Kerusakan pada boiler a. Pembentukan kerak
Terbentuk kerak pada dinding boiler terjadi akibat adanya mineral-mineral pembentukan kerak, misalnya ion-ion kesadahan seperti Ca2+ dan Mg2+ dan akibat pengaruh gas penguapan. Diamping itu pula dapat disebabkan oleh mekanisme pemekatan didalam boiler karena adanya pemanasan. Jenis-jenis kerak yang umum dalam boiler adalah kalsium sulfat, senyawa silikat dan karbonat. Zat-zat dapat membentuk kerak yang keras dan padat sehingga bila lama penanganannya akan sulit sekali untuk dihilangkan. Silika diendapkan bersama dengan kalsium dan magnesium sehingga membuat kerak semakin keras dan semakin sulit untuk dihilangkan.
Kerak yang menyelimuti permukaan boiler berpengaruh terhadap perpindahan panas permukaan dan menunjukkan dua akibat utama yaitu berkurangnya panas yang dipindahkan dari dapur ke air yang mengakibatkan meningkatkan temperatur disekitar dapur, dan menurunnya efisiensi boiler.
b. Peristiwa korosi
Korosi dapat disebabkan oleh oksigen dan karbon dioksida yang terdapat dalam uap yang terkondensasi. Korosi merupakan peristiwa logam kembali kebentuk asalnya dalam misalnya besi menjadi oksida besi, alumunium dan lain-lain. Peristiwa koros dapat terjadi disebabkan oleh :
– Gas-gas yang bersifat korosif seperti O2, CO2, H2S – Kerak dan deposit
– Perbedaan logam (korosi galvanis) – pH yang terlalu rendah dan lain-lain
Jenis korosi yang dijumpai pada boiler dan sistem uap adalah general corrosion, pitting (terbentuknya lubang) dan embrittlement (peretakan baja). Adanya gas yang terlarut, oksigen dan karbon dioksida pada air umpan boiler adalah penyebab utama general corrosion dan pitting corrosion (tipe oksigen elektro kimia dan diffrensial).
Kelarutan gas-gas ini di dalam air umpan boiler menurun jika suhu naik. Kebanyakan oksigen akan memisah pada ruang uap, tetapi sejumlah kecil residu akan tertinggal dalam larutan atau terperangkap pada kantong-kantong atau dibawah deposit, hal ini dapat menyebabkan korosi pada logam-logam boiler. Karena itu pentinguntuk melakukan proses deoksigenasi air boiler.
Jumlah rata-rata korosi atau serangan elektrokimia akan naik jika nilai pH air menurun. Selain itu air umpan boiler akan dikondisikan secara kimia mencapai nilai pH yang relatif tinggi. Bentuk korosi yang tidak umum tetapi berbahaya adalah bentuk korosi embrittlement atau keretakan inter kristalin pada baja yang terjadi jika berada pada tekanan yang tinggi dan lingkungan kimia yang tidak sesuai. Caustic embrittlement atau keratakan inter kristalin pada baja yang terjadi jika berada pada tekanan yang tinggi dan lingkungan kimia yang tidak sesuai. Caustic embrittlement terjadi pada sambungan penyumbat dan meluas pada ujung tabung dimana celah memungkinkan perkembangan suatu lingkungan caustic yang terkonsentrasi. Hidrogen embrittlement adalah bentuk lain dari retakan interkristalin yang terjadi pada tabung air boiler yang disebabkan tekanan tinggi dan kondisi temperatur yang tertentu.
c. Pembentukan deposit
Deposit merupakan peristiwa penggumpalan zat dalam air umpan boiler yang disebabkan oleh adanya zat padat tersuspensi misalnya oksida besi, oksida tembaga dan lain-lain. Peristiwa ini dapat juga disebabkan oleh kontaminasi uap dari produk hasil proses produksi. Sumber deposit didalam air seperti garam-garam yang terlarut dan zat- zat yang tersuspensi didalam air umpan boiler. Pemanasan dan dengan adanya zat tersuspensi dalam air pada boiler menyebabkan mengendapnya sejumlah muatan yang menurunkan daya kelarutan, jika temperaturnya dinaikkan.
Hal ini menjelaskan mengapa kerak dan sludge (lumpur) terbentuk. Kerak merupakan bentuk deposit-deposit yang tetap berada pada permukaan boiler sedangkan sludge merupakan bentuk deposit-deposit yang tidak menetap atau deposit lunak. Pada ketel bertekanan tinggi, silika muda mengendap dengan uap dan dapat membentuk deposit yang menyulitkan pada daun turbin.
d. Kontaminasi Uap (steam carryover)
Ketika air boiler mengandung garam terlarut dan zat tersuspensi dengan konsentrasi yang tinggi, ada kecendrungan baginya untuk membentuk busa secara berlebihan sehingga dapat menyebabkan steam carryover zat-zat padat dan cairan pengotor kedalam uap.
Steam carryover terjadi jika mineral-mineral dari boiler ikut keluar bersama dengan uap ke alat-alat seperti superheater, turbin, dan lain-lain. Kontaminasi- kontaminasi ini dapat diendapkan kembali pada sistem uap atau zat-zat itu akan mengontaminasi proses atau material-material yang diperlukan steam.
- DEAERATOR CRACKING
Pada banyak deaerator, kasus keretakan terjadi pada bagian pengelasan dan area yang terkena panas di dekat area pengelasan. Keretakan paling umum terjadi pada bagian pengelasan head dengan shell di bawah level air di dalam kompartemen penyimpanan. Namun, hal itu juga terjadi pada bagian atas level air dan pada pengelasan longitudinal. Keretakan bisa menyebabkan kerusakan alat, dan mengakibatkan timbulnya bahaya keselamatan sehingga memerlukan inspeksi secara rutin dan penjaminan, perbaikan atau penggantian.
Kebanyakan mekanisme keretakan deaerator telah diidentifikasi sebagai enviromentally assisted fatigue cracking.
- EROSI JALUR AIR UMPAN
Aliran air dengan kecepatan tinggi dan bisanya campuran air dan steam menyebabkan erosi pada sistem air umpan. Permasalahan erosi yang paling umum ditemui yaitu pada hairpin bend pada steaming economizer. Di tempat ini, campuran air dan steam mengikis elbow, meninggalkan bekas telapak sepatu kuda terbalik.
Masalah serupa juga ditemui pada pipa air umpan dimana kecepatan yang tinggi menimbulkan pola penipisan yang familiar.
- TUBE EKONOMIZER
Tube air di ekonomizer merupakan tempat yang sering terjadinya kerusakan parah akibat pitting oleh oksigen . Kerusakan paling parah terjadi pada inlet ekonomizer dan sambungan pengelasan tube. Pemasangan deaerator yang beroperasi efektif sangat penting. Penggunaan fast-acting oxygen scavenger, seperti natrium sulfit terkatalisasi juga membantu melindungi bagian vital dari boiler.
Ketika pitting oksigen merupakan bentuk korosi paling umum yang terjadi pada sisi air yang menyebabkan kerusakan pada tube ekonomizer, soda kaustik terkadang terakumulasi di bawah deposit dan memyebabkan caustic gaughing. Biasanya, serangan ini terbentuk di daerah sebuah ekonomizer dimana proses produksi steam terjadi di bawah deposit dan soda kaustik bebas hadir di dalam air umpan. Solusi terbaik untuk mengatasi permasalahan ini yaitu dengan melalui peningkatan penanganan yang akan menghilangkan kemungkinan deposisi.
Penyebab umum lainnya yang menyebabkan kerusakan ekonomizer meliputi fatigue cracking pada ujung tube yang digulung dan korosi bagian sisi api yang disebabkan oleh asam dari gas buang boiler.
- KERUSAKAN KARENA OVERHEATING
Ketika kerusakan tube terjadi karena overheating dan aliran plastis (kondisi yang umumnya bersamaan deposit), penyebabnya biasanya diidentifikasi dengan deposit . Sebuah analisis yang akurat pada deposit mengindikasikan sumber dari masalah dan langkah yang dibutuhkan untuk mengatasinya. Analisa metalografi berguna pada saat mengonfirmasi apakah terpapar dalam waktu singkat atau lama terhadap kondisi overheating yang terjadi sebelum kerusakan. Beberapa analisa juga membantu ketika kualitas logam atau kecacatan manufaktur dicurigai sebagai penyebab kerusakan, meski faktor ini tidak begitu siginifikan.
Ketika kerusakan tube akibat overheating, pengujian yang teliti dari kerusakan bagian tube akan mengungkapkan apakah kerusakan dikarenakan kenaikan temperatur dinding tube secara cepat pada waktu lama, penambahan deposit secara bertahap.
Ketika kondisi kenaikan temperatur secara cepat pada temperatur logam hingga 871oC atau lebih, kondisi aliran plastis akan dicapai dan tube akan pecah.
Ledakan thin-lipped terjadi ketika sirkulasi air pada tube diinterupsi dengan penutupan atau kegagalan sirkulasi yang disebabkan level air yang rendah. Pada beberapa desain steam drum, level air merupakan faktor kritis karena baffling dapat mengisolasi sebuah bagian yang dihasilkan dari sebuah boiler ketika level air pada steam drum turun di bawah titik tertentu.
Ledakan thin-lipped juga terjadi pada tube superheater ketika aliran steam tidak cukup, ketika deposit membatasi aliran, atau ketika tube diblok oleh air karena laju pembakaran yang cepat selama start-up boiler.
Gangguan pada aliran tidak selalu menghasilkan kerusakan yang cepat.
Tergantung pada temperatur yang dicapai, tube dapat rusak karena korosi atau mekanisme penipisan dalam waktu yang lama sebelum penggelembungan, atau pelepuhan atau kerusakan secara serentak terjadi. Pengujian metalurgi untuk mendeteksi faktor mekanikal yang berkontribusi dapat membantu dalam mengidentifikasi sumber masalah.
Kondisi pengerakan yang lama yang akan menimbulkan kebocoran tube biasanya diindikasikan dengan pengeriputan, penggelembungan permukaan luar dan adanya celah thick-lipped. Tampilan ini mengindikasikan creep failure dalam waktu lama yang ditimbulkan akibat pembentukan kerak yang berulang-ulang, menyebabkan overheating dan pembengkakan permukaan tube. Kerak secara instan cenderung mengalami keretakan, air kontak dengan logam dan mendinginkan logam hingga terjadi proses pengerakan berulang.
- Stress Corrosion Cracking
Berbagai mekanisme korosi berkontribusi pada kerusakan tube boiler. Stress corrosion dapat terjadi pada intercrystalline atau transgranular cracking dari baja karbon. Hal ini disebabkan kombinasi dari tekanan pada logam dan adanya korosi. Pengujian metalurgi dari bagian yang rusak dibutuhkan untuk mengonfirmasi tipe spesifik dari keretakan.
- Caustic Embrittlement
Caustic embrittlement merupakan bentuk spesifik dari stress corrosion, yang dihasilkan di dalam intercrystalline cracking dari baja. Intercrystalline cracking hanya terjadi ketika hal ini ada: kondisi spesifik dari tekanan, mekanisme untuk konsentrasi seperti kebocoran, dan adanya NaOH pada air boiler. Oleh karena itu, tube boiler rusak karena caustic embrittlement pada titik dimana tube dijadikan lembaran atau drum, atau header.
Kemungkinan embrittlement tidak boleh diabaikan bahkan ketika boiler memiliki desain semuanya dilas. Keretekan pada pengelasan atau kebocoran pada ujung tube dapat memberikan mekanisme yang mana logam drum dapat mendapat efek yang merugikan.
Detektor embrittlement dapat digunakan untuk menentukan apakah air boiler memiliki kecenderungan untuk embrittlement. Jika air memiliki kecenderungan embrittlement, perlu diambil langkah perlindungan dari kerusakan yang diakibatkan embrittlement.
Natrium nitrat merupakan perlakuan standar untuk menghambat embrittlement dari boiler yang beroperasi pada tekanan rendah. Rasio natrium nitrat terhadap natrium hidroksida di dalam air boiler yang direkomendasikan oleh departemen pertambangan tergantung dari tekanan operasi boiler. Perbandinganya yaitu:
Tekanan, psi (kg/cm2) : Hingga 250 (17,6), Hingga 400 (28,1), dan Hingga 1000 (70,3)
Perbandingan NaNO3/NaOH : 0,2 , 0,25 , 0,40-0,50
Rumus untuk menghitung perbandingan natrium nitrat dengan natrium hidroksida di dalam air boiler adalah sebagai berikut:
Pada tekanan di atas 900 psig. Kontrol pengkoordinasikan pospat/pH merupakan perlakuan internal yang biasanya dilakukan. Ketika dilakukan dengan baik, perlakuan ini akan menghambat peningkatan konsentrasi kaustik, menghilangkan potensi terjadinya caustic embrittlement.
- Fatigue dan Corrosion Fatigue
Transgranular cracking biasanya disebabkan cyclic stress yang merupakan bentuk umum dari cracking yang ditemui pada boiler industri. Untuk menentukan penyebab transgranular failure, dibutuhkan pemelajaran mengenai desain dan kondisi operasi dari boiler. Straight tube, shell and tube waste heat boiler sering mengalami tube dan tube sheet failure dikarenakan adanya tegangan yang tidak merata. Penyebab utama dari kejadian ini yaitu karena distribusi tidak merata dari gas panas melewati permukaan dari tube sheet.
Berbagai fitur desain yang memungkinkan terbentuknya steam pockets di dalam unit dapat menyebabkan cyclic overheating dan quenching. Hal ini dapat menimbulkan keretakan pada tube dan terkadang pada shell.
Beberapa intercrystalline cracking dapat terjadi pada failure tipe ini baik itu ada atau tidaknya NaOH. Namun, tipe keretakan utama yang terjadi adalah keretakan disepanjang struktur butir dari logam. keretakan biasanya diikuti dengan beberapa
lubang yang berdekatan atau sejajar dengan keretakan, indikator spesifik lainnya dari adanya tegangan mekanik. Beberapa korosi yang ada berkontribusi dalam terbentuknya lubang. Reaksi normal antara besi dengan air cukup untuk menyebabkan lubang pada pecahan lapisan tipis besi oksida yang terbentuk pada permukaan yang baru terpapar di bawah tekanan.
- Stress-Induced Corrosion
Beberapa boiler bisa sangat rentan terhadap korosi akibat tegangan dari gaya mekanik yang terjadi selama proses pembuatan. Kerusakan umunya terlihat pada komponen yang mengalami tegangan, seperti ujung tube yang digulung, ulir baut, dan seperator siklon. Namun, korosi juga dapat terjadi pada bagian pengelasan pada boiler dan dapat tetap tak terdeteksi hingga terjadi kerusakan.
- Oksigen Terlarut
Korosi akibat oksigen terlarut merupakan ancaman konstan terhadap pemanar air umpan, ekonomizer, dan kesatuan tube boiler. Seiring peningkatan metode kontrol deposit, kebutuhan akan kontrol oksigen telah meningkat secara siginifikan.
Peningkatan kebutuhan akan kontrol oksigen pertama kali dimulai saat penanganan menggunakan senyawa berbasis pospat untuk menggantikan penggunaan soda abu. Kerak kalsium karbonat yang rapat dan keras yang timbul dengan penggunaan soda abu melindungi tube dan drum dari korosi serius akibat oksigen.Oleh karena itu, lebih banyak luas permukaan yang terpapar dengan bahan korosif di dalam air. Hal ini mendorong penggunaan pemanas air umpan terbuka untuk menghilangkan oksigen sebelum masuk boiler.
Penggunaan bahan pengkelat dan air demin telah meningkatkan kebersihan permukaan perpindahan panas boiler menjadi lebih baik. Hanya film tipis, oksida magnetik tetap tertinggal sehingga kontrol oksigen telah menjadi hal penting saat ini.
Penggunaan sulfit terkatalisasi merupakan rekomendasi standar di dalam penggunaan pengkelatan.
Kontrol dari penghentian korosi telah menjadi hal penting pada beberapa tahun terakhir untuk mencegah atau menghambat kerusakan akibat pitting. Biasanya, air dingin yang belum mengalami deaerasi digunakan untuk pendinginan cepat atau operasi awal boiler. Hal ini merupakan praktik operasi yang berisiko, biasanya dipilih karena alasan ekonomi. Pitting yang parah dapat terjadi, terutama pada boiler yang dijaga pada kondisi tanpa ada deposit. Oleh karena itu, biasanya lebih ekonomis untuk menjaga permukaan perpindahan panas yang bersih dan menghilangkan penggunaan air dingin yang mengandung oksigen terlarut selama proses pendinginan dan saat operasi awal.
- Korosi Pengkelat
Selama awal-awal tahun penggunaan pengkelat, hampir semua permasalahan korosi bagian dalam boiler disebut sebagai korosi pengkelat. Kondisi mekanikal membuat terjadinya caustic embrittlement, film boiling, steam blanketing, bahkan sekarang lebih lazim dibandingkan sebelumnya sehingga meningkatkan laju perpindahan panas dan desain dari steam generator lebih kompak. Korosi pengkelat atau serangan pengkelat memiliki beberapa karakteristik dan hanya terjadi pada kondisi tertentu.
Korosi pengkelat pada logam boiler hanya terjadi ketika konsentrasi garam natrium berlebih bertahan dalam waktu lama. Hal ini menyebabkan penipisan ujung
tube yang digulung, bagian berulir, ujung baffle, bagian yang memiliki tegangan yang sama, area dengan tengangan yang tidak terlepaskan. Normalnya, permukaan tube dan drum tidak mengalami penyerangan. Ketika penipisan tube terjadi di dalam sebuah boiler dengan penggunaan pengkelat, terdapat tanda steam blanketing dan/atau fillm boiling. Kerusakan terjadi dimanapun tanpa pengaruh dari tipe penanganan internal yang digunakan.
Pitting sering disebut sebagai hasil dari serangan pengkelat. Akan tetapi, pitting pada tube baja karbon hampir selalu disebabkan adanya oksigen atau asam yang tidak terkontrol. Terkadang, pelapisan tembaga (sebagai hasil dari pengoperasian asam sebagai pengkelat yang tidak tepat) dapat menyebabkan permasalahan pitting.
- Serangan Kaustik
Serangan kaustik atau korosi kaustik merupakan turunan dari bentuk caustic embrittlement yang ditemui pada boiler dengan air demin dan sering terjadi pada boiler dengan penanganan fosfat dimana terbentuk deposit pada tube, terutama pada input panas yang tinggi, atau daerah dengan sirkulasi yang buruk.
Karena soda kaustik tidak mengalami kristalisasi pada kondisi ini, konsentrasi kaustik di dalam cairan yang terjebak dapat mencapai 100.000 ppm atau lebih. Senyawa kompleks kaustik-ferritik terbentuk ketika kaustik melarutkan lapisan pelindung dari magnetik oksida. Air yang kontak dengan besi berusaha untuk menjaga lapisan pelindung dari magnetit (Fe3O4).
Penipisan yang disebabkan serangan kaustik berlangsung dengan pola yang tidak teratur dan sering disebut sebagai caustic goughing. Ketika deposit dihilangkan dari permukaan tube selama pengujian, karakteristik ukiran terlihat sangat jelas, sepanjang deposit garam putih yang biasanya menggambarkan ujung dari area deposit sebenarnya. Deposit berwarna keputihan merupakan natrium karbonat, sisa soda kaustik yang bereaksi dengan karbon dioksida di dalam air.
Inspeksi dari boiler yang mengalami serangan kaustik sering menunjukkan akumulasi berlebih dari magetik oksida pada daerah dengan aliran lambat pada drum dan headers. Hal ini disebabkan oleh pengelupasan, selama operasi, deposit dari senyawa kompleks dari kaustik-feritik terbentuk. Ketika kontak dan diencerkan oleh air boiler, senyawa kompleks tak stabil ini segera berubah menjadi kaustik bebas dan magnetik oksida. Suspensi magnetik oksida yang dilepaskan berpindah dan terakumulasi di daerah dengan aliran lambat atau daerah dengan fluks panas yang tinggi.
Di saat serangan kaustik terkadang disebut sebagai pitting kaustik, serangan terlihat secara fisik sebagai pengelupasan tak teratur atau penipisan dan tidak sama dengan serangan dari pitting lokal terkonsentrasi akibat oksigen atau asam.
- Steam Blanketing
Beberapa kondisi memungkinkan steam dan air mengalir bertingkat-tingkat di dalam tube, yang biasanya terjadi pada zona dengan input panas yang rendah.
Permasalahan ini dipengaruhi sudut dari tube yang terpengaruhi, sesuai dengan beban aktual yang dipertahankan boiler. Laju bertingkat-tingkat terjadi ketika kecepatan tidak cukup untuk menjaga aliran turbulen atau pencampuran air dengan steam selama melewati tube.
Pengujian dari tube yang mendapat efek biasanya mengungkapkan garis air menonjol dengan penipisan umum di bagian atas dari tube. Jarang ada kasus penipisan
pada bagian bawah tube. Ketika air boiler mengandung kaustik, konsentrasi yang tinggi terakumulasi dan menyebabkan korosi dan pengelupasan di bawah deposit yang terakumulasi pada jalur air.
Aliran bertingkat-tingkat bisa terjadi bersamaan dengan input panas menuju bagian atas tube. Hal ini menimbulkan derajat superheat yang tinggi di dalam steam blanket. Reaksi langsung antara steam dengan logam akan terjadi jika temperatur logam mencapai 399oC atau lebih tinggi. Korosi dari logam akan berlangsung pada kondisi tertentu baik ada atau tidaknya kaustik. Ketika ragu akan penyebab pastinya, analisa metalografi akan menunjukkan jika terdapat kontribusi dari temperatur terhadap masalah. Deposit biasanya ditemukan pada kondisi tertentu yang mengurai magnetik besi oksida (Fe3O4). Hidrogen juga terbentuk akibat reaksi ini dan dilepaskan dengan steam.
Sebuah masalah agak aneh berhubungan dengan permasalahan sirkulasi dan input panas pernah ditemui di dalam atap tube. Tube ini biasanya didesain untuk menerima panas pada sisi bawah saja. Masalah biasanya terjadi ketika tube melengkung atau terpisah dari atap, menyebabkan semua permukaan tube terpapar dengan gas panas. Kerusakan terjadi ketika tube yang terekspansi tidak dapat lagi menahan kombinasi efek dari tekanan termal dan tekanan internal.
Superheater tube sering menunjukkan efek pembengkakkan atau pembesaran yang sama. Aliran steam telah dibatasi karena alasan tertentu sehingga menyebabkan overheating hingga kerusakan.
- Serangan Asam
Serangan asam pada tube boiler dan drum biasanya dalam bentuk penipisan semua permukaan. Hal ini menghasilkan penampilan visual yang tak teratur.
Permukaan halus muncul di daerah aliran dimana serangan berlangsung secara intensif.
Pada kasus yang parah, komponen lain seperti baffling, nuts, dan, bolt, dan area yang tertekan lainnya dapat rusak parah atau hancur, sehingga tak diragukan lagi penyebabnya.
Serangan asam yang parah biasanya dapat dilacak apakah operasi pembersihan asam yang tidak sempurna atau kontaminasi proses. Beberapa pabrik mengalami kontaminasi kondensat yang digunakan kembali sehingga menghilangkan alkalinitas air boiler. Kontaminasi kondensat air pendingin dapat menurunkan pH air boiler dan menyebabkan deposisi parah dan pitting pada daerah dengan fluks panas yang tinggi.
Kerusakan dapat sangat parah jika langkah penanganan tidak segera dilakukan untuk menetralkan asam.
Pada kasus proses kontaminasi industri, mungkin terjadi dekomposisi kontaminan organik di dalam kondisi temperatur dan tekanan boiler membentuk asam organik. Gula merupakan contoh sempurna dari sebuah zat organik yang ketika dikembalikan di dalam jumlah yang banyak, dapat menyebabkan kehilangan alkalinitas air boiler secara cepat dan menurunkan pH air boiler menjadi 4,3 dan lebih rendah.
Kebanyakan pabrik pemurnian gula menjaga sistem pompa yang standby untuk memompakan soda kaustik untuk menetralkan asam ini secepat mungkin.
- Korosi Akibat Tembaga
Pitting pada drum boiler dan kumpulan tube telah dijumpai karena deposit logam tembaga, terbentuk selama prosedur pengkelatan asam tanpa kompensasi sama sekali terhadap jumlah tembaga oksida di dalam deposit sebenarnya.
Penempelan logam tembaga sangat jelas terjadi. Pada kebanyakan kasus, hal ini terjadi pada kumpulan tube, meningkatkan proses terjadinya pitting secara acak pada daerah tersebut. Kapanpun ketika ditemukan tembaga atau oksidanya dengan jumlah yang banyak, perhatian khusus diperlukan untuk mencegah penempelan tembaga selama operasi pembersihan.
Deposit tembaga dan temperatur di atas 871oC dapat menyebabkan liquid metal embrittlement. Perbaikan pengelasan dari sebuah tube yang mengandung deposit tembaga dapat menimbulkan kerusakan.
- Serangan Hidrogen atau Embrittlement
Sejak tahun 1960, serangan hidrogen atau embrittlement telah sering ditemui pada sistem tekanan tinggi, sistem dengan kemurnian tinggi. Kejadian ini tidak ditemui pada pabrik umumnya karena permasalahan ini biasanya terjadi hanya pada unit yang beroperasi pada tekanan 105,5 kg/cm2 atau lebih besar.
Pada sistem tipe ini, alkalinitas air boiler dijaga pada nilai yang cukup rendah dibandingkan dengan standar umumnya untuk boiler tekanan rendah. Pada tekanan operasi dan kondisi air yang ditetapkan, program koordinasi pH/fosfat atau total volatil digunakan. Karena air boiler relatifnya tak terbufferisasi, program total volatil lebih terpengaruhi oleh pengotor yang akan menurunkan alkalinitas atau pH air.
Ketika pengotor membuat pH air turun. Serangan asam pada baja akan menghasilkan hidrogen. Jika hal ini terjadi pada deposit tube yang keras, menempel secara cepat, dan kedap, tekanan hidrogen akan di dalam deposit dapat terakumulasi pada titik dimana hidrogen menembus tubing baja.
Ketika atom hidrogen menembus struktur logam, dia akan bereaksi dengan kandungan karbon membentuk metana. Karena molekul metana terlalu besar untuk difusi melewati baja, kelebihan tekanan terjadi di dalam struktur logam, menyebabkan logam pecah di bagian batas kristal dimana metana terbentuk. Bagian yang rusak dari tubing retak di bagian intergrannular dan dekarburisasi, tetapi biasanya tetap mempertahankan dimensi aslinya atau ketebalan material tubing.
Meski ada banyak penyebab turunnya pH air boiler, yang paling sering yaitu ketika menggunakan air payau untuk pendingin kondesor. Beberapa magnesium klorida telah menyebabkan penurunan pH air yang ekstrim, dibutuhkan pengawasan yang ketat dan deteksi terhadap level kontaminasi yang sangat rendah pada kondensat.
Hydrogen embrittlement hanya terjadi ketika terdapat deposit yang keras, rapat pada permukaan tube, membuat hidrogen terkonsentrasi di bawah deposit dan menembus logam. Kontaminan asam atau penyebab penurunan pH umumnya menbuat kondisi untuk regenerasi hidrogen. Serangan tipe ini dapat terjadi sangat cepat sehingga pemeriksaan kemurnian kondensat secara konstan diperlukan.
Hydrogen embrittlement biasanya terjadi pada sistem dengan kemurnian tinggi yang beroperasi pada tekanan 105,5 kg/cm2 atau lebih besar. Meski terkadang bingung dengan intergranular creep cracking, tipe kerusakan in dapat diidentifikasi dengan intergranular khusus dari keretakan dan kondisi dekarburisasi dari logam.
Survei pada unit yang beroperasi pada tekanan dan kondisi ini telah mengindikasikan secara umum bahwa penggunaan koordinasi kontrol dari pH/fosfat akan mengurangi kemungkinan hydrogen embrittlement. Hal tersebut terjadi karena peningkatan bufferisasi air boiler dengan adanya fosfat.
- Superheater Tube
Kerusakan superheater tube disebabkan oleh beberapa kondisi, baik karena kimia maupun mekanikal. Pada kebanyakan kerusakan superheater tube, analisa terhadap deposit yang ditemukan merupakan faktor penting dalam menyelesaikan masalah. Deposit magnetik oksida pada titik kerusakan merupakan indikasi langsung dari oksidasi logam tube. Oksidasi ini terjadi selama overheating dimana temperatur logam melebihi temperatur desain dan logam masuk menuju reaksi langsung dengan steam membentuk magentik besi oksida dengan pelepasan hidrogen.
Oksidasi dapat terjadi jika laju steam melewati tube terbatas atau jika panas yang masuk berlebih, menyebabkan overheating. Pada kasus kurangnya aliran steam, pembatasan dapat disebabkan kondisi lazim selama transisi dari start-up dan shutdown.
Hal ini dapat terjadi jika tindakan pencegahan yang memadai tidak dilakukan untuk melindungi superheater selama periode transisi. Kondisi overheating dapat terjadi selama waktu operasi beban rendah ketika distribusi saturated steam yang cukup sepanjang kumpulan tube pada inlet header belum tercapai.
Deposit garam terlarut dapat terbentuk pada inlet superheater tube akibat dari entrainmen yang berlebih dari padatan di dalam air boiler dengan steam. Hal ini dapat menghambat aliran. Namun, overheating dan kerusakan oksidasi langsung dapat terjadi di daerah berbeda yang terpisah dari penutupan, seperti tumpukan bagian bawah atau daerah paling panas dari tube.
Pada beberapa kasus, ada penampakan yang sangat jelas antara produk oksidasi pada daerah panas dan deposit garam terlarut di bagian inlet. Pada kebanyakan kasus, persentasi yang tinggi dari deposit garam natrium ditemukan pada bagian panas seiring dengan produk oksidasi. Ada sedikit keraguan bahwa carryover air boiler telah berkontribusi terhadap permasalahan ini.
Overheating secara periodik pada superheater yang disebabkan kontrol yang kurang dari temperatur firebox selama start-up dan periode shutdown, biasanya menyebabkan tebal setebal bibir dan pelepuhan dengan semua bukti dari creep failure.
Pada kasus water tubes, sebuah superheater tube akan rusak dengan cepat (bisanya parah) ketika aliran terhambat untuk waktu yang singkat dan temperatur tube naik dengan cepat menuju temperatur plastic flow.
Pitting oksigen dari superheater tube, biasanya pada daerah lingkaran gantungan, lebih jarang dan terjadi selama downtime. Hal ini disebabkan paparan air dengan oksigen di udara di area ini. Penting untuk mengikuti instruksi dari manufaktur secara ketat untuk mencegah masalah overheating selama start-up atau shutdown dan mencegah korosi oksigen selama downtime.
Ketika deposit garam terlarut ditemukan pada superheater tube, kemurnian steam merupakan perhatian utama. Laboratorium Betz telah mengalami, setelah melakukan ribuan studi kemurnian steam selama bertahun-tahun, bahwa deposit garam terlarut di superheater dapat diduga, dengan hadirnya masalah, apakah padatan steam melebihi 300 ppb.
- Permasalahan Desain Boiler
Beberapa kecacatan basis desain dapat menyebabkan kerusakan tube.
Permasalahan yang timbul karena kecacatan desain dapat meningkat akibat sifat kimia air boiler. Air boiler sering mengandung senyawa yang akan bersifat korosif ketika konsentrasi meningkat di atas nilai normal akibat dari permasalahan desain.
Banyak boiler industri, sebagai contoh diperlakukan seperti memiliki soda kaustik dengan konsentrasi rendah pada air boiler. Kaustik dapat menjadi korosif pada baja jika air boiler dibiarkan menjadi pekat hingga nilai yang tidak normal akibat desain yang buruk. Bahkan ketika tidak ada kaustik, kondisi yang memungkinkan stratifikasi atau steam blanketing dan peningkatan lokal dari temperatur logam melebihi 399oC menimbulkan oksidasi langsung atau korosi pada baja dalam kontak dengan air atau steam.
Atap tube, nose arch tube, dan jalur konveksi tube dengan kemiringan 30 derajat dari horizontal merupakan subjek untuk deposisi dan permasalahan stratifikasi dan kerusakan tube dibandingkan tube vertikal. Ketika ada chelant ada di dalam air boiler, garam sodium asam etilen diamin tetra asetat (EDTA) terdekomposisi pada temperatur tinggi, menghasilkan sisa soda kaustik.
Kontributor yang paling sering terhadap permasalahan waste heat boiler adalah distribusi tidak merata dari gas sepanjang inlet tube pada ujung yang panas. Hal ini menyebabkan tekanan yang tidak merata dan distorsi serta menimbulkan tekanan mekanik dan permasalahan fatigue.
Penggunaan konfigurasi hairpin tube dengan dorongan sirkulasi yang tidak cukup melewati tube sering mengakibatkan stratifikasi dari steam dan air. Ini menimbulkan steam blanketing atau permasalahan korosi kaustik.
