Analisa Numerik Pengaruh Ramp Rate & Ketebalan Tube Terhadap Equivalent Stress dan Material Lifetime pada Superheater Header

Matthew, William (2023) Analisa Numerik Pengaruh Ramp Rate & Ketebalan Tube Terhadap Equivalent Stress dan Material Lifetime pada Superheater Header. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02111940000147-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 September 2025. Download (4MB) | Request a copy

Abstract

Pembangkit listrik terutama PLTU, pada kondisi operasinya dapat mengalami perubahan daya bangkitan yang berbeda-beda. Hal ini dikarenakan permintaan daya listrik yang berubah-ubah sesuai waktu. Untuk mencapai beban yang diinginkan, jenis operasi yang digunakan yaitu dengan menaikkan atau menurunkan daya pembangkit yang dapat dilakukan oleh operator melalui sistem DCS. Pada sistem kontrol ini dibutuhkan input berupa nilai ramp rate yang akan menentukan kecepatan naik-turunnya daya bangkitan yang dinyatakan dalam MW/menit. Semakin tinggi nilai ramp rate maka kenaikan temperatur pada superheater header terhadap waktu juga semakin tinggi yang mengakibatkan material mengalami stress. Selain itu, perubahan tekanan yang terlalu tinggi dari tekanan setpoint juga akan mengakibatkan equivalent stress menjadi tinggi. Hal ini melatarbelakangi diperlukannya analisis terhadap pengaruh ramp rate dan ketebalan tube terhadap equivalent stress pada komponen boiler, secara khusus pada superheater header. Analisis dilakukan menggunakan metode Finite Element Analysis (FEA) dengan software Ansys Fluent untuk analisis aliran di dalam boiler, Ansys Transient Thermal untuk analisis distribusi temperatur dan Ansys Static Structural untuk menganalisis equivalent stress yang terjadi pada superheater header. Variasi yang digunakan yaitu nilai ramp rate 3 MW/min, 3.5 MW/min, dan 4 MW/min. Variasi ketebalan tube yaitu 3,7 mm, 5,7 mm, dan 7,2 mm. Output dari simulasi adalah kontur distribusi temperature dan kecepatan, kontur equivalent stress, dan umur siklus material. Hasil simulasi dapat disimpulkan bahwa ramp rate dan ketebalan tube berpengaruh terhadap equivalent stress yang dihasilkan.Semakin tinggi ramp rate yang digunakan dan semakin tipis tube yang digunakan maka nilai equivalent stress semakin besar. Variasi dengan stress tertinggi yaitu 4,5 MW/min dan 3,7 mm sebesar 187.6 MPa sedangkan yang terendah yaitu variasi 3,5 MW/min dengan tebal tube 7,2 mm sebesar 166.3 MPa. Peningkatan nilai equivalent stress mengakibatkan material lifetime yang semakin pendek. Hasil yang paling optimum untuk digunakan pada pembangkit pada penelitian ini yaitu ramp rate 4 MW/min dan ketebalan tube 5,7 mm dengan equivalent stress sebesar 173.23 MPa.
============================================================================================================================
Powerplants, especially PLTU, have fluctuating power generation in their operating condition. It is caused by changes in electricity demand over time. To fulfill the desired demand,the type of operation used is increasing or decreasing the load, which can be operated by the operator from DCS. This control system requires a ramp rate input, which will determine the speed of load changes expressed in MW/minute unit. The higher the ramp rate value, the higher the temperature rise in the superheater header, which can cause thermal stress on the material. Besides that, high-pressure deviation from the setpoint value will cause high equivalent stress on the superheater header. Based on that problem, an analysis of the effect of ramp rate and tube thickness on thermal stress should be done, especially on the superheater header. This study employs the finite element method (FEA) with Ansys Fluent, Ansys Transient Thermal and Ansys Static Structural software. Fluent is used for streamline in boiler. Transient thermal is used for temperature distribution analysis, while Static Structural is used to analyze equivalent stress on the superheater header. The ramp rate value and tube thickness are the variables used in this study. For the ramp rate values, the variations are 3 MW/min, 3.5 MW/min, and 4 MW/min. For the thickness of the tube, the variations are 3.7 mm, 5.7 mm, and 7.2 mm. The expected result from this study are temperature and velocity distribution contour, the equivalent stress contour, and the material lifetime. Based on the simulation results, it can be concluded that ramp rate and thickness tube has an impact on equivalent stress. The higher the ramp rate and the thicker the tube will cause higher equivalent stress. The highest stress occurs when using 4.5 MW/min ramp rate and 3.7 mm tube thickness with value of 187.6 MPa.The lowest stress occurs when using 3.5 MW/min ramp rate and 7.2 mm tube thickness with value of 166.3 MPa. The most optimum result from this research is ramp rate 4 MW with thickness tube of 5,7 mm which has the equivalent stress value of 173,23 MPa.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Header, Ramp Rate, Stress, Superheater , Tube
Subjects:	T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ164 Power plants--Design and construction
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	William Matthew
Date Deposited:	18 Sep 2023 09:55
Last Modified:	18 Sep 2023 09:55
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/102348

Actions (login required)

View Item