Analisa Kegagalan Material Baja Karbon ASTM A179 dan SS ... · BAJA KARBON A 179 • Baja karbon...
Transcript of Analisa Kegagalan Material Baja Karbon ASTM A179 dan SS ... · BAJA KARBON A 179 • Baja karbon...
Analisa Kegagalan Material Baja Karbon ASTM A179 dan SS 316L pada
Tube Heat Exchanger 09-E-105 PT Petrokimia Gresik
Oleh: Moh. Rizal Ibrahim (2707100062)
Pembimbing:
Ir. Muchtar Karokaro, Msc
Diah Susanti, PhD
LATAR BELAKANG
Pemindah panas
A. F. Millis 1999
tube merupakan bagian yang mudah rusak
Temperatur ekstrim
CS A 179
SS 316 LHE 09-E-105
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
RUMUSAN MASALAH
Mekanisme kegagalan
???
Faktor – faktor???
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
TUJUAN
Mengetahui Mekanisme kegagalan
Faktor – faktor
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
BATASAN MASALAH
•Lingkungan kerja sesuai dengan desain
•Material komponen tube HE 09-E-105 bersifathomogen
• Korosi yang terjadi pada SS 316L sangat kecil sehingga dapat diabaikan
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
MANFAAT
BAGI MAHASISWA:
memahami dan mengaplikasikan
ilmu di kuliah
BAGI PERUSAHAAN:
acuan dalam pembuatan HE
selanjutnya
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
HEAT EXCHANGER
1. Tube
2. Tubesheet
3. Shell
4. Tube side channel
5. Channel cover
6. Pass divider
7. Baffle
alat yang digunakan untuk memindahkan panas dari satu fluida ke fluida yang lain (A. F. Milis, 1999)
Salah satu contoh HE yangsering digunakan di dunia industri adalah jenis Shell and tube (Wolverine Tube Inc, 2001)
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
CONTOH KEGAGALAN PADA HE
Crack yang terjadi akibat vibrasi
Kegagalan akibat expansionpada bagian head
water hammer pada tube
U turn tube gagal akibat thermal fatique
Erosi pada U tube
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
BAJA KARBON A 179
• Baja karbon adalah logam paduan antara besi sebagaiunsur utama (solvent) dengan solute berupa karbon, dengan sedikit impurities unsur lain.
• KOMPOSISI
• SIFAT MEKANIK
Unsur Kandungan (%)
Karbon 0,06-0,18
Mangan 0,27-0,63
Pospor 0,035
Belerang max 0,035
Tensile strength, min, ksi [MPa]
Yield strength, min,ksi [MPa]
Elongation in 2 in. or 50 mm, min, %
HardnessHRB
47 [325] 26 [180] 35 72
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
SS 316 L
• Stainless Steel 316 L adalah jenis stainless steeldengan tambahan Molibdenum, krom, dan nikel
• KOMPOSISI
• SIFAK MEKANIK
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
Bentuk kegagalan (Wulpy, 1999):
• Deformasi : perubahan bentuk geometri dari bentuk awal desain
• Korosi : degradasi material karena proses alami bereaksi dengan lingkungan
• Aus / wear : perubahan pada permukaan akibat adanya kontak dengan bahan lain sehingga mengalami degradasi
• Patah / fracture : kegagalan berupa terpisahnya material karena efek patah
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
Prosedur analisa kegagalan(ASM International Vol. 11, 2002)
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
Analisa Korosi (Wulpy, 1999)
• Pengamatan on-site
• Pengamatan di laboratorium meliputi jenis korosi, bentuk korosi.
Mikrostruktur jenis dan bentuk
Uji komposisi produk korosi unsur yang penyebab korosi.
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
Analisa Deformasi (Wulpy, 1999)
Penyebab Deformasi
• Overload
• penurunan kualitas material
• proses manufaktur
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
METODOLOGI
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
NH3
LIQUID-330C
NH3
GAS50C
UDARA GAS 320C
UDARA GAS 23,20C
ALIRAN DALAM HEAT EXCHANGER / AIR CILLER 09-E-105.
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
TUBE CS A 179
TUBE SS 316LSidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
ANALISA CS A 179
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
A B
C D
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
KOROSI SUMURAN PIPA
DEGRADASI ALUMINIUM
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
ANALISA
KOMPOSISI PIPA( OES )
BENTUK KOROSI( Mikroskop Optik, SEM )
KOMPOSISI KOROSI( SEM – EDX` )
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
Uji Komposisi Kimia
UnsurASTM A 179 (%)
Hasil OES Keterangan
Karbon 0,06-0,18 0,152 SesuaiMangan 0,27-0,63 0,463 Sesuai
Pospor 0,035 0,049 Tidak sesuai
Belerang max 0,035 0,053 Tidak sesuai
Besi Balance 98,7 Sesuai
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
SEM - EDX
KOROSI 1
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
Retak pada produk korosi 1
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
SEM - EDX
KOROSI 2
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
Mikroskop Optik
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
Bentuk korosi perbesaran 200 x
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
Bentuk korosi perbesaran 500 x
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
UJI KOMPOSISI KOROSI
PRODUK KOROSI 1 PRODUK KOROSI 2
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
ANALISA SS 316 L
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
SS 316 L
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
ANALISA
KOMPOSISI PIPA( mill certificate )
SIFAT MEKANIK( mill certificate )
ANALISA PEMBEBANAN( Tresca – Von Misses )
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
KandunganHASIL
UJIASTM
A269/A213Keterangan
C 0,02 max 0,035 SesuaiSi 0,03 max 1 SesuaiMn 1,51 max 2 SesuaiP 0,26 max 0,45 SesuaiS 0,03 max 0,3 SesuaiNi 10,14 10 – 14 SesuaiCr 16,50 16 – 18 SesuaiMo 2,03 2 – 3 Sesuai
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
Sifat MekanikHASIL
UJIASTM
A269/A213Keterangan
Yields Strength (MPa) 275 min 170 Sesuai
Max Strength (MPa) 580 min 485 Sesuai
Elongation (%) 64,5 min 35 Sesuai
Hardness (HRB) 70 -
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
ANALISA PEMBEBANAN
• Defleksi yang bekerja
• Kriteria kegagalan Tresca dan Von Misses
Beban mekanik
Beban termal
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
Defleksi yang bekerja
• Defleksi izin
3 mm
• Defleksi yang bekerja
11 mm
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
PEMBEBANAN
• Pembebanan pipa tipis
t/D < 0,2
• Tegangan utama
σ1 = 26,64 N/mm2\
σ2 = 4,64 N/mm2
σ3 = 0
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
• Pembebanan pipa tebal
teerdapat beda temperatur pada pipa
• Tegangan utama
σ1 = 2,2 MPa
σ2 = -23,4 Mpa
σ3 = 0 MPa
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
• Tegangan termal
147 Mpa
• Tegangan utama total
σ1 (MPa) σ2 (MPa) σ3 (MPa)
Pipa tipis 26,6 145,6 0
Pipa tebal 2,2 154,2 0
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
KRITERIA TRESCA
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
KRITERIA VON MISSES
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
KESIMPULAN
• Faktor yang menyebabkan kegagalan pada tube
A.) CS A 179 kegagalan berupa kebocoran disebabkan oleh korosi sumuran
B.) SS 316L kegagalan berupa deformasi plastis disebabkan karena overloading
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
• Mekanisme kegagalan
Untuk tube CS A 179
korosi pada fin aluminium kontak metalik BERKURANG oksida aluminium (lebih katodik) korosi sumuran pada bagian yang tidak tertutup oleh oksida aluminium bocor
Untuk tube SS 316L
defleksi + tegangan akibat tekanan dan beda temperatur overloading deformasi plastis.
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
SARAN
• Untuk tube HE SS 316L apabila masih digunakan dapat ditambahkan support pada bagian tengah (L=1,5) untuk mengurangi kerusakan yang parah.
• Perlunya analisa lebih mendalam pada tube SS 316L untuk mengetahui aspek metalurgi dan aspek lain sehingga diketahui penyebab selain aspek overloading.
• Perlunya kelengkapan data equipment meliputi manufaktur dan fabrikasi
• Untuk tube selanjutnya dapat digunakan tube SS 316L dengan fin alumimium.
Sidang Tugas Akhir – ITS Surabaya
DAFTAR PUSTAKA
• Anonim, Departemen Research and Technology WolverineTube Inc. 2001.
• Becker , William T., Roch J. Shipley. ASM Handbook Volume 11 Failure Analysis and Prevention. 2002. USA
• Blonch, Heinz P., Fred K. Geitner. Machinery Failure Analysis and Troubleshootin, third edition. 1999. Gulf Publishing Company. Houston.
• Boresi, Arthur P. Richard J. Schmidt. Advanced Mechanics of Materials Sixth Edition. 2003. John Willey & Sons, Inc. USA
• oldstein, R.J., dkk. Heat transfer—A review of 2004 literature.
• G Henderieck KX. Application at Low Temperature Iron and Steel. 2007. Gie Tech
• Incropera, Frank P., David P. De Witt. Fundamentals of Heat and Mass Transfer Fourth Edition. 1996. John Willey & Sons, Inc. USA
• Kern, Donald Q. Process Heat Transfer 24th printing. 1988. Singapore. Singapore national Printers Ltd.
• Khan, A. Nusair. A. Usman,. Failure analysis of heat exchanger tubes. 2007
• Millis, A. F. Basic Heat and Mass Transfer, second edition. 1999. Prentice Hall, Inc. New Jersey.
• Nash, William A. Schaum Outline of Theory and Problems Strengtg of Materials Second Edition. 1972. Mc-Graw Hill Inc.USA
• Purdy, S.M. Macroetching, Metallography and Microstructures, Vol 9, ASM Handbook. ASM International. 2004.
• Schweitzer, Philip A., P.E. Corrosion-Resistant Piping Systems. 1994. Marcel Dekker, Inc. New York.
• Schierle, G.G. Structure in Architecture. University of Southern California custom publishing. 2003. Los Angeles