KONTROL PEMAKAIAN BAHAN BAKAR CAIR (HSD) PADA GAS TURBINE GENERATOR (GTG)
Oleh :
ZABIB BASHORI (L2F 006096)
-Abstrak-
SPEEDTRONICTM MARK V merupakan sistem pengontrolan yang digunakan pada Gas Turbine Generator (GTG) di PT. Indonesia Power UBP Semarang yang dapat diprogram dan dirancang untuk memenuhi kebutuhan industri listrik di masa sekarang. SPEEDTRONICTM MARK V dikembangkan oleh General Electric (GE) Industrial System. SPEEDTRONICTM MARK V dapat melakukan kontrol, proteksi dan monitoring sekaligus terhadap kinerja turbin.
Dengan menggunakan sistem pengontrol SPEEDTRONICTM MARK V, segala proses operasi yang terjadi pada Gas Turbine Generator (GTG) dapat di-monitor dan dikontrol secara on-line, sehingga apabila terjadi error atau hal yang tidak dikehendaki akan langsung terdeteksi dan dapat langsung diperbaiki..
Salah satu sistem yang dikontrol oleh SPEDDTRONIKTM MARK V adalah Kontrol Pemakaian bahan bakar cair High Speed Diesel (HSD) pada Gas Turbine Generator (GTG).
Kata Kunci : SPEEDTRONICTM MARK V, Gas Turbine Generator, High Speed Diesel.
I. PENDAHULUAN
Dewasa ini, dengan semakin berkembangnya bidang industri, diperlukan pula sebuah teknik yang memudahkan dalam pengontrolan alat – alat produksi. Yang semula digunakan pengontrolan secara manual sekarang tidak memungkinkan lagi sehingga dibutuhkan sebuah kontroler yang memungkinkan untuk melakukan sebuah operasi yang komplek dan rumit dengan waktu yang cepat sekaligus dapat memberikan proteksi terhadap peralatan yang dikontrol.
Pada PT. INDONESIA POWER UBP SEMARANG dalam proses produksinya di Pembangkit/Pusat Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU) salah satunya digunakan Mark V sebagai kontrollernya. Sistem kontrol ini di kembangkan oleh General Electric (GE)Industrial System. Mark V dapat melakukan fungsi kontrol, proteksi sekaligus monitoring. Juga digunakan pengontrol yang lain seperti Programble logic Control (PLC), dan Distributed Control System (DCS) dimana dalam melakukan pengontrolan antara Mark V dan DCS dapat saling berkomunikasi.
Tujuan penulisan laporan Kerja Praktek ini adalah:
1. Mengetahui sistem organisasi dan lingkungan kerja di PT. Indonesia Power UBP Semarang.
2. Mengetahui sistem operasi Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU).
3. Memberikan gambaran mengenai sistem kontrol SPEEDTRONICTM Mark V secara umum.
4. Menjelaskan sistem kontrol putaran turbin oleh SPEEDTRONICTM MARK V Gas Turbin Control pada Gas Turbin Generator (GTG).
II. SPEEDTRONICTM MARK V SPEEDTRONICTM MARK V adalah sistem kendali turbin yang bersifat programmable yang didesain sesuai dengan kebutuhan industri tenaga modern untuk sistem turbin yang bersifat kompleks dan dinamis. Keunggulan sistem ini terletak pada fitur-fiturnya antara lain:
Implementasi software dengan teknologi fault tolerance (SIFT).
Operator interface yang user-friendly
Interface dengan sensor direct
Kemampuan diagnosa yang built-in menyatu dengan sistem
Arsitektur berbasis TMR (Triple Modular Redundant).
MARK V menggunakan aplikasi dan desain kontrol dari GE secara luas dengan hardware dan software yang modern. Hal ini memungkinkan operator dengan segera mengakses semua fungsi kontrol utama dan memonitor secara luas proses sekuensial yang sedang terjadi.
2.1 SPEEDTRONICTM MARK V Control Module
SPEEDTRONICTM Mark V menggunakan tiga buah modul kontrol, masing-masing <R>, <S>, dan <T> yang identik untuk menjalankan keseluruhan algoritma kendali yang vital, proses sinyal proteksi, dan prses sekuensial. Konfigurasi inilah yang disebut TMR (Triple Modular Redundant). Untuk fungsi proteksi dijalankan oleh tiga prosessor proteksi <X>,<Y> dan <Z> pada core <P>.
Gambar 1 Konfigurasi kontrol TMR Mark V
Modul Proteksi
Modul proteksi <P> memberikan perlindungan kedua untuk fungsi – fungsi penting. Modul ini terdiri dari tiga set board yang identik (X , Y dan Z) yang masing - masing mempunyai power supply dan processor sendiri, ini digunakan untuk menyediakan driver relay dan relay yang terpisah untuk tiap kontroler <R>, <S>, dan <T> sebelum berhubungan dengan hydraulic trip solenoid. Modul <P> juga dilengkapi dengan flame detector dan fungsi sinkroniasi otomatis.
Memory
Memory ditempatkan pada tiap kontroller dan pada personal computer (PC) yang digunakan operator interface. Controller mempunyai erasable programmable read only memory (EPROM) untuk fixed memory, random access memory (RAM) untuk volatile memory, dan electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM) untuk tempat penyimpanan aplikasi software.
2.2 SPEEDTRONICTM MARK V Operator Interface
Operator interface utama system Mark V terdiri dari IBM-compatible PC, monitor, keyboard, alat pemindah cursor (touch screen dan/atau trackball dan /atau mouse) dan printer. Operator interface digunakan untk memberikan perintah untuk start/stop unit, load/unload unit, mengatur dan mencatat alarm, dan memonitor operasi unit. Operator interface di koneksikan ke panel – panel Mark V dengan kabel coaxial menggunakan komunikasi ARCNET Local Area Network (LAN). Koneksi antara operator interface dan panel – panel Mark V dinamakan Stage Link. Operator interface dapat juga digunakan untuk mengkonfigurasi atau memodifikasi control, proteksi, monitoring, dan fungsi penyimpanan pada Mark V.
2.3 Hardware Input-Output
Mark V di desain untuk berhubungan langsung dengan berbagai instrumen pada turbin dan generator. Di antaranya berupa sensor-sensor seperti magnetic speed pickup (sensor kecepatan), LVDT/R (sensor posisi), sensor getaran, thermocouple, RTD (sensor suhu), dan sebagainya; atau aktuator-aktuator seperti servo, kontak untuk input dan output, serta berbagai analog input dan output.
III. PROSES PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS UAP (PLTGU)
PLTGU yaitu pembangkit listrik yang menggunakan tenaga gas uap dalam menghasilkan energi listrik.
Pembakaran bahan bakar pada PLTG akan menghasilkan gas untuk memutar turbin gas. Gas buang dari turbin gas ini akan dialirkan ke HRSG untuk memanaskan air pada HRSG sehingga menghasilkan uap yang akan digunakan untuk memutar turbin uap.
Secara umum sistem produksi tenaga listrik pada PLTGU dibagi menjadi dua siklus, yaitu :
1. Open Cycle
Biasanya disebut proses turbin gas (PLTG), yaitu gas buang atau uap dari GTG (Gas Turbin Generator) langsung dibuang ke udara melalui exhaust.
2. Close Cycle
Biasanya disebut proses turbin uap (PLTU), yaitu gas buang dari GTG (Gas Turbin Generator) tidak langsung dibuang
ke udara tetapi digunakan untuk memanaskan air yang ada di HRSG (Heat Recovery Steam Generator). Uap yang dihasilkan dari HRSG digunakan untuk memutar turbin uap.
Proses Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap dapat dibagi menjadi dua proses, yaitu : 1. Proses Turbin Gas
Bahan bakar minyak ditampung dalam tangki. Bahan bakar dipompa dari tangki ke combustion chamber (ruang pembakaran) bersama-sama udara dari compressor setelah terlebih dahulu melalui air filter. Campuran ini dibakar dan menghasilkan gas panas yang selanjutnya digunakan untuk memutar turbin gas. Gas buang dari turbin gas akan langsung dibuang melalui cerobong apabila dioperasikan open cycle dan akan dilewatkan HRSG apabila dioperasikan close cycle.
2. Proses Turbin Uap
Air pengisi dipompa ke HRSG untuk diubah menjadi uap. Hasil uap dari HRSG dimasukkan ke turbin untuk mengubah energi panas uap menjadi energi putar rotor. Setelah dipakai, uap bekas dialirkan ke condenser untuk dikondensasikan oleh air pendingin atau air laut yang dipompa melalui Circulating Water Pump (CWP). Air ini nantinya dapat digunakan kembali dalam proses turbin uap.
IV. PENGENDALIAN PEMAKAIAN BAHAN BAKAR CAIR
4.1 Pemakaian bahan bakar ke Combustion Chamber
Dalam pengoperasiannya, GTG (Gas Turbine Generator) dapat memakai 2 macam bahan bakar yakni bahan bakar cair (HSD/High Speed Diesel/Solar) dan gas. Pengaturan pemakaian jenis bahan bakar tersebut dapat dikontrol oleh operator melalui control interface SPEEDTRONIC Mark V, tetapi sampai dengan saat ini bahan bakar GTG mempergunakan bahan bakar cair (HSD), karena ketersediaan bahan bakar gas belum bisa diperoleh.
Pada proses pembakaran di Combustion Chamber (ruang pembakaran), bahan bakar ini selanjutnya dibakar pada udara bertekanan (10 bar) hasil dari compressor, pada Combustion Chamber untuk mendapatkan udara/gas panas yang
diekspansikan berfungsi untuk memutar turbin gas. Untuk menghasilkan frekuensi listrik pada pembangkitan generatornya sebesar 50 Hz, maka putaran turbin gas harus dijaga pada kecepatan putaran sebesar 3000 rpm. Sedangkan kondisi beban selalu berubah-ubah tiap waktu. Apabila beban tinggi, maka diperlukan lebih banyak bahan bakar dan bila beban rendah, maka kebutuhan bahan bakar semakin sedikit, untuk mempertahankan putaran turbin gas pada 3000 rpm.
Sebelum dialirkan ke Combustion Chamber, bahan bakar perlu diatur baik tekanan, dan jumlah alirannya yang sesuai dengan kebutuhan turbin gas untuk selalu dalam kecepatan putaran sebesar 3000 rpm.
4.2 Kontrol Bahan Bakar Cair (HSD) Mekanisme system pengontrollan pemakaian bahan bakar (HDS) ke Combustion Chamber terbagi menjadi 2 tahap, yaitu Liquid Fuel Forwarding System dan Liquid Fuel System.
Pada awalnya, bahan bakar cair (HSD) dipompa dari Liquid Fuel Resevoir Tank (tanki tandon bahan bakar cair /HSD), yang berisi 21.000 KL HSD, menuju Liquid Fuel Forwarding System untuk disaring dan diatur tekanannya. Selanjutnya bahan bakar cair (HSD) diteruskan ke Liquid Fuel System yang ada didalam system gas turbin untuk disaring ulang dan dikontrol seberapa besar jumlah aliran bahan bakar yang dibutuhkan di Combustion Chamber. Ketika unit shut down, jumlah aliran bahan bakar bahan yang masuk ke Combustion Chamber akan dikontrol hingga mencapai kebutuhan minimum secara sekuensial sesuai dengan penurunan putarannya. kemudian dengan menutup katup utama bahan bakar maka seluruh kebutuhan bahan bakar dihentikan.
4.2.1. Liquid Fuel Forwarding System Liquid Fuel Forwarding System merupakan serangkaian alat yang berfungsi untuk memasok bahan bakar cair (HSD) dari Liquid Fuel Resevoir Tank (Tangki Tandon HSD) ke Liquid Fuel System dengan mengatur tekanan.
Alat-alat Liquid Fuel Forwarding System : 1. Duplex Strainers.
2. Differential Pressure Switch (63 LF-2). 3. Dua Forwarding Pump yang digerakkan
4. Dua Heater pada masing-masing motor (23 FD-1 dan 23 FD-2).
5. Pressure Switch (63 FD-2). 6. Pressure Relief Valve (VR 51-1).
7. Overtemperatur Alarm switch (26 FD-1). 8. Flowmeter (FM-1).
9. Pressure Regulating Valve (VPR 53-1). 10. Solenoid Operated Stop valve.
Pada mulanya unit GTG mendapat sinyal untuk distart, start dengan pilihan bahan bakar cair (HSD), dari operator melalui SPEEDTRONICTM Mark V Operator Interface Control pada Control Room, secara otomatis pompa bahan bakar pada Liquid Fuel Forwarding System akan start. Bahan bakar cair (HSD) dari Liquid Fuel Resevoir Tank disalurkan melewati Duplex Strainer.
Gambar 2 Diagram Pipa Duplex Strainers
Duplex Strainer ialah 2 buah penyaring yang berfungsi menyaring kotoran yang ada pada bahan bakar cair (HSD). Terdapat transfer valve di antara kedua strainer. Fungsi transfer valve ini ialah untuk memindah pengaktifan strainer yang akan digunakan. Pemindahan ini dilakukan secara manual.
Gambar 3 Diagram pipa Forwarding Pump.
Dari Duplex Strainer, bahan bakar cair (HSD) kemudian dipompa oleh pompa bahan bakar yang digerakkan oleh motor (88 FD-1 dan 88 FD-2) menuju Pressure Regulator untuk diatur tekanannya.
Gambar 4 Pressure Regulator.
Bahan bakar yang telah dicek tekanan dan temperaturnya selanjutnya dialirkan melalui Flowmeter (FM-1) untuk dicacah jumlahnya dan diatur tekanannya melalui Pressure Regulator Valve (VPR 53-1) sesuai dengan permintaan jumlah dan tekanan yang dibutuhkan High Pressure Main Fuel Pump.
Solenoid Operated Valve merupakan alat yang dipasang paling akhir dari ujung pemipaan Liquid Fuel Forwarding System. Sehingga dapat dikatakan bahwa Solenoid Operated Valve (20 FD-1) inilah katup yang meneruskan bahan bakar dari Liquid Fuel Forwarding System ke Liquid Fuel System. Ketika GTG shut down atau trip, Solenoid Operated Valve (20 FD-1) secara otomatis menutup bersama-sama dengan Main Fuel Stop Valve yang ada di Liquid fuel System. 4.2.2. Liquid Fuel System
Alat-alat pada Liquid Fuel Forwarding System :
a) High Pressure Duplex Filter b) Differential Pressure Switch c) Fuel Oil Main Stop Valve
d) Limit Switch Fuel Oil Main Stop Valve e) Hydraulic Trip Relay
f) Main Fuel Oil Pump
g) Solenoid Clutch (Kopling) Main Fuel Oil Pump
h) Bypass Fuel Oil Control Valve i) Main Fuel Oil Pump Discharge Relief
Valve RETURN TO TANK
j) Servo Valve
k) Filter hydraulic Supply Servo Valve l) Dua buah LVDT
m) Flow devider
n) Fuel Line Check Valve o) Fuel Nozzle (14 buah) p) Magnetic Pickup q) False Start Drain Valve
1. High Pressure Duplex Filter
Bahan bakar dari Liquid Fuel Forwarding System disaring kembali melalui High Pressure Duplex Filter (Penyaring Bertekanan Tinggi jenis duplex). High Pressure Duplex Filter (FF-1 dan FF-2) memiliki ukuran penyaringan sebesar 5 mikron dan berjumlah sebanyak 14 buah gelondong filter pada setiap sisinya.
Gambar 5 Diagram High Pressure Duplex Filter
Seperti yang terlihat pada gambar di atas, Differential Pressure Switch (63 LF-1) terhubung diantara suction dan discharge High Pressure Duplex Filter (FF-1 dan FF-2). Differential Pressure Switch (63 LF-1) ini berfungsi untuk menghitung selisih tekanan bakar cair (HSD) sebelum masuk filter maupun sesudah melalui filter. Apabila beda tekanan yang terukur telah mencapai 15 PSIG maka switch ini akan memberi sinyal alarm yang dapat dideteksi pada control panel local maupun control building.
2. Main Stop Valve
Gambar 6. Diagram pipa Main Stop Valve
Pada kondisi normal valve ini membuka. Main Stop Valve akan menutup untuk menghentikan aliran bahan bakar minyak apabila unit GTG trip atau shutdown. Oleh karena itu dapat dikatakan bahwa Main stop valve ini merupakan proteksi utama unit GTG.
3. Fuel Governor dan Main Liquid Fuel Pump
Gambar 7 Diagram pipa Fuel Governor dan Main Fuel Oil Pump
Gambar di atas menunjukkan bahwa bahan bakar yang mengalir setelah melalui Fuel Oil Main Stop Valve kemudian dipompa
oleh Main Fuel pump (PF 1-1) yang digerakkan oleh Accessory Gear melalui kopling Solenoid Clutch Main Fuel Oil Pump (20 CF-1). Di depan main fuel pump terpasang sebuah vent (ventilasi) yang secara normal menutup. Ventilasi ini berfungsi untuk membuang gas-gas atau udara ketika sesudah perbaikan Main Fuel Oil Pump atau Flow Devider untuk mencegah masuk angin pada system ini.
Main Fuel Pump akan memompa bahan bakar sesuai kebutuhan turbin gas. Oleh karena itu dipasang Bypass Fuel Oil Control Valve (VC3-1). Valve ini berfungsi untuk mem-bypass-kan kelebihan bahan bakar yang dipompa oleh Main Fuel oil Pump. Bypass Fuel Oil Control Valve (VC3-1) digerakkan oleh Servo Valve (65 FP-1). Servo valve merupakan valve hydraulic yang mengubah system kontrol elektrik ke system kontrol mekanik/aliran hydraulic selanjutnya akan mengontrol arah dan laju gerak Bypass Fuel Oil Control Valve (VC 3-1).
Servo valve dihubungkan ke FSR (Fuel Stroke Reference) pada controller SPEEDTRONIC Mark V. Kebutuhan maksimum bahan bakar turbin gas dideteksi dari gas exhaust temperature (suhu gas buang). Selama unit GTG beroperasi, thermokopel (sensor panas) yang ada pada exhaust compartment akan mendeteksi tinggi suhu gas buang sebagai indicator maksimum pembebanan turbin gas. Indikasi maksimum pembebanan turbine ialah suhu gas buang sebesar 565 0C.
Melalui card <R> <S> <T> , FSR memberi sinyal perintah ke Servo Valve sebagai aliran arus untuk mengatur besar bukaan Bypass Fuel Oil Control Valve (VC 3-1) untuk mengalirkan kelebihan bahan bakar yang dipompakan Main Fuel Pump sebelum masuk ke Flow Devider sesuai dengan kebutuhan turbin gas untuk melakukan perputaran 3000 rpm. Seperti terlihat pada gambar 7 aktuator hydraulic yang digerakkan oleh servo valve yang terhubung dengan Bypass Valve dilengkapi dengan LVDT. LVDT ini juga dihubungkan ke FSR melalui card <R><S><T> dan berfungsi untuk mengecek posisi bukaan Bypass Valve dengan mengirim sinyal control ke FSR pada SPEEDTRONIC Mark V. LVDT akan memberitahu apakah posisi bukaan Bypass valve sudah benar atau belum.
4. Flow Devider
Bahan bakar cair (HSD) yang telah dipompa oleh Main Fuel Oil Pump (PF 1-1) dan telah dikontrol jumlahnya oleh Fuel Governor, yang terdiri dari Servo Valve 65 FP-1 dan Bypass Fuel Oil Control Valve (VC3-FP-1), kemudian bahan bakar dialirkan menuju Flow Divider (FD 1-1) seperti pada gambar 8. Dari Flow Divider (FD 1-1) ini nantinya bahan bakar cair (HSD) akan dialirkan menuju ke 14 nozzle yang berada pada Combustion Chamber.
Gambar 8 Skema Flow Devider
Flow Devider merupakan sebuah roda gigi besar yang dikelilingi oleh 14 buah roda gigi kecil yang sama besar. Roda gigi besar ini berputar akibat adanya selisih tekanan dan aliran bahan bakar yang masuk dari Main Fuel Oil Pump (PF 1-1) ke ruang pembagi pada Flow Devider itu sendiri. Ketika roda gigi besar ini berputar maka roda gigi kecil juga ikut berputar dengan arah yang berlawanan dan memompa bahan bakar menuju ke empat belas saluran yang masing-masing menuju ke 14 nozzle di Combustion Chamber. Flow Divider ini membagi keempat-belas aliran bahan bakar dengan kontinyu dan sama besar.
Pada Flow Divider terdapat 3 buah Magnetic Pickup (77 FD-1, 77 FD-2 dan 77 FD-3) yang berfungsi untuk memberi sinyal feedback flow ke system control SPEEDTRONIC Mark V sebagai kendali aliran bahan bakar.
V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan
1. SPEEDTRONICTM MARK V adalah suatu sistem kontrol dan proteksi yang telah dikembangkan oleh General Electric (GE) dengan menggunakan software dan hardware yang modern.
2. Sistem bahan bakar dikontrol menggunakan electrohidraulik servovalve dengan actuator hidrolik berupa bypass valve yang terhubung dengan tiga kontroler <R>, <S>, dan <T>. Untuk mengatur laju suplai bahan bakar.
3. Dalam pengaturan pemakaian bahan bakar cair FSR (Fuel Stroke Reference) berfungsi sebagai referensi yang menentukan kebutuhan bahan bakar dari turbin gas. 4. Dengan bertambahnya beban pada
generator nilai FSR akan bertambah sesuai pertambahan beban mengakibatkan bertambah pula kebutuhan bahan bakar untuk mempertahankan kecepatan turbin, yakni 3000 rpm.
5. Indikasi maksimum pembebanan turbine ialah suhu gas buang sebesar 565 0C.
DAFTAR PUSTAKA
Lubis, Rahmat., Fundamental of SPEEDTRONICTM Mark V Control System, Tambak Lorok Combyne Cycle Plant, Semarang, 2002.
Santoso, Junaidi., Laporan Kerja Praktek Sistem Kontrol SPEEDTRONICTM Mark V Sebagai Pengendali Turbin Pada Generator Turbin Gas (GTG), Jurusan Teknik Elektro Universitas Diponegoro, Semarang, 2006.
---, SPEEDTRONICTM Mark V Control Description and Application Volume I, Semarang, 1993.
---, Turbine Gas ,www. id.wikipedia.org, September 2010. ---, SPEEDTRONICTM Mark V
Gas Turbine Control System, www. gepower.com, September 2010. BIODATA Zabib Bashori (L2F006096), lahir di Jepara, tanggal 2 Agustus 1988, merupakan mahasiswa Teknik Elektro Undip
angkatan 2006
konsentrasi Kontrol. Telah melaksanakan Kerja Praktek di PT. Indonesia Power UBP Semarang. Semarang, 4 Juli 2011 Mengetahui, Dosen Pembimbing Budi Setiyono, ST., MT. NIP. 197005212000121001
