+ All Categories
Home > Documents > KERUSAKAN PIPA BAJA HP -MODIFIED YANG...

KERUSAKAN PIPA BAJA HP -MODIFIED YANG...

Date post: 06-Feb-2018
Category:
Upload: trantram
View: 215 times
Download: 2 times
Share this document with a friend
6
Analisis Kerusakan Pipa Baja HP-Modified Yang Digunakan Pada HydrogenPlant (Ilham Hatta) ANALISIS KERUSAKAN PIPA BAJA HP -MODIFIED YANG DIGUNAKAN PADA HYDROGEN PLANT Dham Batta UPT -LUK BPP Teknologi Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang 15314 ABSTRAK ANALISIS PENYEBAB KERUSAKAN PIPA BAJA HP-MODIFIED YANG DIGUNAKAN PADA HYDROGEN PLANT. Pipa baja hydrogen plant yang terdapat pada unit pengolahan minyak dan gas meledak / pecah setelah dioperasikan selamakurang lebih 5 tahun. Pada saat ledakan terjadi ada 8 batang pipa hydrogen plant mengalami kerusakan daTi 144 batang pipa yang terpasangpada sisi barat. Sedangkan pada sisi timur juga terdapat 144 batang pipa, hanya saja tidak satupun yang mengalami kerusakanpada saatterjadi ledakan. Pipa yang terpasangpada hydrogen plant terbuat daTi baja paduan tinggi jenis HP-Modified. Berdasarkan pendekatan ilmu bahan, maka metode analisis kerusakan yang digunakan, adalah makro traktograti, metalograti, komposisi kimia clan uji kekerasan. Hasil analisis menunjukkan bahwa pipa tersebut rusak akibat faktor panas setempat yang berlebihan clanadanya pengaruh pendinginan yang sangatcepat. Kata kunci : HP-Modified. root cause analysis. hydrogen plant. ABSTRACT TESTING METHODS AND ROOT CAUSE ANALYSIS OF THE HP-MODIFIED STEEL PIPES USED IN A HYDROGEN PLANT. Steel pipes in the hydrogen plant of an oil and gas refinery burst after they were in operation tor about 5 years. Eight out of 144 pipes on the west side of the plant burst, while there was no one burst out of 144 pipes on the eastside. The pipe material was of high alloy steel HP-modified type. A metallurgical approach was used to analyze the failure in which macro-tractography, metallography, chemical composition, and hardness test methods were employed. The analysis showed that the pipes tailed due to excessive local heat and very fast cooling. Key words: HP-Modified, root cause analysis, hydrogen plant PENDAHULUAN Hydrogen plant merupakan suatu unit peralatan yang memproduksi gas hydrogen (HJ pada tekanan dan suhu tinggi. Suhu operasinya berkisar antara 800°C hingga 1000oC. Pipa yang digunakan terbuat dari jenis material Heat Resisting grade HF, HK-40, HP modified atau HP micro-alloy dengan proses produksi melalui sentrifugal casting. Pada saatpemasangan komponen hydrogen plant, pipa merupakan salah satu komponen yang terpasang denganjumlah yang cukup banyak daD dalam waktu yang bersamaan an tara satu denganyang lainnya. Jurnlahnya tergantung pada produsen pemasok h.ydrogenplant tersebut(I]. Pacta hydrogen plant ini jumlah pipa yang terpasang untuk satuunitnya sebanyak288 batang pipa yang terbagi dalam dua sisi, yaitu 144batang pipa pacta sisi timur daD 144batang pipa disisi barat, dan pipanya terpasangtegak (Row 1dan 11). Dalam mendisain suatu pipa yang beroperasi pada suhu tinggi (0,4 -;.. 0,5 kali titik cair dalam derajat kelvin), umur disainnya adalah 100.000 jam(2,3] dan tentunyaharus dioperasikan dalam kondisi aman, akan tetapi pada kenyataannya banyak pipa dari hydrogen plant yang meledak sebelum umur disainnya tercapai, sehingga mengakibatkan kerugian dan kecelakaan yang cukup besar. Untuk menghindari hat tersebut, maka sumber penyebab kerusakan harus ditemukan sedini mungkin, dan bahkan dikatakan terlambat apabila telah ditemukan salah satlJdaTi pipa dalam kondisi cacat ataurusak[3,4]. Oleh karena itu untuk mengantisipasi hal tersebut, maka perhatian industriawan yang bergerak dalam bidang perminyakan atau petrokimia, keamanan dan kelayakan operasi terhadap suatu peralatan atau komponen, berkembang ke arab tinjauan terhadap umur operasi, sebab yang telah beroperasi pacta suhu tinggi, kondisinya sudah mengalami perubahan secara periahan-lahan, sehingga terjadi pengurangan / fraksi umur terhadapumur disainnya. Untuk mengoptimalkan umur operasi pipa pacta hydrogen plant, tentunya tatacara pengoperasian peralatan tersebut hams sesuai dengan standard operational procedure (SOP). Tata caraini harusdilaksanakan sebaik -baiknya,dan tentunya dengan dukungan alat kontrol suhu,tekanan, gayayang benar dan akurat[ I ] . Pacta makalah ini disajikan basil penelitian dan 83
Transcript
Page 1: KERUSAKAN PIPA BAJA HP -MODIFIED YANG …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1411-2213-2002-1-083.pdf · Steel pipes in the hydrogen plant of an oil and gas refinery burst after

Analisis Kerusakan Pipa Baja HP-Modified Yang Digunakan Pada Hydrogen Plant (Ilham Hatta)

ANALISIS

KERUSAKAN PIPA BAJA HP -MODIFIEDYANG DIGUNAKAN PADA HYDROGEN PLANT

Dham BattaUPT -LUK BPP Teknologi

Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang 15314

ABSTRAK

ANALISIS PENYEBAB KERUSAKAN PIPA BAJA HP-MODIFIED YANG DIGUNAKAN PADA HYDROGENPLANT. Pipa baja hydrogen plant yang terdapat pada unit pengolahan minyak dan gas meledak / pecah setelah dioperasikanselama kurang lebih 5 tahun. Pada saat ledakan terjadi ada 8 batang pipa hydrogen plant mengalami kerusakan daTi 144 batang pipa

yang terpasang pada sisi barat. Sedangkan pada sisi timur juga terdapat 144 batang pipa, hanya saja tidak satupun yang mengalamikerusakan pada saat terjadi ledakan. Pipa yang terpasang pada hydrogen plant terbuat daTi baja paduan tinggi jenis HP-Modified.Berdasarkan pendekatan ilmu bahan, maka metode analisis kerusakan yang digunakan, adalah makro traktograti, metalograti,komposisi kimia clan uji kekerasan. Hasil analisis menunjukkan bahwa pipa terse but rusak akibat faktor panas setempat yangberlebihan clan adanya pengaruh pendinginan yang sangat cepat.

Kata kunci : HP-Modified. root cause analysis. hydrogen plant.

ABSTRACT

TESTING METHODS AND ROOT CAUSE ANALYSIS OF THE HP-MODIFIED STEEL PIPES USED IN AHYDROGEN PLANT. Steel pipes in the hydrogen plant of an oil and gas refinery burst after they were in operation tor about5 years. Eight out of 144 pipes on the west side of the plant burst, while there was no one burst out of 144 pipes on the east side.The pipe material was of high alloy steel HP-modified type. A metallurgical approach was used to analyze the failure in whichmacro-tractography, metallography, chemical composition, and hardness test methods were employed. The analysis showed thatthe pipes tailed due to excessive local heat and very fast cooling.

Key words: HP-Modified, root cause analysis, hydrogen plant

PENDAHULUAN

Hydrogen plant merupakan suatu unit peralatanyang memproduksi gas hydrogen (HJ pada tekanan dansuhu tinggi. Suhu operasinya berkisar antara 800°Chingga 1000oC. Pipa yang digunakan terbuat dari jenismaterial Heat Resisting grade HF, HK-40, HP modifiedatau HP micro-alloy dengan proses produksi melaluisentrifugal casting. Pada saat pemasangan komponenhydrogen plant, pipa merupakan salah satu komponenyang terpasang dengan jumlah yang cukup banyak daDdalam waktu yang bersamaan an tara satu dengan yang

lainnya. Jurnlahnya tergantung pada produsen pemasokh.ydrogen plant tersebut(I].

Pacta hydrogen plant ini jumlah pipa yangterpasang untuk satu unitnya sebanyak 288 batang pipayang terbagi dalam dua sisi, yaitu 144 batang pipa pactasisi timur daD 144 batang pipa disisi barat, dan pipanyaterpasang tegak (Row 1 dan 11). Dalam mendisain suatupipa yang beroperasi pada suhu tinggi (0,4 -;.. 0,5 kali

titik cair dalam derajat kelvin), umur disainnya adalah100.000 jam(2,3] dan tentunyaharus dioperasikan dalamkondisi aman, akan tetapi pada kenyataannya banyakpipa dari hydrogen plant yang meledak sebelum umur

disainnya tercapai, sehingga mengakibatkan kerugiandan kecelakaan yang cukup besar. Untuk menghindarihat tersebut, maka sumber penyebab kerusakan harusditemukan sedini mungkin, dan bahkan dikatakanterlambat apabila telah ditemukan salah satlJ daTi pipadalam kondisi cacat atau rusak[3,4].

Oleh karena itu untuk mengantisipasi haltersebut, maka perhatian industriawan yang bergerakdalam bidang perminyakan atau petrokimia, keamanandan kelayakan operasi terhadap suatu peralatan ataukomponen, berkembang ke arab tinjauan terhadap umuroperasi, sebab yang telah beroperasi pacta suhu tinggi,kondisinya sudah mengalami perubahan secaraperiahan-lahan, sehingga terjadi pengurangan / fraksiumur terhadap umur disainnya. Untuk mengoptimalkanumur operasi pipa pacta hydrogen plant, tentunyatatacara pengoperasian peralatan tersebut hams sesuaidengan standard operational procedure (SOP). Tatacara ini harus dilaksanakan sebaik -baiknya, dan tentunyadengan dukungan alat kontrol suhu, tekanan, gaya yangbenar dan akurat[ I ] .

Pacta makalah ini disajikan basil penelitian dan

83

Page 2: KERUSAKAN PIPA BAJA HP -MODIFIED YANG …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1411-2213-2002-1-083.pdf · Steel pipes in the hydrogen plant of an oil and gas refinery burst after

Pro.\'iding Pertemuan llmiah lbnu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002Serpong, 22 -23 Oktober 2002 ISSN 1411-2213

pengujian terhadap pipa hydrogen plant yangmengalami kerusakan berupa crack, bursting danbahkan ada yang putus setelah beroperasi selama5 tahun dan telah mengalami 11 kali .~tart-stop atauemergency stop (Gambar 1). Jurnlah pipa yang rusaksebanyak 8 batang dari 288 batang pipa yang terpasang.Semua pipa yang mengalami kerusakan terletak padasisi barat (row II). Selanjutnya semua pipa yang rusakdipotong, kemudian pad a lokasi tersebut ditutup(di plug). Salah satu dari pipa tersebut diteliti dan di ujidi OPT -LUK untuk menentukan penyebab

kerusakannya.

TEORI DAN HIPOTESA

c.

dan hal ini tergantung dati disain heater yang ada,disamping itu thermocouple yang ada pada heatertidal selalu tepat mewakili suhu yang terbaca padamang kontrol atau yang dialami pada pipa tersebu1,maka dapat terjadi over heating pada titik-titik ataulokasi tertentu dati pipa yang ada pada hydrogenplant. Over heating ini mempercepat terjadinyacreep model globular cavities daD mempercepatpenjalaran retak yangtelah terjadi sebelumnya, sertamenimbulkan oksidasi daD serangan korosi suhu

tinggi (inter granular high temperature corrosion).Sedangkan bila alat pengontrol gaya (counterweight) kurang akurat, maka dapat mempercepatterjadinya kemsakan creep model wedge cavities,daD perpaduan antara subu tinggi daD gaya yangkurang akurat mengakibatkan terjadi pembengkokanyang tidal beraturan dengan sangat cepat pada pipatersebut.

Pengaruh lingkungan pada pipa hydrogen plantyang sangat korosif dapat memperpendek umur,biasanya ini terjadi bila material yang akandimasukkan ke dalam pipa tidal terkontrol denganbaik, akan tetapi juga karena pengamh subu tinggi,sehingga unsur-unsur yang mempercepatterjadinya korosi seperti CI (chlor)"H (hydrogen),0 (ok.'iigen), daD S (.'iu/fur) dapat dengan mudahmasuk ke dalam celah stmkturmikro dan merusakbentuk serta karakter strukturmikro. Biasanya padasuhu tinggi bentuk kemsakan yang sering terjadiakibat pengaruh lingkungan, suhu daD waktuadalah : carburization, Decarburization,hydrogen embrittlement dan oksidasi.

OBYEK DAN METODE ANALISIS

Pada penelitian ini yang menjadi obyek analisisadalah salah satu pipa hydrogen plant dari 8 pipa yangtelah meledak/pecah saat dioperasikan. Pipa tersebuttelah beroperasi selama 5 tahun. Adapun data teknisdari pipa tersebut adalah :

Material Pipa : Cast tube 25 Cr-35 Ni NbDimensi : 101,6I1Dwith 10,92MSW

(after machininginternally)

De.\"ign Pres.\'Ure & Temp. : 26,3 kg/cm2 & 974°CHardne.\".\"lTen.\"ile Strength: HV 180/440 Mpa0,2% YS-Limit/ : 220 MPaChemical Composition: 0,4%C, 1,5%Si, 1,5%Mn,

25%Cr, 35%Ni, & 1,5%NbMetode yang digunakan untuk menganalisis

penyebab kemsakan pada pipa hydrogen plant meliputi:-Pemeriksaan makro-fraktografi, yaitu pengambilan

toto makro dengan menggunakan mikroskop optikmetalloplan hingga perbesaran maksimal 50 kali.Pemeriksaan ini dilakukan untuk melihat awal retakandaD penjalaran retak yang terjadi pada pipa basil

potongan melintang.

Hydrogen plant berfungsi untuk memproduksigas hidrogen melalui proses steam/hydrocarbon(gas alam) didalam pipa hydrogen plant dengan katalisnikel-alumina pada suhu muiai 538 °C sampai dengan846 °C. Katalis berfungsi untuk menyerap panas(en do term is) yang diterima oleh pipa selama proses

produksi terjadi.Sumber panas yang dialami oleh pipa hydrogen

plant berasal dati gas huang (wa.\'te ga.\') dengan suhuoperasi berkisar antara 800°C hingga IOOO°C. Pipahydrogen plant merupakan suatu komponen yangterpasang tegak lurus pada header dengan jumlah 144batang untuk masing-masing sisi (row). Pada sisi timurmulai dati nomor 1 sampai nomor 144, sedangkan padasisi barat mulai dati nomor 145 sampai dengan nomor288 unit. Didalam proses produksi pipa reformer secaraterns menerns mengalarni pemanasan dan tekanan yangsesuai dengan standard operational procedures (SOP),daD berdasarkan disain pipa yang beroperasi pada suhutinggi umumya berkisar 100.000 jam (11,4 tahun).Penyebab kerusakan pada pipa reformer yang dapatmemperpendek umur pipa adalah[ 1] :a. Seringnya start-stop, sebab pada saat di stop

kemungkinan yang dapat dial ami oleh pipahydrogen plant, adalah laju pendinginan yangsangat cepat, sehingga mengubah bentuk daDkarakter strukturmikro dati material pipa dati liarmenjadi keras dan getas, ini dapat terjadi, apabila

jendela yang terdapat pada hydrogen plant cepat-cepat dibuka dan tidak memperhitungkan arah daDkencangnya angin yang berhembus, karena padaumumnya kilang pengolahan minyak daD gas serraindustri petrokimia berada tidak jauh dati garispantai. Pada saat di start kemungkinan yang dapatdialami oleh pipa tersebut adalah tekanan akibatgaya turbulensi aliran uap/gas yang mengalir,sehingga mengakibatkan adanya cacat awal(initial crack) pada bagian sisi dalam.

b. Kontrol suhu dan gaya (counterweight) pada pipareformer yang kurang akurat, hila alat pengontrolsuhu kurang akurat, artinya didalamfirebox atauheater reformer terjadi suhu yang tidak seragam,

84

Page 3: KERUSAKAN PIPA BAJA HP -MODIFIED YANG …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1411-2213-2002-1-083.pdf · Steel pipes in the hydrogen plant of an oil and gas refinery burst after

Analisis Kerusakan Pipa Baja HP-Modified Yang Digunakan Pada Hydrogen Plant (Ilham Hatta)

tinggi yang berkepanjangan saat dioperasikan[5,6,7]..

Gambar 2. Hasil Makro-fraktografi potongan melintangpipa yang mengalami kerusakan, nampak penjalaranretak (wama putih) berpusat pada y. daTi bagian dalampipa, perbesaran 5 x

Pemeriksaan Metalografi, yaitu pengambilan gambarstrukturmikro dengan menggunakan mikroskopoptik peIbesaran 100 kali. Pemeriksaan ini dilakukanuntuk melihat bentuk strukturrnikro material pipa

danjenis patahan yang terjadi pada pipa tersebut.Pemetaan distribusi produk korosi pada daerah

patahan/retakan dengan menggunakan ElectronProbe X-Ray Micro Analysis (EPMA). Pemetaanini dilakukan untuk melihat distribusi unsur yangterdapat pada daerah retakan pipa yang mengalarnikemsakan.Pemeriksaan komposisi kimia dengan meRggunakanoptical emmisien spectrometer, dilakukan untukmenentukan prosentase berat unsur yang terdapatmaterial pipa tersebut.Uji kekerasan dilakukan untuk menentukankekerasan pipa yang telah mengalami kemsakandengan metode Hardness Vicker s (HV).

Gambar 3. Bentuk strukturmikro penjalaran retak yang

terjadi pada viva hydrogen plant, nampak retak menjalardaTi arab diameter dalam menuju ke arab luar viva. Matriksbutiran austenit terpisab atau retak pada batas butir (in-tergranular) yang tidak beraturan, perbesaran 25 x, etsa:

Aqua regia.

Analisis StrukturmikroGambar 1. Bentuk retakan yang terjadi pada pipa baja

HP-Mod!tied yang terletak pada sisi barat hydrogen plant

BASIL ANALISIS

Analisis Makro Fraktografi

Hasil metalografi yang dilakukan pacta potonganpipa yang telah rusak, disajikan pacta Gambar 3,4 dan 5,gambar tersebut adalah hasil potongan melintang pipayang telah mengalami kemsakan. Pacta Gambar 3, nampakbentuk retakan menjalar dari arab diameter dalam menujuke arab luar tube. Pacta sisi diameter dalam, lebar retakanlebih besar dibandingkan dengan sisi diameter luar daDbentuk patahan merupakan bentuk inter granularfracture dengan penjalaran retak sepanjang batas butir.

Karbida yang biasanya nampak pacta butiranautenit HP Modifiedtidak nampak lagi, Akibat adanyapengaruh panas yang berlebihan, maka katbida tersebutbergeser ke batas butir daD menimbulkan retakintergranular[7] .

Gambar 4, sisi diameter dalam pipa bentukstrukturmikronya mengalami perubahan daTi bentukstruktur austenit menjadi austenit twin, daD creep voidyang nampak pacta batas butir merupakan retak mikro,sedangkan pacta sisi tengah bentuk retakannya nampakdengan jelas dan sisi diameter luar selain nampak denganjelas adanya retakjuga terjadi korosi akibat suhu tinggi.Gambar 5, merupakan bentuk strukturmikro pacta lokasiyang lain dati pipa. Gambar ini nampak bahwa pacta sisidiameter dalam terjadi retakan intergranularyang cukup

Pipa hydrogen plant yang mengalami kerusakansecara visual hasil potongan melintang nampak adanyaretak segala arah (Gambar 2) yang berawal dari ketebalan1/4 daTi diameter dalam pipa (sekitar 3 mm), kemudianmenjalar ke arah diameter dalam dan diameter luar. Hasilmakro fraktografi ini nampak setelah diperbesar sampai5 kali dan dietsa dengan aqua regia. Selanjutnya untukmelihat bentuk retakan dengan jelas maka potongantersebut diperbesar hingga 25x dan dibeTi cairan etsa

aqua regia (Gambar 3).Secara visual patahan pipa memperlihatkan

bentuk patahan yang rapuh (Brittle Fracture), hal ininampak pada arah ketebalan pipa yang tidak banyakberubah atau tidak terjadi deformasi. bentuk retakan yangterjadi pada butiran strukturmikro adalah retakanintergranular, yang menandakan bahwa material piparusak setelah mengalami perapuhan yang kemungkinandiakibatkan oleh laju pendinginan yang sangat cepat(> 50°C/jam), dan adanya faktor creep void akibat suhu

85

Page 4: KERUSAKAN PIPA BAJA HP -MODIFIED YANG …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1411-2213-2002-1-083.pdf · Steel pipes in the hydrogen plant of an oil and gas refinery burst after

Prosiding Perlemuan llmiah I1mu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002Serpong, 22 -23 Oktober 2002 ISSN 1411-2213

~

celah retakan juga ditemukan adanya partikel unsurchrom daD nikel walaupun tidak sepadat unsur ch/ordan oksigen pada celah retakan tersebut.

;~

T...d

..'"

-:,.0,. ;'~:~'!'-:D o.e, L...-~ -

Gambar 4. Bentuk strukturmikro pipa hydrogen plant

potongan melintang, nampak makro crack intergranu-Jar creep void disemua bagian pipa, perbesaran IOOxdengan etsa aqua regIa

Gambar 7. Pemetaan distribusi produk korosi disekitar

retakan, nampak distribusi unsur khlor [ Cl ] dan nikel [Ni ] dengan menggunakan EPMA.

D,l'm

Analisis Komposisi Kimia

Analisis komposisi kimia terhadap tube No. 179dilakukan dengan optical emmisien .s-pectrometer diOPT -LUK, hasilnya disajikan pada tabel berikut ini :

I

Di.m;;t~,L;;~;- -'Ten.o"-" , ,

Gambar 5. Bentuk strukturmikro pipa hydrogen plantpotongan melintang, nampak makro crack intergranu-lar creep void disemua bagian pipa, perbesaran IOOxdengan et.fa aqua regia.

Tabell. Hasil Uji Komposisi Kimia Terhadap PipaHydrogen Plant

-Kompoli.i Kimia Berd..arkan

Standar DIN G-X40 NiCrNb3S2S[ % berat I

UNSUR Hui1 Uji Samp.1[%Benl]

0,13

30,71

23,21

1,07

43,98

0,2363

0,13054

0,41706

Mo

!Ii

Cr

Nb

r.C

Ma

Si

35

25

Gambar 6. Pemetaan distribusi produk korosi disekitarretakan, nampak distribusi unsur oksigen [ 0 ] dan chrom[ Cr I dengan menggunakan EPMA

1,5

Analisis Basil Uji Kekerasan

Hasil uji kekerasan yang dilakukan pactapotongan melintang pipa, disajikan pacta Tabel 2 berikutini:

besar, sedangkan pacta sisi tengah juga telah terjadiretakan, dan sisi diameter luar selain nampak denganjelas adanya retak juga terjadi korosi akibat suhu tinggi.

Analisis Korosi Pada Daerah Retakan PipaTabel 2. Hasil Uji Kekerasan Terhadap Pipa HydrogenPlant

Nomor LokasiPengujian

Nilai Kekerasan.HV

Rata-rata NilaiKekenlsan, HV

205

202

202

201

200

198

196

2.

3.

Untuk mengidentifikasi ada tidaknya produkkorosi atau oksidasi yang terjadi pada daerah retakanpipa, maka digunakan alat EPMA[8]. Hasil Identifikasiini disajikan dalam bentuk pemetaan sebaran unsuryangterdapat pada daerah celah retakan dan hasilnya nampakpada Gambar 6 dan 7.

Pada Gambar 6, nampak basil pemetaan adanyaunsur oksigen dan unsur chrom disekitar lokasi retakan,sedangkan pada Gambar 7, ditemukan adanya unsurch/or pada celah retakan dan disekitar retakan jugaditemukan adanya unsur nikel. Pemetaan unsur nikeldan chrom juga dilakukan, hal ini perIn sebabkemungkinan besar adanya pengurangan unsur tersebutakibat oksidasi atau reduksi, sehingga jelas bahwa pada

200,574

5

6

7.

86

Page 5: KERUSAKAN PIPA BAJA HP -MODIFIED YANG …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1411-2213-2002-1-083.pdf · Steel pipes in the hydrogen plant of an oil and gas refinery burst after

Analisis Kerusakan Pipa Baja HP-Modijied Yang Digunakan Pada Hydrogen Plant (llham Hatta)

PEMBAHASAN dan bagian tengah daTi tube hydrogen plant[3,4]. Halini teIjadi karena suhu dan hoop stress dari tekanan dalamlebih besar, dibandingkan dengan dinding pipa bagianluar. Disamping itu thermal stress yang disebabkan olehgradient suhu, Inaksimum pada dinding bagian dalam.

Dengan demikian daTi analisis tersebutditunjukkan bahwa maksimum total stress, yaitu hoop.~tress ditambah termal.~tress adalah maksimum di antaradinding bagian dalam dan dinding bagian tengah. Biladilihat fraksi umur yang sangat besar maka kemungkinanfaktor yang mempunyai kontribusi terhadap kerusakanpipa hydrogen plant adalah kesalahan operasional,

artinya terjadi laju pendinginan yang sangat cepat padasaat di stop, dan adanya hot spot pada titik tertentudalamfire box hydrogen plant akibat kontrol suhu yangkurang memadai, serta laju pemanasan yang sangatcepat pada saat di start-up.

Untuk mencapai hasil yang optimal tanpa terjadikecelakaan atau ledakan yang fatal, maka sebaiknya suhuoperasi pipa tersebut dibuat lebih rendah daTi suhu disainoperasi, hal ini penting, mengingat bahwa penggantianpipa yang masih terpasang memerlukan dana yangcukup besar daD pengadaannya memerlukan waktuyang lama, sehingga dibutuhkan penjadualan yangketatdaD akurat, untuk perencanaan suhu operasi, waktupenggantian daD inspeksi selanjutnya.

KESIMPULAN

Berdasarkan basil analisis data makroskopis,metalografi, komposisi kirnia, produk korosi dan ujikekerasan pacta pipa hydrogen plant No. 179 yangdilakukan di UPT -LUK, BPPT, maka dapat disimpulkanbahwa:I .Pipa hydrogen plant yang pecah, disebabkan oleh

faktor lokal over-heating dan pengaruhpendinginan yang sangat cepat pacta saat hydro-gen plant tersebut di stop untuk yang terakhirkalinya (sebelum terjadi kerusakan). Over heatingmempercepat terjadinya kerusakan akibat creep d3nmempercepat penjalaran retak yang telah terjadisebelumnya, serta menimbulkan oksidasi daDserangan korosi barns butir akibat suhu tinggi (In-

tergranular high temperature corro.\'ion).Sedangkan laju pendinginan yang sangat cepatmenyebabkan terjadinyapremature failuredenganbentukfracture surface yang brittle (getas) .

2. Terlarutnya rasa katbida seperti yang terlihat dalamfoto metalografi menunjukkan bahwa lokal overheating suhunya melebihi IOOO°C.

3. Produk korosi yang ditemukan pacta celah retakanbasil pemetaan dengan EPMA mengandung unsuryang korosif, yaitu unsur chlor (CI) dan oksigen(0) kedua unsur ini mempercepat laju kerusakanpacta suhu tinggi.

Berdasarkan basil pemeriksaan makro fraktografi(makroskopis), acta indikasi bahwa patahan yang terjadimernpakan brittle fracture, sebab pacta daerah patahansarna sekali tidak terjadi deformasi (Gambar 2). Hal inimenunjukkan bahwa pipa yang pecah sangat getas.Proses kegetasan yang terjadi pacta bahan logam,kemungkinan disebabkan oleh karena adanya prosespendinginan yang sangat cepat, atau akibat terjadinyaproses oksidasi, atau proses karburisasi[4,5,6]. Dari basilpemeriksaan ini juga nampak bahwa awal retak terjadipacta posisi kurang lebih 3 mrn dari dinding diameterdalam pipa dan dengan berjalannya waktu operasi pactasuhu dan tekanan yang tertentu, maka awal retak inimenjalar ke arab sisi dalam dan luar pipa sampaimengakibatkan kernsakan.

Hasil analisis mikrostruktur, menunjukkan bahwabentuk strukturrnikro pacta daerah patahan mernpakanbutiran austenit. Akan tetapi akibat adanya pengarnhkelebihan panas yang diterima pipa tersebut pacta saatoperasi, dan kemungkinan adanya pengaruh laju

pendinginan yang sangat cepat, mengakibatkan karbidayang menyernpai pulau tersebar merata pacta matriksaustenit tidak ditemukan. Sebaliknya karbida tersebutbergerak menuju batas butir saat mengalarni panas yangberlebiban, dan pacta batas butir nampak adanya butiranberbentuk rongga bulat glabular alan disebut roundshape cavities dan bentuk patahan yang ditimbulkanadalah patahan barns butir (Inter granular Fracture)[7].

Sedangkan pacta sisi diameter dalam bentukstrnkturmikronya mengalarni pernbahan daTi austenitmenjadi austenit twin, pernbahan mikrostrnktur didaerah tersebut, memberikan petunjuk bahwa telahterjadi pengurangan kandungan unsur karbon danchrom (Ii hat basil analisis komposisi kimia), dan creepvoid yang nampak pacta barns butir belum membentukretak yang berarti, namun pacta sisi tengah penjalaranretak telah nampak dengan jelas dan pacta sisi diameterluar selain nampak dengan jelas adanya retak, juga pactasisi luar tube terjadi korosi akibat suhu tinggi.

Hasil identifikasi dari produk korosi pipa denganEPMA, juga menunjukkan adanya oksidasi dan korosi(Gambar 6 & 7), dimana pacta daerah patahan ditemukanunsur chlor (Cl), dan oksigen (0) yangmernicu terjadinyakorosi, serta unsur chrom (Cr) dan nikel (Ni) yangteroksidasi keluar ke daerah patahan. Hasil uji kekerasanmenunjukkan bahwa nilai rata-rata kekerasan pipa jugamengaiarni peningkatan dari 180 HV menjadi 200,57 Hv;hal ini yang memperkuat pernyataan bahwa pipa

hydrogen plant mengalami proses pendinginan yangsangat cepat.

Berdasarkan pengalaman beberapa industriperrninyakan dan pupuk yang telah menggunakan ba11anHP-Modified, menyatakan bahwa awal terjadinyakerusakan creep baik yang berbentukglobular, maupu,nwedge cavities, terjadi ditengah antara dinding dalam

87

Page 6: KERUSAKAN PIPA BAJA HP -MODIFIED YANG …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1411-2213-2002-1-083.pdf · Steel pipes in the hydrogen plant of an oil and gas refinery burst after

Pro.,iding Pertemuan Ilmiah Ibnu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002Serpong, 22 -23 Oktober 2002 ISSN 1411-2213

UCAPAN TERIMAKASm

Dengan kerendahan hati penulis mengucapkanterima kasih yang sebesar-besarnya kepadaBapak DR. lug. Amir Partowiyatmo, BapakDR. Ir. Tri Wibowo, MSc, selia BapakDrs. Muh. Margono, yang telah memberikan kesempatankepada kami untuk menulis makalah ini. Disamping itu,rasa terima kasih yang sebesar-besarnya juga kamiucapkan pada pihak UP-VI Balongan yang telahmembantu kami dalam pengambilan sampel sebagaimaterial pengujian dan penelitian.

DAFTARPUSTAKA

[1].

[2].

[3].

[4].

[.5].

[61.

[7].

HATTA, I., HAD I SUNANDRIO, TeknikPengkajian Sisa Umur Pada Tube ReformerHydrogen Plant. Seminar Sehari "Reformer tubedan Katalis Dengan Berbagai Masalahnya",

(200).DIETER, GEORGE E., Mechanical Metallurgy,2nd edition, Mc Graw Hill Kogakusha Itd, Tokyo,

(1996).B.J. CANE and JOHN W., Remanent Life.4ssesment Seminar, ERA Techonology

Leatherhead-UK22/23, (1992).VISWANATHAN, R," Damage Mechanisms andlife assessment of high temperaturecomponents",ASM International, Metal Park,Ohio 44073. (1996)COLANGELO, V.J., F.A. HEISER, Analysis ofAletallurgical Failures, Second Edition. By JohDWiley and Sons, Inc. (1989).ASM Handbook, Failure Analysis andPrevention, Volume II, Formerly Ninth Edition,Metal Handbook. (1998).ASM Handbook, Fractography, Volume 12,Formerly Ninth Edition, Metal Handbook. (1998).ASM Handbook, Mechanical Testing, Volume 8,Formerly Ninth Edition, Metal Handbook. (1998).

[8].

TANYAJAWAB

H. Agus Suhartono, UPT -LUK BPPTPertanyaan1. Mengapa terjadi local overheating

Jawaban1. Karena 1okasi kerusakan terkena langsung panas

burner yang berkepanjangan

88


Recommended