turbin driven

TURBINE DRIVEN BOILER FEED WATER PUMP

( TDBFWP )

 

Disusun oleh :

Junaidin    

1511041

JURUSAN TEKNIK MESIN S-1

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL MALANG

2018

 

            TURBINE DRIVEN BOILER FEED WATER PUMP

4.1. DASAR TEORI

Turbin Boiler Feed Water Pump merupakan salah satu aplikasi penggunaan pompa sentrifugal berukuran besar pada industri pembangkit listrik tenaga uap. Pompa ini berfungsi untuk mengontrol dan mensupply air pada jumlah tertentu yang berasal dari tangki air (Feed Water Tank) menuju boiler dengan spesifikasi tekanan tertentu. Air tersebut sebelum masuk ke boiler biasanya mengalami pemanasan awal (pre-heating). Sehingga air yang dipompa oleh BFP juga memiliki temperatur tertentu yang cukup panas.

Satu unit TBFP pada PLTU terdiri atas dua pompa dan satu penggerak. Penggerak yang digunakan bisa berupa motor listrik atau juga turbin uap berukuran kecil. Turbin kecil tersebut mendapatkan supply uap air yang diambil dari turbin uap utama pada stage tertentu. Dua pompa dari BFP adalah satu booster pump dan satu main pump / pompa utama. Keduanya menggunakan penggerak tunggal (turbin uap atau motor), yang sumbunya di-couple dengan atau tanpa sistem transmisi tergantung desainnya.

Booster pump memiliki spesifikasi pompa sentrifugal, single flow dan satu stage pompa  Menggunakan mechanical seal serta thrust dan journal bearing untuk menahan gaya-gaya yang terjadi. Sedangkan main pump berspesifikasi pompa sentrifugal, multi-stage, dan single flow. Juga menggunakan mechanical seal serta thrust dan journal bearing. Dan untuk menahan gaya aksial yang besar, digunakan balance drum yang mengambil sebagian kecil air dari sisi outlet pompa untuk dimasukkan ke bagian inlet untuk melawan gaya aksial yang timbul.

Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya di atas bahwa BFP mensupply air menuju boiler dalam jumlah tertentu, yang pada kerjanya jumlah air yang dibutuhkan oleh boiler ini berubah-ubah. Perubahannya berdasarkan jumlah uap air produk boiler yang dibutuhkan untuk proses selanjutnya. Semisal pada PLTU, pada saat beban listrik tinggi maka kebutuhan uap air yang masuk ke dalam turbin uap juga tinggi otomatis jumlah air yang dibutuhkan untuk masuk ke boiler juga tinggi, sehingga BFP akan mensupply air dalam jumlah sesuai kebutuhan. Demikian pula sebaliknya pada saat beban listrik rendah.

Ilustrasi di atas menggambarkan bahwa ternyata BFP memompa air ke boiler dengan jumlah/debit yang bervariasi. Hal ini dengan jalan mengubah-ubah kecepatan putaran pompanya. Jika pompa menggunakan penggerak turbin uap, maka kecepatan putar nya akan diatur oleh bukaan control valve uap air penggerak turbin tersebut. Jika bukaannya besar maka uap air yang masuk akan semakin banyak dan putaran turbin sekaligus putaran pompa akan lebih besar. Sedangkan jika menggunakan penggerak motor listrik, maka yang mengatur besar debit air adalah fluid coupling yang terpasang di antara motor dengan main pump. Fluid coupling ini mengatur kecepatan putar pompa sesuai dengan kebutuhan debit air yang dibutuhkan. Sedangkan putaran motor listrik sebagai penggerak utamanya adalah tetap / konstan.

Air yang ditransfer TBFP menuju ke boiler berasal dari Feed Water Tank (FWT) yang letaknya biasanya pada ketinggian tertentu. Air masuk dari FWT menuju inlet booster pump, dan keluar dengan kenaikan tekanan tertentu yang tidak terlalu tinggi dan tekanan tersebut menjadi Positive Suction Head untuk main pump. Air tersebut masuk ke sisi inlet main pump, dan mengalami kenaikan tekanan yang lebih besar dan selanjutnya disupply menuju ke boiler.

            BFP memiliki poros horizontal multi stage, barrel, tipe volute pompa sentrifugal. konstruksi dasarnya adalah tipe casing ganda, yang dilengkapi dengan casing luar jenis silinder (barrel) sebagai bejana tekan serta suction cover dan casing cover di kedua ujungnya, dan dapat mengeluarkan pompa feed water tekanan tinggi dari head nozzle sehingga untuk memenuhi kebutuhan feed water  dalam spesifikasi pabrik. ada casing internal tipe split aksial di luar casing yang disediakan dengan double volute untuk mengubah energi kinetik yang diberikan ke fluida oleh impeller ke dalam energi yang di tekan.
permukaan dalam dan luar casing interstage diisi dengan fluida pemompa tekanan, yang dapat mengimbangi stress termal dan menghindari deformasi termal yang disebabkan oleh perubahan suhu mendadak.
Selanjutnya, permukaan split aksial dari selubung dalam adalah  sealing dengan menggunakan gaya compression drive vertikal yang disebabkan oleh gaya eksternal ke casing bagian dalam.

           

4.1.1. SPESIFIKASI TURBIN DRIVEN BOILER FEED WATER PUMP (abbr.T-BFP)

Gambar 4.1 Turbine driven boiler feed water pump

Turbin                                                              horizontal shaft, 5 stage, barrel, volute type

Type no.                                                          MDG455

Jumlah unit yang di install                              2 sets x 1 unit

Kapasitas                                                         1485 t/h   min.continuous flow : 550 t/h

Head pump                                                     29.055 Mpa

Pressure disposal                                             31.23 MpaG

Water pump                                                    feed water

Temperature pump                                          189.9 ⁰C

Specific gravity                                               0.876

Disposal nozzle                                               ASME 300Lb-350A RF/400A BW

Kecepatan pompa                                           5190 min^-1

Seal shaft                                                        Bush

manufakur                                                       MHI Takasago Machinery Works

Nomor mesin                                                   A : 35293                    B : 35294

4.1.2. GIGI REDUKSI (abbr. RG)

Kategori                                                                             double helical, high speed gear drive.

Type  no.                                                         NDS 2226 O.

Jumlah unit yang di install                              2 sets x 1 unit.

Value of power                                               536 kW.

Rasio gear                                                       3.564.

Kecepatan input dan output                           5190 / 1456 min^-1.

Manufaktur                                                     SEISA Gear, Ltd.

Nomor mesin                                                   A : 09-KACA 03 No.1       B :09-KACA No.2

4.2. KOMPONEN UTAMA TURBIN DRIVEN BOILER FEED WATER PUMP

Bagian utama pompa dapat dibagi menjadi lima bagian, casing luar, casing dalam, rotor, bantalan dan poros segel. masing-masing bagian utama adalah sebagai berikut :

4.2.1. Outer Casing and Casing Cover.

                Outer casing yang dipakai pada paiton unit 3 dipasang pada pelat dasar dengan memiliki 4 kaki, dua pasang sebagai sisi pada garis tengah poros, dan diposisikan dan dipasang pada base plate dengan sliding pin dan baut di sisi luar suction side down atau side taper pin suction (sisi hisap). bagian sisi discharge adalah berada di ujung bebas, yang berguna untuk meluncur dan melepaskan tegangan elongasi casing yang disebabkan oleh ekspansi termal ke arah ujung poros.
untuk casing luar dan penutup casing, baja karbon rendah ditempa halus digunakan dengan 18-8 stainless stell plating untuk permukaan sealing gasket yang digunakan untuk mencegah penurunan kinerja erosi yang disebabkan 1,5 kali tekanan kerja maksimum pabrik.

4.2.2. Inner Casing

            Inner casing  secara aksial dibedakan menjadi dua bagian yang identik, Inner casing terdapat pada HP dan LP yang berada di sisi Upper dan Lower. Inner casing terbuat dari material stainless steel paduan chrome yang berguna untuk menahan tekanan dan temperature tinggi.

Inner casing aksial dapat mengeluarkan rotor sebagai unit tanpa melepaskan impeler dari poros. itu berarti bahwa rotor yang seimbang secara dinamis dapat dimasukkan ke dalam casing dalam tanpa pembongkaran.
desain double volute pada inner casing digunakan untuk menjamin keseimbangan radial pompa untuk semua kapasitas aliran, yang berguna untuk meminimalkan kerugian hidraulik dan untuk memperoleh efisiensi hidraulik yang tinggi.

4.2.3. Rotor

Rotor adalah bagian terpenting dari suatu kontruksi turbin yang berputar, dimana fungsinya sebagai pengikat sudu –sudu turbin.

            rotor memiliki bagian bagian sbk : poros, impeller, arm balancing dan ring casing

4.2.3.1. shaft

            Shaft yang ada digunakan pada unit 3 adalah terbuat dari 13% cr stainless steel panas,  yang mempunyai kelebihan untuk menahan intensitas tinggi dan ketangguhan yang diperlukan untuk menahan torsi tinggi, serta tahan terhadap beban tinggi  dan  besar pada system hidraulik.

4.2.3.2. impeller

Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi energi

kecepatan pada cairan yang dipompakan secara kontinyu, sehingga fluida pada sisi suction

secara terus menerus akan masuk mengisi kekosongan akibat perpindahan dari fluida

yang masuk sebelumnya

impeller adalah bagian yang paling penting karena memberikan energi kinetik terhadap fluida yang dipompa. volume impeller yang terpakai dalam unit 3 sangatlah tinggi, yang terbuat dari 13% cr-4% Ni cast stainless steel dengan cara perlakuan panas tertentu untuk memenuhi intensitas tinggi, serta memiliki ketahanan terhadap erosi.
Selain itu, impeller memiliki kandungan atau paduan chrome yang sangat keras yaitu untuk meningkatkan karakteristik anti abrasi.
bentuk impeller dirancang sedemikian rupa untuk menjaga berbagai kondisi, yang diperlukan untuk memompa feed water boiler sampai penuh, di mana permukaan bagian dalam / luar impeller telah di tempatkan pada posisi yang tepat untuk menjamin efisiensi impeller yang tinggi.

4.2.3.3. Balancing Mechanism

Material yang digunakan dari balancing mechanism terbuat dari 13% cr stainless steel yang memiliki intensitas tertentu. Dengan komposisi 13% cr stainless steel, balancing mechanism memiliki ketahanan terhadap  abrasi yang berguna untuk mempunyai jangka waktu yang cukup lama terpakai, serta Balancing Mechanism mempunyai paduan chrome yang sangat keras yaitu untuk menjaga efisiensi kerja pada Balancing Mechanism. Balancing mechanism  memiliki posisi yang berlawanan arah untuk meminimalkan axial thrust yang diserap oleh arm balancing, dan untuk  menyeimbangkan bushing dan thrust bearing

4.2.3.4. Casing Ring

            Casing ring yang digunakan pada unit 3 terbuat dari 13% cr dan stainless steel cor yang diperlakukan dengan cara ditempa yang berguna untuk menjaga kontaminan dari luar selama rotasi, casing ring memiliki paduan chrome yang berguna untuk memiliki ketahanan dari abrasi.

Casing ring masing-masing memiliki fungsi untuk menjaga agar tidak terjadi kontak langsung dengan impeler, dan secara bersamaan casing ring memiliki peran penting untuk menghindari friksi secara langsung terhadap  rotor dan menjaga kecepatan kritis getaran yang berlebihan.

4.2.4. Bearing

Bearing merupakan suatu bagian inner part utama dari turbin yang fungsinya sebagai support / daya lincir untuk shaft turbin dari gaya radial , type bearing yang terpasang pada unit 3 adalah Tilting – pad bearing. Bearing (bantalan) berfungsi untuk menumpu dan menahan beban dari poros agar dapat berputar, baik berupa beban radial maupun beban axial. Bearing juga memungkinkan poros untuk dapat berputar dengan lancar dan tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek menjadi kecil

            Dalam bantalan (bearing) radial (dua tipe busur busur sirkuler split / dua), terbuat dari logam putih yang tahan lama telah dilapis pada baja karbon, dimana posisi pemesinannya sangat tepat untuk meningkatkan stabilitas.
untuk thrust bearing jenis tilting pad yang digunakan pada unit 3 memiliki kapasitas beban tinggi  untuk mewujudkan konstruksi yang cukup bahkan siap terhadap perubahan mendadak dalam gaya dorong.

4.2.5. Gland Seals

            Sistem gland seals memiliki karakteristik ketangguhan yang tinggi. Gland seals memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan jenis lainnya:

a.  Gland seals tidak memiliki efek buruk pada heating untuk casing pompa, oksigen yang  terlarut tidak tercampur dalam feed water, dan tingkat air dan suhu daearator tidak berubah selama stanby karena seal water tidak bocor di dalam pompa.

b. Kebocoran air pada sistem yang menjadi minim.

c. Tidak memiliki keterbatasan terhadap kecepatan yang di inginkan

d. Gland seals dapat diaplikasikan selama seal water  yang sesuai disediakan.

4.3. TURBIN DRIVEN BOILER FEED WATER BOOSTER PUMP

Booster pump  memiliki tiga fitur utama:

·         Low speed pump

·         Double volute casing 

·         Vertical split casing

Driven booster pump berfungsi sebagai pompa pendorong atau meningkatkan tekanan. Pompa didalam sistem booster pump beroperasi secara otomatis, dengan sensor utama adalah sensor tekanan dan pompa dapat beroperasi secara paralel dan alternate.  paralel adalah apabila kebutuhan air tidak begitu besar maka satu pompa yang beroperasi, tapi apabila pemakaian air lebih besar maka kedua pompa secara paralel dapat beroperasi.  Alternate adalah antara pompa A dan pompa B dapat beroperasi secara bergantian, sehingga jam operasi antara kedua pompa berimbang.

Driven booster pump memiliki tiga kelebihan utama, yaitu :

1.      kelebihan pertama (low speed pump) berguna untuk menaikkan kondisi NPSH (net positive hisuction head) dari level rendah pada suction ke level yang cukup tinggi pada saat discharge. saluran pembuangan terhubung ke BFP, oleh karena itu BFP memperoleh daya yang cukup tinggi karena booster pump.

2.      kelebihan kedua (double volute casing) melakukan operasi pompa dengan getaran rendah karena keseimbangan radial dan gaya aksial pada poros dalam casing volute ganda.

3.      fitur ketiga (vertical split casing) memungkinkan untuk membongkar pompa tanpa mengganggu pipa hisap (suction pipe) dan saluran utama.
tanpa hal-hal berikut.

untuk proyek ekspansi paiton unit 3, arah rotatif dan metode pelumasan untuk bantalan (bearing) berbeda, terutama antara M-BFP-BP dan T-BFP-BP. kelebihan tentang konstruksi dan materialnya akan dijelaskan dan bagian bagiannya.

 Berikut adalah komponen driven booster pump yang digunakan pada paiton unit 3 :

4.3.1. Casing

Casing yang digunakan pada unit 3 adalah tipe double volute, terbuat dari 13% chrome cast stainless steel, yang berguna untuk menyeimbangkan thrust radial di seluruh zona aliran.

4.3.2. Impeller

Impeller yang digunakan pada unit 3 ini dibuat dengan komposisi 13% krom presisi cor stainless steel. Pada unit 3 sendiri impeler yang digunakan adalah tipe double suction.

4.3.3. Shaft and Shaft Sleeve

Poros yang digunakan pada unit 3 adalah 13% krom ditempa stainless steel. untuk mencegah feed water tidak bocor dari celah antara poros dan lengan poros, cincin "o".

4.3.4. Shaft Seal

Shaft seal termasuk dalam konstruksi mechanical seal. shaft seal berguna untuk melindungi shaft akibat pengencangan baut mechanical seal.

4.3.5. Bearing

Bearing sangat mensupport rotor  arm yaitu untuk menjaga keseimbangan kedua sisi thrust, dan secara aksial didukung oleh bearing bola. Bearing (bantalan) berfungsi untuk menumpu dan menahan beban dari poros agar dapat berputar, baik berupa beban radial maupun beban axial. Bearing juga memungkinkan poros untuk dapat berputar dengan lancar dan tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek menjadi kecil
untuk M-BFP-BP, bantalan ini dipaksa oleh daya yang besar  dan dilumasi oleh tekanan dan suhu yang dikontrol dari sistem pelumas turbin penggerak. pelumas forced diperlukan untuk T-BFP-BP karena T-BFP-BP dioperasikan pada kecepatan rendah karena operasi balik untuk turbin yang digerakkan.

4.3.1. SPESIFIKASI TURBIN DRIVEN BOILER FEED WATER BOOSTER PUMP (abbr. T-BFP)

4.2 Booster pump

Kategori                                              horizontal shaft, single stage, volute type

Nomor tipe                                          MLC 500 x 350L

Jumlah unit yang di install                  2 sets x 1 unit.

Kapasitas                                             1485 t/h           min. continuous flow : 550 t/h

Head pump                                         0.945 Mpa

Pressure disposal                                 2.175   MpaG

Water pump                                        Feed water

Pump liquid temperature                     189.9 ⁰C

 Spesifik gravity                                  0.876

Nozzle                                                 ASME 300Lb-450A RF/ASME 300Lb

Kecepatan pompa                               1456 min^-1

Metode seal shaft                                mechanical seal

manufakur                                           MHI Takasago Machinary works

Nomor mesin                                       A: 35295         B : 35296

4.4. FUNGSI TURBIN BOILER FEED WATER PUMP

fungsi feed pump boiler (BFP) sangat penting sebagai jantung dari pembangkit listrik.

fungsi BFP adalah untuk menerima feed water dari daearator dan menaikkan tekanan feed water dan suhu saat melewati feed water heater yang bertekanan tinggi ke boiler. BFP  adalah unit utama yang memainkan peran penting dalam sistem feed water, yang menghasilkan suhu yang tinggi dan tekanan tinggi yang sangat diperlukan untuk siklus pembangkit listrik, sedangkan pompa booster dipasang antara deaerator dan feed pump boiler untuk menyediakan NPSH (net positive suction head) yang diperlukan oleh BFP berkecepatan tinggi

FAILURES DAN MAINTENANCE PADA TURBIN DRIVEN BOILER FEED WATER PUMP

5.1. FAILURES AND CAUSES

Berikut ini adalah kegagalan dan kerusakan yang sering terjadi pada sistem :

5.1.1. Head pump

a. penyumbatan strainer.

Ø  Operasi kapasitas lebih rendah dari yang ditentukan.

Ø  Valve suction yang tidak sepenuhnya terbuka.

b. Casing ring abrasi.

c. Kecepatan rendah.

d. Terjadi kontaminasi udara

                  5.1.2. Fluktuasi tekanan .

a. Kavitasi

Ø penyumbatan strainer.

Ø operasi kapasitas lebih rendah dari yang di tentukan.

Ø Intake valve tidak sepenuhnya terbuka

                  5.1.3. Kelebihan beban

                                a. Casing ring abrasi.

b. Operasi kapasitas lebih rendah dari yang di tentukan.

c. Terjadinya drop tegangan dan frekuensi naik (hanya untuk motor).

                 5.1.4. Getaran suara tidak normal

 a. Casing ring abrasi.

b. Kontaminasi udara.

c. Rotor berputar tidak seimbang.

d. Pemanasan awal (preheating) yang tidak sesuai.

e. Terjadi panas yang berlebihan.

              5.1.5.  kenaikan suhu bantalan (bearing) tidak normal.

a. saluran pelumas yang tidak sesuai.

Ø  Tekanan kapasitas berkurang.

Ø  Kerusakan tidak selaras (merata).

b. panas yang berlebihan pada shaft.

c. pada bearing sering terjadi abrasi.

Ø  kontaminan bahan asing.

Ø  Overtuning berlebihan.

5.1.6. Pada Mechanical seal terjadi tekanan tinggi yang berlebihan.

a.  Kurangnya cooling water  untuk pelumasan (lubricant system).

b. Kebocoran berlebihan pada permukaan seal.

c.  Terjadi kerusakan ke permukaan pada kontak seal.

5.2. MAINTENANCE DAN PROSEDUR PEMERIKSAAN

Maintenance dan prosedur pemeriksaan pada PT POMI Unit 3 Paiton merekomendasikan untuk perbaikan harian, tahunan, dan berkala. Maintenance dan prosedur pemeriksaan ini menunjukkan pemberitahuan minimum untuk suku cadang dan prosedur penyimpanan. Pada PT POMI  Unit 3 Paiton sangat hati-hati dalam mengatur jadwal pemeliharaan, dan harus melakukan pekerjaan pemeliharaan dan pemeriksaan yang terjadwal.
untuk pekerjaan pemeliharaan, terutama untuk pekerjaan pemeliharaan awal, disarankan untuk meminta pengawasan yang profesional untuk mencegah kesalahan dalam menangani hal ini.

5.2.1. PEMERIKSAAN HARIAN

Sebuah mesin yang hidup yang lebih lama dan layanan yang lebih baik dapat di periksa secara harian dan program yang ditetapkan pemeliharaan preventiv yang diikuti jadwalnya. Lakukan inspeksi ini setiap hari jika pompa beroperasi. Berikut yang harus di lakukan pemeriksaan dalam skala harian :

Ø  Getaran tidak normal atau suara tidak normal dari pompa.

Ø  Suhu bantalan (bearing) tidak sesuai.

Ø  Tekanan rendah,sering terjdi kebocoran minyak dari perpipaan.

Ø  Suhu dan kondisi aliran water cooling tidak sesuai.

Ø  Kebocoran dari  system seal shaft.

5.2.2. PEMERIKSAAN TAHUNAN

Berikut adalah yang harus di lakukan pemeriksaan dalam skala tahunan yang dianjurkan oleg PT POMI Unit 3 Paiton  :

Ø  melepas housing bearing, periksa kerusakan pada bantalan karena ada bahan asing (kontaminan), dan bersihkan. juga membersihkan dan memeriksa bearing housing

Ø  periksa semua baut yang digunakan untuk kopling, bantalan, pipa, untuk tidak terjadi kelonggaran.

Ø  periksa semua saluran pipa, seperti saluran pembuangan, saluran water seal, pelumasan, dan saluran water cooling.

Ø  Jika kebocoran yang berlebihan ditemukan pada shaft seal selama operasi, segeralah melakukan  periksaan sistem kontrol seal bush yang bocor atau elemen seal mekanis.

Ø  Periksa setiap elemen strainer, di saluran feed water, di saluran water rinse, di saluran seal water, dan di jalur oli pelumas.

Ø  Periksa minyak pelumas, dan jika perlu ganti ke dalam minyak baru.

5.2.3. PEMERIKSAAN DAN PERBAIKAN BERKALA.

PT POMI Unit 3 merekomendasikan melakukan pemeriksaan overhaul setiap dua tahun. jika pemeriksaan tidak sempurna dilakukan, situasi yang tidak normal dapat terjadi selama operasi. jadi penting untuk melakukan pemeriksaan overhaul secara berkala.

5.2.4. INTERVAL PERAWATAN YANG DI REKOMENDASIKAN DAN UMUR YANG DIHARAPKAN

Interval perawatan ini menunjukan perawatan yang direkomendasikan dan menjaga umur komponen yang diharapkan. Kita harus merencanakan jadwal pemeliharaan dan suku cadang yang tersedia berdasarkan spesifikasi operasi yang sebenarnya dari peralatan perawatan ini.

Tabel  5.1. Rekomendasi perawatan interval.

Tipe perawatan	prosedur	Pompa	Rekomendasi interval
Pemeriksaan harian	5.1.1	BFP	48 jam operasi
		BP	48 jam operasi
Pemeriksaan tahunan	5.1.2	BFP	8760 jam operasi
		BP	17520 jam operasi
Pemeriksaan berkala	5.1.3	BFP	17520 jam operasi
		BP	35040 jam operasi

Tabel  5.2. prosedur perawatan dan pemeriksaan yang direkomendasikan.

Tipe		Interval			Prosedur
		t-bfp	t-bfp-bp
1	Harian	48 ohs ( jam operasi )			Cek kondisi operasi
2	Tahunan	8760 ohs		17520 ohs	Cek bearing Cek oli pelumasan.
3	Secara berkala	17520 ohs		35040 ohs	Pemeriksaan dan perawatan