MANAJEMEN KOROSI PIPELINE DENGAN
PROTEKSI KATODIK
Taufiqurrahman
0706174165
Priambudi
Pujihatma
0706304920
TUGAS MATA KULIAH
TRANSPORTASI DAN PEMANFAATAN GAS BUMI
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA
2008
Daftar Isi
Pendahuluan
Bab 1: Manajemen Korosi... A. Prinsip Dasar Manajemen Korosi... B. Manajemen Korosi dengan Proteksi Katodik... C. Keekonomian Sistem Proteksi Katodik...
Bab 2: Korosi dan Pengendalian... A. Pengertian Korosi... B. Teknik Pengendalian Korosi...
Bab 3: Teknik Proteksi Katodik... A. Sacrificial Anode... A.1 Pengertian... A.2 Prinsip Perancangan... A.3 Detil Instalasi...
B. Impressed Current...
B.1 Pengertian... B.2 Prinsip Perancangan... B.3 Detil Instalasi...
Bab 4: Studi Kasus Perancangan Proteksi Katodik... A. Sistem Sacrificial Anode... B. Sistem Impressed Current...
Referensi... 1 2 2 5 6 8 8 9 11 11 11 12 15 18 18 18 19 21 21 23 25
1
Pendahuluan
Pada pertengahan abad XX, pemilihan pipa sebagai media pendistribusian minyak & gas merupakan keputusan yang tidak populer. Saat itu pengangkutan minyak/gas bumi dengan menggunakan mobil tangki ataupun kapal tanker lebih mudah dan murah untuk dilakukan. Mudah karena company cukup menyewa mobil tangki ataupun kapal tanker, murah karena menyewa lebih murah dibanding membangun sebuah pipeline yang membutuhkan biaya engineering, procurement, and construction.
Seiring dengan meningkatnya permintaan minyak dan gas bumi, lambat laun pipeline menjadi alternatif yang menarik. Isu keselamatan, keamanan dan lingkungan hidup ikut memacu berkembangnya industri pipeline. Tidak seperti sistem transportasi lain yang lebih kasat mata, pipeline bersifat statis dan kadang kehadirannya tidak disadari. Meski tidak terlihat, pipeline telah menjadi jaringan transmisi dan distribusi yang vital. Apabila minyak dan gas merupakan “darah” industri, maka pipeline akan menjadi “urat nadi” dan penghubung yang penting antara penyedia dan pengguna energi.
Akibat kemajuan teknologi yang begitu pesat, pembangunan pipeline bukan lagi sebuah pemborosan. Untuk lifetime yang panjang, pipeline adalah sebuah investasi yang menguntungkan dibanding dengan kapal tanker.
Di dalam makalah ini akan dibahas mengenai manajemen korosi. Makalah ini menjelaskan mengenai proses terjadinya korosi dan proses penanggulangannya sebagai salah satu penerapan manajemen resiko sistem pipeline dengan menggunakan teknik proteksi katodik.
Bab 1: Manajemen Korosi
Korosi berpotensi untuk mencemari lingkungan dan mengurangi keselamatan tempat kerja. Faktor ini ternyata menempati peringkat kedua [1] sebagai penyebab bocornya hidrokarbon dari tempat penyimpanan/loss of containment (kegagalan flank dan joint adalah penyebab utama)[1]. Kebocoran memiliki dampak yang besar, khususnya dari sisi linkungan (pencemaran) dan dari sisi ekonomi (process upset/ketidaklancaran pasokan gas). Oleh karena itu, risiko adanya korosi pada pipeline perlu dikelola menggunakan Manajemen Korosi.
Pengertian Manajemen Korosi[2] adalah bagian dari sistem manajemen yang mengelola perkembangan, implementasi, review dan perawatan yang berkaitan dengan kebijakan korosi. Manajemen korosi memiliki tujuan:
a. Mengurangi frekuensi kebocoran pipa
b. Meningkatkan ketersediaan/availability dan keandalan/reliability gas plant c. Pengurangan breakdown/unplanned maintenance
d. Pemenuhan aspek K3 dalam operasi
Dalam bab ini dibahas prinsip-prinsip dasar mengenai manajemen korosi, khususnya yang berkaitan dengan proteksi katodik.
A. Prinsip-prinsip Dasar Manajemen Korosi
Manajemen korosi adalah siklus kegiatan yang berlangsung terus menerus. Siklus dimulai dengan Risk Assessment dan diakhiri dengan Corrective Action. Setiap siklus memiliki lesson learned yang dapat digunakan sebagai feedback untuk siklus selanjutnya. Siklus Manajemen Korosi ditunjukkan oleh Gambar 1.1.
Gambar 1.1: Siklus Manajemen Korosi
(Sumber: Review of corrosion management for offshore oil and gas processing, Capcis Limited)
A.1 Corrosion Risk Assessment
Dalam perencanaan, diperlukan sebuah proses untuk menganalisa kemungkinan sebuah fasilitas mengalami degradasi akibat korosi. Risk assesment adalah proses untuk
3 melakukan review terhadap kemungkinan kegagalan yang berhubungan dengan korosi, dan konsekuensinya jika kegagalan terjadi. Tujuannya adalah untuk membuat peringkat peralatan terhadap kecenderungan korosi lalu melakukan identifikasi untuk:
a. Menghilangkan risiko : melalui perubahan disain
b. Mitigasi : melalui coating, proteksi katodik dan inhibitor kimiawi c. Mengelola risiko: melalui inspeksi dan monitoring.
Risiko korosi dinyatakan sebagai perkalian atara dua variabel, yaitu:
a. Kemungkinan gagal: bergantung pada tipe kerusakan korosi sebuah komponen b. Konsekuensi: bergantung pada akibat kegagalan peralatan karena korosi, meliputi
aspek keselamatan, lingkungan dan operasi
Setelah kedua variabel dikalikan, didapat nilai risiko untuk setiap peralatan. Besaran risiko ini kemudian dibuat peringkat yang menjadi dasar dalam melakukan kegiatan inspeksi.
A.2 Risk Based Inspection
Adalah rencana inspeksi yang didasarkan pada perhitungan risiko suatu peralatan. Inspeksi diprioritaskan pada peralatan yang memiliki risiko tinggi, sehingga kegiatan inspeksi terfokus pada area yang paling kritis. Tujuan Risk Based Inspection adalah:
a. Mengurangi risiko serendah mungkin b. Melakukan optimasi jadwal inspeksi
c. Memfokuskan usaha inspeksi pada area kritis d. Mengidentifikasi metode inspeksi yang paling tepat A.3 Planning
Dalam perencanaan, semua kegiatan manajemen korosi dijadwalkan.. Biasanya terdapat dua jangka perencanaan, yaitu jangka pendek (1 tahun) dan jangka panjang (5 tahun). Perencanaan jangka pendek disesuaikan dengan jadwal perawatan pipeline, sedangkan perencanaan jangka panjang disesuaikan dengan kebijakan perusahaan.
Sebaiknya perencanaan dibagi menjadi beberapa area, yaitu: a. Perencanaan kerja: menyangkut teknik dan jadwal inspeksi
b. Perencanaan sumber daya: menyangkut peralatan, sumber daya manusia dan biaya
c. Prosedur: menjabarkan teknik pelaksanaan inspeksi secara tertulis. Prosedur tertulis menjamin konsistensi data inspeksi, memberikan batasan yang jelas mengenai ketidaksesuaian, serta membagikan tanggung jawab yang jelas mengenai pelaporan dan tindak lanjut hasil inspeksi.
Diperlukan beberapa parameter untuk mengukur kesuksesan perencanaan, baik pada saat pelaksanaan maupun saat akhir. Parameter penting yang menjadi indikator tingkat kesuksesan perencanaan disebut Key Performance Indicator. Beberapa parameter Key Performance Indicator adalah:
a. Jumlah kebocoran pertahun
b. Jumlah ”near misses” atau nyaris terjadi kebocoran c. Presentase pelaksanaan inspeksi berjalan
d. Jeda waktu antara kerusakan dengan waktu perbaikan selesai e. Jumlah kegagalan pasokan/outage akibat korosi
A.4 Implementation
Manajemen korosi dilakukan dengan menggunakan dua teknik implementasi:
• Proaktif: implementasi dilakukan sebelum korosi terjadi. Dasar dari implementasi ini adalah hasildari Corrosion Risk Assessment atau pengamatan atas temat-tempat yang memiliki kemungkinan korsi yang tinggi. Contoh implementasi proaktif adalah inspeksi dan monitoring.
• Reaktif: implementasi dilakukan setelah korosi terjadi. Contoh implementasi reaktif adalah perbaikan kebocoran pipeline.
Implementasi ini dibagi tiga yaitu inline, online dan offline. Implementasi inline menggunakan alat yang ditanam di dalam equipment, yang harus ditarik keluar untuk dianalisa. Implementasi online melibatkan alat monitor korosi yang terpasang langsung pada equipment, sedangkan implementasi offline meliputi inspeksi dan pengujian tidak merusak / NDT (Non Destructive Test)
A.5 Data Gathering, Analysis and Reporting
Terdapat beberapa data yang dapat dijadikan bahan analisa. Data-data ini didapat dari hasil implementasi baik inline, online maupun offline.
• Inline:
o Weight Coupons: Metode ini menggunakan sebuah logam yang dimasukkan dalam kurun waktu tertentu ke dalam aliran fluida untuk mengukur laju korosi akibat aliran. Laju korosi dapat dihitung dengan mengukur pengurangan berat logam tersebut.
• Online:
o Hambatan: hambatan sebuah logam berbanding terbalik dengan luas penampangnya. Dengan mengukur hambatan secara periodik, dapat diketahui laju pengurangan luas penampang pipeline yang kemudian dapat dikonversikan menjadi laju korosi.
o Hambatan polarisasi linier: Metode ini dikembangkan oleh Stern dan Geary. Logam yang akan dianalisa dipolarisasi (diberikan tegangan) dan diukur arus yang mengalir. Nilai tegangan divariasikan diikuti dengan pencatatan perubahan arus. Dari gradasi tegangan dan gradasi arus, didapatkan besar hambatan polarisasi (Rp). Nilai Rp dapat dikonversi menjadi laju korosi. • Offline:
o Inspeksi Visual
o Pengujian Ultrasonic: digunakan untuk mengukur ketebalan logam.
o Pengujian Radioaktif: permukaan logam dipaparkan dengan partikel energi tinggi yang berasal dari sinar ion. Akibatnya, sebagian kecil atom logam berubah menjadi isotop radioaktif. Isotop ini meradiasikan sinar gamma yang dapat diukur energinya. Energi terukur mengindikasikan ketebalan / massa logam
A.6 Corrective Action
Corrective action diperlukan untuk memperbaiki ketidaksesuaian yang ditemukan pada tahap Data Gathering, Analysis dan Reporting. Tipe tindakan yang dipilih tergantung dari tipe dan faktor penyebab korosi, seperti diberikan oleh Tabel 1.1.
5 Tabel 1.1: Tindakan Perbaikan pada Manajamen Korosi
(Sumber: Review of corrosion management for offshore oil and gas processing, Capcis Limited)
Pilihan Besi C-Mn, corrosion resistant alloy, material non logam Lokasi Pipeline, vessel, tanki, valve
Material
Tindakan Pemilihan jenis material yang tepat
Pilihan Corrosion inhibitor, biocides, oxygen scavengers Lokasi Pipeline, vessel, tangki
Chemical
Tindakan Dosing / takaran, pencampuran unsur Pilihan Organic coating, metallic coating Lokasi General
Coating
Tindakan Pemilihan coating, inspeksi dan penjadwalan maintenance Pilihan Sacirificial anode, impressed current
Lokasi Pipeline, vessel, tangki Proteksi
Katodik
Tindakan Pemilihan jenis proteksi katodik, sistem monitoring Pilihan Monitoring pH, kadar air, H2S, CO2, tekanan, temperatur Lokasi General
Proses
Kontrol Tindakan Kontrol keasaman, dehidrasi gas, sweetening, pengurangan tekanan fluida
B. Manajemen Korosi dengan Proteksi Katodik
Ketika pipeline mulai mengalami kebocoran, terdapat kecenderungan bahwa kebocoran lebih lanjut akan terjadi dengan frekuensi yang semakin meningkat[3]. Menurut Peabody, jika dibuat kurva frekuensi kebocoran terhadap umur pipeline dalam tahun akan didapat hubungan yang linier seperti ditunjukkan oleh Gambar 1.1.
Gambar 1.2: Grafik Frekuensi Kebocoran Pipeline (Sumber: Peabody’s Pipeline Corrosion)
Dari grafik, terlihat proteksi katodik dapat mencegah munculnya kebocoran baru. Dengan demikian dapat diperkirakan seberapa besar benefit yang diperoleh dari proteksi katodik. Dengan proteksi katodik, perusahaan tidak perlu melakukan reparasi kebocoran yang akan semakin meningkat seiring dengan bertambahnya usia pipeline. Reparasi kebocoran membutuhkan biaya yang tidak sedikit, antara lain:
• Biaya perbaikan kebocoran, termasuk pekerja, material, transportasi
• Biaya perbaikan kerusakan fasilitas sekitar akibat kebocoran. Biaya ini bisa lebih besar daripada perbaikan kebocoran.
• Biaya denda karena failure pipeline mengakibatkan kerugian konsumen
Jika diasumsikan pada awal pertama telah diaplikasikan proteksi katodik pada pipeline. Jika diasumsikan biaya rata-rata tahunan untuk proteksi katodik dalah 400US$. Sedangkan jumlah kerusakan, pada Gambar 1.2, selama 22 tahun lifetime pipeline adalah 80 kali. Biaya kerusakan diasumsikan kecil yaitu 1500US$. Dengan demikian akan didapat benefit sebesar:
• Biaya Proteksi Katodik : 22x4000US$ = 88000US$ • Biaya Kerusakan tanpa proteksi : 80x1500US$ = 120000US$
Dengan asumsi sederhana ini didapat penghematan biaya sebesar 32000US$. Dengan adanya proteksi katodik, perusahaan dapat menghemat biaya operasional pipeline.
Dengan asumsi yang sama, dapat dilakukan perhitungan benefit jika proteksi katodik diaplikasikan setelah pipeline mengalami kebocoran pertama (pada tahun ke 12). Biaya total untuk proteksi katodik diasumsikan 70000US$. Nilai ini lebih kecil dari asumsi di bagian sebelumnya karena lifetime proteksi katodik yang lebih singkat, biaya annual lebih kecil meski biaya capital tetap sama. Biaya ini terdistribusikan dalam 10 tahun (lifetime pipeline 22 tahun dikurangi dengan tahun instalasi yaitu 12). Dengan demikian biaya annual proteksi katodik adalah 7000US$/tahun. Untuk biaya perbaikan kebocoran diasumsikan sama, yaitu 1500US$ perjumlah kerusakan. Dari grafik terlihat jumlah kerusakan yang mungkin terjadi adalah 70 kali (80-10, ditandai dengan garis merah).
• Biaya Proteksi Katodik : 10x7000US$ = 70000US$ • Biaya Kerusakan tanpa proteksi : 70x1500US$ = 105000US$
Dengan asumsi sederhana ini didapat penghematan biaya sebesar 35000US$. Terdapat penghematan yang lebih besar dibanding dengan instalasi proteksi katodik di awal, namun besarnya tidak signifikan.
Kedua simulasi ini membuktikan bahwa biaya proteksi katodik sebanding dengan manfaat yang diberikan. Kedua skema, instlasi proteksi di awal atau di tengah lifetime pipeline, menunjukkan adanya penghematan yang cukup berarti. Penghematan ini bisa jauh lebih besar nilainya jika aspek lain selain biaya perbaikan juga dimasukkan, yaitu: lingkungan, kegagalan produksi, keselamatan kerja, dsb.
C. Keekonomian Sistem Proteksi Katodik
Terdapat dua jenis biaya dalam perancangan Sistem Proteksi Katodik. • Initial Cost: biaya investasi Sistem Proteksi Katodik terdiri dari:
7 o Manhour engineering, perencanaan, disain, dan tes
o Biaya material: anode, inverter, kabel
o Biaya right of way: sistem impressed current punya biaya right of way yang lebih besar daripada sacrificial karena dibutuhkan area bebas untuk peletakan panel.
o Biaya konstruksi unit
• Annual Cost: biaya untuk operasi dan perawatan, yang terdiri dari:
o Biaya listrik: hanya dimiliki oleh impressed current, sacrificial anode tidak membutuhkan listrik
o Biaya perawatan: dimiliki oleh impressed current, sacrificial anode tidak membutuhkan perawatan.
o Biaya inspeksi: kedua sistem membutuhkan biaya inspeksi.
Secara ekonomi, impressed current lebih baik digunakan untuk pipeline berdiameter besar dan panjang, yang terletak / tertanam pada tanah dengan nilai resistansi yang tinggi. Sistem ini memiliki sumber tegangan independen dari rectifier, sehingga mampu melakukan injeksi arus secara efisien pada area yang luas. Kerugian dari sistem ini adalah adanya biaya rutin untuk listrik dan perawatan inverter. Pada saat konstruksi juga diperlukan biaya untuk commissioning dan fine tuning converter.
Sebaliknya, sistem galvanic sacrificial anode lebih baik digunakan untuk pipeline dengan diameter kecil dan pendek, yang tertanam pada tanah dengan nilai resistansi yang rendah. Sistem ini lebih ekonomis dalam skala kecil karena tidak membutuhkan perawatan dan biaya listrik.
Bab 2: Korosi dan Teknik Pengendalian
A. Pengertian Korosi
Logam yang mengalami kontak dengan elektrolit (air, uap air, tanah lembab) akan mengalami korosi. Proses korosi diakibatkan oleh perpindahan elektron pada logam, yang akan diikuti konsumsi elektron tersebut elektrolit. Perpindahan elektron adalah proses oksidasi, sedangkan konsumsi elektron adalah proses reduksi. Kedua proses ini adalah prasarat terjadinya korosi. Hilangnya salah satu proses akan mengakibatkan proses korosi terhenti. − ++ →Fe e Fe 2 2 oksidasi (2.1) − − → + + H O e OH O2 2 2 4 4 reduksi (2.2)
Driving voltage berkaitan dengan energi Gibs yang dimiliki material. Persamaan hukum Gibs diberikan oleh:
FE z G=−
Δ (2.3)
Dengan z adalah jumlah perubahan valensi akibat reaksi kimia, F adalah konstanta Faraday dan E adalah gaya gerak listrik. Reaksi terjadi secara natural jika ΔG bernilai negatif, yang berarti E adalah positif. Sebagai catatan, gaya gerak listrik E bukanlah perbedaan tegangan antara pipeline dengan elektrolit. E adalah perbedaan tegangan yang terjadi akibat proses oksidasi dan reduksi, seperti dinyatakan oleh:
oxidation o reduction o E E E = − (2.4)
Dengan Eo adalah driving voltage yang dimiliki logam (relatif terhadap reduksi hidrogen, Tabel 2.1). Korosi terjadi jika Eo metal lebih kecil daripada Eo elektrolit. Dapat disimpulkan, semakin negatif driving voltage sebuah unsur, semakin besar kecenderungan unsur mengalami korosi.
Tabel 2.1 Driving Voltage Unsur
Material Driving Voltage (V) Silver (Ag/Ag+) +0.8 (katodik) Tembaga (Cu/Cu2+) +0.34 Air (O2+H20+4e- = 4OH-) +0.401
Hidrogen (H2) 0 (reference)
Besi (Fe/Fe2+) -0.44
Zinc (Zn/Zn2+) -0.76
9 Gambar 2.1: Proses Korosi pada Pipeline (sumber: Peabody’s Control of Pipeline Corrosion)
Proses korosi pipeline dapat dijelaskan sebagai berikut. Bagian yang mengalami oksidasi adalah anode. Akibat oksidasi, terjadi aliran arus DC / aliran muatan positif dari permukaan logam ke elektrolit. Elektron mengalir di dalam pipa, berkebalikan dengan aliran arus listrik. Aliran elektron menuju ke sebuah tempat di mana air dan oksigen akan tereduksi. Bagian yang mengalami reduksi adalah katode. Jadi, di dalam proses korosi dibutuhkan empat komponen:
a. Anode : bagian logam yang mengalami korosi b. Katode : bagian logam yang mengkonsumsi elektron
c. Konduktor yang menyambungkan anode dan katode, yaitu pipeline itu sendiri d. Anode dan katode terendam dalam sebuah elektrolit (air atau tanah lembab).
B. Teknik Pengendalian Korosi
Terdapat dua cara pengendalian korosi, yaitu :
• Coating: pipa diberikan isolasi agar tidak menyentuh elektrolit
• Proteksi katodik: pipeline (yang merupakan anode natural) diubah menjadi sebuah katode.
B.1 Coating Fungsi Coating:
a. Insulator elektrik yang baik. Resistansi yang tinggi sangat penting untuk menghambat proses elektrokimia seperti oksidasi dan reduksi.
b. Penghalang kelembaban.
c. Perlindungan terhadap holiday. Holiday atau celah pada insulator biasanya diakibatkan oleh proses fisika dan proses kimia. Proses fisika penyebab holiday adalah stress yang terjadi pada tanah yang memiliki perbedaan yang mencolok antara daerah basah dan kering. Proses kimia yang menimbulkan holiday biasanya akibat ketidaktahanan coating terhadap kondisi asam dan basa tanah.
Seperti dijelaskan sebelumnya, di sepanjang jalur pipeline terdapat area anode dan area katode. Pada area anode, arus mengalir dari pipeline menuju ke elektrolit dan pipeline mengalami korosi pada bagian tersebut. Pada area katode, arus mengalir menuju pipa dan memperlamban laju korosi di daerah tersebut. Dengan cara yang sama, jika seluruh bagian pipeline menerima aliran arus, laju korosi pipeline keseluruhan pasti akan berkurang. Prinsip ini yang digunakan di dalam proteksi katodik.
Gambar 2.2: Prinsip Proteksi Katodik (sumber: Peabody’s Control of Pipeline Corrosion)
Arus DC dialirkan secara paksa menuju permukaan logam. Akibatnya, permukaan logam yang tadinya memiliki potensial positif bergeser nilainya menjadi negatif. Kebalikan dengan kondisi natural, di mana pipeline adalah anode, dalam sistem ini seluruh permukaan pipeline berfungsi sebagai katode. Laju korosi dapat dihambat karena pada katode tidak terjadi oksidasi. Secara general terdapat dua jenis proteksi katodik:
a. Galvanic Sacrificial Anode: pipeline disambungkan dengan logam aktif yang ditanam di sebuah groundbed melalui sebuah konduktor. Logam aktif adalah logam dengan driving voltage lebih negatif daripada material pipa. Karena sifat ini, logam aktif akan menjadi anode, sedangkan pipeline berubah menjadi katode. Pipeline akan terinjeksi oleh arus dan proses oksidasi hanya akan terjadi di logam aktif. Pada akhirnya logam aktif yang akan habis terkonsumsi karat.
b. Impressed Current: pipeline diinjeksikan dengan arus DC menggunakan sumber tegangan independen. Injeksi bertujuan untuk mengubah potensial pipeline menjadi negatif, yang pada akhirnya mengubah pipeline menjadi katode.
11
Bab 3: Teknik Proteksi Katodik
A. Sacrificial Anode A.1 Pengertian
Sacrificial anode menggunakan sebuah elektrode aktif yang seolah “dikorbankan” untuk berkarat. Sebagai anode digunakan magnesiumdan zinc, yang memiliki sifat lebih aktif daripada besi.. Sebelumnya telah dijelaskan bahwa korosi terjadi jika selisih gaya gerak listrik antara proses reduksi dan oksidasi bernilai positif.
Tabel 3.1 Driving Voltage Unsur
Material Driving Voltage (V) Silver (Ag/Ag+) +0.8 (katodik) Tembaga (Cu/Cu2+) +0.34 Air (O2+H20+4e-=4OH-) +0.401
Hidrogen (H2) 0 (reference)
Besi (Fe/Fe2+) -0.44
Zinc (Zn/Zn2+) -0.76
Magnesium (Mg2+) -2.36 (anodik)
Besar GGL pada reaksi oksidasi besi dan reduksi air adalah: 441 . 0 ) 44 . 0 ( 401 . 0 − − =+ + = − =Eoreduction Eooxidation E (3.1)
E bernilai positif dan oksidasi pada besi / korosi secara natural terjadi. Reaksi tidak akan terjadi jika E bernilai negatif. Sebagai contoh, jika besi disambungkan dengan logam yang lebih aktif/ anodik seperti Magnesium, besar E untuk oksidasi besi adalah:
92 . 1 ) 44 . 0 ( 36 . 2 − − =− − = − =Eoreduction Eooxidation E (3.2)
Dapat disimpulkan, proses oksidasi pada besi tidak akan terjadi jika besi disambungkan dengan logam lain yang lebih aktif/anodik. Ini adalah prinsip dasar sistem sacrificial anode. Pipeline disambungkan dengan logam anodik/aktif sehingga berubah sifatnya menjadi katode. Sebagai katode, pipeline mengalami proses reduksi. Proses oksidasi terjadi pada logam aktif yang akhirnya akan habis karena korosi.
Dari tabel terlihat magnesium dan zinc mempunyai driving voltage yang lebih rendah dari besi. Oleh karena itu kedua material ini digunakan sebagai sacrificial anode. Anode magnesium memiliki laju konsumsi yang sangat lamban, sekitar 4.3kg/Amp/year, sednagkan zinc mempunyai laju konsumsi yang lebih cepat, sekitar 11.75kg/Amp/year. Artinya, jika digunakan pada tempat yang sama, Magnesium mampu memberikan perlindungan yang lebih lama. Sebagai rule of thumb, anode zinc dipakai untuk tanah dengan tahanan rendah (di bawah 1500 Ωcm), sedangkan magnesium dipakai untuk tanah dengan tahanan tinggi (antara 1500 s/d 10000 Ωcm).
Berat anode bervariasi dari 1,4 kg sampai 30 kg. Berat akan menentukan lifetime sistem proteksi. Anode juga tersedia dalam berbagai ukuran. Ukuran berpengaruh terhadap resistansi sistem.
Instalasi sacrificial anode dapat dilakukan secara sebagian atau menyeluruh, tergantung jumlah dana yang tersedia. Jika dana terbatas, biasanya sacrificial anode hanya diinstal di di tempat yang pernah mengalami kebocoran pipa.
A.2 Prinsip Perancangan
Penggunaan sacrificial anode digunakan untuk tahanan tanah yang rendah (kurang dari 10000Ωcm) dan membutuhkan arus injeksi yang kecil (kurang dari 1A). Untuk sistem proteksi dengan arus injeksi dan tahanan tanah yang besar, sistem impressed current lebih ekonomis karena tidak memerlukan banyak anode. Langkah perancangan diberikan sebagai berikut.
1. Menghitung Luas Permukaan Proteksi
Tidak semua permukaan pipeline perlu diproteksi. Luas ini tergantung dari diameter pipeline, panjang pipeline dan efisiensi coating. Efisiensi coating (fc) tergantung dari lifetime, ketebalan dan kategori coating. Terdapat empat kategori coating, yaitu:
a. Kategori I : satu lapisan primer, ketebalan 50μm DFT (dry film thickness) b. Kategori II : satu lapisan primer, ditambah satu lapisan sekunder, 150-250 μm
DFT
c. Kategori III : satu lapis primer, dua lapis sekunder / intermediate coating, minimum 300 μm DFT
d. Kategori IV : satu lapis primer, tiga lapis sekunder/intermediate coating, minimum 450 μm DFT
Kategori coating kemudian dibandingkan dengan lifetime sistem proteksi, sehingga ditemukan efisiensi coating, seperti dinyatakan oleh Gambar 3.1.
13 Setelah menemukan efisiensi coating, luas area proteksi (Ap) dapat dicari dengan menggunakan rumus:
l
d
fc
Ap
=
⋅
π
⋅
⋅
(3.5)dengan d dan l adalah diameter dan panjang pipeline.
2. Mengetahui Densitas Arus dan Menghitung Arus Proteksi
Densitas arus (ρ) adalah besaran yang telah disediakan nilainya oleh berbagai standard. Sebagai contoh diberikan Tabel 3.2.
Tabel 3.2: Densitas Arus untuk Pipa Bawah Tanah
Environment Density (mA/sqft) Neutral Soil 0.4 to 1.5
Well Aerated Neutral Soil 2 to 3
Wetsoil 1 to 6
Highly Acidic Soil 3 to 15 Heated Soil 3 to 25 Stationary Freshwater 1 to 6 Moving Freshwater 5 to 15
Seawater 3 to 10
*) Sumber: TM-5-811-7 Technical Manual US ARMY
Sedangkan untuk pipeline yang berada di offshore, NACE memberikan daftar densitas arus sesuai dengan lokasi.
Tabel 3.3: Densitas Arus untuk Offshore
*)Sumber: NACE 0176-1994
Setelah mengetahui densitas arus, dapat dihitung total arus proteksi (Ip) yang dibutuhkan, yaitu:
Ac
Ip=
ρ
⋅ (3.6)dengan adalah ρ densitas arus dan Ac luas permukaan proteksi.
Hambatan sangat tergantung dari hambat jenis elektrolit dan bentuk anode. Setiap standard memberikan persamaan yang spesifik terhadap bentuk anode. Untuk praktisnya, terdapat dua persamaan yang dipakai sebagai pendekatan, yaitu Dwight’s Equation dan Mc Coy’s.
Dwight’s Equation dinyatakan dengan: ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ − = 0,159 ln4 1 r L L Rae ρ (3.7)
Persamaan ini digunakan jika anode memenuhi syarat: 4L/r≥16, dengan L dan r adalah panjang dan radius anode.
Mc Coy’s Equation dinyatakan dengan: A
Rae= 0,315ρ (3.8)
Persamaan ini digunakan jika anode memenuhi syarat: 4L/r <16, dengan ρ adalah tahanan jenis tanah dan A adalah luas permukaan anode.
4. Menghitung Arus per Anode
Untuk menghitung arus, nilai absolut driving voltage harus ditambah dengan tegangan polarisasi. Tegangan polarisasi adalah tegangan minimum antara pipeline dengan elektrolit acuan agar pipeline bersifat katodik dan tidak berkarat. Pipeline dikatakan terlindung secara katodik jika tegangan antara pipeline dengan elektrode acuan (copper sulfate) adalah -0.85V. Nilai tegangan yang lebih negatif menunjukkan bahwa pipeline semakin terlindungi. Dengan demikian, arus per anode (Ia) dinyatakan dengan:
Rae E Rae V tage Drivingvol Ia= −0.85 = Δ (3.9)
dengan Rae: adalah hambatan anode elektrolit. 5. Menghitung Jumlah dan Distribusi Anode
Terdapat dua kriteria yang harus dipenuhi, yaitu kriteria inisial dan kriteria lifetime. Kriteria Inisial
Jumlah anode dilihat dari keperluan polarisasi awal pipeline. Dalam kriteria ini, hanya dilihat perbandingan total arus dengan arus peranode yang dinyatakan dengan:
Ia Ip
N = (3.10)
dengan Ip: total arus proteksi dan Ia: arus / anode.
Kriteria Lifetime
Jumlah anode dilihat juga dari masa dan laju konsumsi pertahun. t AnodeWeigh Ip Lifetime N ⋅ ⋅ = 3 , 49 (3.11)
dengan Ip: total arus proteksi, Lifetime dalam tahun, dan masa dalam pon.
Kedua kriteria ini dibandingkan, kemudian dipilih jumlah yang paling besar.Setelah mengetahui jumlah, dapat dihitung distribusi anode. Setiap anode baiknya melindungi luas area yang sama, seperti dinyatakan oleh:
15 N
Ac
A= (3.12)
dengan Ac: luas area proteksi.
Pada akhir langkah perancangan, dapat diketahui jenis,jumlah dan distribusi anode yang digunakan dalam sistem sacrificial.
A.3 Detil Instalasi
Instalasi sacrificial anode cukup sederhana seperti diberikan oleh Gambar 3.2. Anode didistribusikan sepanjang jalur pipeline, dan setiap anode memberi perlindungan pada luas area yang sama.
Gambar 3.2: Instalasi Sacrificial Anode (Sumber: Peabody’s Control of Pipeline Corrosion)
Anode dapat diinstall tegak lurus dengan pipeline atau sejajar. Peletakan anode akan mempengaruhi tahanan sistem, seperti dijelaskan oleh Persamaan Dwight dan Mc Coy dalam bagian Teknik Perancangan. Jika menggunakan magnesium, jarak anode minimum 15ft (5m) dari pipeline. Sedangkan untuk zinc, jarak anode minimum adalah 5 feet (1.5m) dari pipeline.
Gambar 3.3: Instalasi Anode dengan Backfill (Sumber: Peabody’s Control of Pipeline Corrosion)
Dalam prakteknya, anode tidak hanya dimasukkan begitu saja. Ada bahan kimia yang digunakan untuk mengisi area di sekitar anode, yang disebut dengan backfill. Komposisi kimia backfill adalah karbon dengan tahanan listrik yang rendah. Fungsi dari backfill ini adalah:
• Memberikan resistansi yang semakin kecil pada sistem proteksi. Resistansi berbanding terbalik dengan diameter. Karena backfill menambah diameter dari anode, resistansi anode ke pipeline menjadi semakin kecil.
• Mencegah korosi local. Dengan backfill, anode memiliki kontak yang lebih efektif ke pipeline. Jika tidak menggunakan backfill, seluruh anode akan terekspos langsung ke tanah. Akibatnya timbul stray current / arus yang hilang ke elektrolit dan arus injeksi tidak maksimal menuju pipeline. Stray current menyebabkan terjadinya korosi lokal akibat perbedaan komposisi tanah antara satu anode dengan yang lain.
• Menjaga kelembaban tanah di sekitar anode.
17 Untuk keperluan inspeksi, pada beberapa titik didirikan test point. Instalasi testpoint diberikan oleh Gambar 3.3. Testpoint memiliki sebuah kotak terminal untuk mengukur tegangan secara parallel tanpa menganggu sistem proteksi. Fungsi dari terminal tes adalah:
• Mengukur arus yang diinjeksikan anode. Terminal tes dilengkapi dengan terminal parallel yang memiliki hambatan tertentu. Oleh karena itu, hasil pengukuran voltmeter dapat dikonversi menjadi besaran arus. Arus hasil pengukuran tidak boleh berbeda jauh dengan disain.
• Mengukur tegangan potensial pipa dengan elektrode acuan. Pengukuran tegangan ini melalui terminal yang tidak dilengkapi resistor (ditunjukkan oleh Gambar 3.5). Elektrode acuan yang digunakan adalah copper sulfate. Tegangan antara potensial pipa dengan copper sulfate harus sama atau lebih negatif dari nilai -0.85V. Hasil pengukuran yang lebih positif dari -0.85V menunjukkan bahwa sistem proteksi katodik tidak bekerja.
B. Impressed Current B.1 Pengertian
Impressed current menggunakan rectifier, yang berfungsi untuk menyearahkan tegangan AC menjadi DC. Rectifier berperan untuk ”menggantikan” fungsi sejumlah anode sebagai sumber tegangan. Oleh karena itu, jika dibandingkan pada aplikasi yang sama, impressed current membutuhkan anode yang lebih sedikit daripada sacrificial anode. Sistem ini baiknya dipakai untuk area dengan tahanan tanah lebih dari 10000Ωcm dan kebutuhan arus lebih dari 1A. Untuk mengetahui spesifikasi rectifier perlu dihitung arus dan hambatan total sistem. Cara perhitungan ini diberikan di dalam studi kasus.
B.2 Prinsip Perancangan
1. Menghitung Luas Permukaan Proteksi
2. Mengetahui Densitas Arus dan Menghitung Arus Proteksi
Langkah satu dan dua tidak berbeda dengan prinsip perancangan Sacrificial Anode. 3. Memilih Anode dan Menghitung Jumlah Anode
Anode yang digunakan berbeda dengan sistem sacrificial. Pada sistem impressed current, anode memiliki batas hantar arus maksimum. Sifat ini akan menentukan jumlah anode total. Semakin tinggi batas hantar arus, semakin sedikit jumlah anode yang diperlukan. Jumlah anode dihitung berdasarkan dua kriteria, yaitu kriteria batas arus dan kriteria lifetime.
Kriteria Batas Arus
Kriteria ini hanya memperhitungkan kapasitas arus maksimum anode. Ic Ai Ip N ⋅ = (3.13)
dengan Ip = arus proteksi total, Ai: luas permukaan proteksi, Ic: kapasitas hantar arus. Kriteria Lifetime
Kriteria ini memperhitungkan masa anode dan lifetime dari sistem. t AnodeWeigh Ip Lifetime N ⋅ ⋅ = 1000 (3.14)
dengan Ip= arus proteksi (mA), masa anode dalam pon. Dari kedua kriteria ini dipilih jumlah yang paling besar.
4. Menghitung Hambatan Groundbed dan Sistem
Groundbed adalah tempat ditanamnya anode. Nilai hambatan groundbed dinyatakan dengan: ) 656 . 0 ln 2 1 8 (ln 00521 . 0 N S L d L N L Rg − + ⋅ = ρ (3.15) Dimana:
ρ = hambat jenis tanah (ohm-cm)
d = diameter anode dengan backfill (feet) S = jarak antar anode (feet)
L= panjang anode dengan backfill (feet) N = jumlah anode
19 Agar rectifier yang digunakan tidak besar kapasitasnya, nilai hambatan groundbed Rg dibatasi. Jika hasil perhitungan melebihi nilai batas Rg, ada beberapa langkah yang dapat dilakukan, yaitu:
a. memperbesar jarak antar anode b. memilih anode yang lebih panjang.
Hambatan sistem adalah total hambatan groundbed ditambah hambatan kabel. Jika hambatan kabel sangat kecil dibandingkan dengan groundbed, dapat diasumsikan hambatan sistem sama dengan hambatan groundbed.
5. Menghitung Spesifikasi Rectifier
Spesifikasi rectifier adalah tegangan dan daya. Kedua nilai ini dapat dicari dengan: . Rg Ip Vrec= ⋅ (3.16) Ip Vrec Srec= ⋅ (3.17)
Dengan Ip: arus proteksi dan Rg: hambatan sistem / groundbed.
Pada akhir perancangan, dapat diketahui jenis dan jumlah anode, serta spesifikasi rectifier yang diperlukan oleh sistem impressed current.
B.3 Detil Instalasi
Gambar 3.6: Rectifier (Sumber: Peabody’s Control of Pipeline Corrosion)
Konfigurasi sumber tegangan dalam sistem impressed current dinyatakan dalam Gambar 3.6. Tegangan AC disambungkan dengan step down transformer, sehingga tegangan output lebih kecil daripada input. Tegangan output transformer harus sesuai dengan spesifikasi tegangan rectifier. Step down transformer memiliki beberapa level tapping. Tapping mengatur agar tegangan keluaran trafo tetap konstan meski tegangan inputnya berubah-ubah. Tegangan yang stabil sangat penting agar arus injeksi juga stabil. Sebagai perlindungan terhadap petir, beberapa trafo dilegkapi dengan shield. Shield
disambungkan ke tanah melalui kabel ground, dan akan menyalurkan tegangan berlebih ke tanah tanpa merusak rectifier.
Tegangan keluaran trafo akan disearahkan oleh rectifier. Rectifier memiliki spesifikasi berupa:
• Tegangan input AC : 120/240/400 V, • Frekuensi : 50/60 Hz • Sistem pendingin : udara, air, oli
• Efisiensi : rasio daya keluaran DC dengan daya input AC
• Daya, tegangan dan arus maksimum : tegangan rectifier dapat diubah-ubah dan rectifier biasanya memiliki sistem closed loop untuk menjaga tegangan output sesuai dengan setpoint.
Selain rectifier, bagian sistem tenaga yang vital adalah kabel. Pemilihan kabel harus dapat memenuhi dua kriteria:
• Ampacity: luas penampang kabel harus cukup besar untuk menyalurkan arus proteksi. Semakin luas penampang semakin tinggi ampacity.
• Jatuh tegangan: adalah fungsi dari luas penampang dan panjang kabel. Jatuh tegangan tidak boleh melebihi nilai 2% dari tegangan rectifier. Semakin luas penampang, semakin kecil jatuh tegangan.
Biaya kabel berbanding lurus dengan luas penampang dan panjang kabel. Agar biaya kabel ekonomis, harus diperhitungkan luas penampang dan panjang yang optimum. Anode yang digunakan dalam sistem ini adalah:
• Graphite: getas, laju konsumsi terbesar dari semua anode, 2 pon/A/tahun.
• High silicon cast iron: terdiri dari 15% silikon dan logam-logam lain dalam presentase yang lebih kecil. Silikon membuat anode ini tahan lama. Laju konsumsi anode besi tanpa silikon adalah 20pon/A/tahun. Dengan penambahan silikon, laju konsumsi menjadi 0.25pon/A/tahun.
• Platinum and platinized niobium: terdiri dari 80% tembaga, 19.5% niobium dan sebagian kecil platinum. Laju konsumsinya terkecil dari semua anode, 80 s/d 160 pon/A/tahun.
21
Bab 4: Studi Kasus Perancangan Proteksi Katodik
A. Sistem Sacrificial Anode A.1 Problem
Studi kasus akan memberikan contoh perhitungan sacrificial anode pada sistem distribusi city gas sederhana seperti disajikan oleh Gambar 4.1. Untuk sistem sacrificial, perhitungan bertujuan untuk menentukan jumlah dan distribusi anode yang akan digunakan dalam sistem. Data yang diperlukan untuk merancang sistem tersebut diberikan oleh Tabel 4.1.
Gambar 4.1: Sistem Distribusi City Gas Sederhana
Tabel 4.1 : Data Disain Sacrifical Anode
Variabel Nilai
Ukuran Pipa (d) a. 2 inch = 0.0508m b. 1 inch = 0.0254m Panjang Pipa (l) a. Pipa 2 inch: 300m
b. Pipa 1 inch: 1300m Tahanan tanah (average) 4500 Ωcm
Kerapatan Arus (ρ) 9mA/sqmm
Tipe Anode Magnesium, berat 9 pon, r = 8.89cm, l = 53.54cm Efisiensi coating (n) 50%
Lifetime 20 tahun
A.2 Solusi
a. Luas permukaan total pipa (Ap) Luas permukaan pipa dapat dicari dengan:
2 1 2 1 2 Ap dl dl 0,0508 300 0,0254 1300 151,613m Ap
Ap= inch + inch =π inch +π inch =π⋅ ⋅ +π ⋅ ⋅ = b. Luas permukaan efektif (Ac)
Ac tergantung pada efisiensi coating, dinyatakan dengan:
2 2 75,806 613 , 151 % 50 m m Ap n Ac= ⋅ = ⋅ =
Berarti luas area yang harus dilindungi oleh sistem proteksi adalah 75.806 m2. c. Arus proteksi maksimum (Ip)
Arus proteksi maksimum adalah perkalian kerapatan arus dengan luas permukaan. A mA m sqm mA Ac Ip=ρ⋅ =9 / ⋅75,806 2 =682,254 =0,682
Berarti sistem harus bisa menginjeksikan arus sebesar 1,631 A. d. Arus proteksi per anode (Ia)
Untuk menghitung arus, perlu diketahui resistansi anode dengan elektrolit / tanah, yang dinyatakan dengan Dwight’s Equation:
Ω = ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ ⋅ − ⋅ = ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ − = 1 29,15 89 , 8 54 , 53 4 ln 54 , 53 159 , 0 4500 1 4 ln 159 , 0 r L L R ρ
Note: satuan L dan R yang digunakan adalah cm.
Arus per anode Ia dinyatakan dengan:
mA Rae E ctrolyte ceAnodeEle sis e teelVoltag Polariseds tage DrivingVol Ia 0,024 15 , 29 85 , 0 55 , 1 tan Re = − = Δ = − = e. Jumlah anode (N)
N harus memenuhi dua kriteria, yaitu kriteria inisial dan kriteria lifetime.
Kriteria inisial. N adalah pembagian total arus injeksi sistem dengan arus per anode:
anodes mA A Ia Ip N 28.41 024 , 0 682 , 0 = = =
Menurut kriteria inisial, jumlah anode yang dibutuhkan adalah 29 unit.
Kriteria Lifetime. N tergantung dari berat anode, lifetime sistem dan kepadatan arus.
anodes t AnodeWeigh Ip Lifetime N 30.75 9 3 , 49 254 , 682 20 3 , 49 ⋅ = ⋅ = ⋅ ⋅ =
Note: massa anode dinyatakan dalam pon, Ip dinyatakan dalam mA
Menurut kriteria lifetime, jumlah anode yang dibutuhkan adalah 31 unit. Jumlah anode yang dipilih adalah yang paling besar, yaitu 31 anode.
f. Distribusi anode (A)
Distribusi anode adalah luas daerah yang harus diproteksi untuk 1 anode.
2 445 . 2 31 806 . 75 m N Ac A= = =
Satu anode akan memberikan proteksi katodik ke pipa dengan luas area 2,614m2. g. Layout
Layout memberikan informasi tentang jumlah anode yang dipasang pada masing-masing jenis pipa seperti dinyatakan pada Tabel 4.2.
Tabel 4.2 Jenis Pipa dan Jumlah Anode
Jenis Pipa Luas Permukaan Efektif (Ac) Jumlah Anode (Ac/A) Diameter 2inch (0.0508m) 0.5⋅π⋅0,0508⋅300=23.935m2 23,93:2,445=10unit
Diameter 1inch (0.0254m) 0,5⋅π⋅0,0254⋅1300=51.87m2 51.87:2,445=21unit
Total 31 unit Spasi peranode dapat dihitung dengan pembagian panjang/jumlah anode:
• Pipa 2inchi : panjang 300m, anode: 10, jarak peranode: 30m • Pipa 1inchi: panjang 1300m, anode: 21, jarak peranode: 62m
Kesimpulan. Sistem sacrificial anode ini membutuhkan 31 jumlah anode jenis Magnesium, dengan berat 9pon, radius 3.5inchi, panjang 21inchi. Pipa dengan diameter 2inchi memerlukan 10 anode dengan jarak peranode 30 meter.Pipa 1inchi memerlukan 21 anode dengan jarak peranode 62 meter.
23 B. Sistem Impressed Current
B.1 Problem
Dalam sistem ini, perhitungan mencakup jumlah anode, distribusi anode dan kapasitas rectifier yang akan dipasang. Impressed current biasanya digunakan untuk sistem proteksi dengan luas permukaan yang besar dan arus proteksi yang sangat tinggi. Jika hanya menggunakan sacrificial anode, jumlah anode yang dibutuhkan akan terlalu banyak. Peran rectifier adalah memberi sumber tegangan agar arus yang diinjeksikan ke pipa cukup besar dengan jumlah anode yang lebih sedikit. Studi kasus ini menggunakan jalur distribusi gas utama dengan diameter pipa 6inchi dan panjang 6800 feet. Data disain diberikan oleh Tabel 4.3.
Tabel 4.3: Data Disain Impressed Current
Variabel Nilai
Ukuran Pipa (d) 6 inch = 0,1524 m
Panjang Pipa (l) 6800 feet = 2072 m = 2,072 km Tahanan tanah (average) 2000 Ωcm
Kerapatan Arus (ρ) 30mA/sqmm
Tipe Anode Dinyatakan di section berikutnya
Efisiensi coating (n) 50%
Impedansi Coating 25000Ω/m2 Hambatan Maksimum Groundbed 2Ω
Hambatan Kabel 0.15 Ω/km
Lifetime 15 tahun
B.2 Solusi
a. Luas permukaan pipa (Ap)
2 03 , 992 2072 1524 , 0 m dl Ap=π =π⋅ ⋅ =
b. Luas permukaan efektif (Ac)
2 2 496,015 03 , 992 % 50 m m Ap n Ac= ⋅ = ⋅ =
Berarti luas area yang harus dilindungi oleh sistem proteksi adalah 496.015 m2. c. Arus Proteksi Maksimum (Ic)
A mA m sqm mA Ac Ip=ρ⋅ =30 / ⋅496,015 2 =14880,45 =14,88 Berarti sistem harus bisa menginjeksikan arus sebesar 14,88 A.
d. Pemilihan Anode
Untuk sistem impressed current, anode yang digunakan berbahan dasar silikon. Dalam perancangan ini dipilih anode dengan berat 110 pon, dan luas permukaan 4 sqft (0,371m2), diameter 10 inchi (0,833 feet = 2,54cm) dan panjang 84 inchi (7 feet = 20,32cm).
e. Perhitungan Jumlah Anode
Terdapat tiga kriteria yang harus dipenuhi, yaitu kriteria batas arus anode, kriteria lifetime dan kriteria hambatan groundbed.
Kriteria batas arus anode. Dalam menghantarkan arus dari rectifier, anode impressed current memiliki kapasitas maksimal. Untuk bahan dasar silikon, kapasitas hantar arus maksimal adalah 10,76 A/m2. Jumlah anode dapat dihitung dengan:
anode m A m A Ic Ai Ip N 3,72 76 , 10 371 , 0 88 , 14 2 2⋅ = = ⋅ =
Menurut kriteria batas arus, diperlukan anode sebanyak 4 unit.
Kriteria Lifetime. Tergantung dari lifetime, arus proteksi dan batas hantar arus anode.
anode pon mA t AnodeWeigh Ip Lifetime N 2,02 110 1000 14880 15 1000 ⋅ = ⋅ = ⋅ ⋅ =
Note: massa anode dinyatakan dalam pon, Ip dinyatakan dalam mA
Menurut kriteria lifetime, diperlukan anode sebanyak 1 unit. Dipilih anode dengan jumlah terbanyak, yaitu 4 unit.
f. Perhitungan Hambatan Groundbed
Groundbed adalah tempat anode ditanam. Impedansi groundbed dinyatakan dengan:
) 656 . 0 ln 2 1 8 (ln 00521 . 0 N S L d L N L Rg − + ⋅ = ρ
Impedansi groundbed dapat dihitung dengan menetapkan jarak antar anode terlebih dahulu. Jika nilai batas terlewati, jarak antar anode dapat diperbesar atau dipilih anode yang lebih panjang. Untuk kasus ini digunakan jarak anode sebesar S = 30 feet , L = 7 feet, D = 0.8333 feet, sehingga didapat:
Ω = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ − + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = ln0.656 4 1.36 30 7 2 1 833 . 0 7 8 ln 4 7 2000 00521 . 0 Rg
Hambatan groundbed adalah 1.36Ω, di bawah batas maksimal 2 Ω.
Untuk menghitung spesifikasi rectifier, hambatan groundbed perlu ditambah dengan hambatan kabel. Ω = ⋅ Ω + Ω = + =Rg Rcable 1.36 (0.15 /km 2.072) 1.678 Rtot
g. Perhitungan Tegangan dan Daya Rectifier
Spesifikasi converter dinyatakan dengan tegangan dan daya. W Ip Vrec Srec V Rtot Ip Vrec 93 , 369 . 86 , 24 678 . 1 88 , 14 = ⋅ = = ⋅ = ⋅ =
Kesimpulan. Sistem impressed current ini membutuhkan: a. Rectifier dengan rating output 25VDC, 370W.
b. Anode bahan dasar Silikon, berat 110pon, luas permukaan 4 sqft, diameter 10 inchi (0.833 feet), panjang 84 inchi (7 feet), dengan jumlah anode 4 dan jarak antar anode 30 feet.
25
Referensi
1. Peabody, A.W., “Control of Pipeline Corrosion”, NACE, Houston, 2001
2. Review of corrosion management for offshore oil and gas processing, Capcis Limited, Manchester, 2001
3. Webster,S.; Woollam,R, “Corrosion Monitoring Manual”, BP Amoco, 1996 4. Nace 176-1994: Standard Recommended Practice: Corrosion Control of Steel
Fixed Offshore Platforms Associated with Petroleum Production, NACE, Houston, 1994
5. TM 5-811-7: Technical Manual: Electrical Design Cathodic Protection, Department of The Army USA, Washington, 1985
