KOROSI DI HEAT EXCHANGER
A.
Pengertian
B.
Penyebab
Korosi terjadi karena bertemunya 4 elemen yaitu : Anoda, Katoda, Elektrolit dan Konduktor. Masing-masing
elemen
tersebut
memiliki
peran
tersendiri.
Misalnya
:
Anoda sebagai logam yang lebih reaktif akan mendonorkan elektronnya menuju katoda ( donor elektron ini terjadi karena adanya perbedaan potensial antara anoda dan katoda ). Elektron yang lepas dari anoda ini akan berjalan menuju katoda melalui konduktor yang menghubungkan
antara
anoda
dengan
katoda.
Selanjutnya katoda menerima elektron dari anoda untuk selanjutnya bereaksi secara kimia dengan
elektrolit.
Reaksi kimia ini berlangsung dan hasil akhirnya adalah sesuatu yang kita kenal sebagai KARAT.
Jadi korosi akan terjadi jika keempat hal tersebut bertemu. Oleh karena itu, salah satu cara penanggulangan korosi adalah dengan memutus salah satu elemen penyebab korosi tersebut. Misalnya pipa dicoating. Tujuannya T ujuannya adalah ad alah agar pipa tidak terhubung dengan deng an elektrolit ( misal air di tanah ). Korosi dapat terjadi karena proses fisis, kimiawi, maupun biologis. Korosi oleh mikrobiologi merupakan korosi yang disebabkan oleh mikroorganisme, khususnya oleh bakteri, yang disebut juga dengan MIC ( Microbiologically Microbiologically Influenced Corrosion). Corrosion). Korosi jenis ini cukup berbahaya karena dapat terjadi pada kondisi range pH disekitar pH netral, yaitu antara pH 4 sampai 9 dengan suhu lingkungan berkisar antara 10° C hingga 50°C. Korosi jenis ini biasanya terjadi pada tempat-tempat yang terbuat dari logam dengan kondisi konstan/stagnan. Logam-logam yang dapat terkorosi oleh mikrobiologi antara lain baja karbon, stainless karbon, stainless steel , dan logam paduan aluminium-tembaga. Awal kemunculan dari MIC sering kali tidak terduga, korosi berat dari sejumlah logam terjadi pada temperatur lingkungan normal atau larutan encer dimana laju korosi biasanya rendah. Ciri
khas terjadinya MIC adalah adanya endapan yang berlebihan atau terjadi penebalan lapisan (gumpalan) disekitar MIC.
Korosi dipengaruhi oleh mikroba merupakan suatu inisiasi atau aktifitas korosi akibat aktifitas mikroba dan proses korosi. Korosi pertama diindentifikasi hampir 100 jenis dan telah dideskripsikan awal tahun 1934. bagaimanapun korosi yang disebabkan aktifitas mikroba tidak dipandang serius saat degradasi pemakaian sistem industri modern hingga pertengahan tahun1970-an. Ketika pengaruh serangan mikroba semakin tinggi, sebagai contoh tangki air stainless steel dinding dinding dalam terjadi serangan korosi lubang yang luas pada permukaan sehingga para industriawan menyadari serangan tersebut. Sehingga saat itu, korosi jenis ini merupakan salah satu faktor pertimbangan pada instalasi pembangkit industri, industri minyak dan gas, proses kimia, transportasi dan industri kertas ke rtas pulp pulp.. Selama tahun 1980 dan berlanjut hingga awal tahun 2000, fenomena tesebut dimasukkan sebagai bahan perhatian dalam biaya operasi dan pemeriksaan sistem industri. Mikroorganisme yang mempengaruhi korosi antara lain bakteri, jamur, alga dan protozoa. protozoa. Korosi ini bertanggung jawab terhadap degradasi material di lingkungan. Pengaruh inisiasi atau laju korosi di suatu area, mikroorganisme umumnya berhubungan dengan permukaan korosi kemudian menempel pada permukaan logam dalam bentuk lapisan tipis atau biodeposit. Lapisan film tipis atau biofilm. Pembentukan lapisan tipis saat 2 – 4 jam pencelupan sehingga membentuk lapisan ini terlihat hanya bintik-bintik dibandingkan menyeluruh di permukaan.
Adanya
koloni
mikroba
pada
permukaan
logam
dapat
menyebabkan
peningkatan korosi pada logam. Hal ini disebabkan karena mikroba tersebut mampu mendegradasi logam melalui reaksi redoks untuk memperoleh energi bagi keberlangsungan hidupnya. Mikroba yang mampu menyebabkan korosi, antara lain: protozoa, bakteri besi mangan oksida, bakteri reduksi sulfat,
dan
bakteri
Thiobacillus ferroxidans.
oksidasi
sulfur-sulfida.
Thiobacillus
thiooxidans
mikrostruktur galvanized steel berkarat. perbesaran 185 x
Beberapa langkah awal yang dapat dilakukan untuk mencegah kontaminasi zat pada system cooling tower terutama yang disebabkan oleh microorganisma antara lain : 1. Hindari terjadinya air yang tidak tersirkulasi (stagnant water) dalam sistem Cooling tower. 2. Hindari adanya penumpukan sumber-sumber makanan (nutrient growth) yang menyebabkan perkembangbiakan lumut , bakteri dan alga 3. Hindari terhadap feed water dengan mutu yang rendah (poor feed water quality). Jenis-jenis Mikrobiologi Penyebab Korosi
Mikroorganisme hadir pada kondisi aerob, maupun anaerob. Kondisi aerob merupakan kondisi dengan ketersediaan yang melimpah, sebaliknya anaerob merupakan kondisi dengan tanpa adanya oksigen. Berikut adalah tabel jenis bakteri aerobik dan anaerobik penyebab korosi.
[4]
Tabel 1. Bakteri Aerobik Penyebab Korosi Genus atau Spesies
Range
Range
Logam yang Dapat
pH
Suhu
Terkorosi
Aksi Korosif
°C
Mengoksidasi Thiobacillus thiooxidans
0.5-8
10-40
Besi dan baja, paduan
sulfur dan
tembaga
sulfida menjadi H2SO4,
Thiobacillus ferrooxidans
Mengoksidasi 1-7
10-40
Besi dan baja
2+
Fe menjadi 3+
Fe
Mengoksidasi Gallionella
7-10
Besi dan baja, stainless
20-40
steel
2+
2+
Fe dan Mn 3+
menjadi Fe dan 3+
Mn
Mengoksidasi Sphaerotilus
7-10
Besi dan baja, stainless
20-40
steel
2+
2+
Fe dan Mn 3+
menjadi Fe dan 3+
Mn Pseudonomas
4-9
20-40
P. aeruginosa
4-8
20-40
Besi dan baja, stainless
Mereduksi Fe
steel
menjadi Fe
+
2+
Paduan aluminium
...
Logam yang Dapat
Tindakan
Terkorosi
Korosif
[4]
Tabel 2. Bakteri Anaerobik Penyabab Korosi
Genus atau Spesies
Range pH
Range Suhu °C
Memanfaatkan Desulfovibrio desulfuricans
4-8
10-40
Besi dan baja, stainless
hidrogen dalam
steel , aluminium seng,
mereduksi SO4
paduan tembaga
2-
2-
menjadi S dan H2S
Desulfotomaculum
6-8
10-40
Besi dan baja, stainless
Mereduksi SO4
-
nigrificans
dan 45-
steel
-
menjadi S dan
75
H2S Mereduksi SO4
Desulfomonas
...
10-40
Besi dan baja
-
2-
menjadi S dan H2S
Selain bakteri-bakteri pada Tabel 1. dan Tabel 2. terdapat mikroorganisme berupa jamur yang juga dapat berperan menyebabkan MIC, yaitu jamur Cladosporium resinae yang bekerja pada range pH 3-7 dengan temperatur lingkungan 10°C-45°C dan dapat mengkorosi logam paduan aluminium dengan memproduksi asam organik dalam proses metabolismenya.
III. Mekanime Korosi Mikrobiologi
3.1 Mekanisme Korosi Oleh Bakteri Anaerobik pada Besi Bakteri anaerob ini dikenal dengan bakteri pereduksi sulfat (SRB). Dalam metabolismenya, bakteri ini mengeluarkan enzim hidrogenase yang dapat melakukan depolarisasi pada daerah yang sekitar mikroba. Depolarisasi terjadi karena pasokan oksigen ke daerah katoda bereaksi dengan ion hidrogen. Adanya bakteri ini pada besi akan menyebabkan terjadinya reaksi reduksi katodik +
-
2H + 2e 2H H2 yang bertambah cepat reaksinya ketika H yang baru terbentuk bereaksi dengan O yang terbentuk dari reduksi sulfat 2-
2-
SO4 -->S + 4O Sulfida yang terbentuk, baik sulfida terlarut maupun sulfida padat, akan mempercepat proses korosi. 2-
2+
S + Fe --> FeS FeS yang terbentuk merupakan produk korosi. Film FeS dapat menjadi pelindung pada daerah sulfida netral, dimana hidrogenase dapat membantu penghapusan hidrogen pada atau dari dalam film sulfida. Selain FeS produk samping yang dihasilkan adalah Fe (OH)2 2+
-
3 Fe + 6 (OH) --> 3 Fe (OH)2 yang akan membentuk gumpalan kerak besi.
Mekanisme Korosi Oleh Bakteri Aerobik pada Besi Dari sudut pandang korosi, konsumsi oksigen oleh bakteri aerobik dapat mengakibatkan terjadinya satu atau beberapa hal seperti pembentukan lendir, oksidasi sulfida, oksidasi besi, dan terbentuknya asam sebagai hasil metabolisme. Bakteri pengoksidasi sulfida akan menghasilkan asam belerang yang korosif, namun dapat juga menghasilkan lendir. Sedangkan bakteri 2+
pengoksidasi besi akan mengoksidasi ion besi Fe yang mudah terlarut menjadi ion yang sulit 3+
2+
terlarut, ion Fe . Rendahnya aktivitas Fe akan meningkatkan laju reaksi anodik. 2+
-
Fe Fe + 2e
Hasil dari oksidasi ini adalah berubah gumpalan tak terlarut yang terbuat dari oksida ferik hidrat dan ekskresi lendir biologis yang tumbuh pada permukaan besi. Daerah dibawah endapan (gumpalan) hasil oksidasi akan terlindung dan menjadi anoda. Dengan oksigen yang semakin berkurang disekeliling logam tersebut, maka akan terjadi reaksi O2 + 2H2O + 4e 4OH . -
Peningkatan kosentrasi OH pada permukaan akan memicu terbentuknya endapan Fe(OH)3 atau Fe2(CO)3.
3.3 Mekanisme Korosi Oleh Mikroorganisme pada Stainless Steel dan logam lainnya MIC pada stainless steel sering kali terlihat pada logam las-an. Serangan paling besar terjadi pada logam las itu sendiri atau pada heat affected zone (HAZ) di dekat daerah pengelasan. Pada aluminium, korosi dapat terjadi pada air dengan pH netral. Mikroba, misalnya jamur, memproduksi asam yang larut dalam air sebagai fase pengkotaminasi dan menyerang aluminium tersebut. Bakteri Thiobacillus thiooxidans mengkorosi tembaga dan tahan terhadap racunnya hingga konsentrasi 2% tembaga.
IV. Tempat – tempat yang Dapat Terserang Korosi Mikrobiologi
Korosi mikrobiologi berbahaya karena dapat terjadi pada rentang pH asam, basa, bahkan netral. Korosi tersebut dapat terjadi dimana saja dengan kondisi lingkungan yang sesuai dengan kebutuhan perkembangan mikroba penyebab korosi, termasuk pada berbagai jenis industri. Korosi yang terjadi pada peralatan industri perlu dihindari karena dapat mempengaruhi kualitas proses dan dapat menyebabkan kegagalan proses. Berikut adalah tempat-tempat yang biasanya dapat terjadi korosi mikrobiologi pada beberapa jenis industri. [4]
Tabel 3. Industri yang Berpotensi Adanya Korosi Mikrobiologi Jenis Industri
Industri proses – kimia
Pembagkit nuklir Industri minyak dan gas onshore dan offshore Industri dengan jalur pipa bawah tanah Industri water treatment
Lingkup Permasalahan
Tangki stainless steel , jalur pipa dan sambungan, daerah las-an setelah menjalani hydrotest Tangki dan perpiapaan baja karbon dan stainless steel , pipa dan tabung air pendingin Sistem handling minyak dan gas Tanah dekat dengan bahan organik yang membusuk Heat exchanger dan perpipaan
Industri pemeliharaan jalan raya
Pipa gorong-gorong
Industri aviasi
Tangki penyimpanan bahan bakar
Gambar 3. Sedimen lendir korosi yang terbentuk pada permukaan di dalam pipa (I), Produk korosi yang terbentuk pada bagian bawah atap tangki penyimpanan berbahan paduan aluminium selama hydrotest (II), Korosi pada radiator elbow diesel engine cooling system (IIIa), pembungkus thermostat (IIIb), dan radiator housing (IIIc).
[3]
V. Faktor yang Mempengaruhi Terjadinya Korosi Mikrobiologi
Masalah korosi mikrobiologis di dalam suatu sistem lingkungan mempunyai beberapa variabel-variabel yaitu : 1.
Temperatur, umumnya kenaikan suhu dapat meningkatkan laju korosi tergantung karakteristik mikroorganisme yang mempunyai suhu optimum untuk tumbuh yang berlainan.
2. pH, umumnya pH bulk air dapat mempengaruhi metabolisme mikroorganisme. 3.
Kadar Oksigen, banyak bakteri membutuhkan O2 untuk tumbuh, namun pada organisme fakultatif jika O2 berkurang maka dengan cepat bakteri ini mengubah metabolismenya menjadi bakteri anaerob.
VI. Penanggulangan Korosi Mikrobiologi
Pencegahan MIC dapat dilakukan dengan cara melakukan pembersihan permukaan secara mekanis berkala dan perawatan dengan biocides untuk mengontrol populasi bakteri. Biocides
adalah formulasi dari satu atau lebih substansi aktif yang dapat membunuh atau mengendalikan virus, bakteri, ganggang, jamur atau ragi. Selain itu, selama penyimpanan atau setelah dilakukannya hydrotest , air tidak boleh dipertahankan sampai beberapa hari. Untuk menghindari kemungkinan terjadinya MIC, pengurasan total dan pengelapan hingga kering perlu dilakukan.
Korosi oleh air pendingin Korosi oleh air pendingin pada rentang temperatur air biasanya disebabkan oleh gas-gas terlarut (CO2,
O2,
dsb)
dan
garam-garam
terlarut
(sulfat,
NaCl,
bikarbonat,
dll).
Komponen paling berpengaruh pada korosivitas air adalah ion chlorida. Ion chlorida meningkatkan korosi baja dalam air sampai konsentrasi 6000 ppm. Pada konsentrasi lebih pekat, pengaruh chlorida berkurang sebagai akibat berkurangnya kelarutan oksigen dalam larutan garam chlorida.
Kombinasi antara chlorida dengan laju alir akan meningkatkan korosivitas air tidak hanya terhadap baja, tetapi juga terhadap paduan tembaga. Bahan konstruksi yang dianggap paling tahan terhadap air dengan salinitas tinggi dan laju alir normal dalam alat penukar panas (2,4 sampai 3,6 m/s) adalah Cupronikel 90-10 (C70600).
Chlorida juga dapat menyebabkan pitting pada aluminium, baja tahan karat, dan paduan yang mengandung chrom. Chlorida juga dianggap sebagai penyebab korosi retak tegang pada baja tahan karat austenitik. Walaupun baja tahan karat tipe 304 atau 316 tahan terhadap sisi proses, tetapi bila kondisi sisi air mendukung terjadinya pitting atau korosi retak tegang, maka sebagai bahan konstruksi harus dipilih dari baja tahan karat khusus, misalnya : S31254, S31803; atau paduan
Nikel
(N08367,
N08028,
N08320).
Pada umumnya air pendingin mengandung banyak oksigen terlarut karena kontak dengan udara bebas, namun kondisi anaerobik juga dapat terjadi, misalnya pada saat shut down, atau pada permukaan yang tertutup kerak atau endapan. Dalam keadaan seperti di atas, ada kemungkinan terjadi serangan korosi oleh bakteri pereduksi sulfat yang menghasilkan zat-zat korosif terhadap
baja
dan
paduan
tembaga,
seperti
hidrogen
sulfat
dan
sulfur
terlarut.
Bentuk korosi lain yang mungkin terjadi pada sistem air pendingin adalah crevice corrosion, baik pada celah mekanik (sambungan ulir, antar muka flange, sambungan yang diroll) maupun di bawah endapan, film, atau kerak. Korosi celah terutama disebabkan oleh sel konsentrasi oksigen, dengan daerah permukaan yang miskin oksigen berfungsi sebagai anoda dan terkorosi secara intensif.
Kehadiran chlorida akan memperparah keadaan dengan terciptanya mekanisme autokatalitik yang mempercepat korosi celah. Dalam sistem air pendingin sering terbentuk kerak di permukaan penukar panas, sebagai akibat dari turunnya kelarutan kalsium karbonat dan magnesium karbonat dengan kenaikan temperatur.
Korosi oleh air pendingin pada rentang temperatur air biasanya disebabkan oleh gas-gas terlarut (CO2, O2, dsb) dan garam-garam terlarut (sulfat, NaCl, bikarbonat, dll). Komponen paling berpengaruh pada korosivitas air adalah ion chlorida. Ion chlorida meningkatkan korosi baja dalam air sampai konsentrasi 6000 ppm. Pada konsentrasi lebih pekat, pengaruh chlorida berkurang sebagai akibat berkurangnya kelarutan oksigen dalam larutan
garam
chlorida.
Kombinasi antara chlorida dengan laju alir akan meningkatkan korosivitas air tidak hanya terhadap baja, tetapi juga terhadap paduan tembaga. Bahan konstruksi yang dianggap paling tahan terhadap air dengan salinitas tinggi dan laju alir normal dalam alat penukar panas (2,4 sampai
3,6
m/s)
adalah
Cupronikel
90-10
(C70600).
Chlorida juga dapat menyebabkan pitting pada aluminium, baja tahan karat, dan paduan yang mengandung chrom. Chlorida juga dianggap sebagai penyebab korosi retak tegang pada baja tahan karat austenitik. Walaupun baja tahan karat tipe 304 atau 316 tahan terhadap sisi proses, tetapi bila kondisi sisi air mendukung terjadinya pitting atau korosi retak tegang, maka sebagai bahan konstruksi harus dipilih dari baja tahan karat khusus, misalnya : S31254, S31803; atau
paduan
Nikel
(N08367,
N08028,
N08320).
Pada umumnya air pendingin mengandung banyak oksigen terlarut karena kontak dengan udara bebas, namun kondisi anaerobik juga dapat terjadi, misalnya pada saat shut down, atau pada permukaan yang tertutup kerak atau endapan. Dalam keadaan seperti di atas, ada kemungkinan terjadi serangan korosi oleh bakteri pereduksi sulfat yang menghasilkan zat-zat korosif terhadap baja dan paduan tembaga, seperti hidrogen sulfat dan sulfur terlarut.
Bentuk korosi lain yang mungkin terjadi pada sistem air pendingin adalah crevice corrosion, baik pada celah mekanik (sambungan ulir, antar muka flange, sambungan yang diroll) maupun di bawah endapan, film, atau kerak. Korosi celah terutama disebabkan oleh sel konsentrasi oksigen, dengan daerah permukaan yang miskin oksigen berfungsi sebagai anoda dan terkorosi secara
intensif.
Kehadiran chlorida akan memperparah keadaan dengan terciptanya mekanisme autokatalitik yang mempercepat korosi celah. Dalam sistem air pendingin sering terbentuk kerak di permukaan penukar panas, sebagai akibat dari turunnya kelarutan kalsium karbonat dan magnesium
karbonat
dengan
kenaikan
temperatur.
Pengendapan kerak di permukaan alat penukar panas, selain menurunkan efektivitas perpindahan panas, juga dapat mengakibatkan korosi celah dan meningkatkan konsentrasi clorida
karena
Penanggulangan
terabsorpsi
Korosi
oleh
endapan
karena
kapur
Air
tersebut.
Pendingin
Terbentuknya kerak dapat dihindari dengan cara mengendalikan indeks saturasi air (untuk sistem
resirkulasi),
Membuat rancang bangun alat penukar panas sedemikian sehingga temperatur permukaan
penukar panas tidak melampaui temperatur pengendapan kerak.
Air adalah zat/unsur kimia yang sangat dibutuhkan manusia, dalam zaman sekarang air banyak sekali digunakan untuk industri dan pertanian. Air untuk industri umumnya digunakan sebagai pendingin (cooler, condensor, cooling tower), sebagai pemanas (heater), sebagai pembangkit/steam (driver turbin generator/pompa), sebagai evakuasi gas (vacum system) dan sebagai air minum / proses (pelarut, drinking water, jacket water, boiler feed water). Pemilihan cooling water dan cooling system yang sesuai adalah salah satu unsur penting dalam perancangan pabrik. Hal ini dikarenakan sistem pendingin berkaitan langsung dengan efisiensi pabrik, selain itu juga berpengaruh pada biaya capital juga biaya operasional. Secara umum, faktor-faktor yang mempengaruhi pemilihan sistem pendingin antara lain: - Availability dan reliability Ketersediaan dan kesinambungan sistem pendingin merupakan pertimbangan utama. - Operability dan Maintainability Meliputi kemudahan pengoperasian dan pemeliharaan - Biaya investasi Meliputi seluruh biaya yang diperlukan untuk mendirikan fasilitas sistem pendingin - Operating cost Meliputi biaya man power, chemical, electrical dan biaya pemeliharaan - Dampak lingkungan Meliputi konsiderasi pada dampak lingkungan seperti polusi limbah, maupun polusi panas Sebagai islustrasi, bila pada lingkungan industri tersebut potensi air tanah/sungai/danau lebih dominan. Maka pembangunan sistem cooling waternya akan diperolih “ close sistem”, sedangkan untuk sistem pengolahan air proses dipilih “ Teknologi Pertukaran Ion”. Sedangkan bila lingkungan industri tersebut potensi air laut yang lebih dominan. Maka pembangunan sistem cooling waternya akan dipilih “ Once Through System”, sedangkan untuk sistem pengolahan air proses dipilih “ Teknologi Desalinasi/Elektrodialysis/Reverse Osmosis”. Disamping pertimbangan diatas harus dilihat juga kompleksitas dari unit proses yang tersedia, sehingga akan lebih selektif dalam pemilihan material kontruksi, pengurangan biaya chemical control dan penyederhanaan pembangunan sistem waste water treatment. Dari permasalahan sumber air yang tersedia dan kondisi/kompleksitas dari unit proses yang selalu berkembang sesuai keadaan potensi bisnis minyak, diharapkan dari ulasan buku ini akan memberikan informasi tentang pengertian dasar Teknologi Pengolahan Air khususnya cooling water, sehingga akan mampu mengoptimalkan kereaktifitas dan inovasi dalam bekerja pada lingkungan unit yang dihadapi. Ada tiga system cooling water yang biasa digunakan di industri yaitu : 1). Once through
2). Open evaporative recirculating 3). Closed non-evaporative recirculating 1. Once through systems Cooling water digunakan sebagai pendingin pada heat exchanger hanya dilewatkan sekali, selanjutnya langsung dikembalikan lagi ke badan air. Once through systems digunakan bilamana kebutuhan cooling water sangat banyak, ketersediaan sumber air banyak dan murah serta memiliki fasilitas untuk menangani buangan air panas dari cooling water yang sudah digunakan. Keuntungan menggunakan Once through systems : o o
Tidak diperlukan cooling tower Tidak diperlukan pengolan / treatment pendahuluan
Kerugian menggunakan Once through systems : o o o o
Korosi Fouling Sampah dan kotoran Polusi / pencemaran temperatur di badan air
Diagram sederhana :
2. Open evaporative recirculating systems Air tawar yang berasal dari sungai atau danau dipompakan sebagai make-up cooling tower setelah sebelumnya dilakukan treatment (sedimentasi dan koagulasi) terlebih dahulu. Air tersebut digunakan untuk mendinginkan proses-proses di dalam pabrik. Air pendingin yang telah panas kemudian didinginkan di cooling tower untuk kemudian disirkulasikan kembali ke dalam pabrik. Untuk menjaga kualitas air, misalnya agar tidak terdapat algae/bacteria dan pengendapan (scaling), maka perlu diinjeksikan beberapa jenis chemicals tertentu. Kualitas air juga dijaga melalui mekanisme make-up dan blowdown. Sistem ini banyak digunakan oleh pabrik yang berada dekat dengan sumber air tawar atau jauh dari laut. Spesifikasi material untuk peralatan yang menggunakan air tawar tidak perlu sebagus peralatan yang menggunakan air laut, karena air tawar lebih tidak korosif dibandingkan dengan air laut.
Cooling water teruapkan sekitar 1% water. Kehilangan air akibat penguapan ini harus dikompensasi oleh make up cooling water. Keungtungan menggunakan Open evaporative recirculating systems :
o o
Jumlah kebutuhan air medikit (make up); Memungkinkan untuk mengontrol korosi
Kerugian menggunakan Open evaporative recirculating systems : Investasi (capital cost) lebih tinggi daripada once through; Memerlukan cooling tower yang cukup besar; o System purge dan blowdown kemungkinan dapat mengakibatkan o pencemaran lingkungan o
Diagram sederhana :
3. Closed nonevaporative recirculating systems Air tawar pendingin digunakan untuk mendinginkan proses-proses didalam pabrik. Air tawar pendingin yang telah panas didinginkan kembali di suatu “ secondary cooler ” (biasanya plate heat exchanger) untuk selanjutnya disirkulasikan kembali secara tertutup kedalam pabrik. Air laut dipakai untuk mendinginkan “secondary cooler ” dengan cara hanya sekali pakai ( once through), sumber air berasal dari laut kemudian dibuang lagi ke laut.
Cooling water didinginkan pada secondary heat exchanger. Tidak ada loss akibat penguapan juga tidak ada make up. Keungtungan menggunakan Closed nonevaporative recirculating systems : o o
Cooling water return relatif bersih Temperatur cooling water memungkinkan lebih tinggi dari 100 oC
Kerugian menggunakan Closed nonevaporative recirculating systems : o o
Investasi / capital cost sangat tinggi Dibatasi oleh equipment secondary heat exchanger
Diagram sederhana :
Pengendapan kerak di permukaan alat penukar panas, selain menurunkan efektivitas perpindahan panas, juga dapat mengakibatkan korosi celah dan meningkatkan konsentrasi clorida karena terabsorpsi oleh endapan kapur tersebut. alam ilmu perpindahan kalor fouling adalah Pembentukan lapisan deposit pada permukaan perpindahan panas dari bahan atau senyawa yang tidak diinginkan. Bahan atau senyawa itu berupa kristal, sedimen, senyawa biologi, produk reaksi kimia, ataupun korosi. Pembentukan lapisan deposit ini akan terus berkembang selama alat penukar kalor dioperasikan. Akumulasi deposit pada permukaan alat penukar kalor menimbulkan kenaikan pressure drop dan menurunkan efisiensi perpindahan panas. Untuk menghindari penurunan performance alat penukar kalor yang terus berlanjut dan terjadinya unpredictable cleaning, maka diperlukan suatu informasi yang jelas tentang tingkat pengotoran untuk menentukan jadwal pembersihan (cleaning schedule). Lapisan fouling dapat berasal dari partikel-partikel atau senyawa lainnya yang terangkut oleh aliran fluida. Pertumbuhan lapisan tersebut dapat meningkat apabila permukaan deposit yang terbentuk mempunyai sifat adhesif yang cukup kuat. Gradien temperatur yang cukup besar antara aliran dengan permukaan dapat juga meningkatkan kecepatan pertumbuhan deposit. Pada umumnya proses pembentukan lapisan fouling merupakan phenomena yang sangat kompleks sehingga sukar sekali dianalisa secara analitik. Mekanisme pembentukannya sangat beragam, dan metode-metode pendekatannya juga berbeda-beda. Proses Pembentukkan
Berdasarkan proses terbentuknya endapan atau kotoran, faktor pengotoran dibagi 5 jenis, yaitu : 1.
Pengotoran akibat pengendapan zat padat dalam larutan (precipitation fouling).
Pengotoran ini biasanya terjadi pada fluida yang mengandung garam-garam yang terendapkan pada suhu tinggi, seperti garam kalsium sulfat, dll.
2.
Pengotoran akibat pengendapan partikel padat dalam fluida (particulate fouling).
Pengotoran ini terjadi akibat pengumpulan partikel-partikel padat yang terbawa oleh fluida di atas permukaan perpindahan panas, seperti debu, pasir, dll. 3.
Pengotoran akibat reaksi kimia (chemical reaction fouling).
Pengotoran terjadi akibat reaksi kimia di dalam fluida, di atas permukaan perpindahan panas, dimana material bahan permukaan perpindahan panas tidak ikut bereaksi, seperti adanya reaksi polimerisasi, dll. 4.
Pengotoran akibat korosi (corrosion fouling).
Pengotoran terjadi akibat reaksi kimia antara fluida kerja dengan material bahan permukaan perpindahan panas. 5.
Pengotoran akibat aktifitas biologi (biological fouling).
Pengotoran ini berhubungan dengan akitifitas organisme biologi yang terdapat atau terbawa dalam aliran fluida seperti lumut, jamur, dll. Akibat pembentukan fouling tersebut, maka kemampuan alat penukar kalor akan mengalami penurunan. Dalam beberapa kasus, pembersihan lapisan fouling dilakukan secara kimia dan mekanis. Salah satu cara mekanis yang umum dilakukan adalah dengan metode on-line cleaning dengan menggunakan bola taprogge
Mekanisme terjadinya fouling
Pada umumnya mekanisme terjadinya fouling, pembentukan dan pertumbuhan deposit, terdiri dari : a. Initiation, pada periode kristis dimana temperatur, konsentrasi dan gradien kecepatan, zona deplesi oksigen dan kristal terbentuk dalam waktu yang singkat. b.
c.
Transport partikel ke permukaan secara mekanik = imfaction secara turbulen = difusion Thermophoresis dan Electrophoresis Adhesi dan Kohesi pada permukaan.
d. Migration, berupa perpindahan foulant (bahan atau senyawa penyebab fouling) menuju ke permukaan, dan berbagai mekanisme perpindahan difusi.
e.
Attchment, Awal dari terbentuknya lapisan deposit.
f. Transformation or Aging, periode kristis dimana perubahan fisik ataupun struktur kimia/kristal dapat meningkatkan kekuatan dan ketahanan lapisan deposit. g. Removal or Re-entrainment, perpindahan lapisan fouling dengan cara pemutusan, erosi atau spalling. Kecepatan aliran dan temperatur fluida (atau beda temperatur) dapat menjadi variabel signifikan terjadinya fouling. Peningkatan kecepatan menyebabkan transfer massa spesies fouling dapat meningkat, seiring dengan terbentuknya deposit pada permukaan perpindahan kalor. Secara terus menerus, shear force pada fluida/permukaan perpindahan kalor meningkat, melalui mekanisme removal deposit. Temperatur yang digunakan pada alat penukar kalor dapat mempengaruhi besarnya luasan fouling pada permukaan perpindahan kalor. Kondisi terjadinya fouling
Kondisi yang mempengaruhi terjadinya fouling yaitu : 1. Parameter operasi alat penukar kalor, yaitu: velocity, surface tempareture, dan fluids temperature. 2. Parameter alat penukar kalor, yaitu: Konfigurasi alat penukar kalor, permukaan material, dan struktur permukaan. 3. Fluids properties, yaitu : Suspended solid, Dissolved solid, Dissolved gases, dan Trace element. Deposit partikel pada permukaan perpindahan kalor banyak dijumpai pada aliran gas-partikel dengan temperatur tinggi. Proses terjadinya fouling ini dapat ditemukan di power plant system seperti di economizer, superheater, peralatan penukar kalor pipa air pendingin, dan beberapa proses di industri kimia. Salah satu contoh adalah fenomena fouling pada boiler. Partikel yang dikenal dengan fly ash (abu terbang) berasal dari sisa hasil pembakaran batubara di boiler. Fly ash ini tersuspensi dalam aliran gas yang kemudian akan masuk ke peralatan penukar kalor. Aliran gas-fly ash ini akan membentuk lapisan deposit/fouling pada dinding luar tube. Tiga modus utama ash transport dalam pembentukan lapisan deposit yaitu: 1. Inertial and eddy impaction, modus ash transport ini dapat membentuk tipe fouling deposit jenis Upstream dan downstream. 2. Vapor-phase and small-particle diffusion, modus ash transport ini dapat membentuk tipe deposit jenis Inner Layer. 3. Thermophoresis/Electrophoresis, modus ash transport ini dapat membentuk tipe deposit jenis Inner Layer.
Lapisan deposit paling tebal terdapat pada bagian depan tube (upstream) atau pada sudut 0o. Jumlah deposit partikel yang jatuh (removed) semakin besar dengan semakin besarnya sudut sampai pada sudut 90o. Untuk sudut mendekati nol, kecepatan aliran adalah minimal, sehingga daya lepas deposit partikel (detaching force) karena aerodynamic force dapat diabaikan (Anatoli D. Zimon). Untuk sudut mendekati 90o, boleh dibilang hampir semua deposit partikel jatuh, hal ini disebabkan oleh impact dari pergerakan partikel. Sebaliknya ketika aliran melalui sisi bagian atas tube, detaching force meningkat sesuai dengan kecepatan aliran, dimana pada sisi ini kecepatan aliran adalah maksimum. Setelah deposit mencapai kondisi jenuh pada waktu tertentu, sejumlah deposit pada bagian depan (upstream) terjatuh, namun tidak semua bagian dari deposit itu terjatuh. Setelah itu terbentuk lagi deposit, kemudian setelah mencapai kondisi jenuh, terjatuh lagi. Fenomena ini terus berulangulang, dan keadaan akhir distribusi ketebalan deposit.
Penanggulangan
Korosi
karena
Air
Pendingin
Terbentuknya kerak dapat dihindari dengan cara mengendalikan indeks saturasi air (untuk sistem
resirkulasi),
Membuat rancang bangun alat penukar panas sedemikian sehingga temperatur permukaan
penukar panas tidak melampaui temperatur pengendapan kerak.
BAHAN KIMIA YANG MENYEBABKAN TERJADINYA KOROSI.
Karat dan korosi akibat reaksi kimia Korosi yang terjadi pada Cooling tower umumnya disebabkan beberapa factor antara lain :
1. 2. 3. 4.
Tingginya kandungan oksigen dalam air PH air yang tidak terkontrol Tingginya kandungan ion OH- dalam air (Alkaline embrittlement) Akibat samping dari timbulnya deposit dan kerak
Proses karat dan korosi harus ditekan seminimal mungkin yang bertujuan untuk menekan tingkat kerusakan cooling tower terutama pada jaringan pipa sekaligus untuk meningkatkan waktu hidup (life cycle). Kegagalan ini diakibatkan oleh pengaruh chemical complex antara material heat Exchanger dan fluida yang bersirkulasi didalamnya. Ada 7 (tujuh) type kegagalan dari Chemically induced corrosion yaitu:
General corrosion
Kegagalan tipe jenis ini mempunyai karakteristik yang relatif sama menyerang permukaan tube, tube sheet, shell dan tidak ada tanda-tanda bahwa akan ada serangan korosi. PH dibawah 7 yang dikombinasikan dengan CO2 atau O2 akan menyerang Copper. Warna biru atau hijau kebiru-biruan pada permukaan tube menunjukkan hasil serangan CO2 pada permukaan dalam dari Copper tube. Berbagai macam bahan kimia seperti asam juga menimbulkan serangan pada metal. Pemilihan material yang tahan terhadap serangan korosi dan lingkungan yang banyak mengandung bahan kimia harus benar-benar dilakukan untuk memaksimalkan umur dari heat exchanger.
Fitting corrosion
Local pitting sering terjadi pada ferrous dan nonferrous metal yang terjadi akibat perbedaan potensial dari electrochemical serta perbedaan konsentrasi oksigen Oksigen akan memaksa membuat lubang (anoda) dan permukaan benda kerja sebagai Katoda. Yang menghasil lubang kecil( pitting).
Stress corrosion
Bentuk korosi ini serangannya terjadi pada area batas butir. Tube heat exchanger biasanya mempunyai residual stress, dimana residual stress. Stress sudah terbentuk sejak pembuatan tube maupun pada saat fabrikasi, membentuk U-Tube, atau pada saat expanding tube ke tube-sheet. Kegagalan korosi jenis ini mengambil bentuk "fine crack'; yang mengikuti garis stress dan batas batas butir material.
Corrodent yang menyebabkan stress corrosion pada stainlees steel adalah ion Chloride, yang selalu ada pada setiap bahan campuran dengan chlorine. Phenomena stress corrosion akibat chloride ini frekwensi kejadiannya akan bertambah dengan naiknya temperatur dan konsentrasi ion chloride.
Corrodent yang menyebabkan stress corrosion cracking pada copper atau tube copper alloy adalah AMONIA. Konsentrasi Amonia yang sangat kecil (< d ari 1 ppm). Amonia menyebabkan problem stress cracking, terutama pada bagian dalam U-bend tube heat exchanger. Copper nickle alloys mempunyai ketahanan yang baik terhadap stress corrosion cracking dan dapat digunakan pada konsentrasi amonia yang rendah .
Dezincification
Problem ini terjadi pada Copper Zinc Alloys yang mengandung kurang dari 85% Copper ketika kontak dengan air yang mengandung oksigen dan CO2 yang tinggi, atau larutan yang diam. De-zincification cenderung terjadi pada saat percepatan kenaikan temperature atau PH turun sampai di bawah 7. Dezincification menimbulkan porous pada permukaan metal yang mana bahan kimia Zinc terbuang dari alloy. Sisa Copper timbul seperti bunga karang. Dezincification dapat dicegah dengan menggunakan Brass dengan kandungan zinc rendah atau brass mengandung timah atau arsenic untuk mencegah terjadinya reaksi kimia atau dengan melakukan kontrol terhadap pengaruh lingkungan caustik.
Galvanic corrosion
Type korosi ini terjadi ketika material yang tidak sejenis digabungkan sehingga menimbulkan arus elektrolyte, seperti air asam (acidic water). Galvanic corrosion biasanya terjadi pada reaksi kecepatan tinggi pada logam yang kurang mulia. Sebagai contoh : jika Cell Galvanic mengubah copper dan steel dibenamkan dalam larutan asal sulfur, maka steel yang kurang mulia akan terkorosi dengan cepat dan copper yang kurang mulia tidak terserang. Chart dari Galvanic menunjukkan perbedaan relatif potensial yang menyokong terjadinya korosi ini. Material yang digolongkan dalam satu group mempunyai tendensi yang relatip lebih kecil untuk menimbulkan adanya galvanic corrosion. Jika dua buah metal yang berbeda group
digabungkan dalam suatu elektrolyte akan menghasilkan korosi yang hebat pada metal yang kurang mulia.
Crevice corrosion
Type dari korosi ini terjadi pada celah antara material, seperti antara baffle dan tube atau dibawah kerak atau kotoran. Korosi ini akan berkembang secara lokal dan memunculkan korosi pada metal berupa pitting (lubang).
Condensate grooving.
Problema ini terjadi pada heat exchanger dengan kondisi bagian luar tube steam dan air pada tube, khususnya pada daerah U-Bend tube. Kejadiannya dapat dikenal dengan adanya groove (alur) yang tidak teratur, korosi jenis ini biasanya berkembang dalam area yang basah yang disebabkan perbedaan potensial listrik antara daerah yang kering dan basah. Mengontrol PH condensate dan membuang gas-gas dengan membersihkan permukaan luar tube dari oli, akan mencegah basahnya tube secara seragam, biasanya akan mengurangi perbedaan potensial yang ada.
Kombinasi mekanikal dan bahan kimia penyebab terjadinya korosi.
Kegagalan heat Exchanger dalam banyak contoh bukan hanya disebabkan oleh satu kasus saja, tetapi kombinasi dari beberapa kondisi.
Contoh :
Serangan pitting, galvanic dan crevice corrosion dapat terjadi bersamasama pada satu lokasi atau lebih. Sangat sering terjadi kombinasi problem antara mechanical dan korosi akan mengakibatkan semakin cepatnya kegagalan yang terjadi dari pada sendiri-sendiri.
Ada 2 (dua) type kombinasi yang umum terjadi antara mechanical dan korosi yaitu : Erosion Corrosion dan Corrosion Fatique.
a). Erosion Corrosion
Setiap korosi akan dipercepat terjadi apabila lapisan film terbuang/terlepas oleh kecepatan yang berlebih, larutan yang kasar atau terjadinya vibrasi . Erosion-Corrosion biasanya terjadi pada daerah inlet tube, di bawah inlet nozzle pada shell pada titik kontak antara baffle dengan tube dan bagian dalam area U-Bend tube, khususnya pada ikatan U-bend.
b). Corrosion - Fatique
Kombinasi kedua model kegagalan ini, ditekankan pada fatique yang dihasilkan oleh karena adanya beban berlebih, seperti vibrasi dari mesin, expansion atau contraction yang disebabkan oleh siklus temperature atau water hammer ringan dan dilingkungan yang hanya mungkin terjadi korosi. Bagaimanapun dalam corrosion - fatique Cyclic stressed merapuhkan area yang sudah tidak terproteksi dan membuatnya mudah terkena serangan, kejadian ini membuka kesempatan terjadinya percepatan korosi.
C.
Mekanisme Serangan Korosi
D.
Contoh + Gambar
E.
Kemungkinan Pengendalian
Tempat yang biasanya mengalami korosi di shell, channel dan shell cover (Pemeriksaan Bagian Dalam)
1.
Bagian bawah dari shell.
Bila kondisi operasi sedemikian rupa sehingga meninggalkan endapan atau deposit, endapan ini akan tertahan dan tertinggal dibagian bawah dari shell.
Bila deposit ini mengandung zat yang bersifat korosi, akan terdapat korosi disepanjang bagian bawah dari shell.
2.
Channel tempat air keluar
Untuk servis air sungai ataupun air laut korosi yang terhebat terdapat ditempat yang terpanas. Bila air mengalir didalam tube, tempat yang tertinggi suhunya adalah dichannel tempat air keluar. Channel ini harus diperiksa dengan seksama.
Heat Exchanger atau cooler yang menggunakan air laut sebagai air pendingin, channel dan shell covernya diberi protective coating yang sesuai atau dicladding dengan metallic lining untuk melindungi carbon steel dari serangan air laut.
3.
Tempat yang tajam dan sambungan las.
Retak kadang-kadang terjadi ditempat yang tajam atau didekat sambungan las terutama bila ada tegangan yang tinggi. Tempat yang mengalami tegangan tinggi misalnya pada nozzle atau flange dari shell. Tempat ini supaya diperiksa dengan seksama.
4.
Shell didekat impingement plate dan baffle plate sering mengalami erosi bila kecepatan
fluidanya tinggi.
Kemungkinan Pengendalian
II. PENTINGNYA INTERNAL TREATMENT UNTUK COOLING TOWER Untuk menjamin keberhasilan proses pendinginan udara dan menghindari pertumbuhan bakteri dan alga pada sistem cooling tower maka perlu Adanya langkah internal treatment yang bertujuan untuk mempertahankan dan meningkatkan efisiensi pertukaran panas dan mencegah kerusakan pada instalasi sistem cooling tower. Pengolahan internal treatment cooling tower bertujuan untuk menekan jumlah zat-zat yang dapat menyebabkan terbentuknya kerak, korosi , fouling dan perkembangan lumut dan bakteri dalam air yang masuk ke dalam sistem cooling tower seperti Padatan terlarut (Dissolved Solid), silika, besi, dan Garam- garam anorganik .
III. INTERNAL TREATMENT COOLING TOWER MENGGUNAKAN SENYAWA KIMIA Pengerjaan kimia adalah langkah yang paling efektif untuk mencegah proses korosi, pengerakan dan pertumbuhan microorganisma pada instalasi cooling tower, Namun jumlah pemakaian dan komposisi senyawa yang dipergunakan harus selalu diperhatikan untuk mencegah inefisiensi pemakaian obat ,juga agar tidak menimbulkan interferensi diantara senyawa-senyawa yang dipergunakan dalam internal water treatment tersebut.
IV. KELEMAHAN INTERNAL TREATMENT BERBASIS PHOSFATE Pemakaian senyawa berbasis phosfate sebagai internal cooling water treatment mempunyai beberapa kelemahan utama antara lain : 1. Terbentuknya Lumpur yang cukup banyak sebagai efek samping yang dihasilkan. 2. Senyawa ini akan memicu terbentuknya endapan kerak Calsium pospat sebagai hasil reaksi ion Ca dengan senyawa orthophosfate, atau Calsium pospat yang terkandung dalam air.
