ISSN 0854 - 5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

PERBAIKAN DAN PENGUJIAN KINERJACORROSION 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 korosipel at dan kelongsing Zircaloy-2 untuk pembuatan berkas elemen bakar tipe Cirene.Untuk memfungsikan alat kembali, dilakukan perbaikan dan pengujian kinerja sehinggadapat diketahui kemampuan alat terkait dengan parameter desain dan acuan data teknisyang ada serta dokumen-dokumen terkait lainnya.Parameter uji yang diinginkan meliputiuji 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 besarkomponen berfungsi dengan baik. Secara umum alat telah dapat dioperasikan pad asuhu dan tekanan yang diharapkan, meski toleransi suhu masih di luar batasan yangditetapkan. Namun, durasi uji belum dapat tercapai karena timbulnya masalahkebocoran di daerah gasket.

Kata kunci : korosi, autoclave, uji fungsi.

PENDAHULUAN

Autoclave OE-12 yang berada di IEBE-PTBN dirancang untuk pengujian ketahanan korosipel 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 daripenerimaan materi Zircaloy-2 untuk pembuatan berkas elemen bakar.

Alat awalnya sudah beberapa waktu tidak difungsikan sehingga perlu perbaikan dan ujikinerja. Perbaikan meliputi pengecekan, uji nyala, servis, penggantian komponen dan modifikasi.Sedangkan pengujian kinerja bertujuan, antara lain:

Memeriksa kesempurnaan/kelengkapan uji sebelum operasi, yakni bahwa komponen berfungsidengan baik

- 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 panelkontrol.

555

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

(a) (b)

ISSN 0854 - 5561

GAMBAR 1. Corrosion testing autoclave OE-12 terdiri dari bejana tekan yang terbuat daribaja tahan karat dengan sistem pengunci baut dilengkapi jaket pemanas listrik. Bejanaditempatkan dalam ruang berdinding beton. (b) Panel kontrol dan rak instrumen berada di luarruang autoclave.

Prinsip kerjanya adalah bejana awalnya diisi air sampai % penuh dan kemudian dipanaskansecara bertahap. Suhu di autoclave terdiri dari dua bagian, yakni suhu uap air di dalam autoclavedan 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 kepressure gauge dan juga transmitter dim ana tekanan diubah menjadi sinyal pneumatik dan dikirim kepanel kontrol. Jika tekanan melebihi batas setting atas, maka panel kontrol akan memberikanperintah ke control valve untuk membuka. Sedangkan jalur yang kedua langsung menuju controlvalve, siap untuk dilepas jika mendapat perintah.

Spesifikasi parameter desain autoclave OE-12 sesuai dokumen dari ANSALDO-Italiadiberikan pada Tabel 1.

Tabel 1. Spesifikasi parameter autoclave OE_12[5.6]

No.Parameter Spesifikasi

1.

Suhu operasi maksimum 450 DC2.

Tekanan operasi maksimum 15 MPa3.

Toleransi tekanan alat kontrol ± 0,7 MPa4.

Toleransi suhu alat kontrol + 3 DC5.

Kisaran suhu kontrol panas o - 550 DC6.

Jenis termokopel dalam Cr-AI7.

Kisaran gauge tekanan o - 20,0 MPa8.

Presisi qauqe tekanan + 3% dari skala oenuh9.

Bahan badan autoclave AISI 300 seri SS10.

Volume autoclave 7,5 dm3

11.

Tekanan relievinq rupture disc 16,8 MPa12.

Diameter minimum rupture disc 10 mm13.

Suplai listrik 220 VAC ± 10%50 Hz sinqle phase

556

ISSN 0854 - 5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

PROSEDUR PERBAIKAN DAN PENGUJIAN KINERJA

Perbaikan autoclave meliputi pengecekan alat, servis, penggantian komponen dan modifikasidengan Rincian kegiatan diberikan pada tabel berikut.

Tabel 2. Kegiatan perbaikan autoclave QE-12

TAHUN20072008

2009

KEGIAT AN

Modifikasi berupa penambahan body interfacePengecekan yakni heater control power, termokopelServis valve

Penggantian heater control powerPenggantian dan modifikasi sistem tubingUji kinerjaUji kinerjaUDava men

Kondisi alat setelah perbaikan[2] dirangkum sebagai berikut.

Tabel 3. Kondisi autoclave QE-12 alat setelah modifikasi dan perbaikan

NO BAGIAN ALAT KONDISI1.

Suplai power Berfunqsi denqan baik.2.

Sistem pemanas Berfungsi dengan baik setelah penggantian heater kontrollistrik

power denqan komponen bekas dari autoclave ME-24.3.

Termokopel Cr-AI Berfunqsi denqan baik.4.

Indikator suhu danBerfungsi dengan baik, namun terdapat fluktuasi yangtekanan

cukup besar untuk suhu di dalam autoclave5.

Pelindung insulasi Pelindung tidak bisa digunakan karena autoclave sudahpanas

diberi tambahan body interface dan terdapat perubahanposisi sambungan tubing. Pelindung ini perlu dimodifikasi.6.

Sistem tubing Berfungsi dengan baik. Kemungkinan kebocoran biasanyaterjadi di daerah sambungan tetapi dapat diperbaiki setiapsaat.7.

Sistem kontrol Berfungsi dengan baik.tekanan 8.

Suplai udara Menggunakankompresorkarenasa lurantersumbatbertekanan

kondensat/air.9.

Control valve Berfungsi dengan baik.10.

Sistem penutup Sistem penutup tungku menggunakan gasket dan bauttungku

yangdikencangkandengankuncimom en.Awalnyaberfungsi

denganbaik,namunkemudianterjadikebocoran di daerah qasket.11.

Rekaman suhu danTidakberfungsidanperludiganti.Rekamandatatekanan

merupakan persyaratan penting untuk verifikasi uji korosi.Untuk sementara, data suhu dan tekanan direkam secaramanual secara berkala.

PENGUJIAN KINERJA

Pengujian kinerja dilakukan untuk mendapatkan target parameter sesuai dokumen operasi alat:Suhu : 400 ± 30CTekanan 100 ± 7 bar (10,3 ± 0,7 MPaDurasi 72 ±1 jam (3 hari)

557

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN 0854 - 5561

Prosedur uji dilakukan mengikuti IK alat sesuai dokumen teknis terkait lainnya dengan penyesuaianuntuk variasi suhu. tekanan dan durasi uji.

Tabel 4. Hasil uji dingin (uji fungsi tanpa bahan)

No.

1.

2.

3.

4.

300

325

350

375

-85

100

100

100

1 jam I 328 ± 6

1 jam I 297 ± 5

3 jam I 297 ± 6

5jam I 315±12

12 I 300±5jam

3 jam I 328±10

4jam I 319±7

12 I 348 ± 6jam

3 jam I 370 ± 6

Laju pemanasan = 50°C/30 menit.Setting suhu = 300°C. Kisaran bacaansuhu = 320 - 335°C; tekanan = 75 ­80 bar.

72 ± 4 I Laju pemanasan divariasikan dari50°C/ jam sampai 2°C/10 menitmendekati suhu uji. Setting suhu =290°C. Kisaran bacaan suhu = 285 ­305°C dan tekanan = 65 - 79 bar.

76 ± 5 I Laju pemanasan = 50°C/jam sampai2°C/10 menit mendekati suhu uji.Setting suhu = 290°C. Kisaran bacaansuhu = 290 - 305°C dan tekanan = 70- 81 bar.

86 ± 7 I Laju pemanasan = 25°C/15 menit.Setting suhu = 300°C. Kisaran bacaansuhu = 300 - 340°C dan tekanan = 80- 105 bar.

84 ± 1 I Laju pemanasan = 25°C sampai 2°Cper 15 menit mendekati suhu uji.Setting suhu = 292°C. Kisaran bacaansuhu = 292 - 305°C dan tekanan = 82- 85 bar.

100±2 I Laju pemanasan = 25°C sampai 2°Cper 15 menit mendekati suhu uji.Setting suhu = 312°C. Kisaran bacaansuhu = 312 - 350°C dan tekanan = 96- 102 bar.

98 ± 4 I Laju pemanasan = 25°C sampai 2°Cper 15 menit mendekati suhu uji.Setting suhu = 312°C. Durasi ujidirencanakan 12 jam tetapidiperpendek karena listrik mati. Settingsuhu = 312°C. Kisaran bacaan suhu =

305 - 325°C dan tekanan = 89 - 104bar.

97 ± 5 I Laju pemanasan = 25°C sampai 2°Cper 15 menit mendekati suhu uji.Setting suhu = 333°C. Kisaran bacaansuhu = 340 - 358°C dan tekanan = 86- 105 bar.

99 ± 3 I Uji direncanakan 12 jam namunkondisi uji hanya tercapai 2 jampertama karena kebocoran di daerahgasket. Setting suhu = 350°C. Kisaranbacaan suhu = 358 - 380°C dantekanan = 91 - 103 bar.

558

ISSN 0854 - 5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

5. 40010010400 ±100 ± 5Laju pemanasan = 20°C sampai 10°Cmenit

10 per 15 menit mendekati suhu uji. Ujihanya

bertahanselama10men it,sebelum tekanan turun hinqqa 40 bar.

GAMBAR 2. Spiral-wound gasket untuk autoclave QE-12 yang terbuat dari baja tahankarat 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 tutupPenggantian 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 personilberupa kebocoran pad a sistem tubing di rak instrumen maupun adanya pelepasan uap panassewaktu venting otomatis. Jadi, perlu dibuat rak pelindung untuk mengisolasi rak instrumen.

Pengujian kinerja menunjukkan suhu dan tekanan operasi sudah tercapai namun durasi ujiyang diinginkan belum dapat diperoleh karena adanya kebocoran di daerah gasket. Hasil lain yangpenting dalam pengujian kinerja alat adalah sebagai berikut;

- Laju pemanasan penting karena data awal menunjukkan gradien kenaikan suhu yang terlalubesar (50°C per 30 menit) menghasilkan fluktuasi suhu yang besar, yaitu ± 30°C. Uji selanjutnyamenghasilkan laju pemanasan yang divariasikan dari 25°C per 15 menit sampai 2 °C mendekatisuhu 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 dapatberubah tergantung dari kehalusan setting laju pemanasan.

559

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

Tabel 4. Setting suhu pemanas

ISSN 0854 - 5561

300°C325°C350°C375°C400°C

290°C312°C333°C350°C360°C

15 - 40°C20 - 38°C

18°C22°C20°C

Bacaan suhu terkadang memiliki fluktuasi yang cukup besar, melebihi nilai toleransi. Hal inisangat dipengaruh oleh kehalusan setting suhu mendekati suhu uji. Disamping itu, juga adakemungkinan 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 dapatdisebabkan oleh faktor kontrol dari sistem pemanas ..

Bacaan tekanan di awal uji masih kurang baik karena laju pemanasan yang terlalu cepat dandurasi uji yang pendek sehingga kondisi stabil uap jenuh belum diperoleh. Namun dengankenaikan suhu uji, bacaan tekanan menunjukkan perbaikan meski masih ada masalah pada ujisuhu 350°C. Hal ini terjadi di akhir pengoperasian, kemungkinan karena adanya kondensasi uapjenuh 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 ujipad a suhu 400°C.

KESIMPULAN

Secara umum, hasil perbaikan dan pengujian kinerja untuk autoclave QE-12 adalah sebagaiberikut:

1. Alat telah mampu dioperasikan pada suhu dan tekanan yang diinginkan namun durasi uji belumtercapat karena adanya kebocoran di daerah gasket tutup.

2. Sebagian besar komponen sudah berfungsi dengan baik, namun ada beberapa tindakan yangperlu dilakukan untuk tahap selanjutnya, yakni:

Perbaikan kebocoran di daerah gasket tutupPenggantian perekam data dengan sistem komputerisasiKalibrasi suhu dan tekanan

Analisis sistem pemanas untuk mendapatkan toleransi suhu yang sesuaiModifikasi pelindung panas tutupMengaktifkan suplai udara tekan dari BOSPPembuatan pelindung rak instrumen untuk safety personil

UCAPAN TERIMAKASIH

Ucapan terimakasih disampaikan kepada Kepala B3N, Ir. Bambang Herutomo, dan KepalaKelompok 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 dukunganterhadap pelaksanaan perbaikan dan pengujian kinerja, dan juga kepada personel BKK dan BOSPyang turut serta dalam kegiatan ini.

560

ISSN 0854 - 5561

DAFTAR PUSTAKA

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

[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 KualifikasiAlat Autoclave Uji Korosi QE-12", Laporan Akhir Tahun 2007, " Pusat Teknologi Bahan BakarNuklir - 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 ofZirconium, 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