59
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Penelitian.
Gambar 3.1. Diagram alir penelitian
Steam Turbine Power Output : 28,2 MW Speed : 6.797 Rpm Live Steam : 4790C; 35kg/s Bleeding 1st : 1150C; 1,7 bara Bleeding 2nd : 2330C; 3,2 bara Bleeding 3rd : 3780C; 26,3 bara Exhaust : 490C; 0,12 bara Observasi Mulai Selesai Studi Pustaka
Persiapan Specimen & Alat
Prosedur Pengujian Pengujian steam purity Pengujian Mechanical Stress Pengujian Metallurgy Material Analysis Fractography Anaysis Microstructure Analysis
60 3.2 Specimen/Bahan dan Alat
3.2.1 Specimen/ Bahan
Berikut adalah specimen/ bahan yang dipergunakan untuk proses analisa: 3.2.1.1 Blade
Spesimen yang digunakan untuk pengujian adalah rotor blade baris terakhir turbine uap dengan spesifikasi sebagai berikut:
Steel Grade Notes :
Code No. Material No. Material DIN 17006 DIN 17007 Key No
X 20 CrMo 13 1.4120 4083 Chemical Composition % C Si Mn Cr Mo Ni V P Maximum S 0,17-0,22 1,0 1,0 12,0-14,0 0,9-1,3 1,0 - 0,045 0,030
61 Gambar 3.2. Blade baris terakhir pada susunan rotor. (Siemens Energy Sector,
Nuernberg, Germany)
Gambar 3.3. Blade baris terakhir dan Damping wire / specimen untuk pengujian
Gambar 3.4. Blade baris terakhir dan Damping wire / specimen untuk pengujian saat masih terpasang pada rotor.
62 3.2.1.2 Damping Wire
Spesimen yang digunakan untuk pengujian berikutnya adalah damping wire pada rotor blade baris terakhir turbine uap dengan spesifikasi sebagai berikut
Titanium Grade Notes :
Code No. Material No. DIN 17862 DIN 17862 TiAl6V4F89 3.7165 Chemical Composition % Al V Fe O N C H Ti 5,5-6,75 3,5-4,5 0,3 0,2 0,05 0,08 0,015 bal.
Tabel 3.2. Komposisi Material Damping Wire
63 Gambar 3.5. Damping wire pada blade baris terakhir.(Siemens Nuernberg, Energy
Sector Services, Germany)
3.2.2 Alat
Dalam melakukan pengujian sesuai tercantum dalam diagram alir penelitian berikut alat yang dipergunakan pada masing masing pengujian :
3.2.2.1 Steam Purity
Untuk pengujian steam purity berikut peralatan yang dipergunakan :
- Fasilitas laboratorium dengan fasilitas peralatan untuk pengukuran komposisi kandungan sample air :
a) Demin Water PH, Unit
Conductivity, µS
Total Hardness, ppm as CaCO3 Silica, ppm as SiO2
b) Feed Water PH, Unit
Conductivity, µS
Total Hardness, ppm as CaCO3 Silica, ppm as SiO2
Eliminox, ppm as El – ox c) Boiler Water
PH, Unit
Conductivity, µS
64 P – Alkalinity, ppm as CaCO3 M – Alkalinity, ppm as CaCO3 Silica, ppm as SiO2 Phosphate, ppm as PO4 Iron, ppm as Fe d) Condensate PH, Unit Conductivity, µS Silica, ppm as SiO2 3.2.2.2 Mechanical Stress
Peralatan yang digunakan dalam pengujian ini sama dengan pada metode pengujian natural frequency – Finite Element Analysis:
- CIMCORE ARM with integrated scanner - ANSYS Finite Element Software
- Computer - Meja kerja besi
65 Gambar 3.6. CIMCORE ARM Type 7325 SI dengan dilengkapi laser scanner. (Cimcore Oceanside, California, USA)
3.2.2.3 Metallurgy – Material Analysis
Typical peralatan yang digunakan dalam pengujian ini adalah :
- Alat Optical emission spectrometry - Alat Energy dispersive spectrometry
Gambar 3.7. Typical Optical emission spectrometry – (Bruke 08 Magellan, Bruker Elemental GmbH, Germany)
3.2.2.4 Metallurgy – Fractography Analysis
Typical peralatan yang digunakan dalam pengujian ini adalah : - Scanning Electron Microscope (SEM)
66 Gambar 3.8. Typical Scanning Electron Microscope (SEM) – Zeiss Sigma.( Carl
Zeiss Microscopy GmbH, Jena, Germany)
3.2.2.5 Metallurgy – Microstructure Analysis
Peralatan yang digunakan dalam pengujian ini adalah :
- Otptical Microscope
Gambar 3.9. Typical Optical Microscope – Nikon Elipse LV-N series (Nikon
67 3.3 Prosedur Pengujian
3.3.1 Steam Purity
Untuk melakukan pengujian steam purity beberapa taping point untuk pengambilan sample air ditentukan lokasinya sebagai berikut :
- Demin Water - Feed Water - Boiler Water - Condensate
Untuk detail lokasi dapat dilihat pada diagram dan gambar dibawah.
68 Gambar 3.11 Titik pengambilan sample air pada condendate pada gambar tiga
dimensi turbine unit. (Siemens Energy Sector, Nuernberg, Germany)
Pengujian steam purity yang diambil adalah dengan metode specific
conductance dimana metode ini yang paling umum digunakan. Sample Specific
conductance/ Konduktansi spesifik, diukur dalam microsiemens (µS) atau micromhos(µmhos), sebanding dengan konsentrasi ion dalam sampel. Pengujian dilaukan di laboraturium dengan metode pengambilan sampel sesuai dengan ASTM D 1066 – 97 (2001) sbb :
- Sampling nozzle. Sampling nozzle yang tersedia adalah single port yang tersedia dibeberapa titik pengambilan sample.
69 - Transportasi sample. Transportasi sample terbuat dari stainless steel
sesuai dengan AISI 304 atau 316)
- Sample dari Boiler Drum. Sample dari boiler drum diambil dari pipa steam drum sample.
- Sample steam tekanan rendah. Sample stem tekanan rendah diambil - Semua sampel harus diambil menggunakan rencana pengambilan
sampel yang dicatat di masing masing lokasi.
- Semua container sample sesuai dengan AISI 304 atau 306 harus di cuci terlebih dahulu dan kemudain dibilas sebelum digunakan untuk pengambilan sample.
- Jika sample tidak langsung digunakan untuk analisa, maka sampel harus disimpan pada suhu 40C tidak lebih dari 28 hari.
3.3.2 Mechanical Stress
Pengujian mechanical stress dilakukan untuk mengetahui yield strength/ point pada blade secara komputerize dengan metode sebagai berikut :
Pemilihan sampel blade baris terakhir yang tidak mengalami cacat untuk kemudian di scan dan diukur dengan menggunakan alat ukur Cimcore type 7325 SI utuk mendapatkan profil blade.
Blade kemudian dimodelkan dengan menggunakan elemen solid, tipe tetrahedral. Untuk tipe kompeks seperti kasus ini, jenis elemen solid tetrahedral adalah yang paling umum digunakan.
Blade kemudian di analisa dengan menggunakan Ansys, sebuah Finite Element Software.
70 Pemodelan damping wire; solid element – type beam pada potongan kecil
untuk menampilkan kondisi sebenarnya.
Damping wire kemudian di analisa stress-nya dengan menggunakan Ansys, sebuah Finite Element Software.
3.3.3 Pengujian Metallurgy
Pengujian metallurgy dilakukan melalui beberapa metode sebagai berikut : - Material Analysis
- Fractography Anaysis - Microstructure Analysis
3.3.3.1 Material Analysis
Pengujian dilakukan dengan standard procedure persiapan pengujian sesuai ASTM E1476 - 04 (Standard Guide for Metals Identification, Grade Verification, and Sorting) sbb :
- Persiapan material specimen blade yang akan dilakukan pengujian pada alat Optical emission spectrometry dengan melakukan pembersihan serta penghalusan permukaan dengan cara di gerinda dan poles sampai target kehalusan permukaan tercapai pada minimum diameter 20mm.
- Persiapan material specimen damping wire yang akan dilakukan pengujian pada alat Energy dispersive spectrometry dengan melaukan pembersihan serta penghalusan permukaan.
71 - Peletakkan material specimen yang telah dihaluskan pada meja
pengujian.
3.3.3.2 Fractography Anaysis
Pengujian dilakukan dengan standard procedure persiapan dan pengujian sesuai dengan standard ASTM E3 – 11 sbb :
- Persiapan material specimen. Specimen harus dipilih dari lokasi paling mungkin dapat mengungkapkan variasi maximum dimana material akan diuji. Specimen harus diambil dari lokasi terdekat dengan patahan atau terjadinya failure.
- Ukuran Specimen. Untuk kenyamanan, benda specimen yang akan dipoles untuk keperluan pengujian microstructure secara umum tidak melebihi 12 – 25mm berbentuk kotak atau kurang lebih 12 – 25mm diameter untuk material bulat.
- Kebersihan. Semua greases, oli, cairan pendingin dan residu dari potongan alat pemotong pada specimen harus dibersihkan dengan cairan pembersih organic. Apabila terdapat lapisan metal dan akan mengganggu proses etsa harus dibersihkan sebelum proses pemolesan.
- Pemasangan/ peletakan specimen. Peletakan benda specimen di meja pemegang specimen pada alat Scanning Electron Microscope
(SEM)
- Pengujian dilakukan pada titik blade dan damping wire yang akan di analisa.
72 3.3.3.3 Microstructure Analysis
Pengujian dilakukan dengan standard procedure persiapan dan pengujian sesuai dengan standard ASTM E3 – 11 sbb :
- Persiapan material specimen. Specimen harus dipilih dari lokasi paling mungkin dapat mengungkapkan variasi maximum dimana material akan diuji. Specimen harus diambil dari lokasi terdekat dengan patahan atau terjadinya failure.
- Ukuran Specimen. Untuk kenyamanan, benda specimen yang akan dipoles untuk keperluan pengujian microstructure secara umum tidak melebihi 12 – 25mm berbentuk kotak atau kurang lebih 12 – 25mm diameter untuk material bulat.
- Pemotongan. Proses pemotongan dari bagian inti specimen, perawatan harus dilakukan untuk meminimalkan perubahan struktur logam.
- Gerinda. Penggerindaan dilakukan dengan cara menggosok dengan kertas abrasive dan alat otomatis
- Poles. Pemolesan dilakukan dengan abrasive halus ( m) yang tertanam dalam permukaan berlubrikasi.
- Kebersihan. Semua greases, oli, cairan pendingin dan residu dari potongan alat pemotong pada specimen harus dibersihkan dengan cairan pembersih organic. Apabila terdapat lapisan metal dan akan mengganggu proses etsa harus dibersihkan sebelum proses pemolesan.
73 - Pemasangan/ peletakan specimen. Peletakan benda specimen di
meja pemegang specimen pada alat optical microscope. - Pengujian dilakukan pada titik blade yang akan di analisa.
