PROSIDING SEMINAR NASIONALPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKA T NUKLIR

Pusat Teknologi Akslerator dan Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

PENGARUH LAJU KOROSI PADA BAJA STAINLESS STEEL 304PIP A PENDINGIN REAKTOR DI DALAM LINGKUNGAN AIR

DAN ASAM NITRAT

Ratmi Herlani, Hidayati, MujariPusat Tekn%gi Akse/erator dan Proses Bahan

ABSTRAK

PENGARUH LAJU KOROSI PADA BAJA STAINLESS STEEL 304 PIPAPENDINGIN REAKTOR di DALAM LlNGKUNGAN AIR dan ASAM NITRA T. Telahdi/akukan penelitian laju korosi terhadap sampel spesimen baja Stainless Steel 304sebagai pipa pendingin reaktor riset da/am media Air Bebas Mineral (ABM) maupunAir Tangki Reaktor (ATR) dengan konsentrasi HN03 divariasi dari 0,001 M - 0,08 M.Sampel SS 304 diberi perlakuan dengan pemolesan dan tanpa pemolesan padapermukaannya. Uji korosi dilakukan dengan a/at Potensiostat PGS 201T dengan sel3elektrode yang dihubungkan pada mikrokomputer sehingga arus korosi diperoleh.Didapatkan kondisi lingkungan asam nitrat baik da/am ABM maupun A TR optimumpada konsentrasi 0,001 M, pH 6 - 7, konduktivitas 1,19 - 3,9 uSlcm untuk ABM dan3,9 - 4,2 uS/cm untuk ATR, laju korosi 33,05 mpy untuk ABM dan 0,62 mpy untukA TR. Lingkungan asam nitrat optimum memberikan laju korosi SS 304 yang relatifbaik memenuhi syarat sebagai pipa pendingin reaktor.

ABSTRACT

INFLUENCE OF CORROSION RATE on STAINLESS STEEL 304 of REACTORCOOLING PIPE in WA TER and NITRA TE ACID. Corrosion rate SS 304 as reactorcooling pipe in mineral freed water or reactor tank water with HN03 varied from 0.001M - 0.08 M. Sample SS 304 was treated by polishing and without treatment on theirsurfaces. Corrosion rate was done with Potensiostat PGS 201T with three electrodeswhich combined on microcomputer so corrosion current was found. It was foundoptimum conditions in environment nitrate acid in mineral freed or reactor tank wateron 0.001 M, pH 6 - 7, its conductivity 1.19 - 3.9 uS/cm for mineral freed water and 3.9- 4.2 uS/cm for reactor tank water, corrosion rate was 33.05 mpy for mineral freedwater and 0.62 mpy for reactor tank water. The optimum nitrate acid gived relativegood result corrosion rate SS 304 as reactor cooling pipe.

PENDAHULUAN

Reaktor nuklir untuk penelitian atau reaktor risetyang beroperasi di Indonesia ada tiga buah,yaitu reaktor Kartini di Y ogyakarta, reaktor Triga diBandung dan reaktor GA Siwabessy di Serpong.Sesuai dengan perkembangan ilmu pengetahuan danteknologi yang telah dikuasai oleh para ahli diBatan dan mengingat bahwa pemanfaatan teknologinuklir khususnya operasi reaktor nuklir untukpelayanan kepada dunia riset, industri, kedokterandan lingkungan harus selalu ditingkatkan makakeselamatan operasi dan fungsi reaktor khususnyareaktor Kartini perlu lebih ditingkatkan.

Adanya reaksi pembelahan inti di dalambahan bakar reaktor akan menimbulkan panas. Padareaktor penelitian panas ini harus dikeluarkanagarsuhu air pendingain tidak semakin tinggi akibatakumulasi panas dengan cara didinginkanmenggunakan air pendingin primer yangbersinggungan langsung dengan bahan bakar. Airpendingin primer ini didinginkan lebih lanjutmenggunakan air pendingin sekunder dengan alatpenukar panas (heat exchange), sedangkan airpendingin sekunder didinginkan menggunakanudara dengan memakai menara pendingin.

Komponen-komponen reaktor terutamapipa-pipa pendingin banyak digunakan bahan

Ratmi Herlani, dkk ISSN 1410 - 8178 65

PROSIDING SEMINAR NASIONAL

PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKA T NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

stainless steel. Oleh karena itu perlu pereneanaanyang meyakinkan dalam pemilihan bahan yangsesuai dengan lingkungan penggunaannya agartidak terjadi masalah di kemudian hari. Misalnyapad a fasilitas rektor riset Kartini di PTAPB Batanyang digunakan antara lain untuk penelitian dibidang kenukliran baik oleh PTAPB sendirimaupun pusat-pusat lain di Batan maupun olehlembaga penelitian dan pendidikan di luar Batan.Keberadaan dan kelangsungan unjuk kerja reaktorriset Kartini ini sangatlah diperlukan.

LATAR BELAKANG

Pada reaktor riset penggunaan air untukberbagai kepentingan antara lain sebagai mediapendingin primer dan sekunder, moderator netronserta penahan paparan radiasi dalam teras reaktor.Namun demikian pad a kenyataan penggunaan airpad a reaktor riset ini dapat menimbulkan berbagaimasalah serius terhadap komponen-komponen,struktur, dan sistem penting reaktor akibatterjadinya korosi maupun timbulnya lapisan oksida.

Lingkungan asam yang mungkin timbuldari adanya aktivitas partikel lapisan terlarut karenapaparan radiasi maupun yang dihasilkan dari prosesradiolisis air juga sangat berpengaruh. Dalamrangka menjaga kelangsungan unjuk kerja operasireaktor maka studi pendahuluan pengaruh lajukorosi baja stainless steel 304 sebagai pipapendingin reaktor di dalam lingkungan air dan asamnitrat perlu dilakukan.

TATA KERJA

Bahan-bahan :

Logam SS 304, larutan asam nitrat,akuades, ABM, ATR, Air Pending in Sekunder,Amplas, autosol

Alat kerja :

Potensiostat PGS 20 I T, sel elektrode, pHindikator, gelas pial a, labu ukur, pipet ukur, tisu,pipet tetes

Cara kerja :

1. Preparasi logam SSa. logam SS dipotong bentuk bulat dengan

diameter 1,4 emb. pemolesan permukaan logam SS dengan

amplas ukuran 800-1500 mesh

2. Pembuatan larutan asam nitrat encer ( 0,001M - 0,08 M )a. asam nitrat pekat diambil 34,621 ml

dimasukkan ke dalam labu takar 500 ml

yang slldah diberi akllades 200 ml kemudian

ditepatkan sampai tanda batas menjadilarutan IM

b. larutan induk 1 M dibuat tarutan asam nitrat

eneer dengan variasi konsentrasi

3. Perlakuan uji korosi dengan PotensiostatPGS 201 T

a. salah satu logam SS dipasang ke dalamelektrode kerja, elektrode dipasang pada selelektrode kalomel dan platina dipasang padasel elektrokimia

b. larutan asam nitrat encer dimasukkan ke

dalam sel elektrokimia sampai semuaelektrode tereelup, dihubungkan padaantarmuka imt I

c. potensiostat dan antarmuka imt I dihidupkansampai terjadi proses transfer data

d. pengukuran dilakukan dengan memberikanpotensial pada elektrode kerja -1500 m Vsampai +1500 mV dengan laju scan 20mV/detik

e. logam SS pada elektrode kerja digantidengan logam yang lain dan konsentrasiasam nitrat variasi berikutnya

HASIL DAN PEMBAHASAN

Telah diketahui bahwa di samping aIr,asam nitrat juga merupakan senyawa yangmempunyai sifat korosif terhadap logam karenaadanya ion H+ yang bertindak sebagai oksidator.Dengan mengukur besamya laju korosi stainlesssteel 304 sebagai pipa pendingin reaktor di dalamlingkungan air dan asam nitrat maka ketahanankorosi logam tersebut dapat diketahui. Dari hasilpereobaan didapatkan hasil pengukuran laju korosidalam variasi konsentrasi asam nitrat sampai bibawah 0, I M.

Tabell. Data konsentrasi asam nitrat terhadaplaju korosi dalam ABM dan ATR(pemolesan).

Kadar ABM ATR

HN03Iko,L ko,1ko,L ko,

(M)(UA/cm)(mpy)(UA/em)(mpy)

0,001

27,6733,050,520,620,006

37,7544,5125,2730,180,02

78,2693,4777,3592,390,05

122,91146,81130,65156,050,08

131,07156,55170,98204,22

Dari data pada Tabel I dapat dilihat bahwalaju korosi di dalam ABM sampai konsentrasi asamnitrat 0,02 M lebih tinggi dari pada di dalam ATR,namun demikian setelah konsentrasi dinaikkan

sampai 0,08 M laju korosi di dalam ATR melebihidi dalam ABM. Untuk lebih jelasnya hubungankonsentrasi asam nitrat terhadap laju korosi SS 304bcrikut dapat dilihat pad a Gambar I.

66 ISSN 1410 - 8178 Ratmi Herlani, dkk

PROSIDING SEMINAR NASIONALPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akslerator dan Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

Pada SS tanpa dilakukan pemolesan didalam media ABM dengan konsentrasi asam nitratsampai konsentrasi 0,006 M sedikit lebih tinggi lajukorosinya dibanding di dalam ATR, sedang mulaikonsentrasi 0,02 sampai 0,08 M maka laju korosilogam SS 304 cenderung lebih tinggi dari padadalam media ABM. Sehingga pada daerahkonsentrasi asam nitrat 0,02 sampai 0,05 M terjadiperubahan laju korosi yang hampir sarna baik padaABM maupun ATR. Berikut dapat dilihat padaGambar 2. tren yang terjadi pada SS 304 tanpapemolesan.

Pada Gambar 2. dapat dilihat bahwa tren SS304 baik pada medium ABM maupun ATR dengankenaikan konsentrasi as am nitrat yang sarnall1ell1berikan kelakuan yang hall1pir sarna padaperlakuan dengan pell1olesan, sehingga diperoleh

0.001 0.006 002 0.05 0.08

Konsentrasi Asam Nitrat (M)

Gambar I. Grafik pengaruh konsentrasi HN03

terhadap laju korosi SS 304 olesan).

Dari Gambar I. di atas dapat dilihat bahwalaju korosi mendekati sarna besar pada konsentrasiasam nitrat 0,02 M, Pada saat konsentrasi dinaikkanlaju korosi baja dalam lingkungan air tangki reaktorlebih tinggi dari pada dalam air bebas mineralsampai konsentrasi 0,08 M. Dalam hal ini pada airtangki reaktor yang kemungkinan besar telahterdapat lepasan hasil kerak korosi dari dinding pipapendingin menyebabkan kenaikan angka lajukorosi, demikian pula ditambah dengan naiknyakonsentrasi as am nitrat dalam ATR. Untuk

mengetahui sejauh mana tren laju korosi antara baja(SS 304) tanpa diberi perlakuan dan dilakukanpemolesan sebelum diuji korosi maka dibandingkandengan percobaan pad a SS 304 yang tanpaperlakuan pemolesan seperti hasil yang tertera padaTabel 2. berikut ini :

0.001 0.006 0.02 0.05 0.08Konsentrasi Asam Nitrat (M)

5.1..5

6

6~7

7,5

ATR

~ laju korosi ABM- Laju korosi A TR

pHmedia

laju korosi pada ABM lebih tinggi di bawahkonsentrasi 0,02 M dan pada ATR naik setelahkonsentrasi di atas 0,02 M.

"> 250

!200.;::;150(>

~ 100~::s 50'j;'....I 0

Gambar 2. Pengaruh konsentrasi HN03 terhadaplaju korosi SS 304 (tanpa pemolesan)

Pada hasil penelitian diperoleh data lajulorosi SS 304 yang hampir sarna baik yang diberiperlakuan pemolesan maupun tidak, hal demikianterjadi kemungkinan adanya perubahan mekanismepada lapisan oksida dari difusi kation ke arah luarmenjadi difusi anion oksigen ke arah dalamsehingga selanjutnya lapisan logam di bagianbawahnya akan ikut terkorosi. Oleh karena ituadanya kandungan crome pada paduan SS 304 yangmenyebabkan crome oxide yang terbentuk padapermukaan yang bersifat protektif menjadiberkurang.

Di samping konsentrasi asam nitratdipelajari pula pengaruh pH media lingkunganterhadap laju korosi. Dari hasil percobaan denganvariasi pH mulai 5,5 sampai 7,5 diperoleh datasebagai berikut :

Tabel3. Data variasi pH terhadap laju korosi padalogam SS 304.

ABM

Air yang digunakan untuk pendingin. didalam teras reaktor harus sangat mumi, di dalampersyaratannya antara lain rentang pH antara 6,0sampai 7,0. Dari Tabel 3 terlihat bahwa padakondisi pH media 6 dan 7 baik pada ABM maupunA TR menunjukkan laju korosi yang lebih rendahwalaupun pada pH 6,5 sedikit mengalami gejolakkenaikan laju korosi yaitu 6,50 mpy pada ABM dan4,27 mpy pad a ATR tetapi masih relatif amankarena pad a umumnya laju korosi akan naik dengannaiknya pH media. Oleh karenanya jika pada ATRmasih pada kondisi pH antara 6 - 7 ll1akapenggunaan SS 304 masih aman dan layak sebagaipipa pendingin pada reaktor Kartini.

19,1947,12123,32157,11196,55

A"."" laju korosi ABM-- Laju korosi A TR

_,~__~__ ....•..__ ir""

Data konsentrasi asam nitrat terhadaplaju korosi dalam ABM dan ATR (tanpapemolesan)

-A-B-M----I---A-T-RKadar

HN03

(M)0,0010,0060,020,050,08

"> 250

.§: 200'V; 150o:; 100~::s 50'n

....I 0

Tabel 2.

Ratmi Herlani, dkk ISSN 1410 - 8178 67

PROSIDING SEMINAR NASIONALPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusot Teknologi Akselerotor don Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

Di samping kedua parameter di atas halyang tidak boleh diabaikan adalah konduktivitasmedia. Kemungkinan adanya beberapa partikelyang lepas dari hidrolisis air maupun korosi makaakan mempengaruhi konduktivitas dalam air tangkireaktor. Pada pereobaan dilakukan juga pengukurankonduktivitas sebelum dan sesudah perlakuan ujikorosi, berikut ini ditampilkan data-data hasilpengukuran pada Tabel4.

Tabel4. Data konsentrasi HN03 terhadapkonduktivitas dan I:;uukorosi.

Kadar

ABMATR

KonduktivitasL korKonduktivitasLkor

HN03 (uS/em)(mpy)fuS/em)(mpy)(M) Sebelum SesudahSebelumSesudah

0,001

1,193,933,053,94,20,620,006

20,120,544,6121,621,930,180,02

65,065,593,4769,069,392,390,05

165,4166,3146,81163,8164,8156,060,08

259261156,55256266204,23

Konduktivitas air pendingin di dalam terasreaktor harus memenuhi persyaratan yaitu lebihkeeil atau sama dengen 3 uS/em. Pada pereobaanyang dilakukan dalam media ABM maupun ATRyang mendekati persyaratan terdapat padakonsentrasi asam nitrat 0,00 I M. Pengukurankonduktivitas diamati sebelum dan sesudah lajukorosi dilakukan, terlihat bahwa konduktivitassetelah terjadi korosi meningkat. Konsentrasi asamnitrat semakin besar maka konduktivitas meningkat.Oleh karena itu agar memenuhi persyaratankonduktivitas yang diijinkan maka kO!1sentrasi asamnitrat maksimal sebesar 0,001 M yang boleh adadalam media ABM maupun ATR.

Sifat ketahanan korosi merupakan sifatkarakteristik yang sangat penting pada penggunaankomponen-komponen reaktor termasuk pipapendingin primer maupun sekunder. Olehkarenanya pereneanaan yang tepat dalam pemilihanbahan yang sesuai dengan lingkunganpenggunaannya terutama pada reaktor riset sepertireaktor Kartini perlu diteliti. Dengan pereobaan ini,penggunaan air pada reaktor riset yang dapatmenimbulkan berbagai masalah serius terhadapkomponen-komponen, struktur dan sistem pentingreaktor akibat terjadinya korosi maupun timbulnyalapisan oksida diharapkan dapat diatasi.Lingkungan asam yang mungkin timbul dari adanyaaktivasi partikel terlarut karena paparan radiasimaupun yang dihasilkan dari proses radiolisis airjuga sangat berpengaruh. Dengan demikian dalamrangka menjaga kelangsungan unjuk kerja operasireaktor maka penelitian ten tang pengaruh lajukorosi stainless steel 304 sebagai pipa pendingin

reaktor di dalam lingkungan air dan asam nitratperlu dilakukan.

KESIMPULAN

Didapat kondisi lingkungan asam nitratdengan konsentrasi yang optimum sebesar 0,00 I M,untuk itu masih memenuhi persyaratan airpendingin pada reaktor riset Kartini dengan lajukorosi yang relatif masih rendah yaitu 33,05 mpyuntuk lingkungan ABM dan 0,62 mpy dalamlingkungan ATR dengan pH optimum 6 - 7 dankonduktivitas antara 1,19 uS/em - 3,9 uS/em,sehingga ketahanan korosi stainless steel 304sebagai pipa pendingin reaktor dapat ditingkatkan.Laju korosi yang terjadi pada konsentrasi optimumtidak sampai menganggu fungsi pipa pendinginreaktor.

DAFT AR PUST AKA

I. FONTANA, M.G., Corrosion Engineering, 3rd

edition, Me.Graw-Hill Book Company,Singapore, 1978.

2. SMITH, W.F., Principles of Materials Scienceand Engineering, 3rd edition, Me.Graw-HillCompanies. Inc., 1996.

3. YAMAMOTO TAKAO, TSUKUI SHIGEKI etaI, Gamma ray Irradiation Effects on CorrosionRates of Stainless Steel in Boiling Nitrig AcidContaining Ionic Additives, Departement ofNuclear Engineering, Osaka University, Japan,1997.

4. SNOEYINK, V.L. and JENKINS, D., Water

Chemistry, John Wiley and Sons, New York,1980.

5. JONES, D.A., Principles and Prevention ofCorrosion, Macmillan Publishing Company,New York, 1992.

6. TRETHEWEY, K.R. and CHAMBERLAIN, J.,Korosi Untuk Mahasiswa dan Rekayasa,Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1991.

TANYA JAWAB

Tunjung Indrati~ Value chain apa yang dapa! diberikan ke

aplikasinya dari hasil penelitian ini, karena kitatahu bahwa 304 sudah recommended sebagaipipaltangki reaktor

Ratmi H-<>- Nilai tambah dari penelitian ini adalah dari

sisi ekonomi harga SS304 lebih lI1urah.Sebenarnya yang akan digunakan adalah

6R ISSN 1410 - 8178 Ratmi Herlani, dkk

PROSIDING SEMINAR NASIONALPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akslerator dan Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

SS3/6 yang mengandung Mo dan Ni yangdapat meningkatkan ketahanan terhadapkorosi, tetapi pada saat penelitian pengadaanSS3/6 belum dapat direalisasikan. Olehkarena itu pene/itian ini digunakan sebagaipembandingjika SS3/6 sudah ada.

Tri Nugrohoy Pada saat variasi pH terdapat nilai laju korosi

yang besar, yaitu pada pH 6,5 dibandingkan pH 6dan 7. apakah pH ini harus dihindari dalamimplementasinya di Reaktor Kartini mengingatrange optimum pad a pH 6 - 7Ratmi H

~ Pada pH 6,5 laju korosi 3,58 - 4,27 mpy, nilaiini masih di bawah nilai ambang yangdiijinkan (5,2 mpy)

Indra Suryawany Dari pembahasan, korosi pipa pendingin terjadi

oleh HN03, darimana HN03 ini berasal,

mengingat air pad a teras reaktor tertutupsehingga tidak dapat tercemar dari luarRatmi H

~ HN03 berasal dari hidrolisi air, paparanradiasi dan larutan pengelusi resin yangdigunakan saat pembuatan air reaktor

Sukadi

y Dengan hasil laju korosi yang didapat, dapatkahdihitung ketahan dan umur pakai bahan pipapendingin reaktor?Ratmi H

~ Bisa, karena dengan mengetahui nilai lajukorosi dengan satuan mpy (mils inch per year)maka "life time" pipa pendingin dapatditentukan.

Ratmi Herlani, dkk ISSN 1410 - 8178 69