1.2 Tujuan Kerja Praktik
5.1.3 Mitigasi atau Cara Pencegahan :
Berbagai macam metode untuk menurunkan laju korosi yang sudah digunakan yaitu :
Perlindungan Katodik
Perlidungan Galvanik
Pengecatan atau Coating (eksternal corrosion)
Menggunakan paduan logam yang mempunyai ketahanan tertentu terhadap jenis fluida tertentu
Penambahan Inhibitor
Meminimalisir perbedaan suhu diatas 93oC yang terlalu sering
5.2.1 Kerusakan Transgranular
Merupakan bentuk retakan yang menabrak atau mematahkan butir yang diakibatkan karena material tidak mampu menahan beban besar yang jauh melebihi nilai dari faktor kritis konsentrasi tegangan yang dapat diterima oleh setiap butir karena nilai dari nilai beban maksimal patah butir lebih besar dari nilai beban maksimal patah pada batas butir.
5.2.2 Kerusakan dengan Patahan Transgranular API 571
Thermal Fatugue
Cloride Stress Corrosion Cracking (CL- SCC)
Corrosion Fatugue
31
Ammonia Stress Corrosion Cracking
Hydrogen Induced Cracking (HIC)
5.3.1 Kerusakan Intergranular
Merupakan bentuk retakan yang menabrak melewati batas butir yang diakibatkan karena material tidak mampu menahan nilai beban yang lebih besar dari nilai beban maksimal patah batas butir tetapi lebih kecil dari nilai beban patah butir, itulah kenapa bentuk retakan jenis ini mengikuti alur dari batas butir.
5.3.2 Kerusakan dengan Patahan Intergranular API 571
Brittle Fracture
Reheat Cracking
Chloride Stress Corrosion Cracking (Cl SCC)
Caustic Stress Corrosion Cracking
Ammonia Stress Corrosion Cracking
Liquid Metal Embrittlement (LME)
Hydrogen Embrittlement (HE)
Polythionic Acid Stress Corrosion Cracking (PASCC)
Amine Stress Corrosion Cracking
Hydrogen Stress Cracking - HF
Carbonate Stress Corrosion Cracking
High Temperature Hydrogen Attack (HTHA)
5.4.1 Kerusakan Boiler berdasarkan Nalco Guide to Boiler Failure Analysis
Boiler merupakan unit dalam bidang industri yang sudah sejak lama digunakan oleh banyak orang
untung menunjang industri mereka, oleh sebab itu beberapa kasus kerusakan yang sering terjadi pada boiler sudah dapat diprediksi maupun didefinisikan dengan baik seperti:
32 1. Corrosion Fatigue Cracking
Suatu bentuk retak kelelahan di mana retak berkembang di bawah pengaruh gabungan dari pembebanan siklik dan korosi. Retak sering dimulai pada konsentrasi tegangan seperti kerusakan kecil atau cacat pada permukaan. Retakan dapat muncul dibanyak tempat.
Faktor Kritis:
a) Faktor-faktor penting adalah material, lingkungan korosif, stress siklik dan nilai
stress yang terus bertambah.
b) Retak lebih mungkin terjadi di lingkungan awal korosi diawali dengan munculnya
pitting atau korosi lokal di bawah tekanan siklik akibat beban thermal stress, getaran
atau ekspansi diferensial.
c) Berlawanan dengan kelelahan mekanis murni, batas beban kelelahan yang dibantu korosi cenderung lebih kecil disbanding dengan kelelahan mekanis tanpa korosi. Korosi mendorong kegagalan pada tegangan dan jumlah siklus yang lebih rendah daripada batas daya tahan normal material tanpa adanya korosi dan sering mengakibatkan perbanyakan beberapa celah paralel.
d) Daerah inisiasi retakan meliputi daerah berkonsentrasi tinggi tegangan seperti lubang, takik, cacat permukaan, batas penyatuan 2 material berbeda atau daerah las.
Tanda Kerusakan Awal:
a) Fraktur kelelahan paling sering bertipe transgranular, seperti pada strees corrosion
cracking, tetapi tidak bercabang, dan hal tersebut sering menjadi awal dari beberapa
retak paralel.
b) Retak kelelahan akan dibuktikan dengan deformasi plastik yang sangat sedikit kecuali retakan akhir dapat terjadi karena kelebihan beban mekanis yang disertai dengan deformasi plastis.
c) Pada cycling boiler, kerusakan biasanya muncul pertama kali di sisi air attachment
buckstay . Pola retak dapat berupa retakan melingkar yang mengelilingi lasan antara attachment buckstay dan waterwall tube. Ujung retak itu sendiri mungkin agak
tumpul tetapi diisi senyawa oksida dan berbentuk transgranular.
d) Dalam lingkungan sulfidasi, retakan akan memiliki penampilan yang serupa tetapi akan diisi dengan bercak/jejak senyawa sulfida.
33
e) Dalam rotating equipment, sebagian besar retak berbentuk transgranular dengan sedikit percabangan.
Cara Pencegahan:
a) Rotating Equipment
i) Memodifikasi lingkungan korosif dengan menggunakan pelapis dan / atau penghambat.
ii) Meminimalkan efek pasangan galvanik. iii) Gunakan lebih banyak bahan tahan korosi. b) Deaerators
i) Kontrol air umpan dan air kimia yang tepat.
ii) Meminimalkan tegangan sisa pengelasan dan fabrikasi melalui PWHT. iii) Minimalkan pengelasan lasan dengan menggiling kontur lasan yang halus. c) Cycling Boiler
i) Mulai perlahan untuk meminimalkan strain ekspansi diferensial. ii) Selalu mulai dengan kimia air boiler di bawah kontrol yang tepat.
2. Caustic Corrosion
Korosi terlokalisasi akibat konsentrasi garam kaustik atau alkali yang biasanya terjadi pada kondisi perpindahan panas yang menguap atau tinggi, dan biasanya sering terjadi pada baja karbon, baja paduan rendah serta SS 300
Faktor Kritis:
Faktor penyebab utama adalah adanya senyawa kaustik (NaOH atau KOH). a) Caustic terkadang ditambahkan ke proses aliran dengan tujuan menetralkan atau
sebagai reaktan.
b) Kadang-kadang sengaja ditambahkan ke BFW pada konsentrasi rendah atau secara tidak sengaja dapat masuk saat proses demineralisasi.
c) Garam alkali juga dapat memasuki aliran proses melalui kebocoran pada kondensor atau peralatan proses.
d) Beberapa unit proses menggunakan larutan kaustik untuk menetralkan atau menghilangkan senyawa sulfur.
34
e) Konsentrasi harus diatur untuk membangun kekuatan kaustik.
f) Caustic dapat terkonsentrasi akibat terbawa dari DNB, penguapan dan pengendapan.
Tanda Kerusakan Awal:
a) Biasanya ditandai dengan kehilangan massa logam terlokalisasi yang dapat muncul sebagai lekukan dalam tabung ketel atau area yang menipis secara lokal di bawah isolasi.
b) Kehilangan ketebalan yang terpusat bisa dikarenakan oleh aliran fluida yang mengumpulkan pencetus awal korosi disuatu titik
c) Dalam pipa horizontal atau miring, kerusakan dapat muncul di bagian atas pipa atau sebagai kerusakan memanjang pada sisi berlawanan pipa.
d) Jika terkena larutan caustic berkonskentrasi tinggi dapat mengakibatkan general
corrosion pada baja karbon saat suhu di atas 175oF (79oC) dan laju korosi akan
menjadi sangat tinggi saat suhu di atas 200oF (93oC).
Cara Pencegahan:
a) Dalam peralatan pembangkit uap, korosi kaustik sebaiknya dicegah melalui desain yang tepat. Kerusakan dapat diminimalkan dengan mengurangi jumlah senyawa kaustik secara tepat, kemudian memastikan aliran air yang memadai, dengan memastikan manajemen pembakar yang tepat untuk meminimalkan titik panas pada tabung pemanas, dan meminimalkan masuknya garam yang menghasilkan alkali ke dalam kondensor.
b) Dalam peralatan proses, fasilitas injeksi kaustik harus dirancang untuk memungkinkan pencampuran dan pengenceran kaustik yang tepat untuk menghindari konsentrasi kaustik yang terpusat pada permukaan logam panas. c) Baja karbon dan SS seri 300 memiliki dampak kerusakan korosi serius dalam
larutan kaustik berkonsentrasi tinggi di atas suhu 150oF (66oC). Paduan 400 dan
beberapa paduan dasar nikel lainnya menunjukkan tingkat korosi yang jauh lebih rendah.
35 3. Hydrogen Damage or High Temperature Hydrogen Attack (HTHA)
HTHA dihasilkan dari paparan hidrogen pada suhu dan tekanan tinggi. Hidrogen bereaksi
dengan karbida dalam baja untuk membentuk metana (CH4) yang tidak dapat berdifusi
melalui baja. Hilangnya karbida menyebabkan hilangnya kekuatan secara keseluruhan. Tekanan metana menumpuk, membentuk gelembung atau rongga, celah mikro yang dapat bergabung membentuk retakan. Kegagalan dapat terjadi ketika retakan mengurangi kemampuan menerima beban dari bagian yang terkena tekanan.
Faktor Kritis:
a) Untuk bahan tertentu, HTHA tergantung pada suhu, tekanan parsial hidrogen, waktu dan stres. Waktu paparan layanan bersifat kumulatif.
b) HTHA didahului oleh periode waktu ketika tidak ada perubahan nyata dalam sifat yang terdeteksi oleh teknik inspeksi normal.
c) Periode inkubasi adalah periode waktu di mana kerusakan telah terjadi dan dapat diukur dengan teknik inspeksi yang tersedia dan dapat bervariasi dari jam pada kondisi yang sangat parah hingga bertahun-tahun.
d) Informasi tambahan tentang HTHA dapat ditemukan di API RP 941.
e) 300 Seri SS, serta paduan 5Cr, 9Cr dan 12 Cr, tidak rentan terhadap HTHA pada kondisi yang biasanya terlihat di unit kilang.
Tanda Kerusakan Awal:
a) HTHA dapat dikonfirmasikan melalui penggunaan teknik khusus termasuk analisis metalografi dari area yang rusak.
b) Reaksi hidrogen / karbon dapat menyebabkan dekarburisasi permukaan baja. Jika difusi karbon ke permukaan terbatas, reaksi dapat menghasilkan dekarburisasi internal, pembentukan metana dan keretakan.
c) Pada tahap awal HTHA, gelembung / rongga dapat dideteksi dalam sampel dengan mikroskop pemindaian, meskipun mungkin sulit untuk membedakan antara rongga HTHA dan rongga creep. Beberapa layanan pengilangan mengekspos baja paduan rendah untuk kondisi HTHA dan creep. Tahap awal HTHA hanya dapat dikonfirmasikan melalui analisis metalografi tingkat lanjut pada area yang rusak.
36
d) Pada tahap kerusakan selanjutnya, dekarburisasi dan / atau celah dapat dilihat dengan memeriksa sampel di bawah mikroskop dan kadang-kadang dapat dilihat dengan metalografi in-situ.
e) Cracking dan fissuring bersifat intergranular dan terjadi berdekatan dengan area perlit (besi karbida) dalam baja karbon.
f) Beberapa lepuh dapat terlihat dengan mata telanjang, karena molekul hidrogen atau metana terakumulasi dalam laminasi dalam baja.
Cara Pencegahan:
a) Gunakan baja paduan dengan kromium dan molibdenum untuk meningkatkan stabilitas karbida sehingga meminimalkan pembentukan metana. Elemen penstabil karbida lainnya termasuk tungsten dan vanadium.
b) Praktek desain normal adalah menggunakan pendekatan faktor keamanan 25oF
hingga 50oF (14oC hingga 28oC) saat menggunakan kurva API RP 941.
c) Sementara kurva telah melayani industri dengan baik, ada beberapa kegagalan baja C-0,5Mo dalam layanan kilang dalam kondisi yang sebelumnya dianggap aman. Stabilitas karbida C-0,5Mo dalam kondisi HTHA mungkin disebabkan oleh sedikitnya sebagian karbida yang berbeda yang terbentuk selama berbagai perlakuan panas yang diterapkan pada peralatan buatan.
d) SS Seri 300 overlay digunakan dalam peralatan yang bekerja dibawah pengaruh hidrogen di mana logam tersebut tidak memiliki ketahanan sulfidasi yang memadai. Meskipun diakui bahwa lapisan austenitic berikat metalurgi yang terikat dengan benar akan mengurangi tekanan parsial hidrogen yang terlihat oleh logam yang mendasarinya, sebagian besar perancang memastikan bahwa logam dasar memiliki ketahanan yang memadai terhadap HTHA dalam kondisi layanan. Dalam beberapa kasus, perancang juga memperhitungkan penurunan tekanan parsial ketika mengevaluasi kebutuhan hidrogen yang lebih besar saat mematikan peralatan bertekanan tinggi.
37 4. Caustic Stress Corrosion Cracking
Embrittlement kaustik adalah suatu bentuk retak korosi tegangan yang ditandai dengan
retak yang diawali dari permukaan yang terjadi pada perpipaan dan peralatan yang terpapar kaustik, terutama yang berdekatan dengan las non-PWHT.
Faktor Kritis:
a) Kerentanan terhadap embrittlement kaustik dalam soda kaustik (NaOH) dan larutan caustic potash (KOH) adalah fungsi dari kekuatan kaustik, suhu logam dan tingkat stres.
b) Peningkatan konsentrasi kaustik dan peningkatan suhu meningkatkan kemungkinan dan tingkat keparahan retak. Kondisi yang mungkin menyebabkan keretakan telah diketahui melalui pengalaman industri.
c) Retak dapat terjadi pada tingkat kaustik rendah jika ada mekanisme konsentrasi. Dalam kasus tersebut, konsentrasi kaustik dari 50 hingga 100 ppm cukup untuk menyebabkan keretakan.
d) Tegangan yang menyebabkan retak dapat berupa sisa yang dihasilkan dari pengelasan atau dari pekerjaan dingin (seperti menekuk dan membentuk) serta tegangan yang diberikan.
e) Tingkat penyebaran retakan meningkat secara stabil diikuti dengan suhu dan kadang-kadang retakan dapat muncul pada dinding dalam hitungan jam atau hari selama kenaikan suhu, terutama jika kondisi tersebut dapat meningkatkan konsentrasi kaustik. Konsentrasi/pemusatan dapat terjadi sebagai akibat dari kondisi basah dan kering bergantian, hot spot terlokalisasi atau steamout suhu tinggi.
f) Perhatian khusus harus diberikan dengan steam tarcing design dan steamout dari pipa dan peralatan baja karbon non-PWHT.
Tanda Kerusakan Awal:
a) Retakan CSCC biasanya merambat sejajar dengan lasan pada logam dasar yang berdekatan tetapi juga dapat terjadi pada deposit lasan atau zona yang dipengaruhi panas (heat affected zone).
38
b) Pola keretakan yang diamati pada permukaan baja kadang-kadang digambarkan sebagai jaring laba-laba dari retakan kecil yang sering dimulai dengan cacat terkait pengelasan yang menjadi tegangan lokal terkonsentrasi.
c) Retakan dapat diketahui melalui pemeriksaan metalografi sebagai cacat permukaan yang sebagian besar bersifat intergranular. Retak biasanya terjadi pada fabrikasi/pengelasan baja karbon sebagai pemicu awal retakan yang diisi dengan oksida.
d) Cracking pada SS Seri 300 biasanya bersifat transgranular dan sangat sulit dibedakan dari CSCC.
Cara Pencegahan:
a) Retak dapat dicegah secara efektif melalui perlakuan panas yang menghilangkan stres ( PWHT). Perlakuan panas pada 1150 ° F (621 ° C) dianggap sebagai perlakuan panas yang efektif menghilangkan stres untuk baja karbon. Persyaratan yang sama berlaku untuk memperbaiki lasan dan penambahan lasan internal dan eksternal pada material tersebut.
b) SS Seri 300 memiliki sedikit keuntungan dalam ketahanan terhadap retak melebihi Carbon Steel.
c) Paduan dasar nikel lebih tahan terhadap keretakan dan mungkin diperlukan pada suhu dan / atau konsentrasi kaustik yang lebih tinggi.
d) Steamout dari pipa dan peralatan baja karbon non-PWHT harus dihindari. Saat
steamout diperlukan, hanya steam bertekanan rendah yang harus digunakan
dalam waktu singkat untuk meminimalkan paparan.
e) Desain dan operasi yang tepat dari sistem injeksi diperlukan untuk memastikan bahwa kaustik telah terdispersi dengan baik sebelum memasuki sistem pemanasan awal minyak mentah bersuhu tinggi.
39
5.5.1 Metode Inspeksi
Pada kasus kebocoran tube economizer ini, metode inspeksi yang digunakan yaitu visual
inspection tanpa alat bantu, metode ini juga dapat didukung dengan alat bantu bernama
borescope. Borescope itu sendiri adalah perangkat optik yang terdiri dari tabung kaku atau fleksibel dengan lensa mata (lensa penangkap gambar) pada ujungnya lalu diujung satunya disambungkan dengan layar kecil untuk menampilkan gambar.
Beberapa metode inspeksi lainnya yang dapat digunakan antara lain: 1. Radiography Test
Radiography adalah bagian dari Non Destructive Test (NDT) yang menggunakan sinar x atau sinar gamma yang dapat menembus hampir semua logam kecuali timbal dan beberapa material padat sehingga dapat digunakan untuk mengungkap cacat atau ketidaksesuain dibalik dinding metal atau di dalam bahan itu sendiri. Intensitas Radiasi akan berubah tergantung dari tebal material dan Density Material sehingga akan menghasilkan bayangan yang berbeda pada film hasil Radiography Test. Metode ini memiliki kekurangan yaitu biaya pengujian lebih mahal dibandingkan DPT, UT, dan MT serta bahaya radiasi sinar X dan Sinar Gamma.
2. Magnetic Particle Inspection
Pengujian ini digunakan untuk mendeteksi cacat yang terletak di permukaan atau sedikit di bawah permukaan, pada benda yang bersifat ferromagnetic (memiliki sifat kemagnetan tinggi). Mendeteksi adanya pembentukkan medan magnet baru (medan bocoran) akibat garis gaya magnet yang terpotong oleh discontinuity sehingga akan menarik partikel magnetic untuk berkumpul di sekitar medan bocoran. Namun memiliki kekurangan seperti Penggunaan terbatas pada material yang bersifat ferromagnetic dan Adanya kemungkinan cacat yang tidak terdeteksi akibat orientasi cacat searah dengan garis gaya medan magnet. 3. Dye Penetrant Test
Dye Penetrant merupakan metode NDT untuk mengetahui ada tidaknya crack pada weld (hasil lasan). Test ini sangat mudah dilakukan dan pelaksanaannya juga sangat singkat. Prinsip kerja dari metode Dye Penetrent Test adalah menggunakan cairan penetrant dengan memanfaatkan kemampuannya yang bisa meleweati celah discontinouity serta kerja developer untuk mengangkat kembali cairan yang meresap pada retakan, dengan begitu
40 cacat pada material dapat terdeteksi. Metode ini memiliki kekurangan yaitu tidak dapat dilakukan pada benda berpori atau material produk powder metallurgy. Hal tersebut akan menyebabkan terserapnya cairan penetrant secara berlebihan sehingga dapat mengindikasikan cacat palsu.
4. Ultrasonic Flaw Detector
Ultrasonic Flaw Detector adalah yang tertua dan yang paling umum. Sejak tahun 1940-an, hukum-hukum fisika yang mengatur propagasi gelombang suara melalui bahan padat telah digunakan untuk mendeteksi retakan tersembunyi, void, porositas, dan diskontinuitas internal lainnya dalam logam, komposit, plastik, dan keramik. Prinsip kerjanya adalah dengan memanfaatkan rambatan gelombang ultrasonik yang dikeluarkan oleh transduser pada benda kerja dan kemudian gelombang baliknya ditangkap oleh receiver. Gelombang yang diterima ini dapat diukur intensitasnya, waktu perambatan atau resonansi yang ditimbulkan sehingga pada umumnya pemeriksaan ultrasonik ini didasarkan pada perbedaan intensitas gelombang yang diterima serta waktu perambatannya. Metode ini memiliki kekurangan yaitu permukaan harus dapat dijangkau oleh probe dan couplant dan juga Finishing dan kekasaran pada permukaan mempengaruhi hasil inspeksi.
42
BAB VI
PENUTUP
Kesimpulan
Setelah selesainya laporan ini, penulis mendapat kesimpulan bahwa:
1. Kerusakan pada boiler 151B501 Pertamina RU IV Cilacap ini sering terjadi pada tube
economizer kemungkinan kerusakan nya adalah Thermal Fatigue Corrosion pada row
2 boiler. Dengan kebocoran kecil yang terjadi pada row 2 tube economizer, kebocoran tersebut membuat aliran BFW bertekanan tinggi keluar dan mengenai tube economizer lainnya sehingga tube yang terkena kebocoran tersebut mengelami kerusakan erosion
corrosion. Hal ini diperkuat dengan adanya uji metalografi dari tube economizer yang
mengalami kerusakan terlihat mirip dengan hasil uji metalografi material yang rusak akibat thermal fatigue pada API 571 yaitu kerusakan transgranular.
Serta bentuk dari retakan tube economizer ini searah mengarah keatas yang dapat dilihat pada gambar 5.1. Dimana kerusakan pada tube economizer ini bertempat pada daerah HAZ (Heat Affected Zone), daerah ini terbentuk setelah proses pengelasan antara fin dengan tube economizer. Daerah ini tidak memiliki kekuatan seperti logam normal sehingga daerah ini menjadi titik lemah tube economizer terhadap fenomena memanjang dan memendek akibat perbedaan suhu.
Saran
1. Dikatakan bahwa BFW merupakan fluida penting bagi keberlangsungan boiler, dimana yang membedakan BFW dengan air biasa adalah BFW haruslah murni dari kandungan kandungan mineral air biasanya. BFW juga harus diuji dan dikontrol langsung untuk mengetahu Oxygen dissolved itu sendiri, tidak cukup dengan hanya penambahan zat hidrazin kedalam BFW tersebut. Proses terjadinya pertukaran elektron dan bereaksinya
oxygen dengan tube economizer merupakan tahap korosi yang harus minimalisir.
2. Mengontrol perbedaan suhu untuk meminimalisir swing temperature yang berulang melebihi 93oC.
3. Mengontrol penambahan hidrazin sesuai ketentuan yang sudah ditentukan, tidak kekurangan maupun berlebihan. Merujuk pada data pemberian hidrazin, masi sering terlihat dalam data pemberian hidrazin yang tidak sesuai dengan ketentuan dilihat dari salah satu data yang dapat dilihat pada lampiran.
44
References
Fajar. (2010, Mei 20). Fajar's Paper. Retrieved from http://fajarsutarwan.blogspot.com/2010/05/ndt-non-destructive-testing.html
Institute, A. P. (2003, December 1). Damage Mechanisms Affecting Fixed Equipment in the Refining Industry. API 571.
Port, R. D., & Herro, H. M. (1991). The Nalco Guide to Boiler Failure Analysis.
SERVICE, P. N. (2015). Metalografi Tube Economizer 151B501. Cilacap: PT. NUSCACO HASTELOY TURBINE SERVICE.
Uji, A. (2019, Agustus 26). Mengenal Lebih Dalam Tentang Borescope. Retrieved from Alat Uji: https://www.alatuji.com/article/detail/98/borescope
Unknown. (2015, 1 20). Mata Mekanik. Retrieved from
http://matamekanik.blogspot.com/2016/07/fungsi-economizer-pada-boiler.html Unknown. (2018, July 6). Fungsi Economizer pada Boiler . ECONOMIZER BOILER, p. 6.