PENGARUH KONSENTRASI CH3COOH TERHADAP KARAKTERISASI KOROSI BAJA BS 970 DI LINGKUNGAN CO2

RENDY WAHYU SANTOSONRP 2707 100 040

Dosen Pembimbing :Budi Agung Kurniawan, ST., MSc.

JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh NopemberSurabaya 2011

ABSTRAKKorosi CO2 merupakan masalah utama di dunia minyak dan gas bumi. Adanya

karbon dioksida yang larut dalam uap air sebagai impuritas dari minyak dan gas bumi memicu terjadinya korosi pada baja sebagai material pada saluran pipa. Menurut penelitian sebelumnya, asam asetat diketahui mempengaruhi kelajuan korosi di lingkungan CO2. Korosi karbon dioksida menghasilkan produk korosi besi(II) karbonat yang larut dalam pipa maupun mengendap di permukaan pipa minyak. Adanya lapisan film yang mengendap ini membantu menghambat terjadinya korosi.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mempelajari pengaruh konsentrasi asam asetat terhadap karakterisasi korosi di lingkungan CO2. Penelitian dilakukan dengan pengujian korosi pada baja BS 970 pada media korosi NaCl 3%wt. Pengujian dilakukan pada konsentrasi CH3COOH 100; 500; 1000; 1500 dan 2000 ppm, dan temperatur 65° dan 75°C dengan pH 5,5. Pengukuran dilakukan dengan metode EIS dan metode Tafel untuk mengetahui laju korosi dan perilaku korosi. Kemudian dilakukan pengujian SEM pada semua sampel dan pengujian XRD pada sampel dengan parameter ekstrim yaitu pada konsentrasi 2000 ppm dengan temperatur 75°C.

Hasilnya menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi asam asetat, semakin tinggi pula laju korosinya, namun pada konsentrasi 2000 ppm, laju korosi menurun. Pada hasil XRD menunjukkan mulai terbentuknya lapisan FeCO3 pada permukaan spesimen. Dari hasil SEM menunjukkan adanya lapisan FeCO3 yang terbentuk dan semakin tinggi konsentrasi asam asetat, lapisan FeCO3 lebih berpori.

BAB IPENDAHULUAN

Latar Belakang

CO2

BS 970

Korosi CO2

CH3COOH

Pengaruh terhadap Laju Korosi ??

Minyak mentah

Perumusan Masalah

Tujuan Penelitian

Mengetahui peran CH3COOH dalam mempengaruhiproses korosi CO2 dan lapisan film FeCO3

Untuk menghasilkan informasi dan hasil analisa yang lebih komprehensifmengenai korosi CO2 dan faktor-faktor yang berperan di dalamnya

Untuk menghasilkan kajian mengenai peran asam asetat dalam mempengaruhiproses korosi serta mempengaruhi kemampuan perlindungan lapisan film FeCO3 di permukaan baja BS 970 sebagai bahan atau material yang paling banyakdigunakan di dunia minyak dan gas bumi.

Batasan Masalah

pH larutan selama proses reaksi elektrokimia dianggap konstan.

Temperatur larutan selama proses reaksi elektrokimia dianggap konstan.

Tekanan parsial dan konsentrasi gas CO2 di dalam beaker glass dianggap konstan.

Beaker glass dianggap kedap udara.

Kekasaran permukaan spesimen dianggap homogen dan tidak mempengaruhi reaksi pembentukan lapisan film pada permukaan spesimen

Manfaat Penelitian

Mempelajari korosi CO2 pada pipa-pipa industri minyak bumi dan gas.

Data dari hasil penelitian dapat dijadikan acuan dalammenentukan laju korosi pada pipa-pipa industri minyak bumi dan

gas dan faktor-faktor yang berperan di dalamnya.

Data dari hasil penelitian dapat dijadikan acuan untuk penelitian tentang perlindungan terhadap korosi CO2.

Dapat dijadikan acuan tentang pengaruh asam asetat terhadaplaju korosi CO2 pada pipa.

BAB IIDASAR TEORI

•CO2(aq) + H2O → H2CO3(aq)Di dalam minyak mentah, gas CO2 bereaksi dengan

air membentuk asam karbonat

•H2CO3 ↔ H+ + HCO3-

•HCO3- ↔ H+ + CO3

2-

Asam karbonat selanjutnya terdisosiasi menjadi ion

karbonat dan bikarbonat

Ketika konsentrasi HCO3- dan CO3

2- naik, maka laju pelarutan besi akan naik

Korosi CO2

•Fe → Fe2+ + 2e-Pelarutan besi di lingkungan CO2

•Fe2+ + CO2(aq) + H2O → FeCO3(aq) + H2(g)

•Fe2+ + HCO3- → FeCO3(s) + H+

Sehingga reaksi keseluruhan pada proses

ini :

Gambar 2.4 Skema korosi CO2 pada baja dengan lapisan film permukaannya

Skema korosi CO2 pada baja digambarkan pada gambar 2.3 berikut

Disosiasi asam asetat :

CH3COOH → H+ + CH3COO-

Bereaksi dengan besi :

Fe2+ + 2(CH3COOH) → Fe(CH3COO)2 + H2

Pengaruh Asam Asetat pada Korosi CO2

Sebagai penyedia ion hidrogen

Menurunkan pH

Berikatan dengan ion Fe2+

Menurunkan pembentukan lapisan pelindung FeCO3

Gambar 2.5 Pengaruh temperatur terhadap laju korosi pada lingkungan CO2

Pengaruh Temperatur pada Korosi CO2

Pada temperatur rendah, laju korosi meningkat karena kelarutan film FeCO3 tinggi

Seiring dengan peningkatan temperatur (sekitar 60-80 ° C) lapisan besi karbonat menjadi lebih melekat ke permukaan logam dan lebih protektif di alam yang mengakibatkan penurunan laju korosi

Studi hasil penelitian sebelumnya

Crolet dan Bonis, menyatakan bahwa keberadaan asam asetat akan secara signifikan meningkatkan laju korosi karena adanya reduksi Hac secara langsung pada permukaan baja.

Oblonski, dkk, menyatakan bahwa konsentrasi asetat tidak berpengaruh pada analisa kimia dari produk lapisan korosi.

Joosten, dkk, mengemukakan bahwa peningkatan laju korosi akibat asam asetat dikarenakan adanya penurunan pH.

Liu, dkk, menyatakan bahwa asam asetat menyerang lapisan film FeCO3 sehingga jumlahnya di permukaan berkurang dan kemampuan melindungi menurun akibat permukaan baja terekspos kembali dan bereaksi dengan lingkungan.

BAB IIIMETODOLOGI

1. Elektroda Kerja (spesimen)2. Beaker Glass3. Elektroda bantu (Platinum)4. Elektroda referensi (Hg/Hg2Cl2)5. Bubbler CO26. Water Jacket7. Magnetic Stirrer

3

5

4

1

2

67

PreparasiSpesimen

Gambar 3.3 Spesimen uji

Start

Pembuatan larutan NaCl 3%wt danSet up spesimen dan elektrode

Dipanaskan pada temperatur konstandengan variasi temperatur 65° dan 750C

selama 30 menit

Dilakukan pengaturan pH sebesar5,5 dengan menambahkan NaHCO3 0,1 M

Ditambahkan asam asetat denganvariabel masing-masing 100, 500, 1000,

1500, dan 2000 ppm

A

Prosedur

Preparasi Spesimen

Dialirkan gas CO2 ke dalam beaker glass

A

Uji EISDilakukan setelah semua parameter

terpenuhi

Uji TafelDilakukan setelah uji EIS sebanyak 1 kali

Pengamatan Morfologi danPermukaan (SEM)

Analisa Data danPembahasan

Kesimpulan

End

Identifikasi fasa (XRD) untuksampel dengan variabel

konsentrasi 2000 ppm, T 75°C

Tabel 3.2 Uji Impedansi dengan EIS

Parameter Remarks

Larutan 3%wt NaCl

Gas CO2

Tekanan Parsial 1 bar

pH 5,5

Lama Pengujian ± 20 menit

Temperatur (0C) 65, 75

Konsentrasi HAC (ppm) 100, 500, 1000,

1500, 2000

DC potensial free mV

AC Initial frequency

AC Final frecuency

10 kHz

50 mHz

Kecepatan Rotasi Magnetic Stirrer 400 rpm

Tabel 3.3 Uji Polarisasi dengan Metode Tafel

Parameter Remarks

Larutan 3%wt NaCl

Gas CO2

Tekanan Parsial 1 bar

pH 5,5

Lama Pengujian ± 20 menit

Temperatur (0C) 65, 75

Konsentrasi HAC (ppm) 100, 500, 1000,

1500, 2000

DC potensial ± 50 mV

Sweep Rate 0,5 mV/s

Kecepatan Rotasi Magnetic Stirrer 400 rpm

BAB IVANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

4.1.1. Metode Tafel

Temperatur

(°C)

Konsentrasi

(ppm)

E (i=0)

(mV)Rp ohm.cm2 i corr

mA/cm2

CR

mm/Y

65

100 -692.9 121.83 87.0671 1.018

500 -692.4 100.99 102.5064 1.198

1000 -691.9 62.25 0.2285 2.672

1500 -675.6 16.12 0.9757 11.41

2000 -672.8 12.78 0.7742 9.055

75

100 -686.1 154.89 68.3951 799.9 µ

500 -686.1 152.58 70.0288 819 µ

1000-693.1 131.74 82.4755 964.6 µ

1500 -697.8 75.49 127.1667 1.487

2000 -692.8 100.06 107.4015 1.256

0

2

4

6

8

10

12

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

CR

(m

py)

konsentrasi CH3COOH (ppm)

65C

75C

Terjadi peningkatan laju korosi pada penambahan hingga 1500 ppm

dikarenakan adanya penurunan pH secara signifikan akibat meningkatnya ion H+

dan terjadi kompetisi antara ion bikarbonat dan asetat dalam mengikat ion Fe2+

sehingga faktor pendorong terbentuknya lapisan protektif FeCO3 pada permukaan spesimen menurun.

Terjadi penurunan laju korosi pada penambahan 2000 ppm CH3COOH

disebabkan karena besi asetat sebagai produk korosi yang memiliki kelarutan tinggi dalam air, sehingga kandungan ion Fe2+ meningkat dengan bertambahnya konsentrasi asam asetat yang menyebabkan kelewatjenuhan ion Fe2+ yang mendorong balik pembentukan paisan protektif FeCO3. Penurunan ini juga disebabkan oleh laju pertumbuhan dari lapisan pelindung yang terbentuk pada sistem dengan kapasitas buffer tinggi lebih terkontrol dibandingkan di dalam sistem dengan kapasitas buffer yang rendah.

Laju korosi rata-rata pada temperatur 65°C lebih tinggi daripada pada 75°C

dikarenakan lapisan protektif yang terbentuk pada temperatur 75°C lebih banyak jika dibandingkan pada temperatur 65°C.

4.1.2 Metode EIS

Temp. (°C) Konsentrasi

asam asetat

(ppm)

Rs

(ohm.cm2)

Rct

(ohm.cm2)

65 100 3,383 23,26

500 1,798 104,0

1000 2,658 134,3

1500 2,606 111,0

2000 2,214 124,7

75 100 2,538 9,528

500 3,026 6,544

1000 2,457 59,69

1500 1,174 79,52

2000 2,066 78,40

Dari Tabel 4.2 dapat dilihat bahwa nilai tahanan larutan menurun karena konsentrasi asam asetat yang semakin meningkat. Nilai tahanan yang menurun dengan meningkatnya konsentrasi asam asetat disebabkan produk korosi yang berupa ion-ion Fe2+ meningkat dan turut berperan sebagai penghantar muatan listrik.

Dengan naiknya konsentrasi asam asetat, tahanan larutan,Rs, sedikit menurun, tahanan transfer muatan, Rct, meningkat. Dengan naiknya temperatur, tahanan larutan,Rs, sedikit menurun, tahanan transfer muatan, Rct, juga menurun. Kondisi ini menggambarkan dikendalikannya laju korosi oleh kinetika transfer muatan disebabkan oleh sedikitnya ketebalan maupun kerapatan lapisan pelindung.

Rct makin rendah, berdampak pada peningkatan transfer muatan atau peningkatan laju korosi baja karbon. Penurunan tahanan lapisan pelindung disebabkan jumlah pori makin banyak sehingga ion H+ dapat berdifusi menembus lapisan pelindung melalui pori tersebut. Akibatnya laju korosi baja karbon ditentukan oleh difusi ion-ion H+.

4.1.3 Hasil XRD

Fe3C

FeCO3

FeC

Fe3C merupakan senyawa dengan intensitas tertinggi sedangkan lapisan FeCO3 yang terbentuk masih sedikit

karena pengujian dilakukan secara short term sehingga lapisan FeCO3 yang terbentuk masih sedikit dan belum menutupi permukaan spesimen secara keseluruhan.

4.1.4 Hasil SEM

Gambar 4.2 Hasil Foto SEM permukaan baja pada temperatur 65°C dan variasi konsentrasi asam asetat (a) 100 ppm, (b) 500 ppm, (c) 1000 ppm, (d) 1500 ppm dan

(e) 2000 ppm dengan perbesaran 1.000x

Gambar 4.3 Hasil Foto SEM permukaan baja pada temperatur 75°C dan variasikonsntrasi asam asetat (a) 100 ppm, (b) 500 ppm, (c) 1000 ppm, (d) 1500 ppm dan (e)

2000 ppm dengan perbesaran 1.000x

terlihat beberapa titik putih yang merupakan lapisan/kerak FeCO3, sedangkan bagian lainnya yang gelap, merupakan bagian yang telah terkorosi

semakin tinggi konsentrasi larutan asam asetat, semakin sedikit lapisan FeCO3yang terbentuk

terdapat beberapa lubang (hole) yang diidentifikasi sebagai korosi sumuran.

Terjadinya korosi sumuran dapat disebabkan karena tidak meratanya pembentukan lapisan protektif FeCO3 pada permukaan spesimen disebabkan oleh perbedaan laju korosi antara satu tempat dengan tempat lainnya pada permukaan spesimen. Akibat tidak meratanya pembentukan lapisan protektif pada permukaan spesimen, menyebabkan terjadinya perbedaan kekasaran pada permukaan spesimen sehingga menimbulkan turbulensi ringan yang menyebabkan penipisan setempat pada lapisan protektif, yang diikuti dengan pembentukan pori. Aktivitas korosi menjadi lebih tinggi pada lokasi yang berpori sehingga terjadi kerusakan setempat. Korosi sumuran dimungkinkan terjadi pada kondisi lingkungan dalam media jenuh CO2 mengandung ion-ion Cl- dengan konsentrasi tinggi.

BAB VKESIMPULAN

Terjadi peningkatan laju korosi pada penambahan CH3COOH hingga konsentrasi 1500 ppm

Terjadi penurunan laju korosi pada penambahan 2000 ppm CH3COOH

Lapisan FeCO3 yang telah terbentuk belum menutupi permukaan spesimen secara keseluruhan

Terjadi korosi sumuran.

DAFTAR PUSTAKA

Nesic, Srdjan, “Key issues related to modelling of internal corrosion of oil and gas pipeline – A review”, Institute for Corrosion and Multiphase Technologi, USA, 2005.

Nazari, M.H & Allahkaram, S.R, “The effect of acetic acid on the CO2 corrosion of grade X70 steel”, University of Tehran, Iran, 2010.

Gao, Kewei, et.al, “Mechanical properties of CO2 corrosion product scales and their relationship to corrosion rates”, University of Science and Technologi Beijing, Beijing, 2008.

Zhang, G.A & Cheng, Y.F, “Corrosion of X65 steel in CO2-saturated oilfield formation water in the absence and presence of acetic acid”, University of Colgary, Canada, 2009.

Zhang, G.A & Cheng, Y.F, “On the fundamentals of electrochemical corrosion of X65 steel in CO2-containing formation water in the presence of acetic acid in petrolium production”, University of Colgary, Canada, 2008.

Sun, Wei, et.al, “A Study of Protective Iron Carbonate Scale Formation in CO2 Corrosion”, Ohio University, USA, 2004.