Artikel berikut mungkin sesuai dengan kebutuhan dan masalah di lndustri Anda:
– Mengetahui berbagai bentuk kerusakan pada system boiler
– Mengenal kerusakan yang diakibatkan overheating
– Mengenal kerusakan yang diakibatkan korosi
– Mengetahui jenis korosi beserta solusinya
– Memahami kesalahan pada desain boiler
– Berbagai bentuk kerusakan pada tube boiler

Semoga artikel ini membantu Anda.

BAB 14 KERUSAKAN PADA SISTEM BOILER

Operasi peralatan penghasil steam (boiler) yang sukses dan handal membutuhkan pengaplikasikan metode terbaik yang ada untuk mencegah pembentukan kerak dan korosi. Ketika kerusakan boiler terjadi, penting untuk mengidentifikasi penyebabnya secara tepat sehingga langkah penanganan yang tepat dapat diambil untuk mencegah terjadi kembali. Diagnosa yang tidak tepat akan menghasilkan penanganan yang salah dan masalah tidak teratasi Adanya tekanan boiler rendah dengansoftened water sebagai make up

Ada waktu dimana penyebab kerusakan boiler tidak dapat dilihat secara jelas. Secara instan, investigasi diperlukan untuk mengetahui penyebabnya. Namun, pada kebanyakan kasus daerah permasalahan menunjukkan hal spesifik, tanda yang jelas. Ketika karakteristik ini diintepretasikan secara tepat, penyebab dan langkah penanganan menjadi jelas. Kerusakan yang umumnya terjadi pada boiler adalah sebagai berikut.

DEAERATOR CRACKING
Pada banyak deaerator, kasus keretakan terjadi pada bagian pengelasan dan area yang terkena panas di dekat area pengelasan. Keretakan paling umum terjadi pada bagian pengelasan head dengan shell di bawah level air di dalam kompartemen penyimpanan. Namun, hal itu juga terjadi pada bagian atas level air dan pada pengelasan longitudinal. Keretakan bisa menyebabkan kerusakan alat, dan mengakibatkan timbulnya bahaya keselamatan sehingga memerlukan inspeksi secara rutin dan penjaminan, perbaikan atau penggantian. Pengujian menggunakan partikel wet flourescent magnetic direkomendasikan untuk mengidentifikasi keretakan.

Kebanyakan mekanisme keretakan deaerator telah diidentifikasi sebagai enviromentally assisted fatigue cracking. Meski penyebab pastinya tidak diketahui, langkah yang bisa diambil untuk meminimalkan kemungkinan munculnya keretakan (seperti stress-relieving dari pengelasan dan minimalisasi dari thermal atau mechanical strees selama operasi. Sifat kimia air harus didesain untuk memimalkan korosi.

EROSI JALUR AIR UMPAN
Aliran air dengan kecepatan tinggi dan bisanya campuran air dan steam menyebabkan erosi pada sistem air umpan. Permasalahan erosi yang paling umum ditemui yaitu pada hairpin bend pada steaming economizer. Di tempat ini, campuran air dan steam mengikis elbow, meninggalkan bekas telapak sepatu kuda terbalik.

Masalah serupa juga ditemui pada pipa air umpan dimana kecepatan yang tinggi menimbulkan pola penipisan yang familiar. Masalah ini dapat terjadi bahkan pada laju alir sedang ketika beberapa belokan meyebabkan peningkan kecepatan lokal.

Untuk mengatasi permasalahan erosi, menjaga kondisi kimia air umpan yang akan membentuk lapisan oksida yang paling kuat akan sangat membantu. Namun, permasalahan ini tidak dapat dipecahkan secara sempurna tanpa perubahan desain atau pengooperasian.

TUBE EKONOMIZER
Tube air di ekonomizer merupakan tempat yang sering terjadinya kerusakan parah akibat pitting oleh oksigen (Gambar 14.1). Kerusakan paling parah terjadi pada inlet ekonomizer dan sambungan pengelasan tube. Pemasangan deaerator yang beroperasi efektif sangat penting. Penggunaan fast-acting oxygen scavenger, seperti natrium sulfit terkatalisasi juga membantu melindungi bagian vital dari boiler. 
Adanya tekanan boiler rendah dengansoftened water sebagai make up

 
Gambar 14.1 Tube economizer rusak parah akibat oksigen

Ketika pitting oksigen merupakan bentuk korosi paling umum yang terjadi pada sisi air yang menyebabkan kerusakan pada tube ekonomizer, soda kaustik terkadang terakumulasi di bawah deposit dan memyebabkan caustic gaughing. Biasanya, serangan ini terbentuk di daerah sebuah ekonomizer dimana proses produksi steam terjadi di bawah deposit dan soda kaustik bebas hadir di dalam air umpan. Solusi terbaik untuk mengatasi permasalahan ini yaitu dengan melalui peningkatan penanganan yang akan menghilangkan kemungkinan deposisi.

Penyebab umum lainnya yang menyebabkan kerusakan ekonomizer meliputi fatigue cracking pada ujung tube yang digulung dan korosi bagian sisi api yang disebabkan oleh asam dari gas buang boiler.

KERUSAKAN KARENA OVERHEATING
Ketika kerusakan tube terjadi karena overheating dan aliran plastis (kondisi yang umumnya bersamaan deposit), penyebabnya biasanya diidentifikasi dengan deposit yang tersisa seperti pada Gambar 14.2. Sebuah analisis yang akurat pada deposit mengindikasikan sumber dari masalah dan langkah yang dibutuhkan untuk mengatasinya. Analisa metalografi berguna pada saat mengonfirmasi apakah terpapar dalam waktu singkat atau lama terhadap kondisi overheating yang terjadi sebelum kerusakan. Beberapa analisa juga membantu ketika kualitas logam atau kecacatan manufaktur dicurigai sebagai penyebab kerusakan, meski faktor ini tidak begitu siginifikan.

Gambar 14.2 Akumulasi deposit membatasi perpindahan panas, menyebabkan overheating jangka panjang

Ketika kerusakan tube akibat overheating, pengujian yang teliti dari kerusakan bagian tube akan mengungkapkan apakah kerusakan dikarenakan kenaikan temperatur dinding tube secara cepat pada waktu lama, penambahan deposit secara bertahap. Ketika kondisi kenaikan temperatur secara cepat pada temperatur logam hingga 871oC atau lebih, kondisi aliran plastis akan dicapai dan tube akan pecah. Pecahnya tube diindikasikan penipisan dan ujung runcing yang diidentifikasi sebagai ledakan “thin-lipped” (lihat Gambar 14.3). Adanya tekanan boiler rendah dengansoftened water sebagai make up

 
Gambar 14.3 Pecah thin-lipped yang disebabkan overheating yang cepat

Ledakan thin-lipped terjadi ketika sirkulasi air pada tube diinterupsi dengan penutupan atau kegagalan sirkulasi yang disebabkan level air yang rendah. Pada beberapa desain steam drum, level air merupakan faktor kritis karena baffling dapat mengisolasi sebuah bagian yang dihasilkan dari sebuah boiler ketika level air pada steam drum turun di bawah titik tertentu.

Ledakan thin-lipped juga terjadi pada tube superheater ketika aliran steam tidak cukup, ketika deposit membatasi aliran, atau ketika tube diblok oleh air karena laju pembakaran yang cepat selama start-up boiler.

Gangguan pada aliran tidak selalu menghasilkan kerusakan yang cepat. Tergantung pada temperatur yang dicapai, tube dapat rusak karena korosi atau mekanisme penipisan dalam waktu yang lama sebelum penggelembungan, atau pelepuhan atau kerusakan secara serentak terjadi. Pengujian metalurgi untuk mendeteksi faktor mekanikal yang berkontribusi dapat membantu dalam mengidentifikasi sumber masalah.

Kondisi pengerakan yang lama yang akan menimbulkan kebocoran tube biasanya diindikasikan dengan pengeriputan, penggelembungan permukaan luar dan adanya celah thick-lipped. Tampilan ini mengindikasikan creep failure dalam waktu lama yang ditimbulkan akibat pembentukan kerak yang berulang-ulang, menyebabkan overheating dan pembengkakan permukaan tube. Kerak secara instan cenderung mengalami keretakan, air kontak dengan logam dan mendinginkan logam hingga terjadi proses pengerakan berulang. Lapisan besi oksida pada permukaan luar keretakan selama proses, menigkatkan terjadinya longitudinal creep crack. Adanya tekanan boiler rendah dengansoftened water sebagai make up

 

KERUSAKAN AKIBAT KOROSI
Stress Corrosion Cracking
Berbagai mekanisme korosi berkontribusi pada kerusakan tube boiler. Stress corrosion dapat terjadi pada intercrystalline atau transgranular cracking dari baja karbon. Hal ini disebabkan kombinasi dari tekanan pada logam dan adanya korosi. Pengujian metalurgi dari bagian yang rusak dibutuhkan untuk mengonfirmasi tipe spesifik dari keretakan. Ketika hal ini sudah diketahui maka penanganan yang tepat dapat diambil.

Caustic Embrittlement
Caustic embrittlement merupakan bentuk spesifik dari stress corrosion, yang dihasilkan di dalam intercrystalline cracking dari baja. Intercrystalline cracking hanya terjadi ketika hal ini ada: kondisi spesifik dari tekanan, mekanisme untuk konsentrasi seperti kebocoran, dan adanya NaOH pada air boiler. Oleh karena itu, tube boiler rusak karena caustic embrittlement pada titik dimana tube dijadikan lembaran atau drum, atau header.

Kemungkinan embrittlement tidak boleh diabaikan bahkan ketika boiler memiliki desain semuanya dilas. Keretekan pada pengelasan atau kebocoran pada ujung tube dapat memberikan mekanisme yang mana logam drum dapat mendapat efek yang merugikan. Ketika kaustik tersedia maka caustic embrittlement mungkin terjadi.

Detektor embrittlement dapat digunakan untuk menentukan apakah air boiler memiliki kecenderungan untuk embrittlement. Alat ini ditunjukkan pada Gambar 14.4 yang dikembangkan oleh departemen pertambangan Amerika. Jika air memiliki kecenderungan embrittlement, perlu diambil langkah perlindungan dari kerusakan yang diakibatkan embrittlement.

Gambar 14.4 Detector embrittlement

Natrium nitrat merupakan perlakuan standar untuk menghambat embrittlement dari boiler yang beroperasi pada tekanan rendah. Rasio natrium nitrat terhadap natrium hidroksida di dalam air boiler yang direkomendasikan oleh departemen pertambangan tergantung dari tekanan operasi boiler. Perbandinganya yaitu:

Tekanan, psi (kg/cm2)

Perbandingan NaNO3/NaOH

Hingga 250 (17,6)

0,2

Hingga 400 (28,1)

0,25

Hingga 1000 (70,3)

0,40-0,50

Rumus untuk menghitung perbandingan natrium nitrat dengan natrium hidroksida di dalam air boiler adalah sebagai berikut:

Pada tekanan di atas 900 psig. Kontrol pengkoordinasikan pospat/pH merupakan perlakuan internal yang biasanya dilakukan. Ketika dilakukan dengan baik, perlakuan ini akan menghambat peningkatan konsentrasi kaustik, menghilangkan potensi terjadinya caustic embrittlement.

Fatigue dan Corrosion Fatigue
Transgranular cracking biasanya disebabkan cyclic stress yang merupakan bentuk umum dari cracking yang ditemui pada boiler industri. Untuk menentukan penyebab transgranular failure, dibutuhkan pemelajaran mengenai desain dan kondisi operasi dari boiler. Straight tube, shell and tube waste heat boiler sering mengalami tube dan tube sheet failure dikarenakan adanya tegangan yang tidak merata. Penyebab utama dari kejadian ini yaitu karena distribusi tidak merata dari gas panas melewati permukaan dari tube sheet. Tube yang ada cenderung longgar dan menyebabkan kebocoran. Bahkan ketika tube dilas dengan baik, tegangan yang ada dapat menyebabkan keretakan melintang pada tube.

Berbagai fitur desain yang memungkinkan terbentuknya steam pockets di dalam unit dapat menyebabkan cyclic overheating dan quenching. Hal ini dapat menimbulkan keretakan pada tube dan terkadang pada shell. Sepertinya keretakan selalu muncul di daerah dengan tegangan paling besar dan menghasilkan keretakan yang bisanya keretakan transgranular.

Beberapa intercrystalline cracking dapat terjadi pada failure tipe ini baik itu ada atau tidaknya NaOH. Namun, tipe keretakan utama yang terjadi adalah keretakan disepanjang struktur butir dari logam. Karena dihasilkan dari mekanikal, keretakan terjadi tidak bergantung dari konsenstrasi bahan kimia di dalam air. keretakan biasanya diikuti dengan beberapa lubang yang berdekatan atau sejajar dengan keretakan, indikator spesifik lainnya dari adanya tegangan mekanik. Beberapa korosi yang ada berkontribusi dalam terbentuknya lubang. Reaksi normal antara besi dengan air cukup untuk menyebabkan lubang pada pecahan lapisan tipis besi oksida yang terbentuk pada permukaan yang baru terpapar di bawah tekanan. Adanya tekanan boiler rendah dengansoftened water sebagai make up

 

Stress-Induced Corrosion
Beberapa boiler bisa sangat rentan terhadap korosi akibat tegangan dari gaya mekanik yang terjadi selama proses pembuatan. Kerusakan umunya terlihat pada komponen yang mengalami tegangan, seperti ujung tube yang digulung, ulir baut, dan seperator siklon. Namun, korosi juga dapat terjadi pada bagian pengelasan pada boiler (lihat Gambar 14.5) dan dapat tetap tak terdeteksi hingga terjadi kerusakan. Inspeksi rutin untuk mengecek korosi, terutama pada daerah kotak angin dari Kraft recovery boiler, dianjurkan karena kemungkinan meledak akibat kebocoran tube.

Gambar 14.5 Stress pada gabungan las yang disebabkan korosi lokal

Potensi dari stress-induced corrosion dapat dikurangi jika beberapa faktor berikut diminimalisasi: tegangan yang terjadi pada komponen boiler, jumalah siklus termal, dan jumlah bahan kimia pembersih. Sebagai tambahan, diperlukan penjagaan agar kontrol sifat kimia air selama operasi dan memberikan perlindungan dari korosi selama unit tidak beroperasi.

Oksigen Terlarut
Korosi akibat oksigen terlarut merupakan ancaman konstan terhadap pemanar air umpan, ekonomizer, dan kesatuan tube boiler. Seiring peningkatan metode kontrol deposit, kebutuhan akan kontrol oksigen telah meningkat secara siginifikan.

Peningkatan kebutuhan akan kontrol oksigen pertama kali dimulai saat penanganan menggunakan senyawa berbasis pospat untuk menggantikan penggunaan soda abu. Kerak kalsium karbonat yang rapat dan keras yang timbul dengan penggunaan soda abu melindungi tube dan drum dari korosi serius akibat oksigen. Dengan penggunaan pospat, permukaan tube dan drum lebih bersih. Oleh karena itu, lebih banyak luas permukaan yang terpapar dengan bahan korosif di dalam air. Hal ini mendorong penggunaan pemanas air umpan terbuka untuk menghilangkan oksigen sebelum masuk boiler. Saat ini, banyak pabrik dilengkapi dengan pemanas deaerator yang beroperasi dengan efisien. Penggunaan oxygen scavenger seperti natrium sulfit terkatalisasi, hidrazin, dan scavenger organik juga merupakan praktik standar.

Penggunaan bahan pengkelat dan air demin telah meningkatkan kebersihan permukaan perpindahan panas boiler menjadi lebih baik. Hanya film tipis, oksida magnetik tetap tertinggal sehingga kontrol oksigen telah menjadi hal penting saat ini. Penggunaan sulfit terkatalisasi merupakan rekomendasi standar di dalam penggunaan pengkelatan.

Kontrol dari penghentian korosi telah menjadi hal penting pada beberapa tahun terakhir untuk mencegah atau menghambat kerusakan akibat pitting. Biasanya, air dingin yang belum mengalami deaerasi digunakan untuk pendinginan cepat atau operasi awal boiler. Hal ini merupakan praktik operasi yang berisiko, biasanya dipilih karena alasan ekonomi. Pitting yang parah dapat terjadi, terutama pada boiler yang dijaga pada kondisi tanpa ada deposit. Oleh karena itu, biasanya lebih ekonomis untuk menjaga permukaan perpindahan panas yang bersih dan menghilangkan penggunaan air dingin yang mengandung oksigen terlarut selama proses pendinginan dan saat operasi awal. Praktik ini dapat menghemat bahan bakar dan meningkatkan reabilitas boiler. Adanya tekanan boiler rendah dengansoftened water sebagai make up

 

Korosi Pengkelat
Selama awal-awal tahun penggunaan pengkelat, hampir semua permasalahan korosi bagian dalam boiler disebut sebagai korosi pengkelat. Akan tetapi, korosi lainnya seperti akibat oksigen, karbon dioksida, kaustik, asam, pelapisan tembaga, dan air masih umum menyebabkan korosi pada boiler. Kondisi mekanikal membuat terjadinya caustic embrittlement, film boiling, steam blanketing, bahkan sekarang lebih lazim dibandingkan sebelumnya sehingga meningkatkan laju perpindahan panas dan desain dari steam generator lebih kompak. Korosi pengkelat atau serangan pengkelat memiliki beberapa karakteristik dan hanya terjadi pada kondisi tertentu.

Korosi pengkelat pada logam boiler hanya terjadi ketika konsentrasi garam natrium berlebih bertahan dalam waktu lama. Penyerangan berupa pelarutan atau penipisan dengan tipe bukan pitting dan terkonsentrasi pada daerah bertegangan di dalam boiler. Hal ini menyebabkan penipisan ujung tube yang digulung, bagian berulir, ujung baffle, bagian yang memiliki tegangan yang sama, area dengan tengangan yang tidak terlepaskan. Normalnya, permukaan tube dan drum tidak mengalami penyerangan. Ketika penipisan tube terjadi di dalam sebuah boiler dengan penggunaan pengkelat, terdapat tanda steam blanketing dan/atau fillm boiling. Kerusakan terjadi dimanapun tanpa pengaruh dari tipe penanganan internal yang digunakan.

Pitting sering disebut sebagai hasil dari serangan pengkelat. Akan tetapi, pitting pada tube baja karbon hampir selalu disebabkan adanya oksigen atau asam yang tidak terkontrol. Terkadang, pelapisan tembaga (sebagai hasil dari pengoperasian asam sebagai pengkelat yang tidak tepat) dapat menyebabkan permasalahan pitting.

Serangan Kaustik
Serangan kaustik atau korosi kaustik merupakan turunan dari bentuk caustic embrittlement yang ditemui pada boiler dengan air demin dan sering terjadi pada boiler dengan penanganan fosfat dimana terbentuk deposit pada tube, terutama pada input panas yang tinggi, atau daerah dengan sirkulasi yang buruk. Deposit alami yang bersifat poros memungkinkan air boiler menembus deposit, menyebabkan penumpukkan kontiniu dari padatan air boiler di antara logam dan deposit.

Karena soda kaustik tidak mengalami kristalisasi pada kondisi ini, konsentrasi kaustik di dalam cairan yang terjebak dapat mencapai 100.000 ppm atau lebih. Senyawa kompleks kaustik-ferritik terbentuk ketika kaustik melarutkan lapisan pelindung dari magnetik oksida. Air yang kontak dengan besi berusaha untuk menjaga lapisan pelindung dari magnetit (Fe3O4). Selama konsentrasi kaustik yang tinggi masih ada, proses destruktif ini menyebabkan kerusakan logam terus menerus.

Penipisan yang disebabkan serangan kaustik berlangsung dengan pola yang tidak teratur dan sering disebut sebagai caustic goughing (lihat Gambar 14.6). Ketika deposit dihilangkan dari permukaan tube selama pengujian, karakteristik ukiran terlihat sangat jelas, sepanjang deposit garam putih yang biasanya menggambarkan ujung dari area deposit sebenarnya. Deposit berwarna keputihan merupakan natrium karbonat, sisa soda kaustik yang bereaksi dengan karbon dioksida di dalam air.

Gambar 14.6 Tipikal gouging yang disebabkan serangan kaustik terjadi di bawah deposit yang menempel

Inspeksi dari boiler yang mengalami serangan kaustik sering menunjukkan akumulasi berlebih dari magetik oksida pada daerah dengan aliran lambat pada drum dan headers. Hal ini disebabkan oleh pengelupasan, selama operasi, deposit dari senyawa kompleks dari kaustik-feritik terbentuk. Ketika kontak dan diencerkan oleh air boiler, senyawa kompleks tak stabil ini  segera berubah menjadi kaustik bebas dan magnetik oksida. Suspensi magnetik oksida yang dilepaskan berpindah dan terakumulasi di daerah dengan aliran lambat atau daerah dengan fluks panas yang tinggi.

Di saat serangan kaustik terkadang disebut sebagai pitting kaustik, serangan terlihat secara fisik sebagai pengelupasan tak teratur atau penipisan dan tidak sama dengan serangan dari pitting lokal terkonsentrasi akibat oksigen atau asam.

Steam Blanketing
Beberapa kondisi memungkinkan steam dan air mengalir bertingkat-tingkat di dalam tube, yang biasanya  terjadi pada zona dengan input panas yang rendah. Permasalahan ini dipengaruhi sudut dari tube yang terpengaruhi, sesuai dengan beban aktual yang dipertahankan boiler. Laju bertingkat-tingkat terjadi ketika kecepatan tidak cukup untuk menjaga aliran turbulen atau pencampuran air dengan steam selama melewati tube. Laju bertingkat-tingkat bisanya terjadi pada tube yang miring (Gambar 14.7) terletak jauh dari zona radian  panas dari boiler, dimana input panas rendah dan sirkulasi di dalam tube mungkin kurang. Adanya tekanan boiler rendah dengansoftened water sebagai make up

 
Gambar 14.7 Steam blanketing menyebabkan penglupasan logam di atas dari tube yang miring

Pengujian dari tube yang mendapat efek biasanya mengungkapkan garis air menonjol dengan penipisan umum di bagian atas dari tube. Jarang ada kasus penipisan pada bagian bawah tube. Ketika air boiler mengandung kaustik, konsentrasi yang tinggi terakumulasi dan menyebabkan korosi dan pengelupasan di bawah deposit yang terakumulasi pada jalur air.

Aliran bertingkat-tingkat bisa terjadi bersamaan dengan input panas menuju bagian atas tube. Hal ini menimbulkan derajat superheat yang tinggi di dalam steam blanket. Reaksi langsung antara steam dengan logam akan terjadi jika temperatur logam mencapai 399oC atau lebih tinggi. Korosi dari logam akan berlangsung pada kondisi tertentu baik ada atau tidaknya kaustik. Ketika ragu akan penyebab pastinya, analisa metalografi akan menunjukkan jika terdapat kontribusi dari temperatur terhadap masalah. Deposit biasanya ditemukan pada kondisi tertentu yang mengurai magnetik besi oksida (Fe3O4). Hidrogen juga terbentuk akibat reaksi ini dan dilepaskan dengan steam.

Sebuah masalah agak aneh berhubungan dengan permasalahan sirkulasi dan input panas pernah ditemui di dalam atap tube. Tube ini biasanya didesain untuk menerima panas pada sisi bawah saja. Masalah biasanya terjadi ketika tube melengkung atau terpisah dari atap, menyebabkan semua permukaan tube terpapar dengan gas panas. Overheating biasanya terjadi seiring dengan tekanan internal, menyebabkan pembesaran bertahap pada tube, terkadang sangat tidak seragam. Kerusakan terjadi ketika tube yang terekspansi tidak dapat lagi menahan kombinasi efek dari tekanan termal dan tekanan internal.

Superheater tube sering menunjukkan efek pembengkakkan atau pembesaran yang sama. Aliran steam telah dibatasi karena alasan tertentu sehingga menyebabkan overheating hingga kerusakan.

Serangan Asam
Serangan asam pada tube boiler dan drum biasanya dalam bentuk penipisan semua permukaan. Hal ini menghasilkan penampilan visual yang tak teratur seperti Gambar 14.8. Permukaan halus muncul di daerah aliran dimana serangan berlangsung secara intensif. Pada kasus yang parah, komponen lain seperti baffling, nuts, dan, bolt, dan area yang tertekan lainnya dapat rusak parah atau hancur, sehingga tak diragukan lagi penyebabnya.

Gambar 14.8 Tube boiler menunjukkan efek dari serangan asam

Serangan asam yang parah biasanya dapat dilacak apakah operasi pembersihan asam yang tidak sempurna atau kontaminasi proses. Beberapa pabrik mengalami kontaminasi kondensat yang digunakan kembali sehingga menghilangkan alkalinitas air boiler. Terkadang, asam untuk proses regenerasi penukar ion tak sengaja dibuang menuju sistem air umpan boiler. Kontaminasi kondensat air pendingin dapat menurunkan pH air boiler dan menyebabkan deposisi parah dan pitting pada daerah dengan fluks panas yang tinggi. Kerusakan dapat sangat parah jika langkah penanganan tidak segera dilakukan untuk menetralkan asam.

Pada kasus proses kontaminasi industri, mungkin terjadi dekomposisi kontaminan organik di dalam kondisi temperatur dan tekanan boiler membentuk asam organik. Gula merupakan contoh sempurna dari sebuah zat organik yang ketika dikembalikan di dalam jumlah yang banyak, dapat menyebabkan kehilangan alkalinitas air boiler secara cepat dan menurunkan pH air boiler menjadi 4,3 dan lebih rendah. Kebanyakan pabrik pemurnian gula menjaga sistem pompa yang standby untuk memompakan soda kaustik untuk menetralkan asam ini secepat mungkin.

Korosi Akibat Tembaga
Pitting pada drum boiler dan kumpulan tube telah dijumpai karena deposit logam tembaga, terbentuk selama prosedur pengkelatan asam tanpa kompensasi sama sekali terhadap jumlah tembaga oksida di dalam deposit sebenarnya. Tembaga terlarut dapat menempel pada permukaan baja yang baru dibersihkan, akhirnya menimbulkan daerah korosi anodik dan membentuk lubang yang sangat mirip dengan bentuk dan tampilan dari pitting oleh oksigen.

Penempelan logam tembaga sangat jelas terjadi. Pada kebanyakan kasus, hal ini terjadi pada kumpulan tube, meningkatkan proses terjadinya pitting secara acak pada daerah tersebut. Kapanpun ketika ditemukan tembaga atau oksidanya dengan jumlah yang banyak, perhatian khusus diperlukan untuk mencegah penempelan tembaga selama operasi pembersihan. Adanya tekanan boiler rendah dengansoftened water sebagai make up

 

Deposit tembaga dan temperatur di atas 871oC dapat menyebabkan liquid metal embrittlement. Perbaikan pengelasan dari sebuah tube yang mengandung deposit tembaga dapat menimbulkan kerusakan seperti pada Gambar 14.9.

Gambar 14.9 Liquid metal embrittlement dari tube boiler akibat deposit tembaga dan temperatur yang tinggi

Serangan Hidrogen atau Embrittlement
Sejak tahun 1960, serangan hidrogen atau embrittlement telah sering ditemui pada sistem tekanan tinggi, sistem dengan kemurnian tinggi. Kejadian ini tidak ditemui pada pabrik umumnya karena permasalahan ini biasanya terjadi hanya pada unit yang beroperasi pada tekanan 105,5 kg/cm2 atau lebih besar.

Pada sistem tipe ini, alkalinitas air boiler dijaga pada nilai yang cukup rendah dibandingkan dengan standar umumnya untuk boiler tekanan rendah. Pada tekanan operasi dan kondisi air yang ditetapkan, program koordinasi pH/fosfat atau total volatil digunakan. Karena air boiler relatifnya tak terbufferisasi, program total volatil lebih terpengaruhi oleh pengotor yang akan menurunkan alkalinitas atau pH air.

Ketika pengotor membuat pH air turun. Serangan asam pada baja akan menghasilkan hidrogen. Jika hal ini terjadi pada deposit tube yang keras, menempel secara cepat, dan kedap, tekanan hidrogen akan di dalam deposit dapat terakumulasi pada titik dimana hidrogen menembus tubing baja.

Ketika atom hidrogen menembus struktur logam, dia akan bereaksi dengan kandungan karbon membentuk metana. Karena molekul metana terlalu besar untuk difusi melewati baja, kelebihan tekanan terjadi di dalam struktur logam, menyebabkan logam pecah di bagian batas kristal dimana metana terbentuk. Retakan yang terbentuk umumnya intercrystalline atau intergranullar, area logam yang terpengaruh menjadi dekarburisasi. Kerusakan terjadi ketika bagian yang pecah tidak dapat lagi menahan tekanan internal. Pecah menjadi sangat parah dan terjadi secara tiba-tiba dan menimbulkan bencana (lihat Gambar 14.10). Bagian yang rusak dari tubing retak di bagian intergrannular dan dekarburisasi, tetapi biasanya tetap mempertahankan dimensi aslinya atau ketebalan material tubing.

Gambar 14.10 Kerusakan parah akibat hydrogen embrittlement

Meski ada banyak penyebab turunnya pH air boiler, yang paling sering yaitu ketika menggunakan air payau untuk pendingin kondesor. Beberapa magnesium klorida telah menyebabkan penurunan pH air yang ekstrim, dibutuhkan pengawasan yang ketat dan deteksi terhadap level kontaminasi yang sangat rendah pada kondensat.

Hydrogen embrittlement hanya terjadi ketika terdapat deposit yang keras, rapat pada permukaan tube, membuat hidrogen terkonsentrasi di bawah deposit dan menembus logam. Kontaminan asam atau penyebab penurunan pH umumnya menbuat kondisi untuk regenerasi hidrogen. Serangan tipe ini dapat terjadi sangat cepat sehingga pemeriksaan kemurnian kondensat secara konstan diperlukan.

Hydrogen embrittlement biasanya terjadi pada sistem dengan kemurnian tinggi yang beroperasi pada tekanan 105,5 kg/cm2 atau lebih besar. Meski terkadang bingung dengan intergranular creep cracking, tipe kerusakan in dapat diidentifikasi dengan intergranular khusus dari keretakan dan kondisi dekarburisasi dari logam.

Survei pada unit yang beroperasi pada tekanan dan kondisi ini telah mengindikasikan secara umum bahwa penggunaan koordinasi kontrol dari pH/fosfat akan mengurangi kemungkinan hydrogen embrittlement. Hal tersebut terjadi karena peningkatan bufferisasi air boiler dengan adanya fosfat.

Superheater Tube
Kerusakan superheater tube disebabkan oleh beberapa kondisi, baik karena kimia maupun mekanikal. Pada kebanyakan kerusakan superheater tube, analisa terhadap deposit yang ditemukan merupakan faktor penting dalam menyelesaikan masalah. Deposit magnetik oksida pada titik kerusakan merupakan indikasi langsung dari oksidasi logam tube (Gambar 14.11). Oksidasi ini terjadi selama overheating dimana temperatur logam melebihi temperatur desain dan logam masuk menuju reaksi langsung dengan steam membentuk magentik besi oksida dengan pelepasan hidrogen. Ketika deposit yang ditemukan pada titik kerusakan merupakan besi oksida, diperlukan ekplorasi dari beberapa kondisi operasi untuk menentukan penyebab awal.

Gambar 14.11 Intrusi oksigen selama shutdown menyebabkan pitting dari superheating

Oksidasi dapat terjadi jika laju steam melewati tube terbatas atau jika panas yang masuk berlebih, menyebabkan overheating. Pada kasus kurangnya aliran steam, pembatasan dapat disebabkan kondisi lazim selama transisi dari start-up dan shutdown. Hal ini dapat terjadi jika tindakan pencegahan yang memadai tidak dilakukan untuk melindungi superheater selama periode transisi. Ketika waktu temperatur gas melebihi 482oC di dalam area superheater hingga boiler naik menuju tekanan operasi dan semua superheater tube bersih dari semua air yang telah terakumulasi selama downtime. Kondisi overheating dapat terjadi selama waktu operasi beban rendah ketika distribusi saturated steam yang cukup sepanjang kumpulan tube pada inlet header belum tercapai.

Deposit garam terlarut dapat terbentuk pada inlet superheater tube akibat dari entrainmen yang berlebih dari padatan di dalam air boiler dengan steam. Hal ini dapat menghambat aliran. Namun, overheating dan kerusakan oksidasi langsung dapat terjadi di daerah berbeda yang terpisah dari penutupan, seperti tumpukan bagian bawah atau daerah paling panas dari tube.

Pada beberapa kasus, ada penampakan yang sangat jelas antara produk oksidasi pada daerah panas dan deposit garam terlarut di bagian inlet. Pada kebanyakan kasus, persentasi yang tinggi dari deposit garam natrium ditemukan pada bagian panas seiring dengan produk oksidasi. Ada sedikit keraguan bahwa carryover air boiler telah berkontribusi terhadap permasalahan ini.

Overheting secara periodik pada superheater yang disebabkan kontrol yang kurang dari temperatur firebox selama start-up dan periode shutdown, biasanya menyebabkan tebal setebal bibir dan pelepuhan dengan semua bukti dari creep failure. Pada kasus water tubes, sebuah superheater tube akan rusak dengan cepat (bisanya parah) ketika aliran terhambat untuk waktu yang singkat dan temperatur tube naik dengan cepat menuju temperatur plastic flow. Penentuan apakah kerusakan karena situasi jangka lama atau pendek sangat bergantung pada karakter umum sama yang terjadi pada pengujian water tube.

Pitting oksigen dari superheater tube, biasanya pada daerah lingkaran gantungan, lebih jarang dan terjadi selama downtime. Hal ini disebabkan paparan air dengan oksigen di udara di area ini. Adanya tekanan boiler rendah dengansoftened water sebagai make up

Penting untuk mengikuti instruksi dari manufaktur secara ketat untuk mencegah masalah overheating selama start-up atau shutdown dan mencegah korosi oksigen selama downtime.

Ketika deposit garam terlarut ditemukan pada superheater tube, kemurnian steam merupakan perhatian utama. Laboratorium Betz telah mengalami, setelah melakukan ribuan studi kemurnian steam selama bertahun-tahun, bahwa deposit garam terlarut di superheater dapat diduga, dengan hadirnya masalah, apakah padatan steam melebihi 300 ppb. Sehingga ketika deposit garam terlarut ditemukan, dibutuhkan investigasi mendalam dari kemurnian steam (penyebab jeleknya kualitas steam).

Permasalahan Desain Boiler
Beberapa kecacatan basis desain dapat menyebabkan kerusakan tube. Permasalahan yang timbul karena kecacatan desain dapat meningkat akibat sifat kimia air boiler. Air boiler sering mengandung senyawa yang akan bersifat korosif ketika konsentrasi meningkat di atas nilai normal akibat dari permasalahan desain.

Banyak boiler industri, sebagai contoh diperlakukan seperti memiliki soda kaustik dengan konsentrasi rendah pada air boiler. Kaustik dapat menjadi korosif pada baja jika air boiler dibiarkan menjadi pekat hingga nilai yang tidak normal akibat desain yang buruk. Bahkan ketika tidak ada kaustik, kondisi yang memungkinkan stratifikasi atau steam blanketing dan peningkatan lokal dari temperatur logam melebihi 399oC menimbulkan oksidasi langsung atau korosi pada baja dalam kontak dengan air atau steam. Hal ini menimbulkan hilangnya logam dan kerusakan pada tube.

Atap tube, nose arch tube, dan jalur konveksi tube dengan kemiringan 30 derajat dari horizontal merupakan subjek untuk deposisi dan permasalahan stratifikasi dan kerusakan tube dibandingkan tube vertikal. Ketika ada chelant ada di dalam air boiler, garam sodium asam etilen diamin tetra asetat (EDTA) terdekomposisi pada temperatur tinggi, menghasilkan sisa soda kaustik. Sisa kaustik soda dari chelant biasanya tidak signifikan.

Kontributor yang paling sering terhadap permasalahan waste heat boiler adalah distribusi tidak merata dari gas sepanjang inlet tube pada ujung yang panas. Hal ini menyebabkan tekanan yang tidak merata dan distorsi serta menimbulkan tekanan mekanik dan permasalahan fatigue.

Penggunaan konfigurasi hairpin tube dengan dorongan sirkulasi yang tidak cukup melewati tube sering mengakibatkan stratifikasi dari steam dan air. Ini menimbulkan steam blanketing atau permasalahan korosi kaustik.

Prosedur Analisa Kerusakan Tube Boiler
Ketika penyebab kerusakan masih belum diketahui, hal ini akan membuat tindakan perbaikan yang tepat sulit untuk dilakukan. Pengujian detail terhadap kerusakan dan data operasi biasanya akan membantu dalam mengidentifikasi mekanisme kerusakan sehingga tidakan perbaikan dapat dilakukan.

Prosedur investigasi yang tepat dibutuhkan untuk analisa metalurgi tube boiler yang akurat. Tergantung dari kasus spesifik, pengujian makrokospik dikombinasikan dengan analisa kimia dan mikrokospik dari logam diperlukan untuk mengetes mekanisme utama kerusakan. Ketika bagian tube yang rusak dipindahkan dari boiler, perlu dilakukan perlakuan untuk mencegah kontaminasi deposit dan kehancuran pada bagian yang rusak. Tube juga harus diberi label dengan baik sesuai dengan lokasi dan orientasinya.

Langkah pertama dari investigasi di laboratorium adalah pengujian secara visual. Permukaan yang besentukan dengan api maupun permukaan yang bersentuhan dengan air harus di tes untuk mengetahui kerusakan atau indikasi dari kerusakan yang akan terjadi. Dokumentasi fotografi dari kondisi awal diterimanya tubing dapat digunakan sebagai korelasi dan intepretasi dari data yang diperoleh selama investigasi. Perhatian penuh diperlukan pada warna dan tekstur deposit, lokasi permukaan yang rusak dan morfologi, serta kontur permukaan logam. Sebuah mikroskop stereo mampu melakukan pengujian lebih detail dengan perbesaran yang lebih rendah.

Analisa dimensi dari tube yang rusak merupakan hal penting, Caliper dan micrometer poin merupakan alat yang dapat digunakan untuk pengujian kuatitatif dari karakteristik kerusakan seperti menonjol, penipisan dinding pada tepian yang patah, kerusakan korosi. Peningkatan ekspansi ulet dan/atau pembentukan oksida dapat memberikan petunjuk menuju penentuan penyebab utama kerusakan. Penipisan dinding luar dari bagian sisi api karena erosi atau korosi dapat menimbulkan patahnya tube yang sering menyerupai penampilan dari kerusakan akibat overheating. Pada kasus tersebut, analisa dimensi pada daerah yang berdekatan dapat membantu penentuan apakah penipisan dinding bagian luar signifikan atau tidak sebelum terjadinya kerusakan. Fotografi dari tube secara menyilang diambil segera di dekat area kerusakan dan dapat membantu analisa dimensi dan memberikan dokumentasi yang jelas.

Perpanjangan, orientasi, dan frekuensi dari keretakaan permukaan tube dapat membantu dalam menunjukkan mekanisme kerusakan yang tepat. Ketika kerusakan overheating tipikalnya menyebabkan keretakan longitudinal, kerusakan fatigue umumnya menyebabkan keretakan yang terjadi dengan arah tranversal dengan sumbu tube. Daerah yang berdekatan dengan support pengelasan harus di uji secara akurat untuk menentukan adanya keretakan. Nondestructive testing seperti partikel magnetic atau penetran zat warna dapat digunakan untuk mengidentifikasi dan menguji adanya perpanjangan keretakan.

Ketika panduan komposisi kimia di dalam air dilakukan dengan baik, permukaan tube yang kontak dengan air dilapisi dengan lapisan pelindung tipis dari magnetik hitam. Kelebihan deposisi pada sisi air dari tube dapat menyebabkan temperatur yang lebih tinggi dibandingkan desainnya sehingga menyebabkan kerusakan tube. Analisa kuantitatif terhadap permukaan internal tube biasanya meliputi penentuan deposit-weight density (DWD) dan ketebalan deposit. Intepretasi dari nilai ini dapat menentukan fungsi dari deposit internal terhadap mekanisme kerusakan. Nilai DWD dapat juga digunakan untuk menentukan apakah pembersihan boiler dengan bahan kimia diperlukan atau tidak. Permukaan tube harus dibersihkan menyeluruh dengan peledakan manik kaca selama pengujian DWD. Hal ini memfasilitasi pengujian yang akurat terhadap kerusakan korosi (seperti pitting, gouging) dari sisi air dan sisi api yang mungkin tertutup oleh deposit.

Keberadaan pola deposisi yang tidak umum pada permukaan sisi air dapat menjadi indikasi bahwa terdapat pola sirkulasi yang tidak optimal di dalam tube boiler. Sebagai contoh, pelacakan deposit pada sisi atas horizontal tube dapat mengindikasikan kondisi steam blanketing. Steam blanketing yang dihasilkan kondisi terjadinya aliran stratified steam dan air pada tube yang ada, dapat memicu percepatan kerusakan korosi seperti (penipisan dinding, dan atau gouging) dan kerusakan tube.

Ketika kelebihan deposit internal terjadi di sebuah tube, analisis kimia yang akurat dapat digunakan untuk menentukan sumber masalah dan langkah perbaikan yang diperlukan. Kapanpun Ketika memungkinkan, disarankan untuk mengumpulkan kompisisi ”bulk” dengan cara mengikis dan menumpuk tube dan mengumpulkan potong melintang dari deposit untuk analisa kimia. Tipikalnya, nilai kehilangan akibat ignisi (LOI) juga ditentukan untuk deposit pada sisi air. Nilai LOI yang merepresentasikan kehilangan berat yang diperoleh setelah deposit dipanaskan di dalam furnace dan dapat digunakan untuk mendiagnosa kontaminasi dari deposit bagian sisi air oleh material organic.

Pada banyak kasus, analisa kimia dari deposit dari area spesifik diperlukan. Scanning electron microscope-energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS) merupakan teknik serbaguna yang membuat analisa kimia anorganik pada skala mikroskopik. Analisa SEM-EDS ditunjukkan pada Gambar 14.12. Sebagai contoh, SEM-EDS sangat berguna untuk penentuan ini

  • Perbedaan komposisi deposit antara area tube yang terkorosi dan tidak terkorosi
  • Untuk memperjelas konsentrasi garam yang terdapat di bawah deposit pada permukaan tube yang mendukung kerusakan akibat korosi
  • Perbedaan elemental antara deposit dipermukaan tube yang berbeda secara visual
Gambar 14.12 Scanning electron microscope (SEM) memperlihatkan struktur kristalin dari endapan magnetit pada permukaan tube, 500X

Analisa anorganik melalui SEM-EDS dapat juga dilakukan pada dasar dan penampang melintang yang telah dipoles dari sebuah tube yang tertutup dengan lapisan tebal dari deposit dari sisi air. Pengujian ini disebut sebagai pemetaan elemental dan bermamfaat Ketika depositnya berlapis – lapis. Pengujian yang  sama dari rings pada sebuah tree, analisa penampang melintang dari deposit boiler dapat mengidentifikasi periode ketika telah terdapat gangguan di dalam kompisisi kimia air, sehingga memberikan data yang membantu penentuan secara tepat bagaimana dan kapan deposit terbentuk. Dengan pemetaan elemental, distribusi spasial dari elemen yang ada di dalam penampang melintang deposit direpresentasikan dengan peta titik warna yang memiliki kode. Elemen yang dipisahkan dapat di representasikan dengan peta individual, atau kombinasi yang dipilih dari elemen yang dapat direpresentasikan pada peta komposit.

Sebuah scanning electron microscope (SEM) dapat juga digunakan untuk menganalisa topografi dari permukaan deposit dan atau morfologi dari permukaan yang rusak. Fraktografi sangat membantu dalam mengelompokkan jenis kerusakan. Sebagai contoh, fitur mikroskopik dari permukaan yang rusak dapat menyingkapkan apakah baja rusak dari segi brittle atau ductile, apakah keretakan memanjang melalui butir alat sepanjang batas butir dan apakah  pencegahan korosi fatigue atau tidak (cyclic stress) merupakan mekanisme utama kerusakan. Pengujian SEM-EDS dapat digunakan untuk mengidentifikasi keterlibatan ion atau senyawa spesifik dalam mekanisme kerusakan, melalui kombinasi dari analisa permukaan yang rusak dan analisa kimia.

Kebanyakan water-bearing tube digunakan di dalam konstruksi boiler yang difabrikasi dari baja dengan karbon rendah. Akan tetapi, steam-bearing tube (superheater dan reheater) tube umumnya dibuat dari baja low alloy yang mengandung kadar kromium dan molybdenum yang berbeda. Kromium dan molybdenum meningkatkan ketahanan oksidasi dan keretakan terhadap baja. Untuk pengujian yang akurat terhadap metal overheating, penting untuk memiliki porsi dari tube untuk dianalisa kimia dari alloy-nya. Analisa tipe alloy dapat juga mengkonfirmasi bahwa tubing memenuhi spesifikasi. Instalasi awal menggunakan tipe alloy atau perbaikan tube menggunakan baja dengan grade yang salah dapat terjadi. Pada kasus ini, analisa kimia dari baja dapat digunakan untuk menentukan penyebab kerusakan dini.

Penting untuk memperkirakan sifat mekanikal dari komponen boiler. Sering hal ini meliputi pengukuran kekerasan (hardness), yang dapat digunakan untuk memperkirakan tensile strength dari baja. Hal ini berguna dalam dokumentasi dari deteriorasi dari sifat mekanik yang terjadi selama metal overheating. Biasanya, Rockwell hardness tester digunakan, namun terkadang menguntungkan menggunakan microhardness tester. Sebagai contoh, pengukuran microhardness dapat digunakan untuk memperoleh profil hardness sepanjang zona yang dilas untuk menguji kemungkinan brittle cracking di dalam bagian las yang terkena panas.

Analisa mikrostruktur dari komponen mungkin merupakan bagian yang paling penting dalam melakukan analisa kerusakan. Pengujian ini disebut metalografi sangat berguna dalam menentukan hal berikut ini.

  • Apakah tube rusak akibat kerusakan overheating jangka panjang atau jangka pendek
  • Apakah keretakan diinisiasi pada permukaan sisi air atau sisi api
  • Apakah keretakan disebabkan oleh creep damage, corrosion fatigue, atau stress-corrosion cracking (SCC)
  • Apakah kerokan tube disebabkan oleh kerusakan hidrogen atau internal corrosion gouging

Orientasi dan preparasi sampel merupakan aspek kritik dari analisa mikrostruktur. pencegahan korosi Orientasi dari bagian yang diambil ditentukan dengan karakteristik kasus kerusakan spesifik. Setelah pemilihan yang hati-hati, spesimen logam dipotong dengan gergaji atau cut-off whell dan ditempel di dalam cetakan dengan resin atau plastik. Setelah ditempel, sampel dibersihkan dan dipoles untuk memperoleh permukaan yang rata, bebas dari goresan. Setelah diproses, bahan pembilas yang sesuai digunakan untuk memoles permukaan logam untuk mengungkap konstituen mikrostruktur (batas butir, distribusi dan morfologi dari besi karbida, dan lainnya).

Analisa metalografi dari logam yang telah dipoles dilakukan dengan mikroskop optik pembias (Gambar 14.13). Hal ini diikuti dengan pembandigan dari mikrostruktur yang diamati di berbagai area dari bagian sebuah tube sebagai contoh, sisi yang dipanaskan versus sisi yang tidak dipanaskan dari dinding water tube. Karena mikrostruktur pada bagian yang tidak dipanaskan sering mencerminkan kondisi seperti baja yang difabrikasi, perbandingan dengan mikrostruktur di dalam bagian yang rusak dapat memberikan pengetahuan yang bermanfaat untuk derajat deteriorisasi dan peningkatan dari deteriorisasi lokal (Gambar 14.14). pencegahan korosi

Gambar 14.13 Sebuah reflective optical microscope digunakan untuk membandingkan mikrostruktur dari sampel logam
Gambar 14.14 Tipikal fotomikograf untuk baja karbon dari tubing boiler
Referensi:
Suez Water Technologies & Solutions. “Handbook of Industrial Water Treatment”pencegahan korosi 

Jl. Pelajar Pejuang 45 No. 43
Kota Bandung, Jawa Barat

WA  : 082237062772
Telp : 0227317077

Copyright 2021 solusitirtaoptima.com