BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN bagian atas, (b) permukaan luar pipa bagian bawah, (c) permukaan dalam pipa bagian atas, dan (d) permukaan dalam pipa bagian bawah.
Pengamatan Visual Pipa dipotong secara transversal menjadi dua bagian, yaitu bagian atas dan bagian bawah. Gambar 4.1 memperlihatkan (a) permukaan luar pipa
(a)
(b)
(c)
(d) Gambar 4.1 Pipa Primary Separator, camdig (0,5x) Diameter pipa diukur menggunakan jangka sorong. Pengukuran dilakukan sebanyak lima kali ulangan. Didapatkan Tabel 4. Data hasil pengukuran diameter pipa Ulangan 1 2 3 Diameter 5,98 5,88 6,06 (cm)
nilai rata-rata diameter pipa sebesar 5,92 cm. Tabel 2. berikut memperlihatkan data hasil pengukuran diameter pipa.
4
5
Rata-rata
5,81
5,89
5,92
24
Dari hasil pengamatan visual terhadap pipa, terlihat pipa terkorosi pada bagian dalam, bahkan ditemukan adanya lubang. Gambar 4.2 menunjukkan bagian dalam untuk pipa bawah.
Gambar 4.3 Bagian dalam pipa, camdig (3x). Gambar 4.2
Bagian dalam pipa bawah, camdig (1x)
Secara umum, bagian dalam pipa berwarna coklat. Jika dilihat lebih dekat, warna deposit korosi bervariasi antara merah, coklat muda, coklat tua, dan hitam. Warna coklat kemerahan menunjukkan adanya senyawa Fe2O3, sedangkan warna hitam menunjukkan adanya senyawa Fe3O4. Kedua senyawa tersebut adalah produk korosi.44 Banyak terbentuk sumur (pit) pada pipa, seperti diperlihatkan pada Gambar 4.3 berikut.
Selain itu, ketebalan pipa juga diukur menggunakan mikrometer skrup. Pada pipa tersebut, terdapat beberapa bagian yang memiliki ketebalan berbeda. Hal ini menunjukkan terjadinya penipisan logam akibat korosi. Penipisan ini berkisar antara 20% hingga 100%. Adanya lubang menunjukkan terjadinya penipisan 100%. Tabel 3. berikut menunjukkan nilai ketebalan pipa pada beberapa bagian tertentu yang sudah ditandai pada Gambar 4.4.
Gambar 4.4 Bagian-bagian pipa yang diukur ketebalannya
23 25
Tabel 5. Data hasil pengukuran ketebalan pipa Bagian Atas Bagian Bawah Titik Ketebalan Titik Ketebalan (mm) (mm) TA 2,34 BA 3,31 TB 3,15 BB 3,66 TC 2,42 BC 1,80 TD 1,91 BD 2,95 TE 2,77 BE 2,11 TF 4,05 BF 1,92 TG 2,03 BG 3,00 TH 3,55 BH 3,40 Pipa dipotong secara transversal dan longitudinal. Kemudian dilakukan mounting dan grinding. Pada Gambar 4.5 (a) sampel diambil dari pipa bagian atas. Pipa dipotong melintang/transversal setebal 5 mm. Kemudian dari cuplikan tersebut, dibagi minjadi tiga bagian dan disusun berjajar seperti pada gambar. Terlihat dari gambar bahwa ketebalan pipa bervariasi. Hal ini dapat terjadi karena serangan korosi pada pipa. Pada Gambar 4.5 (b) sampel diambil dari pipa bagian atas. Pipa dipotong membujur/longitudinal setebal 5 mm. Kemudian dari cuplikan tersebut dibagi menjadi tiga bagian dan disusun berjajar seperti pada gambar. Dari gambar tersebut, bagian yang paling atas menunjukkan ketebalan yang bervariasi, namun dua bagian yang bawah, tidak terlalu tampak penipisannya. Terjadinya penipisan ini juga disebabkan serangan korosi.
(a)
(b) Gambar 4.5 Sampel pipa yang dipotong (a) transversal dan (b) longitudinal Pengamatan Makroskopik Pengamatan makroskopik pada bagian dalam pipa, menggunakan kamera digital dan mikroskop stereo. Gambar 4.6 di bawah ini merupakan hasil pengamatan dari mikroskop stereo yang diambil gambarnya menggunakan kamera digital. Dari gambar tersebut terlihat bahwa korosi mampu membentuk lubang/sumur pada permukaan dalam pipa. Sumur ini merupakan salah satu bentuk serangan korosi yang terlokalisasi (localized corrosion). Penyebab korosi seperti air atau minyak mentah terjebak pada satu titik di dalam pipa tersebut, membentuk lubang. Penyebab korosi tidak bisa keluar dan serangan semakin dalam, akibatnya terbentuk sumur seperti pada gambar.
Sumur (pitting)
Gambar 4.6 Lubang akibat korosi pada bagian dalam pipa, m.s. (6x)
26 44
Korosi juga mampu membuat lapisan deposit korosi terkelupas seperti pada Gambar 4.7. Hal ini merupakan salah satu bentuk serangan general corrosion. Penyebab korosi secara bersamaan menyerang pada permukaan pipa, menghasilkan deposit yang
mempertipis lapisan permukaan logam. Adanya aliran fluida dalam pipa juga mempengaruhi permukaan logam untuk melepas lapisan deposit korosi. Pada Gambar 4.7 tersebut, terlihat lapisan deposit korosi tersebut hampir lepas.
Lapisan terkelupas
Gambar 4.7 Deposit korosi terkelupas pada bagian dalam pipa, m.s. (6x). Pada Gambar 4.8, terlihat jelas adanya penipisan ketebalan pipa. Penipisan ini juga disebabkan oleh serangan korosi lokal yang depositnya sudah terkikis habis sehingga hampir
tampak logam dasar (base metal) dari pipa. Terkikisnya lapisan deposit juga dapat dipengaruhi oleh aliran fluida di dalam pipa.
Gambar 4.8 Ketebalan pipa yang menipis, m.s. (6x).
27
Gambar 4.9 menunjukkan goresangoresan sejajar pada bagian dalam pipa. Hal ini dimungkinkan dapat terjadi karena adanya gesekan antara pipa dengan fluida yang mengalir di dalamnya. Fluida tersebut membawa pengotor minyak seperti pasir yang mampu menggores logam pipa. Adanya
goresan tersebut bisa menjadi salah satu ciri serangan erosion corrosion Kemungkinan lain, goresan tersebut adalah salah satu tanda bahwa pipa mengalami korosi H2S. Salah satu ciri adanya serangan korosi H2S adalah dasar logam yang tergores.
Gambar 4.9. Goresan pada bagian dalam pipa, m.s. (6x). Pengamatan Mikroskopik Pengamatan struktur mikro dari sampel pipa menggunakan mikroskop optik dan (Scanning Electron Microscope) SEM. Sampel pertama yang akan diamati adalah permukaan luar. Gambar 4.10 berikut menunjukkan permukaan luar pipa yang dipotong secara longitudinal, (a) dengan etsa dan (b) tanpa etsa. Dari kedua gambar
tersebut, terlihat perbedaan sampel yang melalui dan tanpa melalui proses etching (etsa). Pada Gambar 4.10 (a) fasa pearlite yang berwarna agak gelap pada logam dasar lebih terlihat jelas daripada logam dasar di Gambar 4.10 (b) yang tampak polos. Kedua gambar tersebut juga menunjukkan terlihatnya lapisan cat dari pipa.
(a) (b) Gambar 4.10 Permukaan luar pipa dipotong longitudinal, m.o. (300x)
28
Pengamatan berikutnya dilakukan dengan memotong pipa secara transversal, hasilnya tampak pada Gambar 4.11. Gambar tersebut menunjukkan permukaan luar pipa setelah dietsa. Terlihat adanya logam dasar, lapisan galvanis, dan lapisan cat.
Lapisan galvanis adalah lapisan yang ditambahkan pada baja untuk memberikan ketahanan korosi, lapisan ini terbuat dari seng (Zn). Setelah dilapisi dengan seng, permukaan luar pipa kemudian dicat.
Gambar 4.11 Permukaan luar pipa dipotong transversal, m.o. (400x) Sampel berikutnya yang diamati adalah bagaian tengah dari pipa. Pipa dipotong secara transversal. Gambar 4.12 menunjukkan bagian tengah pipa, (a) melalui proses etching dan (b) tanpa melalui proses etching. Pada Gambar 4.12 (a) terlihat butir-butir ferrite yang tampak lebih cerah dan butir-butir
pearlite yang tampak gelap. Pada Gambar 4.12 (b) tidak terlihat adanya butir-butir. Hal ini terjadi karena sampel tersebut tidak melalui proses etching. Namun, terlihatnya bintik-bintik hitam ini adalah kotoran yang masuk ketika proses polishing yang kurang sempurna.
(a) (b) Gambar 4.12 Bagian tengah pipa dipotong transversal, m.o. (300x)
29
Sampel berikutnya yang diamati adalah permukaan dalam dari pipa. Pipa dipotong secara transversal. Gambar 4.13 menunjukkan penampang melintang permukaan dalam pipa. Bagian yang lebih cerah merupakan logam dasar (base metal) dengan butir-butir ferrite dan pearlite, sedangkan bagian yang lebih
gelap merupakan produk korosi. Produk korosi juga terlihat pada Gambar 4.14. Dari hasil pengamatan ini, terlihat bahwa salah satu jenis korosi yang menyerang permukaan dalam pipa adalah general corrosion. Ketebalan pipa menipis dan tertutupi oleh lapisan produk korosi secara seragam.
Gambar 4.13 Penampang melintang bagian dalam pipa, m.o. (400x)
Gambar 4.14 Penampang melintang bagian dalam pipa, m.o. (200x)
30
Selain general corrosion, jenis korosi yang tampak pada pipa adalah pitting corrosion. Jenis korosi ini ditemukan pada pengamatan sampel pipa yang dipotong secara transversal (Gambar 4.15) dan longitudinal (Gambar 4.17). Pada Gambar 4.15 terlihat adanya
serangan korosi yang berbentuk bulat. Hal ini menunjukkan bahwa pada cuplikan sampel tersebut terdapat sumur (pitting). Jenis korosi ini juga tampak pada Gambar 4.16. Pada Gambar 4.17 terlihat adanya sumur yang cukup besar dan terisi oleh produk korosi.
Gambar 4.15 Penampang melintang bagian dalam pipa, m.o. (400x)
Gambar 4.16 Penampang melintang bagian dalam pipa tanpa etching, m.o. (200x)
Gambar 4.17 Bagian dalam pipa dipotong longitudinal, m.o. (400x)
31
Jika sampel dikaratkerisasi menggunakan SEM, maka akan tampak seperti pada gambar-gambar di bawah ini. Gambar 4.18 menunjukkan struktur mikro logam dasar pipa (base metal), terlihat bahwa logam tersebut didominasi
oleh fasa ferrite dan sedikit pearlite. Fasa ferrite dicirikan dengan bagian yang lebih terang, sedangkan pearlite dicirikan dengan bagian yang lebih gelap. Batas antar butir tampak terlihat berwarna putih.45
Gambar 4.18 Struktur mikro pipa baja, SEM (1000x) Gambar 4.19 di bawah ini merupakan pencitraan penampang melintang bagian dalam pipa. Dari gambar tersebut, tampak bagian yang lebih cerah merupakan logam dasar pipa (base metal) dan bagian yang lebih gelap
adalah deposit korosi. Deposti korosi bersifat rapuh sehingga terlihat adanya retakan pada deposit tersebut. Dari gambar ini, jenis serangan yang terlihat adalah general corrosion.
Produk Korosi
Logam Dasar
Gambar 4.19 Penampang melintang pipa bagian dalam, SEM (1000x)
23 32
Gambar 4.20 di bawah ini menunjukkan adanya produk korosi yang membentuk lubang-lubang atau sumur (pitting) pada pipa. Bagian pojok kiri atas adalah sebagian logam dasar (base metal) yang masih belum terkena serangan korosi. Di bagian gambar sebelah kanan, tampak susunan deposit korosi yang acak. Terdapat pula beberapa lubang
(berwarna hitam) yang terbentuk akibat serangan korosi lokal. Sumur-sumur tersebut dimungkinkan saling berhubungan satu sama lain atau disebut dengan istilah (wormhole). Adanya sumur yang saling berhubungan ini merupakan salah satu tanda korosi CO2 yang menyerang pipa.
Gambar 4.20 Permukaan dalam pipa yang terkorosi, SEM (500x) Karakterisasi komposisi kimia pipa Komposisi unsur-unsur kimia pipa hasil pengujian dengan Optical Emission Spectrometer ditunjukkan pada Tabel 6 berikut. Tabel 6. Komposisi kimia penyusun logam dasar pipa Unsur % Berat Unsur % Berat Fe 98,1866 Ni 0,00901 Mn 1,18598 Zn 0,00595 Si 0,29992 Pb 0,00562 C 0,16138 V 0,00373 Nb 0,04133 Zr 0,00342 Al 0,03458 W 0,00199 Cr 0,02384 Sn 0,00155 Cu 0,01347 P 0,0116 Ti 0,01152 S 0,0001 Dari data di atas, dapat dianalisis bahwa kandungan karbon dan mangan dalam baja ini adalah kurang dari 0,3% dan 1,5%. Berdasarkan Tabel 1 pada Bab II, sampel pipa termasuk ke dalam jenis low carbon steel. Jenis bahan seperti ini banyak digunakan untuk stamping,
forging, seamless tubes, dan boiler plate.46 Untuk industri perminyakan (petroleum oil), jenis baja seamless tubes adalah jenis pipa yang digunakan untuk mengalirkan minyak. Komposisi kimia pembentuk pipa pada Tabel 6 di atas memiliki kemiripan dengan baja jenis SAE 1513 (SAE, Society of Automotive Engineers) dengan kandungan unsur-unsurnya dengan Tabel 3 pada Bab II. Akan tetapi, berdasarkan American Petroleum Institute (API), jenis baja seamless yang tepat digunakan dalam industri minyak adalah jenis baja 5L. Komposisi kimia baja 5L dapat dilihat pada Tabel 2 Bab II. Kandungan karbon dalam jenis baja ini ditambahkan agar kekuatan mekaniknya semakin besar dan elastisitasnya menurun. Terdapat pula unsur mangan yang ditambahkan untuk meningkatkan kualitas permukaan baja. Adanya unsur silikon akan memperkuat baja. Terdapat beberapa unsur lain seperti niobium, aluminium, khrom, tembaga, dan titanium memiliki peranan masingmasing dalam meningkatkan karakteristik mekanik baja. Unsur-unsur lain dengan
33
kandungan di bawah 0,01% adalah pengotor pada baja. Berikut adalah hasil pengujian komposisi unsur-unsur kimia pada pipa dengan Energy Dispersive Spectrometer (EDS). Hasil grafik EDS dapat dilihat
pada Lampiran 3 (Halaman 45). Gambar 4.21 dan Gambar 4.22 menunjukkan beberapa titik pengukuran pada permukaan sisi dalam pipa yang mengalami korosi, hasilnya ditampilkan pada Tabel 7 dan Tabel 8.
Gambar 4.21 Beberapa titik pengukuran komposisi kimia mikro Tabel 7. Komposisi kimia mikro pada beberapa titik di gambar 4.17 Komposisi (% berat) Unsur Titik 1 Titik 2 Titik 3 Titik 4 Titik 5 Titik 6 Fe 91,39 66,7 84,71 84,73 84,29 53,23 C 7,54 10,22 11,53 12,97 13,26 12,92 O 0,83 22,62 3,4 2,07 2,13 33,46 Si 0,25 0,33 0,36 0,24 0,32 0,19 S 0,03 0,19 Cl 0,11 0,01 Dari data EDS yang ditampilkan pada Tabel 7, terlihat bahwa unsur-unsur yang terdapat pada produk korosi diantaranya adalah besi (Fe), karbon (C), oksigen (O), silikon (Si), sulfur (S), dan klor (Cl). Pada titik 1, terlihat komposisi unsur oksigen yang sangat rendah, hal ini menunjukkan bahwa pada bagian tersebut serangan korosi masih sangat ringan. Pada titik 2 dan titik 6, gambar menunjukkan sumur yang berwarna gelap, ternyata hasil EDSnya
menunjukkan adanya unsur-unsur oksigen, sulfur dan klor yang terdapat dalam lubang tersebut. Adanya unsur sulfur ini semakin memperkuat dugaan bahwa jenis srangan korosi adalah H2S corrosion. Adanya unsur klor membuktikan bahwa proses drain dan refresh menggunakan senyawa HCl dalam pengoperasiannya. Proses tersebut masih meninggalkan unsur klor pada bagian dalam pipa.
34 44
Gambar 4.22 Beberapa titik pengukuran komposisi kimia mikro Tabel 8. Komposisi kimia mikro pada beberapa titik di gambar 4.18 Komposisi (% berat) Unsur Titik 1 Titik 2 Titik 3 Titik 4 Titik 5 Titik 6 Fe 86,29 51,87 74,91 45,25 9,29 84,14 C 11,94 12,94 20,06 17,4 41,88 15,31 O 1,77 34,58 4,57 36,54 8,12 Si 0,43 0,45 0,81 40,71 0,55 S Cl 0,17 Dari data EDS yang ditampilkan pada Tabel 8, terlihat bahwa unsur-unsur yang terdapat pada produk korosi diantaranya adalah besi (Fe), karbon (C), oksigen (O), silikon (Si), dan klor (Cl). Berbeda dengan Gambar 4.21 di atas, Gambar 4.22 adalah penampang melintang permukaan logam bagian dalam. Titik 1 dan titik 6 memiliki warna yang cerah, hal ini menunjukkan bahwa bagian tersebut adalah logam dasar pipa. Pada kedua titik tersebut hampir tidak terdapat unsur oksigen yang menandakan belum terjadi serangan korosi. Warna yang lebih gelap seperti pada titik 2 menunjukkan bentuk sumur yang terisi dengan deposit korosi. Pada titik ini ditemukan sedikit unsur klor yang merupakan sisa hasil proses drain dan
refresh. Pada titik yang lain tampak adanya unsur oksigen sebagai tanda adanya produk korosi pada titik tersebut.
35
4.24, dan 4.25 berikut adalah grafik hasil pengujian difraksi sinar-X. Proses analisi fraksi sinar-X ditampilkan pada Lampiran 4 (Halaman 57) dan PDF (Powder Diffraction File) untuk masingmasing senyawa ditampilkan pada Lampiran 5 (Halaman 58).
Identifikasi senyawa pada produk korosi Identifikasi senyawa dilakukan dengan instrumen X-Ray Diffractometer. Pengujian dilakukan pada tiga sampel, yaitu pipa tanpa karat, pipa berkarat, dan serbuk deposit korosi. Gambar 4.23,
Gambar 4.23 Hasil pengujian difraksi sinar-X untuk besi bersih karat Bagian dalam pipa yang berkarat 50 45 40
Δ
o x
Δ o x
35 Intensitas 30
* o x Δ
25 20
o o
o x * Δ
: FeS (23-1120) : FeCO3 (29-0696) : Fe2O3 (47-1409) : FeOOH (26-0792)
x * oΔ o o * Δ * Δ Δ
15 10 5 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
2 theta
Gambar 4.24 Hasil pengujian difraksi sinar-X untuk besi yang berkarat
100
36
Serbuk Karat 120
x o * # $
* x
100
Intebnsitas
80
60
o
40
$ #
20
$ # o x $ * # x * x x
$ x o
$ # * x x * *
: FeS (23-1120) : FeSO4 (37-0873) : FeCO3 (29-0696) : FeFe2O4 (19-0629) : FeCl2 (01-1106)
$ x * * x $ o # #
$ * #
0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
2 theta
Gambar 4.25 Hasil pengujian difraksi sinar-X untuk serbuk karat Dari hasil pengujian difraksi sinar-X tersebut, terlihat bahwa bahan penyusun utama pipa adalah besi Fe (#PDF 060696). Kemudian beberapa senyawa yang terdapat pada produk korosi diantarnya adalah FeS (iron sulfide, #PDF 23-1120), FeSO4 (iron sulfate, #PDF 37-0873), FeCO3 (iron carbonate, siderite, #PDF 29-0696), Fe3O4 (iron oxide, magnetite, #PDF 19-0629), Fe2O3 (iron oxide, hematite, #PDF 47-1409), FeO(OH) (iron oxide hydroxide, #PDF 26-0792), dan FeCl2 (iron chloride, #PDF 011106). Powder Diffraction File (PDF) untuk masing-masing senyawa terdapat pada lampiran. Dari hasil tersebut, terlihat adanya beberapa senyawa hasil produk korosi, seperti FeO(OH), Fe2O3 dan Fe3O4 yang merupakan ciri utama terjadinya korosi pada baja. Selain itu, terdapat senyawa FeCO3 yang merupakan hasil korosi oleh senyawa CO2. Kemudian terdapat pula senyawa FeS dan FeSO4 yang memperkuat terjadinya korosi H2S pada pipa. Terdapat pula senyawa FeCl2 yang terbentuk karena proses drain dan refresh
yang menyisakan unsur Cl pada permukaan dalam pipa. Berikut adalah beberapa reaksi kimia yang menunjukkan terjadinya beberapa senyawa produk korosi di atas. Terjadinya korosi diawali dengan besi yang mengalami oksidasi. Fe → Fe2+ + 2e− Kemudian terjadi reaksi redoks antara Fe2+ dengan oksigen. 4Fe2+ + O2 → 4Fe3+ + 2O2− Selanjutnya hasil reaksi di atas, Fe3+ bereaksi dengan air (H2O) yang selanjutnya akan menghasilkan FeO(OH) dan Fe2O3 . Fe3+ + 3H2O ⇌ Fe(OH)3 + 3H+ Fe(OH)3 ⇌ FeO(OH) + H2O 2FeO(OH) ⇌ Fe2O3 + H2O Selain bereaksi dengan oksigen, Fe2+ juga bereaksi dengan ion Cl-. 2Fe2+ + 4Cl- → 2FeCl2 Kemudian hasil reaksi di atas, FeCl2 bereaksi dengan oksigen 3FeCl2 + 2O2 → Fe3O4 + 3Cl2
37
Adanya senyawa H2S dan CO2 pada minyak bereaksi dengan besi dan menghasilkan produk korosi sebagaimana reaksi kimia berikut.
Fe + H2S → FeS + H2 2 Fe + 2 CO2 + O2 → 2 FeCO3
