ANALISA PROTEKSI KATODIK DENGAN MENGGUNAKAN ANODA TUMBAL PADA PIPA GAS BAWAH TANAH PT. PUPUK KALIMANTAN TIMUR DARI STASIUN KOMPRESSOR GAS KE KALTIM-2

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: ( Print) 1 ANALISA PROTEKSI KATODIK DENGAN MENGGUNAKAN ANODA TUMBAL PADA PIPA GAS BAWAH TANAH PT. PUPUK KALIMANTAN TIMUR DARI STASIUN KOMPRESSOR GAS KE KALTIM-2 Asmauddin Putra (1), Imam Rochani (2), dan Hasan Ikhwani (3) (1) Mahasiswa Jurusan Teknik Kelautan, (2)(3) Staff Pengajar Jurusan Teknik Kelautan Jurusan Teknik Kelautan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya Indonesia imam_rochani@oe.its.ac.id Abstrak Tugas akhir ini membahas tentang proteksi katodik dengan menggunakan anoda tumbal pada pipa bawah tanah PT. Pupuk Kalimantan Timur Kaltim-2. Bahasan dalam tugas akhir ini mencakup tentang luas pipa yang diproteksi, keperluan arus proteksi, total berat anoda yang dibutuhkan, jumlah anoda yang digunakan, jarak pemasangan antar anoda, keperluan arus proteksi dalam jarak pemasangan anoda, resistansi anoda, kekuatan arus anoda, umur anoda, dan perbandingan antara kuat arus yang dibutuhkan dengan kekuatan arus anoda. Analisa yang dilakukan didasarkan pada kriteria yang ditetapkan oleh DNV RP B401 tentang Cathodic Protection Design dan NACE RP 0169 tentang Control of External Corrosionon Underground or Submerged Metallic Piping System. Secara umum, perbandingan antara kuat arus yang dibutuhkan dengan kekuatan arus anoda menjadi tolak ukur pergantian anoda. Hasil dari perbandingan tersebut, kuat arus yang dibutuhkan untuk perlindungan proteksi katodik dalam dapat terpenuhi sehingga dilakukan pergantian anoda tumbal. Anoda tumbal awalnya menggunakan prepacked Magnesium 48 d5 diganti menggunakan GA- MG-9 H-1. Kata Kunci: anoda tumbal, korosi, pipa onshore, proteksi katodik. I. PENDAHULUAN P erusahaan PT.Pupuk Kalimantan Timur (PKT) merupakan badan usaha milik Negara (BUMN) yand didirikan dengan tujuan utama melaksanakan serta mendukung kebijakan pemerintah dalam pengembangan industri dan ekonomi nasional khususnya dalam pengembangan sector industri pupuk dan kimia. Perusahaan ini berlokasi di wilayah pantai kota Bontang sekitar 121 Km sebelah utara Samarinda. Perusahaan ini terletak pada areal seluas 493 Ha. PT. Pupuk Kalimantan Timur saat ini memiliki 5 pabrik yang beroperasi yaitu kaltim 1, kaltim 2, kaltim 3, POPKA, dan Kaltim 4. Sistem transportasi perusahaan menggunakan pipa bawah tanah dalam memindahkan gas alam dan air ke pabrikpabrik. Pipeline diartikan sebagai bentangan pipa fluida dengan jarak yang sangat panjang. Barang yang sering ditransportasikan adalah air, gas alam, minyak mentah, dan produk hasil pengolahan minyak bumi lainnya[1]. Pipeline digunakan dalam berbagai macam tujuan salah satu diantaranya adalah sebagai truck line yakni mengangkut minyak dan gas dari fasilitas produksi menuju daratan[2]. Pipeline digunakan untuk beberapa tujuan dalam pengembangan sumber daya, antara lain adalah sebagai arah aliran untuk mentransfer produk dari sebuah platform untuk jalur ekspor, injeksi air atau bahan bakar kimia, dan untuk mentransfer hasil produk antar platform, dan mentransfer hasil produk sumur minyak atau gas[3] Pipeline adalah sistem yang digunakan untuk mengangkut maupun mengirim hasil-hasil produksi maupun bahan mentah ke tempat tujuan. Korosi adalah kerusakan suatu material, biasany berupa logam yang disebabkan oleh reaksi dengan lingkungannya[4]. Kerusakan pada logam oleh reaksi oksidasi yang terjadi baik secara langsung maupun tidak langsung sebagai hasil dari aktivitas organisme hidup. Penurunan mutu suatu material akibat reaksi elektrokimia dengan lingkungannya. Korosi diartikan sebagai kerusakan atau keasuan dari material akibat terjadinya reaksi dengan lingkungan yang didukung oleh faktor-faktor tertentu[5]. Pencegahan korosi dilakukuan dengan cara coating, pemasangan proteksi katodik, dll. Sistem perlindungan pipa bawah tanah PT. Pupuk Kalimantan Timur menggunakan coating dan cathodic protection. Proteksi katodik yang digunakan adalah anoda korban (SACP) dan arus paksa (ICCP). Proteksi katodik merupakan salah satu metode pengendalian laju korosi secara termodinamika dengan cara memperlakukan struktur logam sebagai katoda. Metode ini dilakukan dengan jalan mengalirkan arus listrik searah melalui elektrolit ke logam sehingga potensial antar muka logam-logam elektrolit turun menuju daerah immunnya atau sampai nilai tertentu sehingga laju korosi logam diperbolehkan[6]. Studi kasus ini mengambil permasalahan pada kaltim 2. Hasil monitoring setiap bulan yang dilakukan oleh PT. Pupuk Kalimantan Timur ditemukan pipa gas bawah tanah yang kurang terproteksi dari korosi. Proteksi katodik dengan menggunakan anoda tumbal tidak bekerja secara maksimal. Perlindungan pipa yang mengalami kekurangan arus proteksi maupun kelebihan proteksi akan menyebakan kerusakan pada coating sehingga pipa akan terkorosi. Sehingga pada studi kasus ini akan dilakukan perhitungan untuk mencari arus yang dibutuhkan untuk melindungi pipa gas bawah tanah PT. Pupuk Kalimantan Timur dan arus yang dihasilkan dari anoda tumbal. Jika arus yang dihasilkan oleh anoda tumbal tidak memenuhi kebutuhan untuk perlindungan pipa, maka akan dilakukan

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: ( Print) 2 pergantian anoda tumbal baru. II. URAIAN PENELITIAN A. Pengumpulan Data dan Standar Perancangan Pengumpulan data yang digunakan untuk analisa studi kasus ini yaitu menggunakan data pipa dan data anoda tumbal. Data pipa meliputi data desain pipa, data properties pipa, dan denah pipa, sedangkan data anoda tumbal meliputi data desain anoda, jenis anoda, dan gambar posisi peletekan anoda. Standar perancangan yang digunakan yaitu DNV RP B401 tentang Cathodic Protection Design dan NACE RP 0169 tentang Control of External Corrosion on Underground or Submerged Metallic Piping System. B. Luas Permukaan Pipa Anoda tumbal untuk sistem proteksi katodik dapat berbentuk lapisan di seluruh permukaan logam atau ditempel secara menyebar. Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan anoda tumbal[7]: 1. Kapasitas anoda untuk mengeluarkan amper-jam oleh setiap kilogram bahan. 2. Pengausan (wastage) akibat laju hilangnya logam dalam satuan volume maupun satuan massa. 3. Throwing power tentang efek proteksi sehubungan dengan jarak anoda ke logam yang dilindungi. Persamaan yang digunakan untuk menentukan arus anoda tumbal berdasarkan[8] pada bagian bab 7 tentang design tasks. Luas permukaan pipa yang dilindungi dapat didapatkan dari persamaan berikut : A D L (1) A = luas struktur pipa, m 2 D = diameter pipa, m L = panjang pipa, m C. Keperluan Arus Proteksi Arus yang dibutuhkan pipa untuk perlindungan terhadap korosi harus diperhitungkan. Kekurangan arus dalam proses perlindungan dapat mengakibatkan kerusakan pada coating apabila menggunakannya. Sedangkan apabila tidak menggunakan korosi akan langsung menyerang pipa. Perhitungan keperluan arus proteksi dapat dilakukan setelah mendapatkan luas permukaan pipa. Persamaan keperluan arus proteksi yaitu : I A (2) i c I = arus total untuk proteksi, A A = luas struktur pipa, m 2 i c = kerapatan arus dari logam, ma/m 2 D. Berat total anoda Jumlah anoda dibutuhkan perlu diperhatikan. Anoda yang berlebih akan menyebabkan proteksi berlebihan, sedangkan kekurangan akan merusak coating ataupun pipa. Berat total anoda didapatkan setelah dihitung arus total untuk proteksi. Persamaan berat total anoda yaitu : W I p t (3) k u Dimana: W o = Berat total anoda, kg I p = Arus total, A t = waktu proteksi, tahun k = kapasitas anoda, A.h/kg u = faktor ultilisasi (~ 0,8) 1 tahun = 8760 jam E. Jumlah Anoda Kebutuhan jumlah anoda dapat dihitung setelah mendapatkan berat total anoda yang dibutuhkan. Persmaan jumlah anoda yaitu : n W 0 (4) w n = jumlah anoda, buah W o = berat total anoda selama waktu desain, kg w = berat sebuah anoda, kg F. Jarak Pemasangan Antar Anoda Jarak pemasangan antar anoda diperhitungan sehingga arus yang dihasilkan dari anoda dapat tersebar secara merata. Akibat penyebaran arus yang tidak merata akan mengakibatkan bagian yang tidak terkena arus anoda akan mengalami kerusakan terlebih dahulu dibandingkan yang lain. Persamaan jarak pemasangan antar anoda yaitu : L S (5) n S = jarak pemasangan antar anoda, m L = panjan total pipa, m N = jumlah anoda G. Keperluan Arus Proteksi Berdasarkan Jarak Pemasangan Anoda Jarak pemasangan antar anoda telah didapatkan kemudian dapat dilakukan perhitungan keperluan arus proteksi. Keperluan arus ini berbeda dari kebutuhan arus total untuk proteksi. Persamaan keperluan arus proteksi yaitu : I D S (6) s i c I s = keperluan arus proteksi berdasarkan jarak pemasangan, A D = total diameter pipa, m S = jarak pemasangan antar anoda, m i c = kerapatan arus dari logam, ma/m 2 H. Resistansi groundbed anoda Resistansi groundbed anoda ada yaitu resistansi horizontal dan vertikal. Posisi pemasangan anoda menentukan dalam pemilihan persamaan yang digunakan. Pada studi kasus ini anoda dipasang secara horizontal, maka persamaannya adalah :

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: ( Print) 3 4l R ln 2 l d 1 h (7) Dimana ; R h = Resistansi anoda yang dipasang secara horizontal, Ω ρ = tahanan jenis tanah, Ω.cm l = panjang anoda, cm d = diameter anoda, cm I. Kapasitas keluaran arus anoda Arus yang dihasilkan dari anoda tumbal harus diketahui sehingga anoda dapat melindungi pipa secara maksimal. Persamaan kapasitas keluaran arus anoda yaitu : I a V (8) R I a h = kapasitas keluaran arus anoda, A V = driving voltage, volt R h = Resistansi anoda yang dipasang secara horizontal, Ω J. Perhitungan Umur Anoda Kekuatan anoda untuk melindungi pipa dalam kurun waktu tertentu perlu diperhitungkan. Sehingga nantinya dapat dilakukan persiapan apabila anoda sudah habis umur penggunaannya. Persamaan umur anoda sebagai berikut : W K u Y (9) I p Y = umur anoda, tahun W = kebutuhan berat anoda, kg I p = kebutuhan arus proteksi, A K = kapasitas arus anoda, A.H/kg u = faktor ultilisasi K. Perbandingan I s dengan I a Perbandingan arus yang dibutuhkan pipa dengan arus yang dihasilkan anoda perlu diperhitungkan. Apabila arus yang dibutuhkan pipa tidak dapat dipenuhi oleh anoda tumbal maka perlu dilakukan pergantian anoda tumbal baru. Anoda tumbal baru ini perlu dihitung ulang sehingga arus yang dihasilkan mampu mencukupi kebutuhan arus pipa. Perbandingan kuat arus yang dibutuhkan dengan arus anoda yaitu : I s I a (10) III. ANALISA DAN PEMBAHASAN Hasil analisa yang telah dilakukan pada studi ini didapatkan luas pipa, keperluan arus proteksi, berat total anoda, jumlah anoda, jarak antar anoda, keperluan arus berdasarkan jarak antar anoda, resistansi anoda, kapasitas arus anoda, umur anoda, dan hasil perbandingan kebutuhan arus pipa dengan kapasitas arus anoda. Data yang disajikan dalam jurnal ini berupa table hasil perhitungan. Untuk mengetahui lebih No. jelasnya bias dilihat dibawah ini. Tabel 1. Hasil perhitunngan anoda Natural Gas Pipe, Perhitungan Liquid Cond. Gas, and Fuel Gas 1 Luas Pipa yang diproteksi 674 m 2 2 Keperluan arus proteksi (I) A 3 Total Berat Anoda Yang diperlukan ( W ) 493 kg 4 Total Anoda ( n ) 24 buah Jarak pemasangan antar anoda, S Keperluan arus proteksi untuk jarak S Anoda yang dipasang Horizontal 44 m A ohm 8 Kekuatan arus anoda Ia 0.22 A 9 Is Ia A 0.22 A 10 Keterangan Perlindungan pipa dengan menggunakan anoda korban tidak terlindungi dengan baik Hasil perbandingan kebutuhan arus pipa dengan kuat arus anoda yang dihasilkan didapatkan bahwa arus pipa tidak terpenuhi secara maksimal. Sehingga coating yang digunakan akan mengalami kerusakan. Dari hasil perhitungan maka perlu dilakukan pergantian anoda tumbal baru. Anoda tumbal baru ini nantinya akan menggantikan anoda tumbal yang lama sehingga kebutuhan arus proteksi pipa dapat terpenuhi. Data anoda tumbal baru didapatkan dari Galvotec Alloy inc. Anoda tumbal baru yang digunakan adalah magnesium dan aluminium. Anoda magnesium sering digunkaan untuk perlindungan logam di dalam tanah. Anoda aluminium merupakan anoda yang paling ekonomis dibandingkan anoda yang lain. Jenis Magnesium Tabel 2. Data anoda magnesium Berat Lebar Diameter Panjang Laju konsumsi (kg) (mm) (mm) (mm) anoda (A jam/kg) Efficienc (%) GA-MG-5 H % GA-MG-9 H % GA-MG-12 H % GA-MG-17 H % GA-MG-32 H % GA-MG-50 H %

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: ( Print) 4 Jenis Aluminium Tabel 3. Data anoda aluminium Lebar Tinggi Panjang (mm) (mm) (mm) Berat (kg) Laju konsumsi anoda (A jam/kg) Efficienc (%) GA-A-1-29H % GA-A-1-23H % GA-A-2-15H % GA-A-2-10H % GA-A-1-12H % GA-A-1-20H % GA-A-2-32H % Data pada tabel 2 dan tabel 3 akan dilakukan perhitungan hingga mendapatkan hasil kebutuhan arus pipa dan kuat arus yang dihasilkan anoda. Hasil perhitungan dibentuk kedalam tabel. Tabel tersebut nantinya akan membandingkan antar hasil Perhitungan magnesium dan aluminium. Tabel 4. Hasil perhitungan total luas pipa Luas pipa (m 2 ) GA-MG-5 H GA-MG-9 H GA-MG-12 H GA-MG-17 H GA-MG-32 H GA-MG-50 H GA-A-1-29H 674 GA-A-1-23H 674 GA-A-2-15H 674 GA-A-2-10H 674 GA-A-1-12H 674 GA-A-1-20H 674 GA-A-2-32H 674 Tabel 5. Hasil perhitungan arus proteksi Arus proteksi (A) GA-MG-5 H GA-MG-9 H GA-MG-12 H GA-MG-17 H GA-MG-32 H GA-MG-50 H GA-A-1-29H GA-A-1-23H GA-A-2-15H GA-A-2-10H GA-A-1-12H GA-A-1-20H GA-A-2-32H Tabel 6. Hasil perhitungan total berat anoda Total berat anoda (kg) GA-MG-5 H GA-MG-9 H GA-MG-12 H GA-MG-17 H GA-MG-32 H GA-MG-50 H GA-A-1-29H 233 GA-A-1-23H 233 GA-A-2-15H 233 GA-A-2-10H 233 GA-A-1-12H 233 GA-A-1-20H 233 GA-A-2-32H 233 Tabel 7. Hasil perhitungan jumlah anoda Total anoda (buah) GA-MG-5 H GA-MG-9 H-1 51 GA-MG-12 H-1 43 GA-MG-17 H-1 21 GA-MG-32 H-1 20 GA-MG-50 H-1 14 GA-A-1-29H 18 GA-A-1-23H 22 GA-A-2-15H 33 GA-A-2-10H 52 GA-A-1-12H 43 GA-A-1-20H 26 GA-A-2-32H 16 Tabel 8. Hasil perhitungan jarak pemasangan antar anoda (a) Jarak anoda (m) GA-MG-5 H-1 10 GA-MG-9 H-1 20 GA-MG-12 H-1 24 GA-MG-17 H-1 49 GA-MG-32 H-1 52 GA-MG-50 H-1 76 GA-A-1-29H 59 GA-A-1-23H 46 GA-A-2-15H 31 GA-A-2-10H 20

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: ( Print) 5 Tabel 8. Hasil perhitungan jarak pemasangan antar anoda (b) Luas pipa (m 2 ) GA-A-1-12H 24 GA-A-1-20H 41 GA-A-2-32H 65 Tabel 9. Hasil perhitungan keperluan arus proteksi antar jarak anoda Arus proteksi untuk S (A) GA-MG-5 H GA-MG-9 H GA-MG-12 H GA-MG-17 H GA-MG-32 H GA-MG-50 H GA-A-1-29H GA-A-1-23H GA-A-2-15H GA-A-2-10H GA-A-1-12H GA-A-1-20H GA-A-2-32H Tabel 10. Hasil perhitungan resistansi anoda yang dipasang horizontal Resistansi anoda (Ω) GA-MG-5 H GA-MG-9 H GA-MG-12 H GA-MG-17 H GA-MG-32 H GA-MG-50 H GA-A-1-29H GA-A-1-23H GA-A-2-15H GA-A-2-10H GA-A-1-12H GA-A-1-20H GA-A-2-32H Tabel 11. Hasil perhitungan kuat arus anoda yang dihasilkan Keluaran arus anoda (A) GA-MG-5 H GA-MG-9 H GA-MG-12 H GA-MG-17 H GA-MG-32 H GA-MG-50 H GA-A-1-29H GA-A-1-23H GA-A-2-15H GA-A-2-10H GA-A-1-12H GA-A-1-20H GA-A-2-32H Tabel 12. Hasil perbandingan arus yang dibutuhkan untuk jarak antar anoda dengan arus anoda yang dikeluarkan Jenis anoda korban Arus proteksi untuk S (A) Keluara n arus anoda (A) Perbandingan Is Ia GA-MG-5 H ok GA-MG-9 H ok GA-MG-12 H ok GA-MG-17 H tidak ok GA-MG-32 H tidak ok GA-MG-50 H tidak ok GA-A-1-29H tidak ok GA-A-1-23H tidak ok GA-A-2-15H tidak ok GA-A-2-10H ok GA-A-1-12H tidak ok GA-A-1-20H tidak ok GA-A-2-32H tidak ok Hasil perhitungan pada tabel 12 ditemukan 4 anoda tumbal baru yang bisa digunakan. Anoda tumbal pengganti yang dapat digunakan sebagai berikut : 1. GA-MG-5 H-1 2. GA-MG-9 H-1 3. GA-MG-12 H-1 4. GA-A-2-10H Pemilihan anoda berikutnya berdasarkan faktor ekonomis. Faktor ekonomis perlu diperhatikan sehingga dapat ditentukan anoda mana yang memiliki harga paling murah sehingga

6 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: ( Print) 6 mampu menekan harga pemasangan. Data harga yang digunakan berdasarkan[9] sebagai berikut : Jenis Anoda Tabel 13. Harga anoda tiap kg Bahan Anoda Harga Anoda Magnesium Rp ,- Aluminium Rp ,- Tabel 14. Total harga anoda Berat Total Anoda Anoda (buah) IV. KESIMPULAN DAN SARAN Rp. GA-MG-5 H GA-MG-9 H GA-MG-12 H GA-A-2-10H Tujuan dari analisa proteksi katodik dengan menggunakan anoda tumbal pada pipa gas bawah tanah PT. Pupuk Kalimantan Timur dari stasiun compressor gas ke kaltim 2 adalah untuk mengetahui besarnya keperluan arus proteksi pipa bawah tanah kaltim 2, untuk mengetahui besarnya kapasitas arus keluaran anoda, dan untuk mengetahui perlunya dilakukan pergantian anoda korban berdasarkan DNV RP B401 dan NACE RP Hasil dari perhitungan ditemukan keperluan arus proteksi pada pipa bawah tanah kaltim 2 sebesar A. Kuat arus yang dihasilkan dari anoda prepacked magnesium 48 d5 yang digunakan pada kaltim 2 sebesar 0.22 A. Perbandingan dari kebutuhan arus dan arus yang dihasilkan anoda maka perlu dilakukan pergantian anoda tumbal yang baru. Sehingga dari hasil perhitungan ulang menggunakan 13 anoda tumbal baru, hanya didapatkan 4 buah anoda yang bisa digunakan pada kaltim 2. Dari ke empat anoda ini, dipilih GA-MG-9 H-1 sebagai anoda pengganti. GA-MG-9 H-1 dihasilkan kebutuhan arus A dan arus yang dapat dihasilkan A. Biaya menggunakan GA-MG-9 H-1 sebesar Rp ,- dengan disain umur 25 tahun. VI. DAFTAR PUSTAKA [1] Liu, H Pipeline Engineering. Lewis Publisher. Boca Raton London New York Washington, D.C. [2] Mouselli, A Offshore Pipeline Design, Analysis and Method. Peanwell. Oklahoma. [3] Bai, Y Pipeline and riser. Elsevier. USA. [4] NACE Standard RP Control of External Corrosion on Underground or Submerged Metallic Piping Systems. Houston. TX: NACE. [5] Supomo, H Korosi Volume : 1. Jurusan Teknik Perkapalan Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. [6] Utami, I Proteksi Katodik Dengan Anoda Tumbal Sebagai Pengendali Laju Korosi Baja Dalam Lingkungan Aqueous. Tugas Akhir. UPN Veteran Jawa Timur. [7] Iswahyudi Desain Sistem Proteksi Katodik Anoda Korban Pada Jaringan Pipa Pertamina UPMS V. Tugas Akhir. Institut Teknologi Sepuluh Nopember. [8] Det Norske Veritas DNV RP B401, Cathodic Protection Design. Norway. [9] Caesario, A. P Analisa Teknis dan Ekonomis Sistem Proteksi Katodik Sacrificial Anode Dengan Metode Mapping Sector Pada Onshore Pipelines Legundi Wilayah Sbu II Jabati. Tugas Akhir. Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Untuk penelitian selanjutnya dapat melakukan pergantian anoda dengan menggunakan arus paksa (ICCP). Dapat juga dilakukan dengan menggunakan anoda tumbal (SACP) dan arus paksa (ICCP) sehingga dapat dihasilkan hasil yang lebih baik. V. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Imam Rochani dan Bapak Hasan Ikhwani selaku dosen pembimbing yang telah banyak mengarahkan dan membantu dalam pengerjaan studi ini. Serta tidak lepas dari bantuan serta dorongan moral maupun material dari banyak pihak baik secara langsung maupun tidak langsung.