BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang PT. Bukit Asam adalah perusahaan penghasil batu bara terbesar di Indonesia yang bertempat di Tanjung Enim, Sumatra Selatan, Indonesia. PT. Bukit Asam menggunakan pembangkit listrik tenaga uap berbahan batu bara sebagai pemasok semua kebutuhan listrik dalam proses produksinya. Prinsip kerja dari pembangkit listrik tenaga uap adalah pembakaran bahan bakar yang bercampur dengan gas pada boiler untuk memanaskan air dan mengubah air tersebut menjadi uap kering dengan tekanan dan suhu yang sesuai yang kemudian uap kering tersebut digunakan untuk menggerakkan turbin uap sehingga dihasilkan tenaga listrik dari kumparan medan magnet pada generator. Karena beroperasi pada suhu yang sangat tinggi, akibatnya komponen boiler sangat rentan mengalami kerusakan. Beberapa komponen boiler yang sering mengalami kerusakan adalah pipa superheater, pipa didih pada dinding dapur (wall tube) dan atap dapur (roof). Komponen boiler seperti pipa didih (water wall), superheater, reheater, dan economizer biasanya beroperasi pada tekanan dan temperatur yang tinggi, dan khususnya superheater yang dapat mencapai di atas 482 0 C (900 0 F) (Hovingan dan Nakoneczny, 2000). Untuk material baja 2,25 Cr-1Mo pada temperatur di atas 482 0 C harus diperhitungkan tegangan ijin dan ketahanan terhadap creep (Chaudhuri, 2006). Agar boiler mampu menahan beban operasi maka perhitungan kekuatan material pada komponen boiler harus jauh lebih tinggi di atas beban dan temperatur operasi. Kebanyakan kerusakan yang terjadi pada komponen boiler disebabkan oleh degradasi pada material boiler. Degradasi pada material yang beroperasi pada suhu tinggi atau kondisi yang ekstrim dapat diklasifikasikan menjadi dua yaitu 1
2 degradasi mekanik akibat pembebanan dan degradasi kimia akibat bereaksi dengan lingkungan (Meyers, 1999). Material yang bekerja pada beban tekanan dan temperatur tinggi tidak dapat dihindarkan dengan adanya creep, yaitu suatu fenomena dimana material mengalami deformasi secara permanen karena tegangan yang bekerja pada rentang waktu yang lama dan temperatur yang tinggi (Evans dan Wilshire, 1985). Adanya creep dapat mengakibatkan umur pakai komponen boiler terbatas, sehingga perlu diadakan evaluasi (life assessment) terhadap komponen boiler. Evaluasi material pipa boiler yang bekerja pada temperatur 550-700 0 C dilakukan perhitungan estimasi creep rupture (Ray dkk, 2003). Kegiatan maintenance terhadap komponen boiler untuk jangka waktu yang lama salah satunya adalah evaluasi estimasi kekuatan material akibat creep (Moriyama dkk, 2007). Langkah evaluasi dilakukan untuk mencegah terjadinya kegagalan (failure) yang tiba-tiba akibat tidak adanya informasi sisa umur pakai. Menurut mazaheri dkk (2009) kegagalan pada material komponen boiler sering disebabkan karena overheating. Panas yang berlebih pada operasi kerja boiler sering menyebabkan terjadinya kegagalan material akibat deformasi, creep dan fatigue. Deformasi mengakibatkan terjadinya creep pada material pipa boiler serta dapat menyebabkan kegagalan material (Baoyou dkk, 2005). Kegagalan pipa boiler dapat disebabkan oleh tekanan fluida di dalam pipa (Kayama dkk, 2007). Beban kerja boiler dapat menimbulkan kegagalan pipa boiler (Bulloch dkk, 2008). Selain itu, degradasi material pipa boiler dapat disebabkan lapisan oksida pada bagian dalam pipa akibat reaksi dengan fluida (Cardoso dkk, 2012). Oksida yang timbul sebagai hasil reaksi material dengan fluida dapat menimbulkan kenaikan temperatur dan kemudian menyebabkan terjadinya kegagalan pada material boiler (Huang dkk, 2012). Oleh karena itu, perlu dilakukan inspeksi dan perawatan komponenkomponen boiler secara berkala untuk menghindari terjadinya kerusakan pada saat berlangsungnya proses produksi sehingga proses produksi dapat tetap berlangsung dan kerugian finansial akibat kerusakan boiler dapat diminimalisir.
3 Selain itu, untuk mengatasi terjadinya degradasi material perlu dilakukan analisa degradasi material pipa boiler serta perkiraan umur sisa boiler agar dapat mengetahui jenis degradasi material pada pipa boiler dan perkiraan terjadinya kerusakan pada boiler guna menghindari terjadinya kegagalan yang tiba-tiba saat proses produksi. Berdasarkan penjelasan di atas, penulis tertarik untuk melakukan penelitian dan pengujian tentang penyebab kerusakan pada material dan perkiraan sisa umur pakai pipa boiler dari PT. Bukit Asam di mana jenis material pipa boiler yang digunakan adalah pipa didih (waterwall tube) ASME SA516 grade 70, sehingga penulis mengambil judul Analisis Kegagalan dan Estimasi Sisa Umur Pakai Pada Pipa Didih (Waterwall Tube) SA516 Grade 70 1.2 Rumusan Masalah Dari uraian tersebut, maka perlu dilakukan penelitian dan pengujian baik destruktif maupun nondestruktif untuk mengetahui penyebab kerusakan dan estimasi sisa umur pakai boiler low carbon steel tersebut. Pengujian destruktif yang dilakukan adalah uji kekerasan, uji tarik, dan uji creep sedangkan pengujian nondestruktif yang dilakukan adalah uji komposisi dan uji struktur mikro. 1.3 Batasan Masalah Batasan permasalahan pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Jenis material yang diuji adalah pipa didih (waterwall tube) SA516 Grade 70. 2. Pengujian yang dilakukan adalah uji komposisi, uji struktur mikro, uji kekerasan, uji tarik, serta uji stress rupture atau uji creep. 3. Material yang diambil untuk pengujian, diambil dari bagian yang belum mengalami kegagalan. 4. Perkiraan sisa umur pakai pipa boiler, berdasarkan uji stress rupture
4 menggunakan pendekatan Parameter Larson-Miller (PLM). 5. Penelitian dilakukan untuk mengetahui penyebab kerusakan dan estimasi sisa umur pada material pipa boiler low carbon steel tersebut. 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Mengetahui perbedaan karakteristik antara pipa didih (waterwall tube) lama dengan pipa didih (waterwall tube) baru. 2. Mengetahui penyebab terjadinya perbedaan ketebalan diameter dan kerusakan pada pipa didih (waterwall tube) SA516 Grade 70. 3. Mengetahui umur pakai dari pipa didih (waterwall tube) SA516 Grade 70. 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah : 1. Dapat memberikan informasi mengenai sisa umur pakai dari pipa didih (waterwall tube) SA516 Grade 70. 2. Dapat memberikan informasi mengenai tempat dimana akan terjadi kegagalan pada pipa didih (waterwall tube) SA516 Grade 70. 3. Mengetahui perbedaan karakteristik antara pipa didih (waterwall tube) lama dengan pipa didih (waterwall tube) baru.
5 1.6 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan tugas akhir ini ialah sebagai berikut : BAB 1 PENDAHULUAN Meliputi : latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan, manfaat dan sistematika penulisan. BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Meliputi : tinjauan umum mengenai penelitian terhadap degradasi material, sisa umur pakai pada material, dan creep. BAB 3 LANDASAN TEORI Meliputi : teori mengenai baja dan paduannya, teori mengenai degradasi pada material, teori mengenai creep, teori mengenai sisa umur pada material. BAB 4 METODOLOGI PENELITIAN Meliputi : proses-proses pengujian yang dilakukan. Alat dan bahan penelitian, tahapan penelitian, parameter penelitian, waktu dan lokasi penelitian, serta diagram alir penelitian BAB 5 PEMBAHASAN DAN HASIL PENELITIAN Meliputi : analisis dan pembahasan hasil penelitian. BAB 6 PENUTUP Meliputi : kesimpulan dan saran DAFTAR PUSTAKA