Tugas Makalah Korosi Pada Boiler

Disusun oleh :Nama : Siti NurcahyatiNo. pokok : 2014710450007

Teknik kimiaUniversitas Jayabaya2015

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena dengan rahmat, karunia, serta taufik dan hidayah-Nya kami dapat menyelesaikan makalah tentang korosi pada Boiler Sebagai Barang Berguna ini dengan baik meskipun banyak kekurangan didalamnya. Dan juga kami berterima kasih pada Ibu Drs. Lubena selaku Dosen mata kuliah Bahan Korosi Teknik Kimia di Universitas Jayabaya yang telah memberikan tugas ini kepada kami. Kami sangat berharap makalah ini dapat berguna dalam rangka menambah wawasan serta pengetahuan kita mengenai dampak yang ditimbulkan dari sampah, dan juga bagaimana membuat sampah menjadi barang yang berguna. Kami juga menyadari sepenuhnya bahwa di dalam makalah ini terdapat kekurangan dan jauh dari kata sempurna. Oleh sebab itu, kami berharap adanya kritik, saran dan usulan demi perbaikan makalah yang telah kami buat di masa yang akan datang, mengingat tidak ada sesuatu yang sempurna tanpa saran yang membangun. Semoga makalah sederhana ini dapat dipahami bagi siapapun yang membacanya. Sekiranya laporan yang telah disusun ini dapat berguna bagi kami sendiri maupun orang yang membacanya. Sebelumnya kami mohon maaf apabila terdapat kesalahan kata-kata yang kurang berkenan dan kami memohon kritik dan saran yang membangun demi perbaikan di masa depan.

Jakarta, Maret 2015

Penyusun

KOROSI PADA BOILERKorosi menjadi salah satu masalah yang sangat lazim terjadi pada boiler. Bahkan dapat dikatakan bahwa, tidak ada boiler yang tidak mengalami korosi. Karena boiler menggunakan media kerja air yang jika tidak diperhatikan, akan sangat mudah mengkorosi pipa-pipa boiler. Air murni yang hanya tersusun oleh molekul H2O dan tanpa ada zat lain yang terlarut di dalamnya, bersifat tidak korosif. Zat-zat lain yang terlarut di dalam air lah yang menjadi salah satu pemicu air memiliki sifat yang korosif. Oksigen menjadi salah satu gas yang mudah larut di dalam air dan menjadi penyebab utama terjadinya korosi pada pipa-pipa boiler.Temperatur air juga menjadi salah satu faktor pendukung terjadinya korosi. Seperti yang kita ketahui bersama bahwa air di dalam boiler akan mencapai temperatur yang sangat tinggi sesuai dengan jenis boiler yang digunakan. Air yang berada pada temperatur tinggi akan memiliki sifat-sifat yang sangat berbeda dengan air pada temperatur ruang. Pada temperatur di atas temperatur kritisnya, air akan menjadi lebih mudah melarutkan berbagai macam zat yang bahkan sebelumnya tidak mudah larut. Hal ini diakibatkan karena pada temperatur tersebut air lebih mudah terionisasi dan pecah membentuk ion-ion H3O+ dan OH-. Faktor inilah yang semakin mendorong terjadinya korosi pada pipa-pipa boiler.Proses Terjadinya KorosiKorosi pada pipa-pipa boiler melibatkan atom Fe yang mengalami kontak dengan air sehingga teroksidasi membentuk kation Fe2+ dengan jalan melepaskan dua elektronnya. Elektron-elektron tersebut selanjutnya akan mereduksi atom oksigen dan bereaksi dengan air membentuk ion hidroksida. Fe Fe2+ + 2e- O2 + 2H2O + 4e- 4OH-Selanjutnya ion Fe2+ bereaksi dengan ion OH- membentuk ferro hidroksida. Fe2+ + 2OH- Fe(OH)2Pada kondisi kekurangan oksigen, atau biasa disebut dengan anaerobik, ferro hidroksida dapat teroksidasi lebih lanjut untuk membentuk lapisan magnetit yang justru bermanfaat bagi boiler untuk mencegah korosi yang lebih parah. 3Fe(OH)2 Fe3O4 + H2 + H2O

A. Bentuk-bentuk korosi yang terjadi pada boiler:1.Penipisan PipaKorosi pertama pada boiler biasa terjadi pada pipa yang alirannya mengalami semacam tabrakan atau turbulen, seperti pada lekukan pipa. Kondisi ini menyebabkan molekul-molekul Fe hanya teroksidasi hingga membentuk Fe2+ dan tidak lebih lanjut membentuk Fe3+ yang berfungsi untuk membentuk magnetit. Karena tidak terbentuk lapisan magnetit, maka korosi akan lebih dalam mengikis pipa boiler. Pengikisanpun terus berlanjut didukung dengan aliran fluida di dalam pipa yang turbulen, sehingga ketebalan pipa berangsur-angsur menipis akibat korosi jenis ini. Berikut adalah kondisi-kondisi yang memicu terjadinya korosi jenis ini:1. Aliran yang bertabrakan. 2. Nilai pH yang rendah3. Kandungan oksigen di dalam air terlalu tinggi4. Adanya zat kimia yang memudahkan besi untuk lebih mudah terlarutkanKorosi ini sangat berbahaya karena pada suatu saat pipa yang terkorosi dapat pecah dan meledak akibat tekanan fluida yang tinggi pada sisi pipa yang menipis. Untuk menghindarinya perlu dilakukan inspeksi menyeluruh pada setiap bagian pipa boiler. Jika ditemukan tanda-tanda penipisan pipa atau korosi, segera ganti bagian tersebut dengan pipa baru. 2.Oxygen Pitting

Korosi ini disebabkan oleh adanya kandungan oksigen yang berlebihan pada air boiler. Molekul oksigen akan terlokalisasi pada suatu titik tertentu dan mengoksidasi besi pipa pada titik tersebut. Hasil korosi yang ditimbulkan tidak tetap menempel pada area sebelumnya, akan tetapi molekul Fe(OH)2 akan terlarut ke dalam air dan meninggalkan jejak berupa lubang kecil (pitting) pada permukaan pipa. Jika kandungan oksigen terus berlebihan, maka akan semakin banyak lubang pitting yang ditimbulkan atau bahkan akan semakin memperdalam lubang yang sebelumnya sudah terbentuk.

Oxygen Pitting Pada Pipa BoilerOxygen pitting biasa terjadi pada boiler kecil yang tidak terdapat fasilitas deaerasi untuk menghilangkan udara terlarut di dalam air. Boiler yang dalam kondisi tidak sedang beroperasi dan pipa-pipanya terisi oleh udara bebas, kemungkinan terjadinya oxygen pitting juga cukup besar. 3. Chelant Corrosion

Chelant adalah salah satu jenis zat kimia yang umumnya berupa asam ethylenediaminetetraacetic dan asam nitrilotriacetic, yang berfungsi sebagai pengikat ion-ion kalsium, magnesium, dan besi agar tetap larut di dalam air boiler. Zat ini biasa digunakan pada sistem pengolahan air boiler untuk mencegah ion-ion mineral agar tidak mengendap dan membentuk kerak pada pipa boiler. Akan tetapi jika penggunaan chelant ini tidak terkontrol, maka ia akan justru mengkorosi pipa boiler itu sendiri karena sifatnya yang asam.

4.Corrosion Fatigue

Korosi jenis ini biasa terjadi pada boiler yang berukuran besar. Lebih spesifik lagi, korosi ini terjadi pada pipa-pipa boiler sisi waterwall yang menggantung tinggi. Area waterwall menjadi area transisi fluida air dari cair untuk menjadi uap, sehingga proses nucleate boilling yang terjadi pada permukaan sisi dalam pipa ditambah dengan adanya tegangan pada pipa akibat posisinya yang menggantung, mendorong terjadinya corrosion fatigue. Faktor lain yang akan mempercepat terjadinya korosi ini adalah kandungan oksigen terlarut di dalam air boiler yang terlalu tinggi, serta pH air yang terlalu rendah.

Formasi Corrosion Fatigue

5.Korosi Asam Fosfat.

Sodium fosfat menjadi salah satu zat kimia yang lazim disuntikan ke air boiler untuk mencegah menggumpalnya ion-ion mineral yang masih mungkin terkandung di dalam air boiler. Namun penggunaan sodium fosfat yang tidak terkontrol justru akan menimbulkan korosi pada pipa boiler, karena terbentuknya asam fosfat. Beberapa faktor yang lain mendukung terjadinya korosi ini yaitu terbentuknya kerak di dalam pipa, meningkatnya tekanan kerja boiler, serta rasio molar sodium fosfat yang kurang dari 2,8.

6.Under-deposit acid corrosion

Korosi jenis ini terjadi pada saat air boiler menjadi bersifat asam pada permukaan dalam pipa yang terbentuk kerak. Ion hidrogen yang terbentuk akan menembus kerak sehingga pada saat bertemu dengan permukaan pipa ia akan men-dekarbonasi pipa tersebut. Ion hidrogen mengikat karbon yang terkandung pada pipa dan membentuk metana. Di sisi lain secara perlahan atom-atom Fe pun akan teroksidasi.

Proses Korosi Asam dan Dekarbonasi(Sumber: B&W Steam, Its Generation And Use)7. Caustic Embrittlement

Material pipa boiler dapat berubah menjadi sangat rapuh akibat konsentrasi basa yang meningkat. Fenomena ini biasa terjadi pada boiler yang menggunakan sodium karbonat untuk mengontrol kandungan mineral-mineral magnesium dan kalsium di dalam air agar tidak mengendap. Pada saat air berubah fase menjadi uap, sodium karbonat tidak ikut menguap sehingga konsentrasinya di dalam air semakin banyak. Konsentrasi sodium karbonat yang terlalu tinggi akan menghidrolisis air sehingga terbentuk sodium hidroksida yang bersifat basa.Na2CO3 + H2 O 2NaOH + CO2Terbentuknya sodium hidroksida menyebabkan air bersifat basa. Air boiler yang telah bersifat basa tersebut dapat secara kapiler masuk ke sela-sela material pipa dan menimbulkan reaksi kimia antara sodium hidroksida dengan besi membentuk sodium ferit (Na2FeO4). Fenomena ini akan menyebabkan bagian-bagian pipa seperti lekukan, las-lasan, menjadi rapuh.

8.Galvanic Corrosion

Mineral-mineral yang terlarut di dalam air boiler dapat menimbulkan korosi galvanik. Korosi galvanik adalah korosi yang diakibatkan oleh adanya perbedaan potensial elektroda antar logam. Adanya perbedaan potensial tersebut menjadi gaya yang mendorong ion-ion anoda dan katoda untuk saling bertukar posisi. Mineral-mineral yang umum terlarut di dalam air adalah kalsium dan magnesium. Keduanya jika larut ke dalam air akan membentuk ion-ion positif. Ion-ion mineral ini karena perbedaan nilai potensial elektrode alaminya dengan besi pipa boiler, akan bekerja sebagai katoda. Sedangkan ion-ion Fe2+ akan bekerja sebagai anoda. Korosi terjadi pada saat atom-atom Fe larut ke dalam air, sedangkan ion-ion mineral mengendap ke permukaan pipa boiler.

B.Metode-metode untuk mencegah terjadinya korosi pada boiler:1. Menghilangkan Kandungan Udara Dalam Air.

Udara atmosfer mengandung sekitar 20% oksigen yang menjadi komponen penting terjadinya korosi. Udara bebas ini biasa berkontak langsung dengan pipa-pipa boiler yang tidak sedang beroperasi. Ditambah dengan kondisi udara yang lembab, korosi pun tidak mungkin dapat dihindari. Sehingga untuk menggantikan udara bebas yang mengisi pipa boiler saat ia tidak beroperasi, biasanya digunakan gas nitrogen atau udara yang telah diminimalisir kandungan air didalamnya dengan menggunakanair dryer.

Penggunaan Udara Kering Pada Boiler Yang Sedang Tidak Beroperasi(a) Pengering Udara (Air Dryer)(b) Udara Kering Dimasukkan Melalui PipaMain SteamPada boiler-boiler berukuran besar, penggunaan sebuah sistem untuk menghilangkan kandungan udara di dalam air adalah sebuah keharusan. Berikut adalah sistem tersebut:1.Deaerator Alat ini menjadi satu sistem yang saat ini selalu digunakan pada boiler-boiler besar, karena kepraktisan dan keawetannya. Secara mekanisdeaeratormembuang kandungan udara di dalam air boiler dengan jalan menyemprotkan uap air bertekanan rendah ke aliran air yang berada di dalam sebuah drum. Uap air panas akan melarutkan udara ke dalam uap tersebut dan membuangnya melalui saluranventing.

Deaerator2.De-activatorAlat ini menggunakan metodesacrificingatau pengorbanan, yakni dengan jalan mengalirkan air boiler ke dalam sebuah drum besar yang di dalamnya dilengkapi dengan jaring-jaring baja. Jaring-jaring baja inilah yang akan mengikat gas-gas terlarut sehingga ia akan mengkorosi jaring-jaring tersebut. Dengan cara ini diharapkan gas-gas yang memicu terjadinya korosi tidak akan menyerang pipa-pipa boiler, karena gas-gas tersebut telah mengkorosi jaring-jaring baja di dalamdeactivator. Namun sistem ini tidak handal, dan membutuhkan biaya yang besar karena jaring-jaring baja di dalam drum harus sering diganti.

Komponen-komponen Deaerator2. Menghilangkan Kandungan Oksigen Dalam AirPada boiler berukuran kecil, penggunaandeaeratortidak mungkin dilakukan. Metode paling tepat untuk menghindari terjadinya korosi pada boiler kecil, adalah dengan jalan menghilangkan kandungan oksigen di dalam air secara kimia. Kandungan oksigen di dalam air sebaiknya tidak lebih dari 7 ppb (part per billion). Berikut adalah beberapa zat kimia yang biasa digunakan untuk mengontroldissolve oxygendi dalam air boiler:1. Sodium Sulfit (Na2SO3) menjadi zat kimia penyerap oksigen yang paling umum digunakan Sodium sulfit ini akan bereaksi dengan oksigen membentuk sodium sulfat yang berwujud padatan.2 Na2SO3+ O2 2 Na2SO4

Secara teoritis, konsentrasi sodium sulfat di dalam air dijaga dengan jumlah 20 ppm (part per million).Namun sodium sulfit sangat tidak cocok digunakan pada boiler-boiler besar yang bekerja pada tekanan tinggi. Selain menghasilkan padatan sodium sulfat yang dapat menimbulkan endapan, ikatan sulfit dapat pecah jika mendapat tekanan kerja di atas 41 barabsmembentuk gas sulfur dioksida dan atau hidrogen sulfida yang justru bersifat sangat korosif.Na2SO3+ H2O SO2+ NaOH 4 Na2SO3+ 2 H2O H2S + 2 NaOH + 3 Na2SO42. Hydrazine(N2H4) lebih cocok digunakan pada boiler bertekanan kerja tinggi karena reaksinya dengan oksigen tidak menghasilkan endapan dan gas yang korosif. N2H4+ O2 2 H2O + N2Hydrazineharus dijaga pada konsentrasi 1 ppm di dalam air untuk memastikan konsentrasi oksigen dapat serendah mungkin. N2H4 2 NH3+ N2+ H2Kelemahan dari penggunaanhydrazineadalah sifatnya yang tidak sepenuhnya volatil (berevaporasi bersama uap air).Hydrazinejustru terdegradasi pada temperatur 205oC menjadi ammonia yang akan menguap bersama uap air dan bersama-sama oksigen mengkorosi komponen-komponen berbahan tembaga. Sehingga boiler bertekanan tinggi yang menggunakanhydrazineuntuk mengurangi konsentrasi oksigen hanya dapat menggunakannya pada saat inisiasi awal.3. Carbohydrazide(H6N4CO) dapat mengikat oksigen dan melarutkannya ke dalam uap air, tidak menghasilkan endapan, dan membantu membentuk lapisanmagnetitepada permukaan dalam pipa boiler yang berguna untuk mencegah korosi lebih besar pada boiler. H6N4CO + 2 O2 CO2+ 2 N2+ 3 H2O

Untuk melarutkan setiap bagian oksigen dibutuhkan 1,4 bagianCarbohydrazide. Namun perlu diingat bahwa karbondioksida sebagai hasil reaksiCarbohydrazidedengan oksigen, larut terhadap air kondensat. CO2terlarut membentuk asam karbonat yang bersifat korosif. Sehingga penggunaanCarbohydrazidetidak cocok digunakan pada boiler bersirkulasi tertutup. Selain ituCarbohydrazidebersifat racun bagi manusia, sehingga penggunaannya tidak cocok untuk industri makanan.4. Erythorbate(C6H7O6Na.H2O) adalah zat kimia pengikat oksigen selanjutnya yang tidak bersifat racun sehingga dapat digunakan pada industri makanan. Tidak menghasilkan endapan pada hasil reaksi, namun ia tidak dapat larut terhadap uap air keluaran boiler. Sehingga asamerythorbictidsk dapat mengontrol kandungan oksigen pada sisi kondensat. Secara teoritis dibutuhkan 11 bagianerythorbateuntuk melarutkan setiap bagian oksigen.5. Methylethylketoximeatau biasa disebut MEKO membantu mempasifasi pipa boiler agar tidak terkorosi. Ia bereaksi dengan air membentukmethyl ethyl ketone,nitrous oxide, dan air. 2 H3C(C=N-OH) CH2CH3+ O2 2 H3C (C=O) CH2CH2+ N2O + H2OUntuk melarutkan tiap bagian oksigen dibutuhkan 5,4 bagianmethylethylketoxime.6. Hydroquinonesangat efektif mengurangi kandungan oksigen di dalam air boiler hingga mencapai 1-2 ppb (part per billion). Ia bereaksi dengan oksigen membentukbenzoquinone. HO CH6OH +1/2O2 H2O + O = (double bond) CH6(db) = O

Dibutuhkan 6,9 bagianhydroquinoneuntuk melarutkan setiap bagian oksigen. Zat ini sangat reaktif dengan oksigen pada temperatur dan tekanan rendah, dapat larut pada tekanan tinggi, serta tidak menghasilkan ammonia seperti hydrazine sehingga aman untuk komponen-komponen berbahan tembaga.7. Diethylhydroxylamineatau dikenal dengan DEHA bereaksi dengan oksigen untuk membentukacetate, nitrogen, dan air. 4 (CH3CH2) 2 NOH + 9O2 8 CH3COOH + 2 N2+ 14 H2ODEHA sangat efektif mengikat oksigen, karena secara teoritis hanya dibutuhkan 1,24 bagian DEHA untuk mengikat satu bagian oksigen. Namun prakteknya, dianjurkan menggunakan 3 bagian DEHA untuk setiap bagian oksigenDiethylhydroxylaminememiliki kelebihan untuk dapat larut ke dalam uap air, serta lebih berperan dalam mempasifasi pipa boiler jika dibandingkan dengan sulfit,hydrazine, danerythorbate.

3. Menghilangkan Kandungan Mineral Dalam Air

Adanya mineral-mineral yang terlarut di dalam air selain menimbulkan endapan padat ia juga dapat memicu terjadinya korosi galvanik. Untuk menghilangkan kandungan mineral di dalam air ada beberapa metode:

Demineralisasi Menjadi satu metode yang paling banyak digunakan pada boiler-boiler besar pembangkit listrik tenaga uap. Cara ini sangat efektif karena dapat mengurangi mineral-mineral terlarut menjadi hampir hilang sama sekali. Air yang akan digunakan sebagai media kerja boiler mengalami beberapa tahapan proses seperti filtrasi,reverse osmosis, dan pertukaran ion. Tahapan demineralisasi yang berperan untuk menghilangkan kandungan mineral di dalam air adalah pertukaran ion (ion exchange). Di dalammixed bedterdapat resin yang mengandung gugusan aktif anion OH-dan kation H+. Pada saat pertukaran ion terjadi, zat-zat resin akan menangkap ion-ion mineral dalam air dan melepaskan gugusan aktif ion OH-dan H+ke dalam air. Keseimbangan yang terjadi akan mereaksikan OH-dan H+membentuk atom-atom H2O baru. Dalam jangka waktu tertentu, resin di dalammixed bedakan jenuh dan perlu dilakukan regenerasi.

Metode yang lebih sederhana adalah dengan menambahkan air kapur (Ca(OH)2) ke dalam air boiler. Penambahan air kapur akan menaikan nilai pH, mengubah CO2terlarut menjadi bikarbonat (HCO3-), dan terus berlanjut hingga menjadi karbonat (CO32-). Proses ini mengakibatkan mengendapnya kalsium carbonat karena jumlah ion karbonat terlarut yang semakin tinggi. Efek lain adalah ikut mengendap pula magnesium menjadi magnesium hidroksida.Efek samping dari penggunaan air kapur untuk mengurangi mineral terlarut adalah terbentuknya endapan padat. Sehingga jika penambahan air kapur ke dalam air boiler dilakukan pada saat boiler sedang beroperasi, maka endapan yang terbentuk justru akan membahayakan boiler karena dapat menyumbat pipa boiler. Oleh karena itu jika ingin menggunakan air kapur untuk mengurangi kandungan mineral di dalam air, disarankan agar dilakukan di luar sistem boiler.Pada boiler berkapasitas besar terdapat sebuah fasilitas untuk membuang sebagian air boiler yang mengandung kotoran-kotoran mineral. Saluran ini biasa dinamakanboiler continuous blow down. Saluran ini membuang sebagian kecil air yang berada di dalamsteam drum.Steam drumpada boiler menjadi tempat dipisahkannya air dengan uap air. Mineral-mineral yang terlarut di dalam air tidak akan ikut menguap atau terlarut ikut ke dalam uap air. Ia akan tertinggal di dalam air boiler. Dan jika jumlahnya sudah melebihi batas yang diijinkan, maka salurancontinuous blow downdapat dibuka untuk membuang kotoran-kotoran tersebut.

4. Mengontrol Nilai pH Air Boiler

Metode terakhir yang juga cukup penting untuk mencegah terjadinya korosi pada boiler adalah dengan menjaga nilai pH air boiler. Jika pH terlalu rendah, menandakan air bersifat asam yang juga sangat korosif. Jika pH terlalu tinggi, maka air bersifat basa dan dapat menimbulkanfoaming. Kondisi air basa juga dapat menimbulkan korosicaustic embrittlement.Menjaga pH air juga berfungsi untuk menjaga lapisanmagnetitepada permukaan pipa boiler.Magnetiteberfungsi sebagai lapisanfilmuntuk menghalangi terjadinya korosi lebih besar pada permukaan pipa boiler di balik lapisanmagnetiteini. Nilai pH yang paling baik untuk menjaga lapisanmagnetitedan mencegah terjadinya korosi adalah 8,5 9,5. Namun nilai ini dapat berbeda-beda antara boiler yang satu dengan yang lain, karena nilai pH yang tepat tergantung atas tekanan sistem boiler, jenis metal, jenis air, dan jenis perlakuan kimia terhadap air boiler.Air boiler cenderung mengalami penurunan nilai pH karena adanya mineral terlarut didalamnya. Mineral-mineral ini tidak dapat ikut menguap atau larut ke dalam uap air. Sehingga ia akan bereaksi dengan air membentuk asam dan menurunkan nilai pH. Ammonia menjadi zat kimia yang paling umum digunakan untuk menjaga pH air pada nilai terbaiknya. Hal ini dikarenakan ammonia yang bereaksi dengan air akan menghasilkan ion OH-. NH3+ H2O NH4++ OH-