ANALISIS KEGAGALAN DAN EVALUASI SISA UMUR REHEATER TUBE KETEL UAP DITINJAU DARI ASPEK PERUBAHAN KETEBALAN DAN CREEP

NOVI SUKMA DRASTIAWATI, Ir. R. Soekrisno, MSME, Ph.D.

2012 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Ketel uap memiliki peranan penting, yaitu sebagai suatu wadah untuk mengubah air dari fase liquid ke fase uap pada pembangkitan listrik di PLTU. Variabel proses pengoperasian yang tidak sesuai standard dapat menyebabkan terjadinya kegagalan. Kegagalan pada rangkaian reheater tube ketel uap berupa pecah. Pada tube yang mengalami kegagalan terdapat kerak menempel di permukaan luar dan terjadi penipisan ketebalan secara progresif dengan ketebalan minimum pada sudut terdekat tube pecah. Adanya kegagalan tersebut mengakibatkan kerugian operasional dan menghentikan transfer energi listrik ke konsumen. Pada penelitian ini dilakukan analisis untuk mencari penyebab dan mengetahui mekanisme kegagalan serta mengevaluasi sisa umur tube yang ditinjau dari aspek perubahan ketebalan dan creep. Analisis secara fisik melalui pengamatan visual pada perubahan dimensi dan tampilan kegagalan tube. Analisis mikro berupa pengamatan bentuk butir kristal dan ada tidaknya fissure yang melalui batas butir kristal. Analisis sifat mekanik dilakukan dengan uji kekerasan, uji tarik, dan uji impact. Analisis komposisi kimia dilakukan dengan uji komposisi kimia pada tube dan pada kerak yang menempel di permukaan luar tube. Analisis lain dilakukan dengan uji korosi. Evaluasi sisa umur dilakukan dengan uji creep stress rupture dan dianalisis menggunakan persamaan Larson-Miller. Berdasarkan hasil analisis dan data-data yang diperoleh, kegagalan disebabkan tube mengalami penipisan pada bagian permukaan luar karena terjadi reaksi korosi oksidasi dan sulfur sebagai produk dari pembakaran tidak sempurna bereaksi dengan hidrogen membentuk H2S yang merupakan pemicu untuk mempercepat terjadinya proses korosi. Hasil analisis pada pengamatan mikro menunjukkan tube telah mengalami intergranular creep fracture yang ditunjukkan dengan adanya fissure yang melalui batas butir. Faktor lain sebagai pendukung terjadinya kegagalan adalah dengan adanya kerak yang menempel pada permukaan luar menyebabkan terjadi distribusi temperatur yang tidak merata antara permukaan luar dengan permukaan dalam sehingga tube mengalami deformasi plastis. Pada permukaan luar yang memiliki temperatur lebih rendah dan memiliki nilai kekerasan yang tinggi tube lebih mudah mengalami deformasi sehingga dengan ketebalan tube yang semakin berkurang akibat proses korosi, penampang sisa tidak mampu menahan tegangan dari dalam tube, akibatnya tube pecah. Hasil analisis evaluasi sisa umur didapatkan bahwa pada temperatur 6000C dengan ketebalan 3 mm sekitar 16 tahun tanpa faktor keamanan dan sekitar 10 tahun dengan faktor keamanan. Pada ketebalan 1,364 mm sisa umur tube didapatkan sekitar 6 tahun tanpa faktor keamanan dan sekitar 2 tahun dengan faktor keamanan.

Boiler’s function is very important, as a place to change water phase from liquid to vapor in electric generator of power plant. Variables of process that not appropriate with the standard causes failure. Failure in the re-heater tube is rupture. At tube failure there scale adhere on the outer surface and occurs progressively thinning thickness with a minimum thickness of tube rupture at the nearest corner. The failure resulted in operating losses and stop the transfer of electrical energy to the consumer. In this research analysis to find the cause and determine the failure mechanism and to evaluate the remaining useful life base on thickness changes and creep aspects. Physical analysis were through visual observation of changes in the dimensions and appearance of tube failure. Micro analysis observations in the form of micro-crystal grain shape and presence or absence of a fissure through the crystal grain boundaries. Mechanical properties analysis were done by hardness, tensile, and impact test. Chemical composition analysis were done at the scale product that adhered on the outer surface tube, new tube, and tube failure. Another analysis conducted by corrosion test. Lifetime evaluation were done by testing the remaining life of creep and stress rupture were analyzed using Larson-Miller equation. Base on the results of analysis and data that achieved, failure were caused by oxidation and corrosion reactions of sulfur as a product of incomplete combustion react with hydrogen to form H2S which is a trigger to accelerate the corrosion process for the thinning at the outer surface tube. The results of the micro analysis observations indicate tube has intergranular creep fracture as indicated by the presence of a fissure through the grain boundaries. Another factor supporting of a failure is the presence of scale attached to the outer surface of the causes differences in the distribution of temperature between the outer surface to the inner surface so that the tube is plastically deformed. On the outer surface has a lower temperature and high hardness value is easier to deform the tube so that the tube thickness were decreased due to the corrosion process, the remaining area did not though to hold up the pressure from inner tube until rupture. The results of the analysis of the remaining life evaluation found that at temperatures of 6000C with a thickness of 3 mm about 16 years without any safety factor and about 10 years with a safety factor. At a thickness of 1.364 mm in the remaining life of the tube obtained about 6 years with no safety factor and is about 2 years with a safety factor.

Kata Kunci : reheater tube, perubahan ketebalan, kerak, pecah, korosi oksidasi, intergranular creep fracture, perbedaan distribusi temperatur, creep stress rupture, persamaan Larson-Miller