SKRIPSI LITERATUR REVIEW ANALISA KEGAGALAN …

SKRIPSI

LITERATUR REVIEW ANALISA KEGAGALAN MATERIAL TUBEASTM A210 GRADE A-1 PADA BOILER

Diajukan Sebagai Syarat Untuk Menyelesaikan Skripsi Pada Program Studi Sarjana Teknik Mesin Institut Teknologi PLN

Disusun Oleh :

IRWANSYAH SUPRAPTO SARAGI SITIO

201612005

PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNOLOGI DAN BISNIS ENERGI

INTITUT TEKNOLOGI-PLN

JAKARTA, 2020

THESIS

LITERATURE REVIEW OF MATERIAL FAILURE ANALYSIS ASTM A210 GRADE A-1 TUBE MATERIAL IN THE BOILER

Sudmitted As Requirement To Complete Thesis In The Mechanical Engineering Undergraduate Study Program, Institute of Technology PLN

Arranged by :

IRWANSYAH SUPRAPTO SARAGI SITIO

201612005

MECHANICAL ENGINEERING UNDERGRANUATE STUDY PROGRAM

FACULTY OF TECHNOLOGY AND ENERGY BUSINESS

INTITUTE OF TECHNOLOGY-PLN

JAKARTA, 2020

i

LEMBAR PENGESAHAN TIM PENGUJI

Nama : Irwansyah Suprapto Saragi Sitio

NIM : 201612005

Fakultas/Prodi : FTBE/S1 Teknik Mesin

Judul Skripsi : LITERATUR REVIEW ANALISA KEGAGALAN MATERIAL

TUBE ASTM A210 GRADE A-1 PADA BOILER

Telah disidangkan pada semester genap Tahun Akademik 2019/2020 dan

dinyatakan Lulus sidang Sikripsi Fakultas Teknologi dan Bisnis Energi Progam

Studi Sarjana Teknik Mesin Institut Teknologi-PLN pada tanggal 22 Agustus 2020.

Nama Penguji Jabatan Tanda Tangan

1. Prof. Dr – Ing. Andika Widia Pramono, M.Sc

Dosen

Pembimbing

2. Martin Choirul Fatah, S.T, M.T, Phd

Ketua Tim

Penguji

3. Hendri. S.T., M.T Sekretaris Tim

Penguji

4. Roswati Nurhasanah, S.T., M.T.

Anggota Tim

Penguji .

Jakarta, 29 Agustus 2020

Mengetahui,

Kaprodi S1 Teknik Mesin

(Roswati Nurhasanah, S.T., M.T.)

Digitally signed by Roswati NurhasanahDN: OU=Institut Teknologi PLN, O=Fakultas Teknologi dan Bisnis Energi, CN=Roswati Nurhasanah, [email protected]: I am the author of this documentLocation: your signing location hereDate: 2020-09-06 19:07:30Foxit Reader Version: 10.0.0

Roswati Nurhasanah

Martin Choirul Fatah

Digitally signed by Martin Choirul Fatah Date: 2020.09.07 08:58:27 +07'00'

Digitally signed by HendriDN: C=ID, OU=Fakultas Teknologi dan Bisnis Energi, O=Program Studi Sarjana Teknik Mesin, CN=Hendri, [email protected]: I am the author of this documentLocation: Date: 2020-09-07 09:34:16Foxit Reader Version: 9.4.1

Hendri

Digitally signed by Andika W. PramonoDN: C=ID, OU=Fakultas Teknologi dan Bisnis Energi, O=Institut Teknologi - PLN, CN=Andika W. Pramono, [email protected]: I am approving this documentLocation: your signing location hereDate: 2020-09-07 11:29:24Foxit Reader Version: 10.0.1

Andika W. Pramono

Digitally signed by Roswati NurhasanahDN: OU=Institut Teknologi PLN, O=Fakultas Teknologi dan Bisnis Energi, CN=Roswati Nurhasanah, [email protected]: I am the author of this documentLocation: your signing location hereDate: 2020-09-07 17:01:35Foxit Reader Version: 10.0.0

Roswati Nurhasanah

ii

UCAPAN TERIMA KASIHDengan ini saya:


Nim : 201612005

Menyatakan mengucapkan terimakasih kepada :

Bapak Andika Widya Pramono, Dr-ing, M. Sc

Selaku pembimbing skripsi yang penuh kesabaran memberikan arahan,

saran serta bimbinganya sehingga skripsi ini dapat di selesaikan dengan

lancar.


(Irwansyah Suprapto Saragi Sit

2016-120-05

iii

UCAPAN TERIMA KASIH

Dengan ini saya:


Nim : 201612005


Menyatakan mengucapkan terimakasih kepada:

Bapak Andika Widya Pramono, Dr-ing, M. Sc

Selaku pembimbing skripsi yang penuh kesabaran memberikan arahan, saran

serta bimbinganya sehingga skripsi ini dapat di selesaikan dengan lancar.


(Irwansyah Suprapto Saragi Sitio)

2016-120-05

Digitally signed by Irwansyah Suprapto Saragi SitioDN: C=ID, OU=S1 Teknik Mesin, O=Institut Teknologi PLN, CN=Irwansyah Suprapto Saragi Sitio, [email protected]: I am the author of this documentLocation: your signing location hereDate: 2020-09-05 08:16:27Foxit Reader Version: 10.0.1

Irwansyah Suprapto

Saragi Sitio

iv

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI SKRIPSI UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademika Insitut Teknologi PLN, saya yang bertanda tanga

dibawah ini :


Nim : 201612005


Jenis Karya : Skripsi

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada

Institut Teknologi PLN Hak Bebas Royalti Non Ekslusif (Non-exclusiveRoyalty Free Reight) Atas karya ilmiah saya yang berjudul :

“Literatur Review Analisa Kegagalan Material Tube ASTM A210 Grade A-1Pada Boiler”

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Non

eksklusif ini Institut Teknologi PLN berkak menyimpan, mengalih media /

formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, dan

mempublikasikan Skripsi saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai

penulis / pencipta dan sebagai Hak Cipta. Demikian Pernyataan ini saya buat

dengan sebenarnya.

Dibuat di : Jakarta

Pada tanggal: 29 Agustus 2020

(Irwansyah Suprapto Saragi Sitio)

201612005


Irwansyah Suprapto

Saragi Sitio

v

ABSTRAK

LITERATUR REVIEW ANALISA KEGAGALAN MATERIAL TUBE ASTM A210 GRADE A-1 PADA BOILER

Irwansyah Suprapto Saragi Sitio

2016-12-005

S1 – Teknik Mesin Institut Teknik PLN

Dibawah bimbingan Prof. Dr.-Ing. Andika Widya Pramono, M.Sc

Keter Uap atau boiler merupa suatu komponen utama yang berfungsi sebagai

tungku pemanas mengubah air menjadi uap yang selanjutnya untuk penggerak

atau memutar turbin. Pada boiler terdiri dari pipa-pipa guna memanaskan air

hingga titik didih (Uap kering). Akibat dari penguapan sering mengalami terjadinya

kegagalan riser-tube dan tube economizer dengan kegagalan berupa stress

corrosion crack, residual stress, pecahan dan penipisan pada permukaan tube.

Riser tube pada boiler berfungsi untuk mengaliri uap campuran uap dan air dari

pipa dinding furnace menuju water-steam separator. Tube economizer pada boiler

berfungsi sebagai penghubung ke komponen lain yang di aliri air didih dengan

efisiensi panas hingga 4-6%. Dimana kegagalan diakibatkan emisi pembakaran

dan akibat strain hardening, serta akibat erosi sehinga tube mengalami SCC yang

memiliki campuran interglanular – transgranular (IG-TG). Analisa yang dilakukan

dengan literature review dengan meninjau tujuh sumber jurnal artikel,

menggunakan metode sistematik literatur review (SLR). Pengujian yang terdiri dari

mengamatan visual, uji mikroskopik MO, uji kekerasan (Vickers), uji SEM serta uji

komposisi pada material yang mengalami kegagalan.

Kata kunci : Boiler, riser tube, tube economizer, SCC, IG-TG

vi

ABSTRACT

LITERATURE REVIEW OF MATERIAL FAILURE ANALYSIS TUBE ASTM A210 GRADE A-1 IN THE BOILER


2016-12-005

S1 - Mechanical Engineering, PLN Engineering Institute

Under guidance Prof. Dr.-Ing. Andika Widya Pramono, M.Sc

A steam boiler or boiler is a major component that functions as a heating furnace to

convert water into steam which is then used to drive or rotate the turbine. The

boiler consists of pipes to heat water to a boiling point (dry steam). As a result of

evaporation, riser-tube and tube economizer failures often occur with failures in the

form of stress corrosion cracks, residual stress, fractures and thinning on the tube

surface. The riser tube in the boiler functions to flow the steam and water mixture

from the furnace wall pipe to the water-steam separator. The tube economizer in

the boiler functions as a connector to other components that are flowed by boiling

water with heat efficiency of up to 4-6%. Where failure is due to combustion

emissions and due to strain hardening, and due to erosion so that the tube

experiences SCC which has a mixture of interglanular - transgranular (IG-TG). The

analysis was carried out with a literature review by reviewing 7 sources of journal

articles, using the systematic literature review (SLR) method. The test consisted of

visual observation, MO microscopic test, hardness test (Vickers), SEM test and

composition test on failed materials.

Keywords : Boiler, riser tube, tube economizer, SCC, IG-TG

vii

KATA PENGANTARPuji dan syukur kami panjatkan kepada TUHAN YANG MAHA ESA karena

atas kehendak dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan

penyusunan dan penulisan skripsi dengan judul “Literatur Review Analisa Kegagalan Material Tube ASTM A210 Grade A-1 Pada Boiler” penulisan skripsi

ini merupakan salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik pada Teknik

Mesin Institut Teknologi PLN Jakarta.

Penyusunan skripsi ini tidak lepas dari bantuan dan bimbingan berbagai

pihak sehingga skripsi ini selesai, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis

mengucapkan banyak terimakasih yang sebesar besarnya kepada :

1. Orang Tua dan keluarga saya yang telah memberikan do’a dan

semangat dalam pembuatan skripsi ini.

2. Bapak Andika Widya Pramono, Dr Ing, M.Sc Selaku dosen

pembimbing skripsi yang telah meluangkan waktunya serta

memberikan bimbingan serta pengarahan sehingga skripsi ini dapat

di selesaikan.

3. Ibu Roswati Nurhasanah, ST, M.T Selaku Kepala Program Studi

Sarjana Teknik Mesin Institut Teknologi PLN

4. Teman – teman S1 Teknik Mesin Institut Teknologi PLN Kususnya

Rantai 16 sehingga skripsi ini bisa dapat terselesaikan.

5. Serta Alumni S1 Teknik Mesin Institut Teknologi PLN yang tidak bisa

saya sebutkan satu – satu.

6. Semua pihak yang telah membantu penulisan selama proses belajar

dan menyusun Laporan Skripsi.

viii

Penulis menyadari dalam penulisan Skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, oleh

karena itu penulis berharap ada saran dan kritik yang bersifat membangun untuk

menyempurnakan Skripsi ini. Semoga ilmu pengetahuan ini bermanfaat bagi

penulis maupun yang membacanya.



2016-12-005


Irwansyah Suprapto

Saragi Sitio

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN TIM PENGUJI.................................................................. iPERNYATAAN KEASLIAN SIKRIPSI ...................................................................... iiUCAPAN TERIMA KASIH....................................................................................... iiiHALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI SKRIPSI UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS................................................................................... ivABSTRAK ................................................................................................................vABSTRACT............................................................................................................. viKATA PENGANTAR .............................................................................................. viiDAFTAR ISI ............................................................................................................ ixDAFTAR GAMBAR ................................................................................................ xvDAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................ xxiBAB I PENDAHULUAN............................................................................................1

1.1. Latar Belakang............................................................................................11.2 Permasalahan Penelitan.............................................................................2

1.2.1 Rumusan Masalah ...............................................................................21.2.2 Batasan Masalah..................................................................................21.2.3 Identifikasi Masalah..............................................................................3

1.3 Tujuan dan Manfaat Peneliti .......................................................................31.4 Sistematika Penulisan.................................................................................3

BAB II LANDASAN TEORI ......................................................................................52.1. Tinjauan Pustaka ........................................................................................5

2.1.1 Komponen - Komponen Boiler .............................................................62.1.2 Klasifikasi Ketel Uap menurut material yang digunakan.....................122.1.3 Klasifikasi Ketel Uap menurut Tipe Pipa ............................................122.1.4 Prinsip Kerja Pembakaran..................................................................14

2.2 Teori Material ............................................................................................162.2.1 Bahan Logam.....................................................................................162.2.2 Baja Karbon .......................................................................................192.2.3 Pengaruh Unsur Paduan Pada Baja ..................................................20

x

2.3 Analisa Kegagalan pada Tube Boiler........................................................242.4 Uji kekerasan (Hardness test)...................................................................262.5 Pengujian dengan cara Bahan Dirusak.....................................................292.6 Pengujian dengan cara Material tidak Dirusak..........................................30

BAB III METODOLOGI PENELITIAN.....................................................................323.1 Metode Studi Literatur...............................................................................323.2 Bahan Studi Literatur ................................................................................323.3 Kerangka Pemecahan Masalah................................................................333.4 Teknik Analisa ..........................................................................................33

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN.................................................................354.1 Analisa Data 1 ‘Failure Analysis On Economizer U-Tube SA-A210-A1 B-1102 Of Pt. Petrokimia Gresik Plan 1’ (TAJALLA, G. U 2015)............................35

4.1.1 Latar Belakang ...................................................................................354.1.2 Tujuan Peneliti ...................................................................................354.1.3 Metode Peneliti...................................................................................354.1.4 Hasil Data Operasi Lapangan dan Hasil pengujiaan..........................364.1.5 Data 1 Faktor-Faktor Penyebab Kegagalannya .................................50

4.2 Analisa Data 2 “Failure Analysis Of Riser Wall Tube No. 3 ASTM A210 Grade A-1 At Boiler Unit 2 Steam Power Generator Pt X” (Industri, F. T. (2015)...…………………………………………………………………………………54

4.2.1 Latar Belakang ...................................................................................544.2.2 Tujuan Penelitian................................................................................554.2.3 Metode Penelitian...............................................................................554.2.4 Hasil Histori Operasional dan Hasil Pengujian ...................................554.2.5 Data 2 Faktor-Faktor Penyebab Kegagalannya .................................66

4.3 Analisa Data 3 “Failure Analysis Of The Wall Tubes Of a Water-Tube Boiler” (Duarte, 2017) .........................................................................................70

4.3.1 Latar Belakang ...................................................................................704.3.2 Tujuan Penelitian................................................................................704.3.3 Metode Penelitian...............................................................................704.3.4 Hasil Data operasi dan Hasil Pengujian .............................................714.3.5 Data 3 Faktor Penyebab Kegagalannya.............................................78

xi

4.4 Analisa Data 4 “Thermal Fatigue and Corrosion Fatigue in Heat Recovery area Wall Side Tubes” (J. Ahmad a, 2010).........................................................80

4.4.1 Latar Belakang ...................................................................................804.4.2 Tujuan Penelitian................................................................................804.4.3 Metode Penelitian..............................................................................814.4.4 Hasil Histori Operasi dan Hasil Penelitian .........................................814.4.5 Data 4 Faktor Penyebab Kegagalannya.............................................91

4.5 Analisa Data 5 “Analysis of failures in boiler tubes due to fireside corrosion in a waste heat recovery boiler” (S. Srikantha, 2003) .........................................93

4.5.1 Latar Belakang ...................................................................................934.5.2 Tujuan Penelitian................................................................................944.5.3 Metode Penelitian...............................................................................944.5.4 Hasil Data Operasi dan Hasil Pengujian ............................................944.5.5 Data 5 Faktor Penyebab Kegagalannya...........................................101

4.6 Analisa Data 6 “Caustic corrosion in a boiler waterside tube: Root cause and mechanism” (Farhad, 2013) ......................................................................103

4.6.1 Latar Belakang .................................................................................1034.6.2 Tujuan Penelitian..............................................................................1034.6.3 Metode Penelitian.............................................................................1034.6.4 Hasil Data Operasi dan Hasil Pengujian ..........................................1046.4.5 Data 6 Faktor Penyebab Kegagalannya...........................................113

4.7(HockChye Qua, 2011) .....................................................................................115

4.7.1 Latar Belakang .................................................................................1154.7.2 Tujuan Penelitian..............................................................................1154.7.3 Metode Penelitian.............................................................................1164.7.4 Hasil Data Operasi dan Pembahasan Pengujian .............................1164.7.5 Data 7 Faktor Penyebab Kegagalannya...........................................126

4.8 Kesimpulan Setiap Sumber Literatur Review..........................................128BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................................133

5.1 Kesimpulan .............................................................................................1335.2 Saran ......................................................................................................133

xii

DAFTAR PUSTAKA.............................................................................................134DAFTAR RIWAYAT HIDUP .................................................................................136

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Komposisi Kimia (DH Nugroho, 2013) ...................................................32

Tabel 3.2 Sifat mekanik materia (Unila, 2013) .......................................................32

Tabel 3.3 Waktu pelaksanaan pengujian ...............................................................34

Tabel 4.1 Spesipikasi tube (TAJALLA, G. U. N 2015) 37

Tabel 4.2 Data operasi pada economizer (TAJALLA, G. U. N 2015) .....................39

Tabel 4.3 Hasil pengujian OES (TAJALL, G. U. N 2015) .......................................39

Tabel 4.4 Ukuran R dan r tube dalam perhitungan % stain (TAJALLA, G. U. N,

2015)......................................................................................................................40

Tabel 4.5 Hasil persentasi unsur di daerah A dan B (TAJALLA, G. U. N 2015).....48

Tabel 4.6 Hasil pengujian komposisi kimia (Industri, F. T 2015) ............................59

Tabel 4.7 Hasil analisa XRD (Industri, F. T 2015)..................................................60

Tabel 4.8 Hasil perhitungan diameter butir ............................................................63

Tabel 4.9 Hasil pengujian kekerasan (Industri, F. T 2015).....................................65

Tabel 4.10 Data parameter boiler dan kegagalannya (Duarte, 2017) ....................71

Tabel 4.11 Analisis kimia sampel dibawah kegagalan tube boiler (Duarte, 2017) .76

Tabel 4.12 Analisis kimia produk korosi di dalam lubang (Duarte, 2017)..............77

Tabel 4.13 Konstituen endapan di permukaan bagian dalam tabung HRA RHS (J.

Ahmad a, 2010) .....................................................................................................87

Tabel 4.14 Kondis proses dan spesifikasi material untuk berbagai komponen boiler

pemulihan panas limbahi (S. Srikantha, 2003).......................................................95

Tabel 4.15 Sifat endapan di berbagai bagian boiler pemulihan panas limbah (S.

Srikantha, 2003).....................................................................................................96

Tabel 4.16 Komposisi kimia lengkap (% berat) dari endapan (analisis kimia basah

(S. Srikantha, 2003) ...............................................................................................98

Tabel 4.17 Fase terdeteksi dalam berbagai endapan dengan analisis difraksi sinar-

X (S. Srikantha, 2003)............................................................................................99

Tabel 4.18 Analisa kimia dari tabung boiler yang gagal (Farhad, 2013) ..............106

xiv

Tabel 4.19 Hasil uji kekerasan mikro dalam jarak yang berbeda dari alur. (Farhad,

2013)....................................................................................................................108

Tabel 4.20 Analisa elemen EDS dari permukaan bagian dalam tabung dari bagian

spesimen yang berbeda (Farhad, 2013) ..............................................................111

Tabel 4.21 Pola difraksi sinar - X serbuk produk korosi pada daerah alur. (Farhad,

2013)....................................................................................................................112

Tabel 4.22 Ringkasan informasi operasional penting dari 08-Nov-03 hingga 15-

Jan-05 (HockChye Qua, 2011) ............................................................................117

Tabel 4.23 Diameter luar dan ketebalan sampel tabung yang disediakan.

(HockChye Qua, 2011) ........................................................................................124

Tabel 4.24 Analissi SEM/EDX (HockChye Qua, 2011) ........................................125

Tabel 4.25 Uraian kesimpulan setiap sumber. .....................................................128

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Skematik Boiler (Fitroh Dzulqornain, 2015)..........................................6

Gambar 2.2 Economizer (Fitroh Dzulqornain, 2015)................................................7

Gambar 2.3 Skematik Economizer (Fitroh Dzulqornain, 2015) ................................7

Gambar 2.4 Furnace (Fitroh Dzulqornain, 2015) .....................................................8

Gambar 2.5 Steam Drum (Fitroh Dzulqornain, 2015) ..............................................9

Gambar 2.6 Superheater (Fitroh Dzulqornain, 2015).............................................10

Gambar 2.7 Skematik Superheater (Fitroh Dzulqornain, 2015) .............................10

Gambar 2.8 Boiler Pipa Api (agus sughiarto, 2016)...............................................13

Gambar 2.9 Boiler Pipa Air (Flvers, H, 2013).........................................................14

Gambar 2.10 Jenis Pembakaran (Bureau of Energy Efficiency, 2004) ..................16

Gambar 2.11 Brinnell (Ismail, R, 2018)..................................................................27

Gambar 2.12 Vickers (Ismail, R, 2018) ..................................................................28

Gambar 2.13 Rockwell (Ismail, R, 2018) ...............................................................29

Gambar 3. 1 Rangkaian permasalahan .................................................................33

Gambar 4.1 Kebocoran yang terjadi pada u-tube economizer...............................37

Gambar 4.2 Desain economizer B-1102 (TAJALLA, G. U. N 2015).......................38

Gambar 4.3 Dimensi u-tube (TAJALLA, G. U. N 2015)..........................................38

Gambar 4.4 Ilustrasi pengambilan sampel tube baru (TAJALLA, G. U. N, 2015) ..41

Gambar 4.5 Perbandingan struktur tube baru dengan pembesar yang sama 50x

(TAJALLA, G. U. N, 2015) .....................................................................................41

Gambar 4.6 Perbandingan strukturmikro tube baru dan tube gagal dengan

pembesar yang sama 500x (TAJALL, G. U. N 2016).............................................42

Gambar 4.7 Ilustrasi lokasi indentasi pengujian Vickers (TAJALLA, G. U. N 2015)

...............................................................................................................................43

xvi

Gambar 4.8 Grafik distribusi nilai kekerasan tube baru dan tube gagal (TAJALLA,

G. U. N 2015).........................................................................................................43

Gambar 4.9 Sampe yang sudah dipotong melintang pada memperlIhatkan crack

pada bagian dalam tube (TAJALLA, G. U. N 2015) ...............................................44

Gambar 4.10 Skema pengambilan sampel pada tube yang gagal ( TAJALLA, G. U.

N 2015) ..................................................................................................................45

Gambar 4. 11 kedalaman crack setelah pemotongan melintang dengan mikroskop

stereo (TAJALLA, G. U. N 2015)............................................................................45

Gambar 4.12 Hasil morfologi crack yang melebar (TAJALLA, G. U. N 2015)........46

Gambar 4.13 Hasil analisa EDX a dan b (TAJALLA, G. U. N 2015) ......................47

Gambar 4.14 Topografi daerah A ................................. (TAJALLA, G. U. N 2015)48

Gambar 4.15 Topografi daerah B (TAJALLA, G. U. N 2015) .................................48

Gambar 4.16 Rata-rata pH feedwater boiler tahun 2011-2012 (TAJALLA, G. U. N

...............................................................................................................................51

Gambar 4.17 skematik penyebab kegagalan stress corrosion cracking (TAJALLA,

G. U. N 2015).........................................................................................................52

Gambar 4.18 Skema daerah riser wall tube pada boiler (Industri, F. T 2015)........56

Gambar 4.19 Sampel riser wall tube nomor 3 ASTM A12 grade A-1 (Industri, F. T

2015)......................................................................................................................56

Gambar 4.20 Sisi samping patahan riser wall tube (Industri, F. T 2015) ...............57

Gambar 4.21 Daerah dan hasil Fraktografi, hasil uji stereomicroscope dan hasil uji

SEM (Industri, F. T 2015).......................................................................................58

Gambar 4.22 Grafik hasil uji XRD (Industri, F. T 2015)..........................................60

Gambar 4.23 Spesimen uji metalografi pada daerah jauh patahan dan dekat

patahan (Industri, F. T 2015) .................................................................................62

Gambar 4.24 Hasil pengujian metalografi 500x. (a) Spesimen jauh dari patahan

dan (b) Spesimen daerah patahan (Industri, F. T 2015) ........................................63

Gambar 4.25 Hasil pengujian SEM (Industri, F. T 2015) .......................................64

Gambar 4.26 Hasil indentasi spesimen, (a) dekan patahan dan (b) jauh dari

patahan (Industri, F. T 2015) .................................................................................65

xvii

Gambar 4.27 Grafik hasil pengujian kekerasan (Industri, F. T 2015).....................66

Gambar 4.28 Daerah kebocoran riser wall tube (Industri, F. T 2015) ....................68

Gambar 4.29 Pipa air yang menunjukkan zona retak pada pipa dinding (Duarte,

2017)......................................................................................................................71

Gambar 4.30 Tube yang rusak dalam kondisi seperti yang diterima (Duarte, 2017)

...............................................................................................................................73

Gambar 4.31 Tampilan jarak dekat dari retakan pada permukaan bagian dalam

tabung (Duarte, 2017)............................................................................................73

Gambar 4.32 Permukaan internal sarah satu tabung bengkok yang menunjukkkan

lubang korosi (Duarte, 2017) .................................................................................74

Gambar 4.33 SEM diambil dari permukaan internal salah satu tabung dibagian

bengkok (Duarte, 2017) .........................................................................................74

Gambar 4.34 Mikro menunjukkan retak korosi antar butir, diukir dengan reagen

Nital 3% (Duarte, 2017) .........................................................................................75

Gambar 4.35 Sampel Beroriontasi melintang pada bagian tabung yang bengkok

(Duarte, 2017)........................................................................................................75

Gambar 4.36 Mikrografi yang minunjukkan morfologi korosi Piting dan crancking

(Duarte, 2017)........................................................................................................76

Gambar 4.37 (a) SEM dari lubang korosi diatas permukakan bagian dalam tabung

kete yang menunjukkan Fe, O, Si dan Mnl, (b) Spektrum EDS (Duarte, 2017) .....78

Gambar 4 38 Lokasi kegagalan tabung di area pemulihan panas .........................82

Gambar 4.39 Lokasi Kegagalan HRA LHS setelah pemotongan sirip tabung (kiri)

dan lubang serta retakan tabung yang gagal (kanan)............................................83

Gambar 4.40 Lokasi kegagalan tabung dinding samping RHS HRA (berbentuk

lingkaran) ...............................................................................................................83

Gambar 4.41 Tabung dinding samping RHS HRA yang rusak menunjukkan celah

terbukan dan meninggalkan tepi tumpul ................................................................84

Gambar 4.42 Tabung HRA RHS yang gagal .........................................................84

Gambar 4.43 Kondisi kotoran permukaan bagian dalam dari tabung RHS HRA

yang diterima oleh produk korosi ...........................................................................85

xviii

Gambar 4.44 Dinding samping RHS HRA tabung 2 dan 3 setelah pembuangan

endapan dengan pembersihan kimiawi menunjukkan kondisi permukaan dalam

yang parah akibat korosi. .......................................................................................86

Gambar 4.45 Tabung 4 Dinding samping HRA RHS setelah pengangkatan

endapan dengan chemical cleaning menunjukkan sisi yang lebih panas (atas) lebih

banyak terkena korosi steam daripada sisi yang lebih dingin (bawah). .................86

Gambar 4.46 Mikrografi menunjukkan retakan makro transgranular yang

menembus jauh ke dalam permukaan internal tabung HRA LHS yang gagal. ......88

Gambar 4.47 Mikrografi menunjukkan banyak retakan berbentuk baji pada

permukaan internal tabung HRA LHS yang gagal. ................................................89

Gambar 4.48 Mikrografi permukaan luar pipa dinding samping LHS HRA yang

gagal menunjukkan retakan makro trangranular pada zona yang terkena panas

(HAZ) dari sambungan las. ....................................................................................89

Gambar 4.49 Mikrografi permukaan bagian dalam Tabung RHS HRA yang gagal

menunjukkan retak transgranular yang berasal dari dasar pit. ..............................90

Gambar 4.50 Mikrografi permukaan bagian dalam tabung RHS HRA yang gagal

menunjukkan retakan transgranular yang menembus ke permukaan luar.............90

Gambar 4.51 Mikrografi menunjukkan adanya retakan micro transgranular pada

permukaan luar tabung RHS HRA. ........................................................................91

Gambar 4.52 Mikrografi mengungkapkan retakan mikro transgranular pada

permukaan luar yang menembus ke arah permukaan dalam (tabung RHS HRA).91

Gambar 4.53 Diagram konseptual boiler pemulihan panas limbah........................95

Gambar 4.54 Mikrografi SEMdari deposito di belakang mode pencitraan elektron

tersebar. Kontras nomor atom dapat dilihat pada gambar yang tersebar di bagian

belakang: (a) deposit superheater; (b) deposit evaporator HP; (c) Penghemat HP

yang saya setorkan; (d) deposit HP-economiser II; (e) endapan pemanas awal

kondensat. .............................................................................................................97

Gambar 4.55 Diagram wilayar dominan sistem Fe – S – O pada 823 K..............100

Gambar 4.56 Log pO2 vs pSO2 plot sistem Fe – S – O di 723 K .........................100

xix

Gambar 4.57 Tabung superheater gagal yang diterima: (a) tampak sisi dalam, (b)

tampak sisi luar dan (c) tampilan penampang melintang. ....................................105

Gambar 4.58 Struktur metalografi tabung diambil dari (a) pusat sampel, (b) daerah

yang berdekatan dengan alur pada skala abu-abu tua, (c) daerah yang berdekatan

dengan alur pada skala coklat dan (d) wilayah alur. Semua mikrograf berukuran

500x. ....................................................................................................................107

Gambar 4.59 Uji kekerasan (a) Pemindaian gambar dan garis yang sesuai di mana

kekerasan diukur dan (b) profil kekerasan tabung. ..............................................108

Gambar 4.60 SEM dari penampang lintang daerah alur, di mana dua lapisan

deposit terbentuk pada logam dasar: produk korosi berpori (bagian A) dan skala

seragam (bagian B). ............................................................................................109

Gambar 4.61 Mikrografi SEM dari wilayah alur pada dua perbesaran yang

berbeda................................................................................................................110

Gambar 4.62 Mikrografi SEM dari wilayah coklat (lapisan hematit) pada dua

perbesaran yang berbeda....................................................................................110

Gambar 4.63 Mikrografi SEM dari wilayah abu-abu gelap (lapisan magnetit) pada

dua perbesaran yang berbeda.............................................................................111

Gambar 4.64 Hasil XRD ......................................................................................112

Gambar 4.65 Tiga sampel tabung yang disediakan untuk pemeriksaan, ditetapkan

sebagai Tabung A, Tabung B dan Tabung C; panah 1–5 menunjuk ke Lokasi dari

mana Spesimen 1-5 dipotong untuk pemeriksaan metalografi. ...........................118

Gambar 4.66 Tabung C permukaan luar, dengan lubang yang seragam di seluruh

bagian; lubang bagaimanapun jauh lebih ringan daripada di permukaan internal.

.............................................................................................................................119

Gambar 4.67 Tabung C permukaan bagian dalam, diisi secara seragam dengan

lubang dangkal; lubang ditutup dengan lapisan tipis produk korosi kecoklatan. Area

tanpa lubang (panah) memiliki lapisan tipis oksida gelap ....................................119

Gambar 4.68 Tabung B, Lokasi 3, dengan lubang korosi dangkal di permukaan

bagian dalam, ditutupi dengan oksida kecoklatan................................................120

xx

Gambar 4.69 Tabung A, ujung potong dari Lokasi 1, berisi sambungan las;

permukaan internal berlubang buruk di lokasi di mana lapisan oksida gelap tidak

ada. Area yang tidak diserang masih tertutup lapisan oksida berwarna gelap ....120

Gambar 4.70 Struktur mikro khas dari bahan tabung, terdiri dari sekitar 10% perlit

dalam matriks ferit; tidak ada degradasi termal yang teramati pada perlit (Mag

1000 ×).................................................................................................................121

Gambar 4.71 Spesimen S1, penampang melintang, permukaan dalam;

pemandangan salah satu lubang yang lebih besar dengan sisi-sisinya memiliki

kemiringan yang cukup landai (Mag 20 ×). ..........................................................122

Gambar 4.72 Tampilan yang diperbesar dari area kotak dari Gambar 4.71,

menunjukkan bahwa hanya ada lapisan tipis oksida di permukaan (panah) (Mag 50

×). ........................................................................................................................122

Gambar 4.73 Spesimen S1, menunjukkan keberadaan lubang lain dengan sisi

tajam dan bergerigi dan diisi dengan oksida (Mag 200 ×)....................................123

Gambar 4.74 Spesimen S1, penampang membujur melintasi diskontinuitas pada

sambungan las, menunjukkan bahwa hanya ada ligmen tipis sekitar 0,7 mm (Mag

25 ×).....................................................................................................................123

Gambar 4.75 Tampilan yang diperbesar dikontinitas, menunjukkan bahwa

mikrostruktur di sisi berlawanan dari diskontinuitas berbeda; ini menunjukkan

bahwa diskontinuitas bukanlah retakan (Mag 100 ×). ..........................................124

Gambar 4.76 Spesimen mikro longitudinal dan transversal, S1 – S5, masing-

masing dari Lokasi 1 sampai 5 (semua spesimen memiliki lubang dangkal di

permukaan internalnya. Spesimen S1 longitudinal berisi sambungan las dengan

diskontinuitas yang dalam....................................................................................125

xxi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Lembar Perbaikan Dosen Pembimbing………………………………..137

Lampiran 2 Lembar perbaikan Dosen Penguji 1……………………………………138

Lampiran 3 Lembar Perbaikan Dosen Penguji 2……………………………………139

Lampiran 4 Lembar Perbaikan Dosen Penguji 3……………………………………140

Lampiran 5 Lembar Bimbingan Skripsi………………………………………………141

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Boiler adalah salah satu peralatan pembangkit listik yang digunakan untuk

menghasilkan uap (steam) untuk berbagai keperluan. Boiler disebut juga mesin

konversi energi untuk mengubah air dari fase cair menjadi uap yang bertekanan

tinggi. Dimana proses perubahan fase ini membutuhkan kalor yang besar dari hasil

proses pembakaran bahan bakar. Oleh karena sumber daya alam yang semakin

menipis dan semakin mahal, boler pada saat proses pembakaran juga

menimbulkan polusi udara. Di industri pembangkit listrik saat ini sudah banyak

menggunakan boiler sebagai proses pembakaran. Boiler di industri tersebut

menggunakan bahan bakar untuk menghasilkan energi dengan kemudian

digunakan untuk memanaskan air sehingga air akan berubah fase yaitu uap air.

Salah satu pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) boiler tersebut berperan

penting untuk menghasilkan uap, bahan bakar digunakan untuk menaikkan

temperatur dari pipa pipa dengan temperatur tinggi. Pembangkit listrik tenaga uap

(PLTU) menggunakan super critical yang berkapasitas, tekanan dan temperatur

memiliki pipa dengan jenis material tube SA210 Grade A-1.

Pada saat unit star up pipa di daerah superheater mengalami kebocoran

sehingga pipa menjadi pecah. Proses star up memiliki batasan-batasan metal

temperatur pada saat bahan bakar di masukkan. Hal ini bertujuan agar material

tidak mengalami kerusakan, beberapa jenis kerusakan yang terjadi pada pipa

boiler (tube boiler) mulai dari economizer, wall tube, superheater dan reheater,

kerusakan tersebut diantaranya creep, fatigue, cracking dan korosi. Hal tersebutlah

yang melatar belakangi penulis untuk mengambil judul Study Literatur Analisa

Kegagalan Material Tube ASTM A210 Grade A-1 Pada Boiler.

2

Untuk mendapatkan informasi dalam pencarian penyebab kegagalan

material maka dilakukan investigasi dan identifikasi. Dengan melakukan

pengumpulan data mengenai material, kondisi operasional, melakukan pengujian

serta mencari aspek eksternal lainnya untuk mengetahui parameter dalam

mengetahui kegagalan material tube boiler tersebut.

1.2 Permasalahan Penelitan

Kegagalan yang terjadi di setiap tube SA210 grade A-1 pada boiler yang

terletak di bagian pemanasan steam. Kerusakan yang sering terjadi berupa

penipisan pada permukaan material, kebocoran pipa serta adanya pembentukan

kerak pada dinding tube boiler. Dengan analisa yang dilakukan berdasarkan

peninjauan dari sumber dengan 7 jurnal internasional maupun nasional yang telah

dilakukan sceening untuk memastikan keterkaitan berdasarkan pembahasan

terhadap topik yang dituju.

1.2.1 Rumusan MasalahUntuk mencapai maksud dan tujuan dari skripsi ini, dengan latar belakang

yang telah disebutkan diatas maka sipenulis membuat beberapa rumusan masalah

yang ada yaitu:

a. Apa aja yang menyebabkan terjadinya kerusakan pada tube boiler

sehingga mengalami kebocoran pada material ?

b. Faktor apa aja yang mempengaruhi kerusakan Tube boiler sehingga

mengalami kebocoran pada material?

1.2.2 Batasan Masalah Karena begitu luasnya permasalahan yang ada, oleh karena itu diperlukan

adanya batasan permasalahan supaya penulis lebih spesifik dan terarah sehingga

memudahkan dalam pemahaman.

Penulisan skripsi dibatasi dengan hal berikut:

3

a. Kegagalan material yang dibahas yaitu kegagalan material tube

boiler SA210 Grade A-1.

b. Pengujian yang dilakukan serta data lain seperti spesifikasi, data

operating merujuk pada jurnal yang dibahas sesuai topik.

c. Untuk pembahasan, hanya di lakukan tujuh (7) jurnal yang

membahas kegagalan tube boiler SA210 grade A-1.

1.2.3 Identifikasi Masalah

Tube boiler mengalami kegagalan pada saat beroperasi boiler yang

mengakibatkan terjadinya berupa batahan dan kebocoran tube boiler diketahui

tube mengalami kegagalan pada saat inspeksi yang dilakukan.

1.3 Tujuan dan Manfaat Peneliti Tujuan dari penulisan skripsi ini yaitu untuk mengetahui faktor penyebab

kegagalan dan cara menganalisa kerusakan tube boiler SA210 grade A-1.

Manfaat tugas akhir ini diantaranya untuk menjadikan sebagai informasi

maupun referensi yang terkait permasalahan kerusakan pada material tube

boiler pada pembangkit listrik seperti pembangkit listrik tenaga uap (TTU)

serta untuk menambah pengetahuan dan keterampilan bagi penulis.

1.4 Sistematika Penulisan

Untuk sistematika penulisan sikripsi akan diuraikan pada setiap bab dari 5

bab yang ada yaitu sebagai berikut:

BAB I Pendahuluan

Menjelaskan sebagian tentang latar belakang masalah, rumusan masalah,

batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, identifikasih masalah dan

sistematika penulisan dari Literatur Review.

BAB II Tinjauan Pustaka

Menjelaskan sebagian teori boiler yang dikaji sebagai guna landasan dalam

memecahkan masalah serta beberapa teori dasar yang diperlukan untuk

4

mengembangkan analisa tentang boiler, juga teori material bahan apa yg

mempengaruhi pada pipa.

BAB III Metode Penelitian

Menjelaskan tentang perencanaan, langkah-langkah yang harus

dilakukan,bahan Analisa, teknik Analisa dan jadwal penelitian untuk

menyelesaikan kajian permasalahan.

BAB IV Hasil dan Pembahasan

Menjelaskan atau menjabarkan tujuh jurnal yang dilakukan peninjauan.

Dijabarkan secara rinci sehingga kajian yang didapat lebih spesifik serta

kesimpulan yang menjadi urain tiap isi jurnal..

BAB V Penutup

Pada bab ini menjelankan kesimpulan dan saran berdasarkan tinjauan

sumber dari 7 jurnal.

5

BAB II

LANDASAN TEORI2.1. Tinjauan Pustaka

Boiler atau ketel uap yaitu suatu bejana yang tertutup untuk tempat panas

hasil pembakaran yang dialirkan ke air agar terbentuknya air menjadi panas /

steam seperti energi kerjanya. Air merupakan media yang digunakan karena

murah dan mudah untuk mengalirkan panas menuju suatu proses. Air panas yang

steam tekanan dan temperatur yang tinggi memiliki nilai energi untuk digunakan

mengalirkan panas dengan bentuk kalor menuju proses. Jika air dengan

temperatur tinggi hingga menjadi steam, maka volume akan naik sampai 1600 kali,

sehingga menghasilkan tenaga berupa bubuk yang sangat mudah meledak, oleh

karena itu system boiler salah satu peralatan yang harus dikelolah dan dijaga

dengan sebaik mungkin.

Sistem boiler yang telah menghasilkan energi kalor mempunyai nilai

temperatur, tekanan dan laju air akan menentukan manfaat steam yang

digunakan. Berdasarkan dari tiga hal tersebut system boiler juga mengenal

keadaan temperatur - tekanan rendah (low pressure), dan temperatur - tekanan

tinggi (high presure), dengan perbedaan ini memanfaatkan steam dari system

boiler dimanfaatkan menuju proses sebagai pemanas cairan dan untuk

mengoperasikan suatu mesin (industrial boiler and commercial). Cara kerja

menghasilkan listrik secara singkat yaitu energi kalor berubah menjadi energi

mekanik kemudian generator berputar sampai menghasilkan listrik.

Fungsi boiler adalah alat untuk memanaskan air dengan bantuan panas dari

hasil pembakaran bahan bakar, panas hasil pembakaran selanjutnya dialirkan ke

air untuk menghasilkan steam atau uap air yang memiliki temperatur tinggi. Dari

pengertian diatas disimpulkan bahwa fungsi boiler untuk memproduksi uap yang

akan digunakan sebagai kebutuhan atau proses selanjutnya, untuk lebih jelasnya

proses terjadinya dapat dilihat skematik pada Gambar 2.1. Seperti yang kita

6

ketahui bahwa uap atau steam dapat digunakan untuk menjaga suhu dan sebagai

proses evaporasi terhadap evaporator. Bahan bakar yang digunakan untuk

pemanasan boiler pada umumnya adalah batu bara, gas dan bahan bakar minyak.

Gambar 2.1 Skematik Boiler (Fitroh Dzulqornain, 2015)

2.1.1 Komponen - Komponen BoilerEconomizer

Komponen ini digunakan untuk memanaskan feedwater dengan

memanfaatkan suhu panas dari gas asap sebelum gas nya masuk menuju

cerobong. Cara kerja economizer sama seperti cara kerja heat exchanger

atau bisa dilihat skematik pada Gambar 2.3 dibawah. Untuk meningkatkan

nilai ekonomis ketel uap tersebut yaitu economizer. Greans adalah jenis

economizer yang sangat bagus dan populer dengan penggunaan pada ketel

stasioner. Economizer ini terdiri dari sekumpulan pipa berbentuk vertical

7

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2 yang ditempatkan penambah

gas asap diantar ketel uap dan cerobong.

Gambar 2.2 Economizer (Fitroh Dzulqornain, 2015)

Gambar 2.3 Skematik Economizer (Fitroh Dzulqornain, 2015)

FurnaceKomponen ini meruprakan tempat terjadinya pembakaran bahan

bakar sebagai penghasil panas, proses penerima panas oleh media air

dilakukan dengan melalui pipa yang sudah di aliri air, pipa tersebut berada

8

di dinding tungku pembakaran yang menempel. Pada Gambar 2.4

menunjukkan bentuk furnace.

Ada tiga cara proses perpindahan panas yang terjadi pada furnace:

1. Perpindahan panas secara radiasi, yaitu terjadinya pancaran panas

dari api atau gas yang sudah menempel pada dinding sehingga

menghasilkan panas, panas tersebut akan diserap fluida yang

mengalir.

2. Perpindahan panas secara konversi, air yang panas dikarenakan

adanya persinggungan molekul – molekul air itu sendiri dan akan

menyebar disetiap aliran air.

Ruang bakar yang ada didalam furnace terbagi 2 yaitu ruang bakar

pertama dan ruang bakar kedua. Pada ruang bakar pertama akan

terjadi pemanasan secara langsung dari sumber panas yang

mengalir di pipa, sedangkan di ruang bakar kedua yang berada

dibagian atas, pembakaran ruang bakar pertama menghasilkan

panas yang berasal dari uda panas. Jadi, dapat disimpulkan ruang

bakar kedua berfungsi untuk menyerap panas yang sudah dibuang

dari ruang pemanasan pertama, supaya energi yang terbuang tidak

terlalu besar, agar tidak mengalami penurunan panas secara

berlebihan perlu mengontrol fluida yang telah dipanaskan pada ruang

bakar pertama.

Gambar 2.4 Furnace (Fitroh Dzulqornain, 2015)

9

Steam Drum

Steam drum yaitu sebagai wadah penampungan air panas dan juga

tempat terbentuknya uap. Drum juga sebagai penampung uap jenuh

bercampur air dengan perbandingan antara air 50% dan uap 50%. Untuk

menghindari agar air tidak terbawa oleh uap, maka diberikan pemasangan

sekat–sekat, air yang bersuhu tinggi akan naik ke atas dan kemudian

menguap sedangkan air yang bersuhu rendah akan turun ke bawah untuk

dipanaskan kembali. Berikut ditunjukkan pada Gambar 2.5 skematik steam

drum.

Gambar 2.5 Steam Drum (Fitroh Dzulqornain, 2015)

SuperheaterSuperheater adalah tempat untuk pengeringan steam, karena uap

yang berasal dari steam drum masih berbentuk uap basah sehingga belum

bisa digunakan. Superheater pipe adalah proses pemanasan lanjut dengan

suhu 206°C hingga 360°C. Dimana suhu tersebut mengalir melalui pipa

superheater yang ditunjukkan seperti pada Gambar 2.6 dan Gambar 2.7

proses cara kerjanya. Maka dengan suhu tersebut, uap basah akan menjadi

10

uap kering untuk digunakan sebagai menggerakkan turbin dengan cara

menabrak sudu-sudu turbin.

Gambar 2.6 Superheater (Fitroh Dzulqornain, 2015)

Gambar 2.7 Skematik Superheater (Fitroh Dzulqornain, 2015)

Air HeaterFungsi air heater ini sebagai pemanas, dimana udara yang

digunakan sebagai peniup bahan bakar agar menghasilkan pembakaran

sempurna. Udara yang dihembuskan, sebelum melewati air heater yang

memiliki suhu sama dengan suhu udara normal atau suhu udara luar yaitu

berkisar 38°C. Suhu udara akan meningkat sebesar 230°C setelah melalui

air heater, maka sudah bisa digunakan untuk menghilangkan kandungan air

yang masih terkandung didalamnya, karena uap air ini dapat mengganggu

proses pembakan sempurna. Air heater ini sangat dibutuhkan sebagai

menormalkan kandungan uap air sampai terbentuk uap kering.

11

Pengumpulan Abu Dust collector berfungsi sebagai penangkap atau mengumpulkan

abu-abu yang berada pada aliran pembakaran dan debu tersebut akan

terikut menuju gas buang. Pemakaian alat ini sangat menguntungkan yaitu

gas hasil pembakaran dari kandungan debu yang akan dibuang ke udara

bebas dari. Karena debu dapat mencemari udara disekitarnya dan juga

bertujuan untuk mengurangi adanya kemungkinan terjadinya kerusakan

alat-alat akibat adanya gesekan abu maupun depu yang bekumpalan pasir.

Pengaturan Pembuangan Gas yang BekasInduced draft fan berfungsi sebagai alat untuk menghisap asap

melalui dust collector kemudian akan dibuang ke cerobong asap. Terlebih

dahulu damper pengatur gas diatur sesuai kebutuhan sebelum induced draft

fan dinyalakan. Karena semakin besar damper dibuka otomatis akan

semakin besar pula isapan yang akan terjadi di tungku.

Katup Pengaman Safety valve berfungsi sebagai pembuang uap jika tekanan uap

melebihi batas yang sudah ditentukan. Safety valve terdiri dari 2 macam

yaitu katup pengaman untuk uap basah dan katup pengaman untuk uap

kering. Katup pengaman ini juga dapat diatur sesuai dengan aspek

maksimum yang telah ditentukan. Untuk katup pengaman uap basah

biasanya diatur dengan tekanan 21 kg/cm2, sedangkan pada tekanan uap

kering biasanya diatur dengan tekanan 20,5 kg/cm2.

Gelas PendugaSight glass ini dipasang dibagian atas drum yang fungsinya untuk

mengetahui ketinggian air yang ada didalam drum tersebut. Bertujuan untuk

mempermudah pengontrolan ketinggian air didalam drum selama boiler

masih beroperasi. Untuk menghidari terjadinya penyumbatan yang

12

membuat level air tidak bisa dibaca, maka diusahan selalu mencuci atau

mengontrol gelas penduga secara berulang.

Pembuangan Air KetelFungsi komponen ini adalah untuk membuang air yang ada dibagian

atas dalam drum. Jika ada terdapat kandungan zat-zat yang tidak bisa

dilarutkan maka yang dilakukan adalah pembuangan air, contohnya seperti

adanya bermuculan busa yang bisa menghalagi pengamatan terhadap

gelas penduga. Untuk menguragi air di dalam drum harus digunakan

blowdown valve yang telah dipasang dibagian atas drum, katub inilah yang

berfungsi untuk membuang jumlah busa jika melewati batas mengamatan

yang sudah ditentukan.

2.1.2 Klasifikasi Ketel Uap menurut material yang digunakanMenurut Malek, ketel uap juga diklasifikasikan berdasarkan

banyaknya bahan material yang digunakan dalam proses pembuatannya.

Steel (baja) ketel uap ini, pada bagian utama dan bagian silinder terbuat

dari baja. Cast Iron (Besi Tuang) ketel uap yang pada bagian utama serta

silinder tekannya terbuat dari besi tuang (cast iron). Jenis Cast Iron Boiler

(ketel uap besi tuang) dibedakan lagi menjadi dua, yaitu Horizontal-Section

Cast Iron Boiler dan OnePiece Cast Iron boiler. Pada jenis Horizontal-

Section Cast Iron Boiler, ketel uap dibuat menjadi beberapa bagian dan

selanjutnya dilakukan perakitan. Jenis OnePiece Cast Iron boiler, pada jenis

ini bagian bejana tekan ketel uap dibuat pada satu cetakan/tidak dipisah.

2.1.3 Klasifikasi Ketel Uap menurut Tipe Pipaa. Ketel Uap Pipa Api

Fluida yang mengalir didalam pipa yaitu gas nyata yang membawa

energi panas untuk dikirim ke air melalui bidang pemanasnya. Pipa api yang

bertujuan untuk memudahkan distribusi panas terhadap air, seperti pada

Gambar 2.8 dibawah ini.

13

Gambar 2.8 Boiler Pipa Api (agus sughiarto, 2016)

Boiler pipa api ini sering digunakan untuk kapasitas steam yang

relative sedikit dari tekanan rendah hingga tekan sedang, karena

disesuaikan denga karakteristik dari pipa api boiler itu sendiri. Karakteristik

pipa api boiler yaitu sebagai penghasil kapasitas steam serta tekanan

rendah. Fire tube boiler kecepatan steam yang kompetitif sebesar hingga

12.000 kg/jam dengan tekan hingga 18 kg/cm2. Untuk pengoperasian fire

tube boiler menggunakan bahan bakar yaitu minyak bakar, gas atau bahan

bakar badat. Tapi dikalangan industry kebanyakan memakai bahan bakan

fire tubi boiler semua bahan bakar.

Cara kerja pipa api boiler ini sangat mudah untuk diketahui karena

pengapiannya hanya terjadi didalam pipa, setelah panas dihasilkan dari

pengapian tersebut makaakan dihantar langsung kedalam bilir yang sudah

berisi air.

b. Ketel Uap Pipa Air

Pipa air ini fluida yang mengalir didalam pipa dan energi panas yang

disalurkan dari ruang bakar ke air. Water tube boiler ini memiliki karakteristik

hampir sama dengan pipa api boiler. Cuman ada kekurangan pada pipa air

ini yaitu kurang toleran terhadap kualitas air hasil dari plant pengolah air,

karena dirancang dengan kapasitas steam diantaranya 4.500-12.000 kg/jam

dengan tekanan yang lebing tinggi.

14

Cara kerja ketel uap pipa air seperti pada Gambar 2.9 ini proses

pengapiannya terjadi diluar pipanya, kemudian panas yang dihasilkan akan

memanaskan air yang ada didalam pipa dan sebelum air itu dialokasikan

terlebih dahulu melalui economicer dan steam drum. Hingga tekan dan

temperatur sesuai dengan melalui tahap sekunder superheater dan primer

seperheater baru steam bisa dilepaskan ke pipa utama distribusi. Di dalam

pipa air yang mengalir harus dikondisikan kepada mineral atau kandungan

lainya didalam air tersebut. Itulah yang harus selalu diperhatikan faktor

utamanya terhadap tipe ini.

Gambar 2.9 Boiler Pipa Air (Flvers, H, 2013)

2.1.4 Prinsip Kerja PembakaranProses Pembakaran

Proses yang terjadi secara kimia antara bahan bakar yang mudah

terbakar dengan oksigen luar untuk menghasilkan energi panas seperti

yang digunakan keperluan manusia. Komponen-komponen utama dari

bahan bakar yang mudah terbakar diantaranya yaitu karbon, hydrogen serta

campuran lainnya. Komponen-komponen proses pembakaran akan terbakar

menjadi uap air, sulfur dan karbondioksida. Dalam proses pembakaran yang

mempengaruhi kualitas pembakarannya adalah seberapa banyak jumlah

oksigen yang digunakan. Jumlah oksigen pencapai 20,9% dari semua

15

komponen yang ada diudara, bahan bakar terbakar dalam keadaan harus

normal ketika terdapat udara yang cukup.

Sebagai pengencer suhu atau menurunkan suhu bisa dilakukan

dengan nitrogen agar mencapai oksigen terhadap kebutuhan proses

pembakaran. Gabungan antara nitrogen dan oksigen terutama pada suhu

nyala tinggi untuk mendapatkan hasil oksida nitrogen yaitu sebagai

pencemar yang sangat beracun. Campuran karbon, sulfur, oksigen dan

nitrogen dalam bahan bakar akan membentuk karbon dioksida. Sulfur dan

uap air akan melepas panas masing masing 8.084 kkal, 2.224 kkal, 28.922

kkal. Dengan kondisi tertentu, karbon misa juga bergabung dengan oksigen

sehingga menbentuk karbon monoksida dengan cara melepas beberapa

panas atau 2.430 kkal karbon. Terbakarnya karbon akan menbentuk CO2

sehingga menghasilkan panas bahan bakar dibandingkan asap.

Macam-macam Pembakaran (3T)Pembakaran yang melepaskan semua panas yang sudah terbakar

dalam bahan bakar adalah pembakarannya sangan baik. Ada beberapa

agar pembakaran terjadi dengan sempurna dengan melakukan

pengontrolan 3T yaitu:

a. Suhu atau temperaturharus cukup tinggi dalam menjaga penyalaan

bahan bakar.

b. Pencampuran oksigen atau turbulence bahan bakar harus seimbang

c. Waktu yang cukup untuk pembakaran

Gas dari alam banyak mengandung kadar hydrogen dari pada bahan

bakar minyak yang memiliki kandungan karbon per kg, sehingga dapat

memproduksi lebih banyak uap air dan mengakibatkan banyak panas yang

terbuang ke pembuangannya. Jika terlalu banyak bahan bakar atau terlalu

sedikut bahan bakar terhadap sejumlah pembakaran tertentu, dapat

menyebabkan bahan bakar tidak terbakar dan membentuk karbon

monoksida. Jumlah oksigen tertentu sangan diperlukan pada saat

16

pembakan yang sempurna dengan penambahan sejumlah udara. Namun

jika udara terlalu banyak akan mengakibatkan hilangnya panas dan

efisiensi. Karena tidak harus semuanya bahan bakar diruang menjadi panas

atau juga diserap peralatan-pelaratan yang ada dipembangkit. Boiler

memakai hampir seluru bahan bakar untuk pembakaran dengan kadungan

sedikit sulfur. Sehingga yang diutamakan efisiensi adalah ditujukan kepada

bahan bakar yang tidak terbakar yang masih menghasilkan CO2 maupun

CO. Untuk jenis pembakarannya dapat dilihat pada Gambar 2.10 dibawah

ini.

Gambar 2.10 Jenis Pembakaran (Bureau of Energy Efficiency, 2004)

2.2 Teori Material

2.2.1 Bahan LogamLogam Ferro

Logam ferro adalah logam besi (Fe). Besi merupakan logam yang

fungsinya sangat dibutuhkan dalam bidang Teknik pembuatannya,

sedangkan besi yang lunak atau besi murni dan rapuh dibutuhkan sebagai

bahan kerja dan bahan kontruksi lainnya. Besi yang kuat selalu

dicampurkan dengan unsur zat arang/ karbon beserta unsur lainnya,

beberapa jenis besi yang berbeda-beda penyebutannya yaitu:

a. Dengan symbol Fe adalah besi murni yang hanya didapat dengan

perjalananya reaksi kimia.

17

b. Besi teknik yaitu besi yang sudah tercampur dengan unsur-unsur

lainnya. Besi ini juga dibagi 3 jenis yaitu;

a. Besi tempa atau disebut dengan baja, dengan kadar karbonnya

kurang dari 1,7% dan bisa di bentuk atau ditempa sesuai

keinginan.

b. Basi kasar atau disebut juga besi mentah, dengan kadar

karbonnya diatas dari 3,7%.

c. Besi tuang yang kandungan kadar karbonnya diantara 2,3 sampai

3,6% dan ini tidak dapat di tempa. Besi tuang kelabu adalah

karbon yang tidak bersenyawa secara kimia dengan besi

melainkan karbon yang lepas memberi warna abu-abu kehitaman.

Bahan dasar dari besi kabon yaitu unsur besi, karbon dan kandungan

unsur lain seperti silisium, mangan, fosfor, belerang dan beberapa unsur

kadar yang relatif rendah. Yang mempengaruhi sifat besi atau baja pada

umumnya yaitu unsur-unsur campurannya, akan tetapi karbon juga yang

paling berpengaruh pada besi atau baja terutama kekerasan pada besi

karbon.

Sifat Mekanismea. Kekuatan Bahan

Strength adalah ketahanan suatu material menerima beban tarikan,

tekanan, lenturan, puntiran serta gesekan.

b. Kekerasan yaitu sifat dari logam, dimana logam tahan menerima

ketahanan logam terhadap tekanan dan juga goresan.

c. Elastisitas

Kemampuan suatu logam ketika menerima beban dan akan kembali

kebentuk semula atau kebali kebentuk semula. Jika suatu material

mempunyai elastisitas tinggi akan semakin tinggi pula nilai

materialnya.

18

d. Kekakuan

Sifat yang mampu menahan suatu bahan yang berubah bentuk.

e. Plastisitas

Kemampuan suatu bahan untuk menahan berbagai macam

perubahan bentuk tanpa ada kerusakan tehadap bahan. Tapi jika

plastisitas material tinggi maka plastisitas material juga tinggi, tetapi

batas elastisitasnya semakin rendah.

f. Kelelahan

Kelelahan merupakan kemampuan maksimal suatu bahan ketika

menerima beban yang berganti-ganti dan secara terus-menerus

dalam jangka waktu tertentu, dimana tegangan maksimal selalu

diberikan selama proses pembebanan dilakukan.

Sifat Mekanisme a. Titik Lebur

b. Kepadatan

c. Daya hantar panas

d. Daya hantar listrik

Sifat KimiaMerupakan kemampuan terhada reaksi kimianya ke setiap logam,

pada umumnya sifat ini disebut sebagai daya tahan karat terhadap logam.

Struktur Logam Suatu logam dipengaruhi seberapa sering logam digunakan, sifat

logam berbeda beda dikarenakan perbedaan unsur unsur dan pemeliharaan

bahan. Perbedaan unsur inilah yang akan membentuk struktur mikronya.

Unsur iyalah, bahan material murni tanpa pengotor dan tidak memiliki

campuran kandungan unsur lainnya. Suatu atom memiliki gaya tari menarik

antara atom, maka atom logam akan membentuk senyawa atom satu ke

senyawa atom lainnya.

19

Logam non ferroLogam bukan besi atau logam yang tidak memiliki kandungan unsur

besi, hanya mempunyai sifat yang mekanik tersendiri. Logam non ferro ini

bisa digunakan ketika ada perbandingan antara logam lain karena sifatnya

sendiri belum memenuhi syarat yang diinginkan. Kecuali logam non ferro

murni, platina, emas dan perak tidak dipadukan karena sudah memiliki sifat

yang baik, misalnya ketahanan kimia dan daya hantar listrik yang baik serta

cukup kuat, sehingga dapat digunakan dalam keadaan murni. Tetapi karena

harganya mahal, ketiga jenis logam ini hanya digunakan untuk keperluan

khusus. Misalnya dalam teknik proses dan laboratorium di samping

keperluan tertentu seperti perhiasan dan sejenisnya.

Selain memiliki fungsi sebagai penghantar listrik yang cukup baik,

Logam non fero juga digunakan untuk campuran besi atau baja dengan

tujuan memperbaiki sifat-sifat bajja. Dari jenis logam non ferro berat yang

sering digunakan uintuk paduan baja antara lain, nekel, kromium,

molebdenum, wilfram dan sebagainya. Sedangkan dari logam non ferro

ringan antaranya: magnesium, titanium, kalsium dan sebagainya.

2.2.2 Baja KarbonBaja karbon hasil dari campuran besi serta elemen pemadu utama besi

dengan tambahan unsur lain seperti S, P, Si, Mg dan lainya, namun unsur ini

hanya sebagian kecilnya saja. Didalam baja memiliki kandungan karbon sekitar

0,1% - 1,7%, bagi unsur pelengkapnya dibatasi sesuai dengan presentasin. Ada

beberapa jenis baja karbon menurut sesuai kandungan karbonnya yaitu:

a. Baja karbon rendah

Jenis karbon ini yaitu baja yang ulet karena kadar karbun tidak

memenuhi untuk membentuk struktur martensite. Baja karbon rendah

dengan kadar karbonnya dibawah 0,3% disebut juga baja ringan. Biasanya

dipakai untuk pembuatan mur, baut, ulir skrup, dan lainya. Suatu peneliti

20

menemukan baja karbon 0,135%. Sifat nya tidak terlalu ulet, kuat, keras

akan tetapi mudah dibentuk dan ditempa hanya tidak bisa keras.

b. Baja karbon sedang

Jenis ini memiliki kadar kandungan karbon sekitar 0,3 – 0,6% yang

berupa baja, lumayan keras dibandingkan baja karbon rendah.

Kemungkinan besar baja tersebut dikeraskan sebagian sesuai dengan

pekerjaan panasnya. Untuk baja karbon sedang untuk pembuatan roda gigi,

poros engkol, ragum dan sebagainya.

c. Baja karbon tinggi

Jenis baja karbon ini memiliki kadar kandungan karbon 0,6-1,5%,

keuletannya rendah dan sangat keras. Baja karbon tinggi biasanya

digunakan untuk pembuatan seperti alat potong yaitu gergaji, kikir pahat

dan lain-lainnya. Karena baja tersebut sangat keras untuk menbuat suatu

alat produksi harus dikerjakan dalam keadaan baja panas.

2.2.3 Pengaruh Unsur Paduan Pada BajaJika baja yang hanya memiliki kandungan unsur karbon saja tidak memiliki

sifat yang diinginkan, maka harus memiliki unsur paduan supaya mencapai sifat

yang diinginkan seperti unsur paduan yaitu:

a. Unsur Silikon

Si yang merupakan unsur paduan dengan jumlah kadar kanduan

diatas dari 0,4% pada setiap baja yang mempunyai pengaruh kenaikan

tegangan serta penurunan kecepatan laju pendinginan minimal yang

dihasilkan 100% martensite.

b. Unsur Mangan

21

Mn berfungsi sebagai pengikat O2 ketika proses pembuatan baja

maka ketika untuk peleburan bisa berlangsung dengan baik. Menurunnya

kecepatan pendingingan kritis diakibatkan karena kadar Mn sangat rendah.

c. Unsur Nikel

Ni sama seperti Mn berpengaruh untuk menurunkan suhu serta

kecepatan pendinginan kritis. Ni juga untuk menambahkan keuletan bahan

menghaluskan struktur butiran.

d. Unsur Krom

Cr berfungsi sebagai peningkat keplastisan, kekuatan, kekerasan,

Tarik bahan baja, tahan korosi dan tahan akan suhu tinggi.

e. Unsur Vanadium dan Wolfram

Unsur V dan W berpengaruh sebagi pembentukan karbidat jadi

keras, menambahkan baja menjadi keras dan kemampuan memotong dan

memberikan daya tahan panas pada baja yang cukup tinggi supaya bisa

memotong suatu benda lain dengan waktu cepat.

f. Kobalt

Co merupakan unsur paduan baja meningkatkan kekerasa, tahan

aus serta tahan panas terhadap baja.

g. Aluminium

Al unsur yang sangat sedikit berpengaruh pada baja, hanya

memberikan keulatan dan meningkatkan daya tahan terhadap korosi.

h. Titanium

Ti berpengaruh untuk mempertahankan kekuatannya dengan suhu

hingga 400 derajat C. Biasanya ditemukan pada bahan kawat las dan

22

memiliki sifat kekerasan yang tinggi. Ti ini juga digunakan untuk kebutuhan

industri, kapal, kendaraan perang.

i. Karbon

C adalah unsur yang sangat penting meningkatkan kekerasan serta

kekuatan baja dengan kandungan karbon baja 0,1% sampai 2,1% tapi jika

unsur ini berlebihan akan menurunkan ketangguhan. Oleh karena itu harus

diperhatikan dalam pemakaian atau pencampuran terhadap unsur lainnya.

Baja Paduan Adanya campuran denga unsur lain seperti nikel, mangan,

molybdenum, kromium, vanadium dan wolfram digunakan untuk

mengasilkan sifat baja yang diantaranya sifat kekerasan, keuletan dan

kekuatannya. Paduan ini mempunya perbedaan kadar paduannya yang bisi

menimbulkan sifat khas dari baja dengan beberapa jenis baja paduannya

yaitu:

1. Baja paduan rendah

2. Baja paduan menengah

3. Baja paduan tinggi

Baja KhususAdanya pemakain yang khusus dari unsur -unsur paduan yang tinggi

menghasilkan baja tahan terhadap karat, tahan terhadap panas dan

menjadikan baja sangat kuat. Baja khusu memiliki unsur – unsur utama

yaitu krom sebagai unsur memperoleh sifat – sifat tahan pada korosi. Dalam

industri baja perkasa memiliki peran penting karena pembuatannya

berukuran kecil. Pembentukan baja memiliki tahap-tahap pekerjaannya

yaitu:

a. Austenit (Gamma), suatu larutan padat dengan karbon sel satuan

kubik disisinya. Kadar karbon gamma 2,14% terhadap temperatur

1147 derajat C. Oleh karena itu unsur ini sangat berperan penting

23

untuk pembentukan fasa-fasa lain untuk proses perlakuan panas

permukaan baja.

b. Ferit (Alpha), larutannya sama dengan austenit tapi kubiknya berada

diruang. Diruang dengan temperatur, kadar kabon sekitar 0,008%

atau disebut besi murni sedangkan kadar maksimum dengan karbon

0,02% dan temperaturnya 727% disebut dengan besi lunak. Dilihat

dari mikroskop ferlit berwarna putih. Ferit memiliki kekerasan dengan

nilai berkisar 140 – 180HVN.

c. Sementit (Karbida), untuk sel satuannya berbentuk

orthorombik.kadar kandungan karbonnya 6,7% dan karbida ini

memiliki sifat yang keras tetapi maudah patah atau getas. Sementit

memiliki kekerasan dengan nilai berkisar kurang dari 800HVN.

d. Perlit, merupakan campuran dari sementit serta ferit yang menyebar

merata ke seluruh penampang. Karena austensit berubah di

pendingin yang normal akan melewati temperatur 700-900 derajat C.

Perlit imi memiliki kekerasan dengan nilai kurang lebih antara 180 –

250 HVN.

e. Martensit, merupakan campuran fasa ferit dengan sementit dan

terbentuk dari austensit tetapi bukan dalam lamellar. Terjadi pada

larutan transformasi isothermal 260 derajat Celsius. Martensit

memiliki kekerasan diatas pada 500HVN.

f. Bainit, merupakan faktor adanya kecepatan pelarutan padalah masih

dalam keadaan padat dikarenakan akibat terjadinya transformasi

pendingin dan kabon tidak bisa berdifusi keluar. Untuk mencegahnya

maka dilakukan pencelupan pada air garam dengan temperature

yang lebih tinggi. Fase ini memiliki kekerasan kurang lebih antara

300 – 400HVN.

24

2.3 Analisa Kegagalan pada Tube BoilerFailure Analysis merupakan untuk memetahui penyebab terjadinya

kerusakan terhadap material dari peralatan utama atau peralatan pendukung dan

perlengkapan yang ada dipabrik. Macam kegagalan terhadap material dilihat dari

patahan, retakan dan korosi yang berasal dari manufacturing, perakitan,

pembuatan maupun pembuatan dan pengoperasian tidak sesui dengan SOP

ataupun desain. Oleh karena itu di perlukan analisa kerusakan yang kompeten

untuk mengetaui apa aja yang harus diperbaiki terhadap material dan desainnya.

Berkembangnya analisa ini menjadikannya salah satu teknik analisa yang

kompeten. Analisa ini bertujuan untuk mengetahui apa penyebab terjadinya

kerusakan dilihat dari spesifik peralatan, perlengkapan, proses serta material baku

agar tidak berulang ulang terjadinya kerusakan materialnya. Untuk jangka panjang

dapat dipakai pengembangan suatu bahan material sedang untuk jangka waktu

pendek lakukan perbaikan desain dan proses metode fabrikasi. Untuk evaluasi dan

prediksi performa material serta untuk memperbaiki cara pemelihaan dapat

dilakukan dengan metode mutakhir. Maka Analisa kegagalan biasanya memiliki 4

faktor sebagai berikut:

1. Seleksi material

Di karenakan seleksi material yan terburu-buru sehingga

mengakibatkan gagalnya material tesebut, salah satu yang selalu terjadi

pada industri. Kemungkinan juga masalah data pemeliharaan tidak lengkap

atau tidak mencukupi.

2. Desain

Kriteria yang terus meleset dari kondisi operasi yang sewajarnya, dari

beban lingkungan, suhu ruang operasi dan lainnya.

3. Proses

Adanya proses operasi yang tidak lancar sehingga timbul tegangan

sisi, retak, dan lainya. Grinding dan machining dapat menimbulkan

25

tegangan sisi, pemusatan tegangan akibat kekerasan permukaan dapat

menyebabkan terjadinya permukaan baja menjadi lunak dan akibat celup

cepat bahkan bisa terjadi retakan terhadap material.

4 Kondisi Service

- Pemakaian produk yang tidak sesuai dengan desain

- Pemakaian produk melebilih batas masa pemakainya

- Adanya produk dengan kondisi service tidak stabil

- Kegagalan karena kondisi service melebihi standar penggunaannya

- Penerapan simulasi dari stesss yang berlebihan

Tujuan metode untuk melakukan analisa kerusakan yaitu:

1. Pengamatan visual

2. Analisa identivikasi

3. Mikrotoming

4. Uji mekanik

5. Analisa termal

6. NDT atau Teknik Nondestructive Testing

Suatu komponen dikatakan gagal di faktor kan dengan beberapa hal:

1. Komponen harus yang tidak beroperasi lagi dan tidak bisa di

gunakan sama sekali.

2. Komponen yang tidak sesuai dengan umur pemakaian atau

yang digunakan tetapi melebihi batas umur pemakainya.

3 Komponen mengalami kelainan dan kalau dipakai bisa

membahayakan.

26

2.4 Uji kekerasan (Hardness test)Untuk mengetahui sifat mekanik (Mechanical Properties) dari suatu material

dapat melakukan dengan uji kekerasan dan untuk mengetahui kekerasan khusus

material seperti pergesekan dan deformasi plastik. Depormasi plastik ini keadaan

suatu material ketika diberikan gaya maka struktur mikronya tidak akan bisa

kembali ke bentuk semula atau material tersebut tidak dapat kembali ke bentuk

awalnya. Definisi kekerasan yaitu kemampuan material dalam menahal beban

maupun tekanan (penetrasi).

Pengujian yang paling baik dan efektif untuk menguji kekerasan material

yaitu uji kekerasan, dari pengujian ini kita dapat mengetahui dengan mudah sifat

mekanisme suatu material. Meskipun pengukurannya dilakukan di titik tertentu

ataupun didaerah tertentu dan nilai kekerasan yang didapat cukup lengkap untuk

mengetahui seberapa besar kekuatan suatu material yang diuji kekerasannya.

Sehingga dengan melakukan uji kerasan maka dengan mudahnya untuk

menggolongkan material tersebut ulet atau getas.

1. Brinnell

Untuk menentukan kekerasan pada material dalam bentuk daya

tahannya material terhadap indentor yang ditekan dapa permukaan material

uji atau specimen dilakukan dengan metode brinnell. Pengujian brinnell

ditunjukkan pada Gambar 2.11 dilakukan untuk material yang mempunyai

permukaan kasar denga uji kekerasanya antara 500-3000 kgf. Bola baja

biasanya sudah dikeraskan, diplating dan bahannya terbuat Karbida

Tungsten.

Prinsip kerja pengujian ini hanaya menekan indentor (bola baja) 30

detik lamanya. Kemudian untuk mengukur diameter hasil indentansi diukur

dengan menggunakan mikroskop optik. Untuk menghitung diameternya

harus dilakukan 2 kali dari sudut tegak lurus yang berbeda tempat,

selanjutnya dirata-ratakan.

27

Gambar 2.11 Brinnell (Ismail, R, 2018)

2. Vickers

Uji kekerasan dengan metode ini untuk menentukan suatu material

daya tahan terhadap bola baja yang ukuran kecil dan bentuk geometrinya

berbentuk pyramid. Pemberian beban pada pengujian ini jauh lebih kecil

dibandingkan dengan pengujian brinnell dan rockwell yaitu 1-1000 gram.

Angka kekerasan Vickers didefinisikan sebagai hasil koefisien dari

beban ujinya (F) dengan luas permukaan bekas gesekan atau tekanan dari

indentor A di kali dengan sin (136derajat per/2) dan dikenal juga sebagai

DPH (Pyramid Hardness Test). Pengujian kekerasan dengan metode

Vickers seperti pada Gambar 2.12 menggunakan indentor piramida intan

yaitu 136 derajat yang berhadapan antara besar sudut dan permukaan

piramida intan. Memiliki dua kekuatan yang berbeda rentangnya yaitu

macro 1-100 kg dan mirco 10-1000 kg.

28

Gambar 2.12 Vickers (Ismail, R, 2018)

3. Rockwell

Rockwell merupakan pengujian kekerasan yang banyak digunakan,

hal ini karena pengujian kekerasan rockwell sangat sederhana, tidak

memerlukan mikroskop untuk pengukuran jejak, sangat cepat dan relatif

pengujianya tidak merusak bahan.

Cara kerja pengujian kekerasan rockwell, ditunjukkan pada Gambar

2.13 dilakukan menekan bagian permukaan benda uji dengan suatu bola

baja. Benda uji akan ditekan oleh indentor dilakukan menerapkan beban

minor, selanjutnya ditambahkan dengan beban mayor, kemudian beban

mayor dilepaskan sedangkan beban minor masih ditahan.

29

Gambar 2.13 Rockwell (Ismail, R, 2018)

2.5 Pengujian dengan cara Bahan DirusakPengujian destructive test merupakan pengujian suatu bahan dengan hasil

akhir bahan yang didapat akan rusak atau cacat. Pengujiaan ini dilalukan dengan

pembebanan terladap bahan uji hingga bahan uji menjadi rusak atau cacat, untuk

mengetahui sifat mekanik dan tentang kekuatan bahan uji.

1. Uji Tarik (Tensile Test)

Uji tarik adalah menguji kekuatan bahan material yang dilakukan menarik

bahan material hingga putus. Pada uji tarik akan mengakibatkan kerusakan

terhadap bahan material, sehinggga kekuatan materialnya akan rusak.

2. Uji Tekan (Compressed Test)

Uji tekan pada umumnya kekuatan tekan lebih tinggi dari pada kekuatan

tarik. Bahan material akan rusak karena adanya tekanan pada saat pengujian

material. Cara pengujiannya, bahan material akan ditaruh diatas landasan

kemudiaan ditekan dari atas. Penelitian baru baru ini sudah ada menemukan

30

bahan yang baik yaitu bahan yang terbuat dari keramik untuk landasan silica

yang sangat berpenguh positif.

3. Uji Bengkok (Bending Test)

Uji bengkong adalah pengujian yang sudah lama dipakai terhadap bahan

material yang cocok. Pengujian ini tidak perlu menggunakan mesin uji biasa

karena dapat dilakukan terhadap batang uji yang berbentuk sederhana, tetapi

pengkajian ini menyebabkan material rusak karena akan terjadi patahan.

4. Uji Puntir (Torsion Test)

Uji puntir adalah salah satu pengujian yang merusak material dengan

terjadinya patahan terhadap bahan, umumnya terjadi terhadap material yang

getas. Pada material yang ulet patahan terjadi pada sudut tegak lurus terhadap

sumbu puntiran sesudah gaya pada arah sumbu terjadi dengan deformasi yang

besar.

2.6 Pengujian dengan cara Material tidak DirusakPengujian NDT merupakan pengujian spesimen dengan tahan yang sangat

penting untuk menjamin kualitas dan mutu suatu material. Komponen atau bahan

tertentu untuk memastikan kelayakan bahannya bisa digunakan sesuai standar

yang sudah diterapkan.

1. Pengamatan (Visual Inspection)

Pengamatan visual adalah salah satu pengujian yang sederhana karena

tidak ada peralatan yang khusus dibutuhkan, hanya memelukan sebuah

kacamata pembesar, senter serta alat bantu lainnya. Pengujian secara visual

hanya melakukan pengamatan spesimen bahan, efektif juga untuk mendeteksi

cacat permukaan besar maupun carcat makroskopik dengan sebuah contoh

cacat akibat hasil pengelasan yang kurang bagus.

31

2. Penetran Inspection (Liquid)

Salah satu metode pengujian yang paling sering digunakan untuk berbagai

kebutuhan karena pengujiannya tidak merusak bahan, mudah digunakan dan

sangat sederhana/fleksibel dengan berbagai jenis pengguna. Cara pemakaian

metode ini dilihat dari kemampuan cairan untuk masuk ke celah/pori-pori

permukaan bahan yang cacat. Dengan metode ini bisa melihat cacat

permukaannya. Cara ini adalah diberikan cairan berwarna terang ke

permukaan material yang cacat atau inspeksi.

Untuk memudahkan dalam pekerjaan disarankan menggunakan cairan

penetrant karena memiliki kemampuan penetrasi yang bagus dan tidak terlalu

kental sehingga cairan mampu mengalir masuk ke celah permukaan yang

cacat. Cairan yang tersisa segera di bersihkan dengan cairan pembersih yang

sesuai, maka cacat tersebut akan terlihan secara jelas dari warna cairan

penetrant tersebut. Untuk mendapatkan hasil yang bagus diperlukan

pengamatan yang jeli, maka cacat pada permukaan benda dapat dilihat.

Keuntungan tersendiri dari metode ini cara kerja sederhana, mudah, tidak

ada pengaruh dari sifat kemagnetan material, kemampuan kimia cukup jelas.

Kekurangan yg didapat dari metode ini pengaplikasiannya hanya dilakukan

pada pori-pori perrmukaan benda yang kasar.

3. Magnetic Particle Inspection

Salah satu metude yang digunakan dengan pengujiannya tidak merusak

bahan uji, tetapi cacat pada permukaan atas dan permukaan bawah suatu

benda dari bahan ferromagnetic dapat di inspeksi. Cara kerja metode ini

dengan memagnetisasi bahan yang akan diuji. Metode yang dipakai untuk

melihat kebocoran pada medan magnet hanya dengan penaburan serpuk atau

partikel magnet ke permukaan benda uji.

32

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN3.1 Metode Studi Literatur Dalam penyusunan skripsi dilakukan metode studi literatur, dengan

pendekatan kearah SLR (systematic literature review) untuk mengkaji,

mengindentifikasi, mengevaluasi serta menafsirkan penelitian yang ditinjau. Dari

sumber literatur digunakan tujuh jurnal yang berhubungan dengan topik skripsi

3.2 Bahan Studi LiteraturMateri yang di gunakan untuk bahan study literatur merupakan material tube boiler

bertekanan rendah dengan ASTM A210 (standar untuk tube atau tabung baja

boiler medium – Carbon), diberikan beberapa komposisi dengan pengujian optikal

ditunjukkan pada Tabel 3.1 dan Tabel 3.2 sifat mekanik pada umumnya yaitu:

Tabel 3.1 Komposisi Kimia untuk kelas A-1 (DH Nugroho, 2013)

Tabel 3.2 Sifat mekanik material untuk kelas A-1 (Unila, 2013)

Unsur C (max) Si (min) Mn (max) P (max) S (max)

Komposisi 0,27 0,93 0,10 0,035 0,035

Sifat Mekanik Nilai

Tensile Strength / Kekuatan Tarik, min,

Ksi (Mpa)

60(415)

Yield Strength / Keuletan lulu, min, Ksi

(Mpa)

37(2250

Elongation / Min Perpajangan 30

33

3.3 Kerangka Pemecahan MasalahPada Gambar 3.1 menunjukkan diagram alir dalam memecahkan masalah

Gambar 3.1 Rangkaian permasalahan

3.4 Teknik AnalisaPenulis melakukan studi literatur review terhadap jurnal sintesi. Pada

metode SLR ini dilakukan review dan identifikasi jurnal sintesis secara sistematis

dengan setiap Langkah sesuai yang ditetapkan.

Pada pembahasan dilakukan untuk peninjauan dari tujuh (7) jurnal dengan

pengambilan bab 4, setelah itu sipenulis mengembangkan sesuai topik yang ada.

Dimana pada bagian pembahasan diambil poin-pin yang diangkat sebagai hasil

review untuk setiap junal sintesis tersebut.

Mulai

Identifikasi masalah Studi Literatur

Tube ASTM A210

Pencarian jurnalPengumpulan jurnalScreening jurnal

Review Tujuh Jurnal

Kesimpulan dan Saran

Selesai

34

Adapun jadwal penelitian dalam menyelesaikan tugas akhir ditunjukkan pada

Tabel 3.3 sebagai berikut

Tabel 3.3 Waktu pelaksanaan pengujian

No Kegiatan Agustus 2020

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

1 Perubahan metode penelitian

menjadi review jurnal oleh

Dosen Pembimbing

2 Pencarian Jurnal

3 Penyesuaian Bab 1 – Bab 3

4 Penyusunan sikripsi Bab 4 –

Bab 5

5 Pengesahan Turnitin

6 Pengumpulan

35

BAB IVANALISA DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisa Data 1 ‘Failure Analysis On Economizer U-Tube SA-A210-A1 B-1102 Of Pt. Petrokimia Gresik Plan 1’ (TAJALLA, G. U 2015)

4.1.1 Latar BelakangDari data 1 memuat latar belakang di Pt. petrokimia mengalami kegagalan

boiler 1102 pada komponen economizer yang terdiri dari feed water dan steam

drum yang berguna untuk memanaskan air sampai titik didih, mulai beroperasi

pada tahun 2008 diketahui bahwa tube mengalami kebocoran pada lingkup dalam

economizer sehingga menyebabkan mesin harus dimatikan untuk di tangani

permasalahannya. Maka dari itu dilakukan Analisa kegagalan pada u-tube

economizer.

4.1.2 Tujuan Peneliti Berdasarkan permasalahan dari sumber data 1 melakukan penelitian yang

bertujuan sebangai berikut:

1. Menganalisa factor yang menyebabkan kegagalan pada u-tube

economizer tersebut.

2. Menganalisa mekanisme terjadinya kegagalan u-tube economizer

tersebut.

3. Serta menganalisa cara menanggulangi kebocoran tube economizer

tersebut.

4.1.3 Metode PenelitiDi dalam pembahasan data 1, peneliti memperoleh sampel u-tube

economizer. Sampel diambil pada bagian yang terjadi kegagalannya. Sedangkan

penelitian dilakukan pada laboraturium yang mendukung proses menganalisa

denga mengujian yang terdiri dari uji komposisi, metallografi, uji kekerasan serta uji

fraktografi.

36

4.1.4 Hasil Data Operasi Lapangan dan Hasil pengujiaanEconomizer yang terletak dibagian boiler yang dipakai dipakai di unit

pembangkit listrik tenaga uap (PLTU). Yang fungsinya untuk memenaskan air dari

hasil gas buang superheater boiler, dimana bahan bakar yang digunakan yaitu gas

alam. Economizer ini mulai beroperasi tahun 2008, akan tetapi setelah tiga tahun

beropesi mulai terjadi adanya kegagalan yaitu kebocoran u-bend. Dan beberapa

terjadinya kebocoran yang terjadi pada Gambar 3.1. Kebocoran yang terjadi pada

u-bend di tahun yang berbeda yaitu:

1. Pada tanggal 19 Maret 2011 terjadi kebocoran 1 ea, semuanya pada

sisi dalam u-bend.

2. Pada tanggal 19 Maret 2012 terjadi kebocoran 4 ea, semuanya pada

sisi dalam u-bend.

3. Pada tanggal 11 Juli 2012 bocornya 8 ea, 6 bocor pada sisi dalam u-

bend dan 2 ea pada lasan.

4. Pada tanggal 1 Januari 2013 terjadinya kebocoran 5 ea, 3 ea bocor

pada sisi dalam u-bend dan 2 ea pada lasan.

(a)

37

(b)

Gambar 4.1 Kebocoran yang terjadi pada u-tube economizer

(TAJALLA, G. U. N 2015)

Beberapa data economizer seperti data data dari literatur yang

mencakup spesifikasi tube, desain economizer, data operasi serta dimensi

u-tube ditunjukkan pada Tabel 4.1, Gambar 4.2, Gambar 4.3 dan Tabel 4.2

Tabel 4.1 Spesipikasi tube (TAJALLA, G. U. N 2015)

SPESIFIKASI TUBEDimensi Material Jumlah

38,1 t: 4,0 SA210-A1 560

38

Gambar 4.2 Desain economizer B-1102 (TAJALLA, G. U. N 2015)

Gambar 4.3 Dimensi u-tube (TAJALLA, G. U. N 2015)

Lokasi yang gagal

39

Tabel 4.2 Data operasi pada economizer (TAJALLA, G. U. N 2015)

Description Shell side (Gas) Tube side (Water)

Design Pressure 250 milimeter air [mmAq] 75 kg/cm2q

Operating Pressure 54 milimeter air [mmAq] 57 kg/cm2q

at M.C.R. 100%

Design Temperature 350 °C 350 °C

Operating

Temperature at 369,9/ 167,5 °C 110 / 173,9 °C

M.C.R. 100%

(inlet/outlet)

Flow Rate at 125385 Nm2/hr 120148 kg/hr

M.C.R. 100%

Hydrostatic - 112,5 kg/cm2q

Pressure 2873 m2

Heating Surface

Dengan data-data yang didapat dari sumber data 1 tersebut meliputi

hasil pengujian yang dilakukan oleh peneliti, dimana akan dijelaskan

sebagai berikut:

1. Hasil Analisa Komposisi Kimia

Tabel 4.3 Hasil pengujian OES (TAJALL, G. U. N 2015)

UNSUR C Mn P S Si Cr Cu Al Mo Ti

ASTM 0,27 0,93 0,035 0,035 0,10 - - - - -

A210 (A1) max max max max min

Tube Baru 0,149 0,606 0,010 0,00 0,198 0,035 0,00 0,009 0,009 0,002

40

Tube Gagal 0,121 0,327 0,00 0,003 0,177 0,027 0,018 0,019 0,006 0,001

*Fe dalam kondisi seimbang ** wt%

Pada Tabel 4.3 adalah komposisi kimia pada sampel uji. Dilihat dari

hasil uji komposisi diatas, ditemukan adanya perbedaan komposisi pada

tube baru dan tube gagal. Ada beberapa komposisi yang tidak sesuai dari

tube gagal yaitu adanya peningkatan tembaga (Cu) dan sulfur (S).

Pada unsur lainnya terjadi penurunan, tetapi masih dalam tahap

maksimum yang dilihat dari perbandingannya. Tetapi penurunan kadar

karbun tersebut sangat berpengaruh terhadap kekuatan materialnya.

Pada umumnya, dilihat dari garis besarnya komposisi ini masih

dikategorikan memenuhi standar ASTM A210 yang sering digunakan

sebagai komponen boiler pada PLTU.

2. Hasil Analisa Strain Measurement

Berdasarkan ASTM boiler dan BPVC (Pressure Vessel Code)

Section 1, strain pada tube ini mengalami bending, dilihat dari desain

tubenya ditunjukkan pada Tabel 4.4 diketahui adanya regangan sebesar

33,33%. Maka hasilnya melebihi ketentuan standar ASTM A210-A1 (30%).

Tabel 4.4 Ukuran R dan r tube dalam perhitungan % stain (TAJALLA, G. U.

N, 2015)

R (nominal bending radius r (nominal outside radius

to centerline of pipe or of pipe or tube), mm tube), mm

19,05 57,15

41

3. Hasil Analisa StrukturmikroBending yaitu seamless u-tube yang dilakukan dengan cara

membengkokkan tube yang lulus. Pada proses bending ini akan

mempengaruhi ukuran struktur mikro dan bentuk materialnya.

Pengujian yang dilakukan yaitu untuk membedakan struktrukmikro

tube baru dan tube yang gagal dengan cara membedakan daerahnya

seperti pada ilustrasi Gambar 4.4.

Gambar 4.4 Ilustrasi pengambilan sampel tube baru (TAJALLA, G. U. N, 2015)

Orientasi (a) Orientasi butir (b)

butri acak sejajar

Gambar 4.5 Perbandingan struktur tube baru dengan pembesar yang sama

50x (TAJALLA, G. U. N, 2015)

42

Dari Gambar 4.5 diatas terdapat perbedaan ukuran strukturmikro dan

bentuk setiap bagian tube yaitu daerah gambar a tidak ada mengalami

bending sedangkan daerah gambar b mengalami adanya bending. Daerah

gambar a adanya butiran yang heterogen (ukurannya lebih kecil) dengan

orientasi acakan. Daerah gambar b adanya butiran pipih (memanjang)

dengan orientasi sejajar.

(a) (b)

Ferrite Pearlite

Gambar 4.6 Perbandingan strukturmikro tube baru dan tube gagal dengan

pembesar yang sama 500x (TAJALL, G. U. N 2016)

Pada Gambar 4.6 diatas menunjukkan adanya perubahan

strukturmikro akibat dari kondisi operasinya yaitu dari temperature dan

tekanannya. Oleh karena itu dilihat dari fase yang menunjukkan ferrite (fase

terang) dan pearlite (fase gelap).

4. Hasil Analisa Nilai Kekerasan

Perbandingan nilai kekerasan pada tube baru dan tube gagal dapat

dihitung dari nilai titik 1 tube lurus hingga pada titik 10 tube melengkung

yang diperkirakan adanya crack seperti ilustrasi Gambar 4.7

43

Gambar 4.7 Ilustrasi lokasi indentasi pengujian Vickers (TAJALLA, G. U. N 2015)

Gambar 4.8 Grafik distribusi nilai kekerasan tube baru dan tube gagal (TAJALLA,

G. U. N 2015)

Berdasarkan Gambar 4.8 diatas dilihat dari kekerasannya dimana

tube baru dan tube gagal tersebut mengalami tren peningkatan yang baik.

Pada bagian lingkungan tube adanya tren hal ini dikarenakan akibat adanya

efek suatu strain hardening. Jadi hal yang membuat peningkatan kekerasan

diindikasikan karena adanya residual stress.

Sampel

Titik 1

Titik 10

44

Ketika adanya residual stress meningkat maka mengakibatkan

residual strain ikut meningkat, sehingga meningkatkan yield strength,

adanya laju regangan crack tip dan mengankibatkan pertumbuhan atau

penyebaran crack yang lebih luas.

Dilihat dari gambar perbandingan distribusinya, bahwa nilai

kekerasan pada tube baru menurun jika dibandingkan pada tube baru. Hal

ini dipicu dari tube gagal yang kadar karbonnya turun sehingga

mengakibatkan sifat mekanik materialnya.

5. Analisa Fraktografi

Untuk mengetahui lokasi kegagalan yang terjadi serta tampilan dan

bentuknya dilakukan pengamatan secara makro. Lokasi kegagalan diamati

dari letak lengkungan dalam tube, karena pada bagian yang mengalami

kegagalan sudah dilas. Oleh karena itu tube harus dipotong berbentuk

melintang guna untuk mengetahui lokasi kegagalannya ditunjukkan pada

Gambar 4.10 dan skema pemotongan diperlihatkan pada Gambar 4.9.

Gambar 4.9 Sampe yang sudah dipotong melintang pada memperlIhatkan crack

pada bagian dalam tube (TAJALLA, G. U. N 2015)

Bekas lasan

45

Gambar 4.10 Skema pengambilan sampel pada tube yang gagal ( TAJALLA, G. U. N 2015)

Pada daerah tube yang gagal dipotong secara melintang untuk

memudahkan dalam pengamatan bentuk dan kedalamannya. Untuk

memperjelas pengamatan ini digunakan dengan mikroskop stereo pada

Gambar 4.11 dan mikroskop optic pada Gambar 4.12.

Gambar 4. 11 kedalaman crack setelah pemotongan melintang dengan

mikroskop stereo (TAJALLA, G. U. N 2015)

Bagian yang

dipotong Branching

Microcrack didekat

crack

Crack hungga mencapai

diameter luar

Bekas las

46

Gambar 4.12 Hasil morfologi crack yang melebar (TAJALLA, G. U. N 2015)

Pada Gambar 4.10 diatas bentuk kegagalan berupa retak dengan

lebah 1,7 cm dilihat dari dalam tube dan adanya branching pada

permukaan. Dilihat dari gambar 4.10 dan gambar 4.11 menunjukkan suatu

microcrack lainnya dilihat dari water-side tube yang mencapai kedalaman

diameter luar tube, hingga mengalami kebororan pada tube. Pada gambar

4.11 juga menunjukkan morfologi rambatan crack yang lebar.

Awal crack

Microcrack didekat crack

Akhir crack

47

Pada permukaan tube dengan karakteristik retak branching

menunjukkan pola intergranular, tetapi dari perambatan retak yang ada

memperlihatkan pola trasngranular.

crancking menunjukkan pola intergranular lebih dominan terjadi di

lingkungan pH tinggi. Namun, dari penelitian, pola transgranular biasa

terjadi pada material dengan mudah yang mengalami proses operasi

mekanik yang menimbulkan terjadinya residual stress (strain hardening).

6. Hasil Analisa EDX

Dilakukan pengujian ini guna untuk mengetahui pengaruh unsur

terhadap cracking. Dengan pengamatan di dua daerah A dan daerah B

yaitu daerah A diketahui Crack dan daerah B tidak ada crack seperti

Gambar 4.13, hasil Topografi daerah A pada Gambar 4.14 serta hasil

topografi daerah B pada Gambar 4.15

Gambar 4.13 Hasil analisa EDX a dan b (TAJALLA, G. U. N 2015)

A

B

48

Gambar 4.14 Topografi daerah A (TAJALLA, G. U. N 2015)

Gambar 4.15 Topografi daerah B (TAJALLA, G. U. N 2015)

Tabel 4.5 Hasil persentasi unsur di daerah A dan B (TAJALLA, G. U. N

2015)

UNSUR

%Wt

DAERAH A DAERAH B

(Crack) (Bukan crack)

C 21,28 10,88

A

B

49

Dari dari hasil pengujian denga presentasi yang ditunjukkan pada

Tabel 4.5 tersebut adanya teridentrifikasi unsur-unsur tambahan selain

komposisi material seperti Na, Mg, Ca, dan K. Dimana unsur Na, Mg, Cad

an K adalah kontaminan fluida air yang mengalir didalam tube tersebut.

Unsur Cu sebagai unsur tambahan dalam proses perlakuan panas

atau unsur deposit yang berasal dari degradasi material, di boiler akan

terjadi pempentukan lapisan pelindung magnetite yang melapisi bagian

permukaan dalam tube.

O 29,78 10,21

Na 0,28 00,13

Mg 0,46 00,15

Al 1,36 00,38

Si 0,92 00,56

P 0,23 00,08

S 0,47 00,17

K 0,48 00,26

Ca 0,59 00,24

Ti 0,61 00,39

Cr 0,79 00,35

Mn 1,27 01,14

Fe 40,73 74,59

Cu 0,80 00,46

50

Akibat adanya reaksi antara baja (iron baced-alloy) dan

deoxygenated water (uap) dibawah kondisi normal sehingga terbentuk

lapisan pelindung magnetite.

Dari tabel diatas banyaknya persentase O di daerah A yang crack

dikarenakan adanya indikasi dari reaksi kimia (Fe dan O) yang membentuk

senyawa. Besi yang terpapar dengan oksigen dan air akan mengakibatkan

terjadinya oksidasi yang berwarna merah (kecoklatan).

Namun, jika dibandingkan antara daerah A dan B yaitu daerah A

(crack) memiliki unsur yang tinggi (O) daripada daerah B (tidak crack). Jadi

kesimpulan yang didapat bahwa terjadinya korosi hanya sebagai pemicu

laju perambat retak.

4.1.5 Data 1 Faktor-Faktor Penyebab Kegagalannya Dari pengamatan gambar kegagalan material, ada beberapa hal yang

diperlihatkan seperti:

1. Pada permukaan water-side-tube terdapat branching.

2. Pada perambatan crack (potongan melintang) tidak terdapat lateral

corrosion.

3. Pada potongan melintang di morfologi cracknya terlihat melebar.

Berdasarkan dari hasil pengujian yang sudah dilakukan sipenguji, faktor

yang menyebabkan kegagalan material tube dengan beberapa aspek antara lain

material, tegangan dan kondisi lingkungan yang diketahui skema pada Gambar

4.16.

Pada pengujian komposisi (OES) tube tersebut sesui standar ASTM A210,

tetapi dari segi desain tube tersebut tidak sesui standar. Strain measurement pada

bend tube yaitu 33,33%, sedangkan max strain-nya adalah 30%.

Berdasarkan analisas kekerasan dan strukturmikro tube baru pada bagian

lengkungan mengalami strain hardening. Dapat dibuktikan dari bentuk butiran yang

51

Panjang, memipih, serta nilai kekerasan yang meningkat pada lengkungan tube.

Karena meningkatnya nilai kekerasan dapat di indikasikan terdapat residual stress.

Dari pengaruh lingkungan tidak menjadi patokan gagalnya suatu material,

karena tekana dan temperatu serta kualitas air selalu dijaga (tetap dibawah

maksimum). Namun, sering kali adanya penurun pH hingga 8,5 sedang untuk pH

yang diperbolehkan yaitu 9,2-10,2.

Gambar 4.16 Rata-rata pH feedwater boiler tahun 2011-2012 (TAJALLA, G. U. N

2015)

52

Gambar 4.17 skematik penyebab kegagalan stress corrosion cracking (TAJALLA,

G. U. N 2015)

Dengan hasil analisa data tersebut sipenulis mengasumsikan Kegagalan

material yang terjadi akibat faktor stress, kondisi lingkungan dan material disebut

juga stress corrosion cracking (SCC). Karena terjadinya SCC tidak harus

terjadinya stress yang tinggi. Stress sekecil apapun dapat mengakibatkan crack.

Pemicu SCC dikarenakan baja karbon rendah dengan lingkungan air pada

temperature kurang lebih 100 ºC serta pH tinggi.

Diantara factor diatas, yang sangat besar pengaruhnya terjadinya

kegagalan ini adalah pengaruh strain hardening sehingga menimbulkan residual

Tegangan

Adanya residualstress akibat strain

hardening

Kondisi Lingkungan

pH tinggi, namun beberapa kali pH menurun dibawah

standar

STRESS CORROSION CRACKING

(SCC)

Material

Sesuai dengan standar ASTM A-1, namun presentasi stain melebihi standar

53

stress dan persentasi regangan diatas standar ASTM A210-A1 yang menjadi faktor

pemicu terjadinya SCC.

A. Mekanisme Kegagalan

Berdasarkan hasil pengujian, Mekanisme terjadinya SCC didasari dari dua

tahap, yaitu perambatan retak dan inisiasi. Dari beberapa penjelasan sebelumnya

bahwa 3 faktor dapat menyebabkan SCC, yaitu tensile stress, susceptible material

& environment.

1. Tahap Inisiasi Retak, dibawah kondisi normal operasi. Akibat reaksi antara

baja (iron Baced-alloy) dan air deoksigenisasi (uap) sehingga terbentuk

lapisan pelindung magnetite [Fe3O4]. Microcrack terjadi karena adanya

residual stress yang tinggi sehingga mengakibatkan strain hardening. Jika

residual stress meningkat maka meningkat juga residual strain, kemudian

meningkat yield strength, serta memicu regangan crack tip dan

pertumbuhan crack yang lebih besar.

2. Tahap Perambatan Retak, akibat menurunnya pH maka lapisan pelindung

magnetite yang kuat dan ada resistan terhadap fluktuasi temperature

sehingga tidak mampu lagi melindungi logam. Karena menurunnya pH bisa

meningkatkan korosi dan melarutkan lapisan pelindung magnetite. Karena

terjadi reaksi elektrokimia antara H20 dan Fe (Fe2O3) maka perambatan

crack kedalam semakin cepat.

Terjadinya perpaduan morfoligi transgrabular lebih mudah terjadi pada

material strain hardening. Karosi baja rendadilingkungan pada pH tinggi

mempunyai morfolofi intergranular diakibatkan driving force tinggi untuk

memecahkan lapisan pasif dan laju regangan yang tinggi pada batas butir.

B. Kesimpulan

Berdasarkan hasi pengujian yang telah didapatkan, dapat ditarik beberapa

kesimpulan mengenai kegagalan pada u-tube SA210-A1 yaitu:

54

1. Yang menjadi faktor kegagalan u-tube SA210-A1 yaitu stress corrosion

cracking.

2. Mekanisme yang menyebabkan SCC pada tube yaitu pada permukaan tube

mengalami keregangan yang melebihi standar yang ditentukan sehingga

membentuk microcrack dan adanya residual stress akibat strain hardening.

Magnetite (Fe3O4) sebagai lapisan pelindung yang menjadi rentan terhadap

korosi, karena terjadinya penurunan pH maka tidak mampu lagi melindungi

tube dari korosi.

3. Selain itu, dari reaksi elektrokimia dari unsur Fe dan H2O memicu

percepatan perambatan crack hingga menembus diameter luarnya tube.

C. Evaluasi

Berdasarkan kesimpulan bahwa kegagalan tube tersebut dikarenakan

stress corrosion cracking dimana salah satunya diakibatkan adanya penurunan pH

feetwater boiler, oleh karena itu untuk mengetahui penipisan lapisan pelindung ada

baiknya menganalisa kandungan pada air.

4.2 Analisa Data 2 “Failure Analysis Of Riser Wall Tube No. 3 ASTM A210 Grade A-1 At Boiler Unit 2 Steam Power Generator Pt X” (Industri, F. T. (2015)

4.2.1 Latar Belakang PLTU merupakan suatu pembangkit energi listrik dimana proses kerjanya

memanfaatkan tenaga uap sebagai penghasil listrik. Dimana boiler adalah suatu

komponen utama yang berguna sebagai tungku untuk memanaskan air menjadi

uap yang kemudian dilanjutkan sebagai penggerak turbin. Bahan pembakaran

yang digunakan untuk mengubah air menjadi uap pada PLTU yaitu batubara,

dimana tempat membakaran terletak pada furnace. Pada furnace ada pipa yang

berisi campuran air dan uap yang menuju riser dan steam-water separator dari

hasil inpeksi pada riser wall tube unit 2 mengalami repture seperti pecahan,

penipisan dan kebocoran tube no.2 dan no.3.Karena mekanisme kegagalannya

berbeda, dimana tube no.3 berada pada daerah dekat sootblower yang fungsinya

55

untuk pembersihan abu pengotor pada permukaan. Sepaya lebih jelasnya

mekanisme dan factor penyebab kegagalan yang terjadi antara tube no.2 dan tube

no.3. Maka peneliti menyimpulkan meneliti tube nomor 3 untuk menentukan tube

mana penyebab utama kegagalan maupun kegagaklan sekundernya,

4.2.2 Tujuan PenelitianBerdasarkan referensi dari data yang didapat tujuan peneliti yaitu untuk

mengetahui penyebab kegagalan dan mekanisme kegagalan yang terjadi pada

riser wall tube boiler serta memberikan suatu Langkah-langkah pencegahan dan

perawatannya agar tidak terjadi lagi kegagalan dengan mekanisme yang sama.

4.2.3 Metode PenelitianDalam pembahasan dari sumber data, penelitian mendapat samper tube

nomer 3. Sedangkan Pengujian yang dilakukan terdiri dari uji makroskopik, uji

komposisi kimia, metalografi, uji kekerasan, uji XDR dan uji tensile.

4.2.4 Hasil Histori Operasional dan Hasil PengujianPada bulan Agustus 2015 di unit 2 PLTU, riser wall tube mengalami

kebocoran pada nomor 2 dan nomor 3. Dimana boiler unit 2 ini pada tahun 2012

baru diinstalasi dengan waktu beroperasi 8000 jam. Tube dengan tebal 6 mm dan

diameter luar tube 48 mm peroperasi pada tekanan 19.79 MPa atau 195.31 atm

dan temperature 393ºC, kronologi terjadinya kebocoran yaitu diawali oleh

bocornya pipa nomor 2 kemudian berlanjut kepocoran pipa yang nomor 3, agar

lebih jelasnya di ketahui sketsa boiler Gambar.

56

Sketsa Boiler

Gambar 4.18 Skema daerah riser wall tube pada boiler (Industri, F. T 2015)

1. Hasil Pengamatan Makroskopik

Daerah komponen riser wall tube ASTM A210 dengan pengamatan

makroskopik dilihat dari Gambar 4.19 dan Gambar 4.20 awal patahan sisi

miringnya.

Gambar 4.19 Sampel riser wall tube nomor 3 ASTM A12 grade A-1 (Industri, F. T

2015)

Daerah riser walltube

57

Gambar 4.20 Sisi samping patahan riser wall tube (Industri, F. T 2015)

Dapat diketahui dari lokasi awal yang mengalami kebocoran dan

adanya kerak secara jelas di lihat yang menempel sepanjang daerah

patahan tube tersebut. Dapat disimpulkan adanya penurunan kualitas

material riser wall tube nomor 3 dari segi mekanismenya.

Alat stereomicrosope dan scanning electron microscope yang

digunakan untuk pengamatan makroskopik fraktografi. Dimana daerah yang

dilakukan pengamatan pada daerah sekitar awal retak seperti pada Gambar

4.21 dan diamati bentuk hingga morfologi permukaaannya.

6.0 mm 4.3 mm

0.6 mm

2.2 mm

58

Gambar 4.21 Daerah dan hasil Fraktografi, hasil uji

stereomicroscope dan hasil uji SEM (Industri, F. T 2015)

Berdasarkan Gambar 4.21 membuktukan pada tube mengalami

penipisan hingga mengakibatkan retak micro dan pada akhirnya akan

mengakibatkan retak makro. Dari hasil SEM juga menunjukkan pada tube

tidak ada tanda penjalaran retak.

Daerah uji fraktografi

Penipisan pada tube

Lokasi awal retak pada tube akibat penipisan

Tidak ada retak yang menjalar masuk kedalam permukaan material

59

2. Hasil Pengujian Komposisi Kimia

Hasil pengujian komposisi kimia dengan optical emission

spectrometry pada riser wall tube nomor 3 ditunjukkan di Tabel 4.6 dengn

perbandingan ASTM A210 grade A-1.

Tabel 4.6 Hasil pengujian komposisi kimia (Industri, F. T 2015)

No Unsur Nilai Kandungan Unsur (% berat)

Standar ASTM A210 Grade A-1

1 C 0.175 0.27 max

2 Si 0.226 0.10 max

3 Mn 0.574 0.93 max

4 P 0.007 0.35 max

5 S 0.003 0.35 max

6 Cr 0.038 -

7 Mo 0.005 -

8 Ni 0.005 -

9 Al 0.004 -

10 Cu 0.051 -

11 Nb 0.002 -

12 Ti 0.002 -

13 V 0.004 -

14 Fe Balance -

Perbandingan antara komposisi riser wall tube nomor 3 dengan

ASTM A210 grade A-1 tidak jauh berbeda dari komposisi standar ASTM

A210 grade A-1

60

3. Hasil Pengujian XRD

Pada material daerah patahan dilakukan pengujian XRD guna untuk

mengetahui senyawa yang mempengaruhi faktor terjadinya penipisan ada

pada tube. Hasil yang di dapat dari pengujian XRD dengan Gambar 4.22

dibawah ini yaitu

Gambar 4.22 Grafik hasil uji XRD (Industri, F. T 2015)

Dengan grafik hasil uji XRD dapat didentifikasi untuk menganalisa

dengan menggunakan Software Highscore Plus yaitu pada Tabel 4.7

sebagai berikut:

Tabel 4.7 Hasil analisa XRD (Industri, F. T 2015)

Vis

ible

Ref.Code Score Compound

Nime

Displacement

[º 2 Th.]

Scale

Factor

Chemical

Formula

61

* 01-

085-

1410

68 Iron 0.479 0.965 Fe

* 03-

065-

1587

13 Iron

Nitride

0.124 0.457 Fe8N

Dari hasil XRD menunjukkan adanya Iron Nitride atau disebut fase

Fe8N dilihat dari grafik yaitu dua peak Fe8N. Salah satu factor terbentuknya

Fe8N karena terdapat senyawa oksida nitrogen NO dan efek dari

pembakaran batubara pada boler. Dimana Riser Wall Tube pada saat

beroperasi di Temmperatur 393ºC sehingga memudahkan Fe cepat

bereaksi dengan NO sehinngga terbentuk fase Fe8N.

4. Hasil Pengujian Metalografi

Hasil pengujian metalografi dapat terlihat struktur mikro dari

spesimen dengan mikroskop optik. Untuk pengujian struktur mikro dengan

menggunakan ASTM E3, dimana specimen pada Gambar 4.23 terlebih dulu

di korosikan dengan larutan etsa natal 2%.

62

Gambar 4.23 Spesimen uji metalografi pada daerah jauh patahan dan dekat

patahan (Industri, F. T 2015)

Dari hasil uji metalografi di tunjukkan pada Gambar 4.24, didapat

fase yang terbentuk pada struktuk mikro yaitu:

63

Gambar 4.24 Hasil pengujian metalografi 500x. (a) Spesimen jauh dari patahan

dan (b) Spesimen daerah patahan (Industri, F. T 2015)

Pada pengujian mikroskop optik menunjukkan adanya fase di daerah

jauh dari patahan maupun didaerah patahan yaitu ferrite dan pearlite.

Dibuktikan dari diagram Fe-Fe3C, yaitu baca dengan wt% karbon 0.15-

0.27% pada Temperatur dibawah 723 ºC.

Berdasarkan hasil struktur miro Gambar 4.24 membuktukan adanya

batas butir pada daerah patahan material mengalami perpanjangan.

Dengan hasil penghitungan butirnya pada Tabel 4.8. dibawah ini

Tabel 4.8 Hasil perhitungan diameter butir

Spesimen Diameter rata-rata (mm)

Jauh patahan 0,028

Daerah Patahan 0,041

% pertambahan ukuran butir 46,43%

64

Hasil perhitungan ukuran butir menunjukkan suatu perpanjangan

ukuran butir mencapai 46,31%.

5. Hasil Pengujian SEM

Untuk melihat mikrografi permukaan daerah awal patahan dilakukan

pengujian Scenning Elektrone Microscope dengan hasil yang ditunjukkan

pada Gambar 4.25.

Gambar 4.25 Hasil pengujian SEM (Industri, F. T 2015)

Dari hasil pengujian SEM pada Gambar 4.25 menunjukkan adanya

butir mengalami elongasi, dan hasil pendukung dari uji metalograpi dimana

mencapai 46,43% pemanjangan butir.

7. Hasil Pengujian Kekerasan

Pada pengujian kekerasan dilakukan dua kali pengujian yaitu

pengujian didaerah jauh patahan dan dekat patahan pada Gambar 4.26 dan

hasil nilai kekerasan yang ditunjuk pada Tabe 4.9 dibawah ini:

65

Gambar 4.26 Hasil indentasi spesimen, (a) dekan patahan dan (b) jauh dari

patahan (Industri, F. T 2015)

Tabel 4.9 Hasil pengujian kekerasan (Industri, F. T 2015)

Indentasi

Nilai Kekerasan (HB)

Jauh

Patahan

Dekat

Patahan

Standard

(Maksimum)

1 135 182

143

2 138 178

3 141 181

4 132 176

5 131 179

Rata-

rata

135,4 179,2

66

Gambar 4.27 Grafik hasil pengujian kekerasan (Industri, F. T 2015)

Sipenulis menimpulkan dari hasil uji kekerasan dari Gambar 4.27

yaitu perbedaan antara nilai kekerasan pada specimen daerah patahan dan

daerah jauh patahan, diamana nilai rata-rata kekerasan pada daerah

patahan sekitar 179.2 HB. Oleh karena itu dari nilai HB menunjukkan jauh

melebihi batas nilai standar kekerasan ASTM A210 Grade A-1 yaitu 143

HB.

4.2.5 Data 2 Faktor-Faktor Penyebab Kegagalannya Dari hasil peneli (review), faktor-faktor yang mempengaruhi kegagalan

materialnya yaitu denga aspek material dan kondisi lingkungan yang ekstrim.

Berdasarkan hasil uji makroskopik pada riser wall tube no 3 ASTM A210 grade A-1

menipisnya ketebalan yang dialami dari luar akibat serangan partikel sehingga

menimbulkan retak dilihat dari fraktografinya.

Berdasarkan hasil pengujian XRD dapat diamati bahwa terbentuknya fase

Fe8N (Iron Nitride) akibat reaksi Fe dengan

Emisi nitrogen oxide berasal dari nitrogen yang oksidasi senyawa pada batubara

67

dan reaksi dari nitrogen dan oksigen pada udara pembuangan (Woodruff, 2004).

Yang mempercepat terjadinya reaksi Fe dan N xN

dikarenakan Temperatur tube yang mencapai 393 ºC.

Berdasarkan hasil pengamatan pengujian metalografi dengan larutan etsa

Nital 2% adanya fase yang terbentuk di daerah patahan maupun daerah jauh

patahan yaitu Pearlite dan Ferrite sesuai dengan diagram Fe-Fe3C.

Hasil pengujian scanning electrone pada ujung pipa yang mengalami

penipisan menunjukkan adanya micrograph butir riser wall tube, maka

mengakibatkan perpanjangan butir-butir tube didukung dengan hasil pengamatan

SEM diamana butir bertambah hingga 46,43%.

Pada hasil pengujian kekerasan melebihi nilai standar maksimum 143 HB

dimana nilai hasil kekerasan pada daerah patahan mencapai 179,2 HB. Hasil

pengujian maupun pengamat bahwa pipa mengalami penipisan pada permukaan

luar akibat efek dari bocornya riser wall tube no 2 yang dialiri uap dengan

Temperatur 393ºC dan Tekanan 195.31 atm serta tambahan fase Fe8N yang

terbentuk di tube karena emisi pembakaran. Ilustrasi awal mula terjadinya

kebocoran ditunjukkan pada Gambar 4.28.

68

Gambar 4.28 Daerah kebocoran riser wall tube (Industri, F. T 2015)

Awal tube mengalami erosi pada saat tube no. 3 tersembur uap panas. Oleh

sebab itu untuk nenanggulagi adanya penyemburan terlebih dalulu ditangani tube

no.2 supaya tidak menyebab ke komponen lainnya.


Adapun mekanisme yang didapat yaitu :

1. Sifat mekanik kekerasan material tersebut berkurang akibat material

mengalami kehausan sehingga menimbulkan erosi.

2. Karena semburan uap panas hingga menyerang tube yang sifat

mekaniknya lunak mengakibatkan kehausan pada tube

Perpaduan plastik pada material (deformasi) menyebabkan bertambahnya

ukuran butir maupun saat naiknya sifat mekanik kekuatan dan kekerasan serta

menurunnya sifat mekanik keuletannya. Nilai kekerasan 179.2 HB hasil dari

Analisa yang mengalami deformasi plastik setelah tube pecah dan menurut

Awal Kebocoran tube no. 2

Kebocoran tube no. 3

Pembakaran batubara dari bawah

Arah semburan

69

struktur mikro bertambahnya ukuran butir dengan nilai 46.43%. Penguatan

regangan (strain hardening) adalah terjadinya pertambahan ukuran butir pada

material dimana nilai kekekerasan mengalami kenaikan.

B. Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengujian yang telah didapatkan, dapat ditarik beberapa

kesimpulan mengenai kegagalan riser wall tube pada boiler yaitu:

1. Yang menyebabkan kegagalan pada riser wall tube no 3 yaitu erosi

2. Mekanisme gagalnya tube no. 3 dipicu karena pengaruh/serangan

kebocoran tube nomor 2 yang berisikan uap panas yang bertekan 195.31

atm dan temperatur 392ºC yang mengakibatkan material menjadi lunak

sehingga mudah menipis pada permukaan luar, sehingga menimbulkan

fase Fe8N akibat dari emisi NOx pembakaran batubara yang mempercepat

tejadinya erosi pada riser wall tube.

3. Dari hasil Analisa pengujian terdapat 3 titik nilai ketebalan, dimana 3 titik

tersebut tidak memenuhi stadar ketebalan minimum tube sebesar 4.87 mm

dan fase Fe8N yang terbentuk pada tube. Sedangkan di daerah patahan

menunjukkan adanya pertambahan ukuran butir 46.43% serta nilai

kekerasan melebihi stadar yang mencapai 179.2 HD, hal ini juga

membuktikan bahwa tube juga mengalami suatu deformasi plastik setelah

pecahnya tube.

C. Evaluasi

Dari kesimpukan bahwa kegagalan dari tube no.3 disebabkan erosi dari

semburan tube no.2, semburan uap panas mengakibatkan sifat material tube

lunak. Untuk mengetahui percepatan erosi ada baiknya ditambahkan informasi

tentang pembakaran batubara. Pada material tube no 2 adalah dasar kegagalan

erosi, oleh sebab itu lebih di harapkan penganalisaan dilakukan ke dua tube yang

gagal.

70

4.3 Analisa Data 3 “Failure Analysis Of The Wall Tubes Of a Water-TubeBoiler” (Duarte, 2017)

4.3.1 Latar BelakangKasus yang diteliti dalam jurnal ini berkaitan dengan sejarah kegagalan

tabung evaporator dari boiler pipa-air, bagian dari pembangkit listrik termoelektrik

berbahan bakar batubara, dianalisis dari 2001 hingga 2006. Boiler tersebut dialiri

turbin sebesar 165 MW dengan steam pada suhu 500 ° C dan tekanan 150 bar

(15MPa), dan memiliki kapasitas 486.000 kg / jam. Tabung evaporator di zona

kegagalan terbuat dari baja seamless ASTM SA210 grade A1, dengan finishing

panas, dan memiliki diameter luar nominal 57 mm, tebal dinding 5,4 mm. dan

radius tikungan 127,0 mm. Mereka diproduksi dengan pembengkokan dingin dan

perlakuan panas penghilang stres. Menurut spesifikasi, boiler dirancang

berdasarkan kode ASME B31.1, yang merekomendasikan parameter operasi

maksimum pada suhu 510 ° C, tegangan tarik 102 MPa.

Boiler tersebut mulai beroperasi pada tahun 1999. Pada tahun 2001, salah

satu tube boiler mengalami kebocoran pada bagian yang bengkok. Di atas area ini,

celah pada perkiraan sudut 45 ° terhadap sumbu tabung diidentifikasi, serta korosi

lubang pada permukaan bagian dalam tabung; lubang korosi terkonsentrasi di

bagian bengkok dari tube.

4.3.2 Tujuan PenelitianBerdasarkan permasalahan diatas dari sumber data 3 melakukan penelitian

yang bertujuan untuk menganalisa faktor penyebab kegagalan pada material

tersebut dan menganalisa mekanisme kegagalannya.

4.3.3 Metode PenelitianPada sumber data 3 melakukan penelitian pada sampel material yang gagal

dengan melakukan pengujian seperti uji komposi kimia, uji mikrostruktur, uji

kekerasan, dan pengujian tegangan sisa melalui difraksi sinar-X (XRD)

71

4.3.4 Hasil Data operasi dan Hasil PengujianDari kegagalan tube boiler telah diuraikan pada latar belanga dimana boiler

sudah beroperasi pada tahun 1999, ketika pada tahun 2001 tube boiler kebocoran

pada bagian yang bengkok dilihat pada Gambar 4.29 serta data parameter dan

kegagalannya Tabel 4.10

Gambar 4.29 Pipa air yang menunjukkan zona retak pada pipa dinding (Duarte,

2017)

Tabel 4.10 Data parameter boiler dan kegagalannya (Duarte, 2017)

Parameters ValueDesign ASME Power of

165 MWthermal plantTemperature in

350º Cfailure zonePressure in

15 MPafailure zone

Geometry of the Outer diameter: 57

mm; Thickness: 5.4tube in failuremm; bend radius:Zone 127 mm

72

Tube material in SA-210-A1failure zone

1. Hasil Pengamatan Visual dan Pengujian SEM

Dari sumber data 3 pemeriksaan visual dari permukaan internal

tabung mengungkapkan lubang korosi, terutama lubang korosi konsentrasi

besar di bagian bengkok tabung pada Gambar. 4.31 dan 4.32). Lubangnya

dalam dan elips ditujukkan di Gambar 4.33 dan 4.34. Kavitasi dibuang

karena tidak ada penurunan tekanan fluida di sepanjang tabung, dan

morfologi pit tidak sesuai dengan mekanisme kegagalan ini (pit lebar dan

dangkal). Selain itu, beberapa pit menunjukkan karakteristik tuberkulasi,

yang menunjukkan bahwa boiler tersebut aktif dan tumbuh selama

pengoperasian normal boiler. Pemeriksaan area yang rusak menunjukkan

adanya retakan dengan perkiraan sudut 45 ° terhadap sumbu tabung pada

Gambar 4.31. Retakan berasal dari permukaan bagian dalam tabung dan

tumbuh melintasi dinding tabung hingga mencapai permukaan lainnya.

Mikrograf menunjukkan adanya korosi pitting dan retak intergranular di

unjukkan pada Gambar 4.35. Diameter luar tabung rata-rata yang diukur

adalah 56,7 mm dan ketebalan 5,8 mm, Gambar 4.36 menunjukkan tingkat

korosi seragam yang rendah.

73

a. Hasil Pengamatan Visual

Gambar 4.30 Tube yang rusak dalam kondisi seperti yang diterima (Duarte, 2017)

Gambar 4.31 Tampilan jarak dekat dari retakan pada permukaan bagian dalam

tabung (Duarte, 2017)

74

Gambar 4.32 Permukaan internal sarah satu tabung bengkok yang menunjukkkan

lubang korosi (Duarte, 2017)

b. Hasil Pengujian SEM

Gambar 4.33 SEM diambil dari permukaan internal salah satu tabung dibagian

bengkok (Duarte, 2017)

75

Gambar 4.34 Mikro menunjukkan retak korosi antar butir, diukir dengan reagen

Nital 3% (Duarte, 2017)

Gambar 4.35 Sampel Beroriontasi melintang pada bagian tabung yang bengkok

(Duarte, 2017)

76

Gambar 4.36 Mikrografi yang minunjukkan morfologi korosi Piting dan crancking

(Duarte, 2017)

2. Analisa komposisi Kimia

Analisis kimiawi dari empat spesimen yang diambil dari tabung boiler

yang rusak dilakukan dengan menggunakan spektroskopi emisi optik (OES)

pada spektrometer Baird Spectrovac model DV-4. Menurut spesifikasi

pabrikan, tabung boiler terbuat dari baja ASTM SA210 grade A1. Ringkasan

hasil yang diperoleh untuk setiap sampel ditunjukkan pada Tabel 4.11.

Bahan memenuhi persyaratan komposisi kimia yang ditentukan oleh ASTM.

Tabel 4.11 Analisis kimia sampel dibawah kegagalan tube boiler (Duarte,

2017)

Sample C P S Cr Ni Mo Si Mn

1 0.161 0.014 <0.003 - - 0.02 - 0.64

2 0.162 0.010 <0.003 0.05 0.07 0.02 0.17 0.73

3 0.186 0.009 <0.003 0.07 0.06 0.03 0.12 0.65

4 0.171 0.012 0.007 0.05 0.07 0.03 0.18 0.79

Nominal <=0.270 <=0.035 <=0.035 0.07 0.07 0.02 >=0.10 <=0.93

77

SA210-A1

3. Analisa produk Korosi

Mikroskop elektron FEI Quanta 200 yang dilengkapi dengan

penganalisis EDAX/EDS digunakan untuk menentukan komposisi kimia dari

produk korosi di dalam lubang. Hasilnya ditunjukkan pada Tabel 4.12 dan

Gambar 4.37 Dapat dilihat bahwa unsur-unsur seperti O, Fe, Si, dan Mn

terdapat di dalam pit. Selanjutnya, analisis produk korosi pada permukaan

dalam tabung dilakukan melalui XRD dengan difraktometer Panalytical

X'pert pro MPD dengan radiasi Cu-

yang bengkok dan lurus, untuk tujuan ini. Pola difraksi ditunjukkan pada

Gambar 4.37b. Endapan utamanya adalah magnetit (Fe3HAI4) dan hematit

(Fe2HAI3), yang sesuai dengan hasil EDS.

Tabel 4.12 Analisis kimia produk korosi di dalam lubang (Duarte, 2017)

O Si Mn Fe

21.4 1.15 0.6 77.01

78

(a) (b)

Gambar 4.37 (a) SEM dari lubang korosi diatas permukakan bagian dalam tabung

kete yang menunjukkan Fe, O, Si dan Mnl, (b) Spektrum EDS (Duarte, 2017)

4.3.5 Data 3 Faktor Penyebab Kegagalannya Keretakan korosi tegangan (SCC) terjadi sebagai akibat dari tiga kondisi:

(a) tegangan tarik tinggi, baik yang diterapkan (tekanan internal atau tekukan) atau

tegangan sisa yang diinduksi selama pembuatan atau pengelasan.

(b) operasi dalam lingkungan korosif, dan

(c) bahan yang rentan, misalnya, dengan sifat mekanik yang tidak memadai untuk

aplikasi tersebut.

Selain itu, faktor-faktor seperti suhu, pH, tekanan, oksigen terlarut dalam air

umpan, dan kondisi operasional yang tidak tepat dapat mempengaruhi

kemungkinan terjadinya mekanisme kegagalan ini. Khususnya, dalam tabung

boiler yang terbuat dari baja karbon.

Menurut hasil eksperimen yang sudah dikaji, bahan memenuhi persyaratan

komposisi kimia yang ditentukan oleh ASTM, dan mikrostrukturnya konsisten

dengan jenis aplikasi ini. Analisis mikroskopis menunjukkan bahwa retakan

79

intergranular yang terdapat pada bagian bengkok tabung berasal dari lubang

oksigen, karakteristik mekanisme retak korosi tegangan. Dari pengukuran

kekerasan material, dapat disimpulkan bahwa kualitas material lebih tinggi dari

yang direkomendasikan; Faktanya, kekerasan material sesuai dengan baja kelas C

dan bukan A1, seperti yang ditentukan oleh desain. Situasi ini membuat material

rentan terhadap kegagalan oleh SCC dan merupakan bukti bahwa tabung boiler

tidak diolah dengan baik sesuai dengan spesifikasi ASME sebelum diservis.


Faktor SCC terjadi,akibat terjadinya tiga kondisi:

(a) tegangan tarik tinggi, baik residu maupun yang diterapkan

(b) lingkungan korosif, dan

(c) material yang rentan.

Kekerasan material yang tinggi dari perlakuan panas yang tidak memadai

membuat tabung rentan terhadap korosi lubang. Tingginya kadar oksigen terlarut

dalam air selama tiga tahun pertama pengoperasian boiler menyebabkan korosi

pitting akibat oksigen di permukaan bagian dalam tabung. Lubang bertindak

sebagai konsentrator tegangan untuk inisiasi dan propagasi retakan korosi

tegangan. Tegangan terapan dan sisa dari proses pembengkokan tabung

menjelaskan lokalisasi lubang korosi konsentrasi tinggi di bagian bengkok tabung.

B. Kesimpulan dan evaluasi

Berdasarkan hasil analisis kegagalan menunjukkan bahwa tabung boiler

gagal melalui retak korosi tegangan karena kombinasi tegangan lingkaran sisa dan

yang diterapkan serta lubang korosi oksigen. Korosi pitting disebabkan oleh

pengolahan air yang kurang memadai sehingga dapat menurunkan kandungan

oksigen terlarut dalam air. Lubang korosi bertindak sebagai konsentrator tegangan

untuk inisiasi dan penyebaran retakan. Fakta bahwa sebagian besar retakan

berasal dari bagian yang bengkok dari tabung menunjukkan adanya tegangan tarik

80

sisa dari proses pembengkokan dan perawatan anil pelepas tegangan yang tidak

memadai sebelum servis. Oleh karena itu, disarankan untuk mengaplikasikan

perawatan pelepas tegangan pada tabung ketel uap pada suhu antara 600-650 °

C, tepat setelah proses pembengkokan. Untuk menghindari serangan oksigen,

perawatan mekanis dan kimiawi air yang tepat harus diterapkan untuk menjaga

kadar oksigen terlarut di bawah 7 ppb. Selain itu, penggunaan tabung baja dengan

kualitas yang lebih tinggi dari yang direkomendasikan juga dapat menyebabkan

kegagalan, sehingga baja rentan terhadap SCC.

4.4 Analisa Data 4 “Thermal Fatigue and Corrosion Fatigue in Heat Recovery area Wall Side Tubes” (J. Ahmad a, 2010)

4.4.1 Latar BelakangSelama 10 hari pemadaman pemeliharaan (17-26 September 2006),

inspeksi PHM pada tabung dinding samping HRA mengungkapkan salah satu

tabung dinding samping HRA LHS ditemukan telah bocor pada sambungan las

tabung. Penemuan tersebut mengungkapkan bahwa kegagalan tabung tidak

disadari terjadi selama operasi normal sebelum dimatikannya unit boiler untuk out-

age yang direncanakan. Berdasarkan catatan pengoperasian unit boiler,

diperkirakan tabung LHS HRA yang rusak telah beroperasi sekitar 132.000 jam.

Selanjutnya, dalam waktu 2 bulan setelah unit boiler kembali beroperasi

normal dari pemadaman sebelumnya, unit kembali terpaksa dimatikan karena

kebocoran tabung di dinding samping RHS HRA pada tanggal 22 November 2006.

Tidak seperti kegagalan pertama, kegagalan kedua disebabkan oleh pecahnya

tabung ketiga yang dihitung dari pipa partisi HRA ke daerah tungku dan sekitar 1 m

dari atap boiler.

4.4.2 Tujuan PenelitianDari sumber ini, peneliti menganalisa kehausan yang terjadi pada tabung

dinding samping RHS HRA pada boiler serta mengagalisa mekanisme setiap

material yang bocor.

81

4.4.3 Metode PenelitianKarya ini menyajikan investigasi pada dua kegagalan tabung boiler di area

pemulihan panas yang melibatkan tabung dinding samping sisi kiri dan sisi kanan

dari unit ketel di Kapar Power Station Malaysia. Lokasi kegagalan di unit ketel

dengan penelitian Inspeksi visual, analisis kimia pada endapan, pemeriksaan

metalurgi dan analisis creep pada tabung sisi dinding area pemulihan panas (HRA)

SA210-A1 yang gagal dilakukan. Tabung HRA memiliki diameter luar 45 mm dan

tebal 5,5 mm. Temuan dari pemeriksaan mikroskopis digunakan untuk mendukung

penyelidikan dalam menentukan mekanisme kegagalan.

4.4.4 Hasil Histori Operasi dan Hasil PenelitianDalam satu tahun terakhir sebelum kegagalan pertama atau karena semua

pembangkit termal Pembangkit Listrik Kapar Malaysia terpaksa mengubah moda

operasinya dari beban konstan ke beban siklik, terlihat bahwa beberapa komponen

boiler yang jarang mengalami kegagalan kelelahan telah menjadi lazim terutama

pada tabung dinding samping HRA boiler dilihat pada Gambar 4.38.

Mempertimbangkan kemungkinan konsekuensi dari operasi saat ini, tabung

dinding samping HRA telah terdaftar dalam prioritas cakupan kerja evaluasi non-

destruktif (NDE) selama pemadaman terjadwal. Lokasi tersebut diidentifikasikan

memiliki kemungkinan kegagalan yang tinggi oleh kelelahan terutama pada

sambungan las tabung. Dilaporkan bahwa tekanan steam operasional rata-rata

adalah 200 bar (20 MPa) pada temperatur pelayanan 380 LC.

82

Gambar 4 38 Lokasi kegagalan tabung di area pemulihan panas (J. Ahmad a,

2010)

1. Hasil Pengamatan Visual

Inspeksi visual dari tabung dinding samping LHS HRA yang gagal

diterima menunjukkan fitur-fitur berikut sebagai:

83

1. Tabung gagal dengan lubang berdiameter 1,2 mm pada

Gambar 4.39 dan terletak di sambungan las sirip seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 4.40

2. Tidak ada pembengkakan di bagian lain dari tabung.

Gambar 4.39 Lokasi Kegagalan HRA LHS setelah pemotongan sirip tabung (kiri)

dan lubang serta retakan tabung yang gagal (kanan) (J. Ahmad a, 2010)

Gambar 4.40 Lokasi kegagalan tabung dinding samping RHS HRA (berbentuk

lingkaran) (J. Ahmad a, 2010)

84

Gambar 4.41 Tabung dinding samping RHS HRA yang rusak menunjukkan

celah terbukan dan meninggalkan tepi tumpul (J. Ahmad a, 2010)

Tidak ada kerak yang tidak biasa di permukaan luar dan hampir tidak

ada endapan di permukaan bagian dalam tabung. Tidak ada bukti korosi

aktif baik pada permukaan tabung eksternal maupun internal. Tidak ada

bukti penipisan dinding di lokasi yang jauh dari daerah keruntuhan.

Temuan inspeksi visual pada tabung dinding samping HRA RHS

yang diterima gagal (Tabung 3) dan tabung tetangganya (Tabung 1, 2, 4, 5

dan 6) adalah sebagai berikut dilihat Gambar 4.42.

Gambar 4.42 Tabung HRA RHS yang gagal (J. Ahmad a, 2010)

Pipa samping RHS HRA no. 3 rusak karena pecah dengan diameter

4 cm dan panjang 16 cm.Pecahan itu adalah jenis bukaan jendela yang

85

diyakini telah pecah meninggalkan ujung tumpul. Tidak ada tanda bengkak,

tidak ada skala yang tidak biasa dan tidak ada bukti korosi aktif pada

permukaan luar tabung.

Umumnya, permukaan internal semua sampel ditemukan dalam

kondisi kotor. Itu bisa dilihat dari Gambar 4.43 bahwa Tabung 2 dan 3

tertutup oleh endapan / timbangan berat dan endapan sedang ke tabung

lainnya. Endapan /timbangan ditemukan menjadi keras dan melekat dengan

baik pada permukaan bagian dalam tetapi cukup rapuh dan seperti tepung

di permukaan.

Gambar 4.43 Kondisi kotoran permukaan bagian dalam dari tabung RHS HRA

yang diterima oleh produk korosi (J. Ahmad a, 2010)

86

Penghapusan endapan / timbangan dengan pembersihan bahan

kimia laboratorium menunjukkan adanya korosi parah dan tanda lubang

pada permukaan internal Tabung 2 dan 3 pada Gambar 4.44 sementara

Gambar 4.45 menunjukkan kondisi yang kurang signifikan di Tabung 4.

Gambar 4.44 Dinding samping RHS HRA tabung 2 dan 3 setelah pembuangan

endapan dengan pembersihan kimiawi menunjukkan kondisi permukaan dalam

yang parah akibat korosi (J. Ahmad a,2010)

Gambar 4.45 Tabung 4 Dinding samping HRA RHS setelah pengangkatan

endapan dengan chemical cleaning menunjukkan sisi yang lebih panas

(atas) lebih banyak terkena korosi steam daripada sisi yang lebih dingin

(bawah) (J. Ahmad a, 2010)

87

Jelas bahwa Tabung 2 dan 3 telah mengalami korosi aktif di bawah

endapan / timbangan. Gambar 4.45 menunjukkan temuan menarik yang

menunjukkan sisi yang lebih panas (atas) dari Tube 4 mengalami korosi

steam yang lebih banyak terkena daripada sisi yang lebih dingin (bawah).

Hal ini menunjukkan bahwa temperatur yang semakin tinggi akan

memberikan kontribusi yang signifikan terhadap proses korosi.

2. Analisa unsur kimia

Endapan yang diambil dari permukaan internal tabung 2 dan 3

dinding samping RHS HRA dianalisis untuk menentukan konstituennya.

Hasil rinci dari analisis disajikan di Tabel 4.13. Meskipun besi tidak

dianalisis, namun sifat magnetis dari endapan tabung menunjukkan bahwa

penyusun sebagian besar dari besi dan oksidanya dari produk korosi.

Keberadaan natrium, kalsium, kalium dan klorida dalam endapan diyakini

sebagai akibat dari sisa pengotor dalam steam yang terbawa dari drum

boiler yang terkontaminasi. Dilaporkan adanya insiden masuknya air laut ke

sistem air umpan melalui kebocoran tabung kondensor pada tahun 2001.

Tabel 4.13 Konstituen endapan di permukaan bagian dalam tabung HRA

RHS (J. Ahmad a, 2010)

Constituents Percentage (%)

Na/Na2O 0.006/0.0089

Ca/CaO 0.029/0.041

K/K2O 0.002/0.005

Cl 0.016

Iron oxide Balance

3. Pemeriksaan Mikrografi

Pemeriksaan mikroskopis difokuskan pada daerah pecah yang

terletak di sambungan las sirip tabung. Dipastikan bahwa lubang tersebut

88

berada di zona pengaruh panas (HAZ) dimana bahan sirip dipasang pada

logam dasar tabung. Adanya retakan makro transgranular yang menembus

jauh ke dalam permukaan internal tabung pada Gambar 4.46 dan adanya

banyak retakan berbentuk baji di permukaan internal seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 4.47 memastikan bahwa tabung gagal karena

kelelahan termal. Gambar 4.48 menunjukkan permukaan luar pipa samping

dinding samping HRA LHS yang menunjukkan retakan makro transgranular

pada zona pengaruh panas (HAZ) sambungan las. Fitur ini juga

mengkonfirmasi bahwa kelelahan termal telah terjadi.

Gambar 4.46 Mikrografi menunjukkan retakan makro transgranular yang

menembus jauh ke dalam permukaan internal tabung HRA LHS yang gagal

(J. Ahmad a, 2010)

89

Gambar 4.47 Mikrografi menunjukkan banyak retakan berbentuk baji pada

permukaan internal tabung HRA LHS yang gagal (J. Ahmad a, 2010)

Gambar 4.48 Mikrografi permukaan luar pipa dinding samping LHS HRA yang

gagal menunjukkan retakan makro trangranular pada zona yang terkena panas

(HAZ) dari sambungan las (J. Ahmad a, 2010)

Ada banyak lubang di permukaan bagian dalam tabung di mana

masing-masing dari mereka diamati memiliki retakan mikro transgranular di

dasar lubangnya terlihat pada Gambar 4.49 dan menembus ke permukaan

luar tabung pada Gambar 4.50. Karena korosi mungkin merupakan

kontaminasi oxy-gen dalam air boiler, bentuk retakan lebih bulat dan tidak

beraturan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.51.

90

Gambar 4.49 Mikrografi permukaan bagian dalam Tabung RHS HRA yang

gagal menunjukkan retak transgranular yang berasal dari dasar pit.

Gambar 4.50 Mikrografi permukaan bagian dalam tabung RHS HRA yang

gagal menunjukkan retakan transgranular yang menembus ke permukaan

luar (J. Ahmad a, 2010)

Memastikan bahwa kelelahan korosi telah terjadi pada tabung

dinding samping RHS HRA yang rusak. Pemeriksaan pada permukaan luar

juga menunjukkan adanya retakan mikro transgranular pada permukaan

luar (Gambar 4.51) dan menembus ke permukaan bagian dalam (Gambar

4.52) Gambar 4.51 dan 4.52 menunjukkan bahwa kelelahan termal juga

terjadi pada tabung dinding samping RHS HRA yang gagal.

91

Gambar 4.51 Mikrografi menunjukkan adanya retakan micro transgranular

pada permukaan luar tabung RHS HRA (J. Ahmad a, 2010)

Gambar 4.52 Mikrografi mengungkapkan retakan mikro transgranular pada

permukaan luar yang menembus ke arah permukaan dalam (tabung RHS

HRA) (J. Ahmad a, 2010)

4.4.5 Data 4 Faktor Penyebab KegagalannyaPipa yang gagal pada dinding samping LHS HRA bebas dari korosi sisi

steam yang ditunjukkan dengan kondisi permukaan bagian dalam yang bersih.

Permukaan bagian dalam dari tabung HRA RHS yang rusak ditemukan dalam

kondisi kotor oleh produk korosi (endapan / timbangan). Adanya tanda pitting dan

gouging yang menyebabkan penipisan dinding tabung terlihat jelas pada

92

permukaan bagian dalam tabung setelah terjadi perpindahan endapan / timbangan

dengan pembersihan kimiawi. Temuan ini mengkonfirmasi adanya korosi aktif di

bawah endapan/timbangan. Meskipun pembersihan kimiawi pada unit boiler

berhasil dilakukan pada bulan Februari 2003 tetapi Tabung dinding samping RHS

HRA tidak termasuk dalam tugas proses pembersihan karena lokasinya di

superheater boiler (sisi uap). Pembilasan tabung dinding samping RHS HRA

dengan air panas selama beberapa hari hingga kadar klorida di bawah 200 ppb

tampaknya tidak sepenuhnya efektif.

Sifat retakan transgranular seperti yang ditemukan pada tabung dinding

samping LHS dan RHS HRA yang gagal menunjukkan bahwa tabung gagal karena

kelelahan termal. Adanya retakan transgranular yang berasal dari pit base pada

side wall tube RHS HRA yang rusak menegaskan bahwa kegagalan tersebut

disebabkan oleh kelelahan korosi. Lubang-lubang tersebut akan mempercepat

kegagalan kelelahan korosi. Pipa samping RHS HRA yang gagal juga mengalami

kelelahan termal yang ditunjukkan dengan retak transgranular pada permukaan

luar.

A. Solusi dan evaluasi

Untuk memeriksa kemungkinan masalah creep yang berkontribusi pada

kegagalan tabung HRA, perhitungan waktu pecah yang sesuai dengan beban

operasional dan geometri waktu tabung perlu dilakukan. Perkiraan tegangan

lingkaran yang dikembangkan dalam tabung.

Secara umum, tegangan siklik pada tabung dinding samping HRA akibat

operasi beban siklik dianggap signifikan yang ditunjukkan dengan adanya retakan

transgranular pada permukaan dalam dan luar tabung. Kerusakan tabung serupa

terutama untuk tabung dengan kondisi permukaan dalam yang kotor karena korosi

dapat terjadi di kemudian hari. Oleh karena itu, ada tindakan yang dapat

dipertimbangkan yang mungkin dapat mengurangi ketidaktersediaan karena

kegagalan tabung dinding samping HRA boiler sebagai berikut:

93

- Identifikasi tabung dinding samping HRA yang memiliki

kemungkinan besar mengalami kegagalan tabung akibat operasi

beban siklik.

- Tabung dinding samping HRA yang memiliki korosi sisi uap yang

buruk harus diperiksa dengan cermat selama pemadaman

berikutnya.

- Pemotongan dan penggantian tabung yang berkarat harus

dipertimbangkan.

- Pemeriksaan umum kondisi tabung dinding samping HRA untuk

menemukan daerah retak harus dilakukan.

- Pengaruh laju pendinginan boiler yang tidak normal pada kegagalan

fatik harus dianalisis dengan cermat

B. Kesimpulan

Inspeksi visual, analisis kimia pada endapan, dan pemeriksaan metalurgi

pada tabung sisi dinding SA210-A1 heat recovery area (HRA) yang gagal pada

unit boiler telah dilakukan untuk menyelidiki kegagalan tersebut. Temuan dari

inspeksi visual, pemeriksaan mikroskopis dan analisis creep mengungkap

mekanisme kegagalan. Kegagalan pertama pada tabung dinding samping LHS

HRA diidentifikasi karena kelelahan termal sedangkan kegagalan kedua pada RHS

HRA adalah akibat kombinasi kelelahan korosi, kelelahan termal dan kerusakan

creep.

4.5 Analisa Data 5 “Analysis of failures in boiler tubes due to fireside corrosion in a waste heat recovery boiler” (S. Srikantha, 2003)

4.5.1 Latar BelakangBoiler pemulihan panas limbah telah mengalami layanan perkiraan 50.000

jam. Dilaporkan bahwa terdapat kegagalan berulang pada tabung economizer

serta kegagalan intermiten pada bagian preheater kondensat, economizer tekanan

94

rendah dan bagian economizer bertekanan tinggi. Kerusakan tabung umumnya

terjadi di antara sirip dan di tikungan dan sambungan di mana tabung menembus

pelat penyangga. Ditemukan bahwa ada substansial pembentukan endapan yang

melekat di bagian evaporator bertekanan tinggi, economizer dan bagian pemanas

awal kondensat. Sifat endapan yang terbentuk di berbagai bagian boiler pemulihan

panas limbah. Permukaan yang rusak menunjukkan lubang dan penipisan di sisi

api tabung tempat endapan terkumpul. Tidak ada kerak / endapan oksida yang

signifikan yang diamati pada permukaan tepi sungai dari tabung, baik di zona

kegagalan maupun jauh dari zona kegagalan.

4.5.2 Tujuan Penelitian Dari referensi yang didapat penelitian dilakukan bertujuan untuk mengetahui

penyebab kegagalan pada evaporator serta economizer.

4.5.3 Metode Penelitian Berdasarkan sumber ini endapan menjadi sasaran analisis kimia basah,

pembelahan sinar-X, dan pemindaian mikro elektron untuk menentukan sifat dan

komposisi endapan, fase yang ada dalam endapan, dan morfologinya. Analisis di

raksi sinar-X dilakukan dengan di ractometer Siemens D-500 menggunakan

radiasi Co-Ka (Ka = 1.79026 A). Analisis mikro-struktural dari endapan dilakukan

dengan menggunakan mikroskop elektron pemindai JEOL JSM 840A dalam mode

pencitraan elektron hamburan balik. Konstitusi fase kesetimbangan karena

interaksi gas buang-logam disimpulkan dengan teknik minimisasi energi bebas

yang digabungkan dalam perangkat lunak F * A * C * T dan memanfaatkan

database termodinamika yang disediakan di F * A * C * T.

4.5.4 Hasil Data Operasi dan Hasil Pengujian Di salah satu pembangkit listrik di India, turbin gas digerakkan dengan

diesel berkecepatan tinggi dan gas buang turbin gas melewati boiler pemulihan

panas limbah. Komposisi gas buang dari turbin adalah (wt.%): CO2-6.48%, O2-

15.62%, N2-72.92%, H2O-3.72%, SO2-0.04% dan Ar-1.22%. Diagram garis

konseptual dari boiler pemulihan panas limbah diberikan dalam Gambar 4.53.

95

Kondisi proses di berbagai bagian boiler pemulihan panas limbah dan spesifikasi

bahan yang digunakan di setiap bagian diberikan dalamTabel 4.14.

Gambar 4.53 Diagram konseptual boiler pemulihan panas limbah (S.

Srikantha, 2003)

Tabel 4.14 Kondis proses dan spesifikasi material untuk berbagai komponen boiler

pemulihan panas limbahi (S. Srikantha, 2003)

Sl Boiler component Flue gas temp Heating surface Material of construction

no. inlet/outlet ( C) area (m2) ASME specification

1 HP superheater II 561/525 C 5800.9SA213-T22 (C-0.15%, Mn-0.3–0.6%, S-0.3% max, P-0.3% max,

Si-0.5%, Cr-1.9–2.6%, Mo-0.87–1.13%, rest Fe)

96

2 HP superheater I 525/475 C 5800.9 SA213-T22

3 HP evaporator 475/294 C 29,004.5SA210-Gr.A1 (C-0.27%, Mn-0.93%, S-0.058% max, P-0.048% max,

Si-0.10%, rest Fe)

4 HP economizer II 294/223 C 26104.0 SA210-Gr.A1

5 HP economizer I 162/151 C 23677.1 SA210-Gr.A1

6Condensate preheater 151/151 C 20303.1 SA210-Gr.A1

Sifat endapan yang terbentuk di berbagai bagian boiler pemulihan panas

limbah dirangkum dalam Tabel 4.15. Permukaan yang rusak menunjukkan lubang

dan penipisan di sisi api tabung tempat endapan terkumpul. Tidak ada kerak /

endapan oksida yang signifikan yang diamati pada permukaan tepi sungai dari

tabung, baik di zona kegagalan maupun jauh dari zona kegagalan.

Tabel 4.15 Sifat endapan di berbagai bagian boiler pemulihan panas limbah (S.

Srikantha, 2003)

No. Portion of the boiler Colour of deposit Nature of deposit

1 Condensate preheater White Partly sticky

2 HP economizer-II Yellow Sticky and adherent

3 HP economizer-I Yellow Sticky and adherent

4 HP evaporator Yellow Sticky and adherent

5 HP superheater-II Dark red to brown Powdery and loose

1. Hasil Pengujian SEM

Pemindaian mikrograf elektron dari sampel endapan yang

dikumpulkan dari berbagai lokasi boiler ditampilkan di Gambar 4.54.

Distribusi ukuran partikel dalam endapan bervariasi antara 1-50 mikron.

Ukuran dan morfologi endapan menunjukkan bahwa endapan tersebut

terbentuk oleh interaksi gas buang dengan permukaan logam dan tidak

97

melalui jalur kondensasi uap. Kontras nomor atom dapat dilihat pada

gambar yang tersebar di belakang.

Gambar 4.54 Mikrografi SEM dari deposito di belakang mode pencitraan elektron

tersebar. Kontras nomor atom dapat dilihat pada gambar yang tersebar di bagian

belakang: (a) deposit superheater; (b) deposit evaporator HP; (c) Penghemat HP

yang saya setorkan; (d) deposit HP-economiser II; (e) endapan pemanas awal

kondensat (S. Srikantha, 2003)

2. Analisa Komposisi Kimia

Komposisi kimia lengkap dari endapan yang dikumpulkan dari

berbagai bagian boiler diberikan Tabel 4.16. Terlihat bahwa deposit

superheater sebagian besar terdiri dari Fe2O3 dan sejumlah kecil sulfat.

Endapan yang dikumpulkan dari evaporator bertekanan tinggi, economizers

bertekanan tinggi, dan prapemanas kondensat mengandung Fe2O3, sulfat

dalam jumlah besar dan sejumlah besar kelembapan.

98

Tabel 4.16 Komposisi kimia lengkap (% berat) dari endapan (analisis kimia

basah (S. Srikantha, 2003)

Lokasi penyetoran SiO2 Al2HAI3

Fe2HAI3

Na2HAI

K2HAI

V.2HAI5

H.2HAI Cl

BEGITU4 CaO

MgO

Superheater-II <0,1 0.38 80.22 <0,01 0,05 <0,01 0.23 <0,01 4.89 0.45 0,08

Evaporator HP <0,1 0,05 42.59 <0,01 <0,01 <0,01 0,5 <0,01 52.42 0.32 0.15

HP Economiser I <0,1 0,05 34.29 <0,01 <0,01 <0,01 8.68 <0,01 52.42 0.14 0.12

HP Economiser II <0,1 0.14 33.21 <0,01 0,05 <0,01 12.91 <0,01 48.93 0.10 0,07

Preheater kondensat <0,1 0,05 24.32 <0,01 <0,01 <0,01 16.56 <0,01 55.92 0,04 0,06

3. Hasil Pengujian XRD

Fase minor yang kurang dari 5% berat. belum terdaftar. Studi

pemodelan termodinamika memprediksi pembentukan fase hematit dan

korundum pada tabung superheater seperti yang diamati pada analisis

XRD. Lebih lanjut, studi pemodelan termodinamika memprediksi

pembentukan besi sulfat bersama dengan hematit di evaporator tekanan

tinggi dan bagian economizer dan asam sulfat dengan hematit di bagian

suhu rendah dari HP-economizer dan pemanas awal kondensat. Namun,

analisis XRD dari endapan menunjukkan pembentukan sebenarnya dari

besi sulfat terhidrasi di daerah ini. Ferric sulfate adalah garam higroskopis

yang larut dalam air belah ketupat kuning. Studi pemodelan termodinamika

tidak dapat memprediksi pembentukan berbagai besi sulfat terhidrasi

lainnya dan besi hidroksisulfat karena data termodinamika untuk fase ini

tidak tersedia dalam literatur dan karena itu tidak tergabung dalam database

F * A * C * T. dengan analisa sinar-X dilihat pada Tabel 4.17.

99

Tabel 4.17 Fase terdeteksi dalam berbagai endapan dengan analisis

difraksi sinar-X (S. Srikantha, 2003)

Lokasi penyetoran Fase terdeteksi dari analisis XRD

Superheater-II Hematit (Fe2HAI3), Korundum (Cr, Fe)2HAI3

Evaporator HP Fe2S2HAI9.xH2O, 2Fe (OH) SO4

Penghemat HP I Fe2S2HAI9.xH2O, 2Fe (OH) SO4

Penghemat HP II Fe2S2HAI9.xH2O, 2Fe (OH) SO4, Fe (OH) SO4.2H2HAI

Preheater kondensat Fe2S2HAI9.xH2O, 2Fe (OH) SO4, Fe (OH) SO4.2H2HAI

Diagram wilayah dominasi untuk sistem Fe – S – O pada 823 dan

723 K dibuat menggunakan perangkat lunak FACTSAGE dan database

termodinamika yang diberikan dalam FACTSAGE ditunjukkan pada Gambar

4.55 dan 4.56. Terlihat bahwa di bawah tekanan parsial oksigen dan sulfur

dioksida yang berlaku dipoin yang ditunjukkan pada Gambar 4.55 dan 4.56,

interaksi gas buang dengan permukaan logam akan menghasilkan

pembentukan Fe2O3 pada 823 K dan dalam pembentukan. Fe2 (SO4) 3 pada

suhu yang lebih rendah.

100

Gambar 4.55 Diagram wilayar dominan sistem Fe – S – O pada 823 K (S.

Srikantha, 2003)

Gambar 4.56 Log pO2 vs pSO2 plot sistem Fe – S – O di 723 K (S. Srikantha,

2003)

101

4.5.5 Data 5 Faktor Penyebab Kegagalannya Berdasarkan hasil pengujian disimpulkan penyebab kegagalannya diawali

fase-fasa yang terbentuk karena interaksi gas buang dengan permukaan logam

dapat diprediksi dengan pemodelan termodinamika. Dalam kasus yang paling

sederhana, diagram area dominasi isotermal (plot log pO2 vs log pSO2) dapat

dibuat untuk analisis termodinamika. Diagram wilayah dominasi untuk sistem Fe –

S – O pada 823 dan 723 K dibuat menggunakan perangkat lunak FACTSAGE dan

database termodinamika yang diberikan dalam FACTSAGE. Terlihat bahwa di

bawah tekanan parsial oksigen dan sulfur dioksida yang berlaku, interaksi gas

buang dengan permukaan logam akan menghasilkan pembentukan Fe2O3 pada

823 K dan dalam pembentukan. Fe2 (SO4) 3 pada suhu yang lebih rendah. Dengan

kata lain, pembentukan oksida besi lebih disukai di bagian superheater dan

pembentukan endapan sulfat besi lebih disukai di bagian evaporator dan

economizer. Dalam penyusunan diagram area dominasi, adanya pengotor di

permukaan logam (aktivitas besi di permukaan logam diasumsikan satu) serta

adanya spesies selain oksigen dan sulfur dioksida di dalam gas. fase telah

diabaikan. Hal ini dimungkinkan untuk menentukan konstitusi fase kesetimbangan

tanpa membuat asumsi penyederhanaan ini melalui prosedur minimisasi energi

bebas. Konstitusi fase kesetimbangan pada suhu yang berbeda sesuai dengan

bagian berbeda dari boiler ditentukan dengan menggunakan perangkat lunak

FACTSAG.

Fase minor yang kurang dari 5% berat. belum terdaftar. Studi pemodelan

termodinamika memprediksi pembentukan fase hematit dan korundum pada

tabung superheater seperti yang diamati pada analisis XRD. Lebih lanjut, studi

pemodelan termodinamika memprediksi pembentukan besi sulfat bersama dengan

hematit di evaporator tekanan tinggi dan bagian economizer dan asam sulfat

dengan hematit di bagian suhu rendah dari HP-economizer dan pemanas awal

kondensat. Namun, analisis XRD dari endapan menunjukkan pembentukan

102

sebenarnya dari besi sulfat terhidrasi di daerah ini. Ferric sulfate adalah garam

higroskopis yang larut dalam air belah ketupat kuning.

A. Kesimpulan dan evaluasi

1. Analisis kimia, studi SEM-EDAX dan analisis difraksi sinar-X

menunjukkan bahwa endapan di bagian superheater terutama terdiri dari

oksida besi (Fe2O3) sedangkan endapan dalam evaporator dan economizer

HP sebagian besar terdiri dari besi sulfat terhidrasi dan besi hidro-xisulfat.

Warna merah tua dan sifat tepung dari endapan superheater disebabkan

oleh adanya hematit. Warna kekuningan dan sifat lengket dari evaporator

HP dan endapan ekono-mizer disebabkan oleh besi sulfat yang larut dalam

air secara higroskopis.

2. Studi pemodelan termodinamika memprediksi bahwa pembentukan

endapan di bagian superheater terutama terdiri dari hematit (Fe2O3),

endapan di bagian evaporator dan economizer HP sebagian besar akan

berupa besi sulfat dan di dalam pemanas awal kondensat akan berupa

hematit dan asam sulfat terhidrasi.

3. Berdasarkan temuan di atas, dapat dikatakan bahwa korosi api pada

tabung superheater, HP-evaporator dan economizer pada kasus ini

disebabkan oleh reaksi spesi sulfur dalam fase gas dengan permukaan

logam.

Dapat juga disimpulkan bahwa kecenderungan korosi fireside pada

kumparan superheater cenderung ringan (karena pembentukan Fe2O3),

kecenderungan korosi pada evaporator HP dan economizer cenderung

parah (karena pembentukan hidrasi besi sulfat) dan kecenderungan korosi

koil pemanas awal kondensat juga cenderung tinggi karena pembentukan

asam sulfat terhidrasi yang diprediksi secara termodinamika pada suhu ini.

4. Kecenderungan korosi pada evaporator HP dan bagian economizer

dapat berhubungan langsung untuk pembentukan sulfat besi terhidrasi di

103

daerah ini. Secara termodinamika, pembentukan besi sulfat lebih disukai

pada suhu yang lebih rendah (di bawah 500 C), sulfur dioksida tinggi dan

kandungan oksigen dalam gas buang.

4.6 Analisa Data 6 “Caustic corrosion in a boiler waterside tube: Root cause and mechanism” (Farhad, 2013)

4.6.1 Latar BelakangKasus yang diteliti tentang kegagalan yangterjadi pada tabung boiler dari

baja paduan rendah, SA-210 Grade A-1. Penurunan ketebalan yang parah

terdeteksi dalam tabung boiler selama investigasi berkala. Dua alur sejajar identik

di sepanjang tabung horizontal diamati. Permukaan dalam tabung terdiri dari tiga

bagian yang berbeda: (1) skala abu-abu gelap di bawah alur, (2) alur hemi-elips,

dan (3) sisik berpori coklat di atas alur

4.6.2 Tujuan Penelitian Berdasarkan permasalahan dari sumber data 3 melakukan penelitian yang

bertujuan untuk menganalisa mekanisme dan faktor penyebab terjadinya

kegagalan tabung boiler.

4.6.3 Metode PenelitianDalam studi saat ini, analisis kegagalan tabung boiler diselidiki dengan

inspeksi visual, difraksi sinar-X (XRD), pengujian kekerasan mikro dan studi

struktur mikro menggunakan mikroskop optik dan pemindaian mikroskop elektron

(SEM) yang dilengkapi dengan sinar-X dispersif energi (EDS). . Berdasarkan hasil

dan pembahasan, mekanisme yang mungkin untuk mengatasi korosi endapan

dalam studi ini diusulkan.

Tiga sampel dari bagian yang berbeda dari spesimen yang diterima dipilih

untuk pemeriksaan kuantitatif, metalografi, mikroskop elektron, difraktometri sinar-

X, dan kekerasan. Selanjutnya komposisi lapisan oksida dan produk korosi

dianalisis. Metode spektroskopi digunakan sebagai berikut:

104

1. Komposisi kimia. Untuk menentukan komposisi kimia dari tabung,

analisis kuantitatif diterapkan.

2. Studi mikrostruktur optik. Untuk pemeriksaan mikrostruktur, spesimen

dipotong melintang dari yang berdekatan dan terpisah dari alur. Sampel

kemudian dipasang dan dipoles. Setelah persiapan, sampel dietsa dengan

larutan nital 2% selama 15 detik untuk mempelajari morfologi mikrostruktur

sampel.

3. Pengukuran kekerasan mikro. Uji kekerasan mikro Vickers dilakukan

oleh Akashi (M400 G1 Leco) dengan beban indentasi 100 g selama 15

detik.

4. Analisis mikroskop elektron. Pemindaian mikrograf elektron sampel

dianalisis menggunakan SEM (MV2300 Cam Scan), dilengkapi dengan

sinar-X dispersif energi (instrumen EDS-Oxford).

5. Analisis XRD. Pola difraksi sinar-X (XRD) direkam pada difraktometer

D8 Advance-Bruckers AXS dengan Cu KSebuah radiasi sumber (k = 1,54

AÅ0 ) dioperasikan di 40 kV dan 40 mA dalam rentang 2 jam 10–110 °

dengan kecepatan pindai 0,05 ° / detik.

4.6.4 Hasil Data Operasi dan Hasil Pengujian Boiler tidak berfungsi selama beberapa bulan dan tabung dicuci dengan

senyawa kaustik untuk menghilangkan kerak. Saat boiler dalam keadaan idle,

metode wet lay-up diterapkan untuk mencegah korosi. Dalam pendekatan ini,

semua tabung diisi sepenuhnya dengan air yang didemineralisasi dan dideaerasi.

Air juga diolah dengan natrium hidroksida untuk membentuk pH paling sedikit 11

dan pembersih oksigen (natrium sulfat).

Setelah perbaikan dan beberapa kali pemutusan aliran air, boiler dihidupkan

kembali dan bekerja selama 4 bulan. Selama operasi, air boiler berada dalam

pengolahan fosfat. Untuk menyediakan lingkungan basa yang tepat, natrium

hidroksida digunakan. Natrium sulfat ditambahkan ke ruang penyimpanan untuk

105

pemanas deaerasi. Dilaporkan bahwa pada awal operasi, analisis air menunjukkan

fluktuasi pH dan konduktivitas yang tidak biasa. Operator melakukan beberapa

blowdown untuk mengontrol kimia air.

1. Hasil Pengamatan Visual

Gambar tabung yang diterima ditampilkan di Gambar 4.57 yang

menyajikan tiga perspektif sampel: (a) sisi dalam, (b) sisi luar dan (c)

gambar penampang tabung yang rusak. Berdasarkan tampilan dan warna

kerak di sekitar alur, tabung dapat dipisahkan menjadi tiga bagian berbeda.

Seperti yang bisa dilihat di Gambar 4.57a, di sisi dalam tabung, ada skala

abu-abu melekat (bagian A) dan di sisi lain dari alur, ada sisik coklat berpori

(bagian B) yang dapat dikaitkan dengan pembentukan magnetit (Fe3O4) dan

hematit (Fe2O3), masing-masing. Di permukaan luar tabung (Gambar

4.57b), terbentuk lapisan oksida yang perekat, seragam, dan relatif tebal

dan tidak ada tanda jahitan atau pengelasan pada tabung. Dari Gambar

4.57c, jelas bahwa pengurangan ketebalan maksimum kurang lebih 40%

dan parit agak elips.

Gambar 4.57 Tabung superheater gagal yang diterima: (a) tampak sisi

dalam, (b) tampak sisi luar dan (c) tampilan penampang melintang. (Farhad,

2013)

106

2. Analisa Komposisi Kimia

Hasil analisis kuantitatif diberikan dalam Tabel 4.18. Berkenandengan komposisi kimianya, tabung tersebut dibuat dari baja paduan rendah, SA-210 Grade A-1.

Tabel 4.18 Analisa kimia dari tabung boiler yang gagal (Farhad, 2013)

Komponen

C Si P. M N S Kr Ni Mo

Wt% 0.15 0.19 0,015 0,52 0,004 0,03 0,02 0,02

Si, Mg, Ca adalah kontaminan air umum yang tetap ada di air umpan

atau air tambahan bahkan setelah filtrasi. Cu kadang-kadang ditambahkan

ke makeup water dengan sengaja karena sifat konduktifnya yang bagus.

keberadaan Al dapat dikaitkan dengan paduan dasar tembaga dan zeloit

yang digunakan untuk pengolahan air boiler. Selain itu, pemulung oksigen

yang digunakan untuk deaerasi air mungkin mengandung belerang.

Terakhir, seperti yang telah disebutkan sebelumnya sumber Na dan P

adalah bahan kimia yang digunakan untuk pengolahan air boiler.

3. Pemeriksaan Metalografi

Mikrostruktur dan morfologi tabung di daerah yang rusak diperiksa

dengan mikroskop optik dan gambarnya ditampilkan di Gambar 4.58.

Gambar metalografi setelah prosedur polishing dan etching menunjukkan

bahwa morfologi tabung di bagian tengah sampel terdiri dari pulau perlit

dalam matriks feritik. Gambar 4.58b dan 4.58c mewakili area yang

berdekatan dengan alur, tidak ada microcrack yang teramati, lapisan kerak

halus dan bebas dari lubang. Akhirnya,Gambar 4.58d mengilustrasikan

mikrograf optik yang diambil dari wilayah alur. Dengan membandingkan

Gambar 4.58a – 4.58d, seseorang dapat menyimpulkan bahwa tidak ada

107

perubahan dalam mikrostruktur dan seragam di sepanjang tabung, dan

batas butir tetap utuh.

Gambar 4.58 Struktur metalografi tabung diambil dari (a) pusat sampel, (b) daerah

yang berdekatan dengan alur pada skala abu-abu tua, (c) daerah yang berdekatan

dengan alur pada skala coklat dan (d) wilayah alur. Semua mikrograf berukuran

500x (Farhad, 2013)

4. Uji Kekerasan Mikro

Uji kekerasan mikro dilakukan pada penampang sampel dalam jarak

yang berbeda dari alur. Profil kekerasan mikro dari spesimen ditunjukkan

dalam Gambar 4.59. Seperti yang dapat diamati, tidak ada perbedaan yang

signifikan dalam nilai kekerasan. Hasil singkat diberikan Tabel 4.19.

108

Gambar 4.59 Uji kekerasan (a) Pemindaian gambar dan garis yang sesuai

di mana kekerasan diukur dan (b) profil kekerasan tabung. (Farhad, 2013)

Tabel 4.19 Hasil uji kekerasan mikro dalam jarak yang berbeda dari alur.

(Farhad, 2013)

Jarak dari alur (mm) —12 —10 —8 —6 —4 —2 0 2 4 6 8 10

Kekerasan (HV) 160 159 160 158 159 158 159 159 160 159 159 158

5. Pemeriksaan SEM dan EDS

SEM digunakan untuk mempelajari morfologi lapisan oksida dan

produk korosi. Gambar 4.60 menunjukkan mikrograf penampang tabung di

daerah alur. Seperti yang terlihat, endapan pada permukaan paduan dasar

terdiri dari dua lapisan berbeda; lapisan yang relatif tebal yang berdekatan

dengan logam dasar yang mungkin mengandung produk dari serangan

korosi parah (A), dan lapisan seragam yang relatif tipis (B). Selain itu, hasil

EDS menunjukkan bahwa pada daerah abu-abu gelap persentase berat

beberapa elemen seperti Cu, Ca, Zn dan Na lebih tinggi dari pada daerah

coklat yang dapat dikaitkan dengan keberadaan mereka dalam air sirkulasi

boiler.

109

Gambar 4.60 SEM dari penampang lintang daerah alur, di mana dua

lapisan deposit terbentuk pada logam dasar: produk korosi berpori

(bagian A) dan skala seragam (bagian B). (Farhad, 2013)

Permukaan tabung di tiga wilayah dipelajari menggunakan SEM.

Tidak ada microcrack yang teramati pada permukaan spesimen di area

yang berbeda.Gambar 4.61–Gambar 4.63 menunjukkan mikrograf SEM

yang diambil masing-masing dari daerah alur alur, sisik coklat dan sisik abu-

abu tua. Seperti yang dapat diamati, ada beberapa kristal berbentuk jarum

pada sisik alur (Gambar 4.61) yang tidak ada pada lapisan hematit Fe2O3,

(Gambar 4.62) dan lapisan magnetit, Fe3O4 (Gambar 4.63).

EDS digunakan untuk mengidentifikasi produk korosi di sisi dalam

tabung. Sampel EDS dipilih dari alur sisik coklat dan abu-abu tua. Tiga poin

dianalisis di setiap sampel dan rata-ratanya dilaporkan pad Tabel 4.20.

Elemen seperti Al, Zn, P, Cu dan Ca terdeteksi dalam jumlah yang tidak

normal. Jumlah Na yang signifikan juga terdeteksi dalam skala alur yang

memastikan adanya senyawa kaustik dalam air pengolahan.

110

Gambar 4.61 Mikrografi SEM dari wilayah alur pada dua perbesaran yang

berbeda. (Farhad, 2013)

Gambar 4.62 Mikrografi SEM dari wilayah coklat (lapisan hematit) pada dua

perbesaran yang berbeda (Farhad, 2013)

111

Gambar 4.63 Mikrografi SEM dari wilayah abu-abu gelap (lapisan magnetit)

pada dua perbesaran yang berbeda (Farhad, 2013)

Tabel 4.20 Analisa elemen EDS dari permukaan bagian dalam tabung dari

bagian spesimen yang berbeda (Farhad, 2013)

C O Zn Cu M N Si S P. Ca Al Na Ni

Skala alur

2.75 21.21 1.09 8.06 2.16 0.80 0.83 1.06 3.90 4.16 2.70 0,53

Skala coklat

1.84 18.98 0.11 1.27 0.64 1.31 0.24 0.10 0.61 4.62 0.22 0.24

Skala abu-abu

2.04 24.90 0.39 3.93 1.49 1.00 0.49 2.16 2.02 4.50 0.65 0.39

Hasil EDS menunjukkan jumlah Na yang signifikan dalam skala parit.

Besi oksida yang terbentuk pada permukaan bagian dalam tabung

merupakan senyawa amfoter dan rentan diserang oleh natrium hidroksida.

6. Pemeriksaan XRD

Analisis kualitatif endapan di wilayah alur dilakukan dengan XRD.

Untuk preparasi sampel, permukaan yang rusak dikikis dan digunakan

bubuk oksida yang telah disiapkan. Hasil XRD digambarkan dalam Gambar

4.64, jelas bahwa skala alur sebagian besar terdiri dari magnetit dan

112

hematit. Selain itu, keberadaan Cu, Cu2O dan NaFeO2 dikonfirmasi dengan

XRD. Oleh karena itu, disimpulkan bahwa penguapan di permukaan air dari

tabung yang terisi sebagian mengarah ke konsentrasi kaustik lokal yang

melarutkan lapisan magnetit pelindung dan selanjutnya menyerang logam

telanjang.

Gambar 4.64 Hasil XRD (Farhad, 2013)

Tabel 4.21 Pola difraksi sinar - X serbuk produk korosi pada daerah alur.

(Farhad, 2013)

Jarak dari alur (mm) —12 —10 —8 —6 —4 —2 0 2 4 6 8 10

Kekerasan (HV) 160 159 160 158 159 158 159 159 160 159 159 158

Hasil uji kekerasan mikro yang disajikan di Tabel 4.21 menunjukkan

bahwa sifat-sifat wilayah yang berdekatan dengan parit serupa dengan

bagian-bagian yang relatif jauh darinya. Dengan demikian, hasil

menunjukkan bahwa korosi sumuran, kerusakan hidrogen, korosi terkait

tegangan, dan serangan oksigen tidak terjadi.

113

6.4.5 Data 6 Faktor Penyebab Kegagalannya Berdasarkan hasil pemeriksaan, ada tiga penyebab korosi endapan yaitu:

(1) kerusakan hydrogen

(2) korosi asam fosfat

(3) korosi kaustik

Semuanya membutuhkan deposit berat dan mekanisme konsentrasi di

dalam deposit tersebut. Untuk kerusakan hidrogen, media konsentrasinya

biasanya adalah klorida dan level kontaminan cukup untuk mengkoreksi lapisan

oksida pelindung (magnetit dan hematit). Selain itu, atom hidrogen dapat dengan

mudah menembus baja karbon matriks. Kemudian atom hidrogen cenderung

bergabung dan membentuk molekul H2 yang menyebabkan distorsi pada struktur

dan meningkatkan tegangan pada matriks logam.

A. Mekanisme Kegagalan dan evaluasi

Ada dua faktor utama terjadinya korosi kaustik:

(1) adanya kaustik dalam air boiler dan

(2) mekanisme konsentrasi.

Sehubungan dengan program pengolahan air yang diterapkan, soda api

ditambahkan ke dalam air. Selain itu, setelah boiler dimulai ulang, beberapa

perubahan beban dicatat. Perubahan beban adalah salah satu penyebab utama

persembunyian fosfat di mana fosfat mengendap dan akibatnya kaustik bebas

dapat terbentuk. Oleh karena itu, sebagai akibat dari perubahan beban dan

persembunyian sebagian besar fosfat, analisis air boiler menunjukkan fluktuasi

yang tidak biasa. Dengan blowdown, operator mencoba mengontrol kimia air,

tetapi tekanan operasi tidak berubah. Situasi ini menyebabkan stratifikasi air / uap

dan pembentukan garis air dalam tabung horizontal.

114

Dengan mempelajari morfologi endapan, jelas bahwa lapisan seragam

terbentuk di sisi dalam tabung. Meskipun batas butir sangat rentan terhadap

serangan korosi seperti retak korosi tegangan atau korosi intergranular, tidak ada

bukti microcrack. Studi metalografi menunjukkan bahwa batas butir yang

berdekatan dengan parit utuh dan tidak ada kerusakan mikro atau hidrogen yang

terlihat.

Maka dari itu, tembaga diendapkan baik melalui pertukaran langsung

dengan besi atau dengan reduksi oksida tembaga oleh hidrogen yang dihasilkan

selama korosi. Biasanya melihat noda kemerahan besar dari tembaga unsur

bercampur dengan produk korosi seperti magnetit dan hematit di dekat lokasi

korosi kaustik karena pembentukan hidrogen yang terkait dengan serangan

tersebut. Dalam tabung yang terisi sebagian, penguapan cepat air di permukaan,

mempercepat pengendapan endapan mineral dan partikel seperti kalsium dan

tembaga. Parameter lain seperti pH, suhu, laju aliran, jenis amina, konsentrasi

amina, dan konsentrasi oksigen terlarut memengaruhi konsentrasi tembaga dalam

endapan.

B. Kesimpulan

Dalam penelitian ini, tabung diisi setengah dari isinya. Selain itu, aliran

panas tinggi menyebabkan peningkatan deposisi di mana air cair yang

bersentuhan dengan dinding tabung sisi panas diuapkan. Oleh karena itu,

konsentrasi senyawa kaustik dan mineral lainnya, yang ada dalam air, meningkat

dalam endapan. Sekali lagi, air berdifusi ke dalam timbangan ini dan menguap

karena aliran panas yang tinggi, dan akibatnya, jumlah senyawa kaustik, yang

sangat korosif, meningkat di area garis air dan akhirnya mengarah ke korosi.

Akhirnya, dua parit paralel identik diamati dalam tabung horizontal unit ketel.

Inspeksi visual, pemeriksaan metalurgi dan morfologi, dan analisis komposisi

timbangan menunjukkan bahwa kegagalan tersebut disebabkan oleh penguapan

air di dalam tabung yang terisi sebagian dan konsentrasi kaustik di permukaan air

yang mengarah ke cengkeraman kaustik di sepanjang garis air. Namun, hasil

115

metalografi dan SEM tidak menunjukkan adanya retakan pada mikrostruktur

tabung di berbagai daerah.

4.7tubes” (HockChye Qua, 2011)

4.7.1 Latar Belakang Boiler digunakan untuk memanaskan air untuk menghasilkan uap untuk

berbagai keperluan. Komponen boiler seperti economiser, water-wall tube dan

superheater saat ini sebagian besar terbuat dari baja dan paduan suhu tinggi.

Economiser adalah penukar panas yang terletak di wilayah suhu gas yang lebih

rendah (450–600°C), dirancang untuk memulihkan sebagian panas dari gas buang

yang dibuang. Ini terdiri dari serangkaian tabung yang melaluinya aliran air umpan

ke drum atau ke kepala saluran masuk dinding tungku. Gas buang mengalir di luar

tabung. Ekonomis dapat dibuat dengan besi cor atau tabung baja; yang pertama

biasanya digunakan pada boiler industri bertekanan rendah (bertekanan 6 2,5

MPa) dan yang kedua, pada boiler bertekanan tinggi.

Makalah ini menyajikan sebuah kasus dimana investigasi cepat dan biaya

rendah berhasil dilakukan pada korosi O2 pada tabung ekonomis, banyak di

antaranya dilaporkan telah bocor. Kecepatan adalah esensi utama, karena

keputusan harus dibuat mengenai sejauh mana perbaikan yang diperlukan, untuk

memungkinkan boiler kembali beroperasi dalam waktu sesingkat mungkin. Dalam

pekerjaan ini, tiga sampel tabung dari tabung ekonomis yang bocor diajukan untuk

diselidiki; ditetapkan sebagai Tube A, Tube B dan Tube C. Tabung tersebut

berasal dari boiler biomassa yang menghasilkan uap untuk pemrosesan buah

kelapa sawit dan untuk pembangkit listrik.

4.7.2 Tujuan PenelitianPada penelitian ini, bertujuan untuk mencari kebocoran pada material

tabung serta mekanisme apa aja yang menyebabkan kegagalan material tersebut.

116

4.7.3 Metode PenelitianBerdasarkan hasil penelitian Diameter luar asli (OD) diberikan menjadi 38,1

mm, dan tebal 4,0 mm. Diameter luar dari tabung yang disediakan pertama kali

diukur di Lokasi 1-5. Spesimen longitudinal dan transversal kemudian dipotong dari

lokasi ini, dipasang dan disiapkan untuk pemeriksaan metalografi. Ketebalan

dinding diukur dari spesimen yang dipasang. Log pengoperasian boiler untuk

periode sekitar satu tahun sebelum kebocoran tabung pertama yang terdeteksi

dirangkum dan ditabulasi untuk memudahkan perbandingan. Parameter utama

yang diamati adalah kadar sulfit, kadar Fe total, dan kenampakan air. Dimana

kandungan O2 dianalisis, hasilnya dicatat. Akhirnya, analisis SEM / EDX dilakukan

pada deposit internal dan eksternal Tube A untuk memastikan akurasi investigasi

yang cepat

4.7.4 Hasil Data Operasi dan Pembahasan Pengujian 1. Penampilan air

Dari catatan logbook, disimpulkan bahwa penampakan air berwarna

kehitaman selama hampir 4 bulan, dari 08-Nov-2003 sampai 04-Mar-2004.

Pewarnaan hitam dikaitkan dengan pelarutan terak las tetapi lebih mungkin karena

adanya magnetit yang terlepas halus (Fe3O4), karena proses korosi.

2. Analisis oksigen terlarut

Oksigen terlarut terdeteksi menjadi 8 ppm dengan probe meter O2 pada 28-

Mei-2004. Nilai ini tinggi dan merupakan indikasi beberapa ketidakcukupan dalam

proses penghilangan oksigen pada saat itu. Indikasi tidak langsung adanya

oksigen tinggi dalam jangka waktu lama adalah persyaratan tingkat injeksi sulfit

yang tinggi pada 17-Apr-2004, 21-Mei-2004 dan 28-Mei-2004. Data operasi

ditunjukkan pada Tabel 4.22.

117

Tabel 4.22 Ringkasan informasi operasional penting dari 08-Nov-03 hingga 15-

Jan-05 (HockChye Qua, 2011)

Tanggal Sulfit (ppm SO3) Besi total (ppm Fe)

Batas kontrol (ppm) Komentar

08-Nov-03 35 20–40 Sulfit masih dalam batas.17 <5 Total Fe tinggi; penampakan air dilaporkan kehitaman;

dikaitkan dengan pelarutan terak las.10-Nov-03 Fe terlarut berada pada 11,2

ppm.Fe terlarut tinggi.

17-Des-03 26 20–40 Sulfit masih dalam batas.22 <5 Total Fe tinggi.

30-Des-03 Inspeksi oleh DOSH (peraturan boiler tubuh)06-Jan-04 22 20–40 Sulfit masih dalam batas.

15 <5 Total Fe tinggi.13-Jan-04 23 20–40 Sulfit masih dalam batas.

15 <5 Total Fe tinggi.11-Feb-04 24 20–40 Sulfit masih dalam batas.

33 <5 Total Fe tinggi; dikaitkan dengan terak las.19-Feb-04 Penyerahan sebagian kepada

Klien04-Maret-04 12 20–40 Sulfit rendah; dikaitkan dengan katup pelepas tekanan

(PRV)malfungsi.

1.5 <5 Fe masih dalam batas; dikomentari bahwa air berwarna hitam di ataskunjungan sebelumnya (pada 11-02-04).

17-April-04 13 20–40 Sulfit rendah; disarankan untuk meningkatkan Scalrid 66 untuk menghilangkan O2.Deaerator dikatakan tidak efektif karena diafragma PRV digunakanhilang (dilepas untuk diperbaiki).

18 <5 Fe menjadi tinggi lagi.21-Mei-04 Tidak ada hasil yang diberikan Scalrid 66 direkomendasikan untuk ditingkatkan karena

deaerator

27-Mei-04 55 20–40kerusakan dan SO3 rendah secara konsisten.Sulfit sekarang menjadi tinggi.

2.3 <5 Fe masih dalam batas; Penampakan airnya jernih.28-Mei-04 13 20–40 Sulfit kembali rendah; O2 terlarut terdeteksi menjadi 8 ppm

dengan probe meter O2.Scalrid 66 semakin meningkat.Fe masih dalam batas.

2.0 <510-Juni-04 Email dari Operator kepada Konsultan, meminta nasihat mengenai klaim dari desainer deaerator bahwa

pengoperasian deaerator yang benar membutuhkan suhu air umpan menjadi 500 C, minimum, yang tidak dapat dipenuhi oleh sistem.

12-Juni-04 75 20–40 Sulfit sekarang menjadi tinggi lagi.10 <5 Fe bangkit kembali.

Fe dalam air umpan = 0,3 ppm.Fe dalam tangki penyimpanan = 0,35 ppm.Fe dalam air baku = 2,3 ppm.

23-Juli-04 65 20–40 Sulfit tinggi.1.1 <5 Fe masih dalam batas; airnya agak kecoklatan.

27-Agustus-04 12 20–40 Sulfit kembali rendah.1.2 <5 Fe masih dalam batas.

17-Sept-04 65 20–40 Sulfit tinggi.1.3 <5 Fe masih dalam batas.

20–22-Sept-04 Kebocoran terdeteksi di beberapa tabung; sebuah pipa dipasang untuk melewati economiser.14-Okt-04 15 20–40 Sulfit rendah.

0.6 <5 Fe masih dalam batas.25-Okt-04 70 20–40 Sulfit tinggi.

0.8 <5 Fe masih dalam batas.04-Nov-04 35 30–50 Sulfit masih dalam batas.

0,5 <5 Fe masih dalam batas.17-Des-04 12 20–40 Sulfit rendah.

Tidak ada bacaan <515-Jan-05 20 20–40 Sulfit masih dalam batas.

0,5 <5 Fe masih dalam batas.Penampakan airnya jernih.

118

Dalam pekerjaan ini, tiga sampel tabung dari tabung ekonomis yang bocor

diajukan untuk diselidiki dan ditetapkan sebagai Tube A, Tube B dan Tube C dilihat

pada Gambar 4.65.

Gambar 4.65 Tiga sampel tabung yang disediakan untuk pemeriksaan, ditetapkan

sebagai Tabung A, Tabung B dan Tabung C; panah 1–5 menunjuk ke Lokasi dari

mana Spesimen 1-5 dipotong untuk pemeriksaan metalografi (HockChye Qua,

2011)

1. Pemeriksaan Visual

Dari hasil pengamatan tak satu pun dari tabung yang disediakan

berisi area bocor atau tonjolan yang terlihat; permukaan luarnya kasar,

sedikit berlubang dan mengandung oksida kecoklatan muda ditunjukkan

pada Gambar 4.66 dan Gambar 4.67. Permukaan internal mereka bahkan

lebih kasar dan berisi lubang yang lebih dalam dengan oksida kecoklatan

yang lebih tebal di lihat pada Gambar 4.68, kecuali di area di mana sisa-sisa

oksida gelap hadir.

119

. Gambar 4.66 Tabung C permukaan luar, dengan lubang yang seragam di

seluruh bagian; lubang bagaimanapun jauh lebih ringan daripada di permukaan

internal. (HockChye Qua, 2011)

Gambar 4.67 Tabung C permukaan bagian dalam, diisi secara seragam dengan

lubang dangkal; lubang ditutup dengan lapisan tipis produk korosi kecoklatan. Area

tanpa lubang (panah) memiliki lapisan tipis oksida gelap (HockChye, 2011)

120

Gambar 4.68 Tabung B, Lokasi 3, dengan lubang korosi dangkal di permukaan

bagian dalam, ditutupi dengan oksida kecoklatan. (Hock Chye Qua, 2011)

Gambar 4.69 tunjukkan salah satu ujung Tube A yang berisi

sambungan butt-welded: permukaan internal di sekitar sendi memiliki

lubang yang lebih dalam dan lebih terisolasi daripada di lokasi lain.

Diskontinuitas yang dalam terjadi pada bagian akar las kemungkinan

disebabkan oleh kurangnya penetrasi akar.

Gambar 4.69 Tabung A, ujung potong dari Lokasi 1, berisi sambungan las;

permukaan internal berlubang buruk di lokasi di mana lapisan oksida gelap tidak

ada. (HockChye Qua, 2011)

121

2. Pemeriksaan Metalografi

Mikrostruktur biasanya terdiri dari sekitar 10% perlit dalam matriks

ferit, sesuai dengan baja ringan dengan kandungan karbon sekitar 0,08%

(Gambar 9). Perlit tidak memiliki tanda-tanda degradasi termal yang

menunjukkan bahwa tabung belum dipanaskan hingga lebih dari 450 °C.

Gambar 4.70 Struktur mikro khas dari bahan tabung, terdiri dari sekitar 10% perlit

dalam matriks ferit tidak ada degradasi termal yang teramati pada perlit (Mag 1000

×). (HockChye Qua, 2011)

Gambar 4.71 dan Gambar 4.72 menunjukkan penampang melintang

dari salah satu lubang internal yang lebih besar pada Spesimen S1. Terlihat

bahwa sisi-sisi lubang memiliki kemiringan yang cukup landai dan hanya

terdapat lapisan tipis oksida di permukaan lubang. Banyak lubang internal

dari spesimen lain menunjukkan karakteristik yang sama, meskipun

beberapa lubang lain terlihat memiliki sisi yang cukup tajam dan bergerigi,

juga berisi oksida dilihat pada Gambar 4.73.

122

Gambar 4.71 Spesimen S1, penampang melintang, permukaan dalam;

pemandangan salah satu lubang yang lebih besar dengan sisi-sisinya memiliki

kemiringan yang cukup landai (Mag 20 ×). (HockChye Qua, 2011)

Gambar 4.72 Tampilan yang diperbesar dari area kotak dari Gambar 4.71,

menunjukkan bahwa hanya ada lapisan tipis oksida di permukaan (panah) (Mag 50

×). (HockChye Qua, 2011)

123

Gambar 4.73 Spesimen S1, menunjukkan keberadaan lubang lain dengan sisi

tajam dan bergerigi dan diisi dengan oksida (Mag 200 ×). (HockChye Qua, 2011)

Gambar 4.74 dan Gambar 4.75 menunjukkan penampang

longitudinal melintasi diskontinuitas pada sambungan las Spesimen S1;

ligan yang tersisa diukur hanya sekitar 0,7 mm. Adanya mikrostruktur yang

berbeda di sisi berlawanan dari diskontinuitas menunjukkan bahwa

diskontinuitas bukanlah retakan, tetapi karena kurangnya penetrasi akar.

Gambar 4.74 Spesimen S1, penampang membujur melintasi diskontinuitas pada

sambungan las, menunjukkan bahwa hanya ada ligmen tipis sekitar 0,7 mm (Mag

25 ×). (H0ckChye Qua, 2011)

124

Gambar 4.75 Tampilan yang diperbesar dikontinitas, menunjukkan bahwa

mikrostruktur di sisi berlawanan dari diskontinuitas berbeda; ini menunjukkan

bahwa diskontinuitas bukanlah retakan (Mag 100 ×). (HockChye Qua, 2011)

3. Pengukuran Dinding Tabung

OD rata-rata dan ketebalan dinding maksimum / minimum

ditunjukkan pada Tabel 4.23; ketebalan dinding diukur dari bagian yang

ditunjukkan pada Gambar 4.76. Nilai-nilai ini tidak boleh dianggap absolut;

mereka hanya nilai yang diukur pada bagian mikro tertentu dan

kemungkinan besar lokasi lain mungkin memiliki nilai yang lebih ekstrim.

Namun, hasil umumnya menunjukkan bahwa telah terjadi pemborosan di

permukaan luar; untuk OD asli 38,1 mm, kehilangan ketebalan eksternal

maksimum yang terdeteksi akan menjadi 0,85 mm, di Lokasi 1. Sisa logam

yang hilang mungkin disebabkan oleh pemborosan dan lubang di

permukaan bagian dalam; ini sebesar 1,15 mm pada area berlubang,

menyisakan ketebalan yang tersisa sebesar 2,0 mm, yang hanya 50% dari

ketebalan aslinya.

Tabel 4.23 Diameter luar dan ketebalan sampel tabung yang disediakan.

(HockChye Qua, 2011)

Tabung Lokasi OD rata-rata (mm) Rentang ketebalan (mm)

Tabung A 1 36.4 2.1–3.4

125

2 36.6 2.0–2.9

Tabung B 3 36.9 2.5–3.54 37.0 2.0–3.3

Tabung C 5 Tidak diukur 2.0–3.4

Gambar 4.76 Spesimen mikro longitudinal dan transversal, S1 – S5,

masing-masing dari Lokasi 1 sampai 5 (semua spesimen memiliki lubang

dangkal di permukaan internalnya. Spesimen S1 longitudinal berisi

sambungan las dengan diskontinuitas yang dalam. (HockChye Qua, 2011)

4. Analisa SEM / EDX

Komposisi endapan internal dan eksternal Tube A, dari analisis SEM

/ EDX, disajikan di Tabel 4.24. Endapan internal adalah oksida Fe dan Si;

oksida Fe adalah produk korosi dan diharapkan; oksida Si berasal dari silika

yang terlarut dalam air umpan dan tidak dihilangkan dengan benar, juga

diharapkan. Endapan eksternal berasal dari produk korosi / oksidasi Fe

serta dari produk sampingan pembakaran bahan bakar biomassa,

semuanya diharapkan. Terlihat bahwa hasil EDX tidak mengungkapkan

mekanisme kerusakan.

Tabel 4.24 Analissi SEM/EDX (HockChye Qua, 2011)

Tidak Elemen Komposisi (wt%)

Deposito eksternal Deposit internal

1 O2 19.14 19.002 Si 1.52 3.213 P. 0.30 Tidak terdeteksi4 S 0.31 Tidak terdeteksi5 K 0.24 Tidak terdeteksi6 Ca 0.60 Tidak terdeteksi7 M N 0.62 Tidak terdeteksi

126

8 Fe 77.28 77.79

4.7.5 Data 7 Faktor Penyebab Kegagalannya Dari analisa operasional, jelas bahwa telah terjadi korosi pada komponen

besi sistem, dan korosi ini disebabkan oleh oksigen terlarut yang tinggi. Oksigen

yang tinggi terutama disebabkan oleh ketidakmampuan deaerator berfungsi seperti

yang dirancang, karena suhu air masuk yang tidak mencukupi. Oksigen seperti itu

pertama-tama akan mempengaruhi tabung hemat, yang terletak tepat setelah

deaerator; sayangnya bagi operator, sebagian besar, jika tidak semua tabung ini

akan terpengaruh.

Karakteristik pemborosan yang khas adalah karena serangan kondensasi

asam pada permukaan dingin karena sering terhenti. Aditif bahan bakar

ditambahkan, yang diklaim dapat mengurangi serangan semacam itu tetapi

tampaknya tidak berhasil. Pemborosan eksternal bukanlah penyebab utama dari

penipisan tabung saat ini, meskipun nilai maksimum.

Kehilangan 0,85 mm selama 11 bulan operasi sangat tinggi. Jika tidak ada

pemborosan internal, ketebalan tabung akan berkurang hingga 50% dari nilai

aslinya dalam waktu 2 tahun layanan.

Lubang tersebut diisi dengan oksida kecoklatan yang hanya terjadi di lokasi

di mana magnetit pelindung berwarna gelap (Fe3O4) tidak ada; ini adalah ciri khas

serangan oksigen. Oksigen yang terlarut dalam air umpan yang kontak dengan

permukaan Fe bersih akan menyerang permukaan tersebut dengan reaksi

elektrokimia, dimana Fe dioksidasi di anoda dan dilepaskan ke dalam air. Elektron

dari oksidasi dilepaskan dan diserap oleh O2 di katoda, untuk akhirnya membentuk

Fe (OH) 2. Dengan tidak adanya oksigen reaktif bebas dan pada suhu tinggi, Fe

(OH) 2 diubah menjadi lapisan pelindung magnetit (Fe3O4) yang padat, berwarna

gelap; lapisan ini menjaga laju korosi tabung boiler ke tingkat yang sangat rendah.

Namun, dengan adanya oksigen bebas, magnetit pelindung akan teroksidasi

menjadi Fe2O3 yang longgar, berpori dan kurang protektif. Ketika kerusakan terjadi

127

pada lapisan magnetit karena mekanisme ini (atau mekanisme lain), logam yang

baru terpapar akan menjadi antena dalam sel elektrokimia, dengan situs anodik

kecil dalam hubungannya dengan area katodik yang besar; situasi seperti itu akan

menghasilkan serangan pitting dari anoda.

Adanya oksigen tinggi telah dikonfirmasi secara langsung oleh analisis

oksigen terlarut pada hari tertentu dan secara tidak langsung dikonfirmasi oleh

seringnya kebutuhan peningkatan injeksi sulfit ke dalam air umpan. Keberadaan

ion Fe yang signifikan dalam air telah dikonfirmasi secara langsung.

Pemborosan dan lubang pada permukaan internal tabung telah menjadi

penyebab utama penipisan dan kebocoran tabung. Namun, kualitas pengelasan

buruk dan ada kemungkinan bahwa dalam beberapa kebocoran, kontribusi yang

signifikan berasal dari kurangnya penetrasi akar.

A. Kesimpulan

Tiga sampel tabung yang dipasok ditemukan mengalami pemborosan yang

sangat tinggi pada permukaan luar dan dalam; permukaan yang terakhir terkena

dampak yang lebih parah dan sebagai tambahan menderita lubang yang dalam.

Pemborosan di permukaan luar disebabkan oleh serangan kondensasi asam dari

permukaan dingin selama penghentian. Pemborosan dan lubang di permukaan

internal disebabkan oleh serangan oksigen. Kehadiran oksigen dalam air umpan

kemungkinan besar disebabkan oleh fungsi deaerator yang tidak tepat dalam

waktu lama. Pemborosan internal/pitting dan pemborosan eksternal, yang

menyebabkan penipisan tabung yang berlebihan, dianggap sebagai penyebab

utama kebocoran, meskipun dalam beberapa kasus pengelasan yang buruk dapat

berkontribusi. Analisis SEM / EDX tidak menemukan mekanisme kerusakan selain

di atas.

128

B. Evaluasi

Berdasarkan kesimpulan yang ada bahwa kegagalan di timbulkan

pemborosan akibat pengaruh kondensasi asam serta pengaruh oksigen dari air

dengan dilakukan investigasi terhadap satu sampel, tidak diketahui mekanisme

ataupun tidak terindeksi dari analisa SEM, oleh karena itu investigasi harus di

lakukan terhadap ketiga sampel A, B, dan C.

4.8 Kesimpulan Setiap Sumber Literatur ReviewDari setiap sumber literature review di buat kesimpulan berdasarkan

evaluasi yang menjadi benang merah permasalahan tube SA210 grade A-1 pada

boiler, ditujukkan pada Tabel 4.25.

Tabel 4.25 Uraian kesimpulan setiap sumber literature review.

Sumber Data Literatur Review

Objek penelitian Metode pengujian

Kesimpulan

1. Failure Analysis On Economizer U-Tube SA-A210-A1 B-1102 Of Pt. Petrokimia Gresik Plan 1(TAJALLA, G. U 2015)

Kegagalan

material pada u-

tube economizer

yang mengalami

kebocoran

1. Pengamatan

visual

2. Uji komposisi

kimia (OES)

3. Uji mikroskopik

(MO)

4. Uji kekerasan

(Vickers)

5. Uji fraktografi

(SEM/EDX)

Tube economizer mengalami

kegagalan pada lengkungan di

permukaan water-side tube

mengalami banching, akibat pH

feedwater boiler mengalami

penurunan mengakibatkan lapisan

pelindung magnet terlarut. Didalam

tube juga terdapat residual stress

efek dari proses train hardening,

morfologi yang bercampur

intergranular-transgranular (IGG-

TG), maka hasil ini merujuk pada

SCC (stress Corrosion cracking).

129

2. Failure Analysis Of Riser Wall Tube No. 3 ASTM A210 Grade A-1 At Boiler Unit 2 Steam Power Generator Pt X”(Industri, F. T. (2015)

Kegagalan riser

wall tube yang

mengalami

rupture berupa

pecahan

1. Uji makroskopik

2. Uji Komposisi

(OES)

3. Uji XRD

4. Uji metalografi

5. Uji SEM

6. Uji kekerasan

(Brinell)

Kegagalan terjadi di riser wall tube

berupa erosi di bagian tube no 3

akibat semburan uap panas dari

kebocoran tube no 2. Diperparah

terbentuknya fase Fe8N pada tube

yang menipis, maka terjadi

kehausan pada tube.

3. Failure Analysis Of The Wall Tubes Of a Water-Tube Boiler” (Duarte, 2017)

Kegagalan

material tube

evaporator dari

boiler pipa

1. Uji komposisi

kimia (OES)

2. Uji mikroskopik

3. analisa produk

korosi dengan

menggunakan

mikroskop electron

FEI (EDAX/EDS)

Kegagalan tabung evaporator

(dinding air) boiler pipa-air

kebocoran terdeteksi di salah satu

tabung di atas bagian yang

bengkok dengan korosi lubang

pada permukaan internalnya.

kegagalan tabung diidentifikasi

sebagai retak korosi tegangan

(SCC). tegangan sisa akibat

pembengkokan tabung dan

tegangan operasional pada saat

kegagalan. Ditemukan bahwa

tegangan sisa tarik dari perawatan

penghilang tegangan yang tidak

memadai sebelum servis dan

konsentrasi oksigen terlarut yang

tinggi dalam air umpan adalah

alasan utama kegagalan prematur

tabung boiler oleh SCC.

130

4. Thermal Fatigue and Corrosion Fatigue in Heat Recovery area Wall Side Tubes”(J. Ahmad a, 2010)

Kegagalan

tabung dinding

samping LHS

HRA berupa

kebocoran pada

sambungan las

tabung

1. pengamatan

visual

2. analisa unsur

kimia pada

endapan

3. pemeriksaan

mikrografi

4.

Kegagalan pertama pada tabung

dinding samping LHS HRA karena

kelelahan termal sedangkan

kegagalan kedua adalah akibat

kombinasi antara kelelahan korosi,

kelelahan termal dan kerusakan

creep. Rekomendasi dibuat untuk

mengurangi tidak tersedianya unit

ketel karena kegagalan tabung

dinding samping HRA.

5. Analysis of failures in boiler tubes due to fireside corrosion in a waste heat recovery boiler” (S. Srikantha, 2003)

Kegagalan tube

economizer dan

intermiten pada

preheater

kondensat

1. Pengujian SEM

/ EDAX

2. Uji komposisi

3. Uji XRD

4. Studi

pemodelan

termodinamika

Kegagalan tabung boiler akibat

korosi api di boiler pemulihan

panas limbah yang memanfaatkan

gas buang dari turbin gas yang

dipecat dengan diesel kecepatan

tinggi telah dianalisis. Endapan

dari berbagai zona ketel

dikumpulkan dan dikarakterisasi

dengan analisis kimia, pemindaian

mikroskop elektron, dan difraksi

sinar-X. Kecenderungan korosi

yang tinggi dan kegagalan yang

diakibatkan pada bagian suhu

rendah dari boiler dengan

pembentukan sulfat besi terhidrasi

pada daerah.

131

6. Caustic corrosion in a boiler waterside tube: Root cause and mechanism (Farhad, 2013)

Kegagalan tube

boiler bagian

superheater

1. Inspeksi visual

2, Difraksi sinar –X

(XRD)

3. Uji mokroskop

optic

4. Uji kekerasan

5. Uji SEM dan

EDX

Kegagalan terjadi pada tabung

boiler dari baja paduan rendah,

SA-210 Grade A-1. Penurunan

ketebalan yang parah terdeteksi

dalam tabung boiler selama

investigasi berkala. Permukaan

dalam tabung terdiri dari tiga

bagian yang berbeda: (1) skala

abu-abu gelap di bawah alur, (2)

alur hemi-elips, dan (3) sisik

berpori coklat di atas alur.

Penyelidikan mikroskopis dan uji

kekerasan mikro mengungkapkan

bahwa struktur mikro dan sifat

logam dasar utuh di sepanjang

tabung. Beberapa kristal berbentuk

jarum yang mewakili senyawa

Na2FeO2 dan NaFeO2. Jumlah Na

dan Cu yang berlebihan. adanya

NaFeO2 yang merupakan produk

utama dari korosi kaustik. Oleh

karena itu, disimpulkan bahwa

penguapan di permukaan air dari

tabung yang terisi sebagian

mengarah ke konsentrasi kaustik

lokal yang melarutkan lapisan

magnetit pelindung dan

selanjutnya menyerang logam

tanpa pelindung.

132

7.O2 corrosion in economiser tubes” (HockChye Qua, 2011)

Investigasi

kegagalan

material tabung

boiler

1. Pemeriksaan

visual

2. Uji metalografi

3. Pengukuran

dinding tabung

4. Uji komposisi

kimia (SEM/EDX)

Tinjauan dari sumber, Investigasi

kegagalan dilakukan pada tiga

sampel tabung melalui

pemeriksaan visual / metalografi

dan analisis riwayat operasional.

Investigasi dengan pendekatan

identifikasi. Bukti visual dan

metalografi menunjukkan sampel

tabung mengalami pemborosan

yang sangat tinggi pada

permukaan luar dan dalam.

Analisis riwayat operasional

memastikan adanya O2 terlarut

dalam air umpan. Disimpulkan

bahwa kebocoran terutama

disebabkan oleh penipisan tabung

dari pemborosan / pitting internal

yang diperburuk oleh pemborosan

eksternal.

133

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil tinjauan studi yang sudah dilakukan pada dua jurnal

sintesis pada pembahasan diatas penulis dapat menyimpulkan antara lain:

1. Terjadinya residual stress akibat dari strain hardening dan persentase

regangan yang melebihi standar yang ditentukan adalah penyebab

gagalnya SCC (stress corrosion crack) pada tube SA210-A1 yang menjadi

salah satu factor utama terjadi kegagalan.

2. Erosi menjadi salah satu faktor penyebab kegagalan pada riser wall tube.

3. Terjadinya regangan yang besar di permukaan tube SA210-A1 sehingga

membetuk microcrack adalah mekanisme terjadinya SCC.

4. Pada tube mekanisme terjadinya erosi akibat bocornya tube yang berisi uap

panas pada Temperatur 393ºC dan tekanan 195.31 atm maka material

mengalami penipisan dan lunak dari permukaan luar, akibat emisi NOx

pembakaran batubara yang menimbulkan fase Fe8N sehingga

mempercepat terjadi erosi pada material tube.

5.2 Saran Saran untuk penulis untuk penelitian adalah

1. Proses cold working dilakukan setelah itu melakukan perlakuan panas

anealling, untuk mengurangi terjadinya residual stress.

2. Untuk menghindari laju korosi yang meningkat ada baiknya menguragi

kadar karbon di dalam paduan.

3. Persiapan pada pengujian metalografi, pada specimen sampel untuk

menghindari cembung penggosokan ada baiknya dilakukan pada tempat

yang rata.

134

DAFTAR PUSTAKAAZIS, R. A. (2015, 03 03). FIRE TUBE BOILER AND WATER TUBE BOILER.

Retrieved from pembangkit-uap: https://pembangkit-

uap.blogspot.com/2015/03/fire-tube-boiler-dan-water-tube-boiler.html

Billy, A. (2018, 10 12). Bab I Pendahulu. Retrieved from scribd:

https://www.scribd.com/document/368111210/Bab-1-Pendahuluan

Dzulqornain, F. (2015, 4 15). Prinsip Kerja Boiler. Retrieved from Insinyoer:

https://pembangkit-uap.blogspot.com/2015/03/fire-tube-boiler-dan-water-

tube-boiler.html

FIvers, H. (2013, 03 01). Pengujiaan dengan merusak dan tidak merusak.

Retrieved from https://pembangkit-uap.blogspot.com/2015/03/fire-tube-

boiler-dan-water-tube-boiler.html: https://pembangkit-

uap.blogspot.com/2015/03/fire-tube-boiler-dan-water-tube-boiler.html

Ismail, R. (2018, 09 08). Pengujian denga cara merusak dan tidak merusak/NDt.

Retrieved from rendigalumut:

https://rendigalumut.blogspot.com/2018/09/pengujian-dengan-merusak-dan-

tidak.html

Malek. (2004). Bab II. Retrieved from Eprints.umm:

http://eprints.umm.ac.id/47563/3/BAB%20II.pdf

Riadi, M. (2019, 12 19). Pengertian, unsur, jenis dan pembentukan baja. Retrieved

from kajianpustaka: https://www.kajianpustaka.com/2019/12/pengertian-

unsur-jenis-dan-pembentukan-baja.html

Suprianto. (2015, 10 15). Pengertian boiler (ketel uap). Retrieved from unnes:

http://blog.unnes.ac.id/antosupri/pengertian-boiler-ketel-uap/

Uji, A. (2002, 05 13). membedaan logam ferro dan non ferre. Retrieved from alat

uji: http://www.alatuji.com/m/article/detail/671/membedakan-logam-ferro-

dan-non-ferro

135

unila. (2012, 12 09). back up II. Retrieved from unila:

http://digilib.unila.ac.id/6912/12/back%20up%20II.pdf

TAJALLA, G. U. N. (2015). Analisa Kegagalan U-Tube Economizer Failure

Analysis on Economizer U-Tube Sa210-a1 B-1102 of Pt. Petrokimia Gresik.

Industri, F. T. (2015). Analisa Kegagalan Riser Wall Tube Nomor 3 Astm a210

Grade a-1 Pada Boiler Pltu Unit 2 Pt X.

Duarte, C. A., Espejo, E., & Martinez, J. C. (2017). PT US CR. Engineering Failure

Analysis. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2017.05.032

Farhad Daneshvar-Fatah, A. M.-T. (2013). Caustic corrosion in a boiler waterside

tube: Root cause and mechanism. Engineering Failure Analysis 28 (2013)

69–77, 69-77

HockChye Qua, C. K. (2011). Fast identification of O2 corrosion in economiser

tubes. Engineering Failure Analysis 18 (2011) 2201–2210, 2201-2210.

J. Ahmad a, J. P. (2010). Thermal fatigue and corrosion fatigue in heat recovery

area wall side tubes. Engineering Failure Analysis 17 (2010) 334–343, 334-

343.

S. Srikantha, B. (2003). Analysis of failures in boiler tubes due to fireside corrosion.

Engineering Failure Analysis 10 (2003) 59–66, 59-66.

136

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

A. Data Personal :

NIM : 201612005


Tempat / Tgl Lahir : Medan, 13 Februari 1996

Jenis Kelamin : Laki - LakiAgama : Kristen Protestan

Status Perkawinan : Belum Menikah

Program Studi : S1 Teknik MesinAlamat : Babul Makmur , Kotacane aceh tenggara

Telepon : 0822947722876

E-mail : [email protected]

B. Pendidikan

Jenjang Nama Lembaga Jurusan Tahun Lulus

SD SDN 09733 Rajahombang - 2002 – 2008

SMP SMPN 4 Lawe Sigalagala - 2008 – 2011

SMA SMA Swasta Pantiharapan IPA 2011 – 2014

Demikian Daftar Riwayat Hidup ini di buat dengan sebenarnya.

Jakarta, 20 Agustus 2020 Mahasiswa



Irwansyah Suprapto

Saragi Sitio

137


Irwansyah Suprapto

Saragi Sitio


Irwansyah Suprapto

Saragi Sitio





138


Irwansyah Suprapto

Saragi Sitio


Irwansyah Suprapto

Saragi Sitio





139


Irwansyah Suprapto

Saragi Sitio

Digitally signed by Irwansyah Suprapto Saragi SitioDN: C=ID, OU=S1 Teknik Mesin, O=Institut Teknologi PLN, CN=Irwansyah Suprapto Saragi Sitio, [email protected]: I am the author of this documentLocation: your signing location hereDate: 2020-09-05 08:2�:06Foxit Reader Version: 10.0.1

Irwansyah Suprapto

Saragi Sitio


Hendri


Hendri

140


Irwansyah Suprapto

Saragi Sitio


Irwansyah Suprapto

Saragi Sitio

Digitally signed by Roswati NurhasanahDN: OU=Institut Teknologi PLN, O=Fakultas Teknologi dan �isnis Energi, CN=Roswati Nurhasanah, [email protected]: I am the author of this documentLocation: your signing location hereDate: 2020-09-06 19:06:2�Foxit Reader Version: 10.0.0

Roswati Nurhasanah

Digitally signed by Roswati NurhasanahDN: OU=Institut Teknologi PLN, O=Fakultas Teknologi dan �isnis Energi, CN=Roswati Nurhasanah, [email protected]: I am the author of this documentLocation: your signing location hereDate: 2020-09-06 19:06:41Foxit Reader Version: 10.0.0

Roswati Nurhasanah

SKRIPSI LITERATUR REVIEW ANALISA KEGAGALAN …

Documents

Transcript of SKRIPSI LITERATUR REVIEW ANALISA KEGAGALAN …