Analisa Kegagalan Material Baja Karbon ASTM A179 dan SS 316L pada Tube Heat Exchanger 09-E-105 PT Petrokimia Gresik

Transkripsi

1 Analisa Kegagalan Material Baja Karbon ASTM A179 dan SS 316L pada Tube Heat Exchanger 09-E-105 PT Petrokimia Gresik Pembimbing: Ir. Muchtar Karokaro, Msc Diah Susanti, PhD Oleh: Moh. Rizal Ibrahim ( )

2 LATAR BELAKANG CS A 179 Pemindah panas Temperatur ekstrim HE 09-E-105 SS 316 L A. F. Millis 1999 tube merupakan bagian yang mudah rusak

3 RUMUSAN MASALAH Faktor faktor??? Mekanisme kegagalan???

4 TUJUAN Faktor faktor Mengetahui Mekanisme kegagalan

5 BATASAN MASALAH Lingkungan kerja sesuai dengan desain Material komponen tube HE 09-E-105 bersifat homogen Korosi yang terjadi pada SS 316L sangat kecil sehingga dapat diabaikan

6 MANFAAT BAGI MAHASISWA: memahami dan mengaplikasikan ilmu di kuliah BAGI PERUSAHAAN: acuan dalam pembuatan HE selanjutnya

7 HEAT EXCHANGER alat yang digunakan untuk memindahkan panas dari satu fluida ke fluida yang lain (A. F. Milis, 1999) Salah satu contoh HE yangsering digunakan di dunia industri adalah jenis Shell and tube (Wolverine Tube Inc, 2001) 1. Tube 2. Tubesheet 3. Shell 4. Tube side channel 5. Channel cover 6. Pass divider 7. Baffle

8 URAIAN PROSES DI PABRIK PHONSKA.

9 CONTOH KEGAGALAN PADA HE Crack yang terjadi akibat vibrasi U turn tube gagal akibat thermal fatique Erosi pada U tube Kegagalan akibat expansion pada bagian head water hammer pada tube

10 BAJA KARBON A 179 Baja karbon adalah logam paduan antara besi sebagai unsur utama (solvent) dengan solute berupa karbon, dengan sedikit impurities unsur lain. KOMPOSISI SIFAT MEKANIK Tensile strength, min, ksi [MPa] Unsur Kandungan (%) Karbon 0,06-0,18 Mangan 0,27-0,63 Pospor 0,035 Belerang max 0,035 Yield strength, min, ksi [MPa] Elongation in 2 in. or 50 mm, min, % 47 [325] 26 [180] Hardness HRB

11 SS 316 L Stainless Steel 316 L adalah jenis stainless steel dengan tambahan Molibdenum, krom, dan nikel KOMPOSISI SIFAK MEKANIK

12 Bentuk kegagalan (Wulpy, 1999): Deformasi : perubahan bentuk geometri dari bentuk awal desain Korosi : degradasi material karena proses alami bereaksi dengan lingkungan Aus / wear : perubahan pada permukaan akibat adanya kontak dengan bahan lain sehingga mengalami degradasi Patah / fracture : kegagalan berupa terpisahnya material karena efek patah

13 Prosedur analisa kegagalan (ASM International Vol. 11, 2002)

14 Analisa Korosi (Wulpy, 1999) Pengamatan on-site Pengamatan di laboratorium meliputi jenis korosi, bentuk korosi. Mikrostruktur jenis dan bentuk Uji komposisi produk korosi unsur yang penyebab korosi.

15 Analisa Deformasi (Wulpy, 1999) Penyebab Deformasi Overload penurunan kualitas material proses manufaktur

16 METODOLOGI

17 ALIRAN DALAM HEAT EXCHANGER / AIR CILLER 09-E-105. NH 3 GAS 5 0 C NH 3 LIQUID C UDARA GAS 23,2 0 C UDARA GAS 32 0 C

18 TUBE CS A 179 TUBE SS 316L

19 ANALISA CS A 179

20 A B C D

21 DEGRADASI ALUMINIUM KOROSI SUMURAN PIPA

22 KOMPOSISI PIPA ( OES ) ANALISA BENTUK KOROSI ( Mikroskop Optik, SEM ) KOMPOSISI KOROSI ( SEM EDX` )

23 Uji Komposisi Kimia Unsur ASTM A Hasil OES Keterangan 179 (%) Karbon 0,06-0,18 0,152 Sesuai Mangan 0,27-0,63 0,463 Sesuai Pospor 0,035 0,049 Tidak sesuai Belerang max 0,035 0,053 Tidak sesuai Besi Balance 98,7 Sesuai

24 SEM - EDX KOROSI 1

25 Retak pada produk korosi 1

26 SEM - EDX KOROSI 2

27 Mikroskop Optik

28 Bentuk korosi perbesaran 200 x

29 Bentuk korosi perbesaran 500 x

30 UJI KOMPOSISI KOROSI PRODUK KOROSI 1 PRODUK KOROSI 2

31 ANALISA SS 316 L

32 SS 316 L

33

34 KOMPOSISI PIPA ( mill certificate ) ANALISA SIFAT MEKANIK ( mill certificate ) ANALISA PEMBEBANAN ( Tresca Von Misses )

35 Kandungan HASIL UJI ASTM A269/A213 Keterangan C 0,02 max 0,035 Sesuai Si 0,03 max 1 Sesuai Mn 1,51 max 2 Sesuai P 0,26 max 0,45 Sesuai S 0,03 max 0,3 Sesuai Ni 10, Sesuai Cr 16, Sesuai Mo 2, Sesuai

36 Sifat Mekanik HASIL UJI ASTM A269/A213 Keterangan Yields Strength (MPa) 275 min 170 Sesuai Max Strength (MPa) 580 min 485 Sesuai Elongation (%) 64,5 min 35 Sesuai Hardness (HRB) 70 -

37 ANALISA PEMBEBANAN Defleksi yang bekerja Kriteria kegagalan Tresca dan Von Misses Beban mekanik Beban termal

38 Defleksi yang bekerja Defleksi izin 3 mm Defleksi yang bekerja 11 mm

39 PEMBEBANAN Pembebanan pipa tipis t/d < 0,2 Tegangan utama σ1 = 26,64 N/mm 2\ σ 2 = 4,64 N/mm 2 σ 3 = 0

40 Pembebanan pipa tebal teerdapat beda temperatur pada pipa Tegangan utama σ1 = 2,2 MPa σ2 = -23,4 Mpa σ3 = 0 MPa

41 Tegangan termal 147 Mpa Tegangan utama total σ 1 (MPa) σ 2 (MPa) σ 3 (MPa) Pipa tipis 26,6 145,6 0 Pipa tebal 2,2 154,2 0

42 KRITERIA TRESCA

43 KRITERIA VON MISSES

44 KESIMPULAN Faktor yang menyebabkan kegagalan pada tube A.) CS A 179 kegagalan berupa kebocoran disebabkan oleh korosi sumuran B.) SS 316L kegagalan berupa deformasi plastis disebabkan karena overloading

45 Mekanisme kegagalan Untuk tube CS A 179 korosi pada fin aluminium kontak metalik BERKURANG oksida aluminium (lebih katodik) korosi sumuran pada bagian yang tidak tertutup oleh oksida aluminium bocor Untuk tube SS 316L defleksi + tegangan akibat tekanan dan beda temperatur overloading deformasi plastis.

46 SARAN Untuk tube HE SS 316L apabila masih digunakan dapat ditambahkan support pada bagian tengah (L=1,5) untuk mengurangi kerusakan yang parah. Perlunya analisa lebih mendalam pada tube SS 316L untuk mengetahui aspek metalurgi dan aspek lain sehingga diketahui penyebab selain aspek overloading. Perlunya kelengkapan data equipment meliputi manufaktur dan fabrikasi Untuk tube selanjutnya dapat digunakan tube SS 316L dengan fin alumimium.

47 DAFTAR PUSTAKA Anonim, Departemen Research and Technology WolverineTube Inc Becker, William T., Roch J. Shipley. ASM Handbook Volume 11 Failure Analysis and Prevention USA Blonch, Heinz P., Fred K. Geitner. Machinery Failure Analysis and Troubleshootin, third edition Gulf Publishing Company. Houston. Boresi, Arthur P. Richard J. Schmidt. Advanced Mechanics of Materials Sixth Edition John Willey & Sons, Inc. USA oldstein, R.J., dkk. Heat transfer A review of 2004 literature. G Henderieck KX. Application at Low Temperature Iron and Steel Gie Tech

48 Incropera, Frank P., David P. De Witt. Fundamentals of Heat and Mass Transfer Fourth Edition John Willey & Sons, Inc. USA Kern, Donald Q. Process Heat Transfer 24 th printing Singapore. Singapore national Printers Ltd. Khan, A. Nusair. A. Usman,. Failure analysis of heat exchanger tubes Millis, A. F. Basic Heat and Mass Transfer, second edition Prentice Hall, Inc. New Jersey. Nash, William A. Schaum Outline of Theory and Problems Strengtg of Materials Second Edition Mc-Graw Hill Inc.USA Purdy, S.M. Macroetching, Metallography and Microstructures, Vol 9, ASM Handbook. ASM International Schweitzer, Philip A., P.E. Corrosion-Resistant Piping Systems Marcel Dekker, Inc. New York. Schierle, G.G. Structure in Architecture. University of Southern California custom publishing Los Angeles

49