BAB 1 PENDAHULUAN
1.1. NAMA KAJIAN
Nama kajian
No Kajian Engineering
: Analisa vibrasi steam turbine #1 PLTU Amurang :
Klasifikasi program : Operasi & Pemeliharaan Pembangkit
Lokasi : PLTU Amurang unit 1
Kapasitas : 2 X 25 MW
1.2. LATAR BELAKANG
PLTU Amurang 2 X 25 MW merupakan bagian dari program percepatan pembangunan pembangkit listrik tahap pertama 10.000 MW luar Jawa. PLTU Amurang telah memasuki
commercial operation date (COD) pada Oktober 2012. Untuk PLTU Unit 1 menyelesaikan first year inspection (FYI) pada April 2014. Setelah FYI selesai, maka masa garansi dari EPC
kontrator berakhir dan semua pengoperasian dan pemeliharaan PLTU menjadi tanggung jawab PJB Services sebagai pelaksana jasa operasi dan maintenance.
Hasil trending data vibrasi pada turbine – generator sejak bulan Januari hingga Juni
2015 menunjukkan adanya kenaikan vibrasi secara kontinyu pada generator rear bearing (bearing 4) arah X, seperti pada tabel 1 dan gambar 1. Kenaikan secara signifikan terjadi sejak bulan maret hingga Juni, dengan nilai vibrasi tertinggi 140,4 µm, dimana set point alarm high pada 160 µm dan alarm high-high pada 250 µm. Kenaikan nilai vibrasi ini juga
diikuti oleh kenaikan temperatur generator return oil hingga mencapai 66,3 0C, dimana set
point alarm high pada 65 0C dan alarm high-high pada 70 0C.
Tabel 1. Record data vibrasi bearing 4 pada beban 15 MW.
Januari Pebruari Maret April Mei Juni Vib Gen X
(μm) 55,3 - 75,3 40,9 -53,1 36,7 - 126,9 112,7 - 135,8 116,9 - 140,4 132 – 140
Gambar 1. Trending rata-rata nilai vibrasi bearing 4 arah x.
Untuk mengantisipasi terjadinya kegagalan pada bearing dan rotor generator, maka perlu dilakukan analisa vibrasi steam turbine – generator PLTU Amurang #1 (asset wellness) untuk memantau perkembangan kondisi aktualnya. Melalui program ini diharapkan dapat memberikan rekomendasi untuk proses operasi secara aman dan perencanaan pemeliharaan yang tepat sasran.
1.3. SASARAN KEGIATAN
Sasaran kegiatan yang diharapkan dari adanya program ini adalah untuk memonitor kondisi Steam Turbine #1 PLTU Amurang dari sisi vibrasi pada tiap bearing dan lebih khususnya pada bearing 4 ( rear generator ).
1.4 PERMASALAHAN
Permasalahan utama yang hendak dianalisa adalah mengevaluasi kondisi aktual vibrasi pada bearing turbin - generator, untuk mencegah terjadinya kegagalan katastropik dan mencegah terjadinya unit trip akibat bekerjanya proteksi vibrasi pada turbine supervisory instrument (TSI). Kondisi terakhir yang terpantau sebelum dilakukan program ini adalah terjadinya vibrasi tinggi pada bearing turbin - generator no 4 sebesar 140,4 µm, dimana nilai ini sangat dekat dengan setting alarm high yaitu 160 µm.
BAB 2
HASIL PENGUKURAN DAN INVESTIGASI
2.1 METODE PENGUKURAN
Prosedur pengukuran yang digunakan memakai persyaratan umum ISO 10816-2. Dengan tujuan pemantauan, sistem pengukuran harus mampu mengukur luas-band getaran lebih rentang frekuensi dari 10 Hz untuk setidaknya 500 Hz. Lokasi pengukuran getaran harus sedemikian rupa sehingga dapat memberikan sensitivitas cukup untuk dinamika kekuatan mesin. Pengukuran dalam dua arah radial pada setiap tutup bantalan utama atau alas dengan sepasang transduser orthogonal, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. transduser dapat ditempatkan pada setiap lokasi sudut di rumah bearing. Sedangkan lokasi pengukuran secara aktual pada turbin seperti terlihat pada gambar 3, dimana B1, B2, B3, dan B4 merupakan penamaan untuk bearing 1, bearing 2, bearing 3, dan bearing 4.
Gambar 3. Lokasi pengukuran vibrasi pada turbin.
2.2 STANDAR PENGUKURAN
Nilai yang diberikan dalam Tabel berlaku untuk radial dan aksial pengukuran getaran pada semua pengukuran
Tabel 2. Vibration severity chart
ISO 10816 – 2
Berdasarkan ISO 10816 – 2, kondisi sebuah rotating machinery berdasarkan nilai vibrasinya dapat dibagi dalam beberapa zona sebagai berikut:
1. Zone A The vibration of newly commissioned machines would normally fall within this zone.
2. Zone B: Machines with vibration within this zone are normally considered acceptable for unrestricted long-term operation.
3. Zone C: Machines with vibration within this zone are normally considered unsatisfactory for long-term continuous operation. Generally, the machine may be operated for a limited period in this condition until a suitable opportunity arises for remedial action.
4. Zone D: Vibration values within this zone are normally considered to be of sufficient severity to cause damage to the machine.
2.3 HASIL PENGUKURAN DAN ANALISA 2.3.1 Trending data overall vibration
Berikut ini adalah nilai overall vibrasi tiap bearing dari pengukuran yang dilakukan menggunakan CSI 2120
Tabel 3. Hasil pengukuran vibrasi aksial dengan variasi beban (27 Juni 2015)
No. Bearing
Pengukuran Vibrasi mm/sec Peak
REFERENSI batasan ISO 10816-2 10 MW 11 MW 12 MW 13 MW 15 MW #1 Brg (H) 1.903 2.023 2.151 2.397 2.602 16,764 #1 Brg (V) 1.255 1.403 1.161 1.111 1.178 16,764 #1 Brg (A) 2.820 2.587 2.389 2.339 1.872 16,764 #2 Brg (H) 5.598 5.368 5.845 5.886 5.555 16,764 #2 Brg (V) 3.211 3.482 3.680 3.355 3.701 16,764 #2 Brg (A) 7.571 7.466 7.508 7.274 6.711 16,764 #3 Brg (H) 2.348 3.615 3.471 3.471 2.389 16,764 #3 Brg (V) 4.095 4.329 4.283 4.255 4.133 16,764 #3 Brg (A) 6.173 8.035 8.873 8.944 5.570 16,764 #4 Brg (H) 5.004 7.360 7.487 4.628 3.796 16,764 #4 Brg (V) 6.472 7.776 7.208 5.899 7.612 16,764 #4 Brg (A) 36.47 38.23 40.15 40.90 51.97 16,764
Tabel 4. Hasil pengukuran vibrasi aksial dengan variasi beban (02 Juli 2015)
Vibrasi No Pengukuran Peak velocity mm/s 10,7 MW 13.1 MW 14,4 MW 14,5 MW 14,7 14,9 MW 1 #1 Brg (H) 3.41 3.88 3.50 4.17 4.00 3.82 2 #1 Brg (V) 1.88 1.94 1.80 1.89 2.05 1.85
3 #1 Brg (A) 2.67 2.10 1.87 2.63 2.2 2.15 4 #2 Brg (H) 6.32 6.31 5.55 6.35 6.21 6.37 5 #2 Brg (V) 4.13 3.89 3.70 4.25 4.19 3.82 6 #2 Brg (A) 5.80 5.99 6.31 6.47 6.09 6.23 7 #3 Brg (H) 5.58 5.59 5.59 5.64 5.68 5.52 8 #3 Brg (V) 3.23 3.15 3.57 3.22 3.51 3.27 9 #3 Brg (A) 4.79 4.82 4.94 4.62 4.62 4.72 10 #4 Brg (H) 6.13 5.36 4.25 4.20 4.18 3.95 11 #4 Brg (V) 6.52 7.03 8.20 6.80 7.14 7.01 12 #4 Brg (A) 46.98 43.42 43.76 44.56 44.90 43.99 Parameter operasi No Parameter Satuan 13.1 MW 14,4 MW 14,5 MW 14,7 MW 14,9 MW 1 Frekuensi Hz 49.80 49.74 50.00 49.9 50.21 2 #4 Brg (X) µm 136 130 126.7 122.6 131.4 3 #4 Brg (Y) µm 57.8 56 50.5 50.6 57.7
4 Oil return Temp oC
66.7 67 67.5 67.4 67.4
5 Bearing Temp. oC 65.6 65.8 66.3 66.2 66.3
6 Main Steam P Mpa 5.5 5.8 5.9 5.9 6.1
7 Main Steam T oC 528.2 530.7 527.5 531.3 533.3
8 Speed rpm 3002 2991.5 3003.7 2998,8 3014.7
Dari tabel 3 dan 4 di atas terlihat bahwa secara keseluruhan nilai vibrasi cenderung konstan dengan variasi pembebanan yang dilakukan, adanya fluktuasi nilai amplitudo cenderung disebabkan oleh faktor eksternal, yaitu perubahan frekuensi jaringan. PLTU #1 dan #2 Amurang memiliki pola operasi sebagai load peaker, sehingga perubahan frekuensi pada jaringan akan direspon secara langsung untuk dapat mempertahankan frekuensi dalam batas normal. Respon yang terjadi akan menyebabkan terjadinya perubahan kondisi operasi yang berdampak terhadap terjadinya perubahan gaya eksitasi yang bekerja pada rotor turbin dan generator, sehingga besaran amplitudo vibrasi juga berubah/fluktuatif.
Peak amplitudo getaran tertinggi terjadi pada bearing 4 pada arah aksial, dimana nilai yang dimiliki melebihi toleransi yang diijinkan untuk level aman berdasarkan ISO 10816-2,
(peak velocity 16,764 mm/s). Sehingga turbin – generator PLTU #1 Amurang termasuk
dalam area zone D, dimana vibrasi yang terjadi dalam kategori berbahaya dan dapat merusak equipment.
2.3.2 Waveform analysis (menggunakan dual chanel)
Gambar 4. Time waveform pada bearing 4 vertikal dan horizontal (27 Juni 2015) .
BEARING 4H
BEARING 4V
Gambar 5. Time waveform pada bearing 4 vertikal dan horizontal pada beban 10 MW (01 Juli 2015)
Hasil pengukuran vibrasi pada 27 Juni dan 01 Juli memiliki pola time waveform yang sama. Dari data time waveform di atas, pada bearing 4H dan 4V mempunyai bentuk yang
ekuivalen, yaitu sinusoidal yang mirip dengan huruf “ M “, dan terlihat pada saat/ waktu
pengukuran yang sama. Hal dapat disebabkan karena adanya preload dari poros atau bantalan yang tidak menopang sempurna.
U01 - TURBIN-GENERATOR 1 TG01 -G2A Gener ator Outboard Axial
Waveform Display 27-Jun-15 23:10:45 RMS = .9102 LOAD = 100.0 RP M = 3000. RP S = 50.00 PK(+) = 1.93 PK(-) = 1.44 CRESTF= 2.12 0 20 40 60 80 100 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Tim e in m Secs A c ce le ra ti o n in G -s
Gambar 6. Time waveform pada bearing 4 aksial (27 Juni 2015) .
U01 - TURBIN-GENERATOR 1 TG01 - PTS=G2H G2V Orbit Display 27-Jun-15 16:30:10 RMSX= .1926 RMSY= .2541 LOAD = 100.0 RPM = 3000. RPS = 50.00 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 -0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 -0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 G2H in G-s G 2 V i n G -s
Gambar 7. Time waveform pada bearing 4 aksial pada beban 10 MW (01 Juli 2015)
Sedangkan time waveform pada bearing 4 arah aksial mempunyai bentuk yang ekuivalen, yaitu sinusoidal yang mendekati murni. Tetapi terdapat riple pada puncak hal ini menandakan adanya kelonggaran (over clereance) yang berlebih pada bantalan luncur.
2.3.3 Orbit Analysis
Data orbit digunakan untuk mengetahui pergerakan poros pada saat berputar. Pengambilan data menggunakan sensor vibrasi dual chanel pada arah horizontal dan vertikal secara serempak.
Gambar 8. Orbit pada bearing 4
Pola yang terbentuk memiliki kemirirpan dengan pola Lissajous yang terjadi pada peristiwa oil whirl, namun perbedaan dengan peristiwa oil whirl adalah pada kasus ini lingkaran yang berada di dalam tidak berputar-putar. Hal ini disebabkan oleh parahnya kondisi rubbing yang terjadi, yaitu yang dinamakan heavy rubbing atau full rubbing, dan ditambah dengan frekuensi resonansi, frekuensi harmonik, serta random frekuensi non-syncronous. Kemungkinan hal inii disebabkan oleh kelonggaran (over clereance) yang berlebih pada bantalan luncur.
2.3.4 Data Spektrum BEARING 4H U01 - TURBIN-GENERATOR 1 TG01 -G2H Gener ator Outboar d X Radial
Route Spectr um 27-Jun-15 08:48:07 OVRALL= 3.80 V-DG PK = 3.78 LOAD = 100.0 RP M = 3000. RP S = 50.00 0 400 800 1200 1600 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 3.0 3.3 Fr equency in Hz P K V el o ci ty in m m /S ec BEARING 4V U01 - TURBIN-GENERATOR 1 TG01 -G2V Gener ator Outboard Y Radial
Route Spectrum 27-Jun-15 08:48:27 OVRALL= 7.61 V-DG PK = 7.57 LOAD = 100.0 RP M = 3000. RP S = 50.00 0 400 800 1200 1600 0 2 4 6 8 10 Fr equency in Hz P K V e lo c ity in m m /S e c
Gambar 9. Spektrum getaran pada bearing 4 pada beban 15 MW (27 Juni 2015) U01 - TURBIN-GENERATOR 1
TG01 -G2A Gener ator Outboard Axial
Route Spectrum 27-Jun-15 08:49:10 OVRALL= 51.97 V-DG PK = 51.61 LOAD = 100.0 RP M = 3000. RP S = 50.00 0 400 800 1200 1600 0 10 20 30 40 50 60 70 Fr equency in Hz P K V e lo c ity in m m /S e c BEARING 4A BEARING 4V BEARING 4H
1 2 6 7 5 3 4 8
Gambar 10. Spektrum getaran pada bearing 4 pada beban 10 MW (01 Juli 2015)
Dari data spectrum di atas terlihat adanya ciri terjadinya misalignment. Yaitu adanya komponen getaran pada frekuensi 2x putaran poros dan menyebabkan getaran dalam arah aksial. Misalignment terjadi karena adanya pergeseran atau penyimpangan salah satu bagian mesin dari garis pusatnya. Misalignment yang terjadi merupakan angular misalignment, dimana terjadi amplitudo getaran yang tinggi dalam arah axial.
2.3.5 Beda phase base plate pada Bearing rear generator (B4)
Gambar 11. Lokasi pengukuran beda fasa pada base plate.
Tabel 5. Hasil pengukuran beda phase (27 Juni 2015). Titik pengukuran Unit 1 Unit 2 Nilai Vibrasi (mm/sec) Beda phase (derajat) Nilai Vibrasi (mm/sec) Beda phase (derajat) 1 5.1 -19 1.1 -1 2 2.0 0.9 3 10.7 -7 3.3 -1 4 1.9 0.9 5 7.6 -15 3.6 -3 6 1.8 1.8 7 2.8 -5 2.9 0 8 12.0 1.4
Tabel 5 diatas merupakan perbandingan vibrasi dan beda fasa pada pedestal dengan
baseplate antara unit 1 dan unit 2. Dari data tersebut terlihat bahwa terjadi beda fasa
antara baseplate dengan pedestal. Hal ini di sebabkan karena adanya bagian-bagian yang kendor pada baut pengikat. Spektrum getaran yang dihasilkan oleh bagian-bagian mesin yang kendor hampir selalu mengandung harmonik tingkat tinggi.
BAB 3
INSPEKSI ELEVASI PEDESTAL STEAM TURBIN-GENERATOR #1
3.1 LAYOUT POSISI PEDESTAL TURBIN – GENERATOR.
Gambar 11. Layout turbin - generator
3.2 HASIL PENGUKURAN ELEVASI
Pengukuran elevasi menggunakan tool automatic level tipe Nikon AE-7, dilakukan pada saat turbin – generator beroperasi
Tabel 5. Beda elevasi antar bearing terhadap bearing 2.
Secara grafis beda elevasi pedestal pada setiap bearing dapat digambarkan seperti pada gambar 12 berikut ini
Gambar 12. Beda elevasi pedestal turbin – generator.
Dari hasil pengukuran yang telah dilakukan, belum dapat diambil kesimpulan secara
langsung baik atau buruknya kondisi pedestal turbin – generator #1 PLTU Amurang. Untuk
analisa lebih lanjut dibutukan data pendukung toleransi clearance aksial antara kopling turbin – generator.
BAB 4
KESIMPULAN DAN REKOMENDASI
4,1 KESIMPULAN
1. Secara keseluruhan nilai overall vibrasi di setiap bearing masih dalam batas normal kecuali bearing #4 generator rear sisi axial (berdasarkan standard ISO 1979-4, JEAC 3717 dan MHI standard), dengan nilai vibrasi tertinggi 51,97 mm/s pada beban 15 MW.
2. Kondisi vibrasi Turbin – generator PLTU #1 Amurang termasuk dalam zone D, dimana
vibrasi yang terjadi dalam kategori berbahaya dan dapat merusak equipment.
3. Pada bearing #4 nilai overall vibrasi cenderung lebih tinggi dibandingkan dengan bearing no 1, 2 dan 3 dengan terindikasi adanya bent shaft, yang terlihat dari data-data:
a) Dari data waveform kemungkinan disebabkan oleh beban preload yang seolah olah tinggi.
b) Dari data waveform form sisi axial terdapat riple pada puncak gelombang yang di sebabkan kondisi bearing 4 yang sudah terlalu longgar ( over clearence )
c) Dari data orbit muncul pola Lissajous kemungkinan di sebabkan kondisi bearing 4 yang sudah terlalu longgar ( over clearence )
d) Dari data spectrum muncul 1x dan 2x turning kemungkinan di sebabkan kondisi bearing 4 yang sudah terlalu longgar ( over clearence ) dan Kondisi bantalan yang tidak mapan
e) Dari data beda phase kemungkinan basepalte dengan B4 generator kemungkinaan mengalami kekendoran.
4.2 REKOMENDASI
1. Perlu segera shutdown unit untuk melakukan: a. Perbaikan journal bearing
b. Check alignment antara poros turbin dengan generator c. Pemeriksaan kekencangan baseplate
2. Sebelum dilakukan perbaikan, maka untuk running turbin – generator secara kontinyu perlu dilakukan hal-hal sebagai berikut:
a. Pembatasan beban maksimal pada beban 10 MW, untuk mencegah peningkatan
failure rate pada bearing #4 dan mencegah terjadinya unit trip akibat temperatur
return oil high-high.
b. Perlu dilakukan tindakan prediktif berupa pengukuran vibrasi untuk memantau kondisi aktual vibrasi secara berkala dan temperatur return oil pada bearing 4, nilai
return oil temperature pada bearing #4 tertinggi sebesar 67,5 oC sudah melebihi
batas alarm high (65 oC) dan mendekati alarm high high (70 oC).
c. Sistem proteksi (electric trip) untuk radial bush beearing seat return oil temperature HH perlu diaktifkan, untuk mencegah terjadinya kegagalan pelumasan pada bearing #4.
VERIFIKASI PENYUSUN
Sidoarjo, 03 Juli 2015 Dibuat oleh:
Staf Manajemen Proyek
Rama Fitriyan
Staf Manajemen Proyek
Anton Sujatmiko
Staf Enjiniring
Yanuar Krisnahadi
Mengetahui:
Manajer Enjiniring dan Tata Kelola
