Analisa Kegagalan Material Baja Karbon ASTM A179 dan SS 316L pada Tube Heat Exchanger 09-E-105 PT Petrokimia Gresik

(1)

Analisa Kegagalan Material Baja

Karbon ASTM A179 dan SS 316L pada

Tube Heat Exchanger 09-E-105

PT Petrokimia Gresik

Oleh: Moh. Rizal Ibrahim (2707100062)

Pembimbing:

Ir. Muchtar Karokaro, Msc Diah Susanti, PhD

(2)

LATAR BELAKANG

Pemindah panas

A. F. Millis 1999

tube merupakan bagian

yang mudah rusak

Temperatur ekstrim

CS A 179

SS 316 L

(3)

RUMUSAN MASALAH

Mekanisme kegagalan ??? Faktor – faktor ???

(4)

TUJUAN

Mengetahui Mekanisme

kegagalan Faktor – faktor

(5)

BATASAN MASALAH

•Lingkungan kerja sesuai dengan desain

•Material komponen tube HE 09-E-105 bersifat

homogen

• Korosi yang terjadi pada SS 316L sangat kecil

sehingga dapat diabaikan

(6)

MANFAAT

BAGI MAHASISWA: memahami dan mengaplikasikan ilmu di kuliah BAGI PERUSAHAAN: acuan dalam pembuatan HE selanjutnya

(7)

HEAT EXCHANGER

1. Tube

2. Tubesheet

3. Shell

4. Tube side

channel

5. Channel

cover

6. Pass divider

7. Baffle

alat yang digunakan untuk

memindahkan panas dari satu fluida

ke fluida yang lain (A. F. Milis, 1999)

Salah satu contoh HE yangsering

digunakan di dunia industri adalah

jenis Shell and tube (Wolverine Tube

Inc, 2001)

(8)

(9)

CONTOH KEGAGALAN PADA HE

Crackyang terjadi akibat vibrasi

Kegagalan akibat expansion _{water hammer}_{pada tube}

U turn tubegagal akibat

thermal fatique

(10)

BAJA KARBON A 179

• Baja karbon adalah logam paduan antara besi sebagai

unsur utama (solvent) dengan

solute

berupa karbon,

dengan sedikit

impurities

unsur lain.

• KOMPOSISI

• SIFAT MEKANIK

Unsur Kandungan (%) Karbon 0,06-0,18 Mangan 0,27-0,63 Pospor 0,035 Belerang max 0,035

(11)

SS 316 L

• Stainless Steel 316 L adalah jenis

stainless steel

dengan tambahan Molibdenum, krom, dan nikel

• KOMPOSISI

(12)

Bentuk kegagalan (Wulpy, 1999):

• Deformasi : perubahan bentuk geometri dari

bentuk awal desain

• Korosi : degradasi material karena proses

alami bereaksi dengan lingkungan

• Aus / wear : perubahan pada permukaan

akibat adanya kontak dengan bahan lain

sehingga mengalami degradasi

• Patah / fracture : kegagalan berupa

(13)

Prosedur analisa kegagalan

(14)

Analisa Korosi

(Wulpy, 1999)

• Pengamatan

on-site

• Pengamatan di laboratorium meliputi

jenis korosi, bentuk korosi.



_{Mikrostruktur}



_{jenis dan}

bentuk



_{Uji komposisi produk korosi}



(15)

Analisa Deformasi

(Wulpy, 1999)

Penyebab Deformasi

• Overload

• penurunan kualitas material

(16)

(17)

NH₃ LIQUID -330_C NH₃ GAS 50_C UDARA GAS UDARA GAS 23,20_C

(18)

(19)

(20)

A B

(21)

(22)

ANALISA

KOMPOSISI PIPA

( OES )

BENTUK KOROSI

( Mikroskop Optik, SEM )

KOMPOSISI KOROSI

(23)

Uji Komposisi Kimia

Unsur

ASTM A

179 (%)

Hasil OES Keterangan

Karbon

0,06-0,18

0,152

Sesuai

Mangan

0,27-0,63

0,463

Sesuai

Pospor

0,035

0,049

Tidak sesuai

Belerang

max 0,035

0,053

Tidak sesuai

(24)

SEM - EDX

KOROSI 1

(25)

Retak pada

produk korosi 1

(26)

SEM - EDX

KOROSI 2

(27)

(28)

(29)

(30)

UJI KOMPOSISI KOROSI

(31)

(32)

(33)

(34)

ANALISA

KOMPOSISI PIPA

( mill certificate )

SIFAT MEKANIK

( mill certificate )

ANALISA PEMBEBANAN

(35)

Kandungan

HASIL

UJI

ASTM

A269/A213

Keterangan

C

_0,02

_{max 0,035}

_Sesuai

Si

_0,03

_{max 1}

_Sesuai

Mn

_1,51

_{max 2}

_Sesuai

P

_0,26

_{max 0,45}

_Sesuai

S

_0,03

_{max 0,3}

_Sesuai

Ni

_10,14

_{10 – 14}

_Sesuai

Cr

_16,50

_{16 – 18}

_Sesuai

Mo

_2,03

_{2 – 3}

_Sesuai

(36)

Sifat Mekanik

HASIL

UJI

ASTM

A269/A213

Keterangan

Yields Strength (MPa)

275 min 170

Sesuai

Max Strength (MPa)

580 min 485

Sesuai

Elongation (%)

64,5

min 35

Sesuai

(37)

-ANALISA PEMBEBANAN

• Defleksi yang bekerja

• Kriteria kegagalan Tresca dan Von Misses



Beban mekanik

(38)

Defleksi yang bekerja

• Defleksi izin

3 mm

• Defleksi yang bekerja

(39)

PEMBEBANAN

• Pembebanan pipa tipis

t/D < 0,2

• Tegangan utama

σ1 = 26,64 N/mm

2\

σ

₂

= 4,64 N/mm

2

(40)

• Pembebanan pipa tebal

teerdapat beda temperatur pada pipa

• Tegangan utama

σ1 = 2,2 MPa

σ2 = -23,4 Mpa

σ3 = 0 MPa

(41)

• Tegangan termal

147 Mpa

• Tegangan utama total

σ

₁

(MPa)

σ

₂

(MPa)

σ

₃

(MPa)

Pipa tipis

26,6

145,6

0

(42)

(43)

(44)

KESIMPULAN

• Faktor yang menyebabkan kegagalan pada

tube

A.) CS A 179 kegagalan berupa kebocoran

disebabkan oleh korosi sumuran

B.) SS 316L kegagalan berupa deformasi

plastis disebabkan karena

overloading

(45)

• Mekanisme kegagalan

Untuk tube CS A 179

korosi pada fin aluminium



kontak metalik

BERKURANG



oksida aluminium (lebih katodik)



korosi sumuran pada bagian yang tidak

tertutup oleh oksida aluminium



bocor

Untuk tube SS 316L

defleksi + tegangan akibat tekanan dan beda

(46)

SARAN

• Untuk tube HE SS 316L apabila masih digunakan

dapat ditambahkan

support

pada bagian tengah

(L=1,5) untuk mengurangi kerusakan yang parah.

• Perlunya analisa lebih mendalam pada tube SS

316L untuk mengetahui aspek metalurgi dan

aspek lain sehingga diketahui penyebab selain

aspek

overloading.

• Perlunya kelengkapan data equipment meliputi

manufaktur dan fabrikasi

• Untuk tube selanjutnya dapat digunakan tube SS

316L dengan fin alumimium.

(47)

DAFTAR PUSTAKA

• Anonim,

Departemen Research and Technology

WolverineTube Inc

. 2001.

• Becker , William T., Roch J. Shipley.

ASM Handbook Volume

11 Failure Analysis and Prevention

. 2002. USA

• Blonch, Heinz P., Fred K. Geitner.

Machinery Failure Analysis

and Troubleshootin, third edition

. 1999. Gulf Publishing

Company. Houston.

• Boresi, Arthur P. Richard J. Schmidt.

Advanced Mechanics of

Materials Sixth Edition

. 2003. John Willey & Sons, Inc. USA

• oldstein, R.J., dkk.

Heat transfer

—

A review

of 2004 literature.

(48)

• Incropera, Frank P., David P. De Witt.

Fundamentals of Heat

and Mass Transfer Fourth Edition

. 1996. John Willey &

Sons, Inc. USA

• Kern, Donald Q.

Process Heat Transfer 24

th

_printing.

_1988.

Singapore. Singapore national Printers Ltd.

• Khan, A. Nusair. A. Usman,.

Failure analysis of heat

exchanger tubes

. 2007

• Millis, A. F.

Basic Heat and Mass Transfer, second edition

.

1999. Prentice Hall, Inc. New Jersey.

• Nash, William A.

Schaum Outline of Theory and Problems

Strengtg of Materials Second Edition

. 1972. Mc-Graw Hill

Inc.USA

• Purdy, S.M.

Macroetching, Metallography and

Microstructures, Vol 9

, ASM Handbook. ASM International.

2004.

• Schweitzer, Philip A., P.E.

Corrosion-Resistant Piping

Systems

. 1994. Marcel Dekker, Inc. New York.

(49)