TEKNIK ESTIMASI SISA UMUR PAKAI PADA TUBE PIGTAIL Oleh: Adid A. Hermansyah", Apriadi Ikhlas'", Hafid···) Intisari Masalah terletak pada rusaknya tube pigtail yang dibuat dari incoloy 800 H dan dioperasikan pada suhu tinggi. Tujuan penelitian untuk menguji penyebab kerusakan tube pigtail yang terletak pada No. 63 untuk diprediksi sisa umur pakainya. Pengujian dilakukan menggunakan metode uji creep yaitu dengan cara uji merusak dan persamaan Larson Miller Parameter. Hasil pengujian yang berupa rekomendasi adalah : bila dioperasikan pada suhu 885°C maka sisa umur tube pigtail masih dapat beroperasi selama 13.421,7 jam (1,5 tahun) dan untuk menghindari korosi yang menyerang bagian dalam dan luar tube perlu pengecekan secara periodik terhadap kandungan klor, sulphur dan hidrogen. Kata kunci-kata kunci : sisa umur, tube pigtail, Incoloy 800 H.
Abstract The problem arose on tube pigtail which was made from incoloy 800 H and operated at high temperature. The purpose of this research is to test the cause of damage on tube pigtail which laid on No. 63 for prediction of life time. The creep test method was performed by means of destructive test and the Larson Miller Parameter equation. The result as a recommendation is that: if operated at temperature 885°C the pigtail tube can be operated for 13.421,7 hour (1.5 year) and to avoid in and outside corrosion the checking of chlor sulfur & H2 content periodically of the tube should be very important to be considered. Keywords: life time, tube pigtail, Incoloy 800 H.
I.
PENDAHULUAN
Pesatnya perkembangan teknologi di berbagai sektor dewasa ini, maka pembangunan di sektor industripun bangsa Indonesia telah banyak mencapai kemajuan. Baik yang menyangkut sistem, sarana dan peralatan maupun metode pelaksanaannya. Dilihat dari segi permasalahan yang dihadapi, jelas kompleksitas di dalam industri semakin meningkat termasuk yang berkaitan dengan kegiatan pemeliharaan terhadap mesinmesin dan fasilitas produksi. Dari hasil kajian lapangan diketahui bahwa salah satu tube pigtail yang terletak pada No. 63 milik suatu perusahan methanol .) Ajun Peneliti Madya, B4T **)StafMetalografi B4T. Bandung. •••) Peneliti Muda, MIDC Bandung.
BERITA TEKNOLOGI
di Kalimantan yang mengalami kerusakan. Potongan tube tersebut kemudian dibawa ke B4T yang selanjutnya diuji di UPT-LUK untuk dikaji sisa umumya. Adapun data teknis dari tube pigtail adalah sebagai berikut : Material tube ---..: Incoloy 800 H (XIONiCrAITi32-20) Mulai dioperasikan : April 1997 Dimensi : OD. 1 1/4" Sch. 160 Tebal Tube : 6,35 mm Tekanan Kerja : 22 Bar (2,2 MPa) Temperatur Operasi: 870 - 900°C RusakIPecah : Agustus 2004 Tube pigtail yang beroperasi pada suhu tinggi (0,4 + 0,5 kali titik cair dalam derajat Kelvin) pada kurun waktu yang cukup lama dapat meledak atau rusak tanpa diketahui terlebih dahulu penyebabnya. Terjadinya
kerusakan sebelum umur disainnya tercapai tentunya merupakan kerugian yang cukup besar bagi perusahaan sehingga perlu pengkajian sisa umur dengan teknik' merusak. Kerusakan akibat suhu tinggi, tanpa adanya kesalahan pengoperasian (SOP), biasa terjadi akibat pengaruh creep atau mulur. Proses kerusakan terjadi akibat adanya peregangan butiran atau struktur pada suhu tinggi dalam waktu yang lama dengan kondisi pembebanan konstan. Keuntungan dari penelitian sisa sisa umur tube pigtail adalah : (1) frekuensi inspeksi jadi optimal karena keamanan dan kehandalan meningkat serta memperpanjang umur tube pigtail, (2) menghindari kegiatan perbaikan yang tidak terencana atau jadwal perbaikan kerusakan dapat dibuat
BAHAN DAN BARANG TEKNIK NO. 19/2005
l3
jauh sebelumnya, (3) kerusakan dapat diprediksi setelah beroperasi di atas 5 tahun dan dapat dijadwal umur pemakaian selanjutnya/ rencana perbaikannya, (4) pengaruh dari perbaikan kemungkinan kondisi operasi dapat dievaluasi sepenuhnya. Untuk membantu pihak manajemen perusahaan sebagaimana diuraikan di atas, maka perlu dilakukan pengujian terhadap tube pigtail dengan tuj uan (1) keputusan untuk mengkaji sisa umur tube pigtail yang masih dioperasikan, (2) mencegah terjadinya kerusakan yang lebih fatal, (3) mengantisipasi kerusakan berikutnya apabila telah terjadi kerusakan yang lebih awal, (4) memprediksi waktu kerusakan sehingga berdasarkan informasi tersebut dapat dibuat jadwal perawatan, perbaikan (T/A) dan penggantian komponen yang lebih efektif, mengingat proses pengadaan tube membutuhkan delivery time yang cukup lama.
tahap yang paling penting dalam proses mulur, karena pada saat ini bahan mengalami laju mulur yang terendah dan konstan dalam waktu yang lebih lama. Untuk bahan tube pigtail laju regangan mulur yang dipersyaratkan sebesar 1 % untuk setiap 100.000 jam operasi pada suhu desainnya. 3. Mulur tersier, di mana terjadi penyempitan lokal atau pembentukan rongga internal hingga pada akhirnya laju creep bertambah besar hingga terjadi kerusakan. Proses terjadinya kerusakan creep adalah 3 tahap disajikan pada gambar I.
Creep Curves CREEP CURVE
t
11.
Proses peregangan bahan terjadi dalam 3 (tiga) tahap, yaitu : 1. Ketika beban mulai diberikan, segera terjadi regangan sesaat /spontan sebesar eo. Kemudian regangan mulur semakin berkurang dengan bertambahnya waktu, tahap ini disebut primary creep atau transient creep. 2. Steady state creep, laju regangan creep menjadi konstan. Hal ini disebabkan karena terjadinya keseimbangan antara kecepatan proses pengerasana regang dan proses pemulihan (recovery). Tahap ini adalah
14
w
METODE PENGUJIAN DAN TEKNIK PENGKAJIAN UMUR
dengan menggunakan mesm UJ creep (gambar 2). Pada saat pengujian, data yarn dibutuhkan suhu dan bebat pengujian. Sebelum pembebanai dilakukan, benda uji ham dipanaskan hingga mencapai suh konstan selama 24 jam (sesue standar ASTM E139-70). Kurv yang dihasilkan dari pengujian ir adalah kurva regangan (E) v waktu pengujian (t). Selain it juga diketahui umur dari bend uji (t.) dan regangan maksimui yang terjadi pada saat benda u putus. Hasil pengujian cree selanjutnya digunakan untu menghitung sisa umur tube yan masih terpasang, karer sebenarnya tube yang diuji pac awalnya bersamaan dipasar dengan tube yar belum dipotor atau meleda I:.• "'f(T,a) hanya saja karei butllQ1time faktor pernanas: yang tidak mera atau pros pengoperasi yang kura sempurna d seringnya terjs start-st mengakibatk 00% 01 life speni in Stage 11 salah satu a1 beberapa dari pi meledak sebeh mencapai un ~ desain dari p tersebut.
T-.~.-..~~..+.~ lime, 1"*
r':I~""" •.•
JII!#l@l#!j
Ij
~:mIt 1i>. ••• I\tj,
Jtf.\Uj;I.I\jIU~}
Gambar 1. Proses Kerusakan Creep
Proses pengkajian sisa umur dengan teknik uji merusak, dilakukan dengan memotong tube yang telah rusak/pecah, kemudian dibuat benda uji sesuai dengan standar mesin uji creep. Pembuatan benda uji dipotong arah memanjang terhadap arah pipa. Benda uji yang telah selesai dibuat (gambar 3), kemudian diuji
Untuk memprediksi sisa or tube yang masih terpasang, sa satu cara yang terbaik atau y: sering digunakan adalah den. menggunakan persam "Larson-Miller" Pararm (LMP). Berdasarkan persam ini dapat dihitung sisa umur pI tube pigtail reformer, met kurva master LMP vs Tegangan dengan persam sebagai berikut :
BERITA TEKNOLOGI BAHAN DAN BARANG TEKNIK NO. 19/20(
LMP
(TOC + 273) (C+tr) 10-3 (1)
=
Tabel 2. Sisa umur tube piktail b ero erasi.
berdasarkan "AP I Recommended Practice 530" ditetapkan bahwa nilai konstanta Larson-Miller, C adalah 15. Ill.
No I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. HasH Uji Creep Hasil pengujian creep yang dilakukan terhadap tube No. 63 selengkapnya disajikan pada tabel 1. Pada tabel tersebut memperlihatkan suhu pengujian dan tegangan yang dialami oleh benda uji saat dilakukan pengujian. Jumlah benda uji yang diuji se ban yak 3 buah dengan variasi tegangan 61,65 - 92,48 Mpa.
Suhu operasi (DC) 800 810 820 830 840 850 860 870 . 885
yang masih
Sisa umur tube (jam) 439.599,200 283.430700 184.214,900 120.669,000 79.646,740 52.960700 35.470520 23.923,660 13.421670 11.106,360 7.641 972 5.291,565 3.686,708 2.584,060 1.821 844 1.291,820
890 900 910 920 930 940 950
~
'"~
Nomor
. Suhu
Kode benda
Pengujian
, "Uji PTO I PTOI PT03
885 885 885
Tegangan
~
.\
uji creep terhadap
' (OC)
:!; '"~ " ~ t;'~ ee ',... .e ~
;;:
Tabel I. Data hasil Incollov 800 H
C
.~
1-
_~
Cl..
~
~ ~ ~
tube pigtail jenis
Umur
~
~1
NilaiPLM· . H~sil
Uji (Mpa)
Penguj ian", (Jam)'
Perhitunuan
92,48 73,98 61,65
I 39 10,5
17,37 18,05 -18,55
~ ~ ~ :g
:g
~
?-
( I!dl,f.l)
~"~ ~
(UdltJet'a"L
uoj
o.:.--- •..• ~
Gambar 3. Grafik Ekstrapolasi hasil uji creep
~ '>is
t-
~ ~ ~ Z;~ ,:/:I";~::.;·;:::-i:~:-:I1i!
Gambar 2. Mesin Uji Creep
-~
~ 'G
~
' •• ••• h .•• ·'.· ••• ,.,., .•
.•...• ' v •..•,,~,•..• ~." .
~ ~
·..--_-J_ ..... l~~
;lYIII1ttc.··~]n ~
!:J
11 ~
~ ~
...•
o o o o
o o
Gambar 3. Bentuk benda uji creep yang akan dan telah diuji
1 G
(llle."
)
l:I
n
It,
n
Gambar 4. Grafik umur VS suhu operasi untuk pipa Incoloy 800 H '.
BERITA TEKNOLOGI BAHAN DAN BARANG TEKNIK NO. 19/2005
15
3.2.
Pembahasan
Untuk menghitung sisa umur tersebut, maka data hasil pengujian yang disajikan pada Tabel I, kemudian dip lot pada grafik Log. Tegangan vs LMP (gambar 3). Selanjutnya data hasil pengujian tersebut diekstrapolasi sehingga membentuk grafik yang tercantum pada gambar 3. Kemudian untuk terlebih dahulu dihitung nilai tegangan nominal dengan menggunakan rumus yang tercantum pada standar "API Recommended Practice 530", yaitu :
di manar, = Tebal tube (mm), P,= Tekanan desain tube (MPa), Do = Diameter luar pipa (mm), S; = Tegangan nominal (MPa) Dengan memasukkan data teknis tube yang telah diuji, dalam hal ini diketahui bahwa P, = 22 Bar = 2,2 MPa; Do = 42,16 mm; dan ts = 6,35 mm, maka didapat tegangan nominal sebesar 6,21 MPa. Untuk menjamin keamanan akibat pengaruh lingkungan, maka nilai tegangan nominal tersebut dikalikan dengan nilai faktor keamanan sebesar 1,6 sehingga didapat nilai tegangan nominal sebesar 9,94 MPa. Selanjutnya nilai tersebut diplot ke grafik hasil ekstrapolasi, sehingga terjadi perpotongan. Kemudian ditarik garis ke arah sumbu LMP (lihat gambar 3), sehingga menghasilkan nilai LMP (Larson-Miller Parameter), yaitu 22,15. Dan persamaan selengkapnya adalah
22,15 = (roe + 273 X15 + t,)10-3 (3)
16
Berdasarkan persamaan tersebut dihitung sisa umur vs suhu operasi untuk tube pigtail yang disajikan pada gambar 4 dan tabel 2. Hasil yang disajikan pada tabel 2 menunjukkan bahwa tube pigtail yang terbuat dari bahan Incolloy 800 H, bila dioperasikan pada suhu 885°C, maka sisa umur tube yang masih beroperasi 13.421,7 jam atau sekitar 1,5 tahun dari mulai saat dioperasikan kembali. Dengan catatan pengaruh lingkungan berupa kesalahan operasi, laju korosi dan over heating terkontrol dengan baik (tidak terjadi). Berdasarkan hasil pengujian ini didapat bahwa bahan Incolloy 800 H yang digunakan untuk tube pigtail sudah cukup memprihatinkan bila dioperasikan pada suhu 885°C (pada tube skin). Adapun faktorfaktor penyebab laju kerusakan yang dapat memperpendek umur tube pigtail (fraksi umur) pada saat beroperasi, adalah : a. Seringnya start-stop, sebab pada saat di-stop kemungkinan yang dapat dialami oleh tube pigtail adalah laju pendinginan yang sangat cepat sehingga merubah struktur mikro/sifat mekanik material tube menjadi lebih keras dan getas. Kemungkinan ini bisa terjadi apabila> tidak memperhitungkan arah dan kencangnya angin yang berhembus, mengingat pada umumnya industri migas atau petrokimia berada tidak jauh dari garis pantai. Pada saat distart kemungkinan yang dapat dialamioleh tube adalah tekanan akibat turbulensi aliran uap/gas yang mengalir pada tube tersebut sehingga mengakibatkan adanya cacat
b.
c.
awal (initial crack) pad: bagian sisi dalam. Kontrol suhu pada tub pigtail yang kurang akurai bila alat pengontrol suhi kurang akurat, dapat terjad over heating pada titik-titil atau lokasi tertentu dari tub pigtail tersebut. over heatin, ini mempercepat terjadiny creep model globular cavitie dan mempercepat penjalara retak yang telah terjad sebelumnya, sert menimbulkan oksidasi da serangan korosi temperatu tinggi (intergranular hig temperature corrosion), da terjadinya proses karburisas pada bagian permukaan lua tube. Sedangkan bila alira fluida (m3/jam) yang ada ( dalam tube tidak terkontrc dengan baik, maka aka terjadi aliran turbulensi pad lokasi tertentu yang dapr menimbulkan gaya intern. berupa getaran sepanjan tube yang terpasam Perpaduan antara antara sub tinggi dan getaran in mengakibatkan terjadiny pembengkokan yang tida beraturan dengan sangat cep pada tube pigtail. Pengaruh lingkungan pac tube pigtail yang sang: korosif dapat memperpende umur tube, biasanya i terjadi bila kontrol fluk yang akan dimasukkan I dalam tube tidak terkontr dengan baik, akan tetapi jUI karena pengaruh suhu tingj sehingga unsur-unsur yar mempercepat terjadinj korosi seperti Cl (klor),
(hidrogen), 0 (oksigen), d, S (sulfur) dapat dengt mudah masuk ke dalam ceh struktur mikro dan merus bentuk dan karakter strukt mikro. Biasanya pal temperatur tinggi, benu
BERITA TEKNOLOGI BAHAN DAN BARANG TEKNIK NO. 19/2005
kerusakan yang sering terjadi akibat pengaruh lingkungan, suhu, dan waktu, misalnya karburisasi, siqma phase, hydrogen embrittlement, dan oksidasi.
IV. KESIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan hasil penelitian dan uji accelerated creep terhadap tube pigtail No. 63, maka dapat diambil beberapa kesimpulan dan saran sebagai berikut : 1. Teknik estimasi sisa umur pakai dapat dilakukan uji merusak dengan metode uji creep dan menggunakan pendekatan Larson Miller parameter. 2. Hasil prediksi yang didapatkan dari persamaan Larson Miller dapat digunakan untuk menilai kondisi tube pigtail. , 3. Kondisi tube pigtail yang masih terpasang sangat memprihatinkan, apabila sampel yang diuji sama dengan yang terpasang. Akan tetapi bila yang dikirim ke B4T lebih baik atau lebih buruk dari yang terpasang, maka data hasil pengujian tidak dapat digunakan, karena pengambilan sampeJ untuk uji creep harus mewakiIi semua pipa yang masih terpasang. 4. Berdasarkan hasil uji accelerated creep (tabel 2) menunjukkan bahwa bila dioperasikan pada suhu 885 QC, maka sisa umur tube pigtail yang masih beroperasi tersisa 13.421,7 jam (sekitar 1,5 tahun). Hasil perhitungan ini sudah termasuk faktor keamanan sebesar 1,6 kali tegangan nominal yang terjadi pada tube pigtail tersebut.
5. Untuk memastikan suhu yang dialami oleh tube pigtail, maka termokopel yang telah terpasang sebaiknya dicounter cek dengan alat lain dan sebaiknya tiap minggu dilaporkan kepada yang berkepentingan. 6. Untuk menghindari adanya korosi yang akan menyerang bagian dalam dan luar tube, maka sebaiknya secara periodik dicek kandungan klor, sui fur, hidrogen, dan oksigen yang dapat menyebabkan terjadinya korosi.
6.
Nachi Fujikoshi Corp., 1986,
"Training for TPM a Manufacturing Success Story", Productivity Press, 7.
8.
9.
Tokyo, , hal. Hal. 27-28. Yasushi Shimizu, 1995, Total Productive Maintenance, KITA, Jepang, ,hal. 20-21. Akira Hatta, 2004, Production Control, Penerbit IDKM Pusdiklat. Deperindag., Jakarta, , hat. 45. George E. Dieter, Mechanical Metallurgy, 1984, Mc. Graw Hill International Book Company, Sydney, , hal. 8193.
DAFTAR PUSTAKA 1. API Recommended Practice 530. 1978, "Recommended
practice for calculation of heater tube thickness in petroleum refineries". 2.
Washington D.C" hal. 29-37. R. Viswanathan, 1992,
"Damage Mechanism and Life Assessment of High Temperature Components".
3.
ASM International, Metal Park, Ohio, hal. 34-35. Japan Mech. Eng. Assc.
1993, "Technique for Remaining Life Assessment".
4.
Gihodo Publisher, Tokyo, , hat 55-62. Hatta, 1. 2001, "Aplikasi Uji
Merusak dan Tanpa Merusak 'untuk Estimasi Sisa Umur Tube Reformer pada Unit Hydrogen Plant". Prosiding
5.
Eminex, Seminar Ilmiah " Material Teknik dalam Industri Minyak, Gas, dan Petrokimia" di Aula Barat ITB Bandung, September 2001, hal. 22-23. Hafid, 2004, Diktat
Preventive
Maintenance,
MOIT-JICA Jepang, Jakarta, ,hat. 16-18. "
BERITA TEKNOLOGI BAHAN DAN BARANG TEKNIK NO. 19/2005
17
