Analisa Kegagalan Tube Superheater Package Boiler Akibat Overheating
ABSTRAK
Tube superheater package boiler mengalami kegagalan akibat terjadi pemanasan
berlebih dalam jangka waktu yang lama. Posisi tube superheater yang pecah berada
pada baris 1 nomor 8 dengan ketinggian 2300 mm dari lantai ruang bakar. Tujuan
penelitian dilakukan untuk menentukan akar penyebab utama kegagalan. Metode
penelitian dilakukan dengan menggunakan pengujian tidak merusak, termasuk
pemeriksaan secara visual, analisa tegangan, pengujian kekerasan, pengujian
komposisi kimia dan mikrostruktur dengan menggunakan Scanning Electron
Microscopy (SEM). Pemeriksan secara visual pada lokasi gagal memperlihatkan
bahwa diaphragm yang menghalangi aliran uap. Penghalangan aliran uap
menyebabkan overheating pada dinding tube. Tube yang pecah mempunyai panjang
45 mm ke arah sumbu pipa, ditandai dengan mengembung dan efek mulut ikan. Lebar
dan diameter rata-rata dari mulut ikan adalah 10,025 mm dan 46,75 mm. Hasil analisa
tegangan menunjukkan kegagalan tube terjadi sebesar 178,15 Mpa; nilai ini lebih
besar dari tegangan maksimum yang diizinkan dari material tube sebesar 155 MPa.
Hal ini juga menunjukkan kekerasan permukaan material meningkat pada daerah
overheating; sementara, kekuatan material tube di daerah yang panas menurun sangat
signifikan. Komposisi kimia material masih berada dalam standar SA 213 T11, yang
merupakan baja karbon rendah. Hasil pengujian mikrostruktur pada permukaan
dinding tube menunjukkan morpologi pecah adalah perpatahan getas, pergeseran dan
dislokasi pada batas butir terjadi secara intragranular.
Kata kunci: Tube superheater, diaphragm, overheating, dislokasi
i
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
The superheater tube of package boiler has failed due to long term overheating. The
tube is located at the first rows (pipe number 8), 2300 mm high from the base of the
combustion chamber. The main objective of this research is to determine the root
cause of the failures. The methods of research were carried out using non-destructive
evaluation, including visual examination, stress analysis, hardness testing, chemical
composition identification. and microstructure evaluation by using Scanning Electron
Microscopy (SEM). Visual inspections at the location of failure showed that the failed
diaphragm restricts the steam flow. The restriction of the flow may promote
overheating at the tube wall. The fracture length of the failed tubes reached up to 45
mm in length in the direction of the pipe axis forming bulging and fish mouth effects.
The average width and diameter on of the fish mouth mode are of 10.025 mm and
46.75 mm. Results of the stress analysis showed that the failure of the tube is
predicted to occur at 178.15 MPa; this value is higher than that of the maximum
allowable stress of the tube material (155 MPa). It is also shown that the hardness
of material surfaces increased tremendously at the over heated area; however, the
strength of the tube material at the over heated location decreased significantly. The
chemical elements of material are still allowed within the standard of the
SA 213 Grade T 11 low carbons steel. The microstructure evaluation at the fractured
surface of the tube showed that cracking morphologies were in brittle fracture mode,
the sliding and dislocation of the grain boundary occurred intergranularly.
Key words: tube superheater, diaphragm, overheating, dislocation
ii
Universitas Sumatera Utara
Tube superheater package boiler mengalami kegagalan akibat terjadi pemanasan
berlebih dalam jangka waktu yang lama. Posisi tube superheater yang pecah berada
pada baris 1 nomor 8 dengan ketinggian 2300 mm dari lantai ruang bakar. Tujuan
penelitian dilakukan untuk menentukan akar penyebab utama kegagalan. Metode
penelitian dilakukan dengan menggunakan pengujian tidak merusak, termasuk
pemeriksaan secara visual, analisa tegangan, pengujian kekerasan, pengujian
komposisi kimia dan mikrostruktur dengan menggunakan Scanning Electron
Microscopy (SEM). Pemeriksan secara visual pada lokasi gagal memperlihatkan
bahwa diaphragm yang menghalangi aliran uap. Penghalangan aliran uap
menyebabkan overheating pada dinding tube. Tube yang pecah mempunyai panjang
45 mm ke arah sumbu pipa, ditandai dengan mengembung dan efek mulut ikan. Lebar
dan diameter rata-rata dari mulut ikan adalah 10,025 mm dan 46,75 mm. Hasil analisa
tegangan menunjukkan kegagalan tube terjadi sebesar 178,15 Mpa; nilai ini lebih
besar dari tegangan maksimum yang diizinkan dari material tube sebesar 155 MPa.
Hal ini juga menunjukkan kekerasan permukaan material meningkat pada daerah
overheating; sementara, kekuatan material tube di daerah yang panas menurun sangat
signifikan. Komposisi kimia material masih berada dalam standar SA 213 T11, yang
merupakan baja karbon rendah. Hasil pengujian mikrostruktur pada permukaan
dinding tube menunjukkan morpologi pecah adalah perpatahan getas, pergeseran dan
dislokasi pada batas butir terjadi secara intragranular.
Kata kunci: Tube superheater, diaphragm, overheating, dislokasi
i
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
The superheater tube of package boiler has failed due to long term overheating. The
tube is located at the first rows (pipe number 8), 2300 mm high from the base of the
combustion chamber. The main objective of this research is to determine the root
cause of the failures. The methods of research were carried out using non-destructive
evaluation, including visual examination, stress analysis, hardness testing, chemical
composition identification. and microstructure evaluation by using Scanning Electron
Microscopy (SEM). Visual inspections at the location of failure showed that the failed
diaphragm restricts the steam flow. The restriction of the flow may promote
overheating at the tube wall. The fracture length of the failed tubes reached up to 45
mm in length in the direction of the pipe axis forming bulging and fish mouth effects.
The average width and diameter on of the fish mouth mode are of 10.025 mm and
46.75 mm. Results of the stress analysis showed that the failure of the tube is
predicted to occur at 178.15 MPa; this value is higher than that of the maximum
allowable stress of the tube material (155 MPa). It is also shown that the hardness
of material surfaces increased tremendously at the over heated area; however, the
strength of the tube material at the over heated location decreased significantly. The
chemical elements of material are still allowed within the standard of the
SA 213 Grade T 11 low carbons steel. The microstructure evaluation at the fractured
surface of the tube showed that cracking morphologies were in brittle fracture mode,
the sliding and dislocation of the grain boundary occurred intergranularly.
Key words: tube superheater, diaphragm, overheating, dislocation
ii
Universitas Sumatera Utara