pengaruh variasi bentuk dan ukuran goresan coating...
TRANSCRIPT
PENGARUH GORESAN LAPIS LINDUNG DAN SALINITAS AIR LAUT TERHADAP ARUS PROTEKSI SISTEM
IMPRESSED CURRENT CATHODIC PROTECTION (ICCP) PADA PIPA API 5 L GRADE B
Teknik Material dan Metalurgi
FTI-ITS
Latar Belakang
Rumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Batasan Masalah
Manfaat Penelitian
Latar Belakang
Jaringan Pipa Bawah
Laut
Air Laut Lingkungan
Korosif
Korosi pada
Pipeline
Pemberian Lapis Lindung
(Coating)
“Meski telah dilakukan pelapisan pada pipa, tetap ada kemungkinan lapisan rusak atau cacat pada saat shipping atau instalasi.“
“Bahaya korosi masih tetap mengancam”
Coating Rusak/Cacat
Rumusan Masalah
1. Bagaimana pengaruh goresan lapis lindung terhadap arus proteksi sistem ICCP pada pipa API 5 L grade B
2. Bagaimana pengaruh salinitas air laut terhadap arus proteksi sistem ICCP pada pipa API 5 L grade B
Rust
Tujuan Penelitian
Memahami pengaruh goresan lapis lindung terhadap arus proteksi sistem ICCP pada pipa API 5 L grade B
Memahami pengaruh salinitas air laut terhadap arus proteksi sistem ICCP pipa API 5 L grade B
Batasan Masalah B
atas
an M
asal
ah
•Material baja karbon rendah API 5L grade B homogen.
•Diasumsikan spesimen berada pada kondisi atmosfer yang sama (konsentrasi O2 sama).
•Perubahan temperatur dan pH pada lingkungan diabaikan.
•Lapis lindung yang digunakan menutup permukaan spesimen dengan sempurna, selain goresan yang sengaja dibuat
Manfaat Penelitian
*Menjadi referensi untuk menentukan arus proteksi yang harus diberikan agar sesuai dengan kondisi pipeline dengan kondisi coating yang memiliki goresan
*Mengembangkan keilmuan mengenai proteksi katodik khususnya ICCP dalam aplkasinya di industri minyak dan gas.
Fessler (2008)
• Proteksi katodik tidak dapat berdiri sendiri tanpa pelapisan karena struktur tanpa pelapisan membutuhkan proteksi arus yang besar dan juga biaya yang sangat tinggi. Pelapisan dibutuhkan untuk mengurangi jumlah permukaan yang terbuka seminimal mungkin.
Chen, dkk (2009)
• rusaknya coating akibat terkelupasnya lapisan merupakan jenis kegagalan yang paling sering terjadi pada pipeline, ketika lapis lindung masih memiliki ketahanan yang tinggi.
Penyebab Kegagalan Pipa Gas Alam dan Cairan Berbahaya pada Onshore dan Offshore Pipeline. (Sumber: PHMSA filtered Incident Files)
Runs
• disebabkan oleh terlalu banyaknya cat yang menempel ke permukaan
Pinholing
•berupa lubang saat penyelelesaian akhir, atau lubang pada dempul, atau primer yang disebabkan oleh thinner, udara, kelembaban atau kondisi permukaan kurang baik.
Solvent Pop
cacat berupa luka atau lecetnya lapisan cat yang disebabkan oleh pengencer yang terjebak dalam lapisan atas atau lapisan bawah, terlebih lagi apabila dipengaruhi oleh pengeringan yang tidak tepat
Peeling
disebabkan oleh hilangnya daya rekat antara cat dengan substrat, topcoat dengan primer atau cat lama serta primer dengan substrat
Mottling
Cacat yang sering terjadi pada cat jenis metalik, dimana serpihan metal mengapung sehingga membentuk garis atau mirip dengan jerawat.
Matting
cacat berupa menghilangnya kilap setelah lapisan cat mengering
Lifting
Perubahan pada lapisan cat dalam bentuk kerutan ketika lapisan cat diaplikasikan atau saat dikeringkan
Blistering
Gelembung atau jerawat yang nampak pada lapisan cat atas.
Cracking
Serangkaian retak yang tidak beraturan, muncul seperti pada lumpur yang mengering. Hal ini bisa terjadi pada lapisan cat atau lapisan bawah
Fish Eyes
Cacat pengecatan berupa kawah yang membuka seperti mata ikan setelah aplikasi cat warna
Srinkage
Kerusakan cat karena penyusutan yang cepat setelah mongering, membentuk pulau dan mengkerut
Polishing Marks
terjadi ketika selesai melakukan poles, dengan bagian cat yang tidak seragam atau timbulnya perubahan warna selesai poleshing.
Salinitas didefinisikan sebagai jumlah total dari material padat (dalam gram) yang terkandung dalam satu kilogram air laut ketika semua halida telah digantikan oleh klorida ekivalen. (Pierre, 2000).
laju korosi optimum pada konsentrasi 3-3.5% NaCl. Lebih dari itu, ion klorida tidak mampu bereaksi lagi karena larutan semakin jenuh (pekat) dan timbul endapan sehingga depasifasi semakin berkurang.
Gambar 2.2 Pengaruh Konsentrasi NaCl terhadap Laju Korosi (Jones, D.A., 1992)
Material padat >>> garam klorida
Kandungan klorida
(ion Cl-)
Depasifasi Potensi
Korosi Naik
Optimum
Gambar 2.4 Peta Salinitas Air Laut di Dunia (The Chemical Composition of Seawater by Dr. J. Floor
Anthony, 2006)
Gambar 2.5 Profil Salinitas vs. Kedalaman Air Laut pada Samudera
Atlantik Selatan
Material Pipeline dan Coating
Material Pipa:
Baja Karbon Rendah-API 5 L grade B
Good adhesion, Compact
Tough abrassion and chemical resistance
Working Temperature -40°C to 110°C.
Elemen Kadar (%)
Carbon 0.22
Mangan 1.2
Phospor 0.025
Sulfur 0.015
Titanium 0.04
Tabel 2.1 Komposisi Kimia Pipa API 5 L Grade B (Sumber: Specification for Line Pipe)
Mekanisme Korosi pada Pipeline di Lingkungan Laut
Reaksi Kimia
Arus Listrik
Proses
Elektrokimia
Aliran e- dari
anoda ke ketoda
Reaksi Redoks (Reduksi-Oksidasi)
interaksi ion klorida yang terkandung dalam
garam NaCl
Steel Pipe (Fe)
½O2 + H2O + 2e- → 2OH-
Cathode 2e- 2e-
Anode
Cathode
Sea water (electrolyte)
Korosi pada Besi di Lingkungan Air
Fe2+
½O2 + H2O + 2e- → 2OH-
2Fe → 2Fe2+ + 4e-
Fe2+ O2 H2O
OH- OH-
O2 H2O
OH- OH-
Fe(OH)2
Fe2O3 . 2H2O Produk Korosi (Karat)
Proteksi Katodik Arus Paksa (Impressed Current)
Proteksi katodik berarti menjadikan struktur
menjadi katoda
Struktur akan terproteksi jika diberikan pasokan
elektron (reaksi reduksi)
Sumber arus DC akan memberikan supply
elektron menuju sistem selama bekerja (proteksi)
Gambar 2.4 Rangkaian Sistem ICCP (Pierre, 2000)
Transformer
rectifier
Anoda Inert
Junction Box
Kabel Koneksi
Pengukuran Arus Proteksi
Half-Cell Potensial Electrode
Potensial korosi = Potensial antara Anoda
dan Katoda
Perbedaan antara Potensial Elektroda Kerja
dengan Potensial Elektroda Refference
Indikator Tingkat Korosi Sistem
Terproteksi/Tidak
• API 5L Specification for Line Pipe • NACE Standard TM-0169-95 Laboratory Corrosion Testing of
Metals
• Digital multimeter • Avometer • Gergaji • Container box plastik • Kaca bening untuk sekat antar
spesimen • Analytical Balance Mettler
Toledo New Classic M5
• Rectifier • Lakban • Lem Tembak • Mur-Baut • Kuas • Kabel • Elektroda Acuan Kalomel • Mesin bor
1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11
1 2 3 4
Gambar Spesimen Katoda (API 5 L Grade B)
Gambar Ilustrasi Spesimen Katoda Setelah dilakukan Coating dan Pemberian Goresan
60,3 mm
100 mm
47.3 mm
94.7 mm
118.4 mm
80 mm
60 mm
(d)
(e)
(f)
40 mm
100 mm
(g)
132.5 mm
20 mm
28.35 mm
47.25 mm
20 mm
20 mm
(a)
(b)
(c)
9.45 mm
3.2% NaCl 3.5% NaCl 3.8% NaCl
Gambar Larutan NaCl 3.2%-3.5%-3.8% sebagai Media Korosi
20 mL per 1 cm2 luasan material yang diimersi --Standard NACE TM 0169-95--
“Laboratory Corrosion Testing of Metals”
mcampuran = ρcampuran x Velektrolit
ρcampuran = ρ air + ρ NaCl
mNaCl = NaCl% x mcampuran *Velektrolit = 22500 mL
Perhitungan Volume Larutan Luas Permukaan Katoda SA = π.OD.L SA = 3.14 x 60.3 x 100 SA = 18934.2 mm2 = 189.342 cm2 Berdasarkan NACE Standard TM 0169-95, rasio minimum yang dianjurkan untuk volume larutan (elektrolit) terhadap luas permukaan spesimen adalah 20 mL/cm2 -Volume larutan minimum untuk 1 spesimen: Velektrolit = 20 mL/cm2 x 189.342 cm2 = 3786.84 mL = ± 3.8 L - Volume larutan minimum untuk 5 spesimen (1 elektrolit): Velektrolit = 5 x 3.8 L = 19 L Dalam percobaan ini, volume elektrolit yang digunakan sebesar 4.5 liter untuk setiap spesimen. Sehingga untuk satu box yang berisi 5 spesimen, dibutuhkan volume elektrolit sebanyak: V = 5 x 4.5 L = 22.5 L
(1) Perhitungan 3.2 % NaCl ρcampuran = ρ air + ρ NaCl = (0.968 x 1) gr/ml + (0.032 x 2.165) gr/ml = 1.0372 gr/ml mcampuran = ρcampuran x Velektrolit = 1.0372 gr/ml x 22500 ml mcampuran = 23337 gr mNaCl = 3.2% x 23337 gr = 746.784 gr
(2) Perhitungan 3.5% NaCl ρcampuran = ρ air + ρ NaCl = (0.965 x 1) gr/ml + (0.035 x 2.165) gr/ml = 1.040775 gr/ml mcampuran = ρcampuran x Velektrolit = 1.040775 gr/ml x 22500 ml = 23417 gr mNaCl = 3.5% x 23417 gr = 819.6 gr
(3) Perhitungan 3.8% NaCl ρcampuran = ρ air + ρ NaCl = (0.962 x 1) gr/ml + (0.038 x 2.165) gr/ml = 1.04427 gr/ml mcampuran = ρcampuran x Velektrolit = 1.04427 gr/ml x 22500 ml = 23496 gr mNaCl = 3.8% x 23496 gr = 892.85 gr
Gambar 3.10 Skema Rangkaian Sistem ICCP dalam Penelitian
Gambar 3.11 Skema Rangkaian Sistem ICCP untuk 15 spesimen
Kodefikasi spesimen
0 0 P01189 1 P1A568 3 P1B
946.7 5 P1C1880 10 P1D5640 30 P1E9440 50 P1F
13250 70 P1G18934.2 100 P0A
SalinitasLuas Goresan
(mm2)Kodefikasi
3.2%
Prosentase Goresan (%)
0 0 P02189 1 P2A568 3 P2B
946.7 5 P2C1880 10 P2D5640 30 P2E9440 50 P2F13250 70 P2G
18934.2 100 P0B
3.5%
SalinitasLuas Goresan
(mm2)Prosentase
Goresan (%)Kodefikasi
0 0 P03189 1 P3A568 3 P3B
946.7 5 P3C1880 10 P3D5640 30 P3E9440 50 P3F13250 70 P3G
18934.2 100 P0C
Kodefikasi
3.8%
Salinitas Luas Goresan (mm2)Prosentase
Goresan (%)
Tabel Rencana Pengukuran Arus Proteksi
Gambar Pengukuran Potensial Korosi dengan Elektroda Referen
Pengukuran dilakukan dengan menggunakan Elektroda Reference Aturan Pemasangan: • Kutub (+) Avometer ke Struktur yang diproteksi • Kutub (-) Avometer ke Elektroda Referen Kalomel
Elektrolit
01-Nov-13 02-Nov-13 03-Nov-13 dst.
1
2
3
average1
2
3
average1
2
3
average1
2
3
average1
2
3
average1
2
3
dst.
P2C
Pengujian ke-Kode Pipa Potensial korosi (volt)Waktu Pengujian Nilai Potensial
P1A
P1B
P1C
P2A
P2B
Data yang diambil: Arus yang tercatat pada avometer untuk mencapai potensial sebesar -850 mV vs. SCE
Pengukuran Half cell Potential • ASTM C876 - 09
• Standard Test Method for Corrosion Potentials of Uncoated Reinforcing Steel in Concrete
Gambar 4.1 Grafik Potensial Awal Imersi Pipa dalam Elektrolit 3.2% NaCl, 3.5% NaCl, dan 3.8% NaCl
Pengkondisian Awal • Dengan cara imersi pipa dalam
lingkungan elektrolit 3.2% NaCl, 3.5% NaCl, dan 3.8% NaCl
• Waktu: 8 hari • Tujuan: untuk mengetahui
perbandingan nilai potensial sebelum dan sesudah instalasi ICCP
• Dilakukan dengan menggunakan avometer dan elektroda referen kalomel
• Open Circuit
• Arus proteksi => arus keluaran dari rectifier. Arus ini diatur dan dipantau selama 15 hari selama proses imersi.
1. Avometer (1) digunakan sebagai acuan untuk nilai potensial -850 mV vs. elektroda referen kalomel (SCE-Saturated Calomel Electrode)
2. Avometer kedua digunakan untuk mengukur arus yang diberikan untuk mencapai nilai potensial proteksi sebesar -850 mV.
Pengukuran arus proteksi dilakukan dengan menggunakan dua avometer.:
• Katoda: Pipa API 5 L Grade B
• Anoda: Grafit
• Rectifier
• Elekrode Referen Kalomel
• Avometer/Digital Multitester
Hasil Pengukuran Arus Proteksi ICCP dalam Elektrolit 3.2% NaCl
189 568 946.7 1880 5640 9440 13250 Tanpa Goresan Tanpa Coating1 0.323 0.340 0.520 1.010 1.780 2.230 2.490 0.283 3.9072 0.143 0.223 0.353 0.710 0.700 0.763 1.143 0.133 2.8233 0.213 0.243 0.403 0.246 0.556 0.703 0.796 0.150 2.4574 0.173 0.240 0.280 0.626 0.460 0.530 0.936 0.173 1.8105 0.140 0.197 0.310 0.233 0.440 0.553 1.176 0.110 1.4106 0.153 0.176 0.170 0.166 0.567 0.697 1.003 0.150 1.8607 0.140 0.193 0.186 0.330 0.497 0.590 1.193 0.120 1.0008 0.127 0.207 0.230 0.396 0.576 0.796 0.913 0.137 1.3639 0.130 0.140 0.223 0.463 0.523 0.770 0.887 0.123 1.02010 0.143 0.173 0.220 0.577 0.710 0.817 1.153 0.103 1.35711 0.127 0.127 0.197 0.613 0.670 0.867 1.040 0.077 1.27712 0.153 0.200 0.187 0.703 0.807 0.817 1.167 0.143 1.08713 0.100 0.167 0.210 0.603 0.787 0.817 1.023 0.100 1.38014 0.147 0.200 0.227 0.553 0.670 0.880 1.060 0.130 1.28015 0.113 0.163 0.270 0.617 0.577 0.730 1.137 0.107 1.400
avg 0.155086667 0.199268889 0.265737778 0.52 0.687935556 0.837224444 1.141111111 0.135995556 1.695337778
Pengujian Hari ke-
Arus Proteksi pada Luas Goresan (mm2)
Hasil Pengukuran Arus Proteksi ICCP dalam Elektrolit 3.5% NaCl
189 568 946.7 1880 5640 9440 13250 Tanpa Goresan Tanpa Coating1 0.354 0.380 0.540 1.240 1.576 2.170 2.443 0.320 4.5702 0.160 0.163 0.310 1.463 0.976 1.820 2.000 0.150 3.3473 0.277 0.273 0.407 0.590 0.620 1.146 0.690 0.247 2.2234 0.183 0.280 0.333 0.406 0.423 0.770 1.106 0.193 2.2505 0.170 0.233 0.273 0.406 0.423 0.706 1.253 0.160 1.8336 0.173 0.190 0.197 0.477 0.497 0.757 0.893 0.087 1.7237 0.140 0.223 0.260 0.543 0.677 0.870 1.280 0.157 1.2338 0.187 0.227 0.243 0.640 0.630 1.130 1.393 0.130 1.5639 0.160 0.180 0.230 0.513 0.650 0.850 1.237 0.107 2.18710 0.160 0.143 0.207 0.687 0.857 1.183 1.320 0.140 2.07711 0.137 0.110 0.283 0.727 0.757 0.980 1.170 0.090 1.98312 0.207 0.213 0.217 0.740 0.877 1.140 1.390 0.160 1.56013 0.120 0.167 0.273 0.950 1.137 1.173 1.290 0.113 1.62714 0.210 0.223 0.253 0.840 0.997 1.240 1.423 0.163 1.38015 0.123 0.197 0.303 0.967 1.170 1.270 1.350 0.120 1.420
avg 0.184002222 0.213551111 0.28864 0.745888889 0.817648889 1.147024444 1.34922 0.155777778 2.065046667
Pengujian Hari ke-
Arus Proteksi pada Luas Goresan (mm2)
Hasil Pengukuran Arus Proteksi ICCP dalam Elektrolit 3.8% NaCl
189 568 946.7 1880 5640 9440 13250 Tanpa Goresan Tanpa Coating1 0.467 0.470 0.590 1.653 1.576 1.996 2.846 0.550 6.5132 0.183 0.220 0.363 1.190 1.340 1.716 1.526 0.330 3.8533 0.320 0.417 0.583 0.856 1.076 0.923 1.200 0.323 3.0374 0.193 0.233 0.390 0.753 0.430 0.790 1.800 0.230 3.4605 0.310 0.313 0.427 0.620 0.830 0.850 1.330 0.257 2.5036 0.193 0.243 0.160 0.527 0.647 0.790 1.200 0.153 2.0077 0.247 0.277 0.310 0.560 0.837 1.083 1.137 0.200 2.2208 0.193 0.233 0.273 0.633 0.820 1.223 1.373 0.150 2.7339 0.260 0.220 0.283 0.717 0.953 1.333 1.260 0.180 2.68310 0.213 0.237 0.280 0.670 1.163 1.403 1.287 0.170 2.81711 0.177 0.197 0.270 0.873 1.027 1.273 1.330 0.110 2.58012 0.237 0.223 0.237 0.720 1.140 1.237 1.403 0.180 2.23313 0.140 0.200 0.297 0.830 1.160 1.350 1.477 0.120 2.48714 0.240 0.243 0.280 0.933 1.273 1.253 1.333 0.170 2.61715 0.150 0.220 0.330 0.810 1.230 1.333 1.420 0.133 2.223
avg 0.234886667 0.263108889 0.338222222 0.823 1.033 1.237 1.461 0.217086667 2.931091111
Pengujian Hari ke-
Arus Proteksi pada Luas Goresan (mm2)
Spesimen Tanpa Goresan (0 mm2)
Gambar 4.20 Grafik Perbandingan Arus Proteksi Pipa Tanpa Goresan dalam Elektrolit 3.2% NaCl, 3.5% NaCl, dan 3.8% NaCl
Hasil Pengukuran Arus Proteksi Pipa
Spesimen dengan Luas Goresan 189 mm2
Gambar 4.21 Grafik Perbandingan Arus Proteksi Pipa dengan Luas Goresan 189 mm2 dalam Elektrolit 3.2% NaCl, 3.5% NaCl, dan 3.8%
NaCl
Hasil Pengukuran Arus Proteksi Pipa
Spesimen dengan Luas Goresan 568 mm2
Gambar 4.22 Grafik Perbandingan Arus Proteksi Pipa dengan Luas Goresan 568 mm2 dalam Elektrolit 3.2% NaCl, 3.5% NaCl, dan 3.8%
NaCl
Hasil Pengukuran Arus Proteksi Pipa
Spesimen dengan dengan Luas Goresan 946.7 mm2
Gambar 4.23 Grafik Perbandingan Arus Proteksi Pipa dengan Luas Goresan 946.7 mm2 dalam Elektrolit 3.2% NaCl, 3.5% NaCl, dan
3.8% NaCl
Hasil Pengukuran Arus Proteksi Pipa
Spesimen dengan dengan Luas Goresan 1880 mm2
Gambar 4.24 Grafik Perbandingan Arus Proteksi Pipa dengan Luas Goresan 1880 mm2 dalam Elektrolit 3.2% NaCl, 3.5% NaCl, dan
3.8% NaCl
Hasil Pengukuran Arus Proteksi Pipa
Spesimen dengan dengan Luas Goresan 5640 mm2
Gambar 4.25 Grafik Perbandingan Arus Proteksi Pipa dengan Luas Goresan 5640 mm2 dalam Elektrolit 3.2% NaCl, 3.5% NaCl, dan
3.8% NaCl
Hasil Pengukuran Arus Proteksi Pipa
Spesimen dengan dengan Luas Goresan 9440 mm2
Gambar 4.26 Grafik Perbandingan Arus Proteksi Pipa dengan Luas Goresan 9440 mm2 dalam Elektrolit 3.2% NaCl, 3.5% NaCl, dan
3.8% NaCl
Hasil Pengukuran Arus Proteksi Pipa
Spesimen dengan dengan Luas Goresan 13250 mm2
Gambar 4.27 Grafik Perbandingan Arus Proteksi Pipa dengan Luas Goresan 13250 mm2 dalam Elektrolit 3.2% NaCl, 3.5% NaCl, dan
3.8% NaCl
Hasil Pengukuran Arus Proteksi Pipa
Spesimen Tanpa Coating
Gambar 4.28 Grafik Perbandingan Arus Proteksi Pipa Tanpa Coating dalam Elektrolit 3.2% NaCl, 3.5% NaCl, dan 3.8% NaCl
Hasil Pengukuran Arus Proteksi Pipa
Pengukuran dalam Salinitas 3.2%
Gambar 4.29 Arus Proteksi Pipa dalam Elektrolit 3.2% NaCl
Hasil Pengukuran Arus Proteksi Pipa
Gambar 4.30 Arus Proteksi Pipa dalam Elektrolit 3.5% NaCl
Pengukuran dalam Salinitas 3.5%
Hasil Pengukuran Arus Proteksi Pipa
Gambar 4.31 Arus Proteksi Pipa dalam Elektrolit 3.8% NaCl
Pengukuran dalam Salinitas 3.8%
Hasil Pengukuran Arus Proteksi Pipa
Grafik Pengaruh Goresan terhadap Arus Proteksi
Gambar 4.32 Grafik Pengaruh Goresan terhadap Arus Proteksi dalam Bentuk Persamaan Linier
Grafik Pengaruh Salinitas terhadap Arus Proteksi
Gambar 4.33 Grafik Pengaruh Salinitas terhadap Arus Proteksi dalam Bentuk Persamaan Linier
Salinitas Luas Goresan (mm2)
Rata-rata Arus Proteksi (mA)
3.2%
0 0.136 189 0.155 568 0.199
946.7 0.263 1880 0.465 5640 0.688 9440 0.837
13250 1.099 18934.2 1.695
Salinitas Luas Goresan (mm2)
Rata-rata Arus Proteksi (mA)
3.5%
0 0.156 189 0.184 568 0.214
946.7 0.291 1880 0.748 5640 0.842 9440 1.148
13250 1.349 18934.2 2.065
Salinitas Luas Goresan (mm2)
Rata-rata Arus Proteksi (mA)
3.8%
0 0.217 189 0.235 568 0.270
946.7 0.338 1880 0.823 5640 1.010 9440 1.230
13250 1.460 18934.2 2.931
Semakin BESAR luasan pipa yang kontak dengan lingkungan
Semakin BESAR arus yang dibutuhkan untuk melindungi pipa agar tetap berada pada level terproteksi.
Pengukuran Arus Proteksi dalam Salinitas yang Sama
prosentase (%) goresan
Arus Proteksi
Fe
Coating e- e- e- e- e- e- e- e- e- e- e- e-
Fe Fe
Coating
>>Oleh sebab itu, arus proteksi yang diberikan juga harus lebih besar karena arus proteksi berbanding lurus dengan arus elektron.
Pengukuran Arus Proteksi pada Pipa dengan Goresan Coating yang Sama
Ketika konsentrasi NaCl mencapai nilai 3 hingga 3.5% maka kelarutan oksigen akan maksimum di dalam larutan NaCl. Namun semakin pekat konsentrasi NaCl maka akan terjadi penurunan kelarutan agen pereduksi sehingga laju korosi akan berkurang. (Jones D.A., 1992).
Gambar 2.7 Pengaruh Konsentrasi NaCl terhadap Laju Korosi (Jones, 1992)
Salinitas (%NaCl)
Arus Proteksi
=
Salinitas (%NaCl)
Oksigen Terlarut
Namun, bila logam pasif itu kontak dengan media yang menghasilkan ion-ion agresif seperti ion klorida (Cl-) maka korosi dapat terjadi. Ada tiga teori modern untuk menjelaskan efek ion klorida terhadap korosi pada baja.
The Oxide Film Theory
• Teori ini mnunjukkan bahwa ion klorida dapat menembus lapisan film oksida lebih mudah dibandingkan ion lainnya seperti sulfat (SO4
-).
The Adsorbtion Theory
• Ion klorida teradsorbsi ke permukaan logam berkompetisi dengan oksigen terlarut atau ion hidroksil. Ion klorida mendorong proses hidrasi ion ferrous dan menyebabkan korosi pada baja terjadi.
The Transitory Complex Theory
• Ion klorida tergabung dalam lapisan pasif menggantikan beberapa ion hidrokisa sehingga mengakibatkan naiknya konduktivitas dan kelarutan ion tersebut. Sehingga lapisan ini kehilangan kemampuan memproteksinya.
Fe
Sumbat Produk Korosi
Lapisan Pasif
Saat ion Cl- ditambahkan maka akan terjadi kompetisi antara oksigen dengan
ion klorida untuk teradsorbsi pada permukaan material. Jika oksigen yang
teradsorbsi maka akan terbentuk lapisan pasif. Jika yang teradsorbsi
adalah ion klorida, maka lapisan pasif tidak terjadi. (Uhlig, 1991).
Menurut Febrianto, 2009, pada penelitian yang dilakukan pada
spesimen baja karbon dalam elektrolit NaCl, semakin besar konsentrasi Cl-
maka semakin besar kemungkinan ion Cl- teradsorbsi pada permukaan. Sehingga dapat dikatakan bahwa konsentrasi NaCl atau ion klorida
berbanding lurus dengan laju korosi.
Gambar 4.42 Grafik Kelarutan Beberapa Garam Vs. Temperatur
Ini menunjukkan bahwa NaCl seluruhnya terurai menjadi ion Na+ dan Cl-. >>Ion Cl- yang terurai akan lebih banyak jumlahnya dibandingkan pada elektrolit dengan 3.2% NaCl dan 3.5% NaCl.
NaCl Solubility: 36 gr per 100 gr air.
Dalam Penelitian: Sebanyak 896 gr NaCl dilarutkan dalam 22500 mL air
Hasil perhitungan: Angka ini setara dengan 0.04 gr NaCl per 100 gr air. >>>NaCl secara keseluruhan akan terlarut sempurna dalam air.
Saat pengukuran arus didapatkan nilai arus yang cenderung tinggi dan tidak stabil di awal, selanjutnya semakin menurun dan stabil seiring bertambahnya waktu
• Pada awal imersi dilakukan, selaput oksida besi dari produk korosi yang terbentuk secara natural masih dalam proses pembentukan. Karena adanya ion klorida dalam larutan maka akan menghalangi terbentuknya lapisan tipis tersebut. Sehingga arus akan fluktuatif akibat lapisan pasif masih dalam proses pembentukan. (Ion Competitive Theory)
Ion Competitive
• Penelitian mengenai pengaruh konsentrasi larutan garam (3%, 4%, dan 5%) terhadap laju korosi, terbukti bahwa semakin pekat konsentrasi larutan NaCl menyebabkan laju korosi semakin meningkat. Dari hasil uji weight loss juga terjadi kecenderungan penurunan laju korosi seiring bertambahnya waktu pencelupan meskipun pada beberapa spesimen uji kehilangan beratnya semakin banyak. Hal ini disebabkan adanya passivasi yang terjadi pada permukaan spesimen uji. (Abdul Latif, 2012)
Passivasi
Overprotecting
Perbandingan Arus Proteksi Pipa dengan Coating dan Tanpa Coating
Salinitas Pipa Tanpa
Goresan Pipa Tanpa
Coating Kenaikan
3.2% 0.135 mA 1.695 mA 11 x
3.5% 0.155 mA 2.065 mA 12.26 x
3.8% 0.217 mA 2.93 mA 12.5 x
Dari ketiga variasi salinitas, arus proteksi spesimen tanpa
coating nilainya 11-13 kali lipat dari spesimen tanpa goresan
Coating yang diapliaksikan pada pipa menjadi pilihan utama dalam upaya pengendalian korosi
Penggunaan coating memberikan efek yang signifikan dalam memberikan perlindungan baja dari serangan korosi
Kebutuhan arus proteksi untuk pipeline baja karbon rendah (API 5 L Grade B) pada salinitas yang berbeda dapat ditentukan dengan cara membagi rata-rata arus proteksi masing-masing spesimen dengan luas permukaan spesimen yaitu sebesar 0.01884 m2
Tabel 4.3 Kebutuhan Arus Proteksi Pipa API 5 L Grade B pada Salinitas Air Laut yang Berbeda
*hasil arus proteksi di atas dapat dibandingkan dengan kebutuhan arus proteksi baja dalam air laut:
Baja telanjang : 100-110 mA/m2 Baja dengan lapis lindung : 20-30 mA/m2
Analisis Statistika Hasil Pengukuran Arus Proteksi
•untuk meramalkan pengaruh nilai arus proteksi apabila diketahui variabel salinitas dan prosentase goresan
Regresi Berganda
•untuk mengukur kekuatan dan arah hubungan linier dari salinitas dan prosentase goresan
Uji Korelasi Pearson
•untuk mengukur tingkat keeratan hubungan antara variabel salinitas dan prosentase goresan
Uji Korelasi Berganda
•Untuk menunjukkan apakah variabel salinitas dan prosentase goresan yang dipilih mempunyai pengaruh secara bersama-sama terhadap kebutuhan arus
Uji Signifikan Simultan
Tabel 4.3 Data Salinitas, Goresan, dan Arus Proteksi untuk Analisis Statistika
0.032 0 7.18 0.001024 0 51.585 0.22983173 0 0
0.032 189 8.19 0.001024 35721 67.084 0.26209504 1547.998859 6.048
0.032 568 10.52 0.001024 322624 110.760 0.33677557 5977.76637 18.176
0.032 946.7 13.88 0.001024 896240.89 192.645 0.44414868 13139.8612 30.2944
0.032 1880 24.55 0.001024 3534400 602.613 0.78554151 46150.56353 60.16
0.032 5640 36.34 0.001024 31809600 1320.331 1.16276368 204937.0979 180.48
0.032 9440 44.21 0.001024 89113600 1954.146 1.41458314 417302.0249 302.08
0.032 13250 58.04 0.001024 175562500 3369.004 1.85737977 769071.3101 424
0.032 18934.2 89.54 0.001024 358503929.6 8016.766 2.86516462 1695300 605.8944
0.035 0 8.23 0.001225 0 67.682 0.28794193 0 0
0.035 189 9.72 0.001225 35721 94.439 0.34012934 1836.69845 6.615
0.035 568 11.28 0.001225 322624 127.207 0.39475071 6406.240057 19.88
0.035 946.7 15.39 0.001225 896240.89 236.705 0.53848239 14565.17948 33.1345
0.035 1880 39.49 0.001225 3534400 1559.412 1.38212863 74240.05239 65.8
0.035 5640 44.47 0.001225 31809600 1977.563 1.55644284 250809.646 197.4
0.035 9440 60.62 0.001225 89113600 3674.841 2.12171626 572257.1854 330.4
0.035 13250 71.26 0.001225 175562500 5077.603 2.49400556 944159.2462 463.75
0.035 18934.2 109.06 0.001225 358503929.6 11894.500 3.81716682 2065000 662.697
0.038 0 11.46 0.001444 0 131.429 0.4356421 0 0
0.038 189 12.41 0.001444 35721 153.886 0.47139251 2344.557467 7.182
0.038 568 14.25 0.001444 322624 202.999 0.54141501 8092.729558 21.584
0.038 946.7 17.86 0.001444 896240.89 319.084 0.67879076 16910.82137 35.9746
0.038 1880 43.47 0.001444 3534400 1889.321 1.65172017 81716.68198 71.44
0.038 5640 53.34 0.001444 31809600 2845.436 2.02701989 300852.4258 214.32
0.038 9440 64.96 0.001444 89113600 4220.037 2.46854897 613239.5348 358.72
0.038 13250 77.11 0.001444 175562500 5945.820 2.93014756 1021696.19 503.5
0.038 18934.2 154.80 0.001444 358503929.6 23964.444 5.88257228 2931100 719.4996
∑ 0.945 152543.7 1111.618377 0.033237 1979335847 80067.33913 39.3782975 12058653.81 5339.0295
Rata-rata 0.035 5649.766667 41.17
Salinitas (X1)Luas Goresan
(X2)Arus Proteksi (Y) X1
2 X22
Y2 X1Y X2Y X1X2
Persamaan Regresi Berganda
b1 = 363.75 b2 = 0.0051 a = --0.437
*Hasil Perhitungan:
Y = -0.437+ 363.75X1 + 0.0051 X2
Keterangan: X1 = Salinitas X2 = Luas Goresan (mm2)
Uji Korelasi Pearson
Korelasi (r):
Tabel 4.4 Hasil Uji Korelasi Menggunakan Metode Pearson
Tabel 4.5 Interval Kekuatan Korelasi (r)
Hubungan 2 variabel Signifikan jika harga Sig. (2-tailed) < 0.05
Uji Korelasi Berganda
ry1,2 =
Keterangan: ry1.2 : koefisien linier 2 variabel ry1 : koefisien korelasi y dan X1 ry2 : koefisien korelasi variabel y dan X2 r1.2 : koefisien korelasi variabel X1 dan X2
ry1,2 = 0.954
“salinitas dan presentase goresan, secara bersama-sama mempengaruhi arus proteksi sebesar 0.954”
*Kontribusi secara simultan kedua variabel tersebut adalah
(0.954)2x 100% = 91%
Uji Signifikan Simultan
)1/()1(/
2
2
knR
kRF =
Keterangan: R : koefisien korelasi ganda (0,954) k : banyaknya variabel independen (2) n : banyaknya anggota sampel (12)
tabel F; dengan dk pembilang = 2 dan dk penyebut = 24. Didapatkan F= 121,3 > F tabel (4,26) artinya signifikan
Kondisi Awal Spesimen
Gambar 4.31 Kondisi Pipa Awal Sebelum Imersi
Spesimen dalam Salinitas 3.2%
Gambar 4.31 Kondisi Pipa dalam Elektrolit 3.2% NaCl Setelah Imersi Selama 15 hari
Spesimen dalam Salinitas 3.5%
Gambar 4.31 Kondisi Pipa dalam Elektrolit 3.5% NaCl Setelah Imersi Selama 15 hari
Spesimen dalam Salinitas 3.8%
Gambar 4.31 Kondisi Pipa dalam Elektrolit 3.8% NaCl Setelah Imersi Selama 15 hari
V.1 Kesimpulan Dari hasil percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa: 1. Dalam salinitas yang sama, asrus proteksi semakin meningkat seiring meningkatnya luas
goresan. Arus proteksi terbesar terdapat pada pipa dengan luas goresan 18934.2 mm2 sebesar 89.54 mA/m2 dalam salinitas 3.2%, 109.06 mA/m2 dalam salinitas 3.5%, dan 154.8 mA/m2 dalam salinitas 3.8%. Sedangkan arus proteksi terendah pada pipa tanpa lapis lindung sebesar 7.23 mA/m2 dalam salinitas 3.2%, 8.23 mA/m2 dalam salinitas 3.5%, dan 11.46 mA/m2 dalam salinitas 3.8%.
2. Untuk luas goresan yang sama, arus proteksi sistem ICCP semakin meningkat seiring meningkatnya salinitas air laut dari 3.2%, 3.5%, hingga 3.8%.
3. Arus protkesi (Y) dapat ditentukan melalui persamaan regresi ganda dari nilai salinitas (X1) dan luas goresan (X2) dengan persamaan Y = -0.437 + 363.75 X1 + 0.0051 X2 untuk salinitas 3.2% hingga 3.8% dengan X2 dalam satuan mm2
V.2 Saran 1. Menggunakan spesimen berbentuk pelat untuk mengurangi kemungkinan air masuk ke
dalam seperti jika menggunakan pipa. 2. Menggunakan variasi salinitas dengan rentang yang lebih besar untuk mengetahui efek bila
angka salinitas melampaui kelarutan maksimum NaCl dalam air. 3. Menambah jumlah sampel agar bisa dilakukan analisis data dengan distribusi normal
Abdul Latif Murabbi (2012), Pengaruh Konsentrasi Larutan Garam Terhadap Laju Korosi dengan Metode Polarisasi dan Uji kekerasan Serta Uji Tekuk pada Plat Bodi Mobil. Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.
Aditya Fakhri Yahya (2012), Pengaruh Lebar Goresan pada Lapis Lindung Polietilena dan ph Tanah terhadap Proteksi
Katodik Anoda Tumbal pada Baja AISI 1045 di Lingkungan Tanah Rawa. Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
Ambat R., Aung N.N., and Zhou W. Oct.1999. “Studies on the Influence of Chloride ion and pH on the Corrosion and Electrochemical Behaviour of AZ91D Magnesium Alloy”. Journal of Applied Electrochemistry 30 (2000) 865-874
API Specification 5L. Forty Second Edition. 2000. STD API/PETRO Spec 5L-ENGL 2000-0732290 0618044970. ASM Metal Handbook Vol.13 9th ed. Corrosion. ASM International Handbook Committee
A,W,Peabody. 2001. Control of Pipeline Corrosion. Edited by Ronald L Bianchetti. Texas: NACE International the Corrosion Society.
Callister, William. D. Jr,. 2001. Fundamentals of Materials Science and Engineering. Fifth Edition. USA: John Wiley & Sons.Inc
Febrianto.2009. “Analisis Fluktuasi Arus Korosi Saat Hancurnya Lapisan Pasif dan Repasifasi oleh Ion Klorida”. Proceeding
Seminar Nasional ke-15 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir. Surakarta 17 Oktober 2009. Ferg, Michel B, and Kalnins John M. Plastic-Lined Piping for Corrosion Resistance.
Fessler, Raymond R, Ph.D. 2008. Pipeline Corrosion. USA: Michael Baker Jr., Inc.
Fontana, Mars G. 1978. Corrosion Engineering 2nd Edition. Singapore: McGraw-Hill International. Forte, Howard A.1967. “The Effect of Environment on The Corrosion of Metals in Sea Water”. Naval Civil Engineering
Laboratory: Fort Hueneme, California. AD820155
G. Wranglen, B. Sjodin, and B. Wallen. A New test method for graphite anodes in alkali chloride electrolysis. Electrochimica Acca, Vol. 7, pp.577 to 587
Heldtberg M., Macleod I.D., and Richard V.L. 2004. “Corrosion and Cathodic Protection of Iron in Seawater: a Case Stdy of the James Matthews (1841)”. Proceedings of Metal 2004. National Museum of Australia Canberra ACT.
James B. Bushman, P. E. Impressed Current Cathodic Protection System Design. Medina Ohio USA: Bushman & Associates, Inc.
Jones, D.A. 1992. Principles and Prevention of Corrosion. New York: University of Nevada-Maximillan Publishing Company
Kenneth R., Trethewey, BSc., Ph.D, CChem., MRSC, MICorr.ST. 1991. CORROSION, for Students of Science and
Engineering. Alih bahasa Alex Tri Kantjono Widodo. PT. Gramedia Pustaka Utama: Jakarta
Milosev I., and Metikos-Hukovic M. Apr 1998. “Effect of Chloride Concentration Range on The Corrosion Resistance of Cu-xNi Alloys”. Journal of Applied Electrochemistry 29 (1999) 393-402.
Parker, Marshall, E,. Edward, G, Peattie,. 1999. Pipeline Corrosion and Cathodic Protection. Third Edition. USA: Elsevier Science.
Ramachandran V.S. dan J.J. Beaudoin. 2000. Handbook of Analytical Techniques in Concrete Science and
Technology. USA: Elseiver Science
Roberge, Pierre, R,. 2000. Handbook of Corrosion Engineering. USA: The Mc.Graw-Hill Companies Inc. Schweitzer . P.E., Philip A. 1994. Corrosion-Resistant Piping Systems. USA: Marcel Dekker Inc. Shreir, L.L. 1993. Corrosion Vol.2 Corrosion control. Great Britain: Butterworth-Heinemann
Shreir, L.L. 1994. Corrosion Vol.1 3rd edition. Metal/Environment Reactions. Great Britain: Butterworth-Heinemann
Soeren Nyborg Rasmussen.Corrosion Protection of Offshore Structures. Hempel A/S: Denmark Sperling, L H, Willey. 2006. Introduction to Physical Polymer Science. USA: John Willey and Sons, Inc.
TERIMA KASIH
Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS
2013