J Mikroskopi dan Mikroanalisis Vol 3 No. 12000ISSN 1410-5594

RETAK KOROSI TEGANGANPADA PRESSURE INDICATOR LINE TUBE

A. Djoko WiYODO daD Yusuf AfaDdiUPT-LUK BPP TEKNOLOGI, Kawasan PUSPIPTEK Serpong

ABSTRAK

RETAK KOROSI TEGANGAN PADA PRESSURE INDICATOR LINE TUBE. Pressure indicator line tubemengalami retak yang cukup dominan akibat mekanisme Intercrystalline Stress Corrosion Cracking (ISCC) pada bagianelbownya. Tube tersebut terbuat daTi stainless steel type 304 berdiameter luar 12,70 mm dengan ketebalan 3,60- 3,90 mmyang dioperasikan pada peralatan industri petrokimia. Pada daerah elbow tersebut mengandung residual surface tensile stresses.kemungkinan pada saat proses pembentukan elbow tidak diikuti perlakuan panas pelunakan (annealing) ataupun pelepasantegangan (stress relieving). Kondisi ini akan sangat sensitif ketika pressure indicator tube dioperasikan pada temperatur500-600°C adanya pemuaian panas (thermal expansion) menimbulkan tegangan tambahan (addition stress) Sedangkancorrosion agent yang mengawali terbentuknya stress corrosion cracking pada tube elbow adalah ion Cl- (berasal dan atmostirair laut) yang terperangkap di bawah glass wool insulation clan terkonsentrasi di daerah sisi cekung. Secara kuantitatif adanyategangan pada elbow sisi cekung dapat dilakukan perhitungan melalui pendekatan thermal stress analysis, sedangkan untukmenghindari kerusakan serupa dikemudian hari sebaiknya material pipa pressure indicator tube diganti dengan material yanglebih baik yaitu SS 316 atau SS 316L.

ABSTRACT

STRESS CORROSION CRACKING ON PRESSURE INDICATOR LINE TUBE. Pressure indicator line tube hascracked significantly caused by Intercrystalline stress corrosion cracking (ISCC) mechanism at the elbow tube. The tubematerials is stainless steel type 304 with OD 12.70 mm and thickness 3.60-3.90 mm which was operated on petrochemicalindustrial equipment. The elbow tube area contains residual surface tensile stresses, It was assumed that the lormationprocess of the elbow was done without annealing or stress relieving. This condition is especially sensitive when pressureindicator line tube is operated at temperature 500-600OC therefore thermal expansion can cause additional stress. The corro-sion agent that iniciates stress corrosion cracking of elbow tube is ion Cl-which comes from marine environment to be trappedunder glass wool insulation and concentrated in the concave edge area. Quantitatively, the elbow concave edge stresses can becalculated through thermal stress analysis. To prevent similar failure in the future recommended to change the materials forpressure indicatior tube with better materials such as SS 316 or SS 316L.

1. PENDABULUAN

Fenomena korosi pipa pada peralatan industripetrokimia merupakan fakta yang tidak bisa dihindari,karena peristiwa korosi merupakan fenomena alami yangcendernng mengembalikan material menjadi bentuk ataukeadaan alamiahnya (natural states). Secara teoritiskorosi didetinisikan sebagai proses perusakan materialyang umumnya logam akibat adanya reaksi kimia dengan

lingkungannya.Oleh karena peristiwa korosi pipa pada industri

petrokimia tidak bisa dihindari, maka yang dapatdilakukan adalah mengendalikan atau menundaterjadinya peristiwa korosi. Untuk itu semua pihak yangmenggunakan daD memanfaatkan pipa di lingkuuganindustri perin memahami mekanisme, sifat daD bentukkarakteristik korosi; dan dikaitkan dengan pengalamanpengoperasian khususnya rekaman peristiwa korosi di

lingkunganmasing-masing, akhimya mampumelakukanpemilihan material yang memenuhi persyaratan operasi,pemeliharaan dan kriteria ekonomis.

lndustri kimia memanfaatkan cairan atau gashidrokarbon sebagai bahan baku. Dengan demikianindustri kimia, penyulingan minyak dan petrokimiasecara teknologi saling berkaitan. Cairan atau gashidrokaIbon oleh karena pengaruh lingkungan yang tidaktermonitor, misalnya adanya air, terkontaminasi denganpartikel padat atau elemen korosif, perubahan temperaturoperasi melampaui barns toleransi dapat menimbulkanatau mempercepat berbagai jenis peristiwa korosi.Disamping itu senyawa hidrokarbon bersifat mudahteIbakar dan hila terdispersi di dalam udara kemungkinanmampu menimbulkan ledakan;.

Permasalahan yang timbul di dalam hydrocarbonprocessing industry adalah kerusakan pada sistempemipaan (piping system) paling sering terjadi. Danjenis korosi yang umumnya paling sering di alami olehsaluran pipa tersebut adalah korosi homogen, korosiretak tegang (stress corrosion cracking), interkristalin,daD korosi jenis lainnya. Dengan memahami

Retak Korosi Tegangan Pada Pressure Indicator Line Thbe (A. Djoko Wiyono 1-4)

mekanisme dan bentuk karakteristik masing-masingjenis korosi tersebut tadi, dapat diambil langkah-langkah pengendalian dan pencegahan korosi, dandalam tahapan disain adalah melalui pemilihan mate-rial.

2. TATA KERJA

Pressure indicator line tube denganjenis mate-rial stainless steel jenis 304 berdiameter luar 12,70mm daD ketebalan 3,60-3,90 mm (di daerah elbow)mengalami kerusakan , yaitu retak dan pecah di lokasielbow (Gambar I).

Gambar 2. Pemeriksaan SEM menunjukkan permukaanpatahan yang kasartertutup dengan produk korosi (Perbesaran100 X)

Gambar I. Sisi luar dan sisi dalam potongan pressure indicatorline tube yang mengalami retakan

Gambar 3. Perbesaran dari lokasi A, memperlihatkan endapankorosi relatiftebal (Perbesaran 400 X)

memperlihatkan bahwa permukaan retakan tertutupdengan endapan korosi (Gambar 2 daD 3).

3.2. Pemeriksaan MetalografiPada spesimen po tong an melintang

menunjukkan adanya retak interkristalin dimulai daTikedua sisi diameter luar daD dalam tube daD tampakdaTi diameter luar awai retak kristalin lebih parah sertaterisi dengan endapan korosi (Gambar 4).

Data-data operasi yang diperoleh antara lain:-Temperatur operasi .500-600°C-Tekanan .2,3 Kg/cm2-Fluida .Naphta/Hydrocarbon-Isolator pipa .Glass wool dan lembaran

aluminium.Specimen (sample) diambil daTi tiga lokasi untukdianalisis yang mencakup:-Pemeriksaan visual,-Pemeriksaan fraktografi dengan stereo mikroskop

optik dan Scanning Electron Microscope (SEM),-Pemeriksaan metalografi dengan mikroskop

Metalloplan,-Uji kekerasan dengan menggunakan mesin Frank

Finotest

3. BASIL PENGUJIANGambar 4. Penjalaran retak interkristalin dari diameter dalamdan luar tube (perbesaran 50 X; Etsa Vilela 's)

Permukaan patahan alan retakan berbentukkasal, iregular daD di bawahnya mengandung retakinterkristalin yang terisi dengan endapan korosi. Adaindikasi bahwa retak bercabang interkristalin dimulaidaTi sisi diameter luar daD terisi endapan korosi, karenalebih parah dibandingkan dengan retak serupa padadiameter dalam tube. Retak bercabang interkristalin dan

3.1. Pemeriksaan Visual daD Fraktografi

Secara visual tidak terjadi pembahan bentukdeformasi plastis) dan ketebalan rata-rata sebesar 3,85mm. Pacta spesimen yang msak menunjukkan adanyapenjalaran retak bercabang. Permukaan kasar daniregular menunjukkan bahwa tube mengalami retakgetas (brittle cracks) dan dengan menggunakan SEM

2

.l Mikroskopi dan Mikroanalisis Vol 3 No.1 2000ISSN1410-5594

terisi endapan korosi juga tampak dengan jelas padaspesimen potongan memanjang dan sejajar permukaantube (Gambar 5).

Gambar 5. Diameter luar sisi cekung memeperlihatkan retakbercabang intetkristalin, tampak di dalam retakan terisi denganproduk korosi (Perbesaran 50 X; E1sa Vilela'8)

Berdasarkan basil pemeriksaan terhadapspesimen tersebut di alas, retak bercabang interkristalinyang terisi endapan korosi daD diketemukakan pactadiameter luar sisi cekung ternyata lebih parahdibandingkan dengan diameter luar sisi cembung

(Gambar 6).

Gambar 6. Diameter luar sisi cembung juga tampak retakbercabang interkristalin (perbesaran 200 X; Etsa Vilela 's)

metalografi ada indikasi kuat bahwapressure indicatortube mengalami retak di daerah elbow akibatmekanisme Intercrystalline Stress Corrosion Cracking(ISCC). Dalamkasus ini SCC dominan tetjadi di daerahelbow sisi cekung dan pada diameter luar tube(Gambar 4) dibandingkan elbow sisi cembung pada sisidiameter luar (Gambar 6). Menurut salah satu referensibahwa "SCC hanya tetjadi di bawah pengaruh tegangansisa atau yang diterima dan bersifat tarik, sedangkantegangan tekan tidak berpengaruh". [1 ]

Pada kasus kerusakan pressure indicator tube,SCC tampak lebih dominan dan parah di daerah elbowsisi cekung yang mengalami tegangan tekan (compres-sive stress). Kemudian muncul pertanyaan dari manadatangnya tegangan sisa atau yang diterima di sisicekung elbow. Beberapa kemungkinan munculnyategangan tersebut antara lain:1. Adanya tambahan tegangan (Additional sterss)

ketika pressure indicator tube mengalami pemuaian(thermal expansion) saat beroperasi padatemperatur 500 -600 °C.

2. Tegangan sisa timbul pada saat proses pembentukanelbow dan tegangan tersebut melebihi ambangbatas.

3. Lengkungan tanpa pembentukan pada prosesmanufakturing akan menimbulkan tegangan tariksisa permukaan, di mana tegangan tersebutmelemahkan ikatan permukaan antar butiran.[2]

Berdasarkan basil uji kekerasan pre,\'sure indi-cator tube di daerah elbow diperoleh nilai kekerasansebesar 226 HV Kondisi ini me:nbuktikan bahwa daerahelbow masih mengandung tegangan sisa meskipunpernah mengalami temperatur operasi 500 -600 °C,'ternyata pelepasan tegangan tidak efektif.

Untuk material stainless steeltype austeniti.s,lingkungan korosif yang menyebabkan SCC antara lainion Ct, S-, atau OH- dan lingkungan korosiflain. Untukion Ct meskipun jumlahnya kecil, katakanlah tingkatanppm sudah cukup memicu munculnya SCC, sepertihalnya tetjadi dalam kasus isolasi pipa dengan magnesiaatau foam, kemungkinan mengandung sejumlah kecilchlorida yang dapat lamt dan terbawa oleh udara lembab.Evaluasi media yang menyebabkan SCC untuk materialA1Si tipe 302,304/304L (0,03% maks); 321, 347 adalahnephtha, napthanic acid, chlorine, ferros chloride, hy-drogen chloride, hydrogen sulfide (wet), magnesiachlo-ride dan calcium chloride.[3]

Dalam kasus ini, elemen korosif (corrosiveagent) pencetus SCC pada pres,\'ure indicator!ube mulapertama adalah ion Ct. Ion cf ini dibawa oleh atmosfirair laut dan terperangkap di bawah glass wool insula-tion, terutama terkonsentrasi di daerah elbow sisiCekung. Setelah tetjadi SCC dan elbow mulai retak danmenembus sisi atau diameter dalam tube, maka SCCdiperparah olehfluida naptha yang mengalir di dalamtube. Oleh karena itu di dalam retakan interkristalinSCC tertutup oleh endapan korosi.[4]

3.3. Uji KekerasanBerdasarkan hasil pengujian kekerasan terhadap

spesimen menunjukkan bahwa nilai kekerasan rata-ratasebesar 226 HV

4. PEMBAHASAN

Berdasarkan pemeliksaan visual, fraktogrnfi daD

3

Retak Korosi Tegangan Pada Pressure Indicator Line Tube (A. Djoko Wiyono 1-4)

Mikrostruktur pressure indicator tubemengalami tekukan dengan tara dingin untukmembentuk elbow, maka di daerah tersebutmengandung tegangan sisa yang cutup tinggi.

6. UCAPAN TERIMAKASm

Terima kasih kami ucapkan kepada Ir. HadiSunandrio, Drs. Wagiyo H. M.Sc. daD Sutarjo, sertasemua pihak yang telah membantu dalam penulisanmakalah ini.

5. KESIMPULAN7. DAFTAR PUSTAKA

[1]. S.L. CHAWLA, R.K. GUPTA, "Material Selectionfor Corrosion Control" ASM, 1993 page 142 -143

[2]. JAMES J. DALY, " Controlled Shot Peening

Prevents SCC" Material Engineering II, ChemicalEngineering, pp.270, 1980, New York, McGraw-Hill Pub. Co.

[3]. ROBERT HOaRE, "Selecting Materials to ResistCorrosive Conditions" Material Engineering 1,pp. 34-36, 1980.

[4]. Metals Handbook, Failure Analysis and Preven-tion Vol. 10, American Society for Metals, 1975

Berdasarkan basil pemeriksaan di laboratoriumdan diskusi seperti tersebut di atas; dapat ditarikbeberapa kesimpulan sebagai berkut :1. Daerah elbow pada pressure indicator tube

mengandung tegangan permukaan yang bersifattank dan sisa (residual surface tensile stress)

2. Butir (1) terjadikarenapressure indicator tube danproses pembentukan elbow tidak diikuti denganpelunakan dan pelepasan tegangan.

3. Adanya pemuaian panas ketika pressure indicatortube beroperasi pada temperatur 500 -600 or; dapatmenimbulkan tegangan tambahan di daerah elbowsisi cekung.

4. Agen korosi yang pertama kali pencetus lSCC padatube elbow adalah ion CI- (dari atmosfir air laut)yang terperangkap di bawah glass wool insulationdan terkonsentrasi di daerah elbow sisi cekung.

5. Setelah ISCC daTi line tube (akibat ion Cljmenembus sisi dalam tube; maka ISCC diperparaholeh adanyafluida naptha.

4