LAPORAN AKHIR

ANALISA KERUSAKAN TUBE HP ECONOMIZER-1 HRSG 3.1 PLTGU

PT. EMPU AGUNG SAKTI

Jakarta, Desember 2009PT. EMPU AGUNG SAKTI

Jl. Karang Asri V No. 18 dan Perkantoran Vila Delima No. 28Lebak Bulus, Jakarta Selatan 12440

Telp: (021) 7506100, 7696634; Fax: (021) 7505858E-mail: empuagungsakti@puncaksari.com

RINGKASAN EKSEKUTIF(EXECUTIVE SUMMARY)

Laporan ini memuat hasil analisa kerusakan tube HP Economizer-1 HRSG 3.1 PLTGU. Dalam melakukan analisa kerusakan ini ada dua buah potongan tube yang digunakan sebagai obyek investigasi, yaitu : i) potongan tube A yang mengalami kebocoran sekitar bulan April 2009, dan ii) potongan tube B yang mengalami kebocoran sekitar bulan Juni/Oktober 2009. Kedua potongan tube A dan tube B tersebut diambil dari inlet header HP Economizer-1. Pengujian yang dilakukan terhadap sample uji yang dibuat dari kedua potongan tube tersebut meliputi : uji visual, uji makro dengan menggunakan mikroskop-stereo, analisa komposisi kimia menggunakan Spark Emission Spectrometer, uji struktur mikro dengan menggunakan mikroskop-optik, uji kekerasan dengan metode Vickers, uji surface damage dan analisa kerak (deposit) pada dinding bagian dalam tube dengan teknik SEM dan EDS. Disamping itu dalam melakukan analisa kerusakan ini, dua sampel air juga di analisis, yaitu sampel air yang berasal dari Deaerator Outlet dan sampel air yang berasal dari LPSS7 (low pressure saturated steam and LP drum) HRSG 3.1.

Hasil analisa kerusakan yang diperoleh dapat disimpulkan sebagai berikut :

Jenis kerusakan yang terjadi pada dinding bagian dalam tube A dan tube B yang keduanya menerima pasokan aliran fluida (air) dari inlet header HP Economizer-1 adalah termasuk : kavitasi-erosi atau physical corrosion. Kerusakan yang terjadi diperkirakan hanya terbatas atau bersifat lokal pada daerah atau bagian sekitar inlet dari tube A dan tube B yang posisinya berada langsung dibawah atau didekat bagian hilir (downstream) sambungan las antara tube tersebut dengan inlet header.

Faktor utama penyebab terjadinya kavitasi-erosi atau physical corrosion pada tube A dan tube B adalah karena terbentuknya gelembung udara/uap didalam aliran fluida yang berada dalam kondisi turbulen yang kemudian pecah dan menumbuk/menghantam dinding bagian dalam tube disekitar bagian inlet dari tube tersebut. Secara desain/konstruksi bagian inlet tube tersebut merupakan daerah yang rentan mengalami aliran turbulen akibat terjadinya perubahan arah aliran secara mendadak serta adanya perbedaan luas penampang melintang yang cukup besar antara inlet header dengan tube sehingga dapat menimbulkan penurunan tekanan fluida yang besar dibagian inlet tube tersebut. Adapun faktor-faktor lainnya yang diperkirakan dapat meningkatkan lebih jauh intensitas pembentukan gelembung udara/uap yang kemudian mampu mempercepat laju kavitasi-erosi atau physical corrosion pada dinding bagian dalam inlet tube A dan tube B adalah antara lain :

o Kekasaran permukaaan atau cacat bentuk yang terjadi pada dinding bagian dalam sambungan las antara tube dengan inlet header sehingga dapat menimbulkan hambatan terhadap aliran fluida dibagian hulu (upstream) ketika masuk kedalam inlet tube HP Economizer-1.o Gelembung udara yang masuk kedalam fluida (air) akibat terjadinya kebocoran pada sistim, atau meningkatnya kelarutan oksigen didalam air akibat menurunnya fungsi/kinerja Deaerator (terutama pada saat start-up dan/atau saat beban rendah).o Menurunnya pasokan fluida (air) yang masuk kedalam inlet header HP Economizer-1 akibat penguapan atau kebocoran.o Meningkatnya vibrasi akibat aliran (flow-induced vibration) pada konstruksi inlet header HP Economizer-1.

Apabila data operasi seperti temperatur dan tekanan HP feed water serta mutu air yang digunakan selalu konsisten seperti yang dilaporkan, maka diperkirakan bahwa sifat air

yang mengalir masuk kedalam inlet header HP Economizer-1 tidak cukup memberikan kontribusi terhadap terjadinya kavitasi-erosi atau physical corrosion pada dinding bagian dalam inlet tube A dan inlet tube B serta inlet tube lainnya.

DAFTAR GAMBAR DAN TABEL

Elbow tube

Inlet Header HP Economizer-1

Tube A

Gambar 1. Lokasi kebocoran tube HP Economizer-1 HRSG 3.1 PLTGU yang terjadi sekitar bulan April 2009 dan potongan tube yang diambil untuk investigasi (tube A). Tube A yang bocor merupakan bagian dari plain tube inlet yang berada dibawah sambungan las stub tube/inlet header HP Economizer-1.

Tube B

Inlet Header HP Economizer-1

Lokasi bocor

Gambar 2. Lokasi kebocoran tube HP Economizer-1 HRSG 3.1 PLTGU yang terjadi sekitar bulan Juni/Oktober 2009 dan potongan tube yang diambil untuk investigasi (tube B). Tube B yang bocor merupakan bagian dari plain tube inlet yang berada dibawah sambungan las stub tube/inlet header HP Economizer-1.

Sumuran (pits) Lokasi bocor

1.5 mm

2.5 mm

2.5 mm

2 mm

2 mm

1.5 mm

2 mm

1 mm

1 mm

0.75 mm

0.5 mm

Lokasi bocor

Gambar 3. Hasil pengamatan secara visual dan hasil pengukuran ketebalan dinding potongan melintang tube A.

Sumuran (pits)

Lokasi bocor

1.5 mm

1.75 mm

2 mm

2 mm

2 mm

1 mm

1 mm

0.5 mm

0.5 mm

0.5 mm

1 mm

Gambar 4. Hasil pengamatan secara visual dan hasil pengukuran ketebalan dinding potongan melintang tube B.

Lokasi bocor

Gambar 5a. Potongan tube A yang dibelah menjadi dua bagian sehingga terlihat dengan jelas tampilan sejumlah sumuran (pits) yang terbentuk pada dinding bagian dalam tube.

Gambar 5b. Foto makro yang diambil dengan mikroskop-stereo memperlihatkan bentuk dan morfologi sumuran (pits) yang terbentuk pada dinding bagian dalam tube A.

Gambar 6a. Potongan tube B yang dibelah menjadi dua bagian sehingga terlihat dengan jelas tampilan sejumlah sumuran (pits) yang terbentuk pada dinding bagian dalam tube.

Gambar 6b. Foto makro yang diambil dengan mikroskop-stereo memperlihatkan bentuk dan morfologi sumuran (pits) yang terbentuk pada dinding bagian dalam tube B.

Tabel 1. Hasil analisa komposisi kimia material tube HP Economizer-1 HRSG 3.1 dibandingkan dengan spesifikasi material menurut standard DIN

Element% Berat

Sample tube A Sample tube B Spesifikasi DINSt 37.8

Fe Balance Balance BalanceC 0.180 0.130 ≤ 0.17Si 0.370 0.270 ≤ 0.35

Mn 0.670 0.640 0.40 – 0.80 P 0.010 0.024 ≤ 0.045S 0.020 0.014 ≤ 0.045Cr 0.047 0.013Ni 0.092 < 0.018

Mo < 0.002 < 0.002Cu 0.720 0.009Al 0.021 0.008V 0.005 0.016W 0.096 0.040Ti 0.002 < 0.000

Nb 0.000 0.002B < 0.018 < 0.000

200 X100 X

500 X

Dinding luar

Dinding dalam

Dinding luar

Dinding dalam

Dinding luar

Gambar 7a. Struktur mikro material tube A pada penampang melintang yang berada di dekat lubang yang bocor (pada posisi sekitar jam 12:30). Pada dinding bagian dalam tube tidak terlihat adanya pembentukan kerak (deposit) yang berarti, sementara pada dinding bagian luar tube terlihat jelas adanya pembentukan kerak (deposit).

100 X 200 X

500 X

Dinding dalamDinding dalam

Dinding dalam

Gambar 7b. Struktur mikro material tube A pada penampang melintang yang berada agak jauh dari lubang yang bocor (pada posisi sekitar jam 3). Terlihat dengan jelas bahwa pada dinding bagian dalam tube tidak dijumpai adanya pembentukan kerak (deposit) yang berarti.

100 X 200 X

500 X

Dinding luar

Dinding dalam

Dinding luar

Dinding dalam

Dinding luar

Gambar 8a. Struktur mikro material tube A pada penampang melintang yang berada di dekat lubang yang bocor (pada posisi sekitar jam 11.30). Terlihat dengan jelas bahwa pada dinding bagian dalam tube tidak dijumpai adanya pembentukan kerak (deposit) yang berarti.

100 X 200 X

500 X

Dinding dalam Dinding dalam

Dinding dalam

Gambar 8b. Struktur mikro material tube A pada penampang melintang yang berada agak jauh dari lubang yang bocor (pada posisi sekitar jam 9). Terlihat dengan jelas bahwa pada dinding bagian dalam tube tidak diketemukan adanya pembentukan kerak (deposit) yang berarti.

50 X 100 X

200 X

Dinding dalam

Dinding luarDinding luar

Dinding luar

Gambar 9. Struktur mikro material tube A pada penampang melintang yang berada agak jauh dari lubang yang bocor (pada posisi sekitar jam 6). Terlihat dengan jelas bahwa pada dinding bagian luar tube terbentuk sejumlah kerak (deposit), sementara pada dinding bagian dalamnya tidak diketemukan adanya kerak (deposit) yang berarti.

100 X 200 X

500 X

Dinding dalamDinding dalam

Dinding dalam

Gambar 9. Struktur mikro material tube A pada penampang melintang yang berada agak jauh dari lubang yang bocor (pada posisi sekitar jam 6). Terlihat dengan jelas bahwa pada dinding bagian dalam tube tidak terbentuk kerak (deposit) yang berarti (lanjutan).

50 X 100 X

200 X

Dinding dalam

Dinding luarDinding luar

Dinding dalam

Dinding dalam

Dinding luar

Gambar 10. Struktur mikro material tube B pada penampang melintang yang berada di dekat lubang yang bocor (pada posisi sekitar jam 12 ke arah kanan). Terlihat dengan jelas bahwa pada dinding bagian dalam tube tidak terbentuk kerak (deposit) yang berarti, sementara di dinding bagian luarnya terbentuk sejumlah kerak (deposit).

100 X 200 X

500 X

Dinding luar

Dinding dalam

Dinding luar

Dinding luar

Gambar 11. Struktur mikro material tube B pada penampang melintang yang berada di dekat lubang yang bocor (pada posisi sekitar jam 1 ke arah kanan). Kondisinya hampir sama seperti pada Gambar 10, yaitu pembentukan kerak (deposit) hampir tidak terlihat pada dinding bagian dalam tube, sementara pada dinding bagian luar tube terlihat jelas adanya pembentukan kerak (deposit) yang berarti.

100 X

Dinding luar

Dinding dalam 200 X

Dinding luar

Dinding dalam

500 X

Gambar 12a. Struktur mikro material tube B pada penampang melintang yang berada di dekat lubang yang bocor (pada posisi sekitar jam 11:30 ke arah kiri). Kondisinya hampir sama seperti pada Gambar 10, yaitu pembentukan kerak (deposit) hampir tidak terlihat pada dinding bagian dalam tube, sementara pada dinding bagian luar tube terlihat jelas adanya kerak (deposit) yang menempel.

Dinding dalam

Dinding dalam200 XDinding dalam

500 X

Deformasi

Gambar 12b. Struktur mikro material tube B pada penampang melintang yang berada agak jauh dari lubang yang bocor (pada posisi sekitar jam 8 ke arah kiri). Pada dinding bagian dalam tube tidak terlihat adanya pembentukan kerak (deposit) yang berarti. Namun demikian terlihat dengan jelas bahwa pada dinding bagian dalam tube telah terjadi deformasi.

Tube A Tube B

x 3x 4x1

x2

x x65

xx65

x

x

7

4 xx

3 1x

2

Lokasi uji Kode Benda UjiA B

1 133 1232 132 1173 116 1124 118 1235 127 1166 130 1327 - 136

Rata – Rata 126 HV 122.7 HV120 HB 117 HB

Perkiraan Nilai Kuat Tarik 42 kgƒ/mm² 41 kgƒ/mm²

Nilai Kekerasan ( HV5 )

Tabel 2. Hasil uji kekerasan (hardness test) material tube HP Economizer-1 HRSG 3.1

Sample A pada lokasi 1

Gambar 13a. Hasil uji SEM yang diambil pada dinding bagian dalam tube A pada lokasi 1, yang memperlihatkan adanya sejumlah sumuran (pits).

Sample A pada lokasi 2

Gambar 13b. Hasil uji SEM yang diambil pada dinding bagian dalam tube A pada lokasi 2. Kondisi sumuran (pits) yang terbentuk hampir sama seperti pada Gambar 13a.

Sample A pada lokasi 3

Gambar 13c. Hasil uji SEM yang diambil pada dinding bagian dalam tube A pada lokasi 3. Kondisi sumuran (pits) yang terbentuk hampir sama seperti pada Gambar 13a dan Gambar 13b.

Sample B pada lokasi 1

Gambar 14a. Hasil uji SEM yang diambil pada dinding bagian dalam tube B pada lokasi 1, yang memperlihatkan adanya sejumlah sumuran (pits).

Sample B, pada lokasi 2

Gambar 14b. Hasil uji SEM yang diambil pada dinding bagian dalam tube B pada lokasi 2. Kondisinya hampir sama seperti pada Gambar 14a.

Sample B pada lokasi 3

Gambar 14c. Hasil uji SEM yang diambil pada dinding bagian dalam tube B pada lokasi 3. Kondisinya hampir sama seperti pada Gambar 14a dan Gambar 14b.

Element Wt - %

C 7.10

O 26.12

Fe 66.78

Gambar 15a. Hasil uji EDS yang diambil pada dinding bagian dalam tube A pada lokasi 1.

Element Wt - %

C 7.99

O 21.44

Al 0.62

Fe 69.95

Gambar 15b. Hasil uji EDS yang diambil pada dinding bagian dalam tube A pada lokasi 2.

Element Wt - %

C 8.37

O 24.06

Al 0.75

Fe 66.82

Gambar 15c. Hasil uji EDS yang diambil pada dinding bagian dalam tube A pada lokasi 3.

Element Wt - %

C 10.56

O 16.38

Fe 73.05

Gambar 16a. Hasil uji EDS yang diambil pada dinding bagian dalam tube B pada lokasi 1.

Element Wt - %

C 7.80

O 14.30

Fe 77.90

Gambar 16b. Hasil uji EDS yang diambil pada dinding bagian dalam tube B pada lokasi 2.

Element Wt - %

C 7.58

O 14.11

Fe 78.30

Gambar 16c. Hasil uji EDS yang diambil pada dinding bagian dalam tube B pada lokasi 3.

V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil analisa kerusakan yang diperoleh maka dapat diambil beberapa kesimpulan penting sebagai berikut :

• Jenis kerusakan yang terjadi pada dinding bagian dalam tube A dan tube B yang keduanya menerima pasokan aliran fluida (air) dari inlet header HP Economizer-1 adalah termasuk : kavitasi-erosi atau physical corrosion. Kerusakan yang terjadi diperkirakan hanya terbatas atau bersifat lokal pada daerah atau bagian sekitar inlet dari tube A dan tube B yang posisinya berada langsung dibawah atau didekat bagian hilir (downstream) sambungan las antara tube tersebut dengan inlet header. •Faktor utama penyebab terjadinya kavitasi-erosi atau physical corrosion pada tube A dan tube B adalah karena terbentuknya gelembung udara/uap didalam aliran fluida yang berada dalam kondisi turbulen yang kemudian pecah dan menumbuk/menghantam dinding bagian dalam tube disekitar bagian inlet dari tube tersebut. Secara desain/konstruksi bagian inlet tube tersebut merupakan daerah yang rentan mengalami aliran turbulen akibat terjadinya perubahan arah aliran secara mendadak serta adanya perbedaan luas penampang melintang yang cukup besar antara inlet header dengan tube sehingga dapat menimbulkan penurunan tekanan fluida yang besar dibagian inlet tube tersebut. Adapun faktor-faktor lainnya yang diperkirakan dapat meningkatkan lebih jauh intensitas pembentukan gelembung udara/uap yang kemudian mampu mempercepat laju kavitasi-erosi atau physical corrosion pada dinding bagian dalam inlet tube A dan tube B adalah antara lain :

o Kekasaran permukaaan atau cacat bentuk yang terjadi pada dinding bagian dalam sambungan las antara tube dengan inlet header sehingga dapat menimbulkan

hambatan terhadap aliran fluida dibagian hulu (upstream) ketika masuk kedalam inlet tube HP Economizer-1.o Gelembung udara yang masuk kedalam fluida (air) akibat terjadinya kebocoran pada sistim, atau meningkatnya kelarutan oksigen didalam air akibat menurunnya fungsi/kinerja Deaerator (terutama pada saat start-up dan/atau saat beban rendah).o Menurunnya pasokan fluida (air) yang masuk kedalam inlet header HP Economizer-1 akibat penguapan atau kebocoran.o Meningkatnya vibrasi akibat aliran (flow-induced vibration) pada konstruksi inlet header

HP Economizer-1.

Apabila data operasi seperti temperatur dan tekanan HP feed water serta mutu air yang digunakan selalu konsisten seperti yang dilaporkan, maka diperkirakan bahwa sifat air yang mengalir masuk kedalam inlet header HP Economizer-1 tidak cukup memberikan kontribusi terhadap terjadinya kavitasi-erosi atau physical corrosion pada dinding bagian dalam inlet tube A dan inlet tube B serta inlet tube lainnya.

5.2 Saran / Rekomendasi

Untuk menghindari terjadinya kerusakan serupa atau untuk memperpanjang umur operasi inlet tube HP Economizer-1 tersebut, maka berikut ini diberikan beberapa saran/rekomendasi yaitu antara lain : • Meningkatkan mutu sambungan las pada dinding bagian dalam antara inlet tube dengan

inlet header HP Economizer-1 agar tidak terjadi cacat permukaan atau cacat bentuk yang dapat menimbulkan hambatan terhadap aliran fluida (air) dibagian hulu (upstream) dari inlet tube. • Meningkatkan pemeliharaan agar tidak ada bagian dari sistim sirkulasi air yang bocor sehingga dapat mencegah udara masuk kedalam sistim.• Meningkatkan pemeliharaan agar kinerja Deaerator selalu dalam keadaan optimal sehingga dapat menekan kelarutan oksigen didalam air serendah mungkin sesuai dengan batasan yang dipersyaratkan. • Meningkatkan pemeliharaan sistim kontrol agar mampu menjaga pasokan air yang masuk kedalam inlet header HP Economizer-1, sehingga level air selalu dapat memenuhi batasan yang dipersyaratkan.• Melakukan pemeriksaan (inspeksi) terhadap kemungkinan terjadinya flow-induced

vibration pada konstruksi inlet header HP Economizer-1.

• Meningkatkan atau melakukan up-grade terhadap material inlet tube HP Economizer-1 dari baja karbon rendah dengan spesifikasi DIN St 37.8 Cl 3 menjadi baja paduan rendah berbasis Cr-Mo dengan spesifikasi DIN 10 Cr Mo 9 10 atau setara dengan spesifikasi

ASME SA 213-T22. Diharapkan bahwa baja Cr-Mo dengan komposisi kimia nominal 2⅟4 Cr - 1 Mo tersebut dapat memberikan ketahanan yang lebih tinggi terhadap terjadinya kavitasi-erosi pada inlet tube HP Economizer-1 tersebut.• Melakukan kajian ulang terhadap pengaruh kondisi operasi (temperatur dan tekanan)

dan rasio atau perbandingan antara diameter inlet header dengan diameter inlet tube (D/d) serta hubungannya dengan laju aliran (flow) fluida terhadap terjadinya penurunan tekanan pada fluida yang berdampak pada pembentukan aliran turbulen dan gelembung uap yang mampu menimbulkan kavitasi-erosi atau physical corrosion pada dinding

bagian dalam inlet tube HP Economizer-1. • Disarankan pula untuk melakukan pemeriksaan (inspeksi) secara sistematis terhadap

seluruh inlet tube HP Economizer-1 terutama pada inlet tube yang berada didekat sambungan las antara tube dengan inlet header, karena diperkirakan bahwa kerusakan yang serupa seperti pada tube A dan tube B juga sudah terjadi pada tube lainnya dan sewaktu-waktu dapat terjadi kebocoran.

LAPORAN TAMBAHANANALISA KERUSAKAN TUBE HP ECONOMIZER-1

HRSG 3.1 PLTGU

4.6 Hasil Analisa Sample Air HRSG 3.1 Dalam rangka mendukung kegiatan analisa kerusakan tube HP Economizer-1 HRSG 3.1, dua

sample air juga di analisis, yaitu sample air yang berasal dari Deaerator Outlet dan sample air yang berasal dari LPSS7 (low pressure saturated steam dari LP drum) HRSG 3.1. Hasil analisa yang diperoleh ditunjukkan pada Tabel 3 dan Tabel 4. Dari kedua Tabel 3 dan Tabel 4 tersebut terlihat bahwa mutu air HRSG 3.1 yang keluar dari Deaerator Outlet dan LPSS7 pada umumnya sudah cukup memadai ditinjau dari batasan angka yang dipersyaratkan, walaupun ada beberapa data hasil analisis yang masih belum memadai seperti antara lain : kadar Na yang relative tinggi, yaitu diatas 10 ppb dan nilai pH yang relatife rendah yaitu 7.2 – 7.9, padahal batasan minimum pH adalah 8.5. Namun demikian, seberapa besar pengaruh mutu air yang diperoleh dari hasil analisa ini terhadap terjadinya kavitasi-erosi atau physical corrosion pada tube HP Economizer-1 nampaknya tidak bisa ditentukan secara pasti. Untuk menjamin bahwa mutu air yang masuk kedalam HP Economizer-1 itu tidak memberikan dampak yang dapat mempercepat laju korosi tube HP Economizer-1 tersebut maka sebaiknya pH air tersebut dijaga/dikendalikan agar tidak berada dibawah 8.5 tetapi selalu mencapai batasan antara 9 dan 9.5.

Saran /Rekomendasi • Sebagai saran tambahan disarankan agar pH air yang masuk kedalam HP Economizer-1 selalu dijaga/dikendalikan pada batasan 8.5 < pH < 9.5.