by pass stack.
2.3. Bagian Pendukung HRSG
2.3.1. Pompa
Pompa di HRSG digunakan untuk memastikan adanya sirkulasi air yang terus mengalir pada HP feedwater dan Low Pressure (LP) feedwater. Desain aliran pada tiap pompa dipilih sesuai dengan keperluan.
2.3.2. Safety Valves
Safety Valves dipasang pada masing-masing HRSG yang jumlahnya ada delapan buah. Safety valve di drum dan superheater membuang uap ke atmosfer melalui silencer. Safety valve yang lain menyalurkan ke blow down tank. Solenoid relief valve diletakkan pada main steam line dan dilengkapi dengan dua isolating valve dimana dalam keadaan normally open. Uap outlet safety valve dilengkapi dengan
system exhaust memungkinkan terjadinya thermal expansion displacement.
2.3.3.Blow Down Tank
Sebuah blow down tank dipasang pada tiap HRSG untuk menampung drains yang datang dari High Pressure (HP) circuits dan dari steam line. Pemasangan
Gambar 4. Blow Down Tank
2.3.4. Desuperheater
Desuperheater merupakan spray water, digunakan untuk mengatur suhu uap yang ke turbin. Jika suhu uap melebihi batas ketentuan, maka desuperheater akan menyemprotkan air yang berasal dari
discharge boiler feed pump sampai suhunya normal lagi.
Gambar 5. Skema Desuperheater
2.3.5. Weather Damper
Weather Damper terletak di bawah cerobong, terdiri dari dua blades yang dapat ditutup ketika HRSG tidak beroperasi. Fungsinya adalah untuk menjaga HRSG dari udara luar yang kemungkinan
mengandung berbagai kotoran yang dapat menyebabkan kerusakan komponen HRSG lainnya.
Gambar 6. Weather Damper
2.3.6. Soot Blower
Soot Blower adalah peralatan pembersih pipa boiler. Pembersihan tersebut dilakukan akibat menempelnya sisa-sisa pembakaran, dengan media pembersih auxiliary steam.
2.3.7. Daerator
Daerator berfungsi membuang gas O2 dan gas-gas lain yang terkandung di dalam air kondensat, juga berfungsi sebagai pemanas air kondensat. Konstruksi alat ini menyerupai alat semprot sehinga memungkinkan gas O2 dan gas-gas yang terkandung dalam air terlepas dan dibuang ke atmosfir.
2.3.8. Steam Drum (Tangki Uap)
Tangki uap (steam drum) merupakan bejana bertekanan yang berfungsi memisahkan fasa uap dan fasa air. Dengan tangki uap, memungkinkan ekspansi air selama startup (proses start), ketika uap yang dihasilkan pertama kali perlu di-blow sehingga air keluar dari evaporator.
Gambar 8. Steam Drum
2.4. Bagian-Bagian Yang Bertekanan
Pada HRSG
Di dalam bagian-bagian yang bertekanan pada HRSG, ada beberapa prinsip sirkuit dan komponen lain.
2.4.1. Sirkuit High Pressure (HP)
Sirkuit high pressure memproduksi uap untuk steam turbin (HP stage).
Ekonomizer memanfaatkan sebagian besar panas yang berasal dari saluran gas pada outlet HP
evaporator dan outlet LP
evaporator.
Evaporator menghasilkan uap melalui siklus sirkulasi dari dan ke
HP steam drum melalui Boiler Circulation Pump (BCP)
Superheater memanaskan uap jenuh dari drum sebelum dikirim ke steam turbin / menjadi uap kering sebelum digunakan pada steam turbin.
2.4.2. Sirkuit Low Pressure (LP)
Sirkuit low pressure menghasilkan uap untuk steam turbin (LP stage)
Ekonomizer memanfaatkan sebagian besar sisa panas yang terkandung di saluran gas pada HP ekonomizer.
Evaporator menimbulkan uap melalui sirkulasi dari dan ke LP drum.
2.4.3. Sirkuit Preheater
Preheater digunakan hanya jika menggunakan bahan bakar natural gas.
Preheater berfungsi untuk memanaskan air yang datang dari kondensor sebelum dikirim ke dalam deaerator. Preheater
memanfaatkan panas sisa melalui saluran gas di HP ekonomizer dan LP ekonomizer. 2.4.4. Sirkuit Sirkulasi
Untuk mengalirkan air ke LP dan HP evaporator digunakan LP dan HP
Boiler Circulation Pump (BCP). Setiap
diproduksi. Air keluaran dari evaporator
memiliki dua fasa dan dikirim ke drum. Pompa didesain sehingga aliran yang melalui evaporator sudah tercukupi dengan satu pompa yang bekerja pada kondisi normal untuk menjamin transfer panas tanpa korosi atau masalah endapan. Setiap pompa dihubungkan dengan pipa di bagian
suction dan discharge flange. Pompa terpasang menggantung maka casing pompa dapat bergeser yang akan mengakibatkan ekspansi thermal dari
supporting pipework. Motor penggerak dipasang di bagian dasar dan dihubungkan yang lainnya melalui pengelasan pada bare tubes. Fins terbuat dari baja helicoidal yang melingkar pada sekeliling bare tubes dan dilas continuous dengan proses elektrik frekuensi tinggi. Jumlah total tube pada
heat exchanger dihitung berdasarkan permukaan transfer panas yang diperlukan yang didapatkan dari heat balance HRSG. 2.4.6. Anti Vibration Baffles
Anti vibration baffles disisipkan ke dalam heat exchanger. Anti vibration baffles terbuat dari plat-plat besi, panjangnya sama dengan panjang HRSG, dipasang tegak lurus dengan tube-tube. Baffle bertujuan untuk membagi lintasan
gas, hal ini untuk menghindari gangguan
Untuk memastikan terjadinya campuran yang baik antara keluaran
ekonomizer dan evaporator.
Untuk menyediakan tempat bagi cadangan air, diperlukan untuk control system sirkulasi.
Untuk memungkinkan ekspansi air selama stratup (proses start), ketika uap yang dihasilkan pertama kali perlu diblow sehingga air keluar dari tube evaporator.
2.4.9. Control Valves
Pada sirkuit low pressure (LP),
control valve diletakkan diantara
ekonomizer dan drum yang bertujuan untuk melindungi ekonomizer dari terjadinya evaporasi (penguapan). Selama operasi beban rendah, apabila tanpa perhatian khusus, banyak penguapan yang mungkin terjadi di LP ekonomizer. Untuk menghindarinya, control valve LP feed water ditempatkan setelah ekonomizer. Selama proses start, bahaya dari penguapan dihindari dengan penutupan control valve
sehingga menjaga agar tidak ada aliran dari BFP pada ekonomizer. Untuk menghindari
over pressure (kelebihan tekanan) pada
control valve terbuka secara otomatis selama beberapa waktu yang singkat tanpa disertai kenaikan yang signifikan dari level air pada drum.
2.5. Maintenance Pada HRSG
2.5.1. Perawatan Rutin
Selama HRSG beroperasi normal, periksa secara teratur hanger pipa. Ketika ada kesalahan setting, hanger secepatnya harus direset pada kondisi dingin (200C di drum). Periksa kelonggaran hanger dengan tangan.
2.5.2. Cleaning Outside HRSG
Gas buang yang merupakan hasil pembakaran HSD banyak mengandung sulfur dan karbon dimana pada jangka panjang akan terakumulasi pada finned tube HRSG sehingga menyebabkan korosi. Untuk menghilangkan akumulasi kotoran diperlukan bahan kimia pembersih (cleaner). Pembersihan (cleaning) pada outside HRSG dapat dilakukan dengan metode Chemical. Chemical cleaning pada
outside HRSG dilaksanakan jika perhitungan efisiensi unit telah turun minimal 10% dari kondisi normal. Proses cleaning ini dilaksanakan saat unit (gas turbin dan HRSG) shutdown. Adapun tahapan cleaning outside HRSG adalah sebagai berikut.
a. Tahap Sulfur Remover
- Pekerjaan pembersihan HRSG dimulai dari bagian yang paling rendah dengan memakai sulfur
Remover. Tujuannya, agar pH pada saat pembersihan tetap dijaga sekitar pH 5 hingga 7, sehingga tidak terjadi korosi pada ruang HRSG. Korosi dapat terjadi jika kandungan sulfur yang terdapat di tube HRSG sangat banyak, sehingga pada waktu pembersihan dapat menimbulkan penurunan nilai pH pada unit atau tube di bawahnya. Urutan tempat pengerjaannya adalah: SH2, SHI, HP
Evaporator, HP Ekonomizer, LP
Evaporator, LP Ekonommizer
dan Preheater.
Gambar 9. Urutan pembersihan pada HRSG
b. Tahap Carbon Remover
kimia deterjen ditambahkan dengan weting agent dengan pH 7. Pemakaiannya disesuaikan dengan kondisi deposit (endapan) yang tertinggal selama pekerjaan
sulfur remover. Pekerjaan ini dilakukan dengan pompa bertekanan 200-3300 Bar. Pekerjaannya dilakukan dengan urutan sebagai berikut:
Preheater, LP Ekonomizer, LP
Evaporator, HP Ekonomizer, HP
Evaporator, SH1, dan SH2. c. Tahap Prerinsing
- Prerinsing atau pembilasan dilakukan untuk menghilangkan sifat-sifat bahan kimia sulfur remover dan carbon remover
yang telah dilakukan pada tahap sebelumnya. Pembilasan ini dilakukan dengan menggunakan
service water (Prerinsing).
Urutan pekerjaannya adalah:
Preheater, LP Ekonomizer, LP
Evaporator, HP Ekonomizer, HP
Evaporator, SH1, dan SH2. d. Tahap Pasivasi
- Setelah dilakukan chemical cleaning, perlu dilakukan pasivasi, yaitu upaya untuk menjaga pipa-pipa HRSG dalam keadaan aman dari sisa bahan kimia. Pasivasi dilakukan menggunakan amonia (buffer) dan pasivator. Pasivator
berupa bahan campuran dari NaNO 2 sebesar 0,5% dan (NH 4)2CO3 sebesar 00,25% kemudian ditambah dengan NH 4 OOH, nilai pH 9,50-10,0. Urutan pasivasi dimulai dari SH2, SH1, HP
Evaporator, HP Ekonomizer, LP
Evaporator, LP Ekonomizer, sampai Preheater.
e. Tahap Flushing
- Pembilasan dan flushing
dilakukan untuk mengontrol nilai pH tetap aman pada material HRSG. Urutan pekerjaannya adalah: Preheater, LP
Ekonomizer, LP Evaporator, HP
Gambar 10.Hasil Chemical Cleaning HRSG 2.5.3. Preservasi
Preservasi adalah proses pembuangan sisa-sisa oksigen di dalam
steam drum. Apabila steam tidak dipergunakan dalam jangka waktu yang cukup lama (sekitar 1 minggu), maka di dalam steam drum akan banyak terdapat udara yang berasal dari luar. Dimana udara yang mengandung oksigen tersebut dapat bersifat korosif. Preservasi dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu :
a. Wet preservasi
Wet preservasi adalah pembersihan steam drum menggunakan hidrasin.. Apabila steam drum digunakan dalam jangka waktu yang lama, digunakan hidrasin pekat. Sedangkan untuk jangka waktu sebentar, cukup menggunakan hidrasin ringan. Karena untuk hidrasin pekat, perlu dilakukan pembilasan kembali untuk
menghilangkan sisa-sisa cairan hidrasin.
Gambar 11. Skema Wet Preservasi
b. Dry preservasi
Dry preservasi adalah pembersihan steam drum menggunakan gas N2. Sebelumnya, air dalam steam drum dikeluarkan terlebih dahulu. Kemudian gas N2 di injeksikan ke dalam steam drum untuk mengikat oksigen yang ada di dalamnya. Namun, metode ini jarang digunakan karena biaya oper rasi yang mahal.
III.KESIMPULAN
Pada makalah Sistem Heat Recovery Steam Generator (HRSG) dan Maintenance Pada Pembangkit Listrik Tenaga Gas Dan Uap dapat disimpulkan bahwa di dalam Heat Recovery Steam Generator (HRSG) ada beberapa komponen, yaitu komponen utama dan komponen/bagian pendukung HRSG. Komponen utamanya antara lain
Preheater, Evaporator, Ekonomiser, Superheater dan Exhaust damper.
Preheater adalah pemanas awal air yang dipompakan dari kondensor sebelum masuk tangki air umpan (feed water tank). Preheater digunakan untuk menaikan suhu sebelum masuk tangki air umpan yang nantinya akan diteruskan ke
ekonomiser.
Evaporator berfungsi untuk mengubah air hingga menjadi uap jenuh.
Evaporator akan memanaskan uap air
yang turun dari drum uap (steam drum) yang masih dalam fase cair agar berbentuk uap jenuh sehingga bisa diteruskan menuju superheater.
Ekonomiser terdiri dari pipa pipa air yang ditempatkan pada lintasan gas asap setelah pipa evaporator. Ekonomiser
berfungsi untuk memanaskan air sebelum memasuki steam drum dan evaporator
sehingga proses penguapan lebih ringan dengan memanfaatkan gas buang dari HRSG yang masih tinggi sehingga memperbesar efisiensi HRSG karena dapat memperkecil kerugian panas pada HRSG tersebut.
Selain komponen utama yang telah dijelaskan diatas, ada juga komponen pendukung dari HRSG antara lain Pompa, Safety Valves, Blow Down Tank, Desuperheater, Soot Blower,
Weather Damper, Daerator, Steam Drum.
