jurnal mekintek volume 3 no. 1 januari juni 2012 analisa...

Jurnal MEKINTEKVolume 3 no. 1 Januari – Juni 2012

173

ANALISA KEGAGALAN TUBE SUPERHEATER PACKAGE BOILER AKIBATOVERHEATING

Sariyusda1), Bustamisyam2), Indra3)

1) Mahasiswa Magister Teknik Mesin USU2) & 3) Dosen Magister Teknik Mesin USU

E-mail: [email protected]

Abstrak

Tube primary superheater package boiler mengalami kegagalan atau pecah (rupture) akibat terjadi pemanasan terusmenerus dalam jangka waktu yang lama. Tujuan penelitian adalah untuk mengetahui penyebab utama kegagalan;untuk menganalisa kegagalan (pecah) dan memberikan saran-saran agar terhindar dari kerusakan yang serupa; untukmenganalisa overheating tube superheater agar menjamin keandalan serta meningkatkan kemampuan peralatan ataukomponen yang rusak. Kegagalan (pecah) tube superheater disebabkan oleh pergeseran diaphragm sebesar 18o dariposisi tegak lurus terhadap header. Hasil analisa tegangan menunjukkan tegangan izin tube 155 MPa lebih kecil daritegangan yang terjadi 199,08 MPa, sehingga tube dikatakan pecah/gagal. Hasil pengamatan visual tube superheatermemperlihatkan terjadi mengembung (bulging) dan mulut ikan (fish mouth); Panjang 45 mm, lebar rata-rata 10,025mm dan diamete 46,75 mm, pertambahan diameter 2,26 mm. Hasil pengujian kekerasan menunjukkan material terjadideformasi pada daerah yang pecah, ini menandakan bahwa kekuatan material menurun dengan kenaikan kekerasan.Hasil pengujian komposisi kimia menunjukkan kandungan unsur kimia yang diizinkan masih dalam batas standarmaterial SA 213. Hasil pengujian SEM menunjukkan bahwa mikrostruktur terjadi dislokasi pada batas butir dimanapecah secara intragranular dengan perpatahan brittle. Tindakan perbaikan rekondisikan pergeseran diaphragmmenjadi 90o (tegak lurus) terhadap header dengan cara pengelasan seperti gambar rancangan.

Kata kunci: Tube superheater, Overheating, Diaphragm, header

1. PendahuluanPabrik pupuk urea mempunyai pesawat

pembangkit uap(steam) yang berjenis PackageBoiler [1]. Package boiler adalah sumberpesawat pembangkit uap (steam) yangmerupakan ketel tipe water tube dan berbahanbakar gas alam [2].

Pada tube superheater terjadi pemanasanterus menerus dalam jangka waktu yang lama,sehingga mengalami kegagalan atau pecah(rupture).

Pemanasan yang berlebih (overheating)terlihat pada tube superheater sepertipenampakan mulut ikan (fish mouth) danmengembung (bulging) yang dikatagorikansebagai penomena kegagalan long termoverheating [3].

Analisa kegagalan diarahkan ke tubesuperheater yang mengalami kegagalan, yaitupada tube baris 1 nomor 8 dengan material SA213 Gr.T11.

Tujuan penelitian ini ialah (1) untukmengetahui penyebab utama kegagalan yangterjadi pada tube superheater.(2) untukmenganalisa kejadian pecah (rupture) danmemberikan saran-saran agar terhindar dari

kegagalan yang serupa. (3) untuk menganalisaoverheating agar menjamin keandalan sertameningkatkan kemampuan peralatan ataukomponen yang rusak.

Manfaat Penelitian untuk pembuatkebijakan, penyalur, inspector; memberiinformasi tentang mode-mode karusakanmaterial; para praktisi dan ahli teknik materialdan struktur serta mahasiswa.

Ketel merupakan suatu peralatan yangdigunakan untuk mengkonversi air menjadiuap (steam). sirkulasi fluida air dialirkandengan menggunakan pompa ke economizer;pada ekonomizer terjadi penyerapan panasawal oleh fluida air dari hasil pembuanganpembakaran ke cerobong (gambar 1) [5].

Fluida air masuk ke drum uap dandrum air yang saling berhubungan melaluiboiler bank. Pada boiler bank terjadipemanasan dari pembakaran (burner),sehingga terjadi perubahan fasa air ke fasauap yang bersirkulasi secara alamiah;yaitu uap yang mempunyai massa jenis lebihkecil akan naik ke drum uap dan fasa airturun ke drum air. Uap yang keluar dari drumuap masuk ke superheater, dimana


174

superheater dan header merupakan satukesatuan terdiri dari primary dan secondarysuperheater (final superheater) pada upperheader dan lower header. Uap masuk keprimary superheater upper header menuju keprimary superheater lower header. Kemudianuap masuk ke desuperheater menjadi uapyang mantap dan menuju ke secondary upperheader dan secondary lower header untukdijadikan main steam sebagai penggerak danproses. Siklus pembentukan uap menggunakansiklus Rankine ideal terdiri dari proseskompresi isentropik pada pompa, penambahanpanas (kalor) pada tekanan konstan di ketel,ekspansi isentropik pada turbin, dan pelepasankalor pada tekanan tetap di kondensor.

Gambar 1. Skema aliran fluidaDitinjau dari permukaan pecah karena

overheating dapat dibagi dua yaitu thick liprupture dan thin lip rupture [6]. Pecah thicklip rupture ditandai dengan permukaanpecahnya yang tebal, liat dan terjadi bulgingatau mengembung. Pecah yang normal terjadipada bahagian yang sejajar dengan sumbu axisatau pada sisi longitudinal, dikenal denganpecah fishmouth (gambar 2). Pecah thick lipdisebabkan oleh overheating dalam waktulama (long term overheating) pada temperaturdi atas temperatur aman dari material tube.

Faktor yang menyebabkan terjadinyapeningkatan temperatur melebihi kondisidesign (long term overheating) adalah: (1)Terjadinya bloking pada laluan gas panas padalaluan konveksi sehingga meningkatkan alirangas panas pada daerah tertentu saja. Koefisienheat transfer (ho) diperbesar oleh kecepatangas panas yang tinggi di bagian sisi uap danakan meningkatkan temperatur material. (2)Faktor dalam kerak (factor internal scale) daribagian air (water side) dapat meningkatkankonduktivitas termal baja sampai 5%. Hal iniakan mengurangi perpindahan panas dari gas

panas ke fluida. (3) Terjadinya pengurangansupply uap, apabila kondisi ini terjadipenyumbatan aliran uap karena adanyainternal kerak pada tube, hal ini disertaiterbentuknya lapisan uap yang tipis (vaporfilm) yang konduktivitas panasnya rendah.Sewaktu aliran flux panas yang besar melaluidaerah yang lapisan uapnya tipis akanmengakibatkan temperatur dinding tube tinggisekali (terjadi overheating). (4) Faktor burneradjustment ketidak sempurnaan bahan bakargas atau oxygen yang didistribusikan tidaksesuai dengan burner, pengaruhnya akanmeningkatkan flux panas. (5) Faktor aliran uapyang tidak sempurna

Gambar 2. Pecah thick lipThin lip rupture Kegagalan yang

disebabkan oleh short term overheating terjadidiatas temperatur aman material tube dandisertai bulging dekat daerah pecah. Faktorpenyebab short term overheating adalah (1)Terjadinya bloking di dalam tube superheaterkarena terkumpulnya kondensat pada laluanuap. (2) Terjadinya bocor halus pada tube.Pada pipa air kebocoran halus tidak dapatdideteksi di dalam dapur. Kebocoran yangbesar diketahui dengan berkurangnya aliranfluida yang terjadi dibawah kondisi normal,disertai flux panas yang tinggi menyebabkantemperatur material naik dengan cepat(gambar 3).

Gambar 3. Kegagalan short term overheatingTegangan yang bekerja pada pipa yang

mengalami tekanan dalam (internal pressure)meliputi tegangan melingkar (circumferentialor hoop stress), tegangan radial (radial stress)dan tegangan memanjang (longitudinal stress)seperti ditunjukkan pada gambar 4 [7].


175

Gambar 4. Tegangan pada tube

Tegangan tangensial σH ditimbulkan olehtekanan internal yang bekerja secaratengensial dan besarnya bervariasi tergantungpada tebal dinding pipa. Persamaan untuktegangan tangensial dapat dihitung denganmemakai persamaan Lame sepertidiperlihatkan dengan persamaan 1.

…………….(1)

Tegangan radial dapat dihitung daripersamaan 2.

……… (2)

Tegangan Longitudinal σL adalahtegangan yang ditimbulkan oleh gaya tekaninternal (P) yang bekerja pada dinding pipasearah sumbu pipa, yang ditunjukan sepertidengan persaman 3.

………… (3)

Tegangan termal dapat dihitung sepertiditunjukkan dengan persamaan 4.

= ∆( ) − − + . (4)

2. MetodologiMetoda untuk mendapatkan penyebab

utama kegagalan yang terjadi pada tubesuperheater Analisis kegagalan yang akandilakukan sangat penting untukmengumpulkan informasi latar belakang yangrelevan. Informasi yang dikumpulkan terdiridari dua kelompok yaitu informasi tentangkomponen gagal dan tentang kegagalan itusendiri [8]. (2) Metoda untuk menganalisakejadian pecah (rupture)

pada tube superheater: (a) Analisa teganganpada tube superheater yang mengalamitekanan dalam (internal pressure) meliputitegangan melingkar (circumferential atauhoop stress), tegangan radial (radial stress)dan tegangan memanjang (longitudinal stress)serta tegangan termal. Pada metode ini dapatdigunakan persamaan 1, 2, 3, dan 4. (b)Analisa perpindahan panas pada tubesuperheater. Pada kondisi terjadinyaperbedaan temperatur yang besar anrata fluidadan dinding tube, maka tube akan pecahkarena terjadi melting pada material tube, danmaterial tube kehilangan kekuatannya. (3)Metode analisa overheating tube superheater:(a) Pengujian kekerasan dilakukan padapermukaan tube dengan tujuan untukmengetahui kekerasan tube yang mengalamikerusakan. Pengujian dilakukan denganstandar ASTM A-956 alat merek HLN-11Ahardness Tester TIME (gambar 5) [9].

Gambar 5. Alat uji kekerasan TIME(b) Pengujian komposisi kimia pada tubesuperheater dengan menggunakan alat X-MET5100 Oxford Instrument Type XMDS 2677(gambar 6.) bertujuan untuk membandingkanhasil pengujian dengan standart, dan sebagaipengecekan kualitas untuk memastikan bahwasampel yang memenuhi spesifikasi materialtube superheater SA 213 Gr. T11 [10].

Gambar 6. Alat pengujian komposisi kimia(c) Pengujian mikroskopis dilakukan denganmenggunakan Scanning Electron Microscopedi Laboratorium Uji Polimer Pusat PenelitianFisika-LIPI Bandung. Pengujian ScanningElectron Microscope dengan menggunakanalat JOEL 6360- LA [11]. Pemeriksaanbertujuan untuk mengetahui struktur mikroyang terjadi pada baja paduan rendah SA 213Gr.T11 dengan metode pemeriksaan [12]:1. Pemotongan spesimen 10 x 10 mm

2

2

22

2

1r

r

rr

rpH o

io

ii

22

2

io

iiL

rr

rp

2

2

22

2

1r

r

rr

rp o

io

iiR


175



…………….(1)


……… (2)


………… (3)


= ∆( ) − − + . (4)






2

2

22

2

1r

r

rr

rpH o

io

ii

2

2

22

2

1r

r

rr

rp o

io

iiR


175



…………….(1)


……… (2)


………… (3)


= ∆( ) − − + . (4)







176

2. Pembingkaian (mounting)3. Pengamplasan dimulai secara bertahap dari

400, 500, 600, 800, 1000, dan 12004. Pemolesan menggunakan pasta diamond5. Pengetsaan yang digunakan adalah cairan

nital 4% dengan waktu 15 dt sampaidengan 25 dt

6. Kemudian dicuci dengan air sertadikeringkan

7. Spesimen siap difoto dibawah mikroskopoptik dengan pembesaran 1000X dan5000X pada voltage 15kV.

3. Hasil dan pembahasanSumberUtama Kegagalan Tube Superheater

Sumber utama kegagalan tube superheaterdilakukan dengan melihat secara visualkarakteristik tube pecah. Tube yang pecah(rupture) yaitu tube primary superheaterdapat dilihat pada (gambar 7, yangmempunyai karakteristik sebagai berikut:a. Lokasi yang pecah berada di ruang

superheater bagian belakang.b. Titik yang pecah berada diposisi vertikal

keatas dengan jarak 2300 mm dari lantairuang bakar.

c. Lebar permukaan yang pecah bervariasidengan rata-rata 10 mm yang berbentukmulut ikan (fishmouth).

d. Arah pecah berlawanan dengan arah aliranpanas dapur.

e. Terdapat perbedaan warna permukaan tubeyang pecah dengan tube yang lainnya,warna tube pada area yang pecah lebihkuning-kehijauan dan di area lain denganyang warna coklat-kemerah-merahan.

f. Terjadi penambahan diameter tube ataumengembung (bulging) pada titik yangpecah dengan rata-rata diameter 46,75 mm.

g. Permukaan yang pecah terdapat lapisankerak dari metal tube itu sendiri karenaterjadi peledakan(ekplosif) pada saat pecah.Pada saat perbaikan tube primary

superheater baris 1 nomor 8 diperoleh faktayang membenarkan, bahwa setelah tube upperheader dipotong untuk ditutup (plug), daridiameter dalam (inside) tube terlihat bendaasing berupa plat yang berada ditengah-tengahbagian dalam tube. Setelah diamati dan dilihatpada gambar rancangan plat tersebutmerupakan plate diaphragm yang berfungsi

pemisah antara ruang primary dengansecondary superheater (gambar 8.).

Gambar 7. Karekteristik tube pecah

Gambar 8. Tube primary superheater baris 1no 8 bagian upper header setelah dipotong.

Dengan posisi diaphragm yang berada ditengah-tengah tube primary superheater baris1 nomor 8, dengan kemiringan plat diaphragm72o membuat aliran fluida uap bercampurantara uap primary dan secondary. Padakondisi seperti ini akan menghambat aliranfluida uap sehingga kapasitas fluida uap upperprimary header yang masuk kedalam tubeberkurang sedangkan panas yang diterimatube diruang bakar (ruang superheater)konstant dan terus-menerus maka terjadilahLong Term Overheating pada tube yangpecah tersebut yaitu tube primary superheaterbaris 1 nomor 8 (gambar 9). Pergeserandiaphragm dapat menghalangi fluida uapprimary superheater dan terjadi pencampuranfluida didalam tube yang gagal.Kemungkinan pengelasan yang dilakukandengan cara las tig, sehingga diaphragm tidak

UPPER HEADER

Plate Diaphragm


177

dapat menahan tekanan dari uap di dalamtube. Kesalahan dalam pabrikasi danmanufaktur pengelasan merupakan penyebabkegagalan tube (gambar 10).

Gambar 9. Kemiringan diaphragm padaupper header tube

Gambar 10. Pemasangan dan pengelasandiaphragms ke header

Analisa Kejadian Pecah (Rupture) PadaTube Superheater

Gradient temperatur pada dinding tubedengan data spesifikasi material tubesuperheater SA-213 Grade T11 dapat dihitungberdasarkan persamaan 5 yaitu [13]:

∆Ttw=T1–T2=Q/A0(.

) ……….(5)Tekanan uap (P) : (5 MPa)Temperatur fluida (T2) : 400oC (752oF)Diameter luar tube (Do): 44,5 mm (1,752 in)Jari-jari luar tube (ro): 22,25 mm (0.876 in)Diameter dalam (Di): 36,5 mm (1,437 in)Jari-jari luar tube (ri): 18,25 mm (0.719 in)Tebal tube (t) : 4 mm (0,1575)Q/A0 = 90.000 Btu/h.Ft2

km = 170 Btu.in/h.ft2

T1=90.000 (. . ... / . ) + 752oF

T1 = 90.000 (. . / . ) + 752oF

T1 = 843,6oFT1 = 450oCAnalisa tegangan

Tegangan yang terjadi pada tubesuperheater adalah penggabungan dua buahbeban elastic dan beban termal yang disebutdengan tegangan termal. Denganmenggunakan persamaan lame (persamaan 1)untuk menghitung tegangan hoop.

2

2

22

2

1 )25.20(

)25.22(1

)25.18()25.22(

)25.18.(5

mm

mm

mmmm

mmMPaH

MPaH 6902.221 Tegangan radial dapat dihitung denganpersamaan 2.

2

2

22

2

)25.20(

)25.22(1

)25.18()25.22(

)25.18.(5

mm

mm

mmmm

mmMPaR

MPaR 1.2Tegangan axial (tegangan longitudinal) dapatdihitung dengan persamaan 3:

22

2

)25.18()25.22(

)25.18.(5

mmmm

mmMPaL

MPaL 28.10Dengan menggunakan persamaan 4 tegangantermal dapat dihitung:σ = 176,3961 MPaTegangan termal total yang terjadi adalah:= += 22,6902 + 176,3961= 199,0864

Berdasarkan gambar 11. bahwa tubeberoperasi pada temperatur 400oC (752oF) dantegangan luluh (yield strength) berkisar antara22,5 ksi ( 155 MPa).

Perhitungan tegangan yang terjadimerupakan penggabungan kedua teganganhoop dan tegangan termal:

σH = 199.08 MPaTegangan termal izin berdasarkan gambar 9[14].

σHi = 155 - 160 MPaσHi ≤ σH

155 MPa ≤ 199,08 MPa

Tegangan termal izin tube lebih kecil daritegangan termal yang terjadi, sehingga tubedikatakan pecah/gagal. Tube superheatermengalami perbedaan temperatur cukup besarmaka tube tidak dapat menahan tegangantermal yang terjadi, sehingga tube mengalamioverheating dalam jangka waktu yang lamadan pecah.


177









T1=90.000 (. . ... / . ) + 752oF

T1 = 90.000 (. . / . ) + 752oF



2

2

22

2

1 )25.20(

)25.22(1

)25.18()25.22(

)25.18.(5

mm

mm

mmmm

mmMPaH


2

2

22

2

)25.20(

)25.22(1

)25.18()25.22(

)25.18.(5

mm

mm

mmmm

mmMPaR


22

2

)25.18()25.22(

)25.18.(5

mmmm

mmMPaL






155 MPa ≤ 199,08 MPa



177









T1=90.000 (. . ... / . ) + 752oF

T1 = 90.000 (. . / . ) + 752oF



2

2

22

2

1 )25.20(

)25.22(1

)25.18()25.22(

)25.18.(5

mm

mm

mmmm

mmMPaH


2

2

22

2

)25.20(

)25.22(1

)25.18()25.22(

)25.18.(5

mm

mm

mmmm

mmMPaR


22

2

)25.18()25.22(

)25.18.(5

mmmm

mmMPaL






155 MPa ≤ 199,08 MPa



178

Gambar 11. Variasi tegangan luluh, tegangantarik pada temperatur tertentuAnalisa Overheating pada Tube SuperheaterPengamatan visual

Pengamatan yang dilakukan secaravisual kegagalan tube menunjukkan pipamengalami pemanasan yang berlebih(overheating). Ini ditandai dengan terjadinyamulut ikan “fishmouth effect” dan terjadinyamengembung “bulging” (tabel 1.) pada tubeseperti terlihat pada gambar 12., 13., dan 14.

Gambar 12. Tube pecah bulging

Gambar 13. Tube yang pecah

Tabel 1 Panjang retak dan pembesarandiameter

Posisiukur

Diameter luar(bulging)

mm

Panjang retak

(2a)mm

Lebarretak (2c)

mm

JUMLAHUKUR

1 2 1 2

AE 47 47,5

45

9,9BF 46,9 46,4 10,2CG 46,6 46,5 10,1DH 46,8 46,3 9,9

RATA-RATA

46,83 46,68 10,025

Gambar 14. Pengamatan sampel

Pengujian kekerasanDimensi tube superheater yang

mengalami pecah/gagal yang diperlihatkanseperti gambar 15.

Gambar 15. Dimensi tube superheater

Berdasarkan pengukuran yang dilakukandengan menggunakan jangka sorong didapatukuran dimensi dari tube superheater sepertidiperlihatkan pada tabel 2 dan 3.

Tabel 2. Diameter tube

Posisiukur

Diameter luar(mm)

Diameter dalam(mm)

Jumlahukur 1 2 1 2

AE 46 45,5 36 35,5

BF 45,9 45,2 36 36CG 45,3 45 36,5 36DH 45,9 45 35,8 35,7

Rata-rata 45.78 45,18 36,08 35,8


178






Posisiukur


mm

Panjang retak

(2a)mm

Lebarretak (2c)

mm

JUMLAHUKUR

1 2 1 2

AE 47 47,5

45

9,9BF 46,9 46,4 10,2CG 46,6 46,5 10,1DH 46,8 46,3 9,9

RATA-RATA

46,83 46,68 10,025







Posisiukur

Diameter luar(mm)

Diameter dalam(mm)

Jumlahukur 1 2 1 2

AE 46 45,5 36 35,5

BF 45,9 45,2 36 36CG 45,3 45 36,5 36DH 45,9 45 35,8 35,7

Rata-rata 45.78 45,18 36,08 35,8


178






Posisiukur


mm

Panjang retak

(2a)mm

Lebarretak (2c)

mm

JUMLAHUKUR

1 2 1 2

AE 47 47,5

45

9,9BF 46,9 46,4 10,2CG 46,6 46,5 10,1DH 46,8 46,3 9,9

RATA-RATA

46,83 46,68 10,025







Posisiukur

Diameter luar(mm)

Diameter dalam(mm)

Jumlahukur 1 2 1 2

AE 46 45,5 36 35,5

BF 45,9 45,2 36 36CG 45,3 45 36,5 36DH 45,9 45 35,8 35,7

Rata-rata 45.78 45,18 36,08 35,8


179

Tabel 3. Tebal tube superheaterTebal Sisi 1 Sisi 2

A 4,9 5.0B 5.0 4,1C 4,3 4,4D 4,7 4,5E 4,3 4,6F 4,7 4,4G 4,4 4,6H 4,9 4,5

Rata-rata 4,65 4,51

Hasil pengujian kekerasan yangdilakukan pada 8 (delapan) titik terlihatkenaikan kekerasan pada daerah 4 dan 5, atauterjadi peningkatan nilai kekerasan padadaerah yang pecah atau gagal (tabel 4.).

Tabel 4. Hasil Pengujian Kekerasan

Nilai kekerasan (Hb)

Daerahpengujian

1 2 3 4 5 6 7 8

MaterialSA 213

115 120 128 323 329 132 118 115

Penomena ini menandakan bahwakenaikan temperatur akan menaikan kekerasandisertai menurunnya kekuatan tetapi materialmenjadi rapuh (brittle). Hal inimengindikasikan bahwa pada daerah tersebutpernah terjadi long term overheating, sehinggatube mengalami pecah.

Pengujian komposisi kimiaHasil pengujian komposisi kimia yang

dilakukan dengan bahan SA-213 Grade T11dapat dilihat seperti pada tabel 5.Dari hasil komposisi kimia menunjukkanbahwa material tube superheater masih sesuaidengan spesifikasi yang disyaratkan olehASTM SA 213 Grade T11 yaitu 1,25 Cr dan0,5 Mo yang secara keseluruhan tidak adaterjadi penyimpangan pada material tubesuperheater.

Hasil pemeriksaan SEM (ScanningElectron Microskop) dilakukan pada 3 daerahpengujian pada tube superheater.

Pengujian mikrostruktur (SEM)

Tabel 5. Komposisi kimia SA 213 dan hasilpengujian

Komposisi

kimia

ASTM

A213

T11

Hasil pengujian

1 2 3

Si 0,50-1,0 0,05 0,00 0,41

P0,025 0,00 0,00 0,01

S0,025 0,00 0,00 0,00

V- 0,00 0,00 0,00

Cr1 -1,5 1,15 1,08 1,12

Mn0,3-0,6 0,42 0,47 0,45

Fe- 95,97 95,69 95,72

Ni- 0,03 0,04 0,02

Cu- 0,11 0,08 0,07

Nb- 0,00 0,00 0,00

Mo 0,44-0,65 0,45 0,45 0,45

W- 0,00 0,00 0,00

C 0,05-0,15 - - -

Hasil pengujian pada daerah 1:Hasil pengujian yang dilakukan

terhadap material SA 213 Grade T11 padadaerah 1 menunjukkan bahwa, mikrostrukturmaterial dengan matrik ferrit, butiran perlitdan karbida krom dan silicon (gambar 15).


180

Gambar 15. Hasil uji SEM spesimen daerah1 (1000X dan 5000X)

Hasil pengujian pada daerah 2:

Gambar 16. Hasil uji SEM daerah 2 yangpecah (5000X)

Hasil pengujian yang dilakukan padadaerah 2 (gambar 16), tube yang pecahmempunyai fenomena long term overheatingyaitu merupakan penggabungan dekomposisiperlite ke dalam ferrite dan spheroidalkarbida.

Kejadian ini akan mengurangi kekuatanmaterial tube, jika terus berlangsung akanmenyebabkan ruang kosong (formation ofvoid) sepanjang batas butir dan peristiwapemisahan butir akibat tegangan.

Akibat tegangan yang terjadi tube akanpecah atau gagal.Hasil pengujian pada daerah 3:Hasil pengujian yang dilakukan pada daerah 3(gambar 17) terjadi long term overheatingdikarenakan menurunnya tegangan luluh,dislokasi pada batas butir yang pecah secaraintragranular dengan perpatahan brittle.Mikro struktur didekat daerah pecah akanmenunjukkan perpanjangan butir, karenagabungan struktur mikro ferrite dan produktransformasi (pearlit dan bainit). Fenomena

ini disebabkan oleh quenching dari uap yangkeluar dari dalam tube yang gagal.

Gambar 17. Hasil uji SEM specimen daerah 3yang pecah (1000X dan 5000X)

Hasil pengujian pada daerah 4:Hasil pengujian yang dilakukan pada

daerah 4 (gambar 18) terlihat struktur mikrodengan kondisi overheating ditunjukkan olehpenebalan batas butir yang berbentuk tanahkering (heat check). Lekukan-lekukan padatanah kering tersebut merupakan bagian yangmengalami oksidasi yang paling cepat.

Gambar 18. Hasil uji SEM Spesimen 4(1000X dan 5000X)

Kondisi overheating ini diperkirakanakibat prosentasi uap yang rendah, sebagaimana disebutkan pada karekteristik tube yangpecah bahwa tube pecah akibat kekuranganaliran fluida yang masuk ke tube primarysuperheater. Flux panas yang besar disertaidengan adanya vapor film akanmengakibatkan temperatur dinding tubesuperheater menjadi tinggi sekali(overheating). Hal ini menimbulkan lapisanuap tipis (vapor film) yang mempunyaikonduktivitas panas yang rendah, sehinggatube mengalami kegagalan atau pecah.


181

Kesimpulan1. Diaphragm bergeser 18o dari posisi tegak

lurus terhadap header, sehingga menjadipenyebab utama kegagalan tubesuperheater.

2. Hasil analisa tegangan menunjukkanterjadi panas yang berlebih (overheating)pada tube superheater.≤

155 MPa ≤ 199,08 MPaHasil analisa tegangan menunjukkantegangan izin tube lebih kecil daritegangan yang terjadi, sehingga tubedikatakan pecah/gagal.

3. Hasil pengamatan visual tube superheatermemperlihatkan terjadi mengembung(bulging) dan mulut ikan (fish mouth);Panjang 45 mm, lebar rata-rata 10,025mm dan diameter 46,75 mm,pertambahan diameter 2,26 mm. Hasilpengujian kekerasan menunjukkanmaterial terjadi deformasi pada daerahyang pecah, ini menandakan bahwakekuatan material menurun dengankenaikan kekerasan. Hasil pengujiankomposisi kimia menunjukkan kandunganunsur kimia yang diizinkan masih dalambatas standar material SA 213. Hasilpengujian SEM menunjukkan bahwamikrostruktur terjadi dislokasi padabatas butir dimana pecah secaraintragranular dengan perpatahan brittle.

Referensi[1] PT PIM harus tetap berada di

Lhokseumawe. http://www.pim.co.id/.diakses tanggal 29 April 2011.

[2] Kepala Departemen Pemeliharaan PTPIM. 2011. Presentasi Rencana KerjaDepartemen Pemeliharaan tahun 2011.Lhokseumawe.

[3] Port D. Robert., Herro M. Harvey., TheNalco Guide to Boiler Failure Analysis,Nalco Chemical Company, New York,McGraw Hill Inc, 1991.

[4] Sukandar., Analisa Kerusakan PipaBoiler Feed Water (BFW) pada UjungSaluran Injektor Inhibitor, Laporan Tesis,Magister Teknik Mesin FT-UI, 2002.

[5] Thermal Energy Equipment: Boilers &Thermic Fluid Heaters Energy EfficiencyGuide for Industry in Asia.www.energyefficiencyasia.org. diaksestanggal 20 April 2011.

[6] Port D. Robert., Herro M. Harvey., TheNalco Guide to Boiler Failure Analysis,Nalco Chemical Company, New York,McGraw Hill Inc, 1991.

[7] ASM Handbook, volume 8, MechanicalTesting and Evaluation, ASMInternational, 2002.

[8] V.Ramachandran,A.C. Raghuram,R.V.Krishnan, and S.K. Bhaumik, FailureAnalysisof Engineering StructuresMethodology andCase Histories, ASMInternational Materials Park, Ohio, 2005.

[9] ASTM A 956, Standard Test Method forLeeb Hardness Testing of Steel Products,1992.

[10]ASTM A 751, Standart Test Method,Practices, and Terminology for ChemicalAnalysis of Steel Products, 1992.

jurnal mekintek volume 3 no. 1 januari juni 2012 analisa...

Documents