Sistem Sealing Pada Turbin Uap

Sebuah sistem turbin uap pasti akan tersusun atas komponen utama berupa rotor (shaft, sudu-sudu/blade), casing turbin sebagai stator, serta bearing yang dalam hal ini berfungsi sebagai penopang putaran rotor terhadap stator. Di antara stator dan rotor ini pasti terdapat celah yang memungkinkan untuk uap air sebagai media kerja keluar ke atmosfer, atau juga sebaliknya memungkinkan udara luar masuk ke dalam turbin uap.

Uap air sebagai fluida kerja turbin uap merupakan uap superheated atau uap kering yang memiliki temperatur dan tekanan yang tinggi. Sebagai ilustrasi saja, PLTU berkapasitas 640 MW menggunakan uap air kering bertekanan 164 bar dengan temperatur 534^oC. Dapat kita bayangkan dengan tekanan sedemikian besar maka uap air tersebut pasti dapat dengan mudah bocor keluar turbin melalui sela-sela rotor dan stator jika ia tidak dilengkapi dengan sistem sealing yang baik. Setelah uap air melewati sudu-sudu turbin pada semua tingkatan stage yang ada, maka ia akan mencapai satu titik di sisi keluar turbin, dimana kandungan energi di dalam uap air tersebut sudah habis yang ditandai dengan tekanan kerjanya sama dengan 0 bar absolut dengan temperatur sekitar 50^oC. Pada kondisi tersebut jika turbin tidak dilengkapi dengan sistem seal yang baik, maka udara atmosfer akan dengan mudah masuk ke dalam turbin melalui celah di antara stator dengan rotor.

Penurunan Tekanan Uap Air pada Turbin Uap
(Sumber)

Turbin uap memiliki desain sistem seal yang unik dan berbeda dengan sistem seal pada pompa, valve, ataupun komponen mesin yang lain. Hal ini berkaitan dengan fungsi seal tersebut sesuai dengan latar belakang di atas. Sistem seal pada turbin uap biasa dikenal dengan nama seal steam system atau ada pula yang menyebut dengan gland steam system.
Seal steam system terdiri atas beberapa komponen utama, berikut adalah komponen-komponen tersebut:

Labyrinth Seal.
Sistem seal menggunakan bentuk labirin ini telah kita bahas pada artikel sebelumnya. Komponen ini menjadi tempat bertemunya fluida kerja uap air di dalam turbin dengan udara bebas dari atmosfer. Lintasan seal ini yang berbelok-belok akan menurunkan tekanan uap air dari dalam turbin maupun udara dari luar sampai nilai tekanan keduanya sama. Di tengah-tengah labirin terdapat lubang sebagai saluran buangan campuran uap air dan udara tadi. Selain terdapat saluran buang, di dalam labirin sisi yang lebih dekat dengan turbin terdapat lubang untuk supply uap air yang dibutuhkan pada saat fluida kerja uap air utama belum masuk ke dalam turbin uap.

(a) Labyrinth Seal Pada Turbin Uap Sisi High Pressure

(b) Labyrinth Seal Pada Turbin Uap Sisi Low Pressure
(Sumber)
Sesuai dengan awal pembahasan kita di atas, turbin uap yang menggunakan fluida kerja uap air dengan tekanan dan temperatur yang paling tinggi disebut dengan turbin High Pressure(HP). Sedangkan yang menggunakan fluida kerja uap air bertekanan dan temperatur lebih rendah disebut turbin Low Pressure (LP). Labyrinth seal pada turbin HP selain memiliki lubang saluran untuk masuknya uap air sealing serta lubang saluran untuk membuang campuran antara uap air seal dengan udara, juga terdapat lubang saluran bernama leak off yang berfungsi untuk membuang kelebihan tekanan uap air seal. Pada saat turbin normal beroperasi, uap air seal pada turbin HP didapatkan dari fluida kerja turbin yang bertekanan tinggi. Untuk menjaga agar tekanan uap air seal selalu stabil pada nilai tertentu maka sebagian uap air seal akan dibuang melalui saluran leak off.
Pada labyrinth seal turbin LP, karena tekanan uap air di dalam turbin sudah lebih vakum daripada tekanan udara luar, maka dibutuhkan supply uap air tambahan untuk sistem seal dari uap air buangan sistem leak off turbin HP.
Seal Steam & Gland Steam Header Pipeline.
Sistem seal pada turbin uap menggunakan uap air sebagai media pembatas antara sisi uap air di dalam turbin uap dengan udara atmosfer. Uap air tersebut biasa disebut dengan seal steam. Pada saat turbin uap beroperasi dengan beban penuh, seal steam didapatkan dari uap air yang berada di dalam turbin uap tersebut. Hal ini biasa disebut dengan self sealing. Uap air di dalam turbin terutama turbin HP memiliki tekanan yang tinggi, sedangkan seal steam tidak membutuhkan tekanan yang terlalu besar. Sehingga untuk menjaga agar tekanan seal steam stabil berada pada nilai tertentu, maka pada seal steam header terdapat saluran pipa dan kontrol leak off valve. Saluran pipa ini akan membuang uap air yang berlebihan ke kondensor. Pada kondisi ini seal steam header berfungsi untuk mendistribusikan tekanan uap air seal yang berasal dari labirin seal turbin HP ke labirin yang lain terutama pada turbin LP yang memiliki tekanan kerja uap air di dalam turbin yang lebih rendah. Sedangkan pada saat turbin uap masih dalam kondisi start up maupun shut down, maka tidak akan terjadi self sealing. Pada kondisi tersebut kebutuhan seal steam harus dipenuhi dari luar, sehingga pada seal steam header terdapat saluran dan valve kontrol untuk supply uap air dari luar. Pada kondisi ini seal steam header berfungsi untuk mendistribusikan seal steam ke seluruh labyrinth seal turbin.

Seal Steam dan Gland Steam Header System

Seal steam akan bercampur dengan udara di dalam labyrinth seal. Campuran tersebut biasa disebut dengan gland steam. Campuran ini selalu dikeluarkan dari labirin untuk menuju ke gland steam header dan akan dikondensasi serta dipisahkan kembali antara uap air dengan udara di gland steam condenser.