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

Transkripsi

1 ANALISA KEGAGALAN OUTER DAN INNER TUBE CHLOROPAC DI PLTU PT. PJB UP GRESIK Oleh : Chafidh Ardiansyah Pembimbing: Ir. Muchtar Karokaro, M.Sc NIP Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2012

2 PENDAHULUAN

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

4 Chloropac unit 3 & 4 di PLTU PT.PJB UP GRESIK Bekerja dengan Kecepatan air laut + 5 kgf/cm2, tegangan 60 V, arus A dan temperatur 40oC Mengalami kegagalan pada outer dan inner tube chloropac dan mulai beroperasi pada bulan Juli 2011 dan kebocoran telah terjadi pada bulan Desember 2011, dengan kata lain umur Chloropac 5 bulan Latar Belakang Kegagalan berupa kebocoran

5 Perumusan Masalah Kegagalan outer dan inner tube chloropac unit 3&4 Apa faktor penyebabnya??? Apa upaya yang dapat diambil??? Bagaimana mekanismenya???

6 Tujuan 1 Menentukan Faktor-faktor penyebab kegagalan pada outer dan inner tube chloropac 2 3 Mempelajari mekanisme kegagalan outer dan inner tube chloropac Mengetahui upaya yang dapat diambil pada kegagalan outer dan inner tube chloropac

7 Keadaan lingkungan luar dianggap tetap Material outer dan inner tube bersifat homogen Komposisi kimia dianggap homogen pada tiap spesimen Batasan Masalah

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

9 TINJAUAN PUSTAKA

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

11 Gambar chloropac

12 Teori Elektrolisis Proses elektrolisis didasarkan pada prinsip Faraday yaitu menggambarkan aksi yang dihasilkan dari bagian dari sebuah arus listrik melalui elektrolit. Air laut pada prinsipnya adalah garam + air Garam yang berpengaruh terhadap produksi sodium hypochloride adalah garam NaCl. Dengan adanya aliran arus listrik (DC), maka air laut yang masuk kedalam cell modul akan terurai menjadi : Garam (NaCl) menjadi ion Na + & ion Cl - Air (H2O) menjadi ion 2H + & ion O2 -

13 Elektrolisa untuk memicu reaksi kimia pembentukan sodium hypochloride pada air laut dapat dijelaskan sebagai berikut : Reaksi pada sisi Anoda : 2Cl - Cl 2 + 2e - Cl 2 + H 2 O HOCl + HCl Reaksi pada sisi Katoda : Na + + e - NaO 2NaO + 2H 2 O H 2 + 2NaOH Reaksi gabungan : HCl + NaOH NaCl + H 2 O HOCl + NaOH NaOCl + H 2 O Reaksi ringkas : reaksi oksidasi reaksi reduksi NaCl + H 2 O + Arus Listrik NaOCl + H 2 Gas

14

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

16

17 Element (%) Nitrogen Carbon Hydrogen Iron Oxygen Titanium 0.03 (max) 0.08 (max) (max) 0.20 (max) (max) Komposisi dan sifat mekanik yang dibutuhkan dari outer dan inner tube (ASTM B 338 Gr.1) Aluminium (-) Vanadium (-) Tin (-) Ruthenium (-) Palladium (-) Grade Tensile Strength, min Min Yield Strength max ksi Mpa ksi Mpa ksi Mpa Elongation Cobalt (-) Molybdenum (-) Chromium (-) Nickel (-) Niobium (-) Zirconium (-) Silicon (-) Titanium Balance

18 1 Faktor kesalahan dalam pemilihan material 2 Faktor kesalahan dalam proses perancangan komponen mesin 3 Kondisi kerja yang ekstrim Analisa Kegagalan

19 1 Identifikasi permasalahan 2 Investigasi Material 3 Pembebanan dan Tegangan

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

21 Korosi Batas Butir ( Intergranular Corrosion ) Intergranular corrosion adalah bentuk korosi yang terjadi pada paduan logam akibat terjadinya reaksi antar unsur logam tersebut di batas butirnya disebabkan karena susunan kristal pada suatu atom material mengalami kekosongan maka akan berakibat mudahnya material mengalami korosi. Jenis-jenis Korosi

22 Korosi basah Korosi basah merupakan suatu proses elektrokimia, yaitu proses kimia yang menimbulkan arus listrik. Karena logam merupakan penghantar listrik yang baik, maka logam akan sangat mudah mengalami proses semacam ini. Akibatnya logam akan bereaksi secara elektrokimia dengan lingkungannya dan akan membentuk senyawa yang sejenis dengan bentuknya di alam. Korosi Erosi Korosi Erosi adalah korosi yang terjadi karena adanya pengaruh kecepatan fluida

23 METODOLOGI

24 Mulai Diagram Alir Pengumpulan Data Awal Kegagalan (Studi Literatur) Alat dan Bahan Preparasi Spesimen Pengamatan Makro Uji Komposisi Kimia Uji XRD Uji SEM-EDX Uji Mikroskop Optik Analisa dan Pembahasan Kesimpulan, Saran dan Rekomendasi Selesai

25 Pengamatan Makro

26 Di Balik (a) (b) (c) (a) Pengamatan visual permukaan outer tube daerah lubang dengan perbesaran 20x sisi luar (b) Pengamatan visual permukaan outer tube daerah lubang dengan perbesaran 50x sisi luar (c) Pengamatan visual permukaan outer tube daerah lubang dengan perbesaran 50x sisi dalam Penampang Kegagalan Outer tube

27 Di Balik (a) (b) (c) (a) Pengamatan visual permukaan inner tube daerah lubang dengan perbesaran 20x sisi luar (b) Pengamatan visual permukaan inner tube daerah lubang dengan perbesaran 50x sisi luar (c) Pengamatan visual permukaan inner tube daerah lubang dengan perbesaran 50x sisi dalam Penampang Kegagalan Inner tube

28 Pengujian Komposisi Kimia OES (Optical Emission Spectroscopy ) (a) (b) (c) (d) (a) Spesimen outer tube sebelum di spectrometry (b) Spesimen outer tube setelah di spectrometry (c) Spesimen inner tube sebelum di spectrometry (d) Spesimen inner tube setelah di spectrometry

29 Hasil komparasi uji komposisi kimia (ASTM B 338 Gr.1) Unsur Titanium Hasil uji Outer Tube Inner Tube Nitrogen 0.03 (max) (-) (-) Carbon 0.08 (max) Hydrogen (max) (-) (-) Iron 0.20 (max) Oxygen 0.18 (max) (-) (-) Aluminium (-) Vanadium (-) Tin (-) (-) (-) Ruthenium (-) (-) (-) Palladium (-) (-) (-) Cobalt (-) (-) (-) Molybdenum (-) Chromium (-) Nickel (-) Niobium (-) Zirconium (-) (-) (-) Silicon (-) Titanium Balance

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

31 Diagram kesetimbangan fasa Ti-V αti + βti,v

32 Diagram kesetimbangan fasa Al-Ti-V βti,v + Ti 3 Al βti,v + Ti 3 Al + TiAl βti,v + TiAl

33 Hasil Pengamatan SEM-EDX Material Titanium Outer Tube sisi dalam dan hasil SEM dengan perbesaran 90x pada outer tube sisi dalam

34 Hasil Pengamatan SEM-EDX Material Titanium Inner Tube sisi luar dan hasil SEM dengan perbesaran 250x pada inner tube sisi luar

35 Hasil Pengamatan SEM-EDX Element Wt% At% CK NK OK NaK AlK NbL CaK TiK VK Matrix Corre ction ZAF Hasil pengujian SEM-EDX pada spesimen outer tube sisi dalam dengan pembesaran 90x dan komposisi hasil EDX

36 Hasil Pengamatan SEM-EDX Element Wt% At% CK OK NaK MgK AlK SiK SK ClK KK CaK TiK VK Matrix Corre ction ZAF Hasil pengujian SEM-EDX pada spesimen inner tube sisi luar dengan pembesaran 250x dan komposisi hasil EDX

37 Pengujian XRD FeCl 2 VC Fe FeCl 2 TiN TiN TiS 3 SF 6 Ni 3 S 2 Fe TiN VC TiN Hasil pengujian XRD pada spesimen outer tube sisi dalam

38 Pengujian XRD Ti VC Ti Ti Fe Ti Ti TiN Nb 3 Si FeSi 2 TiN Ti VC Fe Hasil pengujian XRD pada spesimen inner tube sisi luar

39 Pembahasan Dari pengamatan Makro, bisa diketahui bahwa pipa outer tube mengalami kerusakan atau kebocoran yang berawal dari sisi dalam ke sisi luar, seperti terlihat pada gambar 4.1 (c), yaitu adanya endapan dan cekungan-cekungan akibat pengikisan dan korosi dari dalam. Kerusakan pada outer tube ini pada umumnya berada pada sisi katoda atau elektroda negatif, hal ini sesuai dengan reaksi yang terjadi pada katoda yaitu Na + + e - NaO dan 2NaO + 2H 2 O H 2 + 2NaOH.

40 Pembahasan Begitu juga pada inner tube, kerusakan atau bocornya berawal dari sisi luar ke sisi dalam, seperti terlihat pada gambar 4.2 (b) adanya endapan atau cekungan-cekungan akibat pengikisan dan korosi dari luar. Kerusakan pada inner tube ini pada umumnya berada pada sisi katoda atau elektroda negatif, hal ini sesuai dengan reaksi yang terjadi pada katoda yaitu Na + + e - NaO dan 2NaO + 2H 2 O H 2 + 2NaOH.

41 Pembahasan Dari hasil uji spectrometry bisa diketahui bahwa pipa outer tube dan inner tube seperti pada tabel 4.1 terdapat tiga unsur dominan yaitu V, Fe dan Ti. Dari hasil uji metallography pada pipa outer tube dan inner tube bisa diketahui struktur mikro yang seperti garis hitam atau gelap adalah intergranular beta dan yang terang adalah alpha Dari pengamatan Mikro yang dilakukan dengan bantuan SEM-EDX bisa diketahui bahwa hasil SEM dari gambar 4.5 (1) dengan perbesaran 90x pada outer tube sisi dalam mempunyai warna gelap lebih banyak daripada gambar 4.5 (2).

42 Pembahasan Begitu juga dari gambar 4.6 (3) dapat dilihat bahwa hasil SEM dengan perbesaran 250x pada inner tube sisi luar mempunyai warna gelap lebih banyak daripada gambar 4.6 (4). Dari gambar 4.7 bisa dilihat bahwa hasil SEM-EDX pada spesimen outer tube sisi dalam ternyata menunjukkan adanya unsur-unsur Ti, Al, C dan O. Begitu juga dari gambar 4.8 bisa dilihat bahwa hasil SEM-EDX pada spesimen inner tube sisi luar ternyata menunjukkan unsur-unsur Ti, Al, C dan O. Dengan demikian produk korosi pipa outer tube dan pipa inner tube relatif sama.

43 Pembahasan Dari hasil uji XRD pada outer tube ternyata muncul FeCl 2, TiN, VC dan unsur/senyawa lain sebagaimana dari hasil XRD. Begitu juga pada inner tube ternyata muncul Ti, TiN, VC dan unsur/senyawa lain sebagaimana dari hasil XRD. Hasil uji XRD ini bersesuaian dengan hasil spectrometry.

44 Kesimpulan Faktor yang menyebabkan kegagalan material titanium pada pipa outer tube dan pipa inner tube di PLTU unit 3 dan 4 milik PT. PJB UP Gresik yaitu korosi. Mekanisme kegagalan atau kebocoran pada pipa outer tube dan pipa inner tube terjadi pada sisi katoda atau elektroda negatif, hal ini sesuai dengan reaksi yang terjadi pada katoda yaitu Na + + e - NaO dan 2NaO + 2H 2 O H 2 + 2NaOH. Hal ini dikarenakan sitemnya yang berselang-seling dalam penyusunan pipa outer tube dan pipa inner tube, sehingga terjadinya korosi juga berselang-seling.

45 Kesimpulan Upaya yang dapat diambil untuk mencegah terjadinya kebocoran pipa outer tube dan inner tube yaitu dengan meningkatkan ketebalan pipa outer tube dan pipa inner tube, sehingga umur pipa outer tube dan pipa inner tube relatif dapat diperpanjang. Selain itu dicoba untuk memasang pipa outer sebagai katoda dan pipa inner sebagai anoda atau sebaliknya pipa outer sebagai anoda dan pipa inner sebagai katoda.

46 Saran Dilakukan rutin pengechekan dan pencatatan tegangan tiap cell modul chloropac. Dilakukan pembersihan rutin setiap 1 minggu sakali pada pipa outer tube sisi dalam dan pipa inner tube sisi luar agar endapan garam dan lumpur tidak menempel. Dilakukan penyusunan katoda-anoda pipa outer tube dan inner tube tidak berselang-seling. Dilakukan penebalan pipa outer tube dan inner tube agar umur pipa relatif diperpanjang.

47 DAFTAR PUSTAKA Fava James A. And Thomas David L Use Of Chlorine To Control OTEC Biofouling. Ocean Engng.Vol.5.pp Nishida, Shin-ichi Failure Analysis in Engineering Application. Jordan Hill. Oxford. Butterworth Heinemann Ltd. R. Brooks, Charlie and Choudhury, Ashok Failure Analysis of Engineering Materials. New York : McGraw-Hill ASM Metals Handbook Vol.03 Alloy Phase Diagrams. Material park. Ohio. USA. ASM international ASM Metals Handbook Vol.09 Metallographic and Microstructure. Material park. Ohio. USA. ASM international.

48