GAS TURBINGENERATOR

Gas Turbine Generator (GTG) di PT. Petrokimia merupakan salah satu unit pembangkit listrik yang dimanfaatkan untuk menunjang proses produksi pupuk. Prinsip kerja Gas turbine generator yaitu memanfaatkan gas sebagai fluida untuk memutar turbin dengan pembakaran internal sehingga dapat memutar generator lalu  menghasilkan listrik. GTG tersusun atas komponen-komponen utama seperti air inlet section, compressor section, combustion section, turbine section, dan exhaust section. Otomatisasi GTG Pabrik I PT. Petrokimia Gresik dikendalikan sistem kontrol yang disebut SPEEDTRONIC IV yang menggunakan sistem kontrol tiga redundant 16 bit microprocessor.

Kata kunci : Gas Turbine Generator, fluida, SPEEDTRONIC IV

1.    PENDAHULUAN

Gas Turbine Generator (GTG) di PT. Petrokimia merupakan salah satu unit pembangkit listrik yang dimanfaatkan untuk menunjang proses produksi pupuk. Unit GTG yang digunakan di Pabrik I PT.Petrokimia Gresik adalah Gas Turbin Generator HITACHI (2006 J) dengan kapasitas daya 18,350 MW  dan tegangan 13,6 - 13,8 KV / 50 Hz.

Desain pertama turbin gas dibuat oleh John Wilkins seorang Inggris pada tahun 1791. Sistem tersebut bekerja dengan gas hasil pembakaran batu bara, kayu atau minyak, kompresornya digerakkan oleh turbin dengan perantara rantai roda gigi. Pada tahun 1872, Dr. F. Stolze merancang sistem turbin gas yang menggunakan kompresor aksial bertingkat ganda yang digerakkan langsung oleh turbin reaksi tingkat ganda. Tahun 1908, sesuai dengan konsepsi H. Holzworth, dibuat suatu sistem turbin gas yang mencoba menggunakan proses pembakaran pada volume konstan. Tetapi usaha tersebut dihentikan karena terbentur pada masalah konstruksi ruang bakar dan tekanan gas pembakaran yang berubah sesuai beban. Tahun 1904, “Societe des Turbomoteurs” di Paris membuat suatu sistem turbin gas yang konstruksinya berdasarkan desain Armengaud dan Lemate yang menggunakan bahan bakar cair. Temperatur gas pembakaran yang masuk sekitar 450 C dengan tekanan 45 atm dan kompresornya langsung digerakkan oleh turbin. Selanjutnya, pada tahun 1935 sistem turbin gas mengalami perkembangan yang pesat dimana diperoleh efisiensi sebesar kurang lebih 15%. Pesawat pancar gas yang pertama diselesaikan oleh “British Thomson Houston Co” pada tahun 1937 sesuai dengan konsepsi Frank Whittle (tahun 1930).

II. PRINSIP KERJA GAS TURBINE

GENERATOR

Gas turbine generator adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk memutar turbin dengan pembakaran internal sehingga dapat memutar generator lalu  menghasilkan listrik. Didalam turbin gas, energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan yang memutar roda turbin sehingga menghasilkan daya. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin gas.

Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet). Kompresor berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga temperatur udara juga meningkat. Kemudian udara bertekanan ini masuk ke dalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar dilakukan proses pembakaran dengan cara mencampurkan udara bertekanan dan bahan bakar. Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust). Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai berikut:

1. Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan
2. Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian di bakar.
3. Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel (nozzle).
4. Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan.

Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi kerugian-kerugian yang dapat menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan berakibat pada menurunnya performa turbin gas itu sendiri. Kerugian-kerugian tersebut dapat terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas. Sebab-sebab terjadinya kerugian antara lain:

1.      Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian tekanan (pressure losses) di ruang bakar.

2.      Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan terjadinya gesekan antara bantalan turbin dengan angin.

3.      Berubahnya nilai Cp dari fluida kerja akibat terjadinya perubahan temperatur dan perubahan komposisi kimia dari fluida kerja.

4.      Adanya mechanical loss, dsb.

III.  KOMPONEN GAS TURBINE

GENERATOR

Turbin gas tersusun atas komponen-komponen utama seperti air inlet section, compressor section, combustion section, turbine section, dan exhaust section. Sedangkan komponen pendukung turbin gas adalah starting equipment, lube-oil system, cooling system, dan beberapa komponen pendukung lainnya.

Gambar 1. komponen gas turbin generator

Berikut ini penjelasan tentang komponen utama turbin gas:

1.      Air Inlet Section. Berfungsi untuk menyaring kotoran dan debu yang terbawa dalam udara sebelum masuk ke kompresor.

2.      Compressor Section. Komponen utama pada bagian ini adalah aksial flow compressor, berfungsi untuk mengkompresikan udara yang berasal dari inlet air section hingga bertekanan tinggi sehingga pada saat terjadi pembakaran dapat menghasilkan gas panas berkecepatan tinggi yang dapat menimbulkan daya output turbin yang besar.

3.      Combustion Section. Pada bagian ini terjadi proses pembakaran antara bahan bakar dengan fluida kerja yang berupa udara bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi. Hasil pembakaran ini berupa energi panas yang diubah menjadi energi kinetik dengan mengarahkan udara panas tersebut ke transition pieces yang juga berfungsi sebagai nozzle. Fungsi dari keseluruhan sistem adalah untuk mensuplai energi panas ke siklus turbin.

4.      Turbin Section. Turbin section merupakan tempat terjadinya konversi energi kinetik menjadi energi mekanik yang digunakan sebagai penggerak compresor aksial dan perlengkapan lainnya. Dari daya total yang dihasilkan kira-kira 60 % digunakan untuk memutar kompresornya sendiri, dan sisanya digunakan untuk kerja yang dibutuhkan.

5.      Exhaust Section. Exhaust section adalah bagian akhir turbin gas yang berfungsi sebagai saluran pembuangan gas panas sisa yang keluar dari turbin gas.

Adapun beberapa komponen penunjang dalam sistem turbin gas adalah sebagai berikut:

1. Starting equipment. Berfungsi untuk melakukan start up sebelum turbin bekerja.
2. Coupling dan Accessory Gear. Berfungsi untuk memindahkan daya dan putaran dari poros yang bergerak ke poros yang akan digerakkan.
3. Fuel System. Bahan bakar yang digunakan berasal dari fuel gas system dengan tekanan sekitar 15 kg/cm2. Fuel gas yang digunakan sebagai bahan bakar harus bebas dari cairan kondensat dan partikel-partikel padat. Untuk mendapatkan kondisi tersebut diatas maka sistem ini dilengkapi dengan knock out drum yang berfungsi untuk memisahkan cairan-cairan yang masih terdapat pada fuel gas.
4. Lube Oil System. berfungsi untuk melakukan pelumasan secara kontinu pada setiap komponen sistem turbin gas.
5. Cooling System. Sistem pendingin yang digunakan pada turbin gas adalah air dan udara. Udara dipakai untuk mendinginkan berbagai komponen pada section dan bearing.

IV. SISTEM KONTROL GAS TURBINE

GENERATOR

Kontrol otomatis GTG dilakukan oleh peralatan kontrol SPEEDTRONIC. Peralatan kontrol SPEEDTRONIC merupakan peralatan kontrol yang memang dirancang khusus untuk mengendalikan GTG. Di PT. Petrokimia Gresik  sistem kontrol SPEEDTRONIC yang digunakan adalah tipe Mark IV. Sistem Mark IV merupakan peralatan kontrol digital turbin secara otomatis yang telah dipelajari dan disempurnakan dengan sukses selama lebih dari 40 tahun. Sistem kontrol SPEEDTRONIC Mark IV merupakan salah satu bagian dari seni teknologi, didalamnya terdapat tiga redundant 16 bit microprocessor pengendali dan dua dari tiga voting redundansi pada kontrol kritis dan parameter pengaman. Sensor kontrol dan proteksi juga terdiri dari triple redundant, dan didistribusikan di antara tiga kontrol processor. Sistem sinyal output dipilih pada logic relay untuk yang solenoid dan 3 pada valve coil servo untuk sinyal analog, sehingga memaksimalkan dua sisi, yaitu sisi keamanan dan kehandalan.

Gambar 2. Diagram blok Gas Turbine Generator

Sistem kontrol Mark IV dirancang untuk memenuhi semua kebutuhan dari kontrol turbin gas. Hal yang dikontrol termasuk pengawasan cairan, gas, dan juga masukan bahan bakar agar sesuai dengan persyaratan kecepatan maupun persyaratan beban. Kontrol terhadap temperatur juga dilakukan dengan penjagaan kondisi temperatur tetap stabil dan tidak mencapai batas maksimal. Selain itu, masukan air dan uap dikontrol untuk menyesuaikan dengan kebutuhan operasi peralatan. Sistem kontrol Mark IV juga membantu urutan logika sistem dari otomatisasi startup, shutdown, dan cooldown.

Interface dari sistem Mark IV ditampilkan oleh sebuah layar CRT, berwarna hitam dan putih, yang memberikan informasi kepada operator tentang kondisi operasi terkini. Komunikasi antara interface operator dengan turbin, dikontrol dengan memanfaatkan empat microprocessor yang disebut communicator. Communicator juga menangani komunikasi antar fungsi kontrol processor, sehingga mengurangi potensi kerusakan software dan kesalahan data. Pada Communicator juga terdapat LED, berfungsi sebagai indikator yang langsung terhubung dengan processor. Indikator ini membantu untuk pengawasan terhadap operasi turbin, sehingga meminimalisir kacaunya operasi bila terjadi kegagalan baik dari microprocessor maupun CRT.

V.  KESIMPULAN

a.    Dengan output daya pada orde MegaWatt, Gas Turbine Generator merupakan unit pembangkit listrik yang dapat dimanfaatkan untuk menunjang proses produksi suatu industri.

b.   Dengan sistem kontrol tiga redundant 16 bit microprocessor pengendali dan dua dari tiga voting redundansi pada kontrol kritis dan parameter pengaman, sistem kontrol SPEEDTRONIC Mark IV merupakan sistem kontrol yang mempunyai kelebihan dari sisi keamanan dan kehandalan.

VI.  DAFTAR PUSTAKA

Gunterus, Frans.1997. Falsafah Dasar : Sistem Pengendalian Proses. Jakarta: PT. Elex Media Komputindo

Ogata, Katsuhiko, (1997), Teknik Kontrol Automatik Jilid I dan II Edisi 2. Jakarta: Erlanggga.

Industrial Autimation Research Group (IARG). Distributed Control System. Departemen Teknik Fisika-ITB: Bandung

Read More

instrumentasi

Instrumentasi adalah
Alat yang digunakan untuk menukur basaran,mengontrol,dan memanipulasi sekaligus sebagai final actin dari suatu proses

Read More