failure analysis

5/12/2018 Failure Analysis. - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/failure-analysis-55a4d14100dcf 1/7

UJIAN AKHIR SEMESTER

STUDI KASUS – ANALISA KEGAGALAN“Analisa Kegagalan Komponen Pompa Pada Eksplorasi

Minyak di Natuna”

Rhidiyan Waroko

0806331935

Departemen Teknik Metalurgi dan Material

Fakultas Teknik Universitas Indonesia

2011



Universitas Indonesia

ANALISA KEGAGALAN MATERIAL

KEGAGALAN PADA KOMPONEN POMPA EKSPLORASI MINYAK DI LAUT NATUNA

I. Latar Belakang

Sebuah komponen pompa pada eksplorasi minyak di laut natuna mengalami kegagalan.

Kerja pompa tersebut adalah menghisap fluida searah dari sisi bawah ke kanan pompa.

Material pada komponen pompa ini diklasifikasikan sebagai material besi tuang 16K-150.

Sistem pembukaan katup secara normal, yaitu menggunakan ulir yang diputar secara

normal. Komponen bagian luar di-coating. Komponen yang memiliki maksimum stress

16 Kg/cm2, mengalami kegagalan ketika tekanan yang terukur 5 Kg/cm

2, jauh dibawah

tekanan maksimum. Pengamatan lebih lanjut dilakukan untuk mencari kesimpulan

penyebab utama kegagalan komponen tersebut.

Gambar 1. Komponen pompa yang rusak pada bagian kanan bawah.

II. Tujuan dan Ruang Lingkup Investigasi

Mencari penyebab gagalnya komponen tersebut secara prematur, sehingga dapatmemberikan saran untuk mengurangi resiko terjadinya kegagalan yang sejenis. Ruang

lingkup dari penyelidikan ini adalah

.

a. Pengamatan Makroskopik dan mikroskopik

Dengan menggunakan mata telanjang untuk skala makroskopis dan dengan

menggunakan mikroskop untuk skala mikroskopis.. Pengamatan ini penting

dilakukan untuk mengetahui struktur permukaan yang terbentuk. Pengamatan

dengan menggunakan etsa untuk mengetahui fasa yang ada di dalam komponen

material. Pada pengamatan mikroskopis, material dipreparasi dengan cara dipotong

untuk bagian penampang patahan dan permukaan dalam material.




b. Pengujian Kekerasan

Untuk mengetahui kekerasan material komponen dengan menggunakan brinell test.

Nilai ini dapat digunakan untuk mengetahui layak tidaknya material tersebut

digunakan untuk aplikasi tegangan maksimum 16Kg/cm2. Selain itu, nilai kekerasan

juga dapat membandingkan nilai kekerasan yang didapat dengan kekersan unsure

Feo dan FeCl2 sebagai bukti adanya pembentukkan unsure tersebut (menggunakan

Vickers)

c. Pengujian komposisi produk korosi

Dengan kekerasan yang cukup tinggi, dan struktur yang kristalin (Besi II klorida).

Dengan menggunakan metode EDX dan EOS pada base valve body, pengujian

komposisi dilakukan pada daerah korosi besi oksida dan korosi besi klorida.

d. Pengujian XRD

Untuk membuktikab adanya FeCl2 yang terbentuk sebagai hasil samping korosi yangmembentuk lapisan hitam pada permukaan dalam material.

III. Pengamatan dan Pembahasan

Material yang digunakan pada komponen tersebut adalah material cast iron tipe 16K-

150. Komposisi dari tipe ini ditampilkan pada tabel 1.

Tabel 1. Komposisi material

Dari data komposisi diatas, terlihat komposisi karbon yang cukup tinggi, yaitu 2.9%. Pada

data tersebut, komposisi silikon sebesar 1.98%. Komposisi ini terlalu rendah

dibandingkan standar material untuk besi tuang yang sebesar 3-5%. Rendahnya kadar

silikon ini akan menurunkan ketahanan korosi besi tuang. Selain itu, kurangnya

komposisi silikon menurunkan kekuatan material.

Dari pengamatan visual, pada gambar 2, terlihat adanya coating breakdown pada bagian

luar permukaan komponen. Coating breakdown tersebut mengakibatkan adanya

serangan korosi pada permukaan material. Korosi tersebut diakibatkan oleh interaksi air

laut dengan permukaan komponen yang terekspos akibat coating breakdown tersebut.

Pada uji visual lainnya, pada gambar 3 terlihat rambatan retak melalui bagian fillet pada

komponen pompa. Menurut teori, daerah yang memiliki sudut yang lebih tajam, atau

melengkung akan memiliki tegangan sisa yang lebih tinggi dari pada bagian dengan

desain datar. Tegangan sisa ini akan menyebabkan korosi lebih mudah terjadi, sebab

sifat elemen yang cenderung untuk berada pada kondisi dengan energi yang lebih

rendah. Pada data visual ini, retakan awal merambat dari kedua fillet tersebut dan

menjalar ke bagian komponen lainnya hingga membentuk patahan.




Gambar 2. Adanya coating breakdown yang menjadi daerah terkorosi (berwarna coklat).

Gambar 3. Rambatan retak yang melalui bagian fillet pada komponen.

Pada gambar 4, yang menunjukkan gambar penampang patahan komponen

menjelaskan jenis patahan terjadi adalah patahan getas. Hal tersebut terlihat dari tidak

adanya deformasi plastis. Jenis patahan ini sesuai dengan propertis material besi tuang

yang getas. Pada bagian permukaan sebelah dalam, ada bagian yang berwarna hitam

dengan ketebalan tertentu, berbeda dengan bagian lainnya yang berwarna coklat.

Menurut analisis, bagian yang berwarna hitam tersebut adalah bentuk rust FeCl2.

Berdasarkan literartur, struktur FeCl2 adalah kristalin dan memiliki kepadatan yang tinggi.

Pada gambar tersebut, bagian yang hitam terlihat lebig padat dari bagian yang hitam,

sehingga memberi bukti kuat bahwa lapisan hitam yang terbentuk tersebut adalah FeCl2.

Adanya scale dari FeCl2 membuktikan adanya reaksi korosi. Reaksi korosi tersebut

adalah reaksi korosi yang terjadi akibat kontak air laut dengan komponen.

Rambatan

retak pada

daerah fillet




Reaksi tersebut akibat terbentuknya sel elektrokimia. Elemen H2O menjadi katoda dan

material komponen, yang terdiri dari Fe sebagai anoda. Reaksi pada anoda dan katoda

adalah sebagai berikut:

2H2O + 2e H2 + 2(OH)

Fe 2e- + Fe2+

Ditambah dengan reaksi dengan lingkungannya, maka terjadi reaksi sebagai berikut:

Fe2+ + 2Cl- FeCl2

Ferrous Chlorida merupakan mineral asam yang korosif. Jika terekspos dengan oksigen

akan membentuk ferric chloride dan ferric oxide.

Gambar 4. Profil muka patahan material komponen

Pada pengamatan dengan skala mikro, terlihat hasil etsa dari komponen tersebut,

seperti pada gambar 5. Dari hasil etsa tersebut, terlihat adanya fasa pearlit (gelap) dan

fasa ferrite (terang). Dari hasil pengamatan tersebut, dapat diketahui fabrikasi dari

material komponen tersebut. Material tersebut di quench dengan kecepatan yang

moderat, sehingga dapat menghasilkan fasa ferrite dan pearlite. Dengan paduan fasa

tersebut, maka dapat meningkatkan keuletan dari material, tetapi menurunkan

kekuatan dan kekerasan material, tetapi material tersebut tetap memiliki tingkat

kegetasan yang lebih tinggi. Pada gambar tersebut terlihat, bagian permukaan pinggir

memiliki warna terang, yang menyatakan pearlite.

Pada perbesaran yang lebih tinggi lagi, terlihat struktur mikro, seperti terlihat pada

gambar 6. Pada gambar tersebut terlihat ada struktur seperti cacing yang merupakan

graphit bebas dengan matriks pearlite dan ferrite. Graphit bersifat lebih nobel

dibandingkan dengan ‘matriksnya sehingga kemungkinan terjadi graphitisasi.

Mengakibatkan korosi yang uniform pada permukaan. Korosi ini membentuk suatulubang dan melepaskan material, sehingga material komponen tersebut tergerus.

Rust dari

FeCl2 yang

berwarna

hitam




Karena material ini tergerus, selain diakibatkan oleh korosi juga oleh aliran fluida.

Ketebalan dinding akan semakin kecil, sehingga menurunkan kemampuan pembebanan

maksimum. Alasan ini yang menyebabkan komponen material gagal di bawah tekanan

maksimum.

Gambar 5. Etsa dari material komponen. Bagian terang adalah ferrite dan bagian hitam

adalah fasa pearlite.

Gambar 6. Mikrostruktur material komponen.

IV. Kesimpulan

Fenomena graphitization menjadi penyebab utama penyebab terjadinya korosi yang

memang benar-benar terjadi secara merata pada komponen badan katup, yang

dibuktikan dengan pengamatan visual mikro dan makro yang menunjukan adanya

produk korosi FeO (karat coklat) pada bagian body katup dan FeCl2 pada bagian inner

body katup yang merupakan produk korosi lanjutan dari FeO yang teroksidasi lanjut oleh

O2 dan adanya pengaruh ion CI-.




V. Saran

1. Menggunakan material dengan komposisi silicon yang berada dalam range 3-5%

supaya memenuhi spesifikasion untuk material besi tuang yang digunakan sebagai

pompa air laut. 2. Proses perawatan berkala dengan melakukan drainase, untuk mencegah adanya

genangan air laut dalam katup. 3. Pada saat aplikasi diharapkan memang katup terbuka setiap saat, jadi air laut

mengalir setiap saat. Pada keadaan katup yang selalu terbuka, pembebanan yang

terjadi hanya pembebanan statis, sehingga penjalaran crack yang telah terinisiasi

pada lekukan fillet tidak merambat, sehingga catasthropic bisa dihindari untuk

beberapa saat. 4. Gunakan inhibitor untuk mencegah korosi lanjutan FeO yang dioksidasi oleh O2 dan

ion Cl-

, seperti inhibitor NaSO3 untuk mencegah kontak antara inner valve bodydengan oksigen yang terlarut dalam air laut (mekanisme oxygen scavenger).

Referensi :

1. JIS code for Valve Body Grey Cast Iron

2. Schumacer, M. Handbook of corrosion seawater.1979.Noyes Data Corporation. USA

3. http : www.oldmarineengine.com

4. http : www.corrosion-doctors.org

failure analysis

Documents