ISBN No. 978-979-18342-0-9 B-39

DESAIN SISTEM PROTEKSI KATODIK UNTUK STRUKTUR ABOVE GROUND STORAGE TANKS DI LINGKUNGAN PANTAI

Sutarsis

Jurusan Teknik Material dan Metalurgi, FTI-ITS E-mail correspondence: sutarsis@mat-eng.its.ac.id

ABSTRAK Telah dilakukan desain sistem proteksi katodik metoda anoda tumbal (sacrificial anode) untuk struktur above ground storage tanks di lingkungan pantai. Struktur yang dilindungi adalah bagian alas (bottom part) tangki yang bersentuhan langsung dengan pondasi/tanah. Karakteristik tangki yang dilindungi meliputi : Struktur tangki terbuat dari material SA-285 grade C, diameter tangki rata-rata 35.997 m, sistem pondasi adalah pasir yang dipadatkan dan dilapisi oleh aspalt, dan bahan yang disimpan dalam tangki adalah premium, avtur, kerosin, lilin crude, solar , slop oil. Beberapa parameter disain ditetapkan sebagai berikut; Rapat arus proteksi 20 mA/m2, Coating breakdown 10% (NACE Standard), umur desain 20 tahun, dan kriteria potensial proteksi 0.85 Volt Vs Cu/CuSO4 Ref. electrode cell. Dari hasil survei resistivitas tanah didapatkan harga rata-rata tahanan tanah sebesar 5000 .cm. Metoda anoda tumbal (sacrifial anode) dipilih karena beberapa alasan sebagai berikut: (1) faktor keamanan, (2) biaya maintenance rendah dan relatif mudah, dan (3) tidak memerlukan supply power dari luar karena cukup sulit penyediaannya dilapangan. Dari hasil studi lapangan dan beberapa parameter desain diatas didapatkan hasil kalkulasi desain untuk sistem proteksi katodik metoda anoda tumbal bottom part tangki penyimpang bahan bakar sebagai berikut: Anoda tumbal yang dipilih adalah Magnesium anode jenis High Potential Alloy (high purity, high potential circuit -1,75 V vs Cu/CuSO4) karena resistivitas tanahnya cukup tinggi (5000 .cm), jumlah anoda per-tangki 51 buah (berat anoda @ 7.7 kg), jarak antar anoda sebesar 2.58 meter dan jarak anoda dengan tangki sebesar 3 meter.

Kata kunci : Cathodic protection, Magnesium anode

1. PENDAHULUAN

Kombinasi dari penerapan teknologi pelapisan dan sistem proteksi anoda tumbal telah sukses diterapkan diberbagai struktur perpipaan dan storage tank dalam kondisi underground maupun above ground diberbagai negara diseluruh dunia1. Pada makalah ini akan dipaparkan desain sistem proteksi katodik dengan metoda anoda tumbal (sacrifial anode) pada struktur above ground storage tank. Above ground storage tank adalah tangki yang dibangun diatas pondasi pasir yang dipadatkan (compact sand) dan ditambah dengan lapisan beton/aspal2. Proses desain akan ditujukan untuk mendapatkan desain sistem proteksi katodik metoda anoda tumbal yang efisien dan

optimum dari segi kualitas, biaya dan pemeliharaan.

2. DISKRIPSI PEKERJAAN Bagian struktur tangki yang dilindungi adalah bagian alas (bottom part) yang bersentuhan langsung dengan pondasi/tanah2. Bagian alas tangki telah dilindungi dengan pengecatan dan diletakan diatas pondasi compact sand yang lapisi oleh aspal. Namun untuk mengantisipasi terjadinya serangan korosi ketika lapisan cat terkelupas maka akan dirancangan sistem proteksi katodik yang sesuai. Bagian alas dari 40 tangki yang dilindungi mempunyai diameter rata-rata 35.997 m dengan tipe bahan SA-285 grade C. Untuk mengantisipasi kebocoran arus ke struktur lain karena isolasi Flange yang tidak

USERRHighlight

Sutarsis

ISBN No. 978-979-18342-0-9

B-40

berfungsi dengan baik dan adanya grounding system, dalam perhitungan ditambahkan spare 10% dari total kebutuhan arus proteksi.

Gambar 1. above ground storage tank

Khusus untuk grounding system, hubungan tangki dan grounding system perlu dilengkapi dengan spark gap. Spark gap dalam kondisi normal akan berfungsi sebagai isolator, sehingga tidak terjadi kebocoran arus dari sistem proteksi katodik ke grounding system. Berikut adalah parameter desain yang digunakan dalam perhitungan :

TABEL 1

PARAMETER DESAIN Parameter Kondisi/Kriteria Luas area proteksi (+) 1017,190 m2

Isi Tangki premium, avtur, kerosin, lilin,

solar, slop aoil Temperatur operasi 32 0C 60 0C Material Tangki SA-285 Grade C Sistem Pondasi Compact

sand+aspal Rapat Arus Proteksi2 20 mA/m2

Coating Breakdown 10% Resistivitas tanah 5000 .cm Umur Desain 20 tahun Kriteria proteksi2 -0,85 V vs

Cu/CuSO4

3. DESAIN SISTEM PROTEKSI SACRIFICIAL ANODE

Berdasarkan nilai resistifitas tanah yang cukup tinggi (5000 .cm), maka untuk metode proteksi katodik sacrificial anode hanya Magnesium anode jenis high potensial alloy dengan spesifikasi pada table 2 yang dapat digunakan. Sedangkan Zinc anode dan Standard Potensial Magnesium tidak dapat

digunakan, karena driving voltage keduanya relatif kecil.

TABEL 2

SPESIFIKASI HIGH POTENTIAL ALLOY MAGNESIUM Deskripsi Spesifikasi Material High potensial

magnesium alloy Berat Netto 7,7 kg/buah Kapasitas 1,100 A.jam/kg Laju konsumsi 7,92 kg/A-tahun Potensial Open circuit = -

1,70 1,75 volt vs Cu/CuSO4 Ref.

Closed Circuit = -1,65 volt vs

Cu/CuSO4 ref. Dimensi 90 x 95 x 650 mm

(D shape,bare) dia. 200 x 750

mm panjang (pre-packaged)

Komposisi Al=0.001%, Cu=0.002%,

Si=0.005%,Fe=0.003%, Ni=0.001% max, Mg=balans

Gambar 2. Magnesium anode 3.1. Pemilihan sistem proteksi Proses desain diawali dengan studi lapangan yang meliputi pengumpulan data untuk desain seperti: (1)data kontruksi tangki dan perpipaan, (2) spesifikasi material tangki dan manufaktur, (3) Spesifikasi coating, (4)Joint construction, (5) History of the tank foundation, (6) Maintenance history, (7)operation temperature, (8) Type of liquid stored, (9) electrical grounding, (10)water table and drainage information. Selain itu studi lapangan juga untuk menentukan tingkat korosi yang terjadi pada struktur dan kondisi korosivitas lingkungan, diantara data

USERRHighlight

Sutarsis Desain Sistem Proteksi Katodik Untuk Struktur Above Ground Storage Tanks Di Lingkungan Pantai

ISBN No. 978-979-18342-0-9 B-41

yang diukur adalah (1) Visual inspection, (2) Menentukan pH dan soil resistivity tanah2,3,4. Berdasarkan data-data yang didapatkan dari studi lapangan, maka sistem proteksi katodik yang dipilih adalah metoda anoda tumbal (sacrificial anode) dengan alasan pertimbangan utama adalah faktor keamanan saat operasi mengingat tangki digunakan untuk media penyimpang bahan yang pada umumnya mudah terbakar6,7. 3.2 Kalkulasi desain Anoda yang digunakan adalah Magnesium tipe high potensial alloy. Anoda dibungkus dengan backfill yang terdiri dari gypsum, betonite, dan sodium sulfate. Dari hasil perhitungan desain sebagaimana terangkum dalam tabel 3, Jumlah anoda yang dihitung berdasar kebutuhan berat perlu dihitung ulang berdasarkan kepasitas arus keluaran anoda dan hasilnya menunjukan bahwa desain ukuran anoda (termasuk backfill), berat dan jumlah anoda sudah tepat, yaitu secara teoritis anoda mempunyai kapasitas keluaran arus yang lebih besar dari kebutuhannya yaitu ; 2,249 ampere > 2,238 Ampere. Anoda direncanakan dipasang di sekeliling tanki pada jarak sekitar 3 meter dari keliling tanki8, sehingga konfigurasi anoda menyerupai cincin berdiameter (besarnya tergantung diameter tanki). Dari perhitungan didapatkan jarak pasang antar anoda sekitar 2.58 meter.

Gambar 3. Skema instalasi anoda2.3

TABEL 3 KALKULASI DESAIN Kalkulasi desain

MAGNESIUM ANODE TYPR

SATUAN 36 LBS

Soil resistivity (Ohm-cm) 5000 Rapat Arus Proteksi, Bare Steel

mA/m2 20

Asumsi Coating Breakdown

(%) 10

Safety factor/spare perhitungan

(%) 10

Total Luas area proteksi

1017,190 m2

Arus proteksi/tangki 2,238 A Usia Desain (Tahun) 20 Laju Konsumsi Anoda (Kg/A-Th) 7.92 Berat Anoda/Buah (kg) 14.5 Ukuran Anda + Backfill

Diameter (cm) 25 Panjang (cm) 75

Posisi Groundbed Groundbed resistance (Ohm) 15.755 Driving voltage (volt) 0.8 Kapasitas arus per-anoda

(Ampere) 0.0508

Kapasitas Arus total anoda

0,0441 (Ampere)

Jumlah minimal anoda yang diperlukan per-tangki

(buah) 51

Total berat anoda yang dibutuhkan

(kg) 393,85

4. Kesimpulan

Dari hasil desain dapat disimpulkan sebagai berikut:

1. Sistem proteksi yang dipilih adalah anoda tumbal dengan alasan utama adalah faktor keamanan saat operasi

2. Anoda yang dipilih adalah Magnesium tipe high potential alloy karena untuk resistivitas tanah yang cukup tinggi diperlukan driving voltage yang besar.

3. Untuk tiap tangki diperlukan 51 buah anoda dengan jarak anoda dengan tangki 3 meter dan jarak antar anoda 2.85 mater

5. Pustaka

1. Yan Ge, et.al, Combined coating and sacrifial anode protection for underground steel pipe, Indocor Journal, Indonesia, 2008

Sutarsis

ISBN No. 978-979-18342-0-9

B-42

2. National Association of Corrosion Engineers (NACE) Standard RP 0193-93, item No. 21061 External Cathodic Protection of on Grade Metallic Storage Tank Bottom.

3. National Association of Corrosion Engineers (NACE) Standard RP0193-2001, item No.21061 Recommended pratice control of External Cathodic Protection of On-Grade Carbon Steel Storage Tank Bottom.

4. National Association of Corrosion Engineers (NACE) standard RP-0572-2001, item No. 21007 Design, Installation, operation, and maintanance of Impressed current deep Groundbeds.

5. National Association of Corrosion Engineers (NACE) Standard RP 0177-95 Item No. 21021 Standard Recommended Practice, Mitigation of Alternating Current and Ligthting Effect on Metallic Structures and Corrosion Control Systems.

6. API : RP-651 3rd Edition January 2007 Cathodic Protection of Above Ground Petroleum Storage Tank.

7. API RP- 652 dan API RP-653 8. British Standard Institution BSI 7361

: Part I 1992 Code of Practice for Land and Marine application (Formerly CP : 1021).