Analisis Sistem Proteksi Katodik

ANALISIS SISTEM PROTEKSI KATODIK PADA PIPA SALURAN GAS DI BAWAH TANAH Oleh : Junial Heri Proram Studi Teknik Mesin Untag Cirebon Email : [email protected] : [email protected]

ABSTRAK

Pipanisasi adalah sarana transportasi bahan bakar minyak, gas dan air yang sebagian besar materialnya terbuat dari logam. Apabila pipanisasi tersebut tertanan di bawah tanah ( underground pipe) akan pipe)  akan mempunyai masalah antara lain adalah korosi. Korosi pada pipa dalam tanah akan mudah terjadi dibandingkan dalam lingkungan lainnya. Karena pada tanah terdapat beberapa faktor yang yang mempengaruhi korosi logam terutama adalah sifat fisik dan sifat kimia dari tanah. Beberapa faktorpenting tersebut diantaranya adalah : sifat depolarisasi dari tanah, resistivitas tanah, keasaman tanah, petensial redoks dan komposisi-komposisi kimia yang terlarut dalam tanah. Lingkungan tanah dianggap sebagai lingkungan yang korosif terhadap logam, hal ini biasanya dikaitkan dengan nilai resisvitasnya rendah (< 500 Ohm-cm ). Bentuk korosi pada pipa yang dianggap berbahaya adalah bentuk korosi sumuran (pitting corrotion)  corrotion)  yang dapat mengakibatkan kebocoran pada pipa. Untuk mengatasi korosi pipa logam yang tertaman di dalam tanah yang paling efektip adalah dengan menggunakan system proteksi katodik, baik dengan cara Sacrificial Anoda (Anoda Korban) maupun  Impressed Current ( Arus Tanding ) Proteksi katodik adalah suatu metode perlindungan logam terhadap serangan korosi dengan cara mengalirkan arus listrik searah yang berasal dari anoda atau berasal dari rectifier  (penyearah)   (penyearah) yang dipasang dengan maksud memadamkan / mencegah arus listrik yang tadinya mengalir dari pipa logam melalui koduktor ke elektrolit dengan diarahkan kembali kesumbernya. Dalam merancang system proteksi katodik, terlebih dahulu diketahui struktur yang akan di proteksi dan lingkungannya dimana struktur tersebut berada. Ada beberapa dasar perhitungan pada desain system  proteksi katodik yaitu : Luas permukaan yang akan diproteksi, Arus proteksi yang diperlukan, arus yang dihasilkan anoda, berat anoda yang dibutuhkan, jangkauan proteksi anoda. Kata kunci : Proteksi  : Proteksi katodik, lingkungan korosif

 ABSTRACT  Pipeline transportation fuel is oil , gas and water are mostly made of metal material . If the pipeline i s tertanan underground ( underground pipes ) will have problems include corrosion . Corrosion of p ipes in the  ground will readily than in other environments . Because on the ground there are several factors affecting the corrosion of metals is primarily physical properties and chemical properties of the soil . Some faktorpenting include the following: depolarization of soil properties , soil resistivity , soil acidity , are potential redox and chemical compositions are dissolved in t he soil . Soil environment is considered as an environment corrosive to metals , it is usually associated with low resisvitasnya values ( < 500 Ohm - cm ) . Form of corrosion on the pipe is considered dangerous form of pitting corrosion ( pitting corrotion ) which can lead to leaks in the

 pipes . To overcome the corrosion of metal pipes in the ground that tertaman the most effective is to use a cathodic protection system , either by Sacrificial Anode ( Anode Victim ) or Impressed Current ( Flow Slam ) Cathodic protection is a method of protecting metals against corrosion attack by flowing electric current from the anode or from the rectifier ( rectifier ) that is installed with the intention of putting out / prevent electrical current that was flowing from the metal pipe through the electrolyte to the koduktor redirected kesumbernya .  In designing a cathodic protection system , the structure is known in advance to be on the protection and the environment in which the structure is located. There are some basic calculations on the design of the cathodic  protection system : The surface area to be protected , the required protection current , the resulting anode current,anode weight necessary , reach the anode protection . Keywords : Cathodic Protection , corrosive environments

A. Pendahuluan 1. Latar Belakang Pertumbuhan dunia industry di Indonesia dewasa ini berkembang dengan pesatnya, terutama industri yang mempergunakan material logam. Misalnya industri pertambangan Minyak dan Gas Bumi yang sebagian besar peralatannya terbuat dari logam, seperti peralatan proses produksi minyak,  pipa penyalur produksi, peralatan proses kilang dan konstruski lepas pantai. Peralatan yang terbuat dari logam yang dipergunakan secara alamiah akan mengalami kerusakan. Kerusakan tersebut ditimbul akibat factor lingkunagan, misalnya adanya senyawa kimia H 2S, CO2, HCl, KCl, dan CaCl. Senyawa kimia tersebut apabila berada dalam lingkungan tanah,air, air laut dan udara terbuka pada temperature tinggi akan  bereaksi dengan material logam dan terjadilah karat (korosi). Korosi adalah salah satu factor penyebab kerusakan suatu benda atau asset terhadap bahan tertentu. Kerusakan material logam yang diakibatkan oleh lingkungan bukanlah masalah yang asing bagi kita karena sudah lama dikenal dan banyak dijumpai disekitar kita dan mudah dilihat. Yang menjadi masalah apabila pada benda atau asset tersebut terjadi kerusakan dan menimbulkan peledakan yang  berbahaya dan berdampak fatal terhadap makhluk hidup sekitarnya. Prermasalahan korosi material logam makin hari dirasakan sehingga perlu adanya perhatian

khusus, terutama pada material logam yang berada

dalam lingkungan tanah. Proses korosi dalam lingkungan tanah sebenarnya tidak berbeda dengan lingkungan lainnya. Seperti dalam air, air laut dan di udara basah. Akan tetapi proses korosi pada lingkungan tanah akan mudah terjadi dibandingkan  pada lingkungan lainnya, karena tanah terdapat  beberapa factor yang mempengaruhi korosi logam terutama sifat fisik dan sifat kimia dari tanah. Lingkungan tanah selalu dianggap sebagai lingkungan yang korosif terhadap logam, hal ini dikaitkan dengan nilai resistivitasnya yang rendah (< 500 Ohm-cm). Untuk mengontrol dan meminimalkan korosi dalam material logam diperlukan system  perlindungan. Pokok masalahnya adalah  perlindungan pada material logam yang tertanam di dalam tanah. Beberapa metode melindungi logam dari serangan korosi antara lain adalah denga cara mengecat, melapisi, mengisolasi dan dengan metode  proteksi katodik. 2. Batasan Masalah. Berdasarkan dari uraian di atas, maka  penelitian ini memberikan batasan asalah yaitu, membahas system perlindungan korosi pada pipa saluran gas yang tertanam di dalam tanah dengan metode proteksi katodik. 3. Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :

Sebagai bahan pertimbangan bagi peneliti untuk melakukan penyempurnaan system dan prosedur dalam pelaksanaan pengendalian korosi yang efektif. 4. Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah, mengetahui lebih banyak tentang sisten dan prosedur teknik pengendalian korosi dengan metode proteksi katodik . 5. Metodologi Metodologi yang digunakan dalam  penelitian ini adalah dengan metode deskriptif dengan tujuan diperoleh hasil dan kesimpulan yang

 jelas dari analisa yang dilakukan. B. Teori Dasar 1. Pengertian Korosi Dari berbagai literature, korosi didefinisikan dengan berbagai pengertian yaitu, suatu kerusakan material logam karena interaksi dengan lingkungannya, proses kerusakan logam akibat adanya reaksi kimia atau elektrokimia dengan lingkungannya, perubahan penampilan dan sifat yang dialami suatu zat atau bahan dan biasanya logam karena bereaksi dengan lingkungannya. 2. Pengertian Lingkungan kotrosif Pada bagian di atas disebutkan tentang  berbagai lingkungan yang dapat menyebabkan korosi. Dalam penelitian ini mempergunakan lingkungan yang berhungan dengan lingkungan industry minyak dan gas bumi. Lingkungan Udara, dimana di sini mengandung uap air, gas dan lain-lain yang besrsifat korosif terhadap logam, apabila pada temperature yang relaatif tinggi.

dari Anoda (-) ke katoda (+) melalui larutan yang  bersifat elektrolit. Pada anoda terjadi reaksi oksidasi atau  pelepasan electron : +n M M  + ne Anoda adalah bagian dari permukaan yang terkorosi, karena arus listrik meninggalkan logam masuk ke dalam larutan. Pada Katoda terjadi reaksi reduksi atau menangkap electron. M+n + ne

Katoda adalah permukaan logam dimana arus listrik dari larutan masuk ke logam2) Marilah kita lihat korosi logam seng dalam larutanasam klorida, yan reaksinya sebaai berikut: Zn + 2HCl

ZnCl2 + H2 

(1)

Reaksi di atas tampaknya reaksi kimia biasa. Akan tetapi asam chlorida dan seng chlorida larut dalam larutan,sehinga reaksinya adalah sbb : +

Zn + 2H  + 2 Cl

-

++

-

Zn  +2 Cl  + H2 

(2)

Dalam reaksi (2) ini terlihat bahwa ion chloride Tidak ambil bagian dalam proses korosi seng sehingga reaksinya adl sbb Zn + 2H+

Zn++ + H2 

(3)

Dari reaksi (3) kita dapat melihat bahwa dalam korosi terjadi dua jenis reaksi berlansun bersamaan, yaitu reaksi oksidasi dan reaksi reduksi sebagai  berikut: Zn

3.Mekanisme Korosi Elektro Kimia Banyak teorim korosi telah dikemukakan oleh para ahli, tetapi rupanya teori elektrokimia telah diterima, karena teori ini telah dapat menerangkan  peristiwa-peristiwa korosi dan dapat digunakan sebagai landasan teknik penanggulangan korosi. Reaksi elektrokimia didefinisikan sebagai reaksi kimia yang melibatkan perpindahan electron

M

Zn +

2H +2e

++

+ 2e, reaksi oksidasi H2

(4)

,reaksi reduksi

(5) +

Zn + 2H

+

++

Zn H2

Reaksi (4) adalah reaksi oksidasi dari proses terkorosinya logam seng yang terjadi didaerah yang  bersifat anodik atau anoda oleh karena itu biasa

disebut reaksi anodic. Reaksi (5) yan berlansung serempak, adalah reaksi katodik dan terjadi di daerah yang bersifat katodik. 4. Korosi Pipa Baja Dalam Tanah Proses korosi yang terjadi di dalam tanah (termasuk tanah becek atau rawa-rawa) terutama disebabkan terbentuknya “ Differential aeration yaitu timbulnya keadaan dimana cell”, terjadinya perbedaan kosentrasi oksien terlarut dalam lapisan tanah tertentu. Laju penetrasi pada pipa baja dalam tanah relative rendah karena biasanya produk korosi tetap ditempat sehinga kadan menjadi lapisan

 pelindung. Faktor yan mempengaruhi korosi pipa dalam tanah adalah sifat fisik dari tanah. Sedangkan komposisi dalam logam tidak banyak  berpengaruh. Adapun sifat-sifat tersebut antara lain: Sifat depolarisasi dari tanah, resistivitas dari tanah, keasaman tanah dan nilai pH, potensial redoks, komponen terlarut dalam tanah.Pada  proses korosi terjadi aliran listrik melalui sel-sel mikro di permukaan bahan konstruksi logam yang bersangkutan. Oleh sebab itu daya hantar tanah dipenaruhi oleh resisvitas dari tanah tersebu, tahanan tanah sangat berpengaruh. Biasanya sifat konduktivitas tersebut dinyatakan dalam resistivitas. Korosifitas tanah ditinjau dari resistivitas tanah

(  )  

menurut

standart

 National

 Association Of Corrosion Engineers (NACE) sebagai berikut : < 500 Ohm-cm = sangat korosif 500 -1000 Ohm-cm = korosif 1000 -2000 Ohm-cm = korosif sedang 2000-10.0 m-cm = korosif rinan

nilai resistivitasnya rendah ( < 500 ohm cm). Beberapa metoda untuk melindungi loam dari serangan korosi eksternal adalah dengan mengecat, melapisi/isoalsi (coating) dan metode  proteksi katodik. Dari metode-metode tersebut, metode melapisi (coating) dan Metode Proteksi Katodik memegang peranan penting, karena selain merupakan teknik pengendalian korosi terhadap logam dan digunakan secara luas, juga sangat epektif dalam melindungi loam dari serangan eksternal 6. Proteksi Katodik Proteksi Katodik adalah suatu metode

 perlindungan logam terhadap serangan korosi dengan cara mengalirkan arus listrik searah yang  berasal dari material asing yang berupa anoda atau yan berasal dari rectifier (penyearah) yang dipasang. Arus listrik tersebut disupply secara terus menerus dari arah yang berlawanan melalui suatu penghantar konduktor ke logam yang dilindungi, dengan pengertian bahwa proteksi katodik mencegah aliran arus listrik (memadam arus listrik) dari pipa (logam) ke elektrolit dengan jalan mengalirkan arus searah eksternal ke permukaan yang dilindungi. Proteksi katodik sangan epektif dipergunakan pada material logam (pipa) yan tertanam di dalam tanah. Ada dua macam metode Proteksi katodik yaitu, yaitu Metode Anoda Korban (sacrificial Anodes), dan metode Arus Tanding (Impressed current)

> 10.0 10.000 00 Ohm Ohm-cm -cm = tidak tidak koro korosi siff 5. Pengendalian Korosi Yang tertanam di dalam tanah. Seperti diketahui bahwa linkungan tanah, air dan laut dianggap sebagai lingkungan korosif

terhadap logam, hal ini biasanya dikaikan dengan

Gambar 1. Metode Anoda Korban 

Methoda anoda korban , metode ini pada umumnya diunakan pada system proteksi

katodik untuk pipa saluran bawah tanah. Setelah pipa tersebut dilapis (coating) dengan baik misalnya dengan polyethylene. Pada anoda korban harus menggunakan loagam yang kurang mulia dibandingkan dengan struktur yang dilindungi (katoda), lihat pada table galvanic : Tabel1. Seri Galvanik Terhadap elektroda  pembanding CVu/Cu SO4

korban. Perbedaannya hanya terletak pada proses  pemberian arus perlindungan dan memerlukan catu daya (energy listrik) dari luar yang berasal dari rectifier (penyearah) yaitu berpa transformer, battery atau lainnya. C. Perhitungan Dan Analisa 1. Data Spesifikasi Spesifikasi Pipa. Pipa yang digunakan pipa baja dengan  bahan API 5 LX 42 : Diameter : 8 inchi Tebal pipa : 0,322 inci ( 8,2 mm) Panjang Pipa : 34500 m Spesifikasi Lapis Lindung Lapi lindung (coating ) yan diunakan  polyethylene tapes dengan spesifikasi ; Tebal total lapis lindung : 40 mils Konduktivitas spesifik lapis lindung : 500 mho Spesifik Lapis Lindung. Anaoda yang diunakan adalah anoda Alloy Magnesium dengan data-data sbb : Type anoda : Hp 145 MB Dimensi : 152x140x603 mm Berat Anoda tanpa bacfill : 14,5 kg Effesiensi : 50 % Potensial Anoda : 1,7 Volt terhadap elektroda pembanding Ag/Ag Cl atau 1,5 volt terhadap Cu/CuSO 4 Kapasitas arus : 1230 Amper tahun/kg Jangakauan proteksi : 20 tahun (usia  pakai)

Pada Metode ini mernggunakan arus yang dibangkitkan oleh galvanic, yaitu electromotive force (Emf) yang timbul diantara logam. Oleh karena itu metode anoda korban disebut juga dengan istilah anoda galvanik

2.

Gambar2. Metoda Arus Tanding Pada metode arus tsnding (Impressed Current)  Current)  tak jauh berbeda dari metode anoda

Analisa Data Seperti dikethui, bahwa system proteksi katodik terdapat dua macam metode yang diterapkan yaitu Anoda korban dan arus tanding. Pada pembahasan berikut ini akan dianalisa system proteksi katodik dengan metode anoda korban pada jalur pipa gas sepanjang 34,5 km dengan diameter 8 i nci

Luas Permukaan Pipa yan diproteksi (Ap) Dari data diperoleh bahawa pipa yang akan diproteksi adalah pila API 5LX 42 dengan  panjang 34500 m dengan diameter 8 inci ( 0,219m). maka luas pipa yang diproteksi adalah :

Ap = π x 0,2163 m x 34500 m 2

= 23.443,66 m

Kebutahan Arus Proteksi Arus proteksi yang diperlukan untuk luas  pipa yan dilapisi oleh pelapis lindung Polyethlene dikalkulasikan berdasarkan 2 rapat arus sebesar 0,50 mA/m .Sehingga kebutuhan arus proteksi dengan rapat arus 0,50 mA/m2  perluas permukaan pipa adalah

 I  p 

0,50 1000

x 23.433,66  11,72  Amper

Arus yang dihasilkan Anoda : Diketahui bahwa system anoda korban harus mengunakan logam yang kurang mulia (lebih aktif) dari logam yang dilindungi (katoda). Dari data diperoleh bahwa anoda yang dipakai adalah anoda magnesium dengan potensial -1,55 volt dan katodanya adalah besi baja dengan potensial -0,85 volt terhadap eletroda pembanding Cu/CuSo 4 sehingga beda potensial ∆E = 1,55 –  0,85   0,85 = 0,7 volt. Menurut hokum Ohm bahwa ∆E= Ia R a  dan Ia =∆E /R a , dimana ∆E adalah  perbedaan potensial antara anoda dan katoda dan R a adalah tahannan anoda yang di pasang (Ohm). Sedangkan anoda dipasang horizontal dan resivitas jenis tanah adalah 1000 ohm-cm sehingga :

  4 L    Ra1   1  ln 2  L    D  

Dari oerhitunaan di atas dapat disimpulkan  bahwa satu anoda Magnisium ( Mg) type 145 MB dengan ukuran 152 x 140 x 603 mm menghasilkan arus sebesar 0,143 Amper  pada tahanan tanah (  )

  1000 Ohm-Cm (diambil dari tahanan tanah yang korosif).

Arus Proteksi (I p) Yang diperlukan Anoda dipasan setiap 250 m, maka arus yang diperlukan setiap 250 m adalah:

A = π 0,213 x 250 m 2

 A 

170 x0,50 1000

 0,085 A

Dari perhitungan tersebut berarti bahwa harus yang diperlukan oleh setiap 250 m adalah 85 mA dan ini mencukupi kebutuhan karena arus yang dihasilkan anoda Magnesium adala 0,143 Amper (143 mA) Total Berat Anoda Yang Diperlukan Anoda yang dipakai adalah anoda Magnesium type 145 MB yang rekomendasikan jangka waktu pakai 20 tahun dengan kapasitas arus (C a) 1230 Amper tahun/kg. Maka untuk memberikan  proteksi selama 20 tahun diperlukan anoda Magnesium seberat :

W t   W t  

YxI  p x8760 C a

20 x11,72 x8760 11230

 1669,4kg 

Jumlah Anoda Yang diperlukan (Gn) Gn

  

2

= 169,88 m = 170 170 m

 I  P  

11,72 

 I a



0,14

82

  460,3    1  4,9  ln 2 60,3   14  

Menurut data bahwa anoda Magnesium jenis

Ohm Dengan memasukkan nilai tersebut  persamaan Ia =∆E /R a sehingga , Ia = 0,7 /4,9 = 0,143 Amper.

 jumlah anoda maksimum yang dibutuhkan

 Ra1 

1000

145 MB mempunyai berat 14,5 k, maka ke

adalah

Gn 

W t  W a



1669 ,4 14,5

 115 115 buah  b.

Jangkau Proteksi Anoda ∆EA = ∆Ex cosh (X √ R) Dari data diperoleh diameter pipa 0,219 m dan tebal dinding pipa 8,18 mm (0,00818 m)

 R

0,135 

c. 

 Dt   

= 23,987 Ohm/m ( 0,0239766 ohm/km)

G = 1000π Dg = 1000π x 0,219 x 500 = 34411,48 mho g = diukur adalah 500Mho.

Maka √ RG = 90,83954 Sehingga ∆EA = ∆Ex cosh [X (90,83954)] ∆EA  dan ∆Ex  dites menunjukkan -0,5 volt dan -0,4 volt -0,5 = -0,4 cosh ( X 90,83954) Cosh 90,83954 X = 0,5 / 0,4 -1 90,83954 X = cosh  (1,25) Maka : X = 7,6 km Dari perhitungan tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa satu anoda akanmampu memproteksi pipa tersebut sejauh 7,6 km, asalkan harus yang diberikan mencukupi. D. Kesimpulan Berdasarkan data dan analisa perhitungan maka disimpulkan sebaai berikut : a. Sistem proteksi katodik dengan meetode anoda korban yang diterapkan adalah sangat epektif, karena menggunakan anoda Magnesium yaitu logam yang aktif (kurang mulia) dibandingakan dengan struktur yang diproteksi (Logam Baja/katoda) dan nilai potensialnya lebih besar dari

d.

e.

f.

logam yang dilindungi (katoda), dengan beda potensial 0,7 volt Arus proteksi total yang diperlukan untuk memproteksi pipa baja yang dilapisi oleh pelapis lindung Polyethlene dengan menggunakan rapat arus 0,50 mA/m2  dengan luas 2  pipa 23.443,66 m   adalah I p= 11,72 Amper Arus yang dihasilkan oleh satu buah anoda Manesium type 145 MB dengan  berat 14,5 kg dengan ukuran 152 x 140 x 03 mm yang dipasang horizontal  pada tahanan tanah 1000 ohm-cm adalah 0,143 Amper, berari mencukupi kebutuhan arus yang diperlukan lokasi 200 m yaitu sebesar 0,086 Amper. Dalam praktek keluran arus anoda dari suatu jenis ukuran biasanya bervariasi karena tanah tidak homogeny. Bila arus berlebihan dapat dikurangi dengan memasang resistor pada kontak terminal sebaliknya bila ternyata keluaran arus kurang, maka pada suatu lokasi dapat dipasang lebih dari satu anoda, Beitu pula sebaliknya. Total berat anoda yang diperlukan sepanjung jalur pipa adalah W t = 1699,4 kg Jumlah anoda yang dibutuhkan sepanjang jalur pipa adalah jumlah maksimum 115 buah dan minimum 82  buah. Jangkauan proteksi untuk satu buah anoda Magnesium adalah 7,6 km ini  berarti satu buah anoda dengan keluaran arus 0,143 Amper akan mampu memproteksi pipa diameter 8 inci sejauh 7, km.

E. Daftar Pustaka. 1. A, Sulaikman, Pengetahuan Ilmu Korosi, Staf Peneliti LMN-LIPI 2. A. Sulaiman, Korosi Baja dalam tanah,Staf Peneliti LMN-LIPI 3. A.W. Peabody, Control of Pipi Line Corrosion, An Official NACE  Publication, Houston  Publication, Houston Texas 77084 4. Faraz Umar, Pengenalan Ilmu Korosi, PT. Radian Utama Interisco- Pertamina 5. Faraz Umar, Corrosion Control PT. Radiant Utama Departement. 6. Hilman ahmad, Teknik pengendalian korosi dengan Proteksi Katodik, ITB,

Jurusan Teknik Kimia, Desember 1985

.