Analisis kegagalan dan evaluasi sisa umur tube katalis primary reformer pabrik Kaltim-3

HAMDANI, Wildan, Dr. Eng. Priyo Tri Iswanto ST, M.Eng

2010 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Salah satu tube katalis primary reformer Pabrik Ammonia Kaltim-3 mengalami kegagalan berupa retak memanjang setelah alat dioperasikan sejak 1989. Bahan tube adalah 24Cr 24Ni 1.5Nb dan didesain dengan umur 100.000 jam pada tekanan 38,9 kg/cm2 dan temperatur dinding 901oC. Penelitian ini bertujuan untuk melakukan analisis kegagalan terhadap tube yang pecah dan mengevaluasi sisa umur sampel tube dengan metode persamaan Parameter Larson Miller (PLM). Pemeriksaan yang dilakukan meliputi pengamatan visual, pengukuran keliling, pengujian kekerasan, ultrasonik, tarik, impak, komposisi bahan, rambat retak dan stress rupture. Hasil pemeriksaan terhadap tube yang pecah menunjukkan bahwa tube telah mengalami deformasi plastis yang ditandai dengan membesarnya diameter luar tube sampai 3,71%. Dinding dalam tube telah mengalami kerusakan yang ditunjukkan oleh besarnya atenuasi hasil pemeriksaan ultrasonik dengan teknik through transmission. Hasil uji tarik menunjukkan bahwa tube telah mengalami penurunan sifat mekanis, yaitu kuat tarik turun 31% dan kuat luluh turun hingga 45%. Strukturmikro penampang melintang tube terdiri atas karbida yang kasar dalam matriks austenit. Tampak adanya cacat berupa void dan fissure pada batas butir di seluruh sisi tube. Di sisi utara, fissure telah saling menyambung membentuk retak di daerah tube yang pecah. Dari uji kekerasan, distribusi kekerasan memperlihatkan daerah tengah penampang yang berdasarkan pengamatan strukturmikro terlihat sebagai awal terjadinya void mengalami penurunan kekerasan dibanding daerah lainnya. Strukturmikro tube yang pecah mempunyai kesamaan dengan strukturmikro hasil uji stress rupture yang memperlihatkan adanya void akibat creep. Berdasarkan seluruh hasil pemeriksaan di atas, disimpulkan bahwa kegagalan tube katalis primary reformer Pabrik Ammonia Kaltim-3 disebabkan oleh creep akibat dioperasikan pada temperatur dan tekanan yang tinggi selama lebih dari 20 tahun. Pengujian stress rupture terhadap sampel tube yang mengalami persentase creep sebesar 0,4% menunjukkan sisa umur pemakaian adalah 13 bulan (berdasarkan API 530) dan 14 bulan (berdasarkan ASME B31.3) bila dioperasikan pada temperatur 875 oC.

One of the primary reformer catalyst tube of Kaltim-3 Ammonia Plant suffered failure after operating since 1989. The tubes are made from 24Cr 24Ni 1.5Nb and designed for 100,000 hours of age at 38.9 kg/cm2 and 901oC. This research aims to conduct a failure analysis of ruptured tube and evaluate the remaining life of the sample tube with a Larson Miller Parameter (PLM) equation method. The examinations carried out included visual observation, creep measurement, hardness, ultrasonic, tensile, impact, composition of materials, crack propagation and stress rupture tests. The ruptured tube has undergone plastic deformation indicated by 3.71% of creep measurement. The tube wall has been damaged as indicated by high attenuation and decreasing of mechanical properties. Tube cross-sectional microstructure consist of coarse carbides in the austenite matrix with some voids or fissure at the grain boundaries. On the northern side, fissure have been connected and form a crack. The microstructure of a ruptured tube is similar with a sample tube for stress rupture test showing some voids due to creep. The tube material in the middle section also has a relatively low hardness. Based on the results above, it was concluded that the failure of the primary reformer catalyst tubes of Kaltim-3 Ammonia Plant caused by creep as a result of high temperature and high pressures operating for more than 20 years. Stress rupture testing of the sample tube which had 0.4% creep percentages indicate the remaining life time is 13 months (based on API 530) and 14 months (according to ASME B31.3) when operated at a temperature of 875 oC

Kata Kunci : Tube katalis primary reformer,Creep,Void,Parameter Larson Miller,Uji stress rupture, primary reformer catalyst tube, creep, void, Parameter Larson Miller, stress rupture test