ANALISA KEGAGALAN U FIRE TUBE HEATER TREATER SANTAN TERMINAL CHEVRON INDONESIA COMPANY

Transkripsi

1 ANALISA KEGAGALAN U FIRE TUBE HEATER TREATER SANTAN TERMINAL CHEVRON INDONESIA COMPANY Disusun oleh : Dyan Ratna Mayangsari Jurusan Teknik Material dan Metalurgi Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember

2 TABLE of CONTENTS PENDAHULUAN TINJAUAN PUSTAKA METODOLOGI PENELITIAN ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN KESIMPULAN DAN SARAN

3 PENDAHULUAN

4 Latar Belakang Tempat pengolahan sludge di Terminal Santan Chevron Indonesia Company dilakukan untuk memisahkan minyak dari pengotornya sehingga diperlukan heater treater yang berfungsi memanaskan sludge agar minyak mudah terpisah dari pengotornya. Heater treater beroperasi pada temperatur yang tinggi sehingga rentan terjadi kerusakan. Pada bulan Desember 2012, terjadi kerusakan pada fire tube heater treater pada bagian U fire tube. Kerusakan yang terjadi berupa bulging. bulging

5 RUMUSAN MASALAH 1 Faktor apakah yang menyebabkan bulging pada U - fire tube heater treater? 2 Bagaimana mekanisme bulging pada U fire tube heater treater? TUJUAN PENELITIAN 1 Menganalisa faktor penyebab kegagalan pada U - fire tube heater treater 2 Menganalisa mekanisme terjadinya bulging pada U fire tube heater treater. BATASAN MASALAH Lingkungan kerja beroperasi sesuai dengan desain yang ditentukan Material pada U fire tube hetaer treater bersifat homogen Temperatur operasi sesuai dengan desain yang telah ditentukan

6 TINJAUAN PUSTAKA

7 HEATER TREATER Fungsi heater treater adalah memanaskan sludge agar minyak yang terkandung di dalamnya lebih mudah terpisah. Bagian bagian heater treater : 1. Heat exchanger : berfungsi sebagai tempat pertukaran panas antara minyak yang berasal dari sludge tank dengan minyak yang berasal dari heater treater. 2. Vessel : berfungsi sebagai tempat untuk menampung sludge 3. Fire tube : berfungsi sebagai pemanas pada heater treater

8 Material yang Digunakan Fire tube heater treater mengalami kegagalan berupa bulging di bagian U fire tube. Material yang digunakan adalah Carbon Steel ASME SA 36. Komposisi kimia dan sifat mekanik pada material tersebut adalah

9 Operating Data pada Fire Tube Heater Treater 1. Temperature inlet : o C 2. Temperature outlet : o C 3. Ukuran : OD 0.76 m 4. Tebal : 12 mm 5. Energi panas yang dibutuhkan : 1,500,000 BTU 6. Jumlah fuel yang dibutuhkan : 50 MSCFD

10 Komposisi Minyak Bumi (Crude Oil) Crude oil mengandung sejumlah senyawaan non hidrokarbon, terutama senyawa sulfur, senyawa nitrogen, senyawa oksigen, senyawa organometal dalam jumlah kecil dan garam-garam anorganik. Selain itu zat pengotor lainnya yang terdapat dalam minyak bumi adalah berupa senyawa halogen organik, terutama klorida, dan logam organik, yaitu natrium, vanadium dan nikel.

11 Thermal Fatigue Thermal fatigue terjadi karena adanya tegangan siklik yang disebabkan oleh variasi temperature. Kerusakan yang terjadi berupa retak yang bisa terjadi di mana saja dalam komponen logam. Contoh kegagalan karena thermal fatigue.

12 Faktor - Faktor Penyebab Thermal Fatigue : 1. temperature pada setiap komponen material tidak merata(hotspot temperature). 2. start up dan start down yang terlalu sering pada peralatan, dapat meningkatkan kerentananan terjadinya thermal fatigue 3. perubahan temperature yang sangat cepat di sepanjang permukaan komponen (thermal shock) Bentuk retakan akibat thermal fatigue

13 METODOLOGI PENELITIAN

14 DIAGRAM ALIR PENELITIAN

15 ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

16 Hasil Pengamatan Makroskopik Crack 10x 40x Gambar pengamatan visual permukaan material u fire tube pada daerah retakan Pada material yang mengalami bulging, panjang retakan yang membujur sebesar 3cm dan yang melintang sebesar 1 cm. Lebar masing masing retakan adalah 1 mm.

17 Hasil Pengamatan Mikroskopik (Metallography) 1 Crack 2 Perlit Ferrit 100x 1000x 200x x Ferrit Perlit Gambar 1 dan 2 merupakan strukturmikro material bulging dan retak sedangkan gambar 3 adalah strukturmikro material tanpa bulging dan retak. Fasa yang terbentuk pada daerah tersebut masih berupa ferit dan perlit.

18 Hasil Pengujian Kekerasan (Hardness Vickers) Dari tabel dan grafik dapat dilihat bahwa terjadi peningkatan nilai kekerasan yang signifikan pada material u fire tube yang mengalami bulging dan retak.

19 Hasil Pengujian SEM Hasil pengujian SEM pada material yang mengalami bulging dan retak menunjukkan bahwa tipe retak yang terjadi adalah intergranular crack x 200x x 200x 200x

20 Hasil Pengujian EDX 1. Hasil mapping unsur menunjukkan bahwa unsur carbon, copper, krom, nikel, aluminium, dan Fe tersebar merata pada permukaan retakan.

21 2. Mapping unsur juga menunjukkan adanya unsur nitrogen, natrium, chlorin, dan vanadium yang berasal dari sisa crude oil yang menempel pada material.

22 3. Unsur oksigen juga terdapat di daerah retakan. Unsur paduan seperti mangan, silicon, pospor, dan sulfur persebarannya tidak merata, sehingga mengakibatkan kekuatan mekanik dan kekerasan pada material tidak merata. Hal ini yang memungkinkan terjadinya bulging karena kekuatan pada material menurun

23 Pembahasan 1. Berdasarkan pengamatan makroskopik dan mikroskopik (dengan mikroskop optik dan SEM) tipe retak yang terjadi adalah intergranular crack karena retakan yang terjadi sepanjang batas butir. 2. Fasa yang terbentuk pada daerah tanpa retakan maupun daerah yang mengalami retak adalah fasa ferrit dan perlit. Hal ini menunjukkan bahwa material tidak mengalami perubahan temperatur yang signifikan. 3. Berdasarkan mapping unsur menggunakan EDX, unsur mangan, silicon, pospor, dan sulfur persebarannya tidak merata, sehingga mengakibatkan kekuatan mekanik dan kekerasan pada material tidak merata.

24 Kesimpulan 1. Penyebab terjadinya bulging dan retak adalah thermal fatigue (berdasarkan API 571) dengan faktor penyebab sebagai berikut : a) pemanasan yang tidak merata di sepanjang u fire tube. b) persebaran unsur yang tidak merata pada u fire tube terutama unsur Mn, Si, P, dan S sehingga kekerasan dan kekuatan pada material u fire tube tidak sama, sehingga kemampuan menerima beban berkurang. c) Start up dan start down yang sering terjadi pada heater treater dapat mengakibatkan shock thermal. 2. Mekanisme terjadinya bulging dan retak adalah pemanasan local (hotspot temperature) di bagian internal u fire tube yang berlangsung secara terus menerus karena adanya beban mekanik dari sludge yang menumpuk di bagian eksternal u fire tube sehingga mengakibatkan bulging. Start up dan start down yang terjadi pada heater treater juga mengakibatkan terjadinya retakan karena start up dan start down dapat menghasilkan shock thermal pada heater treater tersebut.

25 Saran 1. Penggantian material dengan carbon steel API 5L Grade B, karena material tersebut mempunyai ketahanan temperature yang lebih tinggi daripada material carbon steel ASME SA Penggunaan water jetting untuk membersihkan sludge (lumpur) yang menempel pada u fire tube sehingga lumpur lumpur tersebut tidak menumpuk. 3. Penggunaan alarm apabila terjadi ketidakstabilan pada heater treater sehingga start up dan start down dapat dihindari.

26

27

28 Piping and Instrument Diagram Heater Treater

29 Basic Allowable Stress Temperature ( o F) (ksi) ASME SA API 5L Grade B Source : ASME B 31.3

30 Sistematika Pengambilan Sample Pengujian pada U Fire Tube Heater Treater

31 Hasil XRD Counts ASTM A Position [ 2Theta] (Copper (Cu)) Pos. [ 2Th.] Height [cts] FWHM Left [ 2Th.] d-spacing [Å] Rel. Int. [%]

32 Hasil JCPDF

33 CCT Diagram Baja Carbon Rendah