PENGARUH DIMENSI CACAT GORES PADA COATING DAN TEMPERATUR TERHADAP ARUS PROTEKSI SISTEM IMPRESSED CURRENT CATHODIC PROTECTION (ICCP) PADA BAJA API 5L GRADE B DI LINGKUNGAN AIR LAUT Dosen Pembimbing : 1. Prof. Dr. Ir. Sulistijono, DEA 2. Tubagus Noor R., S.T., M.Sc. Luthfi Ardiansyah - 2710100063
PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Batasan Masalah Manfaat Penelitian
Latar Belakang COATING + PROTEKSI KATODIK
1. NEB (Canada) 2. ERCB (Europe) 3. EGIG (Europe) 4. PHMSA (USA)
Perumusan masalah Bagaimana pengaruh variasi dimensi cacat gores pada coating terhadap arus proteksi sistem ICCP pada baja API 5L grade B di lingkungan air laut. Bagaimana pengaruh temperatur air laut terhadap kebutuhan arus proteksi sistem ICCP pada baja API 5L grade B di lingkungan air laut.
Tujuan Penelitian Mempelajari dan memahami pengaruh variasi dimensi cacat gores pada coating terhadap arus proteksi sistem ICCP pada baja API 5L grade B di lingkungan air laut. Mempelajari dan memahami pengaruh temperatur air laut terhadap arus proteksi sistem ICCP pada baja API 5L grade B di lingkungan air laut.
Batasan Masalah Batasan masalah dan asumsi dalam penelitian ini adalah : 1. Material baja karbon rendah API 5L grade B homogen 2. Cacat coating berupa goresan 3. Larutan NaCl 3,5% sama dengan air laut yang sebenarnya 4. Selama proses pengukuran, temperatur dianggap konstan 5. Jenis Coating yang digunakan sempurna (tidak bisa ditembus dengan arus listrik)
Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah untuk aplikasi pengetahuan dalam pengendalian korosi pada pipeline dengan sistem ICCP pada lingkungan air laut. Selain itu, perbedaan kondisi cacat gores pada coating pipa dan temperatur tertentu dapat menjadi referensi untuk menentukan seberapa besar arus proteksi yang harus diberikan agar sesuai dengan kondisi struktur/pipeline.
Tinjauan Pustaka Korosi Pengaruh Temperatur terhadap korosi Proteksi Katodik ICCP
Definisi Korosi Proses Deteroriasi (penurunan kualitas) suatu material, biasanya logam, karena bereaksi dengan lingkungannya (NACE) Berdasarkan mekanisme Korosi Temperatur rendah Korosi Temperatur tinggi
Korosi Temperatur rendah
Pengaruh Temperatur Terhadap Laju Korosi (ASM Vol. 13) Semakin meningkat temperatur, laju korosi semakin tinggi : Persamaan Arhennius : Dengan : r = Laju Korosi A = Faktor Arhennius E = energy aktivasi R = konstanta gas T = temperatur
Kondisi Temperatur Lautan Dunia rentang dari temperatur permukaan air laut dunia berada diantara -1,8 ᵒC sampai dengan 33,7 ᵒC.
Proteksi Katodik External Corrosion and Cathodic Protection Fe+ O 2 + 2H 2 O + 4e electrons 4OH - SOIL or WATER PIPE Without cathodic protection Inside of the pipe External supply of electrons electrons O 2 + 2H 2 O + 4e 4OH - SOIL or WATER PIPE With cathodic protection Inside of the pipe
Jenis Proteksi Katodik Proteksi Katodik Anoda Tumbal Proteksi Katodik Impressed Current
Prinsip ICCP
PERBANDINGAN SISTEM ICCP DAN ANODA TUMBAL No sacrificial anode system Impressed-Current System 1 Simple Complex 2 Low/no maintenance Requires maintenance 3 Work best in conductive electrolytes Can work in low-conductivity electrolytes 4 Lower installation costs for Remote anodes possible smaller installations 5 Higher capital investment for large systems Low capital investment for large systems Sumber : ASM Metals Handbook, Vol 13 Corrosion
Metode Penelitian Diagram Alir Penelitian Bahan Penelitian Alat Penelitian Langkah-Langkah Pelaksanaan Penelitian Rancangan Penelitian
Diagram Alir Penelitian
Diagram Alir Penelitian (con t)
Bahan Penelitian
Dimensi Pipeline Material pipa : Baja karbon rendah Spesifikasi pipa : Spiral pipe welding API 5L grade B Panjang pipa : 100 mm Diameter luar (OD) : 2.375 = 60.3 mm Diameter dlm (ID) : 2.067 = 52.48 mm Tebal dinding : 0.154 = 3.91 mm
Komposisi Kimia standard API 5L
Alat Penelitian
Alat Penelitian (con t)
Preparasi Spesimen
Pemberian Coating dan Pemberian Goresan Cacat 1% p = 10 mm, l = 18.9 mm Cacat 3% p = 20 mm, l = 28.4 mm Cacat 5% p = 20 mm, l = 47.335 mm
Cacat 10% Cacat 30% p = 40 mm; l = 47 mm p = 60 mm; l = 94 mm Cacat 50% Cacat 70% p = 80 mm; l =118 mm p = 100 mm; l = 132,5 mm
Preparasi Anoda
Preparasi Media Air Laut 1. Melarutkan 2.458,83 Kg NaCl ke dalam aquades 67,5 Liter ke dalam 1 wadah besar. 2. Mengaduk larutan hingga homogen. 3. Membagi larutan yang ada ke dalam 3 box kontainer dimana masing-masing wadah sudah disekat menjadi 5 bagian. Sehingga 1 bagian sebanyak 4,5 liter
Rancangan Penelitian Kondisi Lingkungan Temperatur 15 ᵒC
Kondisi Lingkungan Temperatur 25 ᵒC
Kondisi Lingkungan Temperatur 35 ᵒC
Pengukuran Arus dan Potensial
Analisa Data dan Pembahasan Analisa Data Pembahasan
Arus Proteksi (ma/mm²) 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00 Temperatur vs Arus Proteksi 15 20 25 30 35 Temperatur (ᵒC) Tanpa Cacat Gores Luas Goresan 189 mm² Luas Goresan 568 mm² Luas Goresan 946,7 mm² Luas Goresan 1880 mm² Luas Goresan 5640 mm²
300,00 Luas Goresan vs Arus Proteksi Arus Proteksi (ma/m²) 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 Temperatur 15 C Temperatur 25 C Temperatur 35 C 0,00 0 5000 10000 15000 20000 Luas Goresan (mm²)
Persamaan Regresi Linear Berganda Y = -70,317 + 3,463X₁ + 0,007X₂
Uji Korelasi Pearson Korelasi antara temperatur dengan kebutuhan arus memiliki kategori tingkat cukup kuat sebesar 0,448 (0,3 r <0,599) Sedangkan variabel presentase cacat memiliki tingkat korelasi kuat terhadap kebutuhan arus sebesar 0,717 (0,6 r <0,8).
Uji Korelasi Berganda Dimana, r X₁Y = 0,458 r X₂Y = 0,717 r X₁ X₂ = 0 sehingga didapatkan nilai korelasi variabel temperatur dan presentase cacat secara bersama-sama terhadap kebutuhan arus proteksi sebesar 0,8508. Artinya semakin tinggi variabel tersebut kebutuhan arus akan semakin bertambah.
Untuk menunjukkan apakah variabel temperatur dan presentase cacat yang dipilih mempunyai pengaruh secara bersama-sama terhadap kebutuhan arus dilakukan uji signifikan dengan persamaan : F= (1 R 2 2 R / k ) /( n k 1) Di mana : R : koefisien korelasi ganda (0,8058) k : banyaknya variabel independen (2) n : banyaknya anggota sampel (27) tabel F; dengan dk pembilang = 2 dan dk penyebut = 24. Didapatkan F=31,478> F tabel (3,4) artinya signifikan
Foto Makro Spesimen Temperatur 15ᵒC
Foto Makro Spesimen Temperatur 25ᵒC
Foto Makro Spesimen Temperatur 35ᵒC
Pembahasan Ketika terdapat cacat gores pada coating pada suatu daerah tertentu di permukaan suatu baja, maka akan ada permukaan baja yang terekspose dengan elektrolit. Dan saat syarat terjadinya korosi telah dipenuhi yaitu adanya anoda, katoda, kontak antar metalik dan elektrolit, maka korosi akan terjadi. Saat terjadi korosi tersebut, sistem ICCP harus meningkatkan arus keluarannya untuk mempertahankan potensial baja tersebut berada pada range potensial proteksi optimumnya. Dengan begitu, total arus keluaran dari sistem ICCP akan meningkat seiring dengan meningkatnya area baja yang terekspose (cacat coating). (J, Wu dkk, 2009)
Temperatur memberikan pengaruh yang signikan terhadap laju korosi suatu baja. Menurut Laurie S. McNeill, Setidaknya ada empat parameter kunci yang mempengaruhi korosi yang dapat bervariasi dengan adanya temperatur antara lain kelarutan oksigen, properties/sifat dari larutan (contohnya viskositas), laju oksidasi ferrous iron dan aktivitas biologi. Parameter yang pertama adalah kelarutan oksigen di dalam air laut akan menurun seiring dengan kenaikan temperatur. Dengan begitu, oksigen yang memiliki peranan penting dalam menangkap elektron akan berkurang, sehingga laju korosi akan menurun. Viskositas dari air akan menurun pada temperatur yang lebih tinggi (1,5 x 10-2 N.Sec/m 2 pada 5ᵒC menjadi 9 x 10-3 N.sec/m 2 pada temperatur 25ᵒC). Hal ini akan meningkatkan perpindahan reaktan (oksigen terlarut atau unsur penerima elektron lainnya) dan produk korosi (Fe 2+ ) dari dan menuju permukaan karena meningkatnya difusi, sehingga laju korosi akan meningkat.
Laju oksidasi ferrous iron (Fe 2+ ) juga dipengaruhi oleh temperatur. Pada kondisi ph tertentu, laju oksidasi besi ferro (Fe 2+ ) meningkat dengan urutan besarnya setiap kenaikan 15ºC temperatur. Perubahan spesiasi besi dapat mendukung pembentukan senyawa yang berbeda pada temperatur yang berbeda. Efek pada korosi akan bergantung pada sifat dari skala baru yang terbentuk tersebut. Parameter terakhir yang dipengaruhi oleh temperatur adalah aktifitas mikrobiologi didalam elektrolit. Adanya mikroba dapat mengubah tingkat deplesi oksigen dan kondisi redoks. Selain itu, oksidasi biologi pada ferrous iron meningkat pada temperatur yang lebih tinggi. Hal inilah yang menyebabkan kebutuhan arus proteksi ICCP spesimen dengan kondisi cacat coating yang sama pada penelitian meningkat seiring dengan naiknya temperatur elektrolit.
Adanya coating pada kombinasi sistem proteksi katodik ICCP dengan coating memberi perlindungan yang signifikan (kebutuhan arus tanpa cacat 0,015 ma; 0,045 ma; 0,071 ma sedangkan kebutuhan arus tanpa coating 0,799 ma; 2,185 ma; 4,701 ma)
Kesimpulan 1. Pada temperatur yang sama, kebutuhan arus proteksi paling tinggi terjadi pada spesimen tanpa coating yaitu 42,4 ma/m² pada temperatur 15ᵒC; 115,4 ma/m² pada temperatur 25ᵒC dan 248,28 ma/m² pada temperatur 35ᵒC. Sedangkan kebutuhan arus paling rendah terjadi pada spesimen tanpa cacat yaitu 0,79 ma/m² pada temperatur 15ᵒC; 2,38 ma/m² pada temperatur 25ᵒC dan 3,75 ma/m² pada temperatur 35ᵒC. 2. Pada presentase cacat gores yang sama, kebutuhan arus proteksi paling tinggi dialami oleh spesimen pada temperatur 35 C yaitu 18,85 ma/m² untuk luas goresan 189 mm²; 22,87 ma/m² untuk luas goresan 568 mm²; 34,22 ma/m² untuk luas goresan 946,7 mm²; 63,22 ma/m² untuk luas goresan 1890 mm²; 71,09 ma/m² untuk luas goresan 5680 mm²; 142,28 ma/m² untuk luas goresan 9467 mm² dan 220,45 ma/m² untuk luas goresan 13250 mm². 3. Didapatkan persamaan regresi linear berganda, Y (Kebutuhan Arus) = - 70,317 + 3,463X₁ (Temperatur) + 0,007X₂ (Luas Goresan), dimana persamaan ini bisa diaplikasikan untuk penentuan kebutuhan arus proteksi ICCP pada kombinasi luas goresan dan temperatur tertentu dengan batasan rentan temperatur antara 15ᵒC -35ᵒC dan rentan luas goresan antara 0 mm² - 18934,2 mm².
DAFTAR PUSTAKA API Specification 5L. Forty Second Edition. 2000. STD API/PETRO Spec 5L-ENGL 2000-0732290 0618044970. A,W,Peabody. 2001. Control of Pipeline Corrosion. Edited by Ronald L Bianchetti. Texas: NACE International the Corrosion Society Bergman, Jennifer. 2011. Temperature of Ocean Water. Atmospheric Space Science Engineering University of Michigan. Bhusman, James B. 2010. impressed Current Cathodic Protection System Design. Bushman & Associates, Inc. Ohio: USA. Charng, T., Lansing, F., 1982. Review of corrosion causses and corrosion control in a technical facility. DSN Engineering Section. New York. Chen, X dkk. 2009. Effect Of Cathodic Protection On Corrosion Of Pipeline Steel Under Disbonded Coating. University of Science and Technology Beijing. China Febrianto.2009. Analisis Fluktuasi Arus Korosi Saat Hancurnya Lapisan Pasif dan Repasifasi oleh Ion Klorida. Proceeding Seminar Nasional ke-15 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir. Surakarta 17 Oktober 2009. Guo, Boyun; Song, Shanhong; Chacko, Jacob,. 2005. Offshore Pipeline. USA: Elsevier Science. Ika Marcelina. Studi Perbandingan Laju Korosi dengan Variasi Cacat Coating pada Pipa API 5L Grade X65 dengan Media Korosi NaCl. McNeill, Laurie S., Edwards, Marc.2000. The Importance of Temperature In Assessing Iron Pipe Corrosion Water Distribution Systems. National Sciencce Foundation. USA. NACE Standard RP 0169-2002 (Houston, TX: NACE, 1967). NAVFAC MO-110, 1995. Military Handbook: Handbook For Paints And Protective Coatings For Facilities. Departmen of Defense, USA. Ramachandran V.S. dan J.J. Beaudoin. 2000. Handbook of Analytical Techniques in Concrete Science and Technology. USA: Elseiver Science Rizky Ayu, Hasan Ikhwani, Heri Supomo. Analisa Desain Sistem Impressed Current Cathodic Protection (ICCP) pada Offshore Pipeline Milik JOB Pertamina-Petrochina East Java. Roberge, Pierre, R,. 2000. Handbook of Corrosion Engineering. USA: The Mc.Graw-Hill Companies Inc. Total E&P Indonesie: France. 2011. Cathodic Protection. France: Total E&P Indonesie.Inc. Wu, J., Xing, S., Yun, F.. 2009. The Influence Of Coating Damage On The ICCP Cathodic Protection Effect. Luoyang Ship Material Research Institute, P.R. China http://www.amteccorrosion.co.uk/soadhbc.html, 2003
Terima Kasih