Analisa Deposit Pada Blade Turbine dengan Umpan Air Sungai

Deposit pada material baja adalah hal yang lumrah terjadi seperti di PLTU kejadian tersebut bisa terjadi pada jalur sepanjang peralatan siklus air-uap seperti tube boiler, steam drum dan blade turbine. Analisa deposit pada tube boiler sudah dibahas di artikel yang lalu, KLIK DISINI. Pada pembahasan kali ini difokuskan pada analisa deposit di blade turbine.

Pembagian ruang turbine didasarkan pada MW yang dibangkitakan, pada umumnya untuk kapasitas <100 MW hanya terdiri dari 2 bagian yaitu high pressure (HP) turbine dan low pressure (LP) turbine sedangkan untuk kapasitas >100 MW terdiri dari 3 bagian dengan diantara bagiannya ada intermediate pressure (IP) turbine.

Gambar 1. Ruang Bagian Turbine

Urutan siklus air-uap adalah: air sungai-WTP-[Condensate-Steam Drum-Superheated-HP turbine-IP turbine-Reheater-LP turbine-Condenser-Condensate]

Berikut gambaran deposit yang pernah ditemui di HP turbine

Berikut hasil analisa XRD:

Gambar 2. Peralatan XRD

Gambar 3. Peak yang Ditampilkan XRD

Gambar 4. Hasil Konversi Peak dengan Database XRD

Gambar 5. Komposisi Unsur Deposit

Keterangan:

- Sampeldiambil dari rotor HP Turbine #1

- Sampel berupa serbuk berwarna putih

Analisa:

- Uji XRD menunjukkan bahwa sampelsebagian besar merupakan crystallinedan 20.8% amorph. Senyawa dominan yaitu Sodium (Na)danCristoballite(merupakan salah satu bentuk silica).

- Sodium/Natrium (Na) berlebih kemungkinan bisa berasal dari:

1. Jika siklus air adalah bisa berasal dari kemampuan mixed bed turun atau cemaran dari bahan regenerant (diukur conductivity atau sodium outlet mixed bed)
2. Silica bisa berasal dari kebocoran tube condenser karena penggunaan pendingin cooling tower dari air sungai

2. Jika siklus uap adalah garam dari trisodium phospate (Na3PO4), reaksi pembentukannya adalah:

H3PO4 + Na2CO3 ---> Na2HPO4+ CO2+ H2O

N2HPO4 + NaOH ---> Na3PO4 + H2O

Ketika Na3PO4 difungsikan sebagai injeksi di steam drum, berikut reaksinya:

(i) Na3PO4 + SiO2 ---> Na2SiO3 (garam) + P2O5 (lumpur)

(ii) 2 Na3PO4 + 3 CaCO3 ---> 3 Na2CO3 (garam) + Ca3(PO4)2 (lumpur)

Poin (1) umumnya reaksi yang terjadi ketika umpan air sungai sedangkan poin (ii) air laut. Garam yang bersifat basa digunakan untuk stabilisasi pH siklus uap-air sedangkan lumpur dilakukan blowdown. Ketika garam di siklus uap bernilai tinggi berarti bisa karena purity Na3PO4 yang rendah (zat aktif PO4rendah dan tingginya Na sebagai filler atau pengikat) atau karena silicayang harusnya diikat oleh Na3PO4 sudah minim.

- Cristobalite atauSilica (SiO2) pada HP Turbine merupakan senyawa yangkemungkinan berasal dari:

1. Untuk siklus air bisa berasal dari kebocoran tube condenser atau kemampuanmixed bed menurun (dibuktikan dengan kualitas pengukuran silica outlet CEP dan outlet mixed bed)

2. Untuk siklus uap bisa berasal dari silicayang ter-dissolvedketika temperatur tinggi (unit operasi) dan akan terlihat seperti deposit ketika temperatur diturunkan (unit shutdown) karena itu memang menjadi karakteristik silica [Feriyanto, 2019]

Rekomendasi:

1. Pengecekan trending conductivity atausodium outlet mixed bed dan outlet CEP.

2. Pengecekan trendingkadar silica steam drum, saturated dan superheated

3. Pengecekan kebocoran tube condenser

4. Jika poin (1) dan (2) normal maka bisa dipastikan purity Na3PO4rendah

Berdasarkan EPRI Cycle Chemistry Guidelines, keberadan phospate (PO₄) harus dijaga agar tidak terjadi korosi tipe SCC (Stress Corrosion Cracking). Standar minimum konsentrasi phospate (PO₄) 0.2 ppm dan maksimum phospate 10 ppm (PO₄) untuk steam outlet drum boiler.

Berikut gambaran deposit yang pernah ditemui di IP turbine:

Keterangan:

- Sampeldiambil dari rotor IP Turbine #1

- Sampel berupa serbuk berwarna kecoklatan

Analisa:

- Uji XRD menunjukkan bahwa sampelsebagian besar merupakan crystallinedan hanya 7.2% berupa amorphdan mayoritas terdiri dai quartz

- Quartz atau Silica (SiO2) pada rotor IP Turbine merupakan senyawa yangkemungkinan berasal dari:

1. Untuk siklus air bisa berasal dari kebocoran tube condenser atau kemampuanmixed bed menurun (dibuktikan dengan kualitas pengukuran silica outlet CEP dan outlet mixed bed)

Berdasarkan grafik bisa didapatkan informasi bahwa kelarutan silica sebanding dengan temperatur dan berbanding terbalik dengan tekanan operasi [Sohail et al., 2007].

Rekomendasi:

1. Pengecekan trending silica outlet mixed bed dan outlet CEP (silica akan terukur tinggi ketika unit baru startdan turun ketika temperatur perlahan naik) sehingga trending harus memperhatikanpola operasi tersebut.

2. Jika didapatkan outlet mixed bed dan outlet CEP normal, maka bisa dipastikan penyebabnya adalah silicadari dissolved siklus uap karena pengaruh unit start-stopdalam rentang yang pendek atau kebocoran tube condenser.

Berikut gambaran deposit yang pernah ditemui di LP turbine

Keterangan:

- Sampeldiambil dari rotor LP Turbine #1

- Sampel berupa serbuk berwarnakecoklatan

Analisa:

- Uji XRD menunjukkan bahwa sampelhampir 40% terdiri dari amorphsehingga sulit diidentifikasi. Dari hasil pengujian, identifikasi senyawa menunjukkan kecocokan dengan beberapa bentuk senyawa hardness.

- CaSO4dan CaSiO3adalah senyawa yang berasal dari air sungai atau hasil reaksi antara impurities TSP dengan silica atau ion dari air sungai.

Rekomendasi:

1. Pengecekan trending hardness outlet mixed bed dan outlet CEP

2. Pengecekan kebocoran tube condenser

3. Pengecekan pola operasi CBD dan level drum untuk mendeteksi adanya carry-over

Kutip Artikel ini sebagai Referensi (Citation):

Feriyanto, Y.E. (2020). Analisa Deposit Pada Blade Turbine dengan Umpan Air Sungai, Best Practice Experience in Power Plant. www.caesarvery.com. Surabaya

Referensi:

[1] Feriyanto, YE. (2018). Analisa Kerak Tube & Condenser. Best Practice Experience in Power Plant, Surabaya.

[2] Feriyanto, YE. (2018). Kontaminan Silica & Penanganannya. Best Practice Experience in Power Plant, Surabaya.