Makalah Seminar Kerja Praktek - Teknik Elektro Undip

SISTEM KONTROL PADA HIGH PRESSURE TURBINE BYPASS VALVE
Oleh:
Meilia Safitri (L2F008061)
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro
-AbstrakPT. INDONESIA POWER UNIT BISNIS PEMBANGKITAN SURALAYA merupakan industri yang
menggunakan sistem kendali otomatis dalam proses produksinya di Pembangkit/Pusat Listrik Tenaga Uap
(PLTU). Otomatisasi tidak hanya diperlukan sebagai pendukung keamanan operasi , faktor ekonomi maupun
mutu produksi, namun telah menjadi suatu kebutuhan pokok dalam proses produksi listrik. Pada sistem kendali
otomatisnya PT. Indonesia Power UBP. Suralaya menggunakan pengontrol Position Control System (PCS)
Programmable Logic Controller (PLC), dan Distributed Control Integrated System (DCIS).
High Pressure Turbine Bypass valve merupakan salah satu komponen penting yang membantu kerja
turbin uap. Pengendalian pembukaan HP Turbine Bypass valve berfungsi untuk mengatur jumlah steam yang
akan dialirkan melalui HP Turbine Bypass valve. Pengontrolan ini memanfaatkan Position Control System
(PCS) agar dihasil aksi kontrol yang akurat.
Kata Kunci : Position Control System (PCS), High Pressure Turbine Bypass valve
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sejalan dengan perkembangan teknologi,
peralatan yang digunakan pada proses produksi
juga semakin berkembang. Saat ini, hampir
semua industri menggunakan sistem kendali
otomatis dalam proses produksinya.
PT. INDONESIA POWER UBP.
Suralaya merupakan Pembangkit Listrik
Tenaga Uap (PLTU) yang menggunakan
sistem kendali otomatis dalam proses produksi
listriknya. Sistem kendali otomatis sangat
diperlukan dalam operasi-operasi industri
misalnya
untuk
pengontrolan
tekanan,
temperatur, level, dan laju alir dalam proses
produksi. Otomatisasi tidak hanya diperlukan
sebagai pendukung keamanan operasi , faktor
ekonomi maupun mutu produksi, namun telah
menjadi suatu kebutuhan pokok dalam proses
produksi listrik.
Turbin adalah salah satu bagian penting
pada proses pembangkitan listrik. Pada proses
pembangkitan listrik turbin dibantu oleh
peralatan pendukung turbin salah satunya
adalah High Pressure (HP) Turbine bypass
valve. HP Turbine Bypass valve berfungsi
untuk mengalirkan uap dari main steam ke
reheater ketika terjadi turbin trip dan ketika
start up unit. Secara otomatis, pengontrolan
pembukaan valve ini dilakukan oleh PCS
(Position Control System) dengan sinyal input
yang kontrol oleh DCIS (Distributed Control
Integrated System), serta sistem hidrolik yang
pengaturannya
dilakukan
oleh
PLC.
Pengontrolan pembukaan valve ini berfungsi
untuk mengatur jumlah steam yang akan
dialirkan melalui HP turbine bypass valve.
1.2
Maksud dan Tujuan
Hal-hal yang menjadi tujuan penulisan
laporan Kerja Praktek ini adalah
1. Mengetahui sistem dan lingkungan kerja
di PT. Indonesia Power UBP Suralaya.
2. Mengetahui sistem kerja Pembangkit
Listrik Tenaga Uap (PLTU).
3. Memberikan gambaran mengenai sistem
turbin secara umum.
4. Menjelaskan sistem kontrol pada High
Pressure Turbine Bypass valve.
1.3
Pembatasan Masalah
Pada laporan kerja praktek ini
permasalahan di batasi pada sistem kontrol
pada High Pressure Bypass Turbine Valve.
II.
TEORI DASAR PLTU DAN TURBIN
PLTU Secara Umum
PLTU yaitu pembangkit listrik yang
menggunakan tenaga uap dalam menghasilkan
energi listrik.
Sistem pembangkitan listrik di PT.
Indonesia Power UBP. Suralaya merupakan
sistem PLTU dengan siklus tertutup dimana
pembakaran bahan bakar berupa batu-bara
pada PLTU akan menghasilkan uap untuk
memutar turbin uap. Kemudian uap sisa akan
dikembalikan menjadi air yang akan kembali
dipanaskan untuk menghasilkan uap.
2.1
Gambar 2.1 Produksi Tenaga Listrik PLTU
Suralaya
Proses pembangkitan listrik pada PLTU
yaitu, bahan bakar berupa batubara digiling
dengan ukuran yang sesuai kebutuhan menjadi
serbuk yang halus. Kemudian serbuk batubara
ini dicampur dengan udara panas dari Primary
Air Fan dan dibawa ke Coal Burner yang
menyemburkan batubara tersebut ke dalam
ruang bakar untuk proses pembakaran dan
terbakar seperti gas untuk mengubah air
menjadi uap. Udara pembakaran yang
digunakan pada ruangan bakar dipasok dari
Forced Draft Fan (FDF) yang mengalirkan
udara pembakaran melalui Air Heater.
Panas yang dihasilkan dari pembakaran
bahan bakar, diserap oleh pipa pipa penguap
(water walls) menjadi uap jenuh atau uap basah
yang kemudian dipanaskan di Super Heater
(SH) yang menghasilkan uap kering. Kemudian
uap tersebut dialirkan ke Turbin tekanan tinggi
High Pressure Turbine , dimana uap tersebut
diexpansikan melalui Nozzles ke sudu-sudu
turbin. Tenaga dari uap mendorong sudu-sudu
turbin dan membuat turbin berputar. Setelah
melalui HP Turbine, uap dikembalikan
kedalam Boiler untuk dipanaskan ulang di
Reheater guna menambah kualitas panas uap
sebelum uap tersebut digunakan kembali di
Intermediate Pressure (IP) Turbine dan Low
Pressure (LP) Turbine.
Sementara itu, uap bekas dikembalikan
menjadi air di Condenser dengan pendinginan
air laut yang dipasok oleh Circulating Water
Pump. Air kondensasi akan digunakan kembali
sebagai air pengisi Boiler. Air dipompakan dari
kondenser dengan menggunakan Condensate
Extraction Pump, pada awalnya dipanaskan
melalui Low Pressure Heater, dinaikkan ke
Deaerator untuk menghilangkan gas-gas yang
terkandung didalam air. Air tersebut kemudian
dipompakan oleh Boiler Feed Pump melalui
High Pressure Heater, dimana air tersebut
dipanaskan lebih lanjut sebelum masuk
kedalam Boiler pada Economizer, kemudian air
masuk ke Steam Drum . Siklus air dan uap ini
berulang secara terus menerus selama unit
beroperasi.
Poros turbin dikopel dengan Rotor
Generator, maka kedua poros memiliki jumlah
putaran yang sama. Ketika telah mencapai
putaran nominal 3000 rpm, pada Rotor
generator
dibuatlah
magnetasi
dengan
Brushless Exitation System dengan demikian
Stator Generator akan membangkitkan tenaga
listrik dengan tegangan 23 kV. Listrik yang
dihasilkan kemudian disalurkan ke Generator
Transformer untuk dinaikan tegangannya
menjadi 500 kV.
2.2
Turbin dan Pendukungnya
Turbin adalah mesin penggerak, dimana
energi fluida kerja digunakan langsung untuk
memutar roda turbin. Bagian turbin yang
berputar dinamakan rotor atau roda turbin,
sedangkan bagian yang tidak berputar
dinamakan stator atau rumah turbin. Roda
turbin terletak pada stator dan roda turbin
memutar poros daya yang menggerakkan atau
memutar bebannya (generator).
2.2.1 Bagian-bagian Utama Turbin
 Rotor Turbin
Merupakan bagian turbin yang bergerak.
Rotor turbin terdiri dari rotor untuk tekanan
tinggi, menengah dan rendah. Tiap rotor
ditahan oleh dua bantalan journal (bantalan
luncur).


Sudu-sudu Turbin
Sudu-sudu turbin mempunyai effisiensi
sudu yang tinggi, ketepatannya tinggi dan
terpercaya. Sudu mempunyai bentuk dan
ukuran sesuai dengan tingkatannya.
2.2.1 Komponen-Komponen Pendukung
Turbin
 Bearing
Berfungsi untuk mencegah deflesi
(lentingan) dari poros karena pengaruh
panas dari uap pada waktu unit beroperasi
dan juga karena sudu-sudu turbin.
 Pipa crossover
Berfungsi sebagai penyalur uap dari
keluaran IP turbin ke LP turbin yang
dipasang pada casing turbin tersebut.
 Governor valve
Berfungsi mengontrol putaran pada high
pressure turbin dan membatasi putarannya
pada batas tertentu, pada setiap saat terjadi
perubahan beban yang menyebabkan
perubahan putaran turbin.
 Interceptor Valve
Interceptor valve adalah peralatan untuk
mengontrol putaran pada intermediate
pressure turbin dan membatasi putarannya
pada batas tertentu.
 Pengaman putaran lebih
Pengaman putaran lebih dari turbin
digunakan jika governor kurang sensitive
kerjanya.
 Pengaman bantalan axial
Pengaman bantalan axial berfungsi
sebagai
pengaman
rotor
dan
mengamankan sudu-sudu agar tidak
bergerak ke arah axial melebihi batas yang
diijinkan pada saat berputar..
 Main Stop Valve
Fungsi utama main stop valve adalah
untuk menutup dengan cepat aliran steam
ke turbin bila dalam keadaan bahaya,
seperti kegagalan pada governor valve
atau pada saat kehilangan beban.
 Reheat Stop Valve
Fungsi utama Reheat stop valve adalah
untuk menutup dengan cepat aliran steam






dari reheater ke intermediate pressure
turbin bila dalam keadaan bahaya.
Pengaman vacuum rendah
Pengaman
vacuum
rendah
yang
merupakan pengaman vacuum condenser
yang juga disebut automatic low trip yang
merupakan interlock dengan turbin,
karena tidak akan dimasuki steam jika
tekanan steam yang keluar dari turbin
pada condenser naik dari batas-batas yang
telah diizinkan.
Solenoid trip
Solenoid trip terdapat pada turbin maupun
ruang control. Berfungsi memberi perintah
untuk menghentikan aliran steam ke turbin
dengan menutup main stop valve.
Throttle valve
Throttle valve bekerja secara hidrolik, bila
terjadi gangguan sehingga unit harus
dimatikan, katup akan menutup saluaran
steam untuk masuk ke turbin dengan
menggunakan
tekanan
hydraulic
operating mechanism.
Pengaman tekanan minyak
Pengaman tekanan minyak selain sebagai
pelumas juga sebagai media pendingin,
sebab itu minyak perlu dikontrol secara
cermat,
sehingga
apabila
terjadi
pengurangan
aliran
maka
sistem
pengaturan
secara
interlock
akan
memerintahkan turbin untuk berhenti.
High Pressure Bypass Valve
HP bypass valve adalah katup yang
berfungsi untuk mengalirkan steam dari
superheater ketika turbin trip atau belum
bekerja. Steam ini langsung dialirkan ke
reheater untuk kemudian mengalami
pemanasan ulang.
Low Pressure Bypass Valve
LP bypass valve adalah katup yang
berfungsi untuk mengalirkan steam dari
reheater ketika turbin trip. Steam ini
langsung dialirkan ke condensor.
High Pressure Spray Valve
HP spray valve akan menyemprotkan air
pendingin ke steam yang melalui HP
bypass untuk menurunkan temperatur
steam sebelum masuk ke reheater. Air
yang digunakan untuk spray ini berasal
dari BFPT
 Low Pressure Spray Valve
LP spray valve akan menyemprotkan air
pendingin ke steam yang melalui LP
bypass untuk menurunkan temperatur
steam sebelum masuk ke condenser. Air
yang digunakan untuk spray ini berasal
dari CEP.
Selain
komponen
pendukung
pengoperasian turbin, juga terdapat peralatan
bantu turbin, sebagai berikut:
a. Condenser
Condenser adalah tangki yang berfungsi
untuk menampung uap yang telah
digunakan low pressure turbine untuk
selanjutnya mengalami proses kondensasi.
b. Condensate Extraction Pump (CEP)
Condensate extraction pump berfungsi
untuk memompa air condenser untuk
diproses di low pressure heater.
c. Circulating Water Pump (CWP)
CMP berfungsi untuk memompa air laut
masuk ke condenser sebagai air pendingin
untuk proses kondensasi.
d. Boiler Feed Pump (BFP)
BFP berfungsi untuk memompa air dari
deaerator menuju ke boiler melalui high
pressure heater.
Gambar 2.2 Turbin dan Komponenkompnonen Pendukungnya
2.3
Bypass System
Bypass system merupakan salah satu
komponen penting yang membantu kerja turbin
uap. Sistem Bypass berfungsi sebagai “jalur
alternatif”. Ketika terjadi masalah pada turbin
(turbin trip), boiler tetap dapat memproduksi
steam (tetap aktif) tetapi steam yang dihasilkan
dari secondary superheater tidak dapat masuk
ke HP Turbin untuk memutar sudu-sudunya.
Hal ini dikarenakan saat turbin trip, main stop
valve pada turbin akan menutup secara
otomatis sehingga bila tidak ada saluran buang
steam, akan terjadi over pressure di sekitar
main valve dan jika dibiarkan akan
membahayakan peralatan-peralatan penting
dari boiler bahkan dapat menimbulkan ledakan.
Pada saat main stop valve tertutup, HP Bypass
valve akan aktif. Aliran steam dari secondary
superheater akan dikembalikan ke reheater
yang sebelumnya dilakukan “spray” untuk
mendapatkan temperatur yang sesuai pada
masukan reheater. Di reheater, steam
dipanaskan
kembali
untuk selanjutnya
dialirkan ke IP Turbin. Namun karena turbin
trip, aliran steam akan dialirkan melalui LP
Bypass valve menuju kondensor untuk proses
kondensasi.
Selain digunakan saat keadaan turbin
trip, Bypass Turbine System juga digunakan
saat proses start-up unit. Untuk memutar
turbin, diperlukan kesesuaian temperatur pada
bagian-bagian turbin, terutama HP dan IP
Turbin, karena jika temperatur tidak sesuai satu
sama lain, pemuaian yang terjadi pada bahan
metal turbin akan tidak seimbang, sehingga
putaran turbin menjadi tidak sinkron.
Untuk
mendapatkan
kesesuaian
temperatur yang merata sebelum turbin aktif,
sistem bypass diaktifkan terlebih dahulu
sehingga terjadi sirkulasi steam dari
superheater melalui HP bypass menuju ke
reheater yang memanaskan steam kembali lalu
dialirkan melalui LP bypass untuk menuju ke
kondensor. Proses ini dilakukan hingga
temperatur dan tekanan yang dinginkan telah
tercapai untuk mengaktifkan turbin.
III.
SISTEM KONTROL PADA HIGH
PRESSURE TURBINE BYPASS
VALVE
3.1 Sistem Kontrol
Sistem kontrol pada pembukaan bypass
valve merupakan sistem kontrol lup tertutup
sederhana yang memanfaatkan Position
Control System sebagai kontroller dan Linear
Variable Differential Transformer (LVDT)
sebagai sensor pada feedback.
Pengontrolan pembukaan bypass valve
bertujuan agar jumlah steam yang akan
disalurkan melalui bypass valve lebih akurat.
Berikut diagram blok sistem kontrol pada
bypass valve:
menghasilkan sinyal kontrol berupa tegangan 10 V sampai +10 V. Kemudian pada Power
Amplifier card akan dilakukan pemodulasian
lebar pulsa untuk memperoleh efisiensi yang
efektif serta pendeteksian arus, untuk
memberikan output aktual ke solenoid valve.
3.3
Gambar 3.1 Diagram Blok sistem kontrol Bypass
valve
3.2
Position Control System (PCS)
Position Control System (PCS) berfungsi
untuk melakukan proses pengontrolan posisi
pada pembukaan valve yang digerakan oleh
electro-hydraulic actuator.
Bypass valve
Bypass
valve
digunakan
untuk
mengendalikan banyaknya steam yang akan
dibuang dari main heater ke reheater melalui
sistem Bypass. Valve ini terintegrasi dengan
sistem pendingin (water spray). Dimana jika
aliram steam yang akan masuk ke bypass valve
ini mempunyai temperatur yang sangat tinggi,
maka sebelum steam itu masuk ke bypass valve
akan dispray terlebih dahulu dengan
menggunakan
air
untuk
menurunkan
temperaturnya.
3.2.1 Bagian-bagian PCS

PCS-Module
Di dalam sebuah PCS-module terdiri
dari position controled card, powe amplifier
card, dan sebuah backplane circuit card.

Power Supply Distribution Card
Pada power supply distribution card
terdapat Power supply unit ±15 VDC yang
berfungsi memberikan supplai daya pada
position controlled card serta Terminal Block
yang berfungsi untuk
mendistribusikan
tegangan ±15 VDC serta menerima dan
mendistribusikan suplai daya 24 VDC.

Power unit 24 VDC
Power unit ini berfungsi untuk
menyediakan suplai daya bagi Solenoid valve.
3.2.2 Pengontrolan Posisi
Dalam melakukan pengontrolan posis
PCS akan menerima dua buah sinyal analog 420 mA yaitu sinyal posisi yang diinginkan
berasal dari kontroller tekanan dan suhu dan
sinyal posisi yang sebenarnya. Kedua sinyal
tersebut akan dibandingkan dan diproses oleh
Position Controlled card, setelah kedua sinyal
selesai diproses Position controlled card akan
Gambar 3.2 Bypass valve

Solenoid valve
Soleniod valve merupakan bagian yang
mengatur besarnya pembukaan katup Bypass.
Pada solenoid valve ini terdapat kumparan,
ketika solenoid valve mendapat sinyal input
berupa tegangan yang berasal dari PCS maka
kumparan pada solenoid valve akan terenergize
dan membuka solenoid valve. Besarnya
pembukaan pada solenoid valve tergantung
dengan besarnya daya yang mengenergize
kumparan solenoid valve.
Gambar 3.3 Solenoid valve

Electro-Hydraulic Actuator
Bagian ini merupakan aktuator dari
pembukaan katup Bypass. Aktuator elektro
hidrolik ini merupakan silinder kerja ganda
dengan pegas mekanis yang digunakan untuk
menutup valve. Posisi aktuator / valve
dikontrol dengan mengendalikan minyak
hidrolik yang mengalir ke setiap sisi dari piston
dalam silinder aktuator.

Prinsip Kerja
Pada saat menerima sinyal masukan dari
PCS solenoid valve akan bergerak secara
elektris, dan Electro-Hydraulic Actuator akan
digerakkan oleh minyak hidrolik. Tekanan dari
minyak hidrolik ini dihasilkan oleh pompa
hidrolik yang tekanannya ditentukan sebesar
150 kg/cm3. Minyak hidrolik mengalir melalui
solenoid valve untuk menggerakkan piston
pada bypass valve. Karena lebar bukaan
solenoid valve telah ditentukan, maka tenaga
untuk menggerakkan piston juga telah
ditentukan, yaitu sesuai dengan aliran minyak
hidrolik yang dapat melalui solenoid valve.
Dengan demikian, bypass valve akan bergerak
membuka dengan bantuan piston. Pembukaan
bypass valve ini sesuai dengan pembukaan
solenoid valve yang dikontrol oleh PCS.
3.4
Umpan Balik Posisi LVDT
Posisi fisik dari aktuator elektro hidrolik
dideteksi oleh LVDT (Linear Variable
Differential Transformer). Pada LVDT
terdapat inti besi yang dihubungkan dengan
valve yang posisinya sedang dikontrol. Ketika
terdapat perubahan posisi pada valve, maka
posisi inti tersebut juga ikut berubah.
Perubahan posisi inti besi tersebut diproses dan
diubah menjadi sinyal tegangan DC yang
proporsional dengan posisi inti besi. Besarnya
output tegangan yang dihasilkan oleh LVDT
antara -10 V sampai +10 V.
Setelah dihasilkan sinyal tegangan
pada LVDT, sinyal tersebut diumpanbalik ke
PCS, sinyal tesebut memberikan informasi
kepada PCS apakah posisi dari valve telah
sesuai dengan yang diharapkan. Jika sistem
belum setimbang (aktuator elektro hidrolik
tidak berada pada posisi setpoint), sinyal
kontroler ke Bypass valve akan memposisikan
valve di posisi yang seharusnya, dan
mengembalikan kesetimbangan sistem dengan
mereposisikan aktuator elektro hidrolik.
IV. PENUTUP
4.1 Kesimpulan
1. Sistem kontrol valve pada HP Turbin
Bypass merupakan kontrol loop tertutup
yang menggunakan besarnya tekanan
steam yang melewati bypass valve sebagai
sinyal input dan posisi valve sebagai
umpan balik.
2. Semakin besar tekanan steam yang akan
melewati bypass valve maka semakin
besar pembukaan bypass valve.
3. Bypass valve bekerja berdasarkan prinsip
tekanan hidrolik yang berasal dari
hydraulic oil yang diberikan pada
diberikan pada piston double acting
sebagai electro-hydraulic actuator dimana
besarnya tekanan hydraulic oil yang
diberikan di atur oleh solenoid valve.
4. Sinyal input pada position controller
system merupakan sinyal arus yang
besarnya antara 4 mA sampai 20 mA dan
keluarannya berupa sinyal tegangan
searah antara -10 V sampai +10 V.
5. Besarnya pembukaan bypass valve
ditentukan oleh besarnya daya yang
mengenergize koil pada solenoid valve.
DAFTAR PUSTAKA
Babcock and Wilcox. 1996. Design Manual
Turbine Bypass System. Suralaya
Steam Power Plant Unit 5, 6, & 7.
Ogata, Katsuhiko. 1997. Teknik Kontrol
Automatik Jilid 1. Erlangga, Jakarta.
Yuniarti. Diah, Laporan Kerja Praktek
“Electrohydraulic Servo Valve Pada
PLTG Tambak Lorok PT. Indonesia
Power UBP Semarang”. Jurusan
Teknik Elektro Universitas
Diponegoro: Semarang, 2007.
http://www.suralaya.com//
http://www.google.com//
Biografi
Meilia
Safitri
(L2F008061) lahir
di Krui Provinsi
Lampung,
pada
tanggal 12 Mei
1990.
Telah
menempuh pendidikan
dari
SD
Negeri 1 Way Mengaku, SMP Negeri 1 Liwa
serta SMA Negeri 9 Bandar Lampung. Saat ini
penulis
sedang
menjalankan
masa
pendidikannya di S1 Teknik Elektro
Universitas Diponegoro.
Mengetahui dan Mengesahkan
Dosen pembimbing
Iwan Setiawan, ST. MT
NIP 19730926 20001210 01