MASALAH-MASALAH OPERASIONAL UMUM PADA GAS TURBINE

Bentuk kerusakan yang paling sering ditemukan pada turbin gas adalah : 

  - Kegagalan bantalan

·          - Cacat sudu-sudu turbin

·          - Korosi temperatur tinggi (HTC)

·          - Erosi

·          - Tip rubbing

·          - Low-Cycle Fatique Cracking (LCF)

·          - High-Cycle Fatique Cracking (HCF)

·          - Foreign object damage (FOD)

·          - Compressor fouling

* Kegagalan Bantalan

Kegagalan bantalan dapat disebabkan oleh satu atau lebih jenis problem. Problem ini adalah:

·       Kontaminasi minyak pelumas

·  Aliran minyak pelumas yang rendah yang disebabkan oleh masalah fungsi pompa, penyumbatan saluran, atau bocor.

·       Getaran rotor

·       Kehilangan oli ke bantalan

·       Misalignment

* Cacat sudu-sudu turbin

Sudu-sudu rotor turbin, khususnya sudu-sudu tingkat pertama, adalah salah satu komponen yang paling vital dari unit turbin gas. Sudu turbin tingkat pertama berada pada lingkungan yang paling keras dilihat dari level tegangan, temperatur logam, dan level kontaminasi. Cacat yang paling umum yang timbul pada sudu-sudu rotor turbin dihasilkan akibat tumbukan, serangan korosi panas atau sulfidisasi, retak lelah termal, dan lubang creep akibat terkena temperatur dan tegangan tinggi dalam jangka waktu yang lama. (creep adalah istilah yang digunakan untuk mendefinisikan fenomena yang dihasilkan ketika komponen mulur akibat kombinasi beban temperatur dan tegangan. Tegangan diakibatkan oleh gaya sentrifugal). Dengan adanya perbaikan las modern dan teknik lainnya, kebanyakan cacat, dengan pengecualian retak lelah termal, dapat diperbaiki hingga pada taraf tertentu.

Perbaikan lasan umumnya terbatas pada perbaikan ujung sudu yang tipis, retak ujung sudu radial yang minor, dan kerusakan akibat benda asing pada ujung, dan sedikit pada sisi depan dan belakang sudu-sudu. Serangan korosi panas dapat dibersihkan secara kimia (oleh bak asam atau perlakuan temperatur tinggi) dan/atau secara mekanis (oleh poles permukaan) untuk menghilangkan korosi permukaan. Sifat-sifat material sudu sering dapat diperbaiki dengan cara perlakuan panas. Dengan penerapan teknik pelapisan anti-sulfidisasi, sudu dapat digunakan kembali.

* Korosi Temperatur Tinggi (HTC, High Temperature Corrosion)

HTC adalah salah satu masalah utama pada turbin gas karena dia memengaruhi umur dari komponen hot-gas secara signifikan. Ini disebabkan utamanya oleh  sulfur, vanadium, dan alkali seperti sodium sulfat (Na2SO4) yang bereaksi sebagai sulfida.

Pada kebanyakan kasus, sulfur dan vanadium ditemukan sebagai pengotor dalam bahan bakar, sedangkan alkali dapat masuk melalui bahan bakar atau udara masuk kompresor. Serangan korosi merusak bagian panas di mana lapisan oksida sebagai proteksi pada material sudu dirusak dan chromates serta sulfida terbentuk. Pembentukan senyawa seperti chromium-sulfur mengurangi kandungan chromium pada material sudu, sehingga mengurangi ketahanan korosi material tersebut. Korosi temperatur tinggi memakan sudu material dan membentuk deposit pada permukaan sudu-sudu. (Lihat Gambar 13)

Sepanjang tidak ada kehilangan material yang signifikan, seperti normalnya pada kasus sudu-sudu solid, tegangan tidak akan naik secara signifikan. Akan tetapi, kehilangan material dalam jumlah kecil pun akan menggeser frekuensi natural dari sudu putar ke daerah frekuensi yang tidak diijinkan dan menyebabkan tegangan akibat vibrasi yang tinggi karena terjadinya resonansi. Getaran tinggi ini dapat menyebabkan kegagalan lelah high-cycle. Situasinya menjadi lebih kritis pada sudu-sudu hollow atau sudu dengan jalur pendingin-udara karena kehilangan material dapat menimbulkan lubang dan merusak sistem pendinginan-udara dari sudu tersebut, yang dapat menyebabkan overheating terhadap material (Lihat Gambar 13). Kerusakan tekstur permukaan dapat menyebabkan penurunan kinerja akibat berkurangnya efisiensi aerodinamis dari sudu-sudu.

* Erosi

Erosi adalah keausan abrasif dari logam oleh partikel dalam fluida kerja. Partikel ini dibawa kedalam turbin gas melalui udara yang masuk ke kompresor atau melalui bahan bakar dalam bentuk pasir atau karat pada saluran pipa. Erosi akan meningkatkan kekasaran permukaan dan merusak bentuk air-foil.

Erosi sudu-sudu kompresor umumnya dihubungkan dengan partikel dalam udara berukuran di atas sekitar 10 mikron. Efek erosi sudu-sudu kompresor adalah berkurangnya efektivitas dan efisiensi. Pada jangka panjang, perubahan ini akan menyebabkan penurunan kinerja turbin, hingga membutuhkan proses reblade pada kompresor. Lebih jauh lagi, penipisan sisi belakang sudu selalu menurunkan kekuatan sudu dan dengan demikian sangat tidak diinginkan.

Pada banyak kasus, sudu-sudu turbin gas modern dilengkapi oleh lapisan pelindung untuk meningkatkan ketahanan korosi dari material dasar. Jika korosi merusak lapisan ini, korosi temperatur tinggi pada material dasar dapat mulai terjadi dengan segala konsekuensinya. Oleh karena itu, kehilangan mekanis dan ekonomis yang disebabkan oleh korosi juga disebabkan oleh erosi. Erosi juga dapat menyerang sudu secara lokal, yang menimbulkan kehilangan yang signifikan terhadap area profil dan kekuatan mekanis. Perlu diperhatikan bahwa serangan oleh korosi (pada banyak kasus) datang bersamaan dengan erosi.

* Tip Rubbing

Tip rubbing sebagai hasil dari internal misalignment, thermal stresses, distrosi casing, atau kegagalan bantalan, selalu mengelupas material pada permukaan kontak dan menyebabkan clearance radial bertambah. Pada kasus rubbing yang parah, retak akibat termal dapat terjadi pada bagian terluar selubung dari sudu-sudu statisoner, juga pada ujung sudu-sudu gerak (Lihat Gambar 14). Material yang terkelupas juga dapat memblok keluaran lubang pendinginan radial yang dapat menimbulkan overheating pada material sudu dengan konsekuensi yang serius. Perhatian juga harus diberikan pada kemungkinan terjadinya retak lelah low-cycle pada seksi akar yang disebabkan oleh tib rubbing berulang yang kuat akibat distorsi casing. Kebanyakan tip rubbing akibat distorsi casing disebabkan oleh thermal cycling (turbin start dan stop).

* Low Cycle Fatique Cracking (LCF)

Pada komponen seksi panas, LCF ditimbulkan dari tegangan frekuensi rendah dan regangan material. Tegangan ini dapat dihasilkan oleh distribusi temperatur yang tidak seragam pada bagian-bagian tersebut. Distribusi tidak seragam yang ditimbulkan dari gradien temperatur akibat pendinginan bagian-bagian panas atau dari perubahan temperatur gas. Perubahan temperatur yang cepat terjadi pada start-up dan shutdown, pada kasus perubahan beban yang cepat, dan khususnya ketika mesin berhenti jika bekerja pada beban tinggi. Untuk menjaga thermal stress tetap rendah selama start-up, akan menguntungkan jika digunakan motor starting yang kuat yang memungkinkan temperatur masuk turbin yang lebih rendah pada saat penyalaan dan selama akselerasi rotor. Karena bagian komponen yang tipis mengikuti perubahan temperatur lebih cepat daripada bagian yang tebal, berbagai bagian akan mengalami ekspansi termal material yang berbeda (hal ini dapat menyebabkan fenomena yang disebut lelah termal).

Retak akibat lelah termal biasanya berawal pada seksi yang tipis dari suatu komponen. Umumnya akan menguntungkan merancang komponen seksi panas sedemikian sehingga ekspansi termal tidak terbatasi. Contohnya, sudu stationer tunggal cenderung mengalami retak termal yang lebih sedikit dibandingkan dengan segmen sudu jamak. Terdapat lebih sedikit batasan untuk thermal growth pada segmen jenis sudu tunggal.

Thermal stresses dapat lebih tinggi daripada mechanically induced stresses, yang menghasilkan retak lelah termal yang dengan mudah dideteksi selama inspeksi. LCF dapat juga diawali oleh takikan yang ditimbulkan oleh korosi temperatur tinggi.

* High Cycle Fatique Cracking (HCF)

HCF dapat terjadi jika tegangan siklik pada sudu melampaui kekuatan lelah material komponen. Sudu-sudu yang dirancang untuk mencegah terjadinya hal ini pada kondisi operasi normal. Akan tetapi, setelah periode panjang servis yang memuaskan, retak pada sudu-sudu dapat terjadi. Hal ini dapat disebabkan oleh:

·     Tegangan vibrasi akibat resonansi, yang terjadi ketika suatu turbin bekerja pada daerah kecepatan yang memicu resonansi.

·        Kelakuan getaran dari sudu-sudu yang dirusak oleh kehilangan material yang hebat akibat korosi/erosi.

             ·       Kekuatan lelah material yang berkurang oleh serangan korosi. 
Walaupun retak vibrasi      pada sudu tidak memengaruhi kinerja termodinamik, turbin harus dikeluarkan segera, karena retak akan menjalar lebih jauh dan dapat menyebabkan bagian yang rusak terlepas dan merusak sudu (lihat Gambar 15a dan 15b). Oleh karena itulah mengapa retak vibrasi harus dianalisis dan tindakan korektif yang sesuai harus diambil.

* Foreign-Object Damage (FOD) dan Domestic-Object Damage (DOD)

FOD dihasilkan dari benturan objek eksternal pada sudu-sudu. DOD adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan kerusakan yang disebabkan oleh objek yang ditemukan di dalam mesin. Objek seperti ini dapat merupakan bagian dari turbin gas yang telah menjadi longgar atau patahan dari komponen lain. Tergantung pada massa objek tersebut, kerusakan sudu-sudu dapat mulai dari yang kecil hingga patahnya suatu sudu dengan deformasi yang besar pada sudu-sudu yang lain (lihat Gambar 16). Umumnya, sudu gerak lebih sensitif terhadap FOD daripada sudu diam karena dia menumbuk objek pada kecepatan putarnya. Hollow blade atau sudu dengan saluran udara pendingin dapat memaksa turbin berhenti bekerja disebabkan oleh sistem pendinginnya yang rusak. Pada banyak kasus, kerusakan akibat objek ini menyebabkan deformasi sudu yang besar dan juga retakan. Sudu-sudu ini kemudian sangat rentan terhadap perambatan retak akibat tegangan operasi atau akibat low-cycle fatique atau high-cycle fatique. Pengaruhnya terhadap penurunan kinerja termodinamik tergantung pada jumlah sudu yang rusak. Jika hanya beberapa airfoil yang rusak secara lokal, maka efeknya akan sulit diketahui.

* Compressor Fouling

Fouling menurunkan efisiensi kompresor, menurunkan tekanan discharge kompresor dan menyebabkan penurunan terhadap output kompresor, meningkatkan konsumsi bahan bakar dan mengurangi umur komponen hot-gas-path akibat operasi pada temperatur gas yang lebih tinggi.

Prosedur operasi dan perawatan yang sesuai dapat mengurangi fouling, erosi, dan FOD. Prosedur ini termasuk perawatan yang baik pada sistem filtrasi, pembersihan kompresor yang efektif, inspeksi periodik, dan perbaikan segera terhadap sudu-sudu. Pelapisan protektif juga telah diterapkan guna meminimumkan efek fouling dan erosi. Pelapisan yang digunakan untuk mencegah serangan pitting pada sudu kompresor juga akan menaikkan efisiensi karena permukaan yang lebih halus. Coating yang umum: turbin: TMT 2813L (Nickel Aluminide), kompresor: lapisan berdasar Aluminum-filled chromate/phospate, bagian terluar dilapisi dengan bahan kimia inert chromate phospate. Lapisan penghalang termal (keramik) dapat digunakan untuk memperpanjang umur bagian-bagian hot-gas-path. Lapisan anti korosi dapat digunakan untuk mencegah korosi pada sudu-sudu turbin.


Baca juga : - Sistem Kontrol Pembangkit Listrik
                       - Mekanika Fluida
                       - Pengoperasian Turbine Shinko
                       - Prosedur Umum Pengoperasian Boiler
                       - Alignment