Sistem Kondensor dan Pemvakuman

Ilustrasi Kondensor

1. Kondensor

Kondensor adalah suatu alat penukar kalor (heat exchanger) yang digunakan untuk merubah uap bekas turbin menjadi air. Uap setelah melakukan kerja didalam turbin didinginkan dengan air pendingin sehingga terkondensasi menjadi air. Air kondensat ini selanjutnya digunakan lagi didalam siklus sebagai air pengisi boiler.

Proses perubahan uap menjadi air di kondensor menimbulkan pelepasan panas dari uap ke air pendingin. Jumlah panas yang berpindah atau diserap air pendingin sangatlah besar mengingat jumlah uap bekas turbin juga besar. Panas ini kemudian dibuang ke laut atau ke udara tanpa dapat dimanfaatkan. Hal ini merupakan kerugian yang terbesar didalam siklus panas PLTU.

Selain fungsi utamanya untuk mengkondensasikan uap menjadi air, kondensor juga mempunyai fungsi lain sebagai :

- penampung dan pengontrol air kondensat

- pembuang udara atau gas yang tidak terkondensasi

- penambah energi ke turbin karena vakum

Dilihat dari proses perpindahan panasnya kondensor terdiri dari dua jenis, yaitu kondensor kontak langsung dan kondensor permukaan.

• Kondensor Jet

Kondensor jet adalah kondensor kontak langsung yang banyak digunakan. Kondensor jet digunakan pada pembangkit listrik tenaga panas bumi (PLTP) yang siklus kerjanya terbuka. Perpindahan panas pada kondensor jet dilakukan dengan menyemprotkan air pendingin ke aliran uap secara langsung. Air kondensat yang terkumpul di kondensor sebagian digunakan sebagai air pendingin kondensor dan selebihnya dibuang.

Gambar 1. Kondensor Jet

Pada bagian dalam kondensor ditempatkan beberapa buah pipa dan nosel penyemprot. Air Pendingin mengalir melalui pipa dan nosel penyemprot karena perbedaan tekanan dan gaya grafitasi antara penampungan air pendingin (Basin Cooling Tower) dengan kondensor. Uap yang terkena semprotan air pendingin akan melepaskan panasnya dan selanjutnya diserap oleh air penyemprot. Uap yang telah melepaskan panasnya akan mengembun (terkondensasi) menjadi air bercampur dengan air penyemprot, sehingga kedua fluida tersebut mencapai temperatur akhir yang sama di Hot Well.

Ruangan didalam kondensor jet biasanya dibagi menjadi 2 ruangan/bagian, yaitu ruangan pengembunan uap dan ruangan pendinginan gas. Ruangan pengembunan uap, dan ruangan pendinginan gas dimaksudkan untuk memperkecil volume gas-gas yang tidak mengembun. Hal ini dibuat demikian agar peralatan pelepas gas-gas (ejector/pengisap gas) dapat dibuat dalam ukuran yang lebih kecil. 

Campuran uap dan gas-gas panas bumi yang tidak terkondensasi keluar dari turbin melalui satu atau beberapa laluan dan masuk ke dalam kondensor pada bagian ruangan horisontal untuk pengkondensasian uap. Sedangkan bagian ruangan silinder vertikal untuk pendinginan gas-gas yang tidak terkondensasi (noncondensable gas). 

Untuk mempertahankan kondisi tekanan (vakum) di dalam kondensor, level air di hotwell perlu dipertahankan (dikontrol). Terlalu tingginya air di dalam kondensor akan mengganggu proses penyemprotan, dan terlalu rendah akan meyebabkan terjadinya gangguan pada pompa air pendingin (Condensate Pump). Selain itu vakum di kondensor dipertahankan dengan mengeluarkan gas-gas dan udara yang tidak terkondensasi.

• Kondensor Permukaan 

Pada kondensor permukaan, uap terpisah dari air pendingin, uap berada diluar pipa-pipa sedangkan air pendingin berada didalam pipa. Perpindahan panas dari uap ke air terjadi melalui perantaraan pipa-pipa. Pada kondensor ini kemurnian air pendingin tidak menjadi masalah karena terpisah dari air kondensat.

Dengan penyekatan yang tepat ruang air (water box ) dari air pendingin dapat dibuat satu atau dua aliran melintasi kondensor sebelum mencapai keluaran. Apabila aliran air pendingin hanya sekali melintas kondensor, maka disebut kondensor lintasan tunggal (single pass), sedang apabila air pendingin melintasi kondensor dua kali, maka disebut kondensor lintasan ganda (double pass). Pada cara ini air dalam pipa bagian bawah akan mengalir dari depan kebelakang dan bagian atas dari belakang ke depan.

Gambar 2. Kondensor Lintasan Tunggal

Gambar 3. Kondensor Lintasan ganda dengan saluran venting

Untuk membuang udara yang terjebak dalam ruang air, maka pada water box dipasang saluran venting. Pengeluaran udara dapat dengan cara dihisap menggunakan pompa venting atau secara alami dengan membuka katup venting yang dipasang pada saluran pembuang udara.

Panjang saluran kondensor dan jumlah pipa-pipa ditentukan oleh beban silinder kondensor lintasan ganda yang digunakan sedemikian rupa sesuai kenaikan temperatur air pendingin yang diperbolehkan sehingga air pendingin yang diperlukan jumlahnya lebih kecil. Kondensor pada turbin dengan satu atau dua silinder tekanan rendah umumnya dipasang secara melintang menggantung dibawah silinder tekanan rendah dan disebut ’underslung tranverse’ (menggantung melintang). Kondensor yang menggantung tersebut seluruhnya terletak dibawah silinder tekanan rendah dan diikatkan kepada silinder. Tetapi kondensor juga disangga oleh pegas-pegas sehingga silinder tekanan rendah tidak bergeser. Pegas dirancang sedemikian sehingga tidak ada beban yang diteruskan kerumah turbin bila sedang beroperasi.

Gambar 4. Posisi Kondensor di bawah Turbin

2. Peralatan Penghisap Udara/Gas (Air/gas Extraction)

Peralatan penghisap udara/gas kondensor harus mampu memenuhi dua keadaan, yaitu pembuang udara/gas selama opeasi normal dan membuat vakum kondensor pada saat start. Pada saat menaikkan vakum peralatan penghisap udara harus mampu mengeluarkan secara cepat sejumlah besar udara/gas. Oleh karena itu dipasang peralatan penghisap udara dengan kapasitas yang cukup untuk menurunkan tekanan dalam kondensor secara cepat ke tingkat yang memungkinkan turbin untuk start.

Sudu-sudu pada baris terakhir turbin yang panjang akan menjadi terlalu panas, bila turbin diputar pada kecepatan normal dan beban rendah dalam keadaan vakum yang buruk. Jadi vakum sebesar kira-kiran 685 mb Hg harus diperoleh sebelum uap dimasukkan ke turbin dan vakum sebesar 860 mb untuk kecepatan penuh. Tetapi hal ini tergantung pada instruksi pengoperasian setempat.

Adanya sejumlah gas dan udara yang tidak terkondensasi akan mengurangi laju perpindahan panas. Terhambatnya laju perpindahan panas dikarenakan gas dan udara ini akan menyelimuti permukaan pipa air pendingin, sehingga panas yang akan dilepaskan oleh uap bekas turbin berkurang. Pengurangan laju perpindahan panas antara uap bekas dan air pendingin akan menyebabkan penurunan tekanan (vakum) didalam kondensor yang berarti mengurangi kemampuan unjuk kerjanya.

Pada keadaan operasi normal jumlah udara yang harus dikeluarkan lebih sedikit. Udara ini terdiri atas udara yang bocor ke kondensor melalui flange dan gland serta gas-gas yang tidak terkondensasi yang terdapat dalam uap dari turbin. 

Peralatan penghisap udara/gas dari kondensor dapat menggunakan ejektor uap atau menggunakan pompa vakum (vacuum pump) 

• Air Ejector 

a. Hogging /Starting Ejector

Sebelum turbin start kondisi kondensor harus dibuat vakum agar ketika uap dialirkan ke dapat melakukan kerja secara optimal dan terkondensasi di kondensor. Untuk membuat vakum kondensor disediakan starting atau hoging ejector menggunakan uap dari auxiliary. Uap keluar dari starting ejector dibuang langsung ke atmosfir (tidak dikondensasikan). Starting ejector mempunyai kemampuan yang besar dalam menghisap udara/gas sehingga dapat membuat vakum kondensor dalam waktu yang relatif singkat.

b. Main Ejector

Setelah vakum kondensor mencapai harga normal, maka tugas starting ejector selesai. Selanjutnya vakum kondensor dinaikkan hingga mencapai harga optimal dan menjaganya pada rentang kerjanya dengan menggunakan main ejector. Dibandingkan dengan starting ejector, main ejector mempunyai kapasitas yang lebih kecil, tetapi mampu membuat vakum lebih tinggi.

Pada kondisi turbin telah beroperasi main ejector tetap dioperasikan untuk membuang udara dan gas-gas yang tidak terkondensasi dari dalam kondensor. Udara/gas dibuang ke atmosfir sedangkan uap untuk ejector dikondensasi didalam kondensor ejector. Hasil air kondensatnya dialirkan ke kondensor utama 

Gambar 5. Starting Ejector dan Main Ejector

• Pompa Vakum 

Pada sebagian unit pembangkit untuk membuang udara/gas dari kondensor tidak menggunakan ejector, tetapi dengan pompa vakum. Pompa vakum digerakkan oleh motor listrik sehingga tidak tergantung pada tersedianya uap dari boiler. Didalam beroperasinya pompa vakum memerlukan air sebagai perapat dan pendingin serta separator.

Gambar 6. Pompa Vakum (Vacuum Pump)

• Vacuum Breaker 

Vacuum breaker melakukan fungsi yang sebaliknya dari katup pengaman (relief valve). Katup pengaman memproteksi suatu tangki (vessel) dari tekanan berlebih, sedangkan vacuum breaker mempertahankan tekanan suatu tangki diatas harga yang telah ditentukan (preset). Bila tekanan jatuh dibawah harga preset, katup yang digerakkan oleh pegas membuka dan memungkinkan tekanan atmosfir masuk ke sistem tangki sampai tekanan ke harga preset.

Vacuum breaker pada kondensor adalah katup yang dipasang pada shell kondensor untuk memutuskan vakum kondensor dengan tekanan atmosfir ketika unit shut down. Katup ini digunakan untuk mengisolasi kondensor terhadap atmosfir ketika kondensor dibuat vakum. Katup vacuum breaker biasanya dioperasikan secara manual, dan dibuka pada saat turbin mencapai putaran tertentu dan ditutup ketika akan membuat kondensor vakum.