Failure Analysis Pada Boiler2014Paduan SuperMaterial Metalurgi FTI-ITS4/21/2014

Penyusun:ROKAYA (2711100001)FARIS QAUMI Z M (2711100044)

Bab IPendahuluan

1.1 Latar BelakangBoiler adalah sebuah bejana tertutup yang digunakan untuk memisahkan fluida antara fase gas (uap) dan fase cair (air). Fase gas dimanfaatkan oleh turbin agar dapat memutar rotor dari generator dan menghasilkan tenaga listrik. Proses perubahan air menjadi uap terjadi dengan memanaskan air yang berada didalam pipa-pipa dengan memanfaatkan panas dari hasil pembakaran bahan bakar. Pembakaran dilakukan secara kontinyu didalam ruang bakar dengan mengalirkan bahan bakar dan udara dari luar.Uap yang dihasilkan boiler adalah uap superheat dengan tekanan dan temperatur yang tinggi. Jumlah produksi uap tergantung pada luas permukaan pemindah panas, laju aliran, dan panas pembakaran yang diberikan. Boiler yang konstruksinya terdiri dari pipa-pipa berisi air disebut dengan water tube boiler. Material penyusun boiler berbeda pada tiap bagiannya sesuai dengan temperatur penggunaan bagian boiler tersebut. Oleh karena itu, Sebagai mahasiswa jurusan teknik material metalurgi, maka kami akan melakukan analisa mengenai material apa saja yang digunakan pada boiler dan jenis kerusakan yang dapat terjadi pada boiler. Dari analisa-analisa tersebut maka kami mencoba untuk menemukan solusinya yang akan dijelaskan pada laporan ini.1.2 Rumusan Masalaha. Material Apa Dan Bagaimana Failure Analysis Untuk Pipa Air?b. Material Apa Dan Bagaimana Failure Analysis Untuk Pipa Superheater?c. Material Apa Dan Bagaimana Failure Analysis Untuk Pipa Ekonomizer?d. Material Apa Dan Bagaimana Failure Analysis Untuk Drum Steam ?1.3 Tujuana. Material Apa Dan Bagaimana Failure Analysis Untuk Pipa Air?b. Material Apa Dan Bagaimana Failure Analysis Untuk Pipa Superheater?c. Material Apa Dan Bagaimana Failure Analysis Untuk Pipa Ekonomizer?d. Material Apa Dan Bagaimana Failure Analysis Untuk Drum Steam ?

Bab IIAnalisa Data Dan Pembahasan

Gambar2.1 boiler1.Pipa Air

Pipa-pipa air berfungsi sebagai tempat pemanasan air ketel yg dibuat sebanyak mungkin hingga penyerapan panas lebih merata dengan efisiensi tinggiMaterial dari watertube boiler adalah:ASTM A213 T23, 2,25 Cr-1,6 W-V-Nb ferritc steel, low alloy steelFailure analysis watertube boiler adalah:a.Pembentukan deposit Model kerusakan:Deposit merupakan peristiwa penggumpalan zat dalam air umpan boiler.Terbentuknya kerak dan sludge (lumpur). Kerak merupakan bentuk deposit-deposit yang tetap berada pada permukaan boiler sedangkan sludge merupakan bentuk deposit-deposit yang tidak menetap atau deposit lunak. Pada ketel bertekanan tinggi, silika muda mengendap dengan uap dan dapat membentuk deposit yang menyulitkan pada daun turbin.Penyebab : kontaminasi uap dari produk hasil proses produksi. Sumber deposit didalam air seperti garam-garam yang terlarut dan zat-zat yang tersuspensi didalam air umpan boiler adanya zat padat tersuspensi misalnya oksida besi, oksida tembaga dan lain-lain.Solusi: Pencegahanpencegahan yang dapat dilakukan untuk mengurangi terjadinya peristiwa deposit dapat dilakukan diantaranya : Meminimalisasi masuknya mineral-mineral yang dapat menyebabkan deposit seperti oksida besi, oksida tembaga dan lain lain. Mencegah korosi pada sistem kondensat dengan proses netralisasi (mengatur pH 8,29,2) dapat juga dilakukan dengan mencegah terjadinya kebocoran udara pada sistem kondensat. Mencegah kontaminasi uap selanjutnya menggunakan bahan kimia untuk mendispersikan mineral-mineral penyebab deposit. Penanggulangan terjadinya deposit yang telah ada dapat dilakukan dengan acid cleaning, online cleaning, dan mechanical cleaningB. Corrosion fatigueCorrosion fatigue merupakan produk cracking yang dikombinasi dengan tegangan yang fluktuatif dan lingkungan yang korosif. Corrosion fatigue merupakan hasil dari tegangan sisa yang tinggi, beban siklik, dan lingkungan yang korosif, kegagalan yang terjadi akan memperpendek umur pemakaian. Sebagian besar watertube boiler ditemukan mengalami corrosion fatigue pada range tekanan yang lbih tinggi, tetapi ada juga yang disebabkan oleh caustic embrittlement, dan juga sebagai stress corrosion cracking (SCC).c. Mechanical FatigueMechanical fatigue merupakan fraktur akibat fluktuasi tekanan mekanis yang memiliki nilai maksimum kurang dari kekuatan tarik utama dari material. Dalam boiler tube air telah ditemukan di mana retak telah terjadi dalam tube untuk manifold las superheaters drainable. Hal ini disebabkan getaran dari unsur-unsur yang tidak cukup didukung. Ini adalah bagian yang sering diabaikan dari pemeliharaan boiler. Kegagalan lain, karena cacat pada tabung ke tabung las akibat dari cacat manufaktur.

Temperatur dan tekanan pada watertube boiler adalah:

2. Steam Drum Collector BoilerSebuah steam drum adalah fitur standar dari ketel air-tabung. Ini adalah reservoir air / uap di ujung atas dari tabung air. Tempat menyimpan uap yang dihasilkan dalam tabung air dan bertindak sebagai fase-separator untuk campuran steam / air. Perbedaan kepadatan antara air panas dan dingin membantu dalam akumulasi dari "panas" -water/and jenuh-steam ke steam drum. Komponen ini merupakan tempat penampungan air panas danpembangkitansteam. Steam masih bersifat jenuh (saturated steam).Berikut adalah bagian-bagian dari steam boiler:

Feedwater : Bagian yang menghasikan flow air yang masuk Control valve w : Bagian yang yang dikontrol buka tutup control valve Flow air yang keluar untuk menjaga Ketinggian air Burner : Bagian yang menghasilkan Q yang akan dikontrol untuk menjaga temperatur uapFungsi dari steam boiler drum adalah: mencampur air umpan segar dengan beredar air boiler. Pasokan sirkulasi air ke evaporator melalui downcomers. Menerima campuran air / uap dari anak tangga. Memisahkan air dan uap. Menghilangkan kotoran. Keseimbangan kimia air Kontrol oleh pakan kimia dan berkesinambungan blowdown. Pasokan uap jenuh Menyimpan air untuk perubahan beban (biasanya bukan penyimpanan air yang signifikan) Bertindak sebagai titik acuan untuk air umpan kontrolMaterial dari steam boiler drum adalah:Material pembentuk steam drum pada boiler adalah Dua plat baja karbon rendah yang dilas. Atau Mn-Mo-V (Molybdenum or molybdenum-sulfide alloy steel)Failure analysis steam boiler drum adalah:a.Peristiwa korosi Model kerusakan : Jenis korosi yang dijumpai pada boiler dan sistem uap adalah general corrosion, pitting (terbentuknya lubang) dan embrittlement (peretakan baja). Adanya gas yang terlarut, oksigen dan karbon dioksida pada air umpan boiler adalah penyebab utama general corrosion dan pitting corrosion (tipe oksigen elektro kimia dan diffrensial). Kelarutan gas-gas ini di dalam air umpan boiler menurun jika suhu naik. Kebanyakan oksigen akan memisah pada ruang uap, tetapi sejumlah kecil residu akan tertinggal dalam larutan atau terperangkap pada kantong-kantong atau dibawah deposit, hal ini dapat menyebabkan korosi pada logam-logam boiler. Karena itu penting untuk melakukan proses deoksigenasi air boiler. Bentuk korosi yang tidak umum tetapi berbahaya adalah bentuk korosi embrittlement atau keretakan inter kristalin pada baja yang terjadi jika berada pada tekanan yang tinggi dan lingkungan kimia yang tidak sesuai. Caustic embrittlement atau keratakan inter kristalin pada baja yang terjadi jika berada pada tekanan yang tinggi dan lingkungan kimia yang tidak sesuai. Caustic embrittlement terjadi pada sambungan penyumbat dan meluas pada ujung tabung dimana celah memungkinkan perkembangan suatu lingkungan caustic yang terkonsentrasi. Hidrogen embrittlement adalah bentuk lain dari retakan interkristalin yang terjadi pada tabung air boiler yang disebabkan tekanan tinggi dan kondisi temperatur yang tertentu. Penyebab:oksigen dan karbon dioksida yang terdapat dalam uap yang terkondensasi. Peristiwa korosi dapat terjadi disebabkan oleh : - Gas-gas yang bersifat korosif seperti O2, CO2, H2S - Kerak dan deposit - Perbedaan logam (korosi galvanis) - pH yang terlalu rendah dan lain-lain Solusi: Untuk mengurangi terjadinya peristiwa korosi dapat dilakukan pencegahan sebagai berikut: - Mengurangi gas-gas yang bersifat korosif - Mencegah terbentuknya kerak dan deposit dalam boiler - Mencegah korosi galvanis - Menggunakan zat yang dapat menghambat peristiwa korosif - Mengatur pH dan alkalinitas air boiler dan lain-lainb. corrosion fatigueModel kerusakan : Steam boiler digunakana pada temperatur operasi 335derajat celcius, cracking terjadi akibat steam boiler yang digunakan pada tempertur dan tekanan yang tinggi secara berulang-ulang. Arah crack secara longitudinal sepanjang drum dari the cutouts didalam shell. Semua cracks dihasilkan dibawah pengaruh hoop stress and stress levels meningkat sehubungan dengan cutouts pada nozzle dan pipe connections. Pada akhirnya crack akan diisi oleh korosi, dan permukaannya menjadi sangat irregular.

C. Kerusakan Sambungan Las-Lasan:Karena steam turbin dibentuk oleh dua plat yang disambung dengan las-lasan maka Jika lasan tidak sesuai dengan fusi pemanasan, lasan akan memberi jalan untuk terjadinya kerusakan. Boiler menjalani pemanasan dan pendinginan siklik tergantung pada plant disturbances. Lasan fillet dengan ketidaksempurnaan akan membuka secara bertahap dan mengakibatkan bencana. Pada semua lasan fillet tebal rentan untuk gagal dari penciptaan retak dan propagasi. Tidak adanya pemanasan juga dapat menyebabkan pengembangan retak selama proses pendinginan.Temperatur dan tekanan pada steam drum collector boiler:-steam temperature: 400-459 derajat celcius-pressure : 130 bar