Abstrak-Daftar.Lampiran

i

ABSTRAK

Permasalahan utama yang dilakukan dalam penelitian ini adalah analisa teknik

untuk mengetahui performansi superheater tubes berdasarkan standar API 530 dan

prediksi umur desain dengan menggunakan metode analisis larson miller parameter

terhadap peningkatan temperatur versus tegangan, untuk material SA 213 T22 baja

2¼Cr-1Mo dengan diameter luar tube (OD) sebesar 63,5 mm dan tebal tube sebesar

4,16 mm. Desain umur berdasarkan pada standar API 530 yaitu 100.000 jam dengan

nilai koefisien LMP 20 dan degradasi penurunan umur desain, jika dioperasi pada suhu

lebih tinggi dari desain. Dalam hal ini, pengambilan tiga temperatur di atas desain dan

tiga temperatur di bawah desain, untuk mengetahui sejauh mana gradient penurunan dan

kenaikan batasan umur desain suatu material. Berdasarkan hasil penelitian ini bahwa

semakin besarnya temperatur operasi maka umur tube akan lebih pendek karena

berkurangnya ketebalan dan laju creep-rupture akan meningkat, hal ini disebabkan oleh

karena terjadinya perubahan mikrostruktur logam akibat perlakuan tertentu, pada

superheater tubes yang beroperasi pada suhu tinggi maka akan mengalami penurunan

kualitas logam karena terjadinya pemuaian pada suatu material. Untuk mencapai hasil

yang optimal tanpa terjadinya kecelakaan atau kegagalan yang fatal, maka sebaiknya

temperatur operasi superheater tubes dibuat lebih rendah dari temperatur desainnya.

Temperatur operasi sebaiknya harus dijaga agar tetap stabil, dengan kestabilan

temperatur maka dapat memperpanjang usia superheater tubes.

Kata kunci : Larson miller parameter (LMP), creep-rupture, superheater tubes

ABSTRACT

The main issues in this research is an analysis technique to determine the

performance of superheater tubes by standard API 530 and life prediction design using

analytical methods of Larson Miller parameter to the increased temperature versus

stress, for material SA 213 T22 2 ¼ Cr-1Mo steel with an outer diameter of tube (OD)

is 63.5 mm and a design thickness is 4.16 mm. The design life based on the standard

API 530 is 100,000 hours with a value constant of 20 and the degradation coefficient

decreased LMP design life, if operated at a temperature higher than design. In this

case, making in the three upper of designs temperature and three below the design

temperature, to determine the extent of gradient reduction and increase in the life limit

of a material design. Based on the results of this study that the magnitude of the

operating temperature tube life will be shorter due to the reduced thickness and creep-

rupture rate will increase, it is caused by the occurrence of microstructural changes

due to metal specific treatment, the superheater tubes that operate at high temperatures

it will experience metal degradation due to thermal expansion in a material. To achieve

optimal results without the occurrence of accident or failure, it should be operating

temperature superheater tubes made lower than the design temperature. Operating

temperature should be kept stable, with a temperature stability, it can extend the life of

superheater tubes.

Key words : Larson miller parameter (LMP), creep-rupture, superheater tubes

ii

KATA PENGANTAR

Dengan mengucapkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah

memberikan rahmat dan karunia-Nya kepada penulis, sehingga penulis dapat

menyelesaikan Skripsi ini dengan baik dan tepat pada waktunya. Skripsi ini dipilih

dengan judul “APLIKASI METODE LARSON MILLER PARAMETER UNTUK

CREEP-RUPTURE WATER TUBE BOILER DI PT. PUPUK SRIWIDJAJA

(PUSRI) PALEMBANG”, disusun untuk dapat melengkapi persyaratan dalam

menempuh ujian sarjana pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

Sriwijaya. Dengan selesainya penyusunan Skripsi ini, penulis mengucapkan terima

kasih kepada :

1. Allah SWT atas segala limpahan Rahmat-Nya.

2. Bapak Ir. Helmy Alian, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas

Sriwijaya.

3. Bapak Qomarul Hadi, ST. MT selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin Universitas

Sriwijaya.

4. Ibu Dr.Ir. Diah Kusuma Pratiwi, MT selaku Dosen Pembimbing Utama yang telah

memberikan arahan dan kesabaran dalam membimbing saya dalam pengerjaan

Skripsi ini.

5. Bapak Prof. Dr. Ir. H. Hasan Basri dan Bapak Zulkarnain, ST, M.ENG selaku

dosen pembimbing akademik selama kuliah.

6. Seluruh staff dosen dan karyawan Jurusan Teknik Mesin Universitas Sriwijaya.

Kak Gun, Kak Sapril, kak Yan, kak Yatno, kak Iwan dan Bu’ Tetra yang telah

banyak membantu.

7. Pembimbing skripsi di PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang, Bang Hengki, Kak

Kholid, Kak Rakman, Kak Mirza, Pak Hakimi dan Pak Dikdik.

8. Bak, Umak tercinta atas segala kerja keras, kasih sayang, dukungan dan segala

pengorbanannya. Saudara-saudari tercinta, Kak Albet Syaputra Jf, Kak Ade

Mahendra Jf, Renny Clara Shinta Jf, Bara Anggara Jf dan seluruh keluarga besar di

Noman, Palembang dan Sekayu.

iii

9. Teteh Elin, Yuk Mitha, Kak Randi, Kak Anto’, Kak Ojit, kak Sigit, kak Azhar, dan

Kak Budi. Sahabat-sahabatku Putra, Hasbi, Wenny, Mila, Ufu, Rangga, Ejak

Gondrong, Yuda Kenyot, Yoga, Burhan, Sigit Jawo, Umar, Rey, Rezi dan seluruh

teman-teman angkatan 2008 jurusan Teknik Mesin. Terima kasih atas semua

dukungan yang telah diberikan serta Ayah-ibu/mak kantin Renny, Yuk Renny, Yuk

Betty, dan Yuli.

10. Keluarga Besar Bapak Lahuddin/Papi (alm) dan Ibu Rohana/Mami serta teman-

teman kostan Bang Edo, Bang Arief, Bang Anto’, Kak Amri, Kak Akbar, Kak

Almutaqin, Kak Ari, Kak Ziddin, Kak Taufiq, Kak Reza, Hardi, Randi, Saddam,

Radif, Akbar Sayudi, Rangga, Raju, Harry, Ralfi, Hendi, Wawan, Fitra, Dudun,

Sendy, Geral, Sigit dan Gulman.

11. Sahabat-sahabat asisten material Mista, Doni, Kak Titin, Rhedo, Deon, Andri, dan

Joko.

12. Rekan-rekan organisasi Himpunan Mahasiswa Mesin FT Unsri, Ikatan Keluarga

Mahasiswa Silampari, BEM FT Unsri, BEM Universitas Sriwjaya.

Penulis menyadari bahwa hasil dari penyusunan Skripsi ini masih banyak

kekurangan karena keterbatasan kemampuan dan Ilmu pengetahuan yang dimiliki.

Akhir kata penulis berharap semoga Skripsi ini bermanfaat bagi semua pihak yang

berkepentingan.

Indralaya, November 2012

Penulis

iv

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK i

KATA PENGANTAR ii

DAFTAR ISI iv

DAFTAR GAMBAR vi

DAFTAR TABEL vii

DAFTAR SIMBOL viii

DAFTAR LAMPIRAN ix

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Pembatasan Masalah 2

1.3 Tujuan Penelitian 3

1.4 Manfaat Penelitian 3

1.5 Metode Penelitian 4

1.6 Sistematika Penulisan 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5

2.1 Water Tube Boiler 5

2.2 Superheater Tubes 7

2.3 Deskripsi Umur Desain Komponen 7

2.4 Pengkajian Sisa Umur Pakai (Remaining Life Time) 8

2.5 Material Properties 10

2.6 Fenomena Creep dan Stress Rupture 10

2.7 Analisa Creep dan Stress Rupture Menggunakan LMP 13

2.8 Teori Larson Miller Parameter 14

2.9 Persamaan Tegangan yang Digunakan dalam Perhitungan 15

2.9.1 Desain Elastis (Untuk Temperatur Rendah) 16

2.9.2 Desain rupture (Untuk Temperatur Tinggi) 16

2.9.3 Equivalent Tube Metal Temperatur 17

2.10 Ketebalan Minimum dan Rata-rata yang Diizinkan 18

2.11 Limit Temperatur Desain Logam 18

2.12 Penyebab Kerusakan pada Supeheater Tubes 19

2.13 Jenis Failure yang Terjadi Dikarenakan Creep-Rupture 22

2.13.1 Long-term Overheating 22

2.13.2 Short-Term Overheating 23

2.14 Prediksi Perilaku Creep Long-Term Overheating 24

BAB III METODE PENELITIAN 25

3.1 Diagram Alir Penelitian 25

3.2 Alat dan Bahan 26

3.3 Prosedur Penelitian 26

3.3.1 Pengumpulan Data dan Informasi 26

3.3.2 Analisis Data Pengujian Awal 27

3.3.3 Pengujian Tak Merusak 27

v

3.3.4 Ruang Lingkup dan Batasan Penelitian 28

3.4 Sumber Data 28

3.5 Asumsi Umum 29

3.6 Analisis dan Pengelolahan Data 29

3.7 Tempat Penelitian 30

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 31

4.1 Data Teknis 31

4.2 Data Hasil Pengujian Kekerasan 31

4.3 Pengamatan Secara Visual 32

4.4 Pengujian Ultrasonik 33

4.5 Analisa Sisa Umur Superheater Tubes Paket Boiler

PT. Pusri Palembang

34

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 42

5.1 Kesimpulan 42

5.2 Saran 42

DAFTAR PUSTAKA 44

LAMPIRAN

vi

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2.1 Diagram sederhana water tube boiler 6

2.2 Kurva perilaku creep 11

2.3 Kurva tegangan vs LMP 12

2.4 Stress curves (SI units) for ASTM A 200 T22, ASTM A 213 T22 and

ASTM A 335 P22 2¼Cr-1Mo steels 15

2.5 Kandungan oksigen yang berlebihan di dalam tube 20

2.6 Rupture akibat long-overheating 22

2.7 Rupture akibat short-overheating 23

3.1 Diagram alir penelitian 25

3.2 Unit paket boiler PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang 26

3.3 (a) Alat uji ultrasonic Krautkramer USL 32

PT. Pusri Palembang 28

(b) Panametrics – NDT Epoch 3 Model 2300

PT. Pusri Palembang 28

4.1 Bentuk superheater tubes baru PT. Pupuk Sriwidjaja 32

4.2 Sketsa pengujian superheater tubes

PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang 32

4.3 Sketsa package boiler PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang 33

4.4 Lokasi pengujian ketebalan superheater tubes 34

4.5 Grafik hubungan antara tegangan dan LMP 39

4.6 Grafik hubungan antara ketebalan dan temperatur 40

4.7 Grafik hubungan antara umur dan temperatur 41

vii

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

2.1 Komposisi kimia superheater tubes SA 213 T22 10

2.2 Konstanta material untuk fraksi temperatur 17

2.3 Limit temperatur desain logam untuk heater-tube alloys 19

4.1 Data teknis 31

4.2 Data operasi 31

4.3 Data hasil pengujian 38

viii

DAFTAR SIMBOL

Simbol Umum

𝐵 Perbandingan antara ketebalan korosi dengan ketebalan tegangan

(𝛿𝐶𝐴/𝛿𝜎)

CLM Konstanta, biasanya diasumsikan menjadi 20 untuk ferritic steel, 15 untuk

jenis austenitic steel dan 30 untuk jenis baja T91 atau P91, 9Cr-1Mo-V

𝐷𝑖∗ Diameter dalam (mm)

𝐷𝑜 Diameter luar (mm)

𝑓𝑐𝑜𝑟𝑟 Faktor korosi merupakan fungsi B dan n

𝑓𝑇 Fraksi temperatur (non dimensi)

LMP Larson Miller Parameter, konstan untuk bahan tertentu dan level tegangan

(non dimensi)

n Eksponen rupture pada temperatur desain logam (non dimensi)

𝑃𝑒𝑙 Tekanan desain elastic (MPa)

𝑃𝑟 Tekanan desain rupture (MPa)

Td Temperatur desain (oC)

tDL Waktu untuk pecah (rupture) atau untuk mencapai nilai tertentu, selama

regangan creep (jam)

𝑇𝑒𝑜𝑟 Temperatur tabung pada saat akhir operasi (oC)

𝑇𝑒𝑞 Temperatur equivalen tabung (oC)

𝑇𝑠𝑜𝑟 Temperatur tabung pada saat operasi (oC)

𝛿𝐶𝐴 Korosi yang terjadi (mm)

𝛿𝑚𝑖𝑛 Ketebalan minimum (mm)

𝛿𝜎 Ketebalan tegangan (mm)

𝜎𝑒𝑙 Tegangan elastis yang diizinkan pada temperatur desain logam dan

temperatur umur desain (MPa)

σr Tegangan rupture yang diizinkan, pada temperatur desain logam (MPa)

Singkatan

API American Petroleum Institute

LMP Larson Miller Parameter

NDT Non Destructive Test

TTP Time Temperatur Parameter

UT Ultrasonic Test

UTS Ultimate Tensile Stress

ix

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran Halaman

1. Safety factor sebesar 0,7 untuk material jenis superheater tube

SA 213 (Grade T22) A-1

2. Allowable stress untuk material jenis superheater tube

SA 213 (grade T22) A-2

3. Gambar teknik superheater tubes PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang A-3

4. Grafik hasil pembacaan nilai LMP dan nilai tegangan pada

Temperatur 472,22OC A-4


Temperatur 500OC A-5




Temperatur 537OC A-7




Temperatur 583.33OC A-9

10. Grafik Hasil Pembacaan nilai LMP dan nilai tegangan pada


11. Panametrics – NDT Epoch 3 Model 2300 PT. Pusri Palembang A-11

12. Probe sudut dan probe normal A-11

13. V-blok standar Ultrasonic Test A-12

14. Metode pengukuran diameter tube dengan

menggunakan Circumstance A-12

15. Couplant A-13

16. Package Boiler PT Pupuk Sriwidjaja Palembang A-13

Abstrak-Daftar.Lampiran

Documents

Transcript of Abstrak-Daftar.Lampiran