Korosi pada pipa di bawah laut

Pada pipa bawah laut, korosi dapat terjadi dalam berbagai bentuk, yaitu galvanic

corrosion, pitting, cavitation, stress corrosion cracking, hydrogen embrittlement, corrosion

fatigue, dan lain-lain. Fenomena korosi pada aliran multifasa (gas, minyak, dan air) sangat

kompleks, mencakup sifat kimia fluida, metalurgi material pipa, dan hidrolika aliran multifasa.

Pada proses pemurnian logam, logam menyerap energi ekstra dalam jumlah signifikan. Karena

energi ekstra ini, logam tidak stabil pada lingkungan cair (aqueous).

Unsur – Unsur di air laut

Air laut adalah air murni yang di dalamnya terlarut berbagai zat padat dan gas. Suatu contoh air

laut sebesar 1000 g berisi kurang lebih 35 g senyawa-senyawa terlarut yang secara kolektif

disebut garam. Dengan kata lain, 96,5% air laut berupa air murni dan 3,5% zat terlarut.

Banyaknya zat yang terlarut disebut salinitas. Zat-zat terlarut meliputi garam-garam anorganik,

senyawa-senyawa organik yang berasal dari organisme hidup, dan gas-gas terlarut. Fraksi

terbesar dari bahan terlarut terdiri dari garam-garam anorganik yang berwujud ion-ion. Enam ion

anorganik membentuk 99,28% berat dari bahan anorganik padat. Air laut adalah suatu zat pelarut

yang bersifat sangat berdaya guna, yang mampu melarutkan zat-zat lain dalam jumlah yang lebih

besar dari pada zat cair lainnya.

Proses korosi dan Laju korosi di air laut

Proses korosi dalam air laut berlangsung karena adanya unsur-unsur kimia, oksigen yang larut

dan pengaruh bakteri. Korosi logam pada air laut nrengikuti mekanisme pada elektrokimia

dimana pada logam yang mengalami korosi terdapat tempat-tempat berupa anoda dan katoda.

Plat baja karbon dalam air laut mengalami laju korosi antara 0,1 sampai 0,15 mm pertahun,

namun jika serangannya berupa sumuran, penetrasi yang terjadi jauh lebih dalam1

Korosi yang melibatkan air disebut korosi basah (wet corrosion). Terdapat empat elemen

dasar dalam proses korosi, yaitu :

anoda

katoda

elektrolit

conducting circuit

Gambar di bawah menunjukkan proses korosi.

Gambar skema proses korosi

Ketika logam (misalnya besi) diletakkan dalam fluida, terkait perbedaan potensi di antara

logam yang berbeda, sejumlah permukaan logam lebih mudah terkorosi dibandingkan dengan

yang lainnya. Bagian logam yang mudah terkorosi disebut anoda, terlarut ke dalam fluida.

Reaksi yang terjadi pada korosi besi adalah :

Fe --> Fe+2 + 2e

Atom besi melepas 2 elektron, dan berubah menjadi ion besi. Elektron ini berjalan ke area lain di

permukaan besi, yang disebut katoda, di mana elektron dikonsumsi oleh ion dalam elektrolit.

Jika elektrolitnya adalah air, reaksi yang terjadi adalah :

2 H+ + 2e --> H2(g)

Ion hidrogen menangkap elektron dan berubah menjadi gas hidrogen.

Untuk melengkapi electric circuit, diperlukan larutan untuk menghantarkan arus dari anoda ke

katoda. Larutan itu disebut elektrolit. Air dengan padatan terlarut merupakan elektrolit yang

baik. Dibutuhkan juga jalur (path) untuk menghantarkan arus dari katoda ke anoda. Logam

menyediakan jalur dan menyempurnakan electric circuit. Oleh karena itu, anoda, katoda,

elektrolit, dan konduktor elektron merupakan elemen utama pada korosi logam.

Lingkungan pipa bawah laut merupakan lingkungan yang kondusif bagi berlangsungnya

proses korosi. Logam pada pipa berfungsi sebagai anoda, katoda, dan konduktor yang

menghubungkan keduanya. Air berfungsi sebagai elektrolit yang melengkapi sirkuit elektron.

Pipa terdiri dari logam-logam dengan kecenderungan terkorosi yang berbeda-beda. Bagian yang

kecenderungan terkorosinya lebih tinggi menjadi anoda, sedangkan yang lebih rendah menjadi

katoda.

Jumlah gas yang terlarut dalam air mempengaruhi korosi. Air yang tidak mengandung

gas-terlarut tidak menyebabkan masalah korosi. Sebaliknya, jika gas seperti oksigen, karbon

dioksida, dan hidrogen sulfida terlarut dalam air, air menjadi sangat korosif. Reaksi korosi yang

melibatkan ketiga gas tersebut disajikan sebagai berikut :

Karbon dioksida

Anoda : Fe --> Fe+2 + 2e

Katoda : CO2 + H2O --> H+ + HCO3- à 2H+ + CO3

-2

Reaksi keseluruhan : Fe+2 + CO3-2 --> FeCO3

Oksigen

Anoda : Fe --> Fe+2 + 2e

Katoda : O2 + 2 H2O --> 4 OH-

Reaksi keseluruhan : 4Fe+2 + 2 H2O + 3 O2 --> 4 Fe(OH)3 --> Fe2O3 + 3 H2O

Hidrogen sulfida

Anoda : Fe --> Fe+2 + 2e

Katoda : H2S + H2O --> H+ + HS- + H2O --> 2 H+ + S-2 + OH-

Reaksi keseluruhan : Fe+2 + S-2 --> FeS

Dari pembahasan di atas, jelas bahwa terdapat beberapa parameter yang dapat mengontrol reaksi

korosi, yaitu reaksi di katoda dan anoda, laju elektron dari anoda ke katoda, dan konduktivitas

elektrolit. Jika reaksi di anoda dan katoda dapat direduksi, misalnya dengan penggunaan

corrosion inhibitor untuk memperlambat perpindahan ion dalam elektrolit, laju korosi dapat

diperlmbat. Jika gas terlarut (oksigen, karbon dioksida, atau hidrogen sulfida) disisihkan, laju

korosi dapat dikurangi. Konduktivitas elektrolit dapat direduksi dengan penambahan bahan

kimia untk meningkatkan pH elektrolit.

Pengendalian korosi

Terdapat beberapa metode yang dapat digunakan dalam mengendalikan korosi khususnya pada

struktur pipa bawah laut yaitu:

1. Pemilihan Material Pipa

Saat ini, telah ditemukan berbagai bahan logam yang bisa dimanfaatkan untuk segala bentuk

kegiatan industri di dunia ini. Namun, sayangnya dari sekian banyak logam yang telah

ditemukan itu, bisa dikatakan bahwa tak banyak dari logam-logam yang telah ditemukan tersebut

yang tahan terhadap jenis-jenis korosi. Salah satu upaya pencegahan korosi untuk efisiensi

operasi dan pemeliharaan adalah dengan menggunakan logam-logam yang tahan terhadap

beberapa jenis korosi tertentu yang secara potensial dikandung oleh suatu jenis proses

produksi/pengolahan.

2. Coating

Pada stuktur pipa bawah laut, lapisan pelindung (coating) merupakan penghalang pertama dalam

menahan korosi. Pelapisan pelindung pada pipa bawah laut ini dimaksudkan untuk melindungi

dan melapisi pipa dari lingkungannya agar secara fisik dapat efektif memisahkan baja dari

lingkungannya yang berpotensi menimbulkan korosi. Pelapisan (coating) ini dapat berupa

pelapisan dengan logam lain yang sifatnya lebih anodik.

3. Pemakaian Inhibitor

Inhibitor korosi merupakan zat organik dan anorganik yang bila ditambahkan ke dalam

lingkungan yang korosif akan menghambat atau menurunkan laju korosi. Inhibitor korosi

digunakan untuk melindungi pipa dari serangan korosi akibat aliran fluida. Umumnya inhibitor

korosi ini berasal dari senyawa-senyawa organik dan anorganik yang mengandung gugus-gugus

yang memiliki pasangan elektron bebas, seperti nitrit, kromat, fosfat. Pemakaian inhibitor pada

pipa bawah laut biasanya digunakan untuk menangani permasalahan korosi internal pada pipa.

Korosi internal yang diakibatkan oleh aliran fluida yang memiliki fasa jamak yang terdiri dari air

dan kontaminannya seperti O2, H2S, CO2 akan menyebabkan terjadinya korosi pada internal

pipa. untuk menghambat laju korosi pada internal pipa terjadi dengan cepat, diperlukan

pengendalian terhadap korosi tersebut salah satunya dengan pemakaian inhibitor melalui

teknologi pigging.

4. Cathodic Protection

Cathodic protection merupakan suatu metode perlidungan terhadap suatu logam dari serangan

korosi. Jika terjadi korosi, perlindungan katodik dapat digunakan untuk menghentikan proses

korosi tersebut. Meskipun demikian, perlindungan katodik hanya dapat mengentikan proses

korosi tetapi tidak dapat mengembalikan material yang telah terkorosi sebelumnya. Pada

dasarnya korosi merupakan proses elektrokimia dimana reaksi elektrokimia terjadi lewat

pertukaran elektron. Sistem anti korosi pada perlindungan katodik menghalangi terjadinya reaksi

korosi yang muncul dengan cara mencegah terjadinya pertukaran elektron.

Pipa di bawah tanah

Salah satu penggunaan logam sebagai bahan dasar adalah pembuatan saluran dari pipa.

Dalam aplikasi pada umumnya, saluran pipa dapat dipasang di bawah tanah atau sekitar

permukaan tanah, maka kemungkinan untuk terjadinya kerusakan adalah sangat besar sehingga

perlu diketahui beberapa hal yang berpengaruh terhadap pipa, terutama lingkungan dimana pipa

tersebut terpasang . Karena apabila kerusakan akibat korosi ini dibiarkan berlarut - larut maka

akan terjadi kerusakan dan kebocoran yang akan menyebabkan turunnya efesiensi suplay air

yang melewati pipa tersebut.

Proses korosi dalam tanah

Meskipun tanah sebagai lingkungan yang korosif namun merupakan pula lingkungan

yang lebih kompleks dari lingkungan lainnya. Sehubungan dengan itu maka sangat

memungkinkan buat kita membuat beberapa hal umum yang berhubungan dengan korosi tanah .

Korosi dalam tanah adalah suatu variabel yang dapat bervariasi dari yang cepat sampai yang

dapat diabaikan, ini dapat dilihat oleh kenyataan yang terjadi pada pipa–pipa yang terpasang

dalam tanah.

Korosi dalam tanah adalah proses elektrolisa dan mekanismenya adalah elektrokimia,

tetapi kondisi dalam tanah dapat bervariasi dari permukaan sampai terbenam seluruhnya.

Kondisi–kondisi yang mempengaruhi antara lain kepadatan tanah serta uap air di dalam tanah

dengan kondisi kering, uap air sebagian besar disimpan dalam pori - pori tanah. Dalam hal ini

kelembaban tanah adalah penting, sehingga tanah kering dan berpasir secara umum akan kurang

korosif dari pada tanah liat dan basah.

Kenyataan korosi pada tanah akan tergantung dari interaksi antara curah hujan, iklim dan

reaksi – reaksi dalam tanah. Tanah itu heterogen sehingga variasi dalam komposisi tanah atau

teksturnya dapat terjadi dalam lingkungan yang berbeda untuk permukaan logam yang sama. Hal

ini akan menambah potensi elektris metal antara permukaan bagian dalam tanah .sehingga akan

mengakibatkan terbentuknya daerah katodik atau daerah anodik utama serta lintasan yang dilalui

logam tanah.

Perbedaan konsentrasi Oksigen atau perbedaan keasaman/konsentrasi garam dapat

membantu dalam mempercepat kenaikan sel–sel korosi. Jarak pisah antara daerah katodik

dengan daerah anodik dapat berkisar dari yang sangat kecil sampai yang bermil–mil ( korosi

lintasan panjang

Penyebaran dan sirkulasi Oksigen

Kulit tanah dapat terdiri dari air dan udara atmosfir ,dengan demikia lokasi tanah

berhubungan langsung terhadap seluruh persen permukaan tanah dan terhadap kondisi air.

Permukaan tanah yang baik dalam hubunganya dengan tanah liat lebih menutup partikel dan

mempunyai sedikit kapasitas kulit tanah untuk difusi gas dari pada jenis tanah yang terbuka

seperti pasir.

Kadar oksigen pada tekana atmosfir tanah adalah hal yang penting dalam korosi .pada umunya

gas yang diasumsikan bahwa pada lapisan paling atas adalah sama dengan kondisi pada lapisan

bawah kecuali untuk kadar CO2 yang tinggi dari data menunjukkan bahwa kadar O2 (Oksigen)

penting bagi teknik korosi

Unsur dalam tanah

Unsur – unsur yang terpenting dalam kimia tanah pada dasarnya terbagi atas dua

bagian ,yaitu unsur makro dan unsur mikro . Unsur–unsur makro adalah antara lain

Nitrogen ,Fosfor ( P ) , Kalium (K), Kalsium (Ca) ,Magnesium (Mg), Belerang (S ). Sedangkan

unsur–unsur mikro antara lain adalah Besi (Fe), Mangan (Mn) ,Tembaga (Cu) ,Seng (Zn) ,

Borium ( B ) ,Molibdenum ( Mo ) dan Chlor ( Cl ).

Ada dua macam sumber unsur dalam tanah yaitu pertama: Unsur yang terjerap dalam

permukaan koloid dan kedua garam yang terdapat dalam larutan tanah . Dalam kedua hal itu

unsur terdapat dalam bentuk ion seperti K + ,Ca +2 ,Cl- dan SO4-2. ion yang bermuatan positif

diserap oleh koloid ,sedangkan ion negatif dan sebagian kecil dari kation berada dalam larutan

tanah.

Pipa Baja Karbon

pipa jenis galvanis iron pipe ( GIP ) merupakan baja karbon menengah dan berstruktur

mikro ferit, baja ini dalam lingkungan asam tidak tahan dan mudah retak ( keropos). Penerapan

baja dalam lingkungan asam ketahanan korosinya sangat buruk Fontana ( 1986), hanya bisa

diterapkan bila permintaan ekonomi menghendaki demikian, tetapi penggantian menjadi sering.

Bahan yang sesuai dengan lingkungan asam adalah paduan yang diperkaya dengan silikon ( 14%

atau lebih ) dengan harga yang lebih mahal dibanding dengan baja. Hasil pemeriksaan struktur

mikro pipa di laboratorium ,maka komposisi kimia untuk baja galvanis yang berkelas light 0,06 –

0,18 % Carbon, 0,27 – 0,63 % Mangan, 0,048% Posfor dan 0,058 % Belerang

Proses Korosi merupakan kebalikan dari proses metalurgi, dan produk korosi pada baja antara

lain[12]:

2Fe + 2H2O + O2 ~> 2Fe(OH)2

2Fe(OH)2 + H2O + O2 ~> 2Fe(OH)3

Jenis Korosi

Kebanyakan pipa pada jalur pipa underground menggunakan materialyang terbuat dari baja

karbon berdasarkan spesifikasi American PetrouleumInstitute API 5L dimana komposisinya

terdiri dari karbon, magnesium, mangan,fosfor, sulfur dan besi. Paduan yang ditambahkan ini

terkadang tidak cukup kuatmenahan korosi yang terjadi sehingga pipa tersebut akan mengalami

berbagai

korosi dilingkungan tanah, seperti general corrosion, pitting corrosion, dan stresscorrosion

cracking (SCC).[ASM 13: Corrosion]

Stress Corrosion Cracking (SCC)

Stress corrosion cracking (SCC) didefinisikan sebagai retak pada materialakibat kombinasi

antara korosi dan kekuatan tarik yang rendah pada materialakibat tegangan sisa pada saat proses

fabrikasi. Ada dua jenis SCC eksternal padajalur pipa underground, yaitu; SCC pada pH tinggi

(SCC klasik), dan juga near-netral–pH SCC ( SCC pada pH rendah ). Karakteristik kedua jenis

SCC tersebutmerupakan perkembangan dari kumpulan retak permukaan pada pipa yangmenyatu

membentuk cacat yang panjang. Pada beberapa kasus, pertumbuhan danpenggabungan retak

pada SCC ini bisa menyebabkan kebocoran pada jalur pipa.SCC pada pH tinggi biasanya

berbentuk intergranular, dimana retak merambat diantara dua butir pada logam. Sedangkan untuk

SCC pada pH rendah, retakbiasanya merambat memotong batas butir.SCC

biasanya terjadinya melalui 4 tahapan proses. Pada taha pertama,kondisi yang menyebabkan

inisiasi retak SCC terjadi pada permukaan pipa.Rusaknya lapisan coating serta adanya elektrolit

pada permukaan pipa,merupakan kondisi yang memicu terjadinya inisiasi retak. Pada tahap dua,

retakmulai berinisiasi, tumbuh, dan merambat. Pada tahap tiga, retak tersebut mulaimenyatu.

Dan akhirnya pada tahap empat, terjadi penyatuan retak dalam skala besar dan terjadilah

kegagalan pada pipa. Untuk terjadinya proses SCC, ada tiga kondisi yang harus dipenuhi,yaitu:

lingkungan yang berpotensi untuk terjadinya SCC pada permukaan pipa,material pipa yang

rentan mengalami SCC, dan nilai tegangan tarik (tensile stress)yang memungkinan terjadinya

SCC.