ANALISA KERUSAKAN PIPA BOILER DALAM INDUSTRI MINYAK KELAPA

SAWIT

ANALYSIS OF DAMAGE BOILER PIPE IN PALM OIL INDUSTRY

Mohamad Fajar Ramadhan1, Abdillah Fahmi2, Suryana ST.,MSi3, Ir.Yuswono,ME4

Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, Cilegon

mohamadfajarramadhan@gmail.com Jalan Jenderal Sudirman Km 3, Banten 42435

ABSTRACT

In general, palm oil processing plants use the energy of the unit fuel boiler using palm kernel shells. Hot steam produced is used to drive the power plant turbines and heating process palm oil. There were two cases of damage at a different location factories. Boiler pipes at the plant palm oil in the combustion chamber of the boiler rupture and leak elsewhere. Whereas boiler unit has not operated in the long term, operated for approximately one year boiler pipe in the combustion chamber is damaged. Therefore we need an analysis of damage, the cause of the damage and its prevention advice. Results of the analysis indicated that the damage due to broken boiler tube damage due to corrosion attack side wall of fire. Pipes receive excessive temperatures above 400oC, corrosion attack due to reaction with molten salt Na2S2O7 pipe material (Fe), so that the pipe wall becomes thin. Pressure water / steam at 22 bar causes burst pipes. Boiler pipe damage due to leaks caused by corrosion attack from the water side of the pipe wall. The content of C, CaCO3, MgO, Al2O3 and SiO2 resulted in strong deposit attached to the surface of the water side of the pipe wall. Feed water containing ions of Na+ and K+ accumulates into deposits, causing corrosion attack the well to penetrate to the surface of the side of the fire.

Keyword: Pipe Boiler, Corrosion wells, salt Na2S2O7

ABSTRAK Pada umumnya pabrik pengolahan minyak kelapa sawit menggunakan energi dari unit boiler dengan menggunakan bahan bakar cangkang kelapa sawit. Uap panas yang dihasilkan digunakan untuk menggerakan turbin pembangkit tenaga listrik dan proses pemanasan minyak kelapa sawit. Ada dua kasus kerusakan di tempat pabrik yang lokasinya berbeda. Pipa boiler di pabrik minyak kelapa sawit di dalam ruang bakar boiler mengalami pecah, dan di tempat lain mengalami kebocoran. Padahal unit boiler belum dioperasikan dalam jangka waktu yang lama, dioperasikan selama kira-kira satu tahun pipa boiler di dalam ruang bakar mengalami kerusakan. Oleh karena itu diperlukan analisa kerusakan, sebab terjadinya kerusakan dan saran pencegahannya. Hasil analisa kerusakan ditunjukkan bahwa kerusakan pipa boiler akibat pecah disebabkan karena serangan korosi dinding sisi api. Pipa menerima suhu berlebih diatas 400oC, serangan korosi disebabkan karena reaksi lelehan garam Na2S2O7 dengan material pipa (Fe), sehingga dinding pipa menjadi tipis. Tekanan air/uap pada 22 bar menyebabkan pipa pecah. Kerusakan pipa boiler akibat bocor disebabkan karena serangan korosi dari dinding pipa sisi air. Adanya kandungan C, CaCO3, MgO, Al2O3 dan SiO2 mengakibatkan deposit yang menempel kuat dipermukaan dinding pipa sisi air. Air umpan yang

mengandung ion-ion Na+ dan K+ terakumulasi ke dalam deposit,sehingga terjadi serangan korosi sumur hingga menembus ke permukaan sisi api. Kata Kunci : Pipa Boiler, Korosi Sumuran, garam Na2S2O7

1. PENDAHULUAN

Industri pengolahan minyak kelapa sawit, merupakan industri yang menggunakan

komponen – komponen yang rentan terhadap kerusakan dalam operasinya,salah satunya

yaitu boiler. Industri ini memiliki tinglat resiko financial dan resiko keselamatan pekerja

yang sangat tinggi.

Boiler merupakan konstruksi ruang bakar yang digunakan untuk pemanasan air

menjadi uap tekanan tinggi dengan menggunakan bahan bakar tempurung kelapa sawit.

Air sebelum masuk ke boiler terlebih dahulu dibersihkan untuk mencegah unsur dan

senyawa yang tidak diinginkan seperti Cl-, CaCO3, SiO2, Al2O3 masuk ke dalam boiler.

Boiler menghasilkan uap tekanan tinggi pada tekanan uap operasi 20-22 bar, uap yang

dihasilkan digunakan untuk :

1. Penggerak turbin generator listrik

2. Pemanas pengolahan minyak kelapa sawit

Pada saat pengoperasian boiler mengalami kerusakan yang cukup berat pada

bagian yang terpenting yaitu pipa boiler. Posisi pipa boiler dapat dilihat pada gambar 1

Gambar 1 Boiler Pipa Air

Uap

Air

Cerobong asap

Pipa air

Ruang Pembakaran

Udara dan Bahan Bakar

Daerah pipa boiler yang

rusak

Pipa boiler mengalami pecah dan bocor pada masing – masing pipa, padahal pipa

belum lama dioperasikan yakni dalam waktu 1 tahun. Dengan adanya kerusakan tersebut

mengakibatkan terjadinya kegagalan pada sistem operasi boiler sehingga dapat

mrnghentikan kegiatan operasi industri pengolahan minyak kelapa sawit. Boiler

mempunyai spesifikasi dan kondisi operasi yang ditunjukkan pada tabel 1

Tabel 1 Data dan Spesifikasi boiler

Kapasitas 13,6 ton uap air per ja,

Tekanan 20-22 bar

Temperatur 250oC – 540oC

Bahan Bakar Tempurung Kelapa Sawit

Material Pipa Baja Karbon Rendah

Fluida Air yang sudah diolah

Fluida dimasukkan ke dalam pipa boiler, sehingga fluida yang ada di dalam pipa

boiler akan dipanaskan. Pipa boiler berfungsi sebagai tempat pemanasan air dan

penyalur uap panas. Cara menganalisis sebab kerusakan melalui pengamatan

pemotongan pipa yang telah rusak dan pipa yang masih dalam kondisi utuh sebagai

pembanding.

2 METODE PENELITIAN

2.1 Diagram Alir Percobaan

Bahan Pipa Boiler

Pemeriksaan Visual (tanpa alat bantu)

Pengukuran Bahan Uji (tebal pipa dan diameter

pipa)

Pemotongan Bahan Uji

Gambar 2 Diagram Alir Percobaan Penelitian

2.2 Kasus Kerusakan Pipa Boiler

Sebelum dilakukan analisa kerusakan pipa boiler, harus diketahui terlebih

dahulu kasus peristiwa kerusakan. Ada dua kasus kerusakan unit boiler di industri

pengolahan minyak kelapa sawit (lokasi berbeda). Pipa boiler di dalam ruang

bakar mengalami bocor,dan mengalami pecah. Akibat rusaknya unit boiler

aktivitas kegiatan produksi menjadi berhenti. Oleh karena itu diperlukan analisa

penyebab kerusakan pipa boiler. Dari hasil analisa dapat diketahui penyebab

kerusakan pipa boiler, kemudian ditindaklanjuti cara dan saran pencegahannya.

Berikut adalah langkah-langkah yang akan dilakukan dalam penelitian ini :

1. Pengamatan secara visual

2. Pengukuran Tebal dan Dinding

3. Analisis Komposisi Kimia Produk Korosi

4. Analisis Komposisi Kimia Material Pipa Boiler

5. Pengamatan Struktur Mikro Material Pipa Baja Boiler

6. Analisa Kandungan Air Umpan.

Sedangkan dalam penelitiannya menggunakan peralatan uji untuk analisa

diantara lain :

1. Spark Analysis, peralatan uji analisa komposisi kimia material logam.

Dalam analisa ini digunakan untuk menganalisa komposisi kimia pipa

baja boiler

Pengujian Spark Analysis Pengamatan Metalografi

Pengujian XR-F Pengujian SEM-EDAX

Hasil Analisis dan Pembahasan Studi Literatur

Kesimpulan dan Saran

2. SEM-EDAX,peralatan untuk uni analisa komposisi kimia material logam

dan logam dengan skala mikro. Dalam analisa ini digunakan untuk

menganalisa komposisi kimia produk korosi sumuran

3. XR-F, peralatan untuk uji analisa komposisi kimia produk korosi dari

dindng pipa sisi api.

4. Mikroskop metalografi, jenis mikroskop refleksi ini digunakan untuk

pengamatan struktur mikro material pipa boiler

5. AAS (Analysis Anorganic Spectrometer) digunakan untuk melihat

kandungan unsur-unsur logam dan non logam di dalam air.

3 PEMBAHASAN

3.1 Hasil Analisa Komposisi Kimia Pipa Boiler Pecah

Tabel 2 Hasil analisa komposisi kimi pipa boiler pecah

Unsur C Si S P Mn Ni Cr Mo Cu Fe

% Berat

0,109 0,30 0,016 0,016 0,574 0,181 0,14 0,041 0,349 98,2

Hasil analisa komposisi kimia pipa boiler yang mengalami kerusakan dapat dilihat

Tabel 2 . Dari tabel tersebut, dapat dilihat bahwa komposisi kimia pipa boiler termasuk

baja karbon rendah (0,1% C). Unsur-unsur untuk meningkatkan ketahanan korosi suhu

tinggi dan lingkungan air seperti Cr dan Cu jumlahnya kecil, demikian juga unsur Mo yang

berfungsi untuk meningkatkan ketahanan mulur jumlahnya sangat kecil. Pipa dengan

kandungan unsur-unsur tersebut menunjukkan adanya kelamahan, yang dapat

mengakibatkan pipa pecah.

3.2 Hasil Analisa Komposisi Kerak

Tabel 3 Hasil analisa komposisi kimia kerak dari alat uji XR-F

Unsur Cu Fe Ca Na Si Al P Cl S

%Berat 0,001 61,5 0,65 0,95 2,97 0,21 0,53 0,41 1,70

Hasil pada tabel diatas menunjukkan bahwa komposisi terak mengandung unsur S

dan Na yang tinggi, jadi di dalam ruang bakar unsur S dan Na membentuk senyawa

garam yang stabil yaitu Na2S2O7. Pada dasarnya garam Na2S2O7 tidak bersifat korosif

terhadap baja dalam keadaan tidak leleh,tetapi karena depositnya meleleh di permukaan

dinding pipa sisi api, maka pipa bagian luar terserang. Reaksi kimianya Sebagai berikut :

Na2S2O7 + 3Fe FeS + Fe2O3 + Na2SO4 (1)

3.3 Mekanisme Pipa Pecah

Dari hasil analisis kerusakan pipa boiler yang pecah dapat diketahui mekanisme

pipa pecah, pada kondisi awal pipa sisi api menerima semburan api pemanasan langsung

dari bahan bakar seperti, perpindahan panas dihambat oleh adanya deposit yang

dihasilkan dari bahan bakar seperti unsur Na dan S, selain itu juga adanya pemanasan

yang tidak merata (konsentrasi pemanasan) sehingga dinding material pipa baja

menerima panas diatas 400oC yang mengakibatkan garam Na2S2O7 dalam keadaan leleh

sehingga garam ini bereaksi dengan pipa dan pipa menjadi tipis dan terdeformasi akibat

tekana uap/air.

3.4 Mekanisme Serangan Korosi Sumuran

Dari hasil analisa kerusakan pipa boiler yang mengalami bocor dapat diketahui

mekanisme sersngan korosi sumuran, serangan korosi sumuran berawal dari adanya

deposit yang menempel di permukaan dinding pipa sisi air. Jenis – jenis senyawa unsur

yang terdapat pada umumnya adalah senyawa oksida stabil yaitu CaCO3, MgO, Al2O3,

dan SiO2 senyawa oksida logam tersebut tersuspensi di dalam air umpan.

Deposit dari senyawa oksida tesebut disebabkan oleh karbon (C) yang berasal

dari dekomposisi minyak yang tekontaminasi di dalam air umpan, karbon (C) dapat

menyebabkan ion Ca+ di dalam air umpan terdeposit, senyawa CaO dan SiO2 juga

terdeposit. Setelah itu Ion Na+ dan K+ terdeposit, terakumulasinya ion-ion Na+ dan K+ di

dalam deposit mengakibatkan daerah bersifat basa. Ion-ion OH- difusi hingga menembus

lapisan Fe3O4 dan membentuk anodik dan katodik, daerah anodik terkonsentrasi di satu

daerah, kemudian terjadi serangan korosi setempat membentuk sumuran.

4. KESIMPULAN

Dari hasil analisa kerusakan pipa baja boiler dengan menggunakan bahan bakar

cangkang kelapa sawit dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Kerusakan pipa boiler pecah disebabkan karena serangan korosi,

2. Serangan korosi berlangsung dari permukaan pipa sisi api untuk pipa pecah

3. Serangan korosi berlangsung dari permukaan pipa sisi air untuk pipa bocor

4. Serangan korosi dinding pipa sisi api disebabkan karena pipa menerima suhu

berlebih didalam ruang bakar konstruksi boiler. Hasil analisa penamatan struktur

mikro material pipa baja, besarnya suhu yang diterima pipa di atas 400oC, yang

mengakibatkan terjadi reaksi dinding pipa dengan lelehan garam Na2S2O7

5. Kerusakan pipa boiler sisi air diawali adanya deposit yang menempel kuat di

permukaan dinding pipa sisi air. Deposit mengandung unsur C, Ca, Al, Na dan K.

6. Serangan korosi sumuran disebabkan karena adanya deposit yang mengandung

ion Na+, dan K+. Serangan korosi sumur dengan kandungan ion tersebut sangat

kuat hingga tembus ke dinding permukaan pipa sisi api.

5. PUSTAKA

[1] http://www.lenntech.com/boiler-feed-water.htm.

[2] David N. French. 1983. Metallurgical Failures in Fossil Fired Boiler.John Wiley &

Sons,Inc.

[3] ASM Hand Book Vol. 13. 1996. Corrosion, ASM International. The Material

Information Society.USA.

[4] Mars Fontana. 1967. Corrosion Engineering International Student Edition, McGraw-

Hill Series in Materials Science and Engineering.USA.

[5] Sydney. H.Avner . 1974. Introduction to Physical Metallurgy Second Edition,

Internatinal Student McGraw-Hill Kayakusa Ltd.USA.

[6] Metal Handbook, 9th edition vol . 11. 1988. Failure Analysis and Prevention. USA.