Analisa Kegagalan Material Baja Karbon ASTM A179 dan SS 316L pada Tube Heat Exchanger 09-E-105 PT Petrokimia Gresik

Analisa Kegagalan Material Baja Karbon ASTM A179 dan SS 316L pada Tube Heat Exchanger 09-E-105 PT Petrokimia Gresik

Oleh: Moh. Rizal Ibrahim (2707100062) Pembimbing: Ir. Muchtar Karokaro, Msc Diah Susanti, PhD

LATAR BELAKANG CS A 179 Pemindah panas Temperatur ekstrim HE 09-E-105

SS 316 L A. F. Millis 1999 tube merupakan bagian yang mudah rusak Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya

RUMUSAN MASALAH

Faktor – faktor ???

Mekanisme kegagalan ???

Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya

TUJUAN

Faktor – faktor

Mengetahui Mekanisme kegagalan


BATASAN MASALAH •Lingkungan kerja sesuai dengan desain •Material komponen tube HE 09-E-105 bersifat homogen • Korosi yang terjadi pada SS 316L sangat kecil sehingga dapat diabaikan


MANFAAT

BAGI MAHASISWA:

BAGI PERUSAHAAN:

memahami dan mengaplikasikan ilmu di kuliah

acuan dalam pembuatan HE selanjutnya


HEAT EXCHANGER alat yang digunakan untuk memindahkan panas dari satu fluida ke fluida yang lain (A. F. Milis, 1999)

Salah satu contoh HE yangsering digunakan di dunia industri adalah jenis Shell and tube (Wolverine Tube Inc, 2001)

1. 2. 3. 4.

Tube Tubesheet Shell Tube side channel 5. Channel cover 6. Pass divider 7. Baffle


URAIAN PROSES DI PABRIK PHONSKA .


CONTOH KEGAGALAN PADA HE

U turn tube gagal akibat thermal fatique

Crack yang terjadi akibat vibrasi

Erosi pada U tube

Kegagalan akibat expansion pada bagian head

water hammer pada tube


BAJA KARBON A 179 • Baja karbon adalah logam paduan antara besi sebagai unsur utama (solvent) dengan solute berupa karbon, dengan sedikit impurities unsur lain. • KOMPOSISI Unsur

Kandungan (%)

Karbon

0,06-0,18

Mangan

0,27-0,63

Pospor

0,035

Belerang

max 0,035

• SIFAT MEKANIK Tensile strength, min, ksi [MPa]

Yield strength, min, ksi [MPa]

Elongation in 2 in. or 50 Hardness mm, min, % HRB

47 [325]

26 [180]

35

72


SS 316 L • Stainless Steel 316 L adalah jenis stainless steel dengan tambahan Molibdenum, krom, dan nikel • KOMPOSISI

• SIFAK MEKANIK


Bentuk kegagalan (Wulpy, 1999): • Deformasi : perubahan bentuk geometri dari bentuk awal desain • Korosi : degradasi material karena proses alami bereaksi dengan lingkungan • Aus / wear : perubahan pada permukaan akibat adanya kontak dengan bahan lain sehingga mengalami degradasi • Patah / fracture : kegagalan berupa terpisahnya material karena efek patah Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya

Prosedur analisa kegagalan (ASM International Vol. 11, 2002)


Analisa Korosi (Wulpy, 1999) • Pengamatan on-site • Pengamatan di laboratorium meliputi jenis korosi, bentuk korosi.  Mikrostruktur  jenis dan bentuk  Uji komposisi produk korosi  unsur yang penyebab korosi. Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya

Analisa Deformasi (Wulpy, 1999) Penyebab Deformasi • Overload • penurunan kualitas material • proses manufaktur


METODOLOGI


ALIRAN DALAM HEAT EXCHANGER / AIR CILLER 09-E-105.

NH3 GAS 50C

NH3 LIQUID -330C

UDARA GAS 23,20C

UDARA GAS 320C Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya

TUBE CS A 179

TUBE SS 316L Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya

ANALISA CS A 179


A

B

C

D


DEGRADASI ALUMINIUM KOROSI SUMURAN PIPA Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya

KOMPOSISI PIPA ( OES )

ANALISA

BENTUK KOROSI ( Mikroskop Optik, SEM )

KOMPOSISI KOROSI ( SEM – EDX` ) Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya

Uji Komposisi Kimia

Karbon Mangan

ASTM A 179 (%) 0,06-0,18 0,27-0,63

Pospor

Unsur

Belerang Besi

Hasil OES Keterangan 0,152 0,463

Sesuai Sesuai

0,035

0,049

Tidak sesuai

max 0,035

0,053

Tidak sesuai

Balance

98,7

Sesuai


SEM - EDX KOROSI 1


Retak pada produk korosi 1


SEM - EDX

KOROSI 2


Mikroskop Optik


Bentuk korosi perbesaran 200 x Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya

Bentuk korosi perbesaran 500 x Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya

UJI KOMPOSISI KOROSI PRODUK KOROSI 1

PRODUK KOROSI 2


ANALISA SS 316 L


SS 316 L



KOMPOSISI PIPA ( mill certificate )

ANALISA

SIFAT MEKANIK ( mill certificate )

ANALISA PEMBEBANAN ( Tresca – Von Misses ) Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya

Kandungan

HASIL UJI

ASTM Keterangan A269/A213

C

0,02

max 0,035

Sesuai

Si

0,03

max 1

Sesuai

Mn

1,51

max 2

Sesuai

P

0,26

max 0,45

Sesuai

S

0,03

max 0,3

Sesuai

Ni

10,14

10 – 14

Sesuai

Cr

16,50

16 – 18

Sesuai

Mo

2,03

2–3

Sesuai


Sifat Mekanik

HASIL ASTM Keterangan UJI A269/A213

Yields Strength (MPa)

275

min 170

Sesuai

Max Strength (MPa)

580

min 485

Sesuai

Elongation (%)

64,5

min 35

Sesuai

Hardness (HRB)

70


ANALISA PEMBEBANAN • Defleksi yang bekerja • Kriteria kegagalan Tresca dan Von Misses Beban mekanik Beban termal


Defleksi yang bekerja • Defleksi izin 3 mm

• Defleksi yang bekerja 11 mm


PEMBEBANAN • Pembebanan pipa tipis t/D < 0,2 • Tegangan utama σ1 = 26,64 N/mm2\ σ2 = 4,64 N/mm2 σ3 = 0 Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya

• Pembebanan pipa tebal teerdapat beda temperatur pada pipa • Tegangan utama

σ1 = 2,2 MPa σ2 = -23,4 Mpa σ3 = 0 MPa Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya

• Tegangan termal 147 Mpa • Tegangan utama total σ1 (MPa)

σ2 (MPa)

σ3 (MPa)

Pipa tipis

26,6

145,6

0

Pipa tebal

2,2

154,2

0


KRITERIA TRESCA


KRITERIA VON MISSES


KESIMPULAN • Faktor yang menyebabkan kegagalan pada tube A.) CS A 179 kegagalan berupa kebocoran disebabkan oleh korosi sumuran B.) SS 316L kegagalan berupa deformasi plastis disebabkan karena overloading


• Mekanisme kegagalan Untuk tube CS A 179 korosi pada fin aluminium  kontak metalik BERKURANG  oksida aluminium (lebih katodik)  korosi sumuran pada bagian yang tidak tertutup oleh oksida aluminium  bocor Untuk tube SS 316L defleksi + tegangan akibat tekanan dan beda temperatur  overloading  deformasi plastis. Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya

SARAN • Untuk tube HE SS 316L apabila masih digunakan dapat ditambahkan support pada bagian tengah (L=1,5) untuk mengurangi kerusakan yang parah. • Perlunya analisa lebih mendalam pada tube SS 316L untuk mengetahui aspek metalurgi dan aspek lain sehingga diketahui penyebab selain aspek overloading. • Perlunya kelengkapan data equipment meliputi manufaktur dan fabrikasi • Untuk tube selanjutnya dapat digunakan tube SS 316L dengan fin alumimium. Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya

DAFTAR PUSTAKA • Anonim, Departemen Research and Technology WolverineTube Inc. 2001. • Becker , William T., Roch J. Shipley. ASM Handbook Volume 11 Failure Analysis and Prevention. 2002. USA • Blonch, Heinz P., Fred K. Geitner. Machinery Failure Analysis and Troubleshootin, third edition. 1999. Gulf Publishing Company. Houston. • Boresi, Arthur P. Richard J. Schmidt. Advanced Mechanics of Materials Sixth Edition. 2003. John Willey & Sons, Inc. USA • oldstein, R.J., dkk. Heat transfer—A review of 2004 literature. • G Henderieck KX. Application at Low Temperature Iron and Steel. 2007. Gie Tech

• Incropera, Frank P., David P. De Witt. Fundamentals of Heat and Mass Transfer Fourth Edition. 1996. John Willey & Sons, Inc. USA • Kern, Donald Q. Process Heat Transfer 24th printing. 1988. Singapore. Singapore national Printers Ltd. • Khan, A. Nusair. A. Usman,. Failure analysis of heat exchanger tubes. 2007 • Millis, A. F. Basic Heat and Mass Transfer, second edition. 1999. Prentice Hall, Inc. New Jersey. • Nash, William A. Schaum Outline of Theory and Problems Strengtg of Materials Second Edition. 1972. Mc-Graw Hill Inc.USA • Purdy, S.M. Macroetching, Metallography and Microstructures, Vol 9, ASM Handbook. ASM International. 2004. • Schweitzer, Philip A., P.E. Corrosion-Resistant Piping Systems. 1994. Marcel Dekker, Inc. New York. • Schierle, G.G. Structure in Architecture. University of Southern California custom publishing. 2003. Los Angeles

Analisa Kegagalan Material Baja Karbon ASTM A179 dan SS 316L pada Tube Heat Exchanger 09-E-105 PT Petrokimia Gresik

Recommend Documents