ANALISA KEGAGALAN OUTER DAN INNER TUBE CHLOROPAC DI PLTU PT. PJB UP GRESIK Oleh : Chafidh Ardiansyah

ANALISA KEGAGALAN OUTER DAN

INNER TUBE CHLOROPAC DI PLTU

PT. PJB UP GRESIK

Oleh :

Chafidh Ardiansyah 2708100032

Pembimbing:

Ir. Muchtar Karokaro, M.Sc NIP. 1947 07 17 1978 01 1001

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

Chloropac adalah sebuah alat yang berfungsi untuk memproduksi sodium hipoklorit (NaOCl). Sodium hipoklorit dibuat didalam chloropac dengan bahan baku air laut dengan cara elektrolisa.

Latar Belakang

Chloropac unit 3 & 4 di PLTU PT.PJB UP GRESIK

Bekerja dengan Kecepatan air laut + 5 kgf/cm2, tegangan 60

V, arus 1.200 A dan temperatur 40oC

Kegagalan berupa kebocoran Mengalami kegagalan pada outer

dan inner tube chloropac dan mulai beroperasi pada bulan Juli 2011 dan

kebocoran telah terjadi pada bulan Desember 2011, dengan kata lain

Perumusan Masalah

Kegagalan outer dan inner tube chloropac unit 3&4

Apa faktor penyebabnya???

Bagaimana mekanismenya??? Apa upaya yang

Tujuan

Menentukan Faktor-faktor

penyebab kegagalan pada outer dan

inner tube chloropac

1

Mempelajari mekanisme kegagalan

outer dan inner tube chloropac

2

Mengetahui upaya yang dapat

diambil pada kegagalan outer dan

inner tube chloropac

3

Batasan Masalah

Keadaan lingkungan luar dianggap tetap

Material outer dan inner tube bersifat homogen

Komposisi kimia dianggap homogen pada tiap spesimen

Manfaat Penelitian

Mahasiswa dapat memahami dan mengaplikasikan ilmu yang diperoleh khususnya dalam bidang material dan metalurgi, sedangkan untuk pihak perusahaan agar hasil penelitian dapat dijadikan sebagai rekomendasi untuk meminimalisir jenis kegagalan yang sama di kemudian hari.

Chloropac

Chloropac adalah sebuah alat yang berfungsi untuk memproduksi sodium hipoklorit (NaOCl). Sodium hipoklorit dibuat didalam chloropac dengan bahan baku air laut dengan cara elektrolisa.

Teori Elektrolisis

• Proses elektrolisis didasarkan pada prinsip Faraday yaitu

menggambarkan aksi yang dihasilkan dari bagian dari sebuah arus listrik melalui elektrolit.

• Air laut pada prinsipnya adalah “garam + air”

• Garam yang berpengaruh terhadap produksi sodium hypochloride adalah garam NaCl.

• Dengan adanya aliran arus listrik (DC), maka air laut yang masuk kedalam cell modul akan terurai menjadi :

Garam (NaCl) menjadi ion Na+ _{& ion Cl}

-• Elektrolisa untuk memicu reaksi kimia pembentukan sodium hypochloride pada air laut dapat dijelaskan sebagai berikut : • Reaksi pada sisi Anoda :

2Cl- _Cl

2 + 2e- reaksi oksidasi

Cl₂ + H₂O  HOCl + HCl • Reaksi pada sisi Katoda :

Na+ _{+ e}- _{ NaO reaksi reduksi}

2NaO + 2H₂O  H₂ + 2NaOH • Reaksi gabungan :

HCl + NaOH  NaCl + H₂O HOCl + NaOH  NaOCl + H₂O • Reaksi ringkas :

Modul sel chloropac

• Modul sel adalah pemasangan yang tersusun dari 16 seri sel hidrolik terhubung. Elektrolisis dalam sebuah modul merupakan proses yang berkesinambungan.

Komposisi dan sifat mekanik yang dibutuhkan dari outer dan inner tube

(ASTM B 338 Gr.1) Element (%) Titanium Nitrogen 0.03 (max) Carbon 0.08 (max) Hydrogen 0.015 (max) Iron _{0.20 (max)} Oxygen _{0.030 (max)} Aluminium _(-) Vanadium _(-) Tin _(-) Ruthenium _(-) Palladium _(-) Cobalt _(-) Molybdenum _(-) Chromium _(-) Nickel _(-) Niobium _(-) Zirconium _(-) Silicon _(-) Titanium _Balance Grade Tensile Strength, min Yield Strength Elongation Min max

ksi Mpa ksi Mpa ksi Mpa

Analisa Kegagalan

• Faktor kesalahan dalam

pemilihan material

1

• Faktor kesalahan dalam proses perancangan

komponen mesin

2

• Kondisi kerja yang ekstrim

1 •Identifikasi permasalahan 2 •Investigasi Material 3 •Pembebanan dan Tegangan

KOROSI

korosi adalah rusak atau lapuknya suatu material (umumnya logam) karena berinteraksi dengan lingkungan sekitar.

Jenis-jenis Korosi

Korosi Batas Butir ( Intergranular Corrosion )

• Intergranular corrosion adalah bentuk korosi yang terjadi pada paduan logam akibat terjadinya reaksi antar unsur logam tersebut di batas butirnya disebabkan karena susunan kristal pada suatu atom material mengalami kekosongan maka akan berakibat mudahnya material mengalami korosi.

Korosi basah

• Korosi basah merupakan suatu proses elektrokimia, yaitu proses kimia yang menimbulkan arus listrik. Karena logam merupakan penghantar listrik yang baik, maka logam akan sangat mudah mengalami proses semacam ini. Akibatnya logam akan bereaksi secara elektrokimia dengan lingkungannya dan akan membentuk senyawa yang sejenis dengan bentuknya di alam.

Korosi Erosi

• Korosi Erosi adalah korosi yang terjadi karena adanya pengaruh kecepatan fluida

Diagram Alir

Mulai

Pengumpulan Data Awal Kegagalan (Studi Literatur)

Alat dan Bahan

Preparasi Spesimen Pengamatan Makro Uji Komposisi Kimia Uji Mikroskop Optik Uji SEM-EDX Uji XRD Analisa dan Pembahasan

Kesimpulan, Saran dan Rekomendasi

Penampang Kegagalan

Outer tube

(a) Pengamatan visual permukaan outer tube daerah lubang dengan perbesaran 20x sisi luar

(a) _(b)

Di Balik

(c)

(b) Pengamatan visual permukaan outer tube daerah lubang dengan perbesaran 50x sisi luar (c) Pengamatan visual permukaan outer tube daerah lubang dengan perbesaran 50x sisi dalam

Penampang Kegagalan

Inner tube

(a) Pengamatan visual permukaan inner tube daerah lubang dengan perbesaran 20x sisi luar

(a) _{(b) (c)}

(b) Pengamatan visual permukaan inner tube daerah lubang dengan perbesaran 50x sisi luar (c) Pengamatan visual permukaan inner tube daerah lubang dengan perbesaran 50x sisi dalam

Pengujian Komposisi Kimia

OES (Optical Emission Spectroscopy )

(a) Spesimen outer tube sebelum di spectrometry (b) Spesimen outer tube setelah di spectrometry (c) Spesimen inner tube sebelum di spectrometry (d) Spesimen inner tube setelah di spectrometry

Hasil komparasi uji komposisi kimia (ASTM B 338 Gr.1)

Unsur Titanium Hasil uji

Outer Tube Inner Tube

Nitrogen 0.03 (max) _{(-) (-)} Carbon 0.08 (max) _{0.032 0.027} Hydrogen 0.015 (max) _{(-) (-)} Iron _{0.20 (max)} 16.150 17.160 Oxygen _{0.18 (max) (-) (-)} Aluminium _{(-) 0.150 0.068} Vanadium _{(-) 9.580 9.700} Tin _{(-) (-) (-)} Ruthenium _{(-) (-) (-)} Palladium _{(-) (-) (-)} Cobalt _{(-) (-) (-)} Molybdenum _{(-) 0.090 0.112} Chromium _{(-) 0.042 0.037} Nickel _{(-) 0.026 0.016} Niobium _{(-) 1.140 1.150} Zirconium _{(-) (-) (-)} Silicon _{(-) 0.022 0.018} Titanium _{Balance 71.850 70.820}

Hasil Pengujian Metallography

1 2

3 4

Struktur mikro outer tube sisi dalam dan inner tube sisi luar dengan perbesaran 200x (1) & (3) dan perbesaran 1000x (2) & (4)

Diagram kesetimbangan fasa Ti-V

Diagram kesetimbangan fasa Al-Ti-V

βTi,V + Ti₃Al

βTi,V + TiAl

Hasil Pengamatan SEM-EDX

1

2

1 2

Material Titanium Outer Tube sisi dalam dan hasil SEM dengan perbesaran 90x pada outer tube sisi dalam

Hasil Pengamatan SEM-EDX

Material Titanium Inner Tube sisi luar dan hasil SEM dengan perbesaran 250x pada inner tube sisi luar

3

4

4 3

Hasil Pengamatan SEM-EDX

Hasil pengujian SEM-EDX pada spesimen outer tube sisi dalam dengan pembesaran 90x dan komposisi hasil EDX

Element Wt% At% CK 07.32 15.59 NK 00.00 00.00 OK 28.29 45.23 NaK 02.64 02.94 AlK 08.00 07.58 NbL 01.85 00.51 CaK 04.20 02.68 TiK 47.69 25.47 VK 00.00 00.00 Matrix Corre ction ZAF

Hasil Pengamatan SEM-EDX

Hasil pengujian SEM-EDX pada spesimen inner tube sisi luar dengan pembesaran 250x dan komposisi hasil EDX

Element Wt% At% CK 08.25 16.04 OK 34.19 49.89 NaK 02.92 02.97 MgK 03.42 03.29 AlK 02.77 02.39 SiK 01.65 01.37 SK 01.23 00.90 ClK 02.29 01.51 KK 01.49 00.89 CaK 03.99 02.33 TiK 37.79 18.42 VK 00.00 00.00 Matrix Corre ction ZAF

Pengujian XRD

VC TiN TiN VC Fe TiN Ni₃S₂ Fe TiN FeCl₂ TiS₃ SF6 FeCl₂

Pengujian XRD

Hasil pengujian XRD pada spesimen inner tube sisi luar

TiN VC Ti Fe VC TiN Ti Ti FeSi₂ Fe Ti Nb₃Si Ti Ti

Pembahasan

• Dari pengamatan Makro, bisa diketahui bahwa pipa outer tube mengalami kerusakan atau kebocoran yang berawal dari sisi dalam ke sisi luar, seperti

terlihat pada gambar 4.1 (c), yaitu adanya endapan dan cekungan-cekungan akibat pengikisan dan

korosi dari dalam.

• Kerusakan pada outer tube ini pada umumnya

berada pada sisi katoda atau elektroda negatif, hal ini sesuai dengan reaksi yang terjadi pada katoda

yaitu Na+ _{+ e}-  NaO dan 2NaO + 2H

2O  H2 +

Pembahasan

• Begitu juga pada inner tube, kerusakan atau

bocornya berawal dari sisi luar ke sisi dalam, seperti terlihat pada gambar 4.2 (b) adanya endapan atau cekungan-cekungan akibat pengikisan dan korosi dari luar.

• Kerusakan pada inner tube ini pada umumnya

berada pada sisi katoda atau elektroda negatif, hal ini sesuai dengan reaksi yang terjadi pada katoda

yaitu Na+ _{+ e}-  NaO dan 2NaO + 2H

2O  H2 +

Pembahasan

• Dari hasil uji spectrometry bisa diketahui bahwa pipa outer tube dan inner tube seperti pada tabel 4.1 terdapat tiga unsur dominan yaitu V, Fe dan Ti. • Dari hasil uji metallography pada pipa outer tube

dan inner tube bisa diketahui struktur mikro yang seperti garis hitam atau gelap adalah intergranular beta dan yang terang adalah alpha

• Dari pengamatan Mikro yang dilakukan dengan

bantuan SEM-EDX bisa diketahui bahwa hasil SEM dari gambar 4.5 (1) dengan perbesaran 90x pada

outer tube sisi dalam mempunyai warna gelap lebih banyak daripada gambar 4.5 (2).

Pembahasan

• Begitu juga dari gambar 4.6 (3) dapat dilihat bahwa hasil SEM dengan perbesaran 250x pada inner tube sisi luar mempunyai warna gelap lebih banyak

daripada gambar 4.6 (4).

• Dari gambar 4.7 bisa dilihat bahwa hasil SEM-EDX pada spesimen outer tube sisi dalam ternyata

menunjukkan adanya unsur-unsur Ti, Al, C dan O. • Begitu juga dari gambar 4.8 bisa dilihat bahwa hasil

SEM-EDX pada spesimen inner tube sisi luar

ternyata menunjukkan unsur-unsur Ti, Al, C dan O. • Dengan demikian produk korosi pipa outer tube dan

Pembahasan

• Dari hasil uji XRD pada outer tube ternyata muncul

FeCl₂, TiN, VC dan unsur/senyawa lain sebagaimana

dari hasil XRD.

• Begitu juga pada inner tube ternyata muncul Ti, TiN, VC dan unsur/senyawa lain sebagaimana dari hasil XRD.

• Hasil uji XRD ini bersesuaian dengan hasil spectrometry.

Kesimpulan

• Faktor yang menyebabkan kegagalan material

titanium pada pipa outer tube dan pipa inner tube di PLTU unit 3 dan 4 milik PT. PJB UP Gresik yaitu

korosi.

• Mekanisme kegagalan atau kebocoran pada pipa outer tube dan pipa inner tube terjadi pada sisi

katoda atau elektroda negatif, hal ini sesuai dengan

reaksi yang terjadi pada katoda yaitu Na+ + e- 

NaO dan 2NaO + 2H₂O  H₂ + 2NaOH. Hal ini

dikarenakan sitemnya yang berselang-seling dalam penyusunan pipa outer tube dan pipa inner tube, sehingga terjadinya korosi juga berselang-seling.

Kesimpulan

• Upaya yang dapat diambil untuk mencegah

terjadinya kebocoran pipa outer tube dan inner tube yaitu dengan meningkatkan ketebalan pipa

outer tube dan pipa inner tube, sehingga umur pipa outer tube dan pipa inner tube relatif dapat

diperpanjang. Selain itu dicoba untuk memasang pipa outer sebagai katoda dan pipa inner sebagai anoda atau sebaliknya pipa outer sebagai anoda dan pipa inner sebagai katoda.

Saran

• Dilakukan rutin pengechekan dan pencatatan tegangan tiap cell modul chloropac.

• Dilakukan pembersihan rutin setiap 1 minggu sakali pada pipa outer tube sisi dalam dan pipa inner tube sisi luar agar endapan garam dan lumpur tidak

menempel.

• Dilakukan penyusunan katoda-anoda pipa outer tube dan inner tube tidak berselang-seling.

• Dilakukan penebalan pipa outer tube dan inner tube agar umur pipa relatif diperpanjang.

DAFTAR PUSTAKA

• Fava James A. And Thomas David L.. 1978. Use Of Chlorine To Control OTEC Biofouling. Ocean Engng.Vol.5.pp.269-288. • Nishida, Shin-ichi.1992. Failure Analysis in Engineering

Application. Jordan Hill. Oxford. Butterworth Heinemann Ltd.

• R. Brooks, Charlie and Choudhury, Ashok. 2002. Failure

Analysis of Engineering Materials. New York : McGraw-Hill. • ___. 2002. ASM Metals Handbook Vol.03 Alloy Phase

Diagrams. Material park. Ohio. USA. ASM international. • ___. 2004. ASM Metals Handbook Vol.09 Metallographic

and Microstructure. Material park. Ohio. USA. ASM international.