## ANALISA KEGAGALAN PIPA SUPERHEATER PADA BOILER TIPE PIPA AIR
Sukadi*, Novarini** *Dosen Teknik Mesin, Politeknik Jambi **Dosen Teknik Mesin, Politeknik Jambi email:sukadi@politeknikjambi.ac.id

## ABSTRAK
Pipa superheater sering  mengalami  permasalahan  yaitu  terjadi  pecah  pada  permukaan  didinding  pipa. penelitian ini bertujuan untuk mengetahui apakah kerusakan pipa superheater diakibatkan oleh terjadinya overheating selama  boiler  beroperasi.  Metode  yang  digunakan  dalam    analisa  terjadinya overheating dengan menganalisa permukaan pipa yang retak dengan pengamatan visual,  pengujian struktur mikro dan uji  kekerasan  Vickers.  Hasil  Analisa  pengamatan  visual  didapatkan  kerusakan  pecah  pipa superheater berbentuk  mulut  ikan  dan  terjadi    penggembungan.  Hasil    pengujian  kekerasan  didapatkan  pada  pipa superheater  yang  rusak  memiliki  kekerasan  yang  lebih  rendah  dibanding  pada  bagian  pipa  yang  tidak rusak. Dari hasil pengujian struktur mikro didapatkan diameter butiran pada pipa superheater yang rusak sebesar 0,0755 µm dan pada bagian yang tidak rusak sebesar 0,0534 µm. Dari hasil pengematan visual, uji  kekerasan,  uji  struktur  mikro  kemungkinan  terjadinya  retak  dikarenakan overheating pada  pipa superheater .
Kata kunci : Pipa superheater, overheating, uji kekerasan, uji struktur mikro

## 1. PENDAHULUAN

## 1.1. Latar Belakang
Boiler  merupakan equipment yang  memiliki  peranan  yang  sangat  penting  pada  proses pengolahan kelapa sawit. Uap hasil dari equipment tersebut dipergunakan untuk menggerakkan generator untuk mensuplay kebutuhan listrik dan untuk proses produksi.
Proses terbentukanya uap pada boiler terjadi di bagian pipa superheater . Pipa tersebut merubah air  menjadi  uap  yang  kemudian  didistribusikan  ke  turbin  dan  ke equipment lain  yang memerlukan panas. Pipa superheater sering mengalami permasalahan yaitu terjadi pecah pada permukaan  didinding  pipa.  Hal  ini  sangat  merugiakan  karena  proses  produksi  pengolahan kelapa sawit terhenti secara keseluruhan
Gambar 1.1. Posisi Pipa Superheater pada Boiler Tipe Pipa Air
Posisi kerusakan pipa superheater

## 1.2. Tujuan Penelitian
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk  mengetahui  apakah  kerusakan  diakibatkan  karena terjadinya overheating selama boiler beroperasi.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
Package boiler merupakan pembangkit uap yang masuk dalam tipe boiler pipa air ( water tube ) dimana untuk operasinya memakai bahan bakar gas alam. Air umpan berasal dari dearator yang dipompakan  oleh  boiler  feed  water  pump.  Air  yang  masuk  ke  drum  uap  sebelumnya mendapatkan pemanasan awal saat melalui economizer. Pemanasan lanjut terjadi pada uap dari drum uap menuju ke pipa superheater (Sukandar 2002)
kegagalan di tube superheater package boiler  dipengaruhi terjadinya long term overheating di daerah  pipa  superheater  (Robert.  &  Harvey  1991)  dan  telah  dilakukan  penelitian oleh(Purbolaksono  et  al.  2009),  dimana  didapatkan  hasil  bahwa  dengan  metode  elemen  tak hingga, Short-term overheating sebagai hasil dari pemusatan aliran gas hasil pembakaran (flue gas)  yang  menghasilkan  formasi  kerak  (clinker)  secara  besar-besaran  di  daerah  primary superheater yang dianggap sebagai mekanisme kegagalan
Retak  pada  pipa  superheater  dimulai  dari  heat-affected  zone  (HAZ)  akibat  dari  proses pengelasan. Suhu dan tegangan operasi menunjukkan indikasi bahwa pipa tersebut mengalami suhu operasi yang tinggi (Rahman & Kadir 2011)
Mekanisme  kegagalan  pipa  superheater  primer  adalah  kombinasi  dari  tegangan  operasi  yang tinggi  melebihi  tegangan  maksimum  yang  diijinkan  dan  overheating  lokal  sebagai  akibat terkonsentrasinya  aliran  gas buang pada suhu tinggi. Penyebab utama yang dikaitkan dengan prosedur operasi memaksakan tekanan uap yang relatif tinggi dan penggunaan batubara dengan suhu  fusi  abu  lebih  rendah  dari  suhu  tungku  api.  Abu  kimia  batubara  diidentifikasi  sebagai penyebab kerusakan tersebut(Ahmad et al. 2012)
Hasil  analisa  tegangan  menunjukkan  terjadi  panas  yang  berlebih  (overheating)  pada  tube superheater.  Sesuai  analisa  tegangan  bahwa  tegangan  izin  pipa  lebih  kecil  dari  tegangan  yang terjadi, sehingga pipa pecah dan secara pengamatan visual didapatkan pipa menggembung dan retakan berbentuk mulut ikan  (Sarisyuda et al. 2012)
Pembentukan oksida diidentifikasi sebagai mekanisme kegagalan utama dalam superheater tube yang dihasilkan dari overheating pada superheater tersebut(Koshy 2015)
Kegagalan    pipa  superheater  dikarenakan    kerusakan  creep  parah  yang  disebabkan  oleh  suhu logam tinggi selama beroperasi. Kemungkinan penyebab suhu logam tinggi dikarenakan aliran uap yang tinggi dan terjadi  penyumbatan parsial, adanya deposit tebal pada permukaan ID pipa dan suhu gas buang yang tinggi (Saha & Roy 2017)

## 3. METODE PENELITIAN
Metode yang digunakan dalam  analisa terjadinya overheating dengan menganalisa permukaan pipa yang retak dengan pengamatan visual,  pengujian struktur mikro dan pengujian kekerasan Vickers
Pengamatan  visual  dilakukan  dengan  melakukan  pengamatan  langsung  pada  kerusakan  pipa superheater yaitu dengan mengamati bentuk retakan kerusakan dan perubahan bentuk lingkaran pipa.
Pengujian  struktur  mikro  dilakukan  untuk  mengetahui  ukuran  butiran  mikro  dari  material dimana akan dibandingkan ukuran butir pada daerah yang rusak dengan ukuran butir diadaerah yang  tidak  rusak.  Menurut  (ASTM  1996)  untuk  memastikan  perbedaan  ukuran  butiran berdasarkan  ASTM  E112.  Metode Planimetric maka  dilakukan  perhitungan  diameter  butir mikro dengan menggunakan rumus
(2.1)
Hasil perhitungan jumlah butir  (NA) kemudian digunakan untuk menghitung ukuran butir (G) dengan persamaan 4.2 sebagai berikut:
(2.2)
Daerah  yang  mengalami  pemanasan  berlebih  maka  ukuran  butiran  mikronya  akan  mengalami pembesaran.
Pengujian  kekerasan  dilakukan  dengan  metode  pengujian  kekerasan  Vickers  dengan membandingkan kekerasan pada daerah yang rusak dengan daerah yang tidak rusak. Pengujian kekerasan  ini  ntuk  mengetahui  terjadinya  pemanasan  pipa  superheater  yang  berlebih (overheating). Overheating terjadi jika terjadi pelunakan pada bagian pipa yang rusak.
Survey pangan Uji Laboratorium Uji kekerasan Uji Struktur Mikro Hasil dan Pembahasan Kesimpulan
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 4.1. Pengamatan Visual
Dari hasil pengamatan secara visual gambar 4.2 didapatkan kondisi pipa superheater mengalami retak dimana bentuknya mirip mulut ikan, dan terjadi penggembungan pipa
Gambar 4.1. Retak pada Pipa Superheater

## 4.2. Uji Kekerasan
Pengujian kekerasan dilakukan pada daerah yang rusak dan pada daerah yang tidak rusak sesuai gambar 4.2. dimana masing-masing daerah diabil data 3 kali.
Gambar 4.2. Posisi Pengujian Kekerasan
Tabel 4.1. Pengujian Kekerasan
Hasil dari pengujian kekerasan menunjukkan bahwa pipa pada bagian yang rusak memiliki nilai kekerasan  yang  lebih  kecil  dari pada  bagian  yang  tidak  rusak.  Hal  ini  dikarenakan  akibat  dari proses panas berlebih yang terjadi pada saat operasi ketel uap.
Posisi Titik P (kgf) D1 (mm)  D2 (mm) D (mm) Kekerasan Vickers (kgf/mm²) Daerah rusak 1 20 0.74 0.686 1.083 27.010 2 20 0.631 0.678 0.97 33.670 3 20 0.626 0.656 0.954 34.809 rata-rata Kekerasan Vickers 31.830 Daerah tidak rusak 1 20 0.534 0.587 0.8275 46.265 2 20 0.574 0.589 0.8685 42.000 3 20 0.575 0.572 0.861 42.735 rata-rata Kekerasan Vickers 43.666

## 4.3. Uji Struktur Mikro
Uji struktur mikro dilakukan di dua titik yaitu daerah rusak dan daerah yang tidak rusak seperti terlihat pad gambar 4.4.
Gambar 4.2. Posisi Pengujian Struktur Mikro
Gambar 4.3. Struktur Mikro pada Bagian Pipa yang Rusak pembesaran 200X
Gambar 4.2. Struktur Mikro Pada Bagian Pipa Yang Tidak Rusak Pembesaran 200X
Pada Pipa yang Rusak = 184
= 4,57
Dengan melihat tabel 4 ASTM E112-10 maka diameter butiran mikro sebesar 0,0755 µm
Pada Pipa yang Rusak
= 328 = 5,41 = 4,57
Dengan melihat tabel 4 ASTM E112-10  maka diameter butiran mikro sebesar 0,0534 µm.
Dengan ukuran butiran mikro di bagian pipa yang  rusak lebih besar disbanding ukuran butiran mikro pada bagian yang tidak rusak  maka terindikasi bahwa pada piap yang rusak  mengalami overheating.
Overheating  terjadi  karena  terjadinya  deposit  (kerak)  pada  bagian  dalam  pipa  maupun  pada bagian  luar  pipa.  Dimana  untuk  didalam    pipa  deposit  terbentuk  akibat  dari  kotoran  yang terbawa  dari  air  umpan  ketel  uap  sedangkan  pada  bagian  luar  pipa  deposit  terbentuk  dari kotoran yang terbawa dari abu hasil pembakaran.

## 5. KESIMPULAN DAN SARAN

## 5.1. Kesimpulan
1. Hasil  Analisa  pengamatan  visual  didapatkan  kerusakan  pecah  pipa superheater berbentuk mulut ikan dan terjadi  penggembungan, dan ini merupakan indikasi selama operasi terjadi overheating pada pipa
2. Hasil    pengujian  kekerasan  didapatkan  pada  pipa  superheater  yang  rusak  memiliki kekerasan yang lebih rendah dibanding pada bagian pipa yang tidak rusak. Dengan kondisi tersebut pipa yang rusak mengalami pelunakkan.
3. Dari hasil pengujian struktur mikro didapatkan diameter butiran pada pipa superheater yang rusak  sebesar 0,0755  µm  dan  pada  bagian  yang  tidak  rusak  sebesar  0,0534  µm. pembesaran  ukuran  butiran  mikro  terjadi  akibat  adanya overheating yang  terjadi pada pipa superheater
4. Overheating terjadi  akbibat  perpindahan  panas  pada  pipa  terhambat  yaitu  dengan adanya deposit (kerak) baik pada baigain dalam maupun pada bagian luar pipa.

## 5.2. Saran
Perlu  dilakukan  penelitian  tentang  fenomena  terjadinya  deposit  (kerak)  yang  terjadi  baik  di dalam maupun diluar dinding pipa superheater

## DAFTAR PUSTAKA
Ahmad, J. et al., 2012. High operating steam pressure and localized overheating of a primary superheater tube. Engineering Failure Analysis , 26(February 2011), pp.344–348. Available at: http://dx.doi.org/10.1016/j.engfailanal.2012.08.012.
ASTM, 1996. E112: Standard Test Methods for Determining Average Grain Size. West Conshocken , 96(2004), pp.1–26. Available at:
http://scholar.google.com/scholar?hl=en&btnG=Search&q=intitle:Standard+Test+Method s+for+Determining+Average+Grain+Size#1.
Koshy, M., 2015. Super Heater Tube Analysis for Oxide Scale Growth at Various Operating Conditions. International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology , 4(7), pp.6549–6553.
Purbolaksono, J. et al., 2009. Failure case studies of SA213-T22 steel tubes of boiler through computer simulations. Journal of Loss Prevention in the Process Industries , 22, pp.719– 726. Available at: http://dx.doi.org/10.1016/j.jlp.2009.06.005.
Rahman, M. & Kadir, A.K., 2011. Failure analysis of high temperature superheater tube ( HTS ) of a pulverized coal-fired power station. In Proceeding of the International Conference on Advanced Science, Engineering and Information Technology 2011 . pp. 517–522.
Robert., P.D. & Harvey, H.M., 1991. The Nalco Guide to Boiler Failure Analysis. Nalco Chemical Company, New York, McGraw Hill Inc .
Saha, A. & Roy, H., 2017. Failure investigation of a secondary super heater tube in a 140 MW thermal power plant. Case Studies in Engineering Failure Analysis , 8(May), pp.57–60. Available at: http://dx.doi.org/10.1016/j.csefa.2017.05.001.
Sarisyuda, Bustamisyam & Indra, 2012. ANALISA KEGAGALAN TUBE SUPERHEATER PACKAGE BOILER AKIBAT OVERHEATING. MEKINTEK , 3(1).
Sukandar, 2002. Analisa Kerusakan Pipa Boiler Feed Water (BFW) pada Ujung Saluran Injektor Inhibitor. Laporan Tesis, Magister Teknik Mesin FT-UI .