Simple Inspiring PerformIing Phenomenal i
MATA PELAJARAN 04
Sistem Kontrol Dan Proteksi PLTU
TUJUAN PELAJARAN :
Setelah mengikuti pelajaran ini peserta mampu memahami sistem Kontrol dan proteksi pada pembangkit PLTU dan menganalisa serta memberi solusi terhadap permasalahan terkait dengan sistem kontrol dan proteksi pembangkit.
DURASI : 4 JP
PENYUSUN :
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal ii
DAFTAR GAMBAR 1. Sistem kontrol PLTU………...1
1.1. Sistem Kontrol Proses Pada PLTU……….………….……1
1.1.1. Pengontrolan Turbin Uap ………..…..….………1
1.1.2. PengontrolanBoiler……….…………..…....………..2
1.1.3. Kontrol Tekanan Ruang Bakar ……….………..…...………..7
1.1.4. Kontrol Pembakaran Batubara………..……...…………8
2. Jenis mode kontrol unit PLTU………...……….10
1.2.1. Mode Cordinated Control………...………10
1.2.2. Mode Boiler Follow Control………...…..…11
1.2.3. Mode Turbin Follow Conrol………...……..12
1.2.4. Mode Load Rejection Fast Cut Back (FCB)………...…..13
1.2.5. Mode Load Run Back………...…………13
3. Sistem Proteksi PLTU………..….………..14
2.1. Pengertian Umum Proteksi………..……….…...….14
2.2. Proteksi Boiler………..….…………15
2.2.1. MFT Push Button On (DCS)………....19
2.2.2. Proteksi Pressure Minsteam………19
2.2.3. Proteksi Terhadap Level Drum………22
2.2.4. Proteksi Pressure dan Vcuum Furnace………....……….25
2.2.5. Proteksi Combustion Air Flow, Loss Off Both FDF dan ID...………..28
2.2.6. Proteksi Flame Detector………...29
2.2.7. Proteksi Terhadap Temperatur Uap………...30
2.2.8. Proteksi Pompa Air Pengisi………...…….31
2.2.9. Boiler Runback………..….31
2.2.10. Boiler Trip…....………...32
4. Proteksi Turbin ……….35
2.3.1. Turbin Supervisory...……….………....37
2.3.2. Proteksi Vibrasi………...41
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal iii
2.3.3. Proteksi Speed ( Saft Speed )……….……43
2.3.4. Proteksi Temperatur………..45
2.3.5. Proteksi Pressure dan Vaccum………...…49
2.3.6. Thurst Bearing Oil………...…..51
2.3.7. Bearing Oil Pressure low……….………..52
2.3.8. Turbin Runba………....……..54
5. Proteksi Generator……….………...56
2.4.1. Batasan Pengoprasian Generator……….………..59
2.4.2. Prinsip Kerja Proteksi Generator ……….…………63
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal iv
DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Diagram blok system control turbin uap……….………. 1
Gambar 2 . Sistem Kontrol 3 Elemen (Drum Level Kontrol)……….. 3
Gambar 3. Sistem Kontrol Air Fuel Ratio……… 4
Gambar 4. Skema sistem kontrol satu element……… 5
Gambar 5. Skema sistem kontrol tiga elemen pengendali level drum boiler……… 6
Gambar 6. Blok Diagram sistem kontrol tiga elemen………...7
Gambar 7. Kontrol Furnace Draft………. 8
Gambar 8. 1 Sistem Kontrol Pembakaran Batubara……….………..9
Gambar 9. Skema Mode Coordinated Control...11
Gambar 10. Skema Mode Boiler Follow Control………...12
Gambar 11. Layout Boiler PLTU Tanjung Jati B………...16
Gambar 12. Boiler Protection System PLTU Asam –Asam………..18
Gambar 13. Boiler Protection System PLTU Labuhan Angin………..………….……..…19
Gambar 14. Logic diagram push button………….………..………..19
Gambar 15. Instalasi Safety valve Pada Boiler Drum……….………..…………...20
Gambar 16. Contoh safety valve pada boiler steam drum……...………...………….21
Gambar 17. Steam Drum boiler tipe natural circulation…..………...………..………23
Gambar 18. Contoh kerusakan tube boiler karena overheat……….……….………….24
Gambar 12. Contoh kerusakan blade turbin karena terjadi carry over…………...………...25
Gambar 20 Draft system PLTU kapasitas 500 MW………...……....25
Gambar 21 Contoh kecelakaan power plant akibat boiler explosion………...27
Gambar 22 Skema proteksi Combustion Air Flow………..28
Gambar 23 Skema proteksi boiler dari Both FDF Stop………..……...28
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal v
Gambar 24 Skema proteksi boiler dari Both IDF Trip……….……29
Gambar 25 Skema proteksi boiler voter logic loss of all flames……...29
Gambar 26 Skema proteksi boiler All Fuel Loss………...30
Gambar 27. Logic diagram turbin trip di PLTU Suralaya 1-4……….….…..36
Gambar 28 Contoh jenis dan tabulasi proteksi turbin………...……….…….37
Gambar 29 Tipikal Turbine Supervisory Instrumen (TSI)……….……….…….39
Gambar 30 Pemasangan sensor vibrasi radial pada titik 45O dan 315O………...43
Gambar 31 Pengukuran kecepatan poros shaft……….……….……44
Gambar 32 Kurva kerja overspeed protection……….…….45
Gambar 33 Skema turbin Overspeed protection………..………...46
Gambar 34 Thermal stress pemanasan yang tidak merata padarotor……….…...…48
Gambar 353 Turbine exhaust hood cooling system / turbine casing spray………..……….50
Gambar 36 Kondensor dan vacuum ejector sistem steam jet air ejector……….51
Gambar 37 Atmospheric relief diaphragm (bursting / rupture disc)………...52
Gambar 38 Lube oil supply sistem bearing turbin dan generator………...53
Gambar 39 Contoh display lube oil system PLTU Gresik………...………….…54
Gambar 40. Kurva Kerja IPR………..……...56
Gambar 41. Kurva Kerja IPR………...……….56
Gambar 42. Sistem Proteksi Generator………..………….……..58
Gambar 43 Sistem proteksi multifungsi generator………..…..………….….…....60
Gambar 44 Kurva batasan kemampuan generator………..………...…….61
Gambar 45 Proteksi Diferensial Stator………...……….………64
Gambar 46 Karakteristik Trip Frekuensi (81G)………..………...65
Gambar 47 Wiring Generator saat Start……….….…..………66
Gambar 48 Karakteristik Proteksi Over flux……….………...67
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal vi
DAFTAR TABEL Table 1. Set Tekanan Kerja Safety Valve di Boiler……….22
Table 2. Batasan operasi turbin PLTU Suralaya unit 1-4... 39
Table 3.Relai Proteksi pada Bagian Generator ... ….58
Table 4Tabel 4 Data Generator………...60
Tabel 1 Range frekuensi berdasarkan standart IEC 34.3………...………..65
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 1
SISTEM KONTROL DAN PROTEKSI PLTU
1. Sistem Kontrol PLTU
Untuk menjaga PLTU tetap beroperasi dengan baik dan aman, diperlukan pemahaman tentang sistem kontrol PLTU. Untuk memahami sistem kontrol PLTU yang digunakan pada sebuah PLTU, berikut beberapa konsep dasar mengenai system control di PLTU.
1.1. Sistem Kontrol Proses Pada PLTU 1.1.1. Pengontrolan Turbin Uap
Pengontrolan turbin uap harus mampu menyelenggarakan seluruh kebutuhan dan pengendalian pengoperasian turbin uap sesuai spesifikasi yang telah ditentukan pada bagian ekseskusi dengan program kontrolnya
Kontrol turbin uap terdiri dari :
Ready to start (standby)
Start-up/shutdown program
In operation, terdiri dari speed control & load control
Gambar 1. Diagram blok system control turbin uap
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 2 a. Ready to star adalah rangkaian logika (logic sequence) untuk memenuhi
persyaratan agar turbin uap bias untuk dimulai dijalankan (start)
b. Start-up/shutdown program adalah program bertahap (step control programm) untuk memenuhi kriteria dan batasan selama mulai menjalankan (start-up) maupun selama menghentikan (shutdown) unit turbin uap
c. Speed control adalah kontrol kontinyu (continuous control) selama unit turbin uap beroperasi untuk menjaga putaran poros turbin uap agar tetap konstan sesuai putaran yang telah ditentukan
d. Load control adalah kontrol kontinyu (continuous control) selama unit turbin uap beroperasi untuk mengendalikan beban unit sesuai dengan target yang diinginkan, sambil tetap menjaga putaran poros turbin uap agar tetap konstan sesuai putaran yang telah ditentukan
1.1.2. Pengontrolan Boiler
Pengontrolan boiler harus mampu menyelenggarakan seluruh kebutuhan dan pengendalian pengoperasian turbin uap sesuai spesifikasi yang telah ditentukan pada bagian eksekusi dengan program kontrolnya. Kontrol Boiler terdiri dari :
Ready to start (standby)
Start-up/shutdown program
In operation, terdiri dari :
Kontrol level tangki boiler (drum level control)
Kontrol tekanan uap (steam pressure control)
Kontrol aliran air pengisi (feed water control)
Kontrol uap pintas (steam by-pass control)
Kontrol udara bakar (access air control)
Kontrol suhu uap (steam temperature control)
Kontrol tekanan air pengisi (feed water pressure control/sliding pressure control)
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 3 a. Ready to start adalah rangkaian lokiga (logic sequence) untuk memenuhi persyaratan
agar unit boiler bisa untuk mulai dijalankan (start)
b. Start-up/shutdown program adalah program bertahap (step control programm) untuk memenuhi kriteria dan batasan selama mulai menjalankan (start-up) maupun selama menghentikan (shutdown) unit turbin uap.
c. Drum level control adalah kontrol kontinyu (continuous control) selama unit boiler beroperasi untuk menjaga level permukaan air di dalam tangki boiler agar tetap konstan sesuai level yang telah ditentukan
Gambar 2 Sistem Kontrol 3 Elemen (Drum Level Kontrol)
d. Steam pressure controladalah kontrol kontinyu (continuous control) selama unit boiler beroperasi untuk mengendalikan tekanan uap sesuai dengan target yang diinginkan e. Feed water control adalah kontrol kontinyu (continuous control) selama unit boiler
beroperasi untuk mengendalikan aliran air pengisi sesuai dengan target yang diinginkan
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 4 f. Steam by-pass control adalah kontrol kontinyu (continuous control) selama unit boiler beroperasi untuk mengembalikan aliran uap dari boiler ke kondenser, bila jumlah uap produksi boiler jauh melebihi kebutuhan uap untuk turbin uap
g. Access air controladalah kontrol kontinyu (continuous control) selama unit boiler beroperasi untuk mengendalikan aliran udara bakar
Gambar 3 Sistem Kontrol Air Fuel Ratio
Level drum termasuk salah satu parameter utama yang sangat menentukan keberhasilan pengotrolan boiler. Dalam pengoperasian boiler, level air dalam boiler steam drum harus selalu dijaga agar tetap berada sekitar Normal Water Level atau NWL, sehingga boiler dan turbin diyakini dapat beroperasi dengan aman. Level air didalam steam drum boiler yang terlalu tinggi dapat beroperasi dengan aman. Level air didalam steam drum boiler yang terlalu tinggi dapat menyebabakan terjadinya carry over yang sangat membahayakan turbin, sedangkan level air terlalu rendah dapat menyebabkan terjadinya overheat pada pipa-pipa boiler.
Setiap PLTU mempunyai sistem kontrol yang unik untuk mengontrol level air di dalam boiler steam drum-nya. Ada yang menggunakan sistem merubah kecepatan Boiler Feedwater Pump-nya (BFP), menggunakan Control Valve atau gabungan dari keduanya. Sistem pengontrolan ini bertujuan mengatur aliran air pengisi (feedwater flow) ke dalam drum boiler sehingga levelnya tetap normal. Tujuan pengontrolan level drum adalah menjaga level air di
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 5 dalam boiler steam drum tetap berada pada nilai set point yang diinginkan melalui sistem feedforward signal yang nilainya disesuaikan dengan beban boiler. Ada dua jenis sistem kontrol element yang digunakan untuk menjaga level drum boiler, yakni :
Kontrol satu element, yakni dengan mengendalikan parameter level drum saja
Kontrol tiga element, yakni dengan mengendalikan tiga buah parameter, yaitu level drum, feedwater flow dan Mainsteam flow
Perpindahan proses pengendalian dari Kontrol Satu Element ke Kontrol Tiga Element dalam sebuah power plant biasanya dilakukan secara otomatis oleh sistem kendali yang digunakan oleh power plant tersebut
a. Kontrol Satu Element
Pada sistem kontrol satu element, sinyal penunjukan level drum diperoleh dari sinyal output transmitter level drum yang telah dikompensasikan dengan nilai pressure-nya.
Sinyal penunjukan level drum ini dibandingkan dengan nilai set-point dan error yang muncul menggunakan jenis kontrol P+I (Proportional-Integral), kemudian akan menghasilkan output sinyal yang digunakan untuk memerintahkan Feedwater Flow Control Valve.
Gambar 4 Skema sistem kontrol satu element
FIT : Flow Indicating Transmitter A : Manual Signal Generator T/A : Hand Automatic Control
System
K : Proportional Controler
∑ : Summing
LIT : Level Indicating Transitter F(x) : Final Controlling Function
∆ : Subtracting Function K∫ : Proportional and Integral F(t) : Signal Lag Unit
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 6 b. Kontrol Tiga Element
Pada sistem kontrol tiga element, mainsteam flow dikompensasikan dahulu dengan parameterTemperature dan Pressure untuk menghitung mass flow yang akan digunakan untuk menjaga keseimbangan feedwater flow. Sinyal Feedwater Flow dibandingkan dengan sinyal mainsteam flow dan error yang muncul menggunakan jenis kontrol P+I, kemudian output feedforward sinyal yang dihasilkan akan memerintahkan feedwater flow control valve.
Gambar 5 Skema sistem kontrol tiga elemen pengendali level drum boiler
Tujuan akhir dari pengontrolan tiga element ini adalah untuk menjaga level drum boiler tetap berada pada nilai set-point yang diinginkan, oleh karena itu sinyal output dari drum level control digunakan untuk menyediakan corrective signal yang menentukan feedforward singal untuk menjaga level drum tetap berada pada nilai set point yang diinginkan.
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 7 Gambar 6 Blok Diagram sistem kontrol tiga elemen
1.1.3. Kontrol Tekanan Ruang Bakar
Induced Draft Fan bagian untuk mengontrol dari sistem flue gas dan furnace pressure pada harga set point dan mengamankan dari tekanan lebih dan ledakan. Over pressure akan menjadikan gangguan utama di dalam pembakaran dalam skala kecil atau akan menggagalkan pembakaran. Jika aliran bahan bakar tidak dihentikan dengan segera, akan menimbulkan ledakan pembakaran. Sistem proteksinya khusus pada pembakaran dengan temperatur tinggi
FIT : Flow Indicating Transmitter A : Manual Signal Generator
T/A : Hand Automatic Control System K : Proportional Controler
∑ : Summing
LIT : Level Indicating Transitter F(x) : Final Controlling Function
∆ : Subtracting Function K∫ : Proportional and Integral F(t) : Signal Lag Unit
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 8 Gambar 7 Kontrol Furnace Draft
Jika tekanan pembakaran melebihi batas tingginya dari yang ditetapkan, boiler akan trip.
Pada kondisi vakum di dalam pembakaran akan menimbulkan unit trip dan peralatan tidak berfungsi. Kontrol sistemnya di disain untuk mengetahui adanya bahan bakar trip dan mengambil langkah untuk mengurangi tekanan negatip yang terjadi ketika pembakaran terhenti. Sistem kontrolnya harus mengendalikan Damper IDF atau inlet Vanes kearah posisi menutup. Jika tekanan pembakaran Drop di bawah batas. Aksi kontrolnya harus menolak dan Damper dari IDF atau inlet vanes rnenuju posisi menutup.
1.1.4. Kontrol Pembakaran Batubara
Gambar 8 memperlihatkan kontrol pembakaran di boiler yang menggunakan batu bara.
Masing – masing pulverizer mensuplai suatu grup dari burner, kebutuhan besarnya pembakaran di boiler di bandingkan dengan total aliran bahan bakar ke ketel, sinyal kebutuhan pulverizer master, digunakan bersamaan untuk mengoperasikan pulverizer.
Sinyal kebutuhan individual pulverizer digunakan bersama untuk kebutuhan aliran batu bara, primer air flow, dan total air flow ( primer plus secondary air flow ). Bila suatu error manual
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 9 antara kebutuhan dan pengukuran primer air flow atau total air flow, aksi proportional plus integral akan bekerja, akan mengatur primer dan sekunder air damper untuk mengurangi error ke nol.
Aliran primer yang rendah atau aliran udara total berkurang menggunakan kontrol individual pulverizer, minimum beban pulverizer, minimum air flow, dan minimum total air flow digunakan untuk kebutuhan agar pulverizer beroperasi dengan aman. Limit minimum cukup menjaga kecepatan burner nozzle, pada setiap saat, dan menjaga primary air / fuel dan total perbandingan udara atau bahan bakar diatas harga yang ditentukan.
Gambar 84 Sistem Kontrol Pembakaran Batubara
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 10 2. Jenis Mode Kontrol Unit PLTU
Pada kondisi operasinya setiap unit PLTU dijalankan oleh sistem kontrol yang disebut unit master control. Kontrol ini berfungsi untuk mengatur permintaan daya unit (load demand).
Load demand merupakan input dari turbine demand dan boiler demand. Unit master control pada PLTU terdiri dari lima jenis mode control yang akan diuraikan sebagai berikut.
1.2.1. Mode Cordinated Control
Mode ini dapat dipilih oleh operator saat boiler load control dan turbine master control pada mode auto. Sinyal unit load demand berasal dari unit load setter (ALR) yang nilainya bisa diinput oleh operator, disesuaikan dengan frekuensi system. Pada kondisi operasi sinyal unit load demand diumpankan secara simultan pada boiler load control dan turbine master control untuk mencapai beban MW yang diinginkan dengan proses perpindahan yang halus (smooth). Sinyal boiler load control mendapatkan input dari sinyal unit master control dan sinyal modifikasi tekanan main steam, selanjutnya mengatur laju pembakaran ( firing rate ) untuk mendapatkan tekanan main steam, flow main steam, temperatur main steam yang diinginkan. Sedangkan turbine master control akan mengatur bukaan turbine control valve untuk mendapatkan beban MW yang diinginkan.
Pada saat terjadi kenaikan permintaan beban MW, maka tekanan main steam akan drop dan cepat direspon oleh boiler load control untuk menstabilkan tekanan main steam ke kondisi set point. Bersamaan dengan itu turbine master control akan mengatur bukaan turbine control valve untuk menstabilkan beban MW output ke set point beban MW yang diinginkan.
Jadi boiler load control dan turbine master control bekerja secara bersama untuk merespon secara cepat perubahan permintaan beban MW dan menstabilkan tekanan main steam serta beban MW output.
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 11 Gambar 9 Skema Mode Coordinated Control
1.2.2. Mode Boiler Follow Control
Mode ini dapat dipilih secara automatis saat boiler load control pada mode auto dan turbine master control pada mode manual dan atau mode track. Saat beban MW diatur oleh turbine master control pada mode manual / track , melalui electro hydraulic control (EHC) untuk mengatur bukaan turbine control valve pada nilai tertentu sesuai sinyal beban MW aktual, maka boiler load control pada mode auto akan mengatur dan menjaga tekanan main steam untuk memproduksi flow main steam yang diperlukan.
Pada saat terjadi kenaikan permintaan beban MW maka tekanan main steam akan drop dan boiler load control merespon secara cepat untuk mengembalikan tekanan main steam ke kondisi set point. Namun karena turbine master control pada mode manual mengatur bukaan turbine control valve hanya berdasarkan beban aktual MW, maka tekanan main steam akan hunting dan tidak stabil. mode ini memiliki karakteristik respon yang cepat terhadap
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 12 perubahan beban MW namun perlu waktu lama untuk mencapai kondisi stabil pada set point.
Gambar 10 Skema Mode Boiler Follow Control 1.2.3. Mode Turbin Follow Control
Mode ini dapat dipilih secara automatis saat boiler load control pada mode manual dan atau mode track, serta turbine master control pada mode auto. Pada mode ini laju pembakaran diatur oleh boiler load control secara manual. Oleh karena itu tekanan header main steam diatur oleh turbine master control melalui EHC secara auto, yang mengatur bukaan turbine control valve untuk mendapatkan tekanan main steam yang diinginkan. Selanjutnya beban aktual MW ditentukan berdasarkan flow main steam yang tersedia pada tekanan main steam yang diinginkan.
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 13 Pada saat permintaan beban MW naik, maka boiler load control akan menaikkan laju pembakaran. Akibatnya tekanan main steam akan meningkat, dan dikembalikan menuju set point oleh turbine master control yang memerintahkan penambahan bukaan turbine control valve. Mode ini memiliki karakteristik respon yang lambat namun paling stabil dibandingkan mode lainnya.
1.2.4. Mode Load Rejection/Fast Cut Back (FCB)
Pada saat terjadi gangguan pada jaringan sistem transmisi, beban MW sistem hilang secara tiba-tiba dan terjadi pelepasan beban ( load rejection ). Bersamaan dengan itu sinyal FCB langsung diinisiasi pada unit master control. Selanjutnya unit master control memberikan input kepada boiler load control dan turbine master control untuk mengurangi beban boiler dan turbin ke minimum load sesuai dengan kondisi nilai setting FCB yang ditentukan. Pada mode ini boiler load control dan turbine master control berubah pada mode track secara automatis
1.2.5. Mode Load Run Back
Pada saat peralatan system 6 kV (SAF, IDF, PAF, CWP) mengalami gangguan atau trip, sinyal load runback diinisiasi pada boiler load control. Selanjutnya boiler load control mengurangi boiler load sesuai pada set point load minimum yang telah disetting pada software. Kemudian sinyal load runback ini dikirim ke unit master control. Pada mode ini boiler load control berubah ke mode track, dan unit master control memilih mode turbine follow control untuk mengatur tekanan main steam.
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 14 3. Sistem Proteksi PLTU
Proteksi adalah penghentian operasi suatu proses yang sedang berlangsung karena telah tercapai tingkat keadaan atau kondisi proses (parameter operasi) berlebihan yang dapat mengakibatkan bahaya rusak ataupun kecelakaan (untuk menghentikan proses operasi yang sedang berlangsung bila batasan parameter operasi yang diijinkan telah dilampaui).
2.1. Pengertian Umum Proteksi
Sistem proteksi atau pengaman pada PLTU adalah suatu alat untuk mengamankan peralatan utama dari akibat timbulnya penyimpangan batasan-batasan dari batasan normal, untuk menghindari penurunan performa peralatan dan kerusakan yang lebih serius.
Peralatan utama pada pembangkit PLTU adalah boiler, turbin, generator dan transformator.
Masing – masing peralatan tersebut memiliki sistem pengamanan yang berbeda-beda baik tipe maupun jenisnya.
Tujuan dari sistem proteksi sebagai berikut :
Mencegah dan mengurangi kerusakan peralatan-peralatan akibat gangguan, baik peralatan yang terganggu maupun peralatan lain yang berhubungan.
Mengisolasi area atau sistem yang terganggu secepat mungkin dan sekecil mungkin.
Semakin cepat reaksi perangkat proteksi yang digunakan maka akan semakin sedikitlah pengaruh gangguan kepada kemungkinan kerusakan alat.
Mencegah meluasnya gangguan.
Untuk mengamankan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh peralatan yang abnormal tersebut
Persyaratan desain proteksi harus dipertimbangkan untuk memastikan sistem pembangkit listrik dilengkapi dengan sistem proteksi yang andal. Persyaratan desain ini digunakan sebagai dasar yang harus dipenuhi pada aplikasi dan pemilihan sistem proteksi dalam system pembangkitan. Desain juga harus mempertimbangkan tipe komponen atau peralatan utama pembangkit yang akan diproteksi.
Terdapat beberapa persyaratan dalam suatu sistem proteksi, yaitu:
Selektivitas
Sistem proteksi harus mampu menentukan daerah kerjanya yang terganggu
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 15 secara tepat. Zona proteksi harus tepat dan memadai untuk memastikan bahwa hanya bagian yang terganggu yang dipisahkan dari sistem pada saat terjadi gangguan atau kondisi abnormal.
Kecepatan
Kesalahan dan kerusakan pada item pembangkit harus dapat diputus dengan segera. Elemen sistem proteksi harus mampu memberikan respon sesuai dengan kebutuhan peralatan yang dilindungi untuk meminimalisasi terjadinya gangguan meluas, lamanya gangguan dan gangguan pada stabilitas sistem.
Sensitivitas (Kepekaan)
Sistem proteksi harus mampu mendeteksi sekecil apapun ketidaknormalan sistem dan beroperasi dibawah nilai minimum gangguan. Studi koordinasi sistem proteksi harus dilakukan untuk menentukan sensitivitas seting dan memastikan proteksi bekerja dengan benar.
Reliabilitas (keandalan)
Kemungkinan suatu sistem proteksi dapat bekerja benar sesuai fungsi yang diinginkan dalam kondisi dan jangka waktu tertentu. Proteksi diharapkan bekerja pada saat kondisi yang diharapkan terpenuhi dan tidak boleh bekerja pada kondisi yang tidak diharapkan. Kerusakan yang tidak dapat ditangani oleh sistem proteksi utama harus didukung oleh sistem proteksi tambahan (secondary protection)
2.2. Proteksi Boiler
Boiler adalah salah satu peralatan utama pada PLTU yang sangat vital. Apabila terjadi kondisi abnormal pada boiler, alarm akan terinisiasi memicu bekerjanya Master Fuel Trip (MFT) dan menyebabkan boiler trip. Boiler Trip Command akan menghentikan semua input bahan bakar dengan cara men-tripkan pulverizer dan feeder, dan menutup semua nozzle LFO di semua level burner. Apabila boiler trip, turbin dan generator juga akan berhenti beroperasi / trip.
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 16 Gambar 11 Layout Boiler PLTU Tanjung Jati B
Untuk mempermudah, biasanya sinyal proteksi pemicu MFT diklasifikasikan sebagai berikut : a) Dari keinginan / aksi operator, yaitu :
Menekan 2 tombol MFT trip emergency dari panel
Menekan tombol boiler trip dari DCS b) Dari sistem udara dan gas buang, yaitu :
Tidak ada IDF yang beroperasi (Loss of Both IDF)
Tidak ada FDF yang beroperasi (Loss of Both FDF)
Furnace pressure high (2 out of 3) setelah sekian detik
Furnace pressure low (2 out of 3) setelah sekian detik
Secondary Air duct pressure high (2 out of 3) setelah sekian detik (Loss SAH)
Total air flow dibawah 25% selama sekian detik c) Dari sistem bahan bakar, yaitu :
Kehilangan semua nyala api setelah ada deteksi nyala api (loss of flame)
Tidak ada ignitor atau coal burner yang beroperasi setelah 5 menit boiler reset
Ignitor oil safety trip valve trip dan tidak ada coal burner yang beroperasi
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 17
Semua coal burner trip tetapi tidak ada ignitor atau coal burner yang beroperasi
Tidak ada nyala atau semua burner swing valve tutup
Scanner cooling air pressure low-low selama 25 detik d) Dari feed water supply, yaitu :
Drum level high selama sekian detik dari indikasi level drum median diantara 3 level transmitter boiler drum (+ 250 mm)
Drum level low selama sekian detik dari indikasi level drum median diantara 3 level transmitter boiler drum (- 250 mm)
Tidak ada Boiler Feed Pump (BFP) yang beroperasi (Loss of Both BFP) e) Akibat gangguan dari luar, yaitu :
Turbine trip (Turbin Trip at Gen Load sekian MW), HP by-pass tidak berfungsi
Critical MFT / slave failure
Boiler Control System dan Burner Management System offline f) Dari parameter mainsteam, yaitu :
Main steam temperature high
Reheat steam temperature high
Main steam pressure high (> Max)
Pada boiler tipe CFB, sebagian besar sistem intertripping MFT memiliki kemiripan dengan boiler tipe PC di atas. Berikut adalah beberapa intertripping MFT boiler tipe CFB, sebagai tambahan sistem intertripping di atas, yaitu :
Temperatur compact separator inlet dan outlet melebihi 982 °C
Wall Seat Blower Air Pressure (HPAF) low-low < 37 kPa, 2 sinyal muncul selama 5 detik (2 dari 3 logic bekerja)
Air / fuel ratio dibawah minimum setpoint (minimum 5.8) selama lebih dari 2 menit
Instrument air pressure low-low, 2 sinyal muncul (2 dari 3 logic bekerja)
Superheater protection trip, indikasi main steam flow < 10% MCR, temperature inlet cyclone > 482 0C, PA flow > minimum 25%, drum level low – low lebih dari 2 detik
Furnace bed temperature high-high > 980 °C (12 dari 15 logic termokopel bekerja)
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 18
Furnace bed temperature low > 650 °C (12 dari 15 logic termokopel bekerja), ketika coal feeder operasi dan tanpa ada burner beroperasi
Wall Seal Blower air pressure (HPAF) stop / tidak beroperasi
Feed water pump stop / tidak ada yang beroperasi
Tidak ada nyala api burner setelah reset MFT
Primary air flow ke grid < 165 T/jam
Furnace bed pressure high – high > 3.7 kPa
Furnace bed pressure low – low > - 3.7 kPa
Tingkat keberhasilan start up, operasi normal, menghadapi kondisi transient dan shutdown unit, sangat bergantung pada kemampuan operator dalam menguasai kondisi – kondisi penyebab indikasi MFT muncul. Oleh karena itu adalah suatu hal mutlak bagi operator boiler dan supervisor shift menghapal kondisi MFT. Sehingga operator dapat melakukan penanggulangan gangguan dengan tepat tanpa terjadinya kerusakan atau dapat meminimalkan tingkat kerusakan peralatan / mesin pembangkit pada saat unit mengalami gangguan
Gambar 12 Boiler Protection System PLTU Asam - Asam
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 19 Gambar 13 Boiler Protection System PLTU Labuhan Angin
2.2.1. MFT Push Button On (DCS)
Operator dapat menggunakan tombol Push Button yang biasanya terdapat di meja Operator Station di Control Room untuk men-trip-kan Boiler pada saat terjadi keadaan yang bersifat emergency, dan boiler harus dimatikan/shutdown secepatnya. Biasanya terdapat 2 (dua) tombol push button, dan kedua tombol tersebut harus ditekan bersamaan. Hal ini untuk mencegah tindakan tak sengaja menekan salah satu tombol dan menyebabkan boiler trip.
Gambar 14 Logic diagram push button
2.2.2. Proteksi Pressure Mainsteam
Boiler merupakan suatu heat exchanger yang beberapa bagiannya terdiri dari tubing-tubing yang disusun sedemikian rupa agar dapat menyerap sebanyak-banyaknya panas dari pembakaran batubara dan memindahkannya kedalam air boiler. Di antara tubing tersebut terdapat header yang menjadi muara dari air atau steam dan juga untuk memisahkan satu system dengan system lainnya di dalam boiler. Tubing maupun header tersebut memiliki batas kemampuan menerima tekanan sesuai dengan desain material dari pabrik
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 20 pembuatnya, oleh karena itu sebagai pengaman dari tekanan lebih dipasanglah pressure safety valve pada header dan juga pada drum boiler.
Tekanan didalam boiler dihasilkan dari proses pembakaran. Jika produksi uap boiler sama dengan konsumsi turbine, maka pressure pada main steam akan relatif stabil. Setiap boiler memiliki tekanan yang berbeda-beda tergantung dari desain awalnya, umumnya semakin besar kapasitas uap yang dihasilkan maka semakin besar tekanan kerjanya. Boiler yang tekanan kerjanya dibawah tekanan kritis pasti akan memiliki drum sebagai tempat memisahkan antara air dengan uap. Sedangkan boiler yang tekanan kerjanya di atas tekanan kritis air tidak memiliki drum. Oleh karena itu set tekanan kerja dari safety valve tergantung dari tekanan kerja boilernya.
Gambar 15. Instalasi Safety valve Pada Boiler Drum
Steam Drum, superheater, reheater, soot blower menggunakan katup pengaman (safety valve) untuk melindunginya terhadap tekanan lebih. Katup ini akan terbuka dan melepaskan uap ke atmosfir apabila tekanan mencapai batas yang telah ditentukan/set pressure (misalnya 6 % diatas tekanan kerja). Katup pengaman tekanan lebih akan kembali menutup apabila tekanan tertentu telah dicapai (reset pressure). Saat membuka disebut “pop up pressure“ dari membuka sampai menutup kembali disebut saat “blowdown pressure“ atau disebut juga “blowback pressure“. Untuk drum sendiri digunakan dua buah katup pengaman, yang mana katup kedua bereaksi sebagai back up dengan tekanan yang disetel sedikit lebih tinggi dari tekanan katup pengaman pertama.
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 21 Katup pengaman superheater disetel paling rendah dari katup pengaman drum,sehingga katup pengamanan tekanan lebih superheater harus terbuka lebih dahulu dari pada katup tekanan uap lebih di drum. Dengan prosedur ini dimaksudkan agar superheater tidak overheat karena tak ada uap yang mengalir didalamnya, akibat uap langsung dibuang ke atmosfir lewat katup pengaman drum. Bekerjanya safety valve, tidak boleh terlalu sering karena dapat menimbulkan kebocoran uap dan perlu dilakukan pengasahan disk katup kembali (lapping). Sebaliknya, seandainya tekanan boiler drop sampai 80% dari tekanan desain, unit akan trip oleh low boiler pressure trip untuk mencegah kerusakan turbin akibat temperaturnya yang rendah. Bypass turbin diberikan pada beberapa unit PLTU untuk mempertahankan tekanan uap masuk turbin saat operasi dan mengalirkan uap seluruhnya ke dalam kondensor (setelah di-spray) saat turbin trip. Dengan demikian kelangsungan operasi ketel dapat dipertahankan.
Gambar 16 Contoh safety valve pada boiler steam drum
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 22 Berikut jumlah dan setting PSV pada boiler di PLTU Suralaya unit1-4 :
Table 1. Set Tekanan Kerja Safety Valve di Boiler
Lokasi jumlah
Set tekanan kerja (Kg/cm2)
Kapasitas (Kg/jam)
Tekanan reset (Kg/cm2)
Boiler Drum 4 196.8 233.154 188.9
201.8 250.167 193.7
202.5 251.46 194.4
202.8 251.98 194.7
Secondary Superheater Outlet
3 185.5 113.578 178.2
186.4 114.26 178.9
183.9 117.091 Pressmatic valve
Reheat Outlet 1 50.6 187.758 48.6
Reheat Inlet 5 53.4 160.946 51.3
53.8 161.958 51.6
54.1 236.182 51.6
54.5 237.567 52.3
54.8 239.173 52.7
HP bypass sisi A 2
HP bypass sisi B 2
2.2.3. Proteksi Terhadap Level drum
Steam Drum adalah alat yang digunakan untuk menampung air yang berasal dari economizer untuk dipanaskan dengan metode siklus air natural, yakni air akan bersirkulasi akibat adanya perbedaan berat jenis, dimana air yang temperaturnya lebih rendah akan turun dan air yang temperaturnya lebih tinggi akan naik ke drum sambil melepaskan uapnya untuk dipisahkan antara uap dan airnya pada peralatan separator, sevron dan dryer.
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 23 Level Drum harus dikendalikan agar tidak menimbulkan bahaya karena level drum yang tinggi dan terus meninggi akan mengakibatkan carry over padatan terlarut ataupun air itu sendiri pada sistem mainsteam hingga ke turbin. Pada kondisi level drum yang terlalu tinggi akan menyebabkan carry over sehingga dapat terjadi pengendapan garam pada superheater serta melekatnya silika (SiO2) pada sudu-sudu turbin tingkat awal. Deposit silika ini sulit dilepas/dibersihkan, hanya dapat dibersihkan dengan disemprot pasir kuarsa (sand blasting).
Level yang terlalu rendah dan bahkan kosong, akan berakibat drum mengalami pemuaian yang berlebihan dan pipa yang tidak terendam air akan overheat sehingga pecah.
Gambar 17 Steam Drum boiler tipe natural circulation
Penyebab fluktuasi permukaan air di dalam Drum dapat disebabkan oleh perubahan yang cepat pada proses pembakaran, tekanan mainsteam, serta kontrol 3 elemen pengendalian drum level yaitu Main steam flow / beban generator, Feedwater Flow dan feedback drum level itu sendiri. Gangguan drum level meliputi gangguan Drum level tinggi (high), drum level rendah (low) dan gangguan Drum Level Fluktuatif (hunting).
A. Drum Level Low (< NWL -minus)
Kemungkinan penyebab :
a. Feedwater Flow Control malfungsi.
b. Salah satu BFP yang running Trip memicu Run Back, sehingga memicu disturbance dan ketidakstabilan.
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 24 c. Malfungsi pada Level transmitter.
Konsekuensi / akibat :
a. Bisa menyebabkan overheating pada tube-tube water wall boiler yang bisa menyebabkan kerusakan tube/pecah.
b. Kemungkinan akan low pada suction BCP dan Differential Pressure BCP juga akan Low.
Gambar 18 Contoh kerusakan tube boiler karena overheat
B. Drum Level High (> NWL +positif)
Kemungkinan penyebab :
a. Lonjakan pada level karena adanya kenaikan secara berlebihan dan mendadak pada flow mainsteam.
b. Terdapat malfungsi pada pengendalian feedwater flow.
c. Terdapat malfungsi pada pengukuran blowdown steam drum.
d. Terdapat malfungsi pada level transmitter.
Konsekuensi / akibat :
a. Dapat menyebabkan carry over feedwater ke Superheater dan menyebabkan temperatur mainsteam turun/rendah.
b. Dapat menyebabkan kondisi yang sangat merugikan bagi operasi turbin karena temperatur mainsteam yang rendah.
c. Bisa menyebabkan munculnya deposit pada blade turbin jika silika garam terbawa sampai turbin.
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 25
Gambar 15 Contoh kerusakan blade turbin karena terjadi carry over
2.2.4. Proteksi Pressure dan Vacuum Furnace
Udara pembakaran dipasok ke ruang bakar (furnace) oleh Forced Draft Fan (FDF). Udara pembakaran bertemu dengan bahan bakar (batubara atau HSD) dan api, sehingga terjadi proses pembakaran dan akan membentuk produk hasil pembakaran berupa gas buang.
Untuk boiler yang menerapkan sistem balanced draft (tarikan seimbang), tekanan ruang bakar / furnace dibuat sedikit di bawah tekanan atmosfir oleh Induced Draft Fan (IDF).
Tekanan ruang bakar harus dibuat bertekanan sekitar negatif (-) 10 mmH2O dan harus selalu dipertahankan bertekanan negatif selama ada pembakaran di ruang bakar.
Gambar 20 Draft system PLTU kapasitas 500 MW
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 26 Ruang bakar tidak boleh dioperasikan pada tekanan terlalu positif (+) untuk menghindari agar tekanan desain dari casing boiler tidak terlampaui, tetapi tekanan terlalu negatif juga tidak diperkenankan karena dapat menyebabkan kebocoran (penyusupan) udara berlebih ke dalam furnace. Boiler akan trip jika tekanan ruang bakar telah mencapai titik setting tertinggi maupun terendahnya. Jika tekanan ruang bakar masih terus naik maka semua FD Fan akan trip (FD Fan fault alarm) akan muncul. Boiler juga akan trip setelah waktu tertentu, setelah tekanan ruang bakar mencapai nilai yang terlalu negatif.
Pressure boiler yang terlalu Positip (+) dapat menyebabkan Boiler Explosions, sementara pressure furnace yang terlalu Negatif (-) dapat menyebabkan Boiler Implosions.
A. Boiler Explosions
Kemungkinan Penyebab
a. Furnance explosions dapat disebabkan karena adanya akumulasi unburned fuel pada furnace karena pembakaran yang tidak sempurna, ignition loss atau karena adanya kebocoran pada valve bahan bakar
b. Apabila bahan bakar yang terakumulasi tersebut terbakar, akan menghasilkan tekanan yang besar di atas normal
c. Tekanan berlebih/terlalu positif (+) ini dapat menyebabkan boiler explosions
Tindakan Pencegahan (Preventive)
a. Selama start up, air flow diposisikan high (s/d 30% dari total air flow)
b. Memastikan bahwa tidak ada kebocoran pada line dan valve bahan bakar serta ignitor
c. Memantau kondisi api
d. Ketika boiler pada posisi shutdown/idle, furnace harus dipurging terlebih dahulu sebelum menyalakan ignitor
e. Selalu melakukan pengecekan dan pengujian fungsi Proteksi dan Interlock Boiler
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 27 Gambar 21 Contoh kecelakaan power plant akibat boiler explosion
B. Boiler Implosions
Kemungkinan Penyebab
a. Boiler trip atau kehilangan suplai bahan bakar secara cepat mendadak dan tiba tiba sehingga menyebabkan penurunan mass temperature sehingga furnace pressure turun secara cepat dan mendadak
b. Terjadi evakuasi heated gas secara cepat oleh ID Fans c. Terjadi kegagalan pada Fan Controls
Tindakan Pencegahan (Preventive)
a. Menjaga pressure boiler selalu berada dalam rentang yang diijinkan
b. Selalu melakukan pengecekan dan pengujian fungsi Proteksi dan Interlock Boiler Terganggunya tekanan ruang bakar sehingga menyimpang dari batasan operasi yang diijinkan, serta batas keamanan tertinggi / terendah yang diijinkan dapat mengakibatkan proses pembakaran tidak stabil, proses transportasi bahan bakar batubara ke ruang bakar terganggu serta proses pengeluaran abu batubara dari ruang bakar tersendat.
Gangguan pada ruang bakar diantaranya meliputi : a. Gangguan Furnace pressure high
b. Gangguan Furnace pressure low
c. Gangguan Furnace pressure tidak stabil
d. Gangguan Furnace bed temperature high (pada PLTU CFB) e. Gangguan Furnace bed temperature low (pada PLTU CFB)
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 28 2.2.5. Proteksi Combustion Air Flow, Loss Of Both FDF dan IDF
Proteksi combustion air flow dibutuhkan untuk melindungi boiler dari pembakaran yang tidak sempurna karena suplai udara yang rendah ke dalam furnace. Pembakaran tidak sempurna menyisakan karbon monoksida dan unburned fuel yang berbahaya. Jika proteksi terhadap low air flow ini tidak bekerja, bisa menyebabkan implosion pada boiler. Biasanya, proteksi terhadap combustion air flow bekerja dengan prinsip 2oo3 channel (2 out of 3), sebagaimana dapat dilihat pada gambar berikut
Gambar 22 Skema proteksi Combustion Air Flow Combustion air controller terdiri dari tiga fungsi sebagai berikut :
a. Supply of furnace purging air b. Supply of combustion air c. Supply of post purge air
Selain total combustion air flow, proteksi ini erat kaitannya dengan status Forced Draft Fan (FDF), apakah running atau tidak. Proteksi dari Both FDF Stop diperlukan untuk melindungi boiler, yakni ketika kedua FDF stop akan menyebabkan pembakaran tidak sempurna karena suplai udara ke furnace berkurang/tidak mencukupi.
Gambar 23 Skema proteksi boiler dari Both FDF Stop
Proteksi di sistem udara pembakaran lainnya adalah dari sisi Induced Draft Fan (IDF). Ketika kedua IDF gagal beroperasi/gangguan juga akan memicu MFT yang dapat men-trip-kan boiler. Proteksi ini diperlukan untuk melindungi flue gas duct/air heater outlet duct (saluran gas buang) dalam kasus terjadinya peningkatan tekanan/gas berlebih dari Regeneratif Air Preheater ke Electrostatic Precipitator. Jika proteksi ini gagal berfungsi, bisa menyebabkan
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 29 terjadi eksplosion pada flue gas duct (saluran gas buang) disebabkan tekanan flue gas yang terlalu tinggi.
Gambar 24 Skema proteksi boiler dari Both IDF Trip
Pada sistem suplai udara untuk purging furnace, terdapat logic selektor untuk menentukan seting minimum flow dan maksimum flow. Sesuai dengan standar internasional NFPA 8502 dan 8503, set poin flow minimum harus lebih besar setidaknya 25% dari nilai Combustion Air Flow pada kondisi Maximum Continuous Rate (MCR). Setelah boiler stop beroperasi (MFT) Post purging diperlukan untuk membersihkan/mengeluarkan material yang mudah terbakar dari furnace (untuk menghindari terjadinya ledakan).
2.2.6. Proteksi Flame Detector
Proteksi All Flame Loss akan berperan untuk segera menghentikan supply bahan bakar ketika sensor flame tidak mendeteksi nyala api. Apabila proteksi ini gagal/tidak berfungsi, bisa menyebabkan terjadinya eksplosion pada furnace akibat pembakaran tidak sempurna.
Strategi voter yang digunakan dalam sistem proteksi ini adalah sistem 2/3 channel (2oo3).
Logic sistem proteksi ini biasanya didesain pararel dengan Fuel Valve. Artinya, jika valve bahan bakar sudah Open pada beberapa level burner yang beroperasi, dan kemudian tiba- tiba tidak terdeteksi ada flame/nyala api, maka boiler akan trip dan segera menutup valve suplai bahan bakar. Namun proteksi ini tidak akan digunakan/non-aktif ketika periode pengetesan burner atau saat start-up sequence group ignitor atau pulverizer. Hal ini untuk mencegah supaya boiler tidak sering trip saat awal start-up unit pembangkit.
Gambar 25 Skema proteksi boiler voter logic loss of all flames
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 30 Pada beberapa unit pembangkit, contohnya di PLTU Gresik juga terdapat proteksi Critical Flame Out ( >= 5 pair). Proteksi ini digunakan untuk mencegah penurunan kualitas steam yang dihasilkan oleh boiler, karena terjadi ketidakstabilan sistem pembakaran. Sinyal proteksi ini akan bekerja, muncul ketika nyala api yang mati melebihi batas yang diijinkan (misalnya dibatasi pada >= 5 pair).
Gambar 26 Skema proteksi boiler All Fuel Loss
Proteksi lain yang juga terkait erat dengan sistem detector nyala burner ini adalah proteksi Fuel Supply (All Fuel Loss). Proteksi ini juga diperlukan untuk mencegah terjadinya ledakan pada furnace, akibat terjadinya pembakaran yang tidak sempurna. Limitasi batasan yang diijinkan misalnya, saat Only RO pada Pressure Low ≤ 4 kg/cm2 dan pada Only HSD, pada Pressure Low ≤ 2,5 kg/cm2). Untuk menghindari terjadinya ledakan ini, biasanya dalam Burner Managemen System (BMS) suatu boiler juga terdapat proteksi Purge Credit Time Elapsed (misal disetting pada nilai 5 menit).
2.2.7. Proteksi Terhadap Temperatur Uap
Temperatur uap dari boiler yang akan memasuki turbin uap harus diatur tingginya. Jika temperatur terlalu tinggi, material turbin akan mengalami thermal stress yang berlebihan, disamping menimbulkan kelelahan material, juga usianya menjadi diperpendek. Sebaliknya, temperatur uap yang terlalu rendah, pada sudu turbin tingkat terakhir mungkin sudah berupa air, karena faktor kebasahannya terlalu besar ( standar 12 % ). Akibatnya sudu tingkat terakhir turbin erosi/terkikis oleh butir-butir air tersebut. Pada sudu tingkat terakhir turbin biasanya dilapisi dengan bahan pelindung ( stellite strip ) yang dapat dibentuk kembali jika rusak oleh erosi.
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 31 2.2.8. Proteksi Pompa Air Pengisi
Pompa air pengisi harus mempunyai minimum flow pipe, dimana aliran air minimum dapat selalu mengalir melalui pompa. Telah kita ketahui bahwa pompa air pengisi akan memindahkan air ke drum dengan tekanan yang sama atau lebih besar sedikit dengan tujuan mengimbangi tekanan yang telah ada. Kelebihan aliran dikembalikan ke tangki air pengisi lewat minimum flow pipe.
Air adalah fluida yang incompressible artinya tak dapat dikompresi. Jika permintaan pemakaian air berkurang atau distop sama sekali, maka harus ada sejumlah air minimum yang mengalir terus didalam pompa untuk menghindari terjadinya overheating pompa karena gesekan fluida terhadap bagian-bagian pompa. Jadi aliran minimum berfungsi sebagai pendingin bagi pompa.
2.2.9. Boiler Runback
Runback boiler berarti menurunkan jumlah pembakaran menyesuaikan dengan kemampuan kerja dari peralatan penunjang boiler. Sistem runback difungsikan untuk mengamankan peralatan-peralatan pada boiler dan turbine dari operasional yang melebihi kapasitas peralatan. Jika ter-deteksi terjadinya kelebihan kapasitas operasi peralatan, boiler master akan menurunkan demand pada posisi yang ideal. Runback pada PLTU Suralaya unit 1-4 terjadi pada hal-hal sebagai berikut :
Trip 1 FDF dari 2 FDF yang beroperasi
Trip 1 IDF dari 2 IDF yang beroperasi
Trip 1 PAF dari 2 PAF yang beroperasi
Kehilangan kapasitas feed water (1 dari 2 BFP yang beroperasi trip dan yang stand by tidak start)
Jika terjadi runback, maka boiler master akan trip ke manual tetapi turbine master masih auto untuk mengontrol throttle pressure (turbine follow). Boiler master juga akan menurunkan demand-nya sesuai dengan permintaan kontrolnya (biasanya ke 50% MCR) dengan cara menurunkan konsumsi batubara/bahan bakar.
Kadangkala pada sebuah pembangkit didesain ada Run Back I, Run Back II dan Fast Cut Back menuju House Load.
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 32 Run Back I
kondisi dimana unit pembangkit akan menurunkan beban seketika ke nilai 60 % dari Maximum Continuous Rate (misal MCR 70 MW, akan turun setara ke 42 MW)
Run Back II
kondisi dimana unit pembangkit akan menurunkan beban seketika ke nilai 50 % dari Turbine Generator Load (misal TGL 70 MW, akan turun setara ke 35 MW)
Fast Cut Back
kondisi dimana unit pembangkit akan menurunkan beban seketika ke maksimum 20 % dari Maximum Continuous Rate (misal MCR 70 MW akan turun setara dengan 14 MW), namun pada saat awal inisiasinya akan turun ke beban House Loadnya dulu (misal 4-5 MW) baru naik secara bertahap ke 20 % MCR
Adapun kondisi yang bisa menyebabkan terinisiasi Run Back I, Run Back II dan Fast Cut Back adalah beberapa hal sebagai berikut :
Run Back I, terjadi jika :
Salah satu IDF yang beroperasi trip/mati
Salah satu FDF yang beroperasi trip/mati
Run Back II, terjadi jika
Salah satu CWP yang beroperasi trip/mati
Salah satu PAF yang beroperasi trip/mati
Salah satu dari 2 mill (misal total 3 mill) trip/mati
Fast Cut Back, terjadi jika CB pengapit unit pembangkit OPEN (unit pembangkit lepas sinkron dengan sistem)
2.2.10. Boiler Trip
Boiler trip merupakan salah satu bentuk pengaman boiler dengan cara memasukkan sinyal MFT (Main Fuel Trip) yang berarti menghentikan suplai bahan bakar yang masuk kedalam boiler. MFT akan bekerja apabila mendapat salah satu sinyal dari :
a. Dari sistem udara dan gas
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 33
Tidak ada IDF yang beroperasi
Tidak ada FDF yang beroperasi
Furnace pressure high setelah 2 detik (+200 mmH2O)
Furnace pressure low setelah 2 detik (-200 mmH2O)
Total air flow dibawah 20% selama 5 detik
Tidak ada Main Air Heater yang beroperasi
Tidak ada Mill Air Heater yang beroperasi b. Dari sistem pembakaran
Kehilangan semua nyala api setelah ada deteksi nyala api (flame)
Tidak ada ignitor atau coal burner yang beroperasi setelah 5 menit boiler purging reset
Ignitor oil safety trip valve trip dan tidak ada coal burner yang beroperasi
Semual coal burnerm, trip tetapi tidak ada ignitor atau coal burner yang beroperasi
Kehilangan power combustion kontrol
Scanner cooling air pressure low-low selama 25 detik c. Dari feed water supply
Drum level high selama 10 detik dari indikasi level drum median diantara 2 level transmitter boiler drum (+ 255 mm)
Drum level low selama 10 detik dari indikasi level drum median diantara 2 level transmitter boiler drum (- 288 mm)
d. Akibat gangguan dari luar
Turbine trip, tetapi HP by-pass tidak berfungsi
Tekanan header udara instrument dibawah 5.5 kg/cm2 e. Dari steam temperature
Main steam temperature high 570 oC selama 2 menit
Reheat steam temperature high 570 oC selama 2 menit
Selain itu, boiler juga dapat ditripkan oleh operator dengan cara menekan tombol ESD (emergency shutdown) maupun tombol MFT yang ada di control room.
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 34 Selain hal-hal proteksi boiler di atas, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan saat start up, shutdown maupun normal operasi dari boiler agar kinerja dan umur boiler tetap terjaga, diantaranya adalah :
Boiler drum vent harus dibuka selama proses pengisian dan pembakaran awal berlangsung sampai dengan tekanan drum ± 2 kg/cm2 agar semua udara yang berada dalam boiler tube dikeluarkan. Tujuannya adalah untuk mengurangi kemungkinan terjadinya korosi akibat oksidasi akibat adanya udara yang terjebak dalam boiler
Perbedaan temperature drum antara top dan bottom harus dijaga sekecil mungkin untuk mencegah thermal stress pada steam drum. Di PLTU Suralaya, perbedaan temperature antara top dan bottom harus dijaga maksimal 100 oC pada saat start up dan 112 oC saat shut down.
Operasikan bypass system saat start up. Hal ini dilakukan untuk mengamankan pipa reheat dari overheat dengan cara mengalirkan steam melalui bypass system sebagai pendingin pipa reheat.
Perhatikan temperature gas buang keluaran dari Main maupun Mill Air Heater agar rata-rata temperaturnya di atas temperature dew point sulfur, untuk menjaga agar tidak terjadi pengembunan sulfur pada elemen air heater.
Saat start up, pastikan bahwa valve resirkulasi ekonomiser terbuka untuk mencegah terjadinya penguapan pada pipa-pipa economizer yang dapat menyebabkan overheat pada pipa tersebut akibat belum adanya aliran air menuju drum.
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 35 4. Proteksi Turbin
Turbin merupakan penggerak utama yang mengkonversi energy panas steam menjadi energy mekanik untuk memutar poros generator. Untuk menghindari kerusakan yang lebih serius pada turbin ketika ada gangguan, maka turbin dilengkapi dengan peralatan pengamanan. Peralatan pengaman tersebut untuk mengamankan peralatan turbin baik bagian yang bergerak (rotor) mapun yang diam (stator).
Peralatan proteksi turbin yang akan mentripkan turbin apabila terjadi gangguan yang dapat mengancam kerusakan pada peralatan turbin. Trip turbin berarti hilangnya minyak auto stop oil yang akan menghilangkan minyak control valve turbin sehingga semua valve turbin akan menutup dan aliran steam yang masuk kedalam turbin akan terhenti.
Gambar 27. Logic diagram turbin trip di PLTU Suralaya 1-4
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 36 Diagram Urutan Logic Proteksi Turbin
Gambar 28 Contoh jenis dan tabulasi proteksi turbin
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 37 2.3.1. Turbin Supervisory
Untuk memonitor kondisi turbin secara real time. Dengan adanya turbin supervisory kita dapat mengetahui apakah turbin masih beroperasi pada batasan normalnya atau tidak.
Berikut yang termasuk dari turbin supervisory.
Casing expansion
Kondisi turbin yang awalnya dingin kemudian dialirkan panas dari steam, maka perubahan termal dalam casing akan menyebabkan ia memuai. Skala ekspansi Casing diukur berdasarkan pergerakan relatif terhadap titik tetap (pondasi). Besarnya pemuaian biasanya
Rotor eccentricity
Ketika turbin di shutdown akan terjadi kebengkokan rotor turbin akibat perbedaan pendinginan sisi bawah dan sisi atas juga karena berat dari trubin tersebut. Rotor eccentricity memonitor langsung kondisi kelurusan poros turbin peak to peak saat diputar oleh turning gear, sebelum dilakukan rolling turbin nilai eccentricitynya harus sudah dalam kondisi normal.
Differential expansion
Ketika steam dialirkan ke turbin maka baik rotor maupun casing akan memuai.
Perbedaan pemuaian ini harus dimonitor agar tetap dalalm batas yang diijinkan, perbedaan yang besar akan menyebabkan sentuhan antara bagian yang diam dengan bagian yang bergerak (sudu) sehingga akan merusak turbin.
Shaft vibration
Memonitor getaran poros yang diukur pada masing-masing bearing turbin. Vibrasi turbin yang berlebih dapat menyebabkan kerusakan pada komponen turbin seperti bearing, sudu, dll.
Bearing metal temperature
Memonitor temperature metal bearing. Bila metal panas bisa disebabkan karena adanya vibrasi maupun kondisi minyak pelumas yang kurang baik. Peningkatan temperature metal bearing dari temperature normalnya mengindikasikan adanya ketidaknormalan dan harus segera dicari tahu penyebabnya.
Steam & metal diff temperature
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 38 Memonitor perbedaan temperature antara uap dengan metal turbin. Hal ini dilakukan untuk mencegah thermal stress akibat perbedaan temperature yang tinggi. Sebelum rolling turbin steam yang akan dialirkan harus memenuhi syarat keamanan operasi turbin, baik tekanan maupun temperaturnya.
Gambar 29 Tipikal Turbine Supervisory Instrumen (TSI)
Agar kemampuan peralatan turbin terjaga dan memiliki umur pakai yang panjang, harus diperhatikan batasan-batasan pengoperasiannya agar tidak menyimpang dari batasan tersebut. Berikut batasan-batasan operasi turbin PLTU Suralaya unit 1-4.
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 39 Table 2. Batasan operasi turbin PLTU Suralaya unit 1-4
No Item
Batasan Keterangan
Normal Alarm Trip
1 Eccentricity < 5/100 mm 7,5/100 mm *At monitor
(peak to peak) * on turning to 600 rpm
15 20 during start up
12.5 at rated speed
2 Shaft vibration on
each For reference at 3000 rpm
bearing Peak to
peak (1) Excellent 0 - 5.0
(1/100 mm unit) (2) Enough 5.0 - 7.5
(3) Allowable continuous opeartion 7.5 - 12.5
(Balancing operation must be planned)
(4) Allowable short term operation > 12.5
(5) Immediately action > 25.0
3 Shaft Position &
thrust Thrust wear 2.1 kg/cm² 5.6 kg/cm²
wear protection
Shaft position
+ 0.7 mm + 0.8 mm
- 1.1 mm - 1.2 mm
4 Differential
Expansion + 18 mm +25 mm + = rotor long
- 0.5 mm
5 Bearing metal
temp Below alarm value
107 °C 113 °C at 3000 rpm
Bearing oil temp 77 °C
6 Thrust metal
temperatur Below alarm value 99 °C 107 °C at metal shoe center 7 Cold start up Steam condition for rolling up below 430 °C
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 40
> 56 °C superheated
> 40 kg/cm²
8 Warming up of steam chest (for reference)
Inner metal temp (deep) should warming up to above saturated temperature corresponded with
throttle steam
It is desired low press throttle steam for start up
9 Metal matching Diff. temperature between steam and metal (on impulse chamber)
(on impulse
chamber) Allowable temp difference on load condition
Limitation +140 to -
83 °C
Reccomended +110 to -
56 °C
Change rate of impulse chamber steam temp.
Limitation ±165
°C/hours
or ± 56
°C/hours
10 HP-IP cylinder differential temp.
In case of temperature measuring at bolt center
upright
between flange
and bolt Double cylinder +140 to -
30 °C (+ = flange temp high)
11
Temp. diff.
between cylinder base
Below alarm value 42 °C 56 °C
During normal on load
and cylinder cover
(inner face) of condition
HP-IP trbine
12 LP Turbine
exhaust < 70 °C 80 °C 120 °C In case of spray out of
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 41
temperature Service, Spray should be
in service at 70 °C
13 Vacuum low trip 704 mmHg 650±25 550 (+0-
100) ˟ ˟Desire close to 550
mmHG mmHg mmHg
14 Over speed trip Below 111
% speed
15 Minimum Load 3 - 10 % of 400 MW
16 Bearing oil
pressure +0.6
0.75 ±0.05 kg/cm²
+0.10
1.2 -0.2 kg/cm²
0.50 - 0.05 kg/cm²
17 Temperature
difference * Within 14 °C
between * Within 28 °C for e few minutes
MSV-A and MSV-B * Within 42 °C for periods of 15 minutes maximum duration provided that such
ICV-A and ICV-B occurances are at least four hours apart
2.3.2. Proteksi Vibrasi
Metode utama untuk memantau kondisi peralatan mekanik pada turbin uap adalah dengan melakukan monitoring vibrasi peralatan tersebut. Tipe transducer yang digunakan biasanya jenis displacement, velocity dan accelerometer. Vibrasi dapat mengakibatkan kelelahan material dan menyebabkan kerusakan pada bantalan. Vibrasi harus dibatasi dalam batas yang aman. Vibrasi bisa disebabkan kesalahan mekanik seperti misalignment, unbalance (poros bengkok), dan adanya kerusakan pompa pelumas utama. Vibrasi juga dapat disebabkan oleh unsur listrik, misalnya adanya kebocoran listrik ke tanah lewat bantalan dan beban yang tak seimbang. Eccentricity poros juga dapat menimbulkan vibrasi dan ini dideteksi oleh detektor khusus.
