Abstrak — Line A-1011-14”  (25P2J) menggunakan  pipa  tahan karat  TP304H  berdiameter  14 inch .  Pipa  mengalami  pecah  saat beroperasi  pada  temperatur  800 o C (overheating) dan crack ditemukan  pada  hampir  semua  sambungan  las.  Kegagalan  pipa dievaluasi  dengan  metode  RCFA (root  cause  failure  analysis) didukung  pengujian  Metalografi,  SEM-EDX,  dan  OES.  Metode ini  digunakan  untuk  mengetahui  akar  penyebab  kegagalan  pipa udara  TP304H  pada line A-1011-14”  (25P2J) . Hasil  analisa didapat adanya pre-existing crack mengakibatkan tegangan pipa 12978.55  psi  masih  di  bawah tensile  strength material  TP304H pada  temperatur  800 o C  yaitu  18000  psi.  Hasil  pengujian  SEM dan metalografi menyatakan bahwa, kegagalan yang terjadi pada las longitudinal diakibatkan adanya IGSCC ( intergranular stress corrosion  cracking) yang  mengakibatkan  batas  butir  mengalami sliding, dan  terjadi  penurunan  kekuatan  pada  material.  Adanya sensitisasi dibuktikan dengan pengujian EDX yang menunjukkan kenaikan  persentase  unsur  krom  dan  karbon  pada  batas  butir yaitu  1.4%  dan  21.64%.  Untuk  menghindari  kegagalan  yang sama, maka material TP304H welded pipe perlu diganti TP304H seamless  pipe . Crack yang  terjadi  pada  las circumferential diakibatkan adanya IP ( incomplete penetration) yang menyebabkan  tumbuhnya crack yang  menjalar  dari  ujung  IP menuju fusion  zone ,  untuk  mencegah  hal  tersebut  maka  setiap proses  pengelasan  yang  dilakukan  harus  disesuaikan  dengan prosedur .
Kata  Kunci —304H, failure  analysis,  high  temperature , precipitates

## I. PENDAHULUAN
IPE  Line A1011-14”(25P2J)  adalah  penghubung  antara outlet air  heater 101-BCA  2  dengan secondary  reformer 103-D  yang  merupakan  saluran  pipa  tahan  karat  t ype 304H berdiameter  14 inch dan  beroperasi  pada  themperatur  610 o C dengan tekanan 39.7 kg/cm 2 .
Mulai  tahun  2004  sudah  beberapa  kali  terjadi  kegagalan pada line A1011-14”  (25P2J).  Kegagalan  yang  terjadi  adalah retak ( crack ) pada sambungan lasan pipa. Perbaikan sementara yang  dilakukan  adalah  melakukan re-inforce tambalan  pelat dan  penggantian  beberapa  pipa  yang  mengalami  kegagalan. Salah satu contoh kasus kegagalan ( failure ) pada line A1011- 14”  (25P2J)  yaitu  pada  tanggal  14  Januari  2015  pipa mengalami  pecah  atau  meledak.  Posisi  pipa  yang  mengalami pecah  berada  dekat outlet  air  heater 101-BCA  2.  Terjadinya beberapa  kegagalan  pada line A1011-14”  (25P2J) tersebut dinilai  sangat  mengganggu  proses  produksi  di  unit  amonia,
karena  harus  dilakukan  beberapa  kali shutdown untuk dilakukan  proses  perbaikan,  sehingga production  rate amonia PT. Petrokimia Gresik akan turun
Hasil  analisa  dari  pihak  inspeksi  PT.  Petrokimia  Gresik menyebutkan  bahwa,  kegagalan  terjadi  akibat  adanya overheating temperatur  mencapai  800 o C  dan  adanya pre- existing crack pada  daerah  las longitudinal lebih  dari  80% tebal  pipa,  sehingga  dengan  adanya  tekanan  udara  dalam  pipa dapat  mengakibatkan  terjadinya  pecah (rupture) . Overheating hanya akan mempercepat terjadinya pecah pada pipa.
Berdasarkan pada teori tentang metalurgi, bahwa baja tahan karat  jenis austenitic pada  temperatur  425 o C  sampai  815 o C, kromium karbida akan mengalami precipitates pada batas butir [1],  dengan  adanya presipitates tersebut  daerah  sekitar  batas butir  akan  mudah  terserang  korosi.  Adanya  tekanan  pada lingkungan akan menyebabkan microcrack yang akan menjalar di  sekitar  batas  butir  atau  sering  disebut intergranular  stress corrosion cracking .
Analisa  pihak  inspeksi  PT.  Petrokimia  Gresik  tentang penyebab  kegagalan  pipa  udara  A312 Type 304H  pada line A1011-14”  (25P2J) belum  mencapai  akar  permasalahan sebenarnya,  karena  belum  diketahui  apa  penyebab  terjadinya pre-existing  crack .  Atas  dasar  hal  tersebut  maka  akan dilakukan penelitian tentang analisa kegagalan pipa udara A312 Type 304H  pada line A1011-14”  (25P2J)  menggunakan metode  RCFA  ( Root  Cause  Failur  Analisys )  agar  dapat diketahui akar permasalahan sebenarnya.
Dengan  metode  RCFA  dapat  mengidentifikasi  suatu permasalahan  dengan  mencari  penyebab  utama  terjadinya kegagalan  maupun  faktor-faktor  yang  memungkinkan  baik langsung  maupun  tidak  langsung  berkontribusi  terhadap masalah tersebut [2]. Komparasi antara pengujian material dan identifikasi beban operasi yang bekerja serta identifikasi proses maintenance yang  sudah  dilakukan  pada line A1011-14” (25P2J) adalah skema dasar dari penelitian ini yang digunakan sebagai  langkah  antisipasi  untuk  meminimalisir  kegagalan dengan kasus yang sama pada komponen ini dikemudian hari.

## II. METODE PENELITIAN

## A. Metode RCFA
Metode  ini  digunakan  untuk  menemukan  akar  dari permasalahan  yang  terjadi  dengan  bantuan tool FTA (Fault
Analisa Kegagalan Pipa Udara A312 Tipe 304H pada Line A-1011-14” (25P2J) Unit Amonia PT. Petrokimia Gresik
Sopan Prayoga dan Witantyo
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : witantyo@me.its.ac.id
P
Tree  Analysis) didukung  dengan  perhitungan  tegangan  dan pengujian pada material pipa.

## B. Perhitungan Tegangan yang Terjadi pada Pipa
Perhitungan  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  tegangan  pada pipa akibat tekanan operasi
C. Pengujian Fraktografi
Pemerikasaan  fraktografi  merupakan  pengambilan  foto makro  dengan  menggunakan microscope  electron hingga perbesaran  maksimal  100x.  Pemeriksaan  ini  bertujuan  untuk melihat  patahan  yang  terjadi  pada  pipa  hasil  potongan melintang.

## D. Pengujian Metalografi
Pengujian  metalografi  dilakukan  untuk  mengetahui  struktur mikro  material  pipa  TP304H  dengan  perbesaran  maksimum 500x dengan menggunakan microscope optic.

## E. Pengujian SEM-EDX
Dilakukan untuk pemetaan distribusi unsur pada sampel dan untuk mengetahui apakah ada unsur korosif yang terdapat pada sampel.

## F. Pegujian OES
Dilakukan untuk mengetahui unsur penyusun SS TP304H, dan untukmengetahui kadar kromium dan karbon yang terkandung pada TP304H.

## G. Spesifikasi Material
Tabel 1.
Data Teknis Pipa Udara Material Pipa Udara A 1011-14” A-321 tipe 304H Diameter 14” Schedule 60 Ketebalan Pipa 15.6mm Tekanan Opeasi 35.7 kg/cm 2 Temperatur Operasi 610 o C Tabel 2. Mechanical Properties Temperature Yield Strength Tensile Strength o F o C ksi Mpa ksi Mpa 1500 816 9.9 68 18 124

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN

## A. Bentuk Kegagalan
Ada  dua  jenis  kegagalan  yang  terjadi  pada line A1011-14” (25P2J), yaitu terjadinya crack pada sambungan circumferential dan  pecah  pada  sambungan  las longitudinal. Crack pada  sambungan circumferential terjadi  pada  bagian lasan,  dan toe  crack di base  metal saat  terjadi  pecah  di sambungan las longitudinal .
Gambar 1. Kegagalan Crack pada Sambungan Circumferential
Gambar 2. Kegagalan Pecah pada Sambungan Longitudinal
B. Pengumpulan Data
Gambar 3. Record Tekanan saat Terjadi Kegagalan
Gambar  3  menunjukkan  adanya  penurunan  tekanan  udara mulai  pukul  11.00  WIB,  hal  ini  disebabkan  kompresor  101-J mengalami low  speed ,  dengan  adanya low  speed pada kompresor  maka  debit  udara  akan  menurun.  Penurunnya tekanan  dan  debit  udara  maka  akan  mengakibatkan  terjadi kenaikan  temperatur  pada  pipa  karena  kurangnya  fluida  yang akan dipanaskan, sehingga pipa mengalami overheat kemudian menyebabkan pecah.
Gambar 4. Record Tekanan saat Terjadi Kegagalan
Adanya  penurunan  temperatur  mengindikasikan  bahwa ledakan  yang  menyebabkan  pipa  pecah  terjadi  pada  pukul 19.47  WIB.  Saat  terjadi  pecah  pukul  19.47  temperatur mencapai  799.38 o C  dan  tekanan  udara  turun  hingga  diantara 21.35 kg/cm 2 dan 19.69 kg/cm 2 .

## C. Identifikasi Penyebab yang Mungkin
Dari  diagram  FTA  pada  Gambar  5  telah  mengerucut  pada kegagalan material, dimana untuk mengerucutkan permasalahan sebelumnya telah dilakukan metode brainstorming dan interview dengan  pihak inspector PT. Petrokimia Gresik.
Gambar 6 menjelaskan diagram FTA kemungkinan penyebab terjadinya crack pada sambungan circumferntial pipa.
Kegagalan pada Material Tegangan Pada Pipa Tinggi Pre-Existing Crack Intergranular Corrosion Stress Corrosion Cracking Or And And Tekanan Operasi Tinggi Unsur Korosif Tekanan
Operasi Tinggi Temperatur
Sensitasi Prosentase Karbon Tinggi Pendinginan Lambat Over Heating Penurunan Nilai Allowable Stress Or Or Gambar 5. FTA Kegagalan Crack pada Sambungan Longitudinal
Kesalahan Prosedur
Welder Kurang Berpengalaman Treatment Tidak sesuai Cacat Las Kesalahan Jenis Filler Or Or Gambar 6. Kegagalan Crack pada Sambungan Circumferential

## D. Identifikasi Akar Permasalahan
 Perhitungan  Tegangan  pada  Pipa  setelah  Mengalami Pengurangan Ketebalan Pipa
Setelah  dilakukan  pengukuran,  ketebalan  pipa  menglami penipisan menjadi 13.75mm atau 0.54 inch , dimana desain awal pipa 0.6 inch .
Tegangan  yang  terjadi  pada  pipa  yang  disebabkan  oleh tekanan operasi sebesar 20.53kg/cm 2 adalah 7276.38 psi, masih dibawah yield strength material pipa pada temperatur 799.38 o C yaitu 9900 psi.
 Perhitungan  Tegangan  pada  Pipa  setelah  Mengalami Pengurangan Ketebalan Pipa dan Pre-existing Crack
Tegangan  pipa  yang  terjadi  12978.55  psi  melampaui yield strength material  yaitu  9900  psi,  akan  tetapi  masih  dibawah tensile strength material yaitu 18000 psi.  Hasil Pengamatan Fraktografi menggunakan SEM
Gambar 7. Titik Pengamatan Fraktorafi
............................................................(1
)
Circumferential Pre-Existing Crack
Gambar 8. Patahan Circumferential
Gambar 9. Pre-existing Crack Patahan Longitudinal
Patahan circumfeential perbesaran  1600x  berdasarkan ASM Handbook Volume 12 – Fractrography bentuk patahan dengan ciri-ciri tersebut merupakan bentuk patahan akibat proses geser ( shear  process ).  Bentuk  patahan  yang  terjadi  akibat  tegangan geser, sehingga pada daerah circumferential bukan merupakan awal  terjadinya fracture, akan  tetapi  patahan  pada  daerah circumferential terjadi akibat dari adanya patahan lain. Hasil  pengamatan  ( scanning  electron  microscope )  SEM dengan perbesaran 1000x  pada patahan halus yang merupakan pre-existing  crack menunjukkan  pola craking disebabkan sliding pada  batas  butir. Sliding pada  batas  butir  diakibatkan karena  lemahnya  batas  butir  sehingga  dapat  mengalami deformasi.
 Pengamatan Struktur Mikro
Gambar 10. Diagram Terjadinya Presipitasi Karbida Krom
Garis  merah  menggambarkan  temperatur  operasi  udara  dan garis  kuning  merupakan  pendinginan  pada  proses  pengelasan.
Hasil interview yang  dilakukan  dengan  bagian  pengelasan. Garis  merah  dan  kuning  pada  Gambar  8  menunjukkan  bahwa garis tersebut melewati daerah sensitasi.
Gambar 11. Hasil Pengujian pada Sampel di Titik ke 1
Hasil  perbesaran  pada  sampel  di  titik  1  terdapat  adanya crack yang menjalar pada batas butir mulai dari HAZ melewati fusion  line sampai  berhenti  di fusion  zone .  Perbesaran  500x pada fusion  zone atau welded menunjukan  adanya  delta  ferrit. Pada  perbesaran  500x  daerah  HAZ  terlihat  adanya  presipitasi karbida  krom  pada  batas  butir.  Perbesaran  500x  presipitasi karbida  krom  terlihat  sangat  banyak.  Hal  tersebut  yang menyebabkan  daerah  disekitar  batas  butir  menjadi  lemah  dan terjadi  retak  pada  daerah  tersebut.  Retak  yang  menjalar  pada batas  butir  disebut  dengan  IGSCC  ( intergranular  stress corrosion cracking ).

## Gambar 12. Hasil Pengujian pada Sampel di Titik ke 2
Sampel  diambil  dari  bagian  las longitudina l,  dari  hasil pengamatan  metalografi  dengan  perbesaran  100x  pada  terlihat adanya initial  crack pada  sisi  pipa  bagian dalam. Initial crack yang terjadi pada daerah HAZ dan menjalar melalui batas butir. Pada  perbesaran  100x  menunjukkan  butir  HAZ  berukuran besar dan tidak homogen dan butir base metal yang berukuran lebih  kecil  dan  homogen.  Besarnya  butiran  HAZ  maka  butir akan  rentan  terjadi  dislokasi  dikarenakan  batas  butir  yang menjadi  penghambat  pergerakan  dislokasi  sedikit,  sehingga
Prec. Karbida di BM (500x) Crack pada HAZ (500x) Prec. Karbida Krom (500x) (100x)
logam akan mudah terdeformasi. Mudahnya bagian HAZ untuk terdeformasi dan dengan adanya presipitasi karbida krom pada batas  butir  mengakibatkan initial  crack muncul  pada  daerah tersebut.  Perbesaran  500x  terlihat  pada  daerah  HAZ  terdapat adanya presipitasi karbida krom.
Gambar 13. Hasil Pengujian pada Sampel di Titik ke 3
Sampel  diambil  dari  sambungan longitudinal pipa  yang masih  utuh,  pada  pengamatan  dengan  perbesaran  100x  tidak terlihat adanya cacat pada lasan maupun base metal , hanya saja butiran  pada  HAZ  terlihat  lebih  besar  dibandingkan  dengan base  metal .  Perbesaran  500x  menunjukkan  pada  daerah  HAZ terjadi presipitasi karbida krom.
Gambar 14. Hasil Pengujian pada Sampel di Sambungan Reinforce
Sampel  terdapat  adanya initial  crack yang  menjalar  pada batas  butir  daerah  HAZ  dan  terdapat  presipitasi  karbida  krom pada  daerah  tersebut.  Hasil  pengamatan  juga  terlihat  adanya undercut .  Adanya undercut pada  lasan  dapat  mengurangi kekuatan  sambungan  las,  dikarenakan  tegangan  akan terkonsentrasi  pada  daerah  tersebut,  sehingga  berpotensi terjadinya  retak. Undercut pada  proses pengelasan disebabkan saat  melakukan capping dengan  kecepatan  yang  rendah, sehingga base  metal akan  ikut  mencair.  Adanya initial  crack dan  presipitasi  karbida  krom  pada  daerah  HAZ  retak  akan
menjalar  melalui  batas  butir,  sehingga  hal  tersebut  merupakan penyebab  terjadinya toe  crack saat  terjadi  pecah  pada  pipa. Proses  pecahnya  daerah circumferential diyakini  selain  akibat dari  tegangan  geser  juga  akibat  adanya initial  crack yang terjadi pada HAZ.
Dari  hasil  pengujian  sampel  pada  empat  titik  ditemukan adanya presipitasi karbida krom pada batas butir baik di daerah HAZ  maupun base  metal. Adanya  presipitasi  karbida  krom pada  batas  butir  membuat  daerah  tersebut  menjadi  lemah  dan timbul intergranular  cracking . Pre-existing crack yang terjadi pada sambungan longitudinal pipa setelah diteliti juga terdapat adanya  intergranular cracking. Dari  hasil  analisa  tersebut menyatakan  bahwa  kegagalan  bukan  hanya  karena  tegangan dan  adanya pre-existing  crack ,  akan  tetapi  kegagalan disebabkan karena intergranular corrosion yang menyebabkan kekuatan material menurun.
Gambar 15. Hasil Pengujian pada Sampel Potongan Circumferential
Sampel  diambil  dari  bagian circumferential ,  pengamatan dilakukan  untuk  menemukan  penyebab  terjadinya crack pada las circumferential .  Hasil  pengamatan  fotografi  setelah dilakukan pemotongan sampel menunjukkan adanya incomplete penetration pada layer pertama proses pengelasan. Incomplete penetration disebabkan karena prosedur pengelasan  yang  kurang  baik,  biasanya  diebabkan  karena  saat pengelasan  tidak  melakukan preheat ,  sehingga  degan kecepatan  pengelasan  yang  tinggi  dan  logam  dalam  keadaan dingin  cairan filler akan  cepat  membeku  dan  tidak  dapat berpenetrasi  sampai  ke  dalam.  Dengan  adanya incomplete penetration pada  daerah  lasan,  maka  dilakukan  pengamatan lebih  lanjut  pada  daerah  tersebut  dengan  pengamatan metalografi.  Hasil  dari  pengamatan  metalografi  dengan perbesaran  100x  menunjukkan  ujung-ujung incomplete penetration terlihat tajam, setelah dilakukan perbesaran hingga 500x  terlihat  dari  ujung-ujung  tajam  tersebut  menjalar crack menuju dalam bagian fusion zone . Selain itu pada bagian HAZ dengan  perbesaran  500x  sangat  jelas  terdapat  presipitasi karbida krom pada batas butir.
(100x) (500x) (500x) (100x) (100x) (500x) (500x) Prec.Karbida (500x) IP (100x) IP (500x)
Gambar 16. Hasil SEM-EDX
Tabel 3. Perbandingan Hasil OES dan EDX Unsur Pengujian OES (%) Pengujian EDX (%) C 0,049 1,40 Cr 18,16 21,64 Mn 1,608 1,97 P 0,01 0,05 S 0,025 0,05 Si 0,479 0,12 Ni 8,52 8,31 Fe 71,149 66,45
Setelah  dilakukan  pengujian  EDX  pada  bagian  endapan berwarna hitam tersebut hasilnya adalah terdapat unsur C 1.4% dan  unsur  Cr  21.64%,  apabila  dibandingkan  dengan  hasil pengujian  OES  ( Optical  Emission  Spectrometry )  unsur  C 0.049% dan Cr 18.16%. Hasil dari EDX menunjukkan adanya peningkatan persentase unsur karbon dan krom yang signifikan pada  batas  butir,  hal  ini  menunjukkan  pada  daerah  tersebut terdapat  presipitasi  karbiada  krom.  Hasil  pengujian  EDX  juga tidak menunjukkan adanya unsur korosif Cl (cloride), sehingga pre-existing crack bukan terjadi karena SCC (Stress Corrosion Craking) melainkan  karena  IGSCC (intergranuar  stress corrosion craking).
E. Solusi dan Rekomendasi
Penggantian  pipa  TP304H welded menjadi  TP304H seamless dapat  meningkatkan  kekuatan  pipa.    Hasil  penelitian membukikan  kegagalan  terjadi  pada  daerah  HAZ  sambungan longitudinal yang  disebabkan intergranular  corrosion ,  selain itu  kegagalan  pada  pipa  juga  dipengaruhi  dengan  pipa  yang sudah  beroperasi  lebih  dari  15  tahun.  Penggantian  dengan TP304H seamless pipe dirasa lebih efektif karena dengan biaya yang  minimal  dapat  menaikkan  kekuatan  pipa.  Tidak  adanya sambungan  longitudinal  pada  pipa seamless ,  maka  kegagalan serupa dapat dicegah dan akan menambah umur pakai pipa.
Untuk  kegagalan  pada  sambungan circumferential ,  hal tersebut  dapat  dicegah  dengan  penggunaan  prosedur  yang sesuai  pada  proses reweld ataupun  proses  pengelasan  pada reinforce .

## KESIMPULAN
Dari penelitian yang telah dilakukan dapat ditarik kesimpulan bahwa terdapat beberapa penyebab terjadinya kegagalan, yaitu: a. Hasil  pengujian  EDX/EDS  ( Energy  Dispesive  X-Ray Analysis )  membuktikan  adanya  peningkatan  unsur  C  dan  Cr pada batas butir.
b. Kegagalan  pada line A  1011-14”  bukan  hanya  disebabkan oleh  adanya  tegangan  dan pre-existing  crack tetapi  juga karenakan  adanya  IGSCC (intergranular  stress  corrosion cracking), dan  juga  disebabkan  oleh  umur  pipa  mencapai lebih  dari  15  tahun.  Hasil  pengujian  EDX  membuktikan adanya IGSCC (intergranular stress corrosion cracking) c. Hasil  pengamatan  struktur  mikro  bagian  las circumferential menunjukkan  adanya incomplete  penetration pada fusion zone ,  setelah  dilakukan  perbesaran  500x  cacat  las  tersebut berujung runcing yang menyebabkan crack pada fusion zone . Hal  tersebut  menjadi  penyebab  terjadinya crack pada  las circumferential pipa.
Solusi  dan  rekomendasi  yang  akan  diajukan  agar  kegagalan yang serupa tidak terulang lagi adalah sebagai berikut: a. Penggantian pipa TP304H welded menjadi TP304H seamless dapat  meningkatkan  kekuatan  pipa.  Penggantian  dengan TP304H seamless pipe  dirasa  lebih  efektif  karena  dengan biaya  yang  minimal  dapat  menaikkan  kekuatan  pipa.  Tidak adanya sambungan  longitudinal pada  pipa seamless ,  maka kegagalan  serupa  dapat  dicegah  dan  akan  menambah  umur operasi pipa.
b. Untuk  menaggulangi  terjadinya crack di  setiap joint maka proses pengelasan harus disesuaikan prosedur.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Denny  A.  Jones. Principles  and  Prevention  of  Corrosion  Second Edition . University of Nevada: Prentice Hall, Upper Saddle River.
[2] Mobley  Keith.  R.,  Lindley  R.  Higgins  dan  Darrin  J.  Wikoff.  2008. Maintenance  Engineering  Handbook  Seventh  Edition .  New  York:  Mc Graw Hill.
[3] ASM.  1987. Handbook  Volume  12  Fractography .  ASM  International the Materials Information Company. Amerika
[4] Brook,  R.C  dan  Choudhury,  A.  2002. Failur  Analisys  of  Engineering Material . New York: Mc Graw-Hill.
[5] Fontana, Mars G. 1978. Corrosion Engineering . McGraw-Hill Inc.