Sistem air pendingin

Sistem air pendingin untuk belitan stator pada turbogenerator berpendingin air-hidrogen tipe QFSN-2 dan THDF

1. Pendahuluan

1.1. Tujuan

Sistem air pendingin gulungan stator (Sistem Air Stator) pada turbogenerator berpendingin air-hidrogen merupakan suatu sistem siklus tertutup yang dirakit. Peralatan utama sistem dan instrumen pemantauan dirakit pada sebuah pelat dasar, sehingga memudahkan pemasangan, pengoperasian, dan pemeliharaan. Fitur dan fungsi dari sistem ini adalah sebagai berikut:

1.1.1. Air pendingin digunakan untuk mengalir melalui konduktor berongga pada belitan stator guna memulai motor dengan panas yang dihasilkan akibat rugi daya pada belitan stator.

1.1.2. Pendingin air menghilangkan panas yang diserap oleh air pendingin dari kumparan stator.

1.1.3. Sistem ini dilengkapi dengan filter untuk menghilangkan kotoran dalam air.

1.1.4. Air pendingin dilunakkan dengan penukar ion untuk mengendalikan konduktivitasnya (generator QFSN).

1.1.5. Pasang instrumen pemantauan dan perangkat alarm untuk secara terus-menerus memantau konduktivitas, aliran, tekanan, dan suhu air pendingin.

1.1.6. Alat ini memiliki fungsi pencucian balik pada lilitan stator untuk meningkatkan efek pembilasan pada lilitan stator.

1.1.7 Semua pipa dalam sistem air dan komponen yang bersentuhan dengan air pendingin stator harus terbuat dari bahan yang tahan korosi.

1.2. Komposisi sistem

1.2.1. Sistem air stator QFSN-2 untuk kelas 300 MW dan 600 MW. Saluran air pada lilitan stator tipe QFSN-2 untuk kapasitas 300 MW dan 600 MW terbuat dari baja. Keseluruhan sistem terdiri atas perangkat suplai air pendingin stator, katup backwash air stator (kelompok), instrumen pemantauan pembuangan udara dari tangki air stator, serta instrumen pemantauan lapangan. Lihat Gambar 21-1 untuk diagram skematik dari sistem air stator QFSN-2.

1.2.2. Sistem air stator tipe THDF 1000 MW. Saluran air pada belitan stator generator THDF 1000 MW terbuat dari baja tahan karat. Keseluruhan sistem terdiri atas perangkat suplai air pendingin stator, katup backwash air stator (kelompok), tangki air bagian atas stator, dan instrumen pemantauan lapangan. Lihat Gambar 21-2 untuk diagram skematik sistem air stator pada generator THDF.

1.3. deskripsi sistem air stator

1.3.1. Sistem air stator QFSN-2. Sistem air stator QFSN-2 terutama terdiri atas sirkuit air utama untuk pendinginan, sirkuit bypass penukar ion, dan sirkuit air tambahan.

1.3.1.1. sirkuit air pendingin utama. Pompa air sentrifugal menarik air dingin internal dari tangki air stator, kemudian masuk ke pipa saluran masuk air melingkar pada rangka stator di ujung eksitasi generator melalui bagian atas generator, melewati pendingin air stator, filter air, dan pipa saluran masuk air eksternal yang menghubungkan sistem pasokan air khusus stator dengan generator. Salah satu aliran tersebut mengalir ke konduktor berongga dalam batang stator melalui pipa air berisolasi Teflon, lalu menuju pipa saluran keluar melingkar melalui pipa pengalihan air berisolasi dari ujung uap gulungan; sedangkan aliran lainnya melalui pipa pengalihan air berisolasi menuju cincin paralel dan konduktor utama gulungan stator, kemudian konduktor utama tersebut disambungkan ke pipa saluran keluar yang terpasang pada kotak saluran keluar melalui pipa pengalihan air berisolasi, dan selanjutnya mengalir ke pipa saluran keluar melingkar di ujung uap melalui pipa luar. Air dua arah tersebut keluar dari generator melalui bagian atas basis turbin di ujung uap dan kembali ke tangki air melalui pipa saluran keluar utama.

Bagian atas pipa masuk berbentuk cincin dan pipa keluar dihubungkan satu sama lain melalui sebuah pipa buang, yang terhubung langsung dengan tangki air untuk menghilangkan gas dalam gulungan stator. Pipa buang ini juga dapat mencegah terjadinya sifon ketika sistem air diputus. Sejumlah elemen pengukur tekanan, perbedaan tekanan, suhu, aliran, dan parameter lainnya dipasang di antara pipa eksternal dan pipa masuk serta pipa keluar utama untuk memantau kondisi operasional sistem air stator.

Sirkuit air utama stator juga dilengkapi dengan katup pembilasan balik, yang dapat mengubah arah aliran dengan mengoperasikan katup tersebut dan melakukan pembilasan balik pada lilitan stator ketika generator dimatikan, sehingga tercapai efek pembilasan yang lebih baik.

Air pendingin internal dari generator kembali ke tangki air stator, yang merupakan wadah penyimpanan air. Nitrogen (atau hidrogen) dimasukkan ke bagian atas tangki air untuk mengisolasi udara dan mencegah korosi akibat oksigen serta karbon dioksida dalam udara pada pipa panduan tembaga dari gulungan stator. Gas yang terdapat dalam air balik tersebut diendapkan dari tangki air stator. Ketika tekanan gas di bagian atas tangki air mencapai tingkat tertentu, katup pengaman pada pipa buang yang terpasang di tangki air akan terbuka, sehingga gas tersebut dibuang ke atmosfer melalui flowmeter gas. Pemantauan laju aliran pada flowmeter gas dapat digunakan untuk menganalisis apakah terdapat titik kebocoran pada gulungan stator.

1.3.1.2. sirkuit air penukar ion. Salah satu fungsi sistem air stator generator QFSN-2 adalah menjaga agar air pendingin yang masuk ke gulungan stator memiliki nilai konduktivitas rendah yang sesuai, karena pipa pengalihan air isolasi stator harus menahan tegangan dari gulungan stator terhadap tanah. Ketika sistem air beroperasi, sebagian kecil air pendingin dialirkan secara bypass dari sirkuit air pendingin, kemudian mengalir melalui penukar ion bed campuran untuk mencapai konduktivitas rendah pada air pendingin. Laju aliran air pendingin yang melewati penukar ion ditunjukkan oleh flow meter.

1.3.1.3. Jalur air tambahan. Air tambahan untuk sistem air berasal dari sistem kondensat atau sistem air desalinasi boiler. Air tambahan tersebut secara bertahap melewati filter penambah, katup pengurang tekanan, katup solenoid (atau katup bypass manual), dan penukar ion, kemudian masuk ke tangki air. Pembukaan dan penutupan katup solenoid dikendalikan oleh pengontrol level yang terletak pada tangki air. Untuk mencegah tekanan tinggi pada air umpan, pipa masuk dilengkapi dengan katup pengaman yang dipasang di hilir katup pengurang tekanan.

1.3.2 Sistem air stator tipe THDF. Sistem air stator tipe THDF terutama terdiri atas sirkuit air pendingin utama dan sirkuit air tambahan. Karena saluran air pada gulungan stator THDF terbuat dari pipa baja tahan karat, maka tidak akan terjadi pengendapan ion tembaga selama operasi. Oleh karena itu, kualitas air yang diperlukan cukup luas, dan penukar ion tidak dapat dipasang dalam sistem ini.

1.3.2.1. sirkuit air pendingin utama. Sirkuit air pendingin ini menggunakan tangki air tinggi, sehingga seluruh sistem terisi penuh air, menjadikannya suatu sistem sirkulasi air tertutup. Pompa air sentrifugal dipasang setelah pendingin air stator; air dari pompa tersebut mengalir melalui filter air, pipa masuk air eksternal yang terletak antara perangkat suplai air stator dan generator, serta pipa masuk air utama berbentuk cincin yang memasuki dasar stator pada ujung eksitasi generator dari bagian atas generator. Setelah melewati kumparan stator, air panas mengalir ke pipa keluar utama berbentuk cincin melalui pipa pengalihan air berisolasi dari ujung uap, lalu keluar melalui bagian atas generator. Pipa pembuangan di bagian atas generator dilengkapi dengan instrumen pemantauan aliran dan suhu. Pada saluran masuk perangkat suplai air stator terdapat satu segmen pipa degassing kasar; di dalam pipa degassing ini kecepatan aliran menurun, sehingga sejumlah kecil gas yang terkandung dalam air terlepas, dan pipa buang pada bagian atas pipa degassing tersebut kemudian memasuki tangki air bersama aliran air dari tangki, untuk selanjutnya dibuang keluar sistem. Air yang telah mengalami degassing kemudian didinginkan oleh pendingin, lalu dipompa kembali oleh pompa air untuk disirkulasikan kembali. Pada pipa suplai air generator juga dipasang serangkaian instrumen pengukuran samping, seperti tekanan/perbedaan tekanan, suhu, dan konduktivitas, guna memantau kondisi operasi sistem air stator.

Sirkuit air utama stator juga dapat dilengkapi dengan katup pembilasan balik. Ketika generator dimatikan, arah aliran air dapat diubah dengan mengoperasikan katup tersebut, sehingga kumparan stator dapat dibersihkan dengan cara pembilasan balik untuk mencapai efek pembersihan yang lebih baik.

Tangki air stator dalam sistem terhubung dengan sirkuit utama melalui pipa air pada jalur pembebasan gas. Ekspansi dan kontraksi termal pada tangki air stator menyebabkan perubahan volume air, sehingga kelebihan air dapat dibuang dan fungsi pembebasan gas terpenuhi. Selama proses pengoperasian generator, ketika air disuntikkan ke dalam sistem, hal ini sementara memenuhi kebutuhan akan air tambahan.

1.3.2.2. Jalur air tambahan. Sistem ini dirancang untuk menggantikan kehilangan air akibat kebocoran yang mungkin terjadi dalam sistem serta untuk meningkatkan kualitas air pendingin. Air yang digunakan sebagai air tambahan diambil dari sistem air desalinasi, yang memiliki konduktivitas air yang rendah dan dapat memenuhi persyaratan sistem air stator. Air tambahan masuk ke jalur air utama melalui filter halus dan disuplai pada bagian hulu pompa air stator. Aliran air dapat dikendalikan secara manual melalui katup pengatur dan dapat ditampilkan secara lokal.

1.4. deskripsi peralatan sistem air stator

1.4.1. Sistem air stator QFSN-2. Lihat Gambar 21-3 untuk perangkat pasokan air stator tipe QFSN2.

1.4.1.1. Pompa air stator. Dua pompa sentrifugal berbahan baja tahan karat dipasang pada sistem air stator, dan kedua pompa tersebut saling bersiaga satu sama lain. Pompa ini menggunakan segel mekanis, dan badan pompanya bersifat tetap, yaitu ketika impeler pompa dilepas, tidak perlu memindahkan pipa yang terhubung pada badan pompa. Saluran keluar pompa dilengkapi dengan katup sekering untuk memisahkan kedua pompa. Kedua pompa memiliki fungsi keterkaitan, yakni apabila salah satu pompa berhenti beroperasi, pompa air siaga dapat langsung menyala secara otomatis, yang diwujudkan melalui sakelar tekanan diferensial yang terhubung pada pipa masuk dan pipa keluar pompa. Ketika pompa yang sedang beroperasi mengalami kegagalan dan perbedaan tekanan di kedua ujung pompa turun hingga mencapai nilai set, pompa siaga akan secara otomatis dihidupkan untuk menjaga kelancaran operasi sistem air sekaligus mengirimkan sinyal alarm.

1.4.1.2. Tangki air stator. Tangki air merupakan wadah penyimpanan air dalam sistem sirkulasi air berlingkar tertutup, yang menyerap perubahan volume air dalam sistem dan menampung gas yang terlepas dari air. Air dari kumparan stator pertama-tama masuk ke dalam tangki air; apabila terdapat jejak hidrogen dalam air balik, gas tersebut dapat dilepaskan di dalam tangki air. Karena sejumlah kecil hidrogen bertekanan tinggi dapat menembus dinding pipa pengalihan air berisolasi Teflon, gas tersebut masuk ke dalam sistem air stator dan akhirnya terkumpul di bagian atas tangki air. Oleh karena itu, akumulasi hidrogen di bagian atas tangki air merupakan hal yang normal ketika generator sedang beroperasi. Ketika tekanan udara dalam tangki air melebihi nilai tertentu, udara dapat secara otomatis dibuang melalui katup pengaman pada tangki air. Pipa buang tangki air stator dilengkapi dengan meter gas untuk memantau dan mencatat jumlah gas yang terlepas dari tangki air. Apabila laju aliran melalui meter gas meningkat secara nyata dan penambahan hidrogen pada generator juga meningkat, disarankan untuk menyelidiki kemungkinan kebocoran pada sirkuit air pendingin stator. Tangki air dilengkapi dengan pengontrol level, yang digunakan untuk mengendalikan secara otomatis suplai air tambahan guna menjaga level tangki tetap normal serta memberikan peringatan jika level terlalu tinggi atau terlalu rendah. Selain itu, tangki air juga dilengkapi dengan indikator level untuk memantau level air secara visual.

1.4.1.3. Pendingin air. Terdapat dua buah pendingin air paralel dalam sistem air, yang masing-masing mampu menanggung 100% dari daya pertukaran panas yang dibutuhkan oleh generator. Dalam kondisi normal, satu unit beroperasi dan satunya lagi berada dalam keadaan siaga. Bentuk struktural pendingin tersebut meliputi tipe pelat dan tipe selubung. Pelat pada pendingin tipe pelat terbuat dari baja tahan karat. Pelat-pelat tersebut disegel dengan karet dan dapat dipisahkan untuk keperluan pembersihan selama pemeliharaan. Sementara itu, bagian selubung serta tabung perpindahan panas pada pendingin tipe selubung–tabung semuanya terbuat dari baja tahan karat, dan tabung perpindahan panasnya berbentuk tabung spiral.

1.4.1.4. Filter air. Sistem air stator dilengkapi dengan dua filter air paralel yang memiliki kapasitas 100%. Dalam kondisi normal, satu filter beroperasi sedangkan filter lainnya berada dalam keadaan siaga. Elemen filter tersebut menggunakan elemen filter berbahan serat berteknologi penyemprotan fusi presisi tinggi atau jenis lipat. Kedua ujung filter terhubung dengan sakelar perbedaan tekanan. Apabila perbedaan tekanan di kedua ujung filter meningkat hingga mencapai nilai tertentu, sakelar perbedaan tekanan akan mengirimkan sinyal alarm. Pada saat itu, filter siaga harus segera diaktifkan untuk membersihkan atau mengganti elemen filter yang tersumbat.

1.4.1.5. Penukar ion. Fungsi penukar ion adalah untuk menghilangkan ion tembaga dalam air dan menjaga agar air pendingin yang masuk ke belitan stator memiliki nilai konduktivitas yang rendah dan sesuai, karena pipa air isolasi stator harus menahan tegangan dari belitan stator terhadap tanah. Selama operasi sistem air, sebagian kecil air pendingin dialirkan secara bypass dari saluran utama air pendingin menuju penukar ion bed campuran untuk mencapai rendahnya konduktivitas air pendingin tersebut. Bagian atas dan bawah penukar ion dilengkapi dengan penutup air berpresisi tinggi guna mencegah ion-ion terlepas ke saluran air utama. Aliran air melalui penukar ion ditunjukkan oleh flow meter dan dikendalikan oleh katup manual. Dalam kondisi normal, hanya sejumlah kecil air pendingin (yang mungkin tidak terlihat pada flow meter) yang mengalir melalui penukar ion, sehingga konduktivitas air pendingin dalam sirkuit sirkulasi utama tetap berada dalam rentang yang ditentukan.

1.4.1.6. Pengisian tangki air. Tangki sistem air bersifat tertutup. Ruang di atas permukaan cairan dalam tangki air harus diisi dengan nitrogen pada tekanan tertentu untuk mengisolasi pengaruh negatif udara terhadap kualitas air. Nitrogen berasal dari perangkat pasokan nitrogen, dan tekanan nitrogen yang dimasukkan ke dalam tangki air secara otomatis dikendalikan oleh alat penurun tekanan nitrogen. Ketika generator diisi dengan hidrogen bertekanan, sejumlah kecil hidrogen dapat menembus ke dalam air pendingin melalui pipa air berinsulasi PTFE dan kemudian dilepaskan ke dalam tangki air. Untuk mencegah tekanan dalam tangki air menjadi terlalu tinggi, tangki air dilengkapi dengan sakelar tekanan alarm. Selain itu, tangki air juga dilengkapi dengan katup pengaman dan gas buangannya dibuang melalui meter gas.

1.4.1.7. Katup pembilasan balik (Kelompok). Karena jalur aliran air pada lilitan stator generator bukan merupakan jalur yang halus, aliran air pada stator mengalir dalam satu arah dalam waktu yang lama, sehingga dapat menimbulkan pengendapan kotoran di beberapa sudut atau bagian yang mengalami perubahan jalur. Ketika proses pembilasan maju dan pembilasan balik dilakukan berulang-ulang, kotoran tersebut dapat dengan mudah terbawa keluar oleh aliran air balik, sehingga secara efektif mencegah terjadinya penyumbatan pada lilitan stator.

Prinsip kerja pencucian balik ditunjukkan pada Gambar 21-4. Perangkat pencucian balik terdiri atas empat katup terpisah yang disusun menjadi satu kelompok katup pencucian balik melalui pipa, sebagaimana ditampilkan pada Gambar 21-4 (a) dan (b), atau berupa katup empat arah khusus untuk pencucian balik, sebagaimana ditampilkan pada Gambar 21-4 (c) dan (d). Katup empat arah khusus tersebut dapat menyederhanakan pemasangan dan penggunaan. Sesuai dengan desain, filter pencucian balik juga dapat dipasang pada jalur pipa pencucian balik guna mencegah kotoran yang terdapat dalam pipa masuk ke dalam generator selama proses pencucian balik. Pencucian balik hanya dapat dilakukan ketika generator dalam keadaan mati.

1.4.2. Sistem air stator tipe THDF.

1.4.2.1. Tangki air stator. Tangki air stator tipe THDF merupakan sebuah wadah berukuran kecil. Tangki air ini dihubungkan dengan sirkuit utama melalui pipa pasokan air. Tangki air stator mampu menyerap perubahan volume air yang disebabkan oleh ekspansi akibat pemanasan dan kontraksi akibat pendinginan, sekaligus membuang kelebihan air, serta berperan dalam pertukaran udara dan penghilangan gas terlarut. Ketika generator mulai beroperasi dan air disuntikkan ke dalam sistem, tangki ini sementara waktu memenuhi kebutuhan air tambahan. Aliran melalui tangki air ini sangat kecil, dan fungsinya adalah mengarahkan gelembung-gelembung yang terdapat dalam sirkuit utama menuju tangki air. Tangki air dilengkapi dengan pengukur level cairan untuk memantau tingkat air di dalamnya. Apabila tingkat air turun di bawah level air terendah, sinyal alarm akan aktif.

Pipa penyegelan berbentuk U yang terisi air menggabungkan pembuangan air dengan pembuangan gas buang. Dengan demikian, ketika tangki mengalami tekanan berlebih, gas buang akan dikeluarkan melalui port pembuangan, sehingga air dapat dibuang tanpa adanya tekanan. Segel berbentuk U ini selalu diisi ulang dari air tambahan dalam tangki. Penyuntikan air tidak memerlukan pemeliharaan maupun pemantauan. Selama operasi normal, hidrogen bertekanan tinggi dari generator menembus ke dalam sistem air stator melalui pipa pengalihan air berisolasi atau akibat kebocoran dalam jumlah kecil, lalu terakumulasi di dalam tangki air sehingga kolom air di dalam tangki mengalami tekanan berlebih; tekanan tersebut kemudian menekan kolom air dalam pipa berbentuk U hingga mencapai titik di mana pipa pembuangan gas buang mampu mengeluarkannya. Setelah hidrogen masuk dan dikeluarkan melalui pipa degassing, hal ini tidak akan menyebabkan kenaikan tekanan.

1.4.2.2. Penukar ion. Karena saluran air pada belitan stator generator THDF terbuat dari baja tahan karat, penukar ion tidak dimasukkan dalam sistem. Jika kualitas air tambahan tidak stabil, dapat dipasang sebuah penukar ion kecil pada sirkuit air tambahan.

1.4.2.3. Peralatan lainnya. Konfigurasi dan fungsi peralatan lainnya dalam THDF dapat dijelaskan dalam sistem air stator QFSN-2.

2. Parameter teknis utama (lihat tabel 21-1 hingga tabel 21-4)

Tabel 21-1 Parameter teknis sistem air stator QFSN-2 300 MW (lihat tabel Excel terpisah)

Tabel 21-2 parameter teknis dari sistem air stator QFSN-2 600 MW (faktor daya 0,9) (lihat tabel Excel terpisah)

Tabel 21-3 data teknis dari sistem air stator QFSN-2 600 MW (faktor daya 0,85) dan sistem air stator 660 MW (faktor daya 0,9)

Tabel 21-4 data teknis sistem air stator THDF 1000 MW (lihat tabel Excel terpisah)

3. Lingkup pasokan (konfigurasi tipikal)

3.1. Konfigurasi tipikal dari sistem air stator QFSN-2 300 dan 600 MW (lihat tabel 21-5)

Tabel 21-5 konfigurasi tipikal dari sistem air stator QFSN-2 300 MW dan 600 MW (lihat tabel Excel terpisah)

3.2. Konfigurasi tipikal sistem air stator THDF 1000 MW (lihat tabel 21-6)

Tabel 21-6 konfigurasi tipikal sistem air stator THDF 1000 (lihat tabel Excel terpisah)