Rangkuman Jurnal : “Industrial Gas Turbine Performance: Compressor Fouling and On-Line Washing” Pengotoran Kompresor dan Pembersihan Menggunakan On-Line Washing di Gas Turbine

Latar Belakang

Perkembangan teknologi pada blade kompresor semakin menunjukkan ukuran blade yang semakin efektif untuk mencapai efesiensi compressor yang semakin tinggi, akan tetapi perkembangan ini juga diikuti dengan kerentanan blade kompresor terhadap adanya kotoran atau fouling yang masuk ke dalam kompresor. Penelitian ini mencoba menganalisa secara mendetail efek fouling terhadap sifat aerodinamis blade kompresor dan efek terhadap performa gas turbine sekaligus pengaruhnya apabila dilakukan washing secara on-line.

Tujuan

Penelitian dalam jurnal ini bertujuan memberikan gambaran pengaruh fouling (kotoran) pada blade compressor terhadap penurunan performa gas turbine dan seberapa besar efek compressor washing secara on-line terhadap performa gas turbin.

 

Manfaat

Manfaat penelitian efek fouling pada blade compressor ini memberikan gambaran dan efek terjadinya fouling pada compressor terhadap tekanan kompresor, kecepatan udara yang dihasilkan, performa gas turbin dan efek wahing compressor secara on-line mampu mengembalikan performa kompresor dan gas turbin.

 

Metodologi

Metodologi yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan metode eksperimen, yaitu dengan melakukan ujicoba replica blade kompresor dalam sebuah tunnel dengan luas 0.0043 m2 dan dengan aliran udara 5 kg/s dengan memberikan proses fouling dan ujicoba pemberian washing secara on-line. Metode yang kedua adalah membandingkan hasil ujicoba melalui sebuah software Turbomatch untuk menganalisa pengaruh fouling terhadap stage 1 dan stage-stage berikutnya, sekaligus menghitung secara analitik pengaruh terhadap performa kompresor dan gas turbin.

 

Hasil & Pembahasan

Experiment dilakukan dengan memasang 9 blade yang teridiri yang diistilahkan dengan NACA 65 dengan ukuran 60 mm x 180 mm, dengan suatu material fouling digunakan dalam ujicoba ini. Tunnel (wind tunnel) memiliki kecepatan mencapai 11 m/s.

Hasil ujicoba menunjukkan fouling terjadi paling banyak di blade nomer 4,5, 6 dan jumlah fouling paling banyak didaerah trailing disbanding di area leading edge. Gambar 5 menunjukkan efek fouling terhadap lintasan kecepatan yang semakin besar berdasar jarak (lintasan) blade to blade. Kekasaran pada blade sebagai akibat timbulnya fouling memberikan efek timbulnya aliran yang semakin turbulen mangakibatkan energi dalam aliran udara semakin rendah akibat friksi.

  

Gambar 7 menjelaskan perbandingan total pressure loss antara blades yang bersih dengan blade yang terkena fouling, menunjukkan loss (kerugian) pressure yang semakin naik yang diakibatkan fouling. Perubahan sudut blade kompresor juga berpengaruh dari adanya fouling, ditunjukkan dari data pada gambar 8 yang bisa berakibat aliran yang semakin turbulen pada sisi sudut luar blade kompresor.

Penurunan efesiensi tiap stage tidak sama, hasil analisa analitik secara software sebagai metode pembanding atas hasil ujicoba wind tunnel menunjukkan penurunan paling besar terjadi di stage 1, dan berturut-turut ke stage 2 dan 3. Sedangkan untuk stage ke-empat dan seterusnya tidak terlalu banyak penuruanan efesiensi kompresor yang terjadi.

Gambar 24 menunjukkan penuruanan ratio tekanan dari blade ke blade yang sudah di compressor washing dan belum (fouled)  yang menunjukkan blade 1 sampai kedua yang paling banyak memberikan efek perbaikan tekanan akibat washing, sedangkan blade ketiga dan berikutnya relative sama.

Tabel 5 menunjukkan efesiensi politropik yang dimiliki tiap stage penurunan paling besar terjadi di stage 1, demikian juga dengan persen penurunan flow koefisin terbesar di stage 1.

Mekanisme compressor washing secara on-line bermanfaat untuk mengembalikan performa kompresor, walau tidak mengembalikan pada kondisi bersih. Beberapa data menunjukkan total pressure loss berkurang sekitar 30% disbanding tidak dilakukan compressor washing. Hasil pengujian di wind tunnel memperlihatkan masih ada sisa fouling pada blade terutama bagian bawah (root) yang tidak bisa maksimal dibersihkan termasuk area trailing yang paling banyak kotoran.

Analisa kompresor berdasar performa gas turbine terutama dengan membandingkan kecepatan (corrected mass flow) udara yang melewati kompresor  dan perbandingan tekanan compressor (pr) dapat ditunjukkan dengan gambar 15, 16, 17 dan 20.

 Terlihat perbandingan antara stage 1 dan 2 untuk parameter jumlah udara akibat fouling dan kondisi bersih menunjukkan stage 1 lebih besar perbedaan flow udara dibanding dengan stage 2. Hal ini berhubungan dengan jumlah fouling yang lebih banyak di stage 1.

 

Hal ini juga sangat kontrak terlihat apabila dibandingkan efesiensi antara stage 1 dan 4, dimana stage 4 sama sekali tidak ada perbedaan tingkat efesiensi kompresor dalam kondisi bersih atau fouling, karena dalam penelitian ini tidak terdapat fouling yang mencapai stage 4. Efek fouling pada pembebanan gas turbin juga memiliki beberapa parameter yang bisa dijadikan acuan pola operasi gas turbin. Tabel 9 dan 10 menunjukkan data performa gas turbin saat pembebanan penuth (TET, Temperature Enter Turbine) mencapai 1300 degC dan pada beban medium temperature 1100 degC, menunjukkan penurunan ketika GT berada di beban dibawah beban penuh. Nilai penurunan dihitung dengan kondisi beban yang sama dan dikenakan efek fouling pada keduanya.

Pola pembebanan gas turbine untuk mengurangi efek fouling adalah pada kondisi beban penuh atau dengan beban konstan.

 Kesimpulan

Blade yang kotor (fouling) menunjukkan nilai penurunan efesiensi kompresor sebesar 3.8% disbanding dengan kondisi bersih sedangkan ketika sudah dilakukan on-line compressor washing meunjukkan nilai penurunan 1.7% dibanding blade yang kotor. Akibat yang ditimbulkan dari fouling pada 3 stage kompresor mengakibatkan perubahan karakteristik kompresor yang berpengaruh terhadap sudut blade kompresor, mass flow atau aliran udara yang melewati blade, ratsio tekanan dan terutama efesiensi kompresor.

               Durasi pembersihan blade kompresor dengan metode compressor washing dapa t mengembalikan sekitar 30% daya output pada gas turbine. Durasi atau lama compressor washing berdsarkan penelitian ini paling efektif pada 5 menit pertama, dan paling efektif pembersihan di sisi tekanan (sisi depan). 

 Kelebihan

a.      Terdapat analisa secara detail efek fouling dan compressor washing terhadap performa kompresor dan gas turbin

b.      Terdapat analisa yang  menjelaskan penurunan performa kompresor tiap stage, yang bisa dijadikan acuan untuk merancang jenis alat washing yang paling efektif.

c.      Pola pembebanan gas turbine bisa diterapkan untuk memperlambat penurunan efesiensi diakibatkan fouling compressor.

 

Kekurangan

Kekurangan dalam hasil penelitian yang tertuang dalam jurnal ini adalah;

a.      Blade yang digunakan dalam ujicoba dalam lab hanya 1 blade, sehingga kurang menggambarkan secara real efek fouling pada stage-stage berikutnya. Sdangkan analisa stage lain dilakukan menggunakan simulasi software Turbomatch.

b.      Tidak jelaskan mengenai metode on-line compressor washing pada bagian “root” bawah blade yang tidak bisa dibersihkan dengan metode on-line washing secara konvensional.

c.      Penelitian efek fouling tidak menggambarkan secara real seperti yang terjadi pada operasi gas turbine, tapi bisa menggambarkan secara umum walau tidak detail.