Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009
ISSN 0854 - 5561
PERBAIKAN DAN PENGUJIAN KINERJA CORROSION TEST MACHINE
Johanna M.C. Johari, Dedy Haryadi, Yatno DAS, M.AIi Akbar, Iwan Setiawan, Suyoto
ABSTRAK PERBAIKAN
DAN PENGUJIAN
KINERJA
CORROSION
TEST MACHINE.
Corrosion
test machine adalah bagian dari peralatan kendali kualitas untuk uji ketahanan korosi pel at dan kelongsing Zircaloy-2 untuk pembuatan berkas elemen bakar tipe Cirene. Untuk memfungsikan alat kembali, dilakukan perbaikan dan pengujian kinerja sehingga dapat diketahui kemampuan alat terkait dengan parameter desain dan acuan data teknis yang ada serta dokumen-dokumen terkait lainnya.Parameter uji yang diinginkan meliputi uji dalam uap air jenuh pad a suhu 400±3 °C dan tekanan 100 ± 7 bar (10,3 ± 0,7 MPa ) dengan durasi uji sampai 3 hari (72 ± 1 jam). Hasil menunjukkan sebagian besar komponen berfungsi dengan baik. Secara umum alat telah dapat dioperasikan pad a suhu dan tekanan yang diharapkan, meski toleransi suhu masih di luar batasan yang ditetapkan. Namun, durasi uji belum dapat tercapai karena timbulnya masalah kebocoran di daerah gasket. Kata kunci : korosi, autoclave, uji fungsi.
PENDAHULUAN Autoclave OE-12 yang berada di IEBE-PTBN dirancang untuk pengujian ketahanan korosi pel at dan kelongsong Zircaloy-2 dalam uap air pada suhu 400 ± 3 °C dan tekanan 100 ± 7 bar (10,3 ± 0,7 MPa) dengan durasi uji sampai 3 hari (72 ± 1 jam)!1J• Kegiatan uji ini merupakan bagian dari penerimaan materi Zircaloy-2 untuk pembuatan berkas elemen bakar. Alat awalnya sudah beberapa waktu tidak difungsikan sehingga perlu perbaikan dan uji kinerja. Perbaikan meliputi pengecekan, uji nyala, servis, penggantian komponen dan modifikasi. Sedangkan pengujian kinerja bertujuan, antara lain: Memeriksa kesempurnaan/kelengkapan dengan baik
uji sebelum operasi, yakni bahwa komponen berfungsi
-
Memeriksa parameter operasi alat, seperti suhu, tekanan, sistem venting.
-
Mengetahui kemampuan operasi alat, meliputi suhu, tekanan dan durasi uji
DESKRIPSI ALAT Autoclave
OE-12 terdiri dari tiga bagian, yakni bejana tekan, rak instrumen dan panel
kontrol.
555
ISSN 0854 - 5561
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009
(a)
(b)
GAMBAR 1. Corrosion testing autoclave OE-12 terdiri dari bejana tekan yang terbuat dari baja tahan karat dengan sistem pengunci baut dilengkapi jaket pemanas listrik. Bejana ditempatkan dalam ruang berdinding beton. (b) Panel kontrol dan rak instrumen berada di luar ruang autoclave. Prinsip kerjanya adalah bejana awalnya diisi air sampai % penuh dan kemudian dipanaskan secara bertahap. Suhu di autoclave terdiri dari dua bagian, yakni suhu uap air di dalam autoclave dan suhu di dinding autoclave. Informasi suhu ini akan diteruskan ke panel kontrol sebagai bacaan (suhu dalam) dan sebagai kontrol (suhu luar) untuk mematikan/menghidupkan pemanas (sistem ONOFF). Uap air yang terbentuk akan mengalir keluar melalui dua jalur. Jalur pertama terhubung ke pressure gauge dan juga transmitter dim ana tekanan diubah menjadi sinyal pneumatik dan dikirim ke panel kontrol. Jika tekanan melebihi batas setting atas, maka panel kontrol akan memberikan perintah ke control valve untuk membuka. Sedangkan jalur yang kedua langsung menuju control valve, siap untuk dilepas jika mendapat perintah. Spesifikasi parameter diberikan pada Tabel 1.
desain
autoclave
OE-12
sesuai
dokumen
T abel 1. Spesifikasi parameter autoclave OE_12[5.6] Volume autoclave Parameter suhumaksimum alat kontrol Bahanoperasi badan autoclave Jenis termokopel dalam Tekanan operasi maksimum Toleransi tekanan alat kontrol Suhu Presisi qauqe tekanan Diameter minimum rupture disc relievinq rupture disc Kisaran suhu kontrol panas gauge tekanan Suplai listrik No. Tekanan 50 Hz sinqle phase
DC Cr-AI 15 + 3skala MPa DC 220 VAC ±MPa 10% AISI 300 seri SS 10 mm + 3% oSpesifikasi odari -16,8 -450 20,0 550 DC oenuh ± 0,7 MPa MPa 7,5 dm3
556
dari ANSALDO-Italia
listrik .tekanan panas tungku
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009
ISSN 0854 - 5561 PROSEDUR PERBAIKAN DAN PENGUJIAN KINERJA Perbaikan autoclave meliputi pengecekan alat, servis, dengan Rincian kegiatan diberikan pada tabel berikut.
penggantian
komponen
dan modifikasi
Tabel 2. Kegiatan perbaikan autoclave QE-12 TAHUN 2007 2008
KEGIAT AN
2009
Modifikasi berupa penambahan body interface Pengecekan yakni heater control power, termokopel Servis valve Penggantian heater control power Penggantian dan modifikasi sistem tubing Uji kinerja Uji kinerja UDava men
Kondisi alat setelah perbaikan[2] dirangkum sebagai berikut. Tabel 3. Kondisi autoclave QE-12 alat setelah modifikasi dan perbaikan 8.
kemudian Indikator suhu dan Rekaman BAGIAN Sistem Control mom namun sa tersumbat kunci dan luran en. karena kontrol valve ALAT suhu dan KONDISI kondensat/air. data Termokopel Cr-AI Berfunqsi denqan baik. dikencangkan Awalnya T diberi idak tambahan body interface dan terdapat perubahan Rekaman Suplai power cukup besar untuk suhu di dalam autoclave baik, Sistem pemanas Berfungsi power denqan dengan komponen baik baik, setelah namun bekas penggantian dari terdapat autoclave fluktuasi heater ME-24. kontrol yang NO perlu Sistem Pelindung Suplai berfungsi dengan terjadi udara penutup tubing dengan kompresor insulasi Pelindung yang tidak bisa digunakan karena autoclave sudah diganti. Sistem Menggunakan penutup dengan tungku baik. Kemungkinan menggunakan kebocoran gasket dan biasanya baut merupakan persyaratan penting untuk verifikasi uji korosi. saat. manual secara berkala. Untuk sementara, data suhu dan tekanan direkam secara posisi sambungan terjadi di daerah sambungan tubing. Pelindung tetapi dapat ini perlu diperbaiki dimodifikasi. setiap
PENGUJIAN KINERJA Pengujian kinerja dilakukan untuk mendapatkan target parameter sesuai dokumen operasi alat: Suhu : 400 ± 30C Tekanan 100 ± 7 bar (10,3 ± 0,7 MPa Durasi 72 ±1 jam (3 hari)
557
ISSN 0854 - 5561
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009
Prosedur uji dilakukan mengikuti IK alat sesuai dokumen teknis terkait lainnya dengan penyesuaian untuk variasi suhu. tekanan dan durasi uji. Tabel 4. Hasil uji dingin (uji fungsi tanpa bahan) No.
1.
2.
300
325
-85
100
1 jam
I
328 ± 6
Laju pemanasan = 50°C/30 menit. Setting suhu = 300°C. Kisaran bacaan suhu = 320 - 335°C; tekanan = 75 80 bar. Laju pemanasan divariasikan dari 50°C/ jam sampai 2°C/10 menit mendekati suhu uji. Setting suhu = 290°C. Kisaran bacaan suhu = 285 305°C dan tekanan = 65 - 79 bar.
1 jam I 297 ± 5
72 ± 4
I
3 jam I 297 ± 6
76 ± 5
I Laju pemanasan = 50°C/jam sampai 2°C/10 menit mendekati suhu uji. Setting suhu = 290°C. Kisaran bacaan suhu = 290 - 305°C dan tekanan = 70 - 81 bar.
5jam
I 315±12
86 ± 7
I Laju pemanasan = 25°C/15 menit. Setting suhu = 300°C. Kisaran bacaan suhu = 300 - 340°C dan tekanan = 80 - 105 bar.
12 jam
I 300±5
84 ± 1
I Laju pemanasan = 25°C sampai 2°C per 15 menit mendekati suhu uji. Setting suhu = 292°C. Kisaran bacaan suhu = 292 - 305°C dan tekanan = 82 - 85 bar.
3 jam I 328±10
100±2
I
4jam
98 ± 4
I Laju pemanasan = 25°C sampai 2°C per 15 menit mendekati suhu uji. Setting suhu = 312°C. Durasi uji direncanakan 12 jam tetapi diperpendek karena listrik mati. Setting suhu = 312°C. Kisaran bacaan suhu = 305 - 325°C dan tekanan = 89 - 104 bar.
I 319±7
Laju pemanasan = 25°C sampai 2°C per 15 menit mendekati suhu uji. Setting suhu = 312°C. Kisaran bacaan suhu = 312 - 350°C dan tekanan = 96 - 102 bar.
3.
350
100
12 jam
348 ± 6
97 ± 5
I Laju pemanasan = 25°C sampai 2°C per 15 menit mendekati suhu uji. Setting suhu = 333°C. Kisaran bacaan suhu = 340 - 358°C dan tekanan = 86 - 105 bar.
4.
375
100
3 jam I 370 ± 6
99 ± 3
I Uji direncanakan 12 jam namun kondisi uji hanya tercapai 2 jam pertama karena kebocoran di daerah gasket. Setting suhu = 350°C. Kisaran bacaan suhu = 358 - 380°C dan tekanan = 91 - 103 bar.
I
558
ISSN 0854 - 5561
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009
400 bertahan 10 100 selama 100 ± ± pemanasan 5 per 15 menit 10 10 it, mendekati suhu uji. Uji 5. men = 20°C sampai 10°C Laju kanan turun hinqqa 40hanya bar.
GAMBAR 2. Spiral-wound gasket untuk autoclave QE-12 yang terbuat dari baja tahan karat dan memiliki bentuk V dengan permukaannya dilapisi asbestos.
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil dari kegiatan perbaikan menunjukkan sebagian besar komponen erfungsi dengan baik. Beberapa tindakan yang masih perlu dilakukan untuk tahap berikutnya, di antaranya: Perbaikan kebocoran di daerah gasket tutup Penggantian rekaman suhu dan tekanan dengan sistem komputerisasi. Modifikasi pelindung insulasi panas untuk efisiensi panas. Mengaktifkan suplai udara tekan dari BOSP. Posisi rak instrumen dan panel kontrol berdekatan sehingga ada potensi bahaya bagi personil berupa kebocoran pad a sistem tubing di rak instrumen maupun adanya pelepasan uap panas sewaktu venting otomatis. Jadi, perlu dibuat rak pelindung untuk mengisolasi rak instrumen. Pengujian kinerja menunjukkan suhu dan tekanan operasi sudah tercapai namun durasi uji yang diinginkan belum dapat diperoleh karena adanya kebocoran di daerah gasket. Hasil lain yang penting dalam pengujian kinerja alat adalah sebagai berikut; -
-
Laju pemanasan penting karena data awal menunjukkan gradien kenaikan suhu yang terlalu besar (50°C per 30 menit) menghasilkan fluktuasi suhu yang besar, yaitu ± 30°C. Uji selanjutnya menghasilkan laju pemanasan yang divariasikan dari 25°C per 15 menit sampai 2 °C mendekati suhu uji. Lebih lanjut, uji pada suhu 400°C menunjukkan kenaikan suhu mendekati titik kritis (triple point) -376°C. Setting suhu pemanas harus lebih rendah dari suhu operasi yang dikehendaki. Secara umum, kisaran setting suhu pemanas dirangkum pad a Table 4, dengan catatan bahwa nilai dapat berubah tergantung dari kehalusan setting laju pemanasan.
559
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009
ISSN 0854 - 5561
Tabel 4. Setting suhu pemanas
300°C 325°C 350°C 375°C 400°C
290°C 312°C 333°C 350°C 360°C
15 - 40°C 20 - 38°C 18°C 22°C 20°C
Bacaan suhu terkadang memiliki fluktuasi yang cukup besar, melebihi nilai toleransi. Hal ini sangat dipengaruh oleh kehalusan setting suhu mendekati suhu uji. Disamping itu, juga ada kemungkinan alat perlu dikalibrasi karena fluktuasi demikian sulit dijelaskan untuk uap jenuh. Bacaan suhu berkisar antara 5 - 12°C. Hal ini belum memenuhi spesifikasi suhu yang diinginkan, yaitu ± 3°C. Sebagai perbandingan, berdasarkan ASTM variasi suhu yang diperbolehkan adalah ± 10°C. Toleransi yang besar disebabkan fluktuasi suhu uji masih cukup besar. Fluktuasi ini dapat disebabkan oleh faktor kontrol dari sistem pemanas .. Bacaan tekanan di awal uji masih kurang baik karena laju pemanasan yang terlalu cepat dan durasi uji yang pendek sehingga kondisi stabil uap jenuh belum diperoleh. Namun dengan kenaikan suhu uji, bacaan tekanan menunjukkan perbaikan meski masih ada masalah pada uji suhu 350°C. Hal ini terjadi di akhir pengoperasian, kemungkinan karena adanya kondensasi uap jenuh di rak instrumen sehingga mengurangi jumlah uap jenuh yang ada di dalam autoclave. Toleransi tekanan sebesar ± 2 - 7 bar, memenuhi spesifikasi tekanan yang dipersyaratkan yakni ± 7 bar. Sebagai perbandingan, variasi uji tekanan berdasarkan ASTM adalah ± 14 bar. Control valve membuka sewaktu tekanan 5 bar di atas setting tekanan (100 bar) kecuali untuk uji pad a suhu 400°C.
KESIMPULAN Secara umum, hasil perbaikan dan pengujian kinerja untuk autoclave QE-12 adalah sebagai berikut: 1. 2.
Alat telah mampu dioperasikan pada suhu dan tekanan yang diinginkan namun durasi uji belum tercapat karena adanya kebocoran di daerah gasket tutup. Sebagian besar komponen sudah berfungsi dengan baik, namun ada beberapa tindakan yang perlu dilakukan untuk tahap selanjutnya, yakni: Perbaikan kebocoran di daerah gasket tutup Penggantian perekam data dengan sistem komputerisasi Kalibrasi suhu dan tekanan Analisis sistem pemanas untuk mendapatkan toleransi suhu yang sesuai Modifikasi pelindung panas tutup Mengaktifkan suplai udara tekan dari BOSP Pembuatan pelindung rak instrumen untuk safety personil
UCAPAN TERIMAKASIH Ucapan terimakasih disampaikan kepada Kepala B3N, Ir. Bambang Herutomo, dan Kepala Kelompok KK-B3N yakni Ir. Sungkono, MT, atas bantuan dan dukungan terhadap kegiatan ini, kepada Dr. Ahmad Suntoro and Ir. Meniek Rachmawati, MPhii atas bantuan, saran dan dukungan terhadap pelaksanaan perbaikan dan pengujian kinerja, dan juga kepada personel BKK dan BOSP yang turut serta dalam kegiatan ini.
560
ISSN 0854 - 5561
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009
DAFTAR PUSTAKA [1] Instruksi Kerja Pengoperasian Uji Ketahanan Korosi Autoclave QE-12, PTBN-BATAN Serpong, 2008 [2] Johanna M.C. Johari, Dedi Haryadi, Mugiyono, Triarjo dan M. Ali Akbar, Perbaikan dan Kualifikasi Alat Autoclave Uji Korosi QE-12", Laporan Akhir Tahun 2007, " Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir - BATAN, Serpong, Januari 2008 [3] Laporan Analisis Keselamatan (LAK) Instalasi Elemen Bakar Eksperimental (IEBE), PTBNBATAN, No. Dok. KK20J09003, Rev.6, Serpong, 2007. [4] ASTM G 2M - 88 (Reapproved 1996), Standard Test Method for Corrosion Testing of Products of Zirconium, Hafnium, and Their Alloys in Water at 633 K or in Steam at 673 K [Metric], USA, 1996. [5] Corrosion Resistance Test QE-12, Doc. No. IND-700-00-Q-0498 [6] Corrosion Resistance Test Autoclave Doc. No. IND-129-00-A-0024 [7] Swagelok Tube Fittings Manual. (Sumber dari internet)
561
