Heat and Mass Balance Diagram

Suatu pembangkit listrik khususnya PLTU, dapat dilihat performanya dari Heat & Mass balance Diagramnya. Dari diagram tersebut dapat dilihat berbagai macam informasi diantaranya:

  • Siklus utama PLTU dan Peralatan utama yang ada didalam siklus pembangkit listrik tersebut
  • Parameter fluida (steam atau water) di setiap titik
  • Kapasitas Peralatan Utama dan Power Output pembangkit listrik tersebut

HMBD pada PLTU biasanya akan dikeluarkan pada beberapa kondisi operasi

  • HMBD pada Kondisi TMCR (Turbine Maximum Continuous Rate) atau 100% load
  • HMBD pada kondisi VWO (Valve Wide Open) atau 105% Load
  • HMBD pada Kondisi 75 % Load
  • HMBD pada Kondisi 50 % Load
  • Dan seterusnya tergantung dari kemampuan minimum pembangkit bisa beroperasi

Berikut contoh HMBD suatu PLTU skala Kecil  dengan kapasitas Gross Output 8.5 MW dapat dilihat dibawah ini:

HBD r1

 

Gambar 1 HMBD kondisi 100% Load (Turbine Maximum Contineous Rating)

Dari HMBD tersebut dapat didapatkan data-data sebagi berikut:

Dari gambar diatas dapat dilihat peralatan-peralatan utama penyusun pembangkit tersebut adalah sebagai berikut:

  1. Boiler atau Steam generator

Dari gambar dapat dilihat bahwa Boiler yang dibutuhkan harus menghasilkan dengan uap sedemikian sehingga pada saat memasuki Steam Turbine pada Temperatur  488 °C dan Tekanan 55 bar a dengan flowrate 35.9 ton/jam. Dari boiler menuju turbin, uap dialirkan melalui Main Steam pipe.  Tentunya, dalam mendesain boiler harus dipertimbangkan pressure Loss dan temperature loss sehingga desain boiler harus lebih tinggi dari persyaratan yang diminta di inlet turbin. Rule of thumb untuk margin Temperature loss, desain output boiler pada superheater outlet kita naikkan 5-10 °C diatas design inlet steam Turbin, sedangkan untuk Pressure loss sebaiknya dihitung berdasarkan estimasi panjang pipa main steam menuju turbin.

Kemudian untuk desain produksi steam pada boiler berdasarkan Boiler Maximum Contonous rate (BMCR) biasanya sekitar 9-10% dari design TMCR

  1. Steam Turbine

Informasi yang didapatkan dari gambar tersebut bahwa Steam Turbine yang digunakan merupakan tipe Condensing Turbine dengan 1  extraction stage menuju ke Deaerator. Turbine inilah yang dihubungkan dengan Generator (no.7)

Uap yang masuk Turbin pada kondisi 55 bara/455 °C, artinya uap yang masuk pada kondisi Uap Panas lanjut (Superheated) yang berbeda dengan uap yang dihasilkan panas bumi (geothermal) yang biasanya uap jenuh.

  1. Condenser

Penggunaan Condenser tentunya selalu ada, jika tipe turbin yang digunakan adalah condensing type. Fungsi kondenser adalah mengkondensasikan uap yang keluar dari turbine sehingga berubah fasa menjadi cair, sehingga bisa dipompakan ke tahap selanjutnya

Untuk menghasilkan siklus pembangkit yang lebih effisien, kondisi operasi Condenser harus didesain pada kondisi se-vakum mungkin. Semakin vakuum akan menghasilkan delta enthalpi yang lebih tinggi pada turbine sehingga akan menghasilkan daya yang lebih besar, akan tetapi kondisi tersebut tentu ada batasnya, tidak bisa kita desain vacum serendah-rendahnya. Batasannya adalah kondisi media pendingin kondenser yang digunakan. Saat ini media pendingin yang cukup besar yang tersedia adalah air laut/Air sungai dan udara. Kedua media ini yang biasa digunakan pembangkit listrik-pembangkit listrik di dunia.

Untuk kondisi di Indonesia, air laut maupun air sungai memiliki temperatur yang hampir tidak banyak berubah dibandingkan di negara dengan 4 musim. Berdasarkan data terakhir, Temperature air laut di indonesia berkisar antara 26 – 31 ° C , misalkan untuk desain kita ambil temperatur 30 ° C, sedangkan kondenser beroperasi misalkan dengan  ΔT Cooling misalkan 7 °C sehingga:

  • T water Inlet = 30°C
  • T water outlet = 30 + 7 = 37 °C

Maksimum Terminal Temperature Difference (TTD) terkecil berdasarkan rekomendasi HEI Standard for Steam Surface Condenser tidak kurang dari 5° F atau 1.67 °C, akan tetapi pabrikan kondenser maksimum berani menggaransi hingga 3 °C

sehingga jika diambil titik design air laut pada 30 °C, ΔT  7 °C dan TTD 3 °C maka kondisi operasi Condenser berada pada:

Tcondenser = Twater inlet + ΔT Cooling Condenser+TTD

= 30°C + 7 °C + 3 °C

= 40 °C

Sehingga jika dilihat pada Steam –water Table pada kondisi 40°C , tekanan operasi kondenser pada 0,075 Bar a ( diaplikasikan pada salah satu Pembangkit kapasitas 600 MW di Indonesia)

Sedangkan pada HMBD diatas tekanan Condenser didesain pada temperature 43 °C atau pada tekanan 0,0086 Bar a dengan margin TTD yang lebih longgar sebesar 5°C berhubung untuk PLTU skala kecil (8,5 MW) sehingga tidak terlalu membutuhkan teknologi vacuum tinggi.

  1. Condensate Pump

Condensate pump berfungsi memompa air dari condenser ke deaerator. poin penting pada desain pompa ini dimana pressure operasinya harus dapat mengatasi losses pemipaan, perbedaan elevasi pompa dan deaerator yang didesain pada ketinggian tertentu, dan pressure operasi dideaerator.

  1. Deaerator

Deaerator merupakan salah satu feedwater heater  yang berfungsi meningkatkan effisiensi siklus. dan untuk  menghilangkan gas-gas terlarut didalam air siklus sehingga tidak menyebabkan korosi pada bagian dalam pipa siklus.  Untuk dapat menghilangkan gas-gas tersebut  deaerator harus bekerja pada kondisi jenuh (saturated)

Pada HMBD dapat dilihat bahwa  deaerator bekerja pada tekanan 4,61 Bara sehingga untuk mendapatkan tekanan jenuh di 4,61 bar, maka deaerator harus beroperasi pada Temperature 148.8 °C

  1. Boiler Feed Pump

Boiler feed pump berfungsi memompa air dari deaerator menuju Boiler. Untuk dapat memompa ke boiler, dimana boiler sendiri bertekanan tinggi, maka Boiler feed pump harus didesain lebih tinggi lagi, sehingga dapat menciptakan tekanan di boiler sesuai dengan persyaratan output boiler di sisi outputnya.

  1. Electric Generator

Pada  siklus tersebut sebelum generator terdapat Gearbox, yang artinya putaran turbin dan generator memiliki putaran yang berbeda. ada pula yang menggunakan satu poros dengan turbine. Untuk PLTU Skala besar di Indonesia, menggunakan konfigurasi turbine dan generator dalam satu poros.

Di Indonesia dimana frekuensi listriknya 50 Hz, maka putaran generator pada 3000 rpm atau 1500 rpm

10 Responses to Heat and Mass Balance Diagram

  1. Arief Nugroho says:

    Very fruitfull for me

  2. Atho illah says:

    Untuk heat and mass balance sendiri apakah ada rumusan baku sebagai dasar perhitungan distribusi heat and mass dalam sebuah pembangkit, mohon informasinya.

    • abdul manan says:

      Rumusan bakunya tidak ada, pendekatan secara teori dapat membaca referensi misalnya Powerplant Technology karangan M.M. El-Wakil

      pada aktualnya implementasi di proyek, HMBD biasanya didapatkan dari Vendor Steam Turbine Generator, dan peralatan lainnya seperti Feedwater heater, Condenser, dll dedesain berdasarkan Informasi dari HMBD tersebut.

      engineer powerplant sendiri bisa juga membuat/mendesain sendiri HMBD dengan softwater khusus, misalnya GateCycle atau yang lainnya, tetapi tetap harus memasukkan data informasi dari vendor steam turbine, seperti Effisiensi isentropiknya, dll

  3. Golwin sihombing says:

    Pak bisa bantu saya ? Saya lagi pkl di Perusahaan SOCI Medan dan membuat judul eff generator. Saya bermasalah di hasilnya pak. Bisa bantu saya pak? D5B8578FF ini kontak saya pak. Terimakasih sebelumnya

  4. Muhammad Rizki Alfi says:

    Assalamu’alaikum… Halo pak, saya mau sharing sedikit masalah sama perhitungan loss water yg ada di pltu saya kerja sekarang.
    Pltu di sini turbinnya jenis condensing tapi ada 3 ekstraksi (1. Ekstraksi untuk produksi pabrik dan inlet HP heater, 2. Ekstraksi ke Deaerator 3. Ekstraksi ke LP heater) di sini ada 3 ekstraksi dikarenakan ingin meningkatkan efisiensi panas sehingga ditambahkan 2 alat HP dan LP Heater. Selebihnya sama semua pak. Nah yg ingin saya tanyakan soal perhitungan loss water. Cara menghitung loss water yg saya gunakan di sini :
    Loss water = (Selisih / Pemakaian Feedwater) x 100 %

    * untuk mencari nilai selisih = Pemakaian Air – Jmlh steam ke Produksi atau ekstraksi 1
    * untuk mencari nilai ekstraksi 1 = Steam in turbine – Condensate Water – Faktor X (flowrate steam yg dipakai pada alat2 pendukung dan tidak terpasang Flowmeter)

    Langsung ke contoh aja ya pak,
    Dik :
    – Flowrate feedwater in Boiler = 31 t/h
    – Flowrate steam in Turbin = 31 t/h
    – Flowrate condensat water = 26 t/h
    – Faktor X = 2 t/h
    Dit : Loss Water (%)?
    Penye :
    Ekstraksi 1 = (31- 26 – 2) t/h = 3 t/h
    Selisih = Feedwater in Boiler – Ekstraksi 1 = 31 – 3 = 28 t/h
    Loss Water = (Selisih/Feedwater in Boiler) x 100% = (28/31) x 100% = 90.32 %

    Loss Waternya kok bisa tinggi gitu ya pak? Padahal jmlh feedwater sama steam yg dihasilkan sama.
    Yg saya simpulkan, semakin tinggi ekstraksi 1 maka % loss water semakin rendah.
    Apa perhitungan/rumus yg saya gunakan sudah benar pak? Mohon pencerahannya pak, terima kasih pak atas waktunya.
    Wassalamu’alaikum ???

    • Abdul Manan says:

      Wa’alaikumsalam,Rizki, yang saya tangkap dari penjelasan mas, berarti ini cogeneration karena ada pemakaian steam untuk pabrik. Sekilas, menurut saya ada yang keliru dengan definisi silisih dan loss water. Kalau dari penjelasan diatas seharusnya loss water adalah mass flow uap menuju pabrik, 3 ton, artinya 3/31 ~ 9.7% loss

      Loss water pada pembangkit secara umum hilang pada:
      – blowdown boiler
      – venting atau drain.. kecil diabaikan
      – pemakaian steam utk proses lain contoh seperti kasus mas rizki utk pemakaian pabrik

  5. Dea Farhani says:

    Assalamualaikum pak,
    Saya mau bertanya Apa dampak baik dan buruk kalau condenser vacuum pressure terlalu rendah kadang di pltu saya bisa sampai -94 kpa?
    Wassalam

  6. […] fluida yang masuk ke boiler dan steam yang keluar boiler, sehingga jika kita mengambil contoh heat & Mass Balance Diagram postingan sebelumnya, maka dapat diformulasikan […]

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *