42
BAB 3 METODE PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu
3.1.1. Tempat Penelitian ini merupakan studi kasus di industri petrokimia, yaitu kegagalan
komponen tube superheater package boiler di PT PIM Lhokseumawe. Tahapan dan kegiatan penelitian ini dilakukan di dua tempat, seperti ditunjukkan pada tabel 3.1.
Tabel 3.1. Tempat dan aktifitas penelitian
No Kegiatan
Tempat Keterangan
1 Survey pendahuluan dan
Pengambilan data PT PIM
Lhokseumawe Biro Inspeksi Statik
2 Survey lanjutan, focus pada
penyebab, pengambilan sampel dan pengujian eksperimental
PT PIM Lhokseumawe
Pengukuran, uji kekerasan, dan uji
komposisi kimia 3
Simulasi numerik IC-STAR USU
Software Ansys 12.0
4 Analisa hasil dan pembuatan
laporan akhir Medan
Software Ms. Office
3.1.2. Waktu Waktu penelitian dilaksanakan selama lebih kurang 9 bulan terhitung mulai
bulan Juni 2011 s.d Maret 2012. Survey pendahuluan dilakukan di PT PIM Lhokseumawe sejak tanggal 07 s.d. 11 April 2011, survey lanjutan dilakukan dari
tanggal 5 s.d. 9 Mei 2011.
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
43
3.2. Diagram Penelitian
Metodologi dan langkah-langkah penyelesaian penelitian adalah seperti ditunjukkan pada gambar 3.1.
Gambar 3.1. Diagram penelitian Problema Kegagalan
Di Industri Petrokimia 1. Studi Literatur
2. Survey Lapangan Pengambilan Data
Analisa Kegagalan
Eksperimental 1. Pengamatan Visual
2. Pengukuran Dimensi 3. Pengujian Kekerasan
4. Pengujian Komposisi Kimia Simulasi Numerik
1. Simulasi Tegangan Elastis dan Validasi
2. Simulasi Thermal Stress transien termal + tekanan
Evaluasi Hasil
Kesimpulan dan Saran
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
44
3.3. Pengamatan Visual
Pengamatan visual pada komponen utama penyumbang kegagalan untuk mengungkapkan adanya tanda-tanda penyimpangan pada komponen, kualitas
pengerjaan, dan perlakuan terhadap komponen selama dioperasikan. Semua penyimpangan dicatat, diukur, dan didokumentasikan untuk keperluan analisa
selanjutnya. Superheater
yang memiliki 102 tube ∅44,5 mm dipasang secara diagonal
pada header, seperti ditunjukkan pada gambar 3.2. Panjang 1650 mm dengan membentuk baris dan kolom nomor.
Gambar 3.2. Header dan gambar bentangannya.
Tube yang gagal
Baris 1 No. 8
Baris Nomorkolom
1 2 Diaphragms bergeser dari posisi asalnya
?
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
45
Temperatur yang bervariasi menyebabkan superheater menerima beban kombinasi antara termal dan mekanik pada saat pada dioperasikan, terlebih lagi jika
ada pengelasan pada komponen, seperti tampak pada gambar 3.3, dimana pada daerah lasan terdapat efek tegangan sisa residual stress [5].
Gambar 3.3. Pengelasan diaphragms dalam header
Pada tahap pemeriksaan secara visual, alat-alat bantu seperti kamera digital, pita ukur, busur derajat, dan jangka sorongdiperlukan untuk kelancaran pengambilan
data, seperti ditunjukkan pada gambar 3.4.
c Busur derajat b Pita ukur
a Kamera digital Gambar 3.4. Alat-alat bantu yang digunakan pada survey kegagalan
d Jangka sorong
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
46
Pada keadaan normal, package boiler beroperasi dengan kondisi sebagai berikut:
Kapasitas : 120 tonjam Maximum Continuous Rate
Temperatur uap : 400°C Uap final Temperatur desain : 500°C header dan tube superheater
Tekanan operasi : 53 Kgcm
2
Sedangkan pada saat kegagalan, kondisi operasi menurun drastis. Ini menunjukkan adanya kebocoran tube superheater, seperti ditunjukkan pada tabel 3.2.
5 MPa - header dan tube superheater
Tabel 3.2. Kondisi operasi pada saat kegagalan PT PIM
Material, dimensi, dan jumlah komponen superheater seperti ditunjukkan pada tabel 3.3.
Tabel 3.3. Material komponen superheater PT PIM
Nama Komponen
Material Ukuran
mm Jumlah
Keterangan Tube
SA 213 T11 ∅44,5 x 4
OD. 1,752” x 0,1575” 102
Tube Header
SA 335 P11 ∅273 x 21,44
NPS 10” Sch.120 2
Pipa Diaphragms
SA 182 F11 SA 182 F11
∅230 x 10 2
Plat
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
47
Spesifikasi material superheater adalah berturut-turut untuk tube, header, dan diaphragms
adalah seperti tabel 3.4.
Tabel 3.4. Spesifikasi material supeheater pada temperatur kamar [48].
Material komponen superheater terbuat dari low alloy ferritic steel
1¼ Cr-½ Mo, dan memiliki komposisi kimia seperti tabel 3.5.
Tabel 3.5. Komposisi kimia material superheater [48]
Kode Material
Komposisi Kimia C
Mn P
maks. S
maks Si
Cr Mo
SA213T11 0,05~0,15
0,30~0,60 0,025
0,025 0,50~1,00
1,00~1,50 0,44~0,65
SA335P11 0,05~0,15
0,30~0,60 0,025
0,025 0,50~1,00
1,00~1,50 0,44~0,65
SA182F11 0,10~0,20
0,30~0,80 0,04
0,04 0,50~1,00
1,00~1,50 0,44~0,65
Temperatur maksimum tube superheater menurut beberapa standar adalah seperti tabel 3.6.
Tabel 3.6 Temperatur maksimum SA 213 T11[5].
Material ASME
°F°C Babcock Wilcox
°F°C ALSTOM
°F°C Riley
°F°C SA 213 T11
1200649 1050566
1025552 1025552
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
48
Diagram Time-Temperature-Transformation digunakan untuk menentukan awal terjadinya transformasi hingga berakhir pada temperatur konstan isothermal
untuk perlakuan panas baja paduan austenite, seperti ditunjukkan pada gambar 3.5
Gambar 3.5. Diagram TTT SA 213 T11 [48]
Pada AC
1
: mulai terbe ntuknya austenit pada pemanasan 780°C 1430°F.
AC
3
: transformasi ferit ke austenit selesai pada pemanasan 890°C 1635°F.
AR
1
: transformasi austenit ke ferit atau ferit + sementit selesai pada pendinginan
696°C 1285°F. AR
3
: austenit mulai bertransformasi ke ferit pada pendinginan
843°C 1550°F. AR
4
: transformasi delta ferit ke austenit selama pendinginan.
B
s: austenit mulai bertransformasi ke bainit pada pendinginan 611°C 1130°F.
M
s: austenit mulai bertransformasi ke martensit pada pendinginan 433°C 810°F.
M
f: pembentukan martensit selesai selama pendinginan.
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
49
Diagram Continuous Cooling Transformation menentukan struktur mikro yang terbentuk akibat siklus termal yang diterapkan. Pendinginan sangat cepat
menghasilkan struktur yang didominasi martensit. Pada komponen boiler, pembentukan bainit mendominasi pada laju pendinginan cepat, dengan pembentukan
ferit mendominasi selama pendinginan lambat, seperti ditunjukkan pada gambar 3.6.
Gambar 3.6. Diagram CCT SA 213 T11 [48]
Tabel 3.7 Pengaruh laju pendinginan dan kekerasan [48]. Pada kasus pendinginan lambat, hasil transformasi dapat berupa perlit dengan
jejak trace dari bainit. Pengaruh laju pendinginan terhadap struktur mikro dan kekerasan ditunjukkan pada tabel 3.7.
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
50
3.4. Pengujian Eksperimental
Kategori