PENGUJIAN INSULATING JOINT (Bagian 2)

PENGUJIAN INSULATING JOINT (Bagian 2)

PENGUJIAN INSULATING JOINT (Bagian 2)

Bagian 2 ini mencoba untuk menjelaskan 8 jenis pengetesan kualitas Insulating Joint lanjutan bagian 1 sebagai berikut :

  1. Leakage Current Test
  2. Dielectric Strenght Test
  3. Painting/Coating DFT Check
  4. Visual dan dimensional Check
  5. Leak Test (with Helium)
  6. Manufacture Document
  7. Impact Test
  8. Manufacture Certificate

1. Leakage Current Test

Leakage Current test adalah salah satu tes yang penting pada sebuah peralatan elektrik terutama pada peralatan-peralatan medis perlu dilakukan pengujian kebocoran arus secara berkala untuk keselamatan pasien. Test kebocoran arus ini berfungsi untuk memberikan jaminan keamanan terhadap manusia dari adanya resiko electrical shock/kesetrum.

Jika seseorang menyentuh sebuah peralatan yang menghantarkan arus maka arus listrik akan mengalir didalam tubuh orang tersebut. Jika arus yang mengalir tidak lebih dari 0.5 mA maka orang tersebut tidak menyadari adanya alran listrik dalam tubuhnya, namun jika arus yang mengalir lebih dari 0.5 mA maka orang tersebut dapat merasakan kejutan-kejutan kecil atau mengalami electrical shock /kesetrum. NACE RP 0177 memberikan rincian sebagai berikut :

Gambar 1. Tabel Pengaruh arus AC terhadap manusia

Perusahaan Gas Negara  melakukan pengujian kebocoran arus dengan mengalirkan tegangan 5000 V AC 50 hz selama satu menit dan maksimum kebocoran arus yang diizinkan adalah sebesar 5 mA.

Petronas Standard mensyaratkan pegujian dengan mengalirkan tegangan 2500 V AC (50-60 Hz) selama satu menit tanpa adanya kebocoran arus listrik.

2. Dielectric Strenght Test

Dielectric Strenght Test adalah sebuah pengujian untuk mengetahui kekuatan suatu material untuk menjadi sebuah isolator. Kekuatan Dielectric didefinisikan sebagai besarnya voltase maksimum yang dibutuhkan untuk menembus sebuah isolator dan didefinisikan dalam satuan Volt per unit ketebalan. Semakin besar nilai dielectricalnya maka semakin bagus sebuah isolator. Sebuah Insulating Joint harus mempunyai ketahanan dielectric minimal 2,5 KV/mm sesuai dengan ASTM D149.

Sesuai dengan ASTM D149 maka terdapat 3 prosedure pengetesan kekuatan dielectric yaitu :

  1. Short Time Method
  2. Slow rate of rise method
  3. Step by step method

Ketiga prosedur ini mempunyai tahap persiapan yang sama, salah satunya adalah sampel diletakkan diantara dua electrode dengan media udara atau oil.

Short time method adalah metode test yang paling umum dimana sampel mulai dialiri tegangan dari 0 dan naik secara  bertahap hingga ketahanan dielectricnya rusak yang ditandai dengan sampel mulai terbakar atau mulai terdekomposisi.

Slow rate of rise method dimulai dari 50  % breakdown voltage yang didapat dari short time test, dan kemudian naik perlahan secara bertahap.

Step by step method dimulai dari 50 % breakdown vltage yang didapat dari short time test, kemudian naik secara bertahap dengan jeda waktu tertentu hingga rusak. Test biasanya dilakukan dalam minyak untuk menghindari loncatan busur listrik dari elektroda ke grounding.

3. Painting/Coating DFT Check

Painting/Coating Dry Film Thickness (DFT) check adalah pengukuran ketebalan cat/coating setelah kering dalam satuan mils (0.001 inch) atau micrometer. Untuk pelaksanaan DFT mengacu pada The Society for Protective Coatings Paint Application Standard No. 2 (SSPC PA-2)

SSPC PA2 merekomendasikan 2 jenis gage untuk melakukan DFT yaitu :

1.      1. magnetic pull off gages 

 

Gambar 1. Magnetic Pull

Produk ini sudah digunakan sejak tahun 1950 dengan cara kerja magnet permanent dikontakkan dengan permukaan yang akan diukur. Gaya yang timbul untuk menarik magnet menempel ke permukaan logam diukur dan dikonversi menjadi ketebalan coating. Saat ini penggunaan gage tersebut sudah mulai menurun namun tetap banyak beredar dipasaran.

2. Electronic Gages1

Gambar 2. Electronic Gages

Tipe ini menggunakan sinyal electronic yang diubah menjadi nilai ketebalan coating dalam bentuk display monitor. Tipe ini banyak disukai orang karena lebih mudah, cepat dan akurat.

4. Visual dan Dimensional Check

Pengecekan secara langsung dimana bentuk insulating joint harus sesuai dengan dokumen teknis yang disertakan dan memenuhi keinginan pembeli. Secara detail mengenai dimensi dan visual dari insulating joint. Setidaknya harus memenuhi syarat sebagai berikut :

  1. Terbuat dari pipa seamless
  2. Welded End
  3. Diameter tengah harus sama dengan diameter pinggir
  4. Panjang insulating joint minimum 1,5 x diameter pipa
  5. Mempunyai Grounding lug
  6. Insulating surface ring terbuat dari laminated epoxy resin terpasang rapat
  7. Sealing gasket terbuat dari fluorinated elastomer dan terpasang rapat
  8. Tebal minimum material insulating 20 mm
  9. Tampilan dan bentuk insulating joint halus dan rapi.

Persyaratan 6,7 dan 8 ini diketahui dengan jalan membelah insulating joint menjadi dua hingga diketahui bentuk material insulating, gasket dan system penyambungan antara kedua pup piece.

5.Leak Test (With Helium)

Metode pengetesan menggunakan gas helium untuk mengidentifikasi lokasi kebocoran dan jumlah gas yang keluar. Pengetesan menggunakan helium ini jauh lebih akurat dibandingkan dengan hydrostatic test namun harus  mengunakan alat khusus dalam sebuah bejana/chamber dan menggunakan helium leak detector. Pengetesan ini harus benar-benar dilakukan dalam kondisi benar-benar kering, bebas air, minyak maupun komponen pengotor lain, karena dapat mempengaruhi pengetesan. Perusahaan GAs Negara mensyaratkan Tes kebocoran dengan menggunakan gas helium pada tekanan 5 barg. dan dilakukan setelah uji hidrostatik.

Gambar 3. Helium Leak Test

6. Manufacture Document

Perusahaan pembuat insulating joint harus menyediakan dokumen-dokumen setidaknya sebagai berikut :

  1. Sertifikat insulating Joint
  2. Gambar detail Insulating Joint
  3. Sertifikat material
  4. Sertifikat pengujian
  5. Sertifikat jaminan keaslian
  6. Surat Garansi
  7. Informasi mengenai insulating joint yang tertempel dan tidak bisa hilang dengan informasi sebagai berikut :
  8. nama atau nomor tag dari insulating joint,
  9. Manufaktur,
  10. kecocokan (inch) nominal diameter pipeline yang akan dikoneksikan,
  11. tebal ujung dari insulating joint (mm),
  12. material,
  13. tekanan desain,
  14. ANSI class rating,
  15. tahun pembuatan,
  16. nomor order,
  17. berat, dan
  18. informasi lain apabila dibutuhkan.

7. Impact Test

Insulating Joint harus dilakukan pengetesan terhadap beban luar yang kemungkinan akan terjadi seperti pengujian bending, tarik, tekan, geser, punter serta beban cyclic yang mungkin terjadi.

8. Manufacture Certificate

Perusahaan Gas Negara menyatakan bahwa manufaktur harus memiliki sertifikat ISO yangsesuai dengan ISO 9001 edisi terkini dan manajemen kualitas terdokumentasi yangmendefinisikan spesifikasi produk, prosesmanufaktur dan prosedur jaminan kualitasuntuk memastikan kesesuaiannya dengan persyaratan perusahaan dan peraturan yang berlaku.

 

Referensi :

  1. Final Report “Failure Analysis 4 Insulating Joint ”, PT Rekayasa Solverindo, 2014
  2. NACE Standard RP-0286 “Electrical Isolation of Cathodically Protected pipelines, 2002
  3. ISO 15589-1 “Petroleum and Natural Gas Industries – Cathodic Protection of pipelines- Transportation system”, 2003
  4. ASME B.3.1.1-2007 “Power Piping” ,2007
  5. Spesifikasi Teknis Material Insulating Joint PT PGN (Persero) Tbk.
  6. Total Fina ELF GSCOR 210 “Corrosion”, 2001
  7. Petronas Gas Berhad Standard No PGB/OGP–SP–0038–20B2-18, “Specification For Monolithic Insulating Joint”, 2000
  8. http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrostatic_test
  9. http://www.wermac.org/others/ndt_pressure_testing.html
  10. http://www.intertek.com/polymers/testlopedia/dielectric-strength-astm-d149/
  11. http://wiryanto.wordpress.com/2010/02/25/semuanya-las-kapan-pakai-bautnya/
  12. http://expresiku2812.blogspot.com/2014/08/pengujian-non-destructive-test-ndt.html
  13. http://www.openelectrical.org/wiki/index.php?title=Insulation_Resistance_Test

http://www.ktauniversity.com/index.php/measuring-dry-film-coating-thickness-according-to-sspc-pa-2/

PENGUJIAN INSULATING JOINT (Bagian 1)

PENGUJIAN INSULATING JOINT (Bagian 1)

PENGUJIAN INSULATING JOINT (Bagian 1)

Setidaknya terdapat 12 jenis pengujian untuk menentukan kualitas Insulating Joint sebagai berikut :

  1. Radiography for buttweld
  2. UT for Other than Buttweld
  3. Hydrostatic Test including pipe pup piece
  4. Electrical Resistance Test
  5. Leakage Current Test
  6. Dielectric Strenght Test
  7. Painting/Coating DFT Check
  8. Visual dan dimensional Check
  9. Leak Test (with Helium)
  10. Manufacture Document
  11. Impact Test
  12. Manufacture Certificate

Bagian 1 ini mencoba untuk menjelaskan Jenis pengetesan nomor 1 sampai dengan nomor 4.

1. Radiography for buttweld

Semua buttweld dan repair weld harus diinspeksi dengan pemeriksaan radiografi 100 %. Buttweld atau las tumpul adalah tipe pengelasan untuk penyambungan yang sangat kuat, dapat menghasilkan kekuatan sambung yang sama dengan penampang aslinya. Jika sambungan butweld kita lakukan uji tarik maka pada bagian yang rusak bukan pada bagian pengelasan namun pada bagian lain. Kelemahan pengelasan ini adalah kita tidak bisa menentukan sempurnanya pengelasan hanya dari melihat luarnya saja. Keseluruhan penampang telah terlas dengan baik atau hanya permukaannya saja yang tebal. Untuk memastikan homogenitas pengelasan hanya dapat dilakukan dengan Radiography (X-Ray)

Gambar 1, Buttweld Insulating Joint
Gambar 2. Buttweld

2. Ultrasonic Test (UT) for Other than Buttweld

Semua hasil pengelasan harus dilakukan 100 % uji menggunakan ultrasonic untuk mengetahui cacat laminasi untuk jarak 50 mm dari ujung lasan. Cacat laminasi tidak akan disetujui.Cacat laminasi adalah mengelupasnya logam akibat peleburan logam yang tidak sempurna. Cacat laminasi tidak bisa ditemukan lewat radiography test.Pengujian ultrasonic (UT test) adalah salah satu jenis pengujian non destructive test dengan cara memberikan gelombang frekuensi tinggi ke dalam material benda uji untuk mengukur sifat geometris dan fisik dari bahan. Biasanya frekuensi yang dipakai antara 1 MHz sampai 10 MHz.

Laju ultrasound di bahan yang berbeda akan menghasilkan kecepatannya yang berbeda. Gelombang ultrasonic akan terus merambat melalui material dengan kecepatan tertentu dan tidak kembali kecuali hits reflector. Reflector memperkirakan adanya retak/cacat antara dua material yang berbeda.Gelombang suara frekuensi tinggi yang diberikan ke material kemudian dipantulkan kembali dari permukaan yang cacat, energy suara yang dipantulkan ditampilkan terhadap waktu,, dan divisualisasikan terhadap specimen. Hasil dari gelombang suara tersebut ditampilkan pada layar monitor dan terdeteksi terdapat cacat atau bebas cacat pada material tersebut.

Gambar 3. Cacat Laminasi
Gambar 4. Jenis-Jenis Cacat Laminasi

3. Hydrostatic Test including pipe pup piece

Hydrostatic test adalah cara yang umum untuk menguji kekuatan dan kebocoran sebuah pipa atau bejana dengan cara memenuhi sebuah bejana dengan air kemudian ditekan dengan tekanan tertentu. Air biasa digunakan karena murah, mudah didapat dan tidak merusak system yang akan dites. Selain itu air adalah fluida incompressible, jadi relative membutuhkan sedikit kerja untuk mendapatkan tekanan yang diinginkan. Untuk melakukan kompresi dengan tekanan yang sama akan membutuhkan lebih sedikit beban kerja dibandingkan jika fluida yang digunakan adalah udara/ pneumatic test. Semakin banyak beban kerja yang digunakan akan tersimpan dalam fluida sebagai energy potensial yang tiba-tiba akan terlepas jika pengetesan mengalami kegagalan

Perhitungan energy potensial untuk udara yang ditekan hingga tekanan 1000 psig dibandingkan dengan air dengan volume tertentu yang ditekan hingga 1000 psig menunjukkan perbandingan lebih dari 2500 : 1. Karena itu potensi kerusakan dan korban jiwa saat melakukan pengetesan menggunakan udara sangat besar.

Terdapat perbedaan metode pengetesan hydrostatic untuk sebuah insulating joint perusahaan-perusahaan besar di dunia sebagai berikut :

Perusahaan Gas Negara mensyaratkan bahwa  setiap insulating joint harus dilakukan uji hidrostatis dengan tekanan sebesar 1.5 kali tekanan desain menggunakan air bersih dengan durasi tes tidak kurang dari 2 jam dihitung setelah tekanan stabil. Kemudian tekanan diturunkan hingga ke titik semula, jika terjadi kebocoran atau kerusakan maka barang tidak boleh diterima.

ASME B.3.1.1. “Power Pipelines” mensyaratkan bahwa pengetesan hydrostatic dilakukan tidak boleh kurang dari 1.5 kali tekanan desain. Tekanan dijaga tetap selama minimal 10 menit, kemudian tekanan diturunkan ke tekanan desain dan dibiarkan beberapa lama untuk mengetahui adanya kebocoran atau tidak.

Total Fina ELF standard GSCOR 210 mensyaratkan pengetesan menggunakan air dengan tekanan sama dengan tekanan operasi dengan durasi waktu 20 menit.

Petronas mempunyai standard pengetesan terhadap insulating joint mengacu pada ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII (Clause UG-99) dimana tekanan minimum hydrostatic test adalah 90 % dari SMYS dan maksimum adalah 110 % dari SMYS dengan durasi waktu minimal 4 jam.

4. Electrical Resistance Test

Electrical resistance test atau insulating electrical test biasa dikenal dengan Megger Test adalah pengujian menggunakan voltase DC  250 V, 500 V dan 1000 V untuk peralatan dengan voltase rendah dan voltase 600 V, 2500 V, dan 5000 V untuk peralatan dengan voltase tinggi dalam satuan Kilo Ohm, Mega Ohm atau Giga Ohm semakin tinggi nilai tahanannya maka semakin bagus kondisi isolasi. Secara ideal isolasi harus mempunyai tahanan tak terhingga, namun tidak ada yang sempurna karena itu pengukuran kebocoran arus perlu dihitung dengan Leakage current test.

Karena Megger Test ini adalah portable maka pengetesan dapat dilakukan dimana saja, terutama di lapangan sebagai pemeriksaan terakhir sebelum dipasang.

Keuntungan dari pengukuran tahanan menggunakan arus DC adalah tidak merusak material isolasi baik itu selama pengetesan atau setelah pengetesan selesai. Material isolasi sedikitpun tidak akan mengalami perubahan komposisi.

Megger adalah sebuah perusahaan yang berpengalaman selama lebih dari 100 tahun membuat alat insulating tester ini. Belakangan Fluke sebuah perusahaan pembuat alat pengukur membuat juga insulating tester.

Gambar 5. Fluke Insulating Tester

Perusahaan Gas Negara  menyatakan bahwa uji ketahanan elektrik harus dilakukan sebelum dan sesudah  uji hydrostatic.Pengujian terakhir dilakukan dengan mengukur tahanan elektrik diudara dengan menggunakan voltase sebesar 1000 V DC dan didapatkan ketahanan elektrik diatas 60 Mega Ohm.

ISO 15589-1 2003 menyatakan bahwa ketahanan elektrik sebuah insulating joint harus diatas 10 Mega Ohm dengan pengujian voltase sebesar 1000 V DC di udara terbuka.

Petronas Standard mensyaratkan ketahanan insulating Joint diatas 5 Mega Ohm dengan pengujian voltase 1000 V DC diudara terbuka.

Gambar 6. Megger Test

Referensi :

  1. Final Report “Failure Analysis 4 Insulating Joint ”, PT Rekayasa Solverindo, 2014
  2. NACE Standard RP-0286 “Electrical Isolation of Cathodically Protected pipelines, 2002
  3. ISO 15589-1 “Petroleum and Natural Gas Industries – Cathodic Protection of pipelines- Transportation system”, 2003
  4. ASME B.3.1.1-2007 “Power Piping” ,2007
  5. Spesifikasi Teknis Material Insulating Joint PT PGN (Persero) Tbk.
  6. Total Fina ELF GSCOR 210 “Corrosion”, 2001
  7. Petronas Gas Berhad Standard No PGB/OGP–SP–0038–20B2-18, “Specification For Monolithic Insulating Joint”, 2000
  8. http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrostatic_test
  9. http://www.wermac.org/others/ndt_pressure_testing.html
  10. http://www.intertek.com/polymers/testlopedia/dielectric-strength-astm-d149/
  11. http://wiryanto.wordpress.com/2010/02/25/semuanya-las-kapan-pakai-bautnya/
  12. http://expresiku2812.blogspot.com/2014/08/pengujian-non-destructive-test-ndt.html
  13. http://www.openelectrical.org/wiki/index.php?title=Insulation_Resistance_Test
  14. http://www.ktauniversity.com/index.php/measuring-dry-film-coating-thickness-according-to-sspc-pa-2/
MENGENAL JENIS ANODA IMPRESSED CURRENT DAN KARAKTERISTIKNYA

MENGENAL JENIS ANODA IMPRESSED CURRENT DAN KARAKTERISTIKNYA

MENGENAL JENIS ANODA IMPRESSED CURRENT DAN KARAKTERISTIKNYA

Impressed current adalah metode perlindungan katodik dengan menggunakan sumber arus listrik dari luar. Berbeda dengan anoda korban, jenis anoda yang digunakan oleh system impressed current adalah anoda dengan nilai potensial logam jauh lebih positif dari logam yang dilindungi. Sebisa mungkin anoda impressed current tidak terdegradasi. Jadi anoda ini hanya berfungsi sebagai auxulary anode atau anode pelengkap sebuah sel korosi. Walaupun secara teori tidak terdegradasi, namun pada kenyataannya tetap saja electron yang mengalir pada pipa tetap disuply dari anoda impressed current.

Gambar 1. Sistem Impressed Current

Ada banyak pilihan anoda yang dapat digunakan untuk sistem arus tanding, mulai dari yang boros (consumable) sampai yang awet (inert, mulia).  Dalam aplikasi pemilihannya tergantung dari banyak faktor, di antaranya : besarnya arus yang diperlukan, lingkungan, efisiensi, umur proteksi, ekonomi, dan lain-lain.

Anoda untuk metoda arus tanding umumnya diklasifikasikan ke dalam tiga tipe :

(1).  Anoda  tipe boros (terkonsumsi cepat) :   besi atau baja

(2). Anoda semi-mulia (semi-terkonsumsi) : grafit, timbal, besi-silikon, magnetit, dll.

(3). Anoda mulia (terkonsumsi sangat lambat) :  terbuat dari lapisan platina, mixed metals oxides (MMO atau MIXMEO)

Sebelum tahun 1970 baru ada 3 jenis anoda yang digunakan sebagai groundbed. High Silicon Cast Iron, Graphite dan potongan baja. Sejalan dengan perkembangan teknologi maka jumlah anoda juga bertambah. Ketiga anoda ini tidak bisa digunakan secara universal pada kondisi tanah atau air laut dan sulit untuk  mencapai umur yang diinginkan.

Reaksi pada anoda impressed current berbeda dengan reaksi pada anoda sacrificial anode Pada kondisi tanah, anoda teroksidasi menghasilkan oksigen.

H2O   —->    1/2O2  +  2H+  +  2e

Pada tanah dan air yang mengandung chlorine, anoda akan bereaksi membentuk gas chlorine (Cl2) yang kemudian bereaksi membentuk Asam Chlorine ( HCl) yang dapat merusak anoda.

2Cl –> Cl2 + 2e

H2 + Cl2 –> 2HCl

Beberapa jenis anoda bekerja bagus dengan kehadiran oksigen dan beberapa jenis  bekerja bagus pada kondisi asam. Karena itulah jika teknisi proteksi katodik tidak merinci jenis anoda apa yang digunakan untuk pembuatan groundbed, maka kemungkinan akan sulit mendapatkan performance yang diinginkan.

Saat ini terdapat 3 jenis anoda impressed current yang banyak digunakan untuk lokasi tanah yaitu high silicon cast iron, Graphite dan mixed metal oxide

High Silicon Cast iron Anode

Terdapat 3 jenis anoda yaitu standar Fe/Si yang digunakan untuk daerah tanah dan air tawar, Fe/Si/Cr dan Fe/Si/Mo yang digunakan untuk tanah asam atau alkaline dan air laut. Komposisi dari high silicon cast iron anode mengacu pada ASTM A 518 Grade 3

Gambar 2. Komposisi High Silicon Cast Iron Anode

Untuk Spesifikasi teknik mengacu pada buku Peabody sebagai berikut :

Gambar 3. Spesifikasi Teknis High Silicon Cast Iron

Berikut komposisi Mengacu pada salah satu merk dipasaran :

Gambar 4. Komposisi High Silicon Cast Iron di Pasaran

Pembentukan lapisan film Silikon oksida SiO2 pada permukaan anoda menjadi kehandalan tersendiri dari jenis anoda ini. Dimana lapisan ini akan menghambat laju oksidasi sehingga laju konsumsinya berkurang. Penambahan chromium bertujuan untuk membentuk sifat tahan terhadap chlorine yang terdapat pada tanah maupun air laut.

Dalam tanah anoda ini biasanya dipasang dengan ditambahkan backfill metallurgical atau calcinated petroleum cookebreeze yang bertujuan untuk meningkatkan efektifitas permukaan, mengurangi tahanan dan menjadikan anoda terkonsumsi merata diseluruh permukaan.

Anoda ini keras, namun rapuh dan dapat patah jika mendapatkan kejutan mekanis maupun kejutan suhu. Pengetesan laju konsumsi anoda ini pada air laut sebesar 0.7 lb per amper.year dengan keluaran arus sebesar 3,5 amper per ft2 permukaan anoda.  Untuk tanah dan air biasanya mengunakan laju konsumsi 0.5 – 1 lb/A.Y. sebuah Pabrikan untuk High Silicon Cast Iron memberikan laju konsumsi detail sebagai berikut :

Gambar 5. Consumption Rate High Silicon Cast Iron Anode

Anoda High silicon cast iron anode dipasaran terdapat  dua jenis yaitu anoda bentuk tongkat dan bentuk silinder. Utilisasi atau persentase berat anoda yang dapat dikonsumsi sampai anoda tersebut tidak bisa mengeluarkan arus listrik lagi untuk anoda jenis tongkat sebesar  65 % sedangkan untuk anoda jenis silinder sebesar 85 % dengan dimensi sebagai berikut :

Gambar 6. Dimensi High Silicon Cast Iron Anode Tubular

Berikut merupakan gambar anoda yang baru dan yang sudah dikonsumsi :

Gambar 7. High Silicon Cast Iron Anode yang terkonsumsi

Graphite Anode

Anoda graphite sudah lama digunakan sebagai anoda dalam system impressed current. Bentuk utama dari anoda ini adalah batang  dengan keliling persegi atau lingkaran. Terbuat dari serbuk petroleum coke dan resin coal tar.

Gambar 8. Graphite Anode

Coal tar digunakan sebagai bonding agent untuk mengikat partikel graphite menjadi satu dan kemudian dipanaskan dengan temperature tinggi (diatas 2600 oC) untuk mencampur semua unsur dan dibentuk dalam bentuk batangan kemudian diisikan filler utuk mengurangi porositas dan kelembaban. Filler menggunakan linseed oil, microcrystalline wax atau phenolic based resin, namun ada juga plain graphite anode yaitu graphite anode yang tidak diisikan oleh apapun.

Plain graphite anode digunakan untuk lokasi tanah yang kering atau tanah normal, Graphite anode dengan filler linseed oil digunakan untuk tanah lembab, fresh water, bracket water atau untuk air laut. Ukuran graphite anode adalah sebagai berikut :

Gambar 9. Ukuran Graphite Anode

Dalam tanah dengan backfill dari coke breeze, graphite anode tidak boleh dioperasikan dengan keluaran arus lebih daripada 1 Amper per ft2. Untuk nilai optimum keluaran arus yang biasa digunakan pada lokasi tanah adalah 0,2 Amper/ ft2 atau 1 Amper untuk setiap graphite anode berukuran 3” x 60” . Detail pengoperasian dapat dilihat pada tabel diatas. 

Dengan ukuran keluaran arus sebesar 0,2 A/ft2 seperti diatas maka laju korosinya akan mencapai kira-kira 2 lb/A.year. Pengoperasian dengan keluaran arus yang melebihi 0,2 A/ft2 akan menyebabkan graphite anode rusak, konduktivitas material menurun dikarenakan kerusakan ikatan struktur kimia graphite. Pabrikan anoda dari inggris memberikan spesifikasi laju konsumsi dengan current density seperti tabel berikut.

Gambar 10. Consumption Rate Graphite Anode

Graphite anode sangat rapuh, sering mengalami kerusakan saat pengiriman. Karena itu dalam proses pengiriman atau penyimpanan harus sangat hati –hati dan menggunakan tempat/padding jika diperlukan.

Mixed Metal Oxide

Jenis anode ini adalah jenis yang paling popular untuk pembuatan groundbed impressed current. Jenis ini dikembangkan di eropa mulai tahun 1960, dan diketahui pertama kali digunakan adalah untuk memproteksi jetty di Italy pada tahun 1970. Dengan current density yang sangat tinggi dan beratnya yang sangat ringan membuat anode jenis ini mudah diaplikasikan. Dengan berbagai kelebihannya maka khusus untuk anoda mixed metal oxide dapat dibuatkan tulisan tersendiri.

Referensi :

  1. Barlian Kahuripan, “Modul I Corrosion Control”, Diklat PGN, 2009
  2. Cathodic Protection Co. Ltd, “Impressed Current Anode -Section 2”, British, 2009
  3. Appalachian Underground Corrosion Short Course, “Advanced Course Modul”, West Virginia University, 2013
  4. Divisi Enjiniring, “Standard Teknik Material Onshore Cathodic protection”, PT PGN, 2013
  5. US Army Corp of Engineer, “Cathodic Protection Anode Selection”, Public Work Technical Bulletin, 2001
  6. German Cathodic Protection, “Impressed Current Anode”, GCP, 2014
  7. Anotec Document, “HSCI anode life, Consumption, Utilization and Limitation”, Anotec Industries Ltd, 2005
MENGENAL COATING (Bagian 1)

MENGENAL COATING (Bagian 1)

MENGENAL COATING (Bagian 1)

Coating adalah lapisan penutup yang diterapkan pada permukaan sebuah benda dengan tujuan dekoratif maupun untuk melindungi benda tersebut dari kontak langsung dengan lingkungan. Pada sebuah pipa, coating merupakan perlindungan pertama dari korosi. Coating ini diaplikasikan untuk struktur bawah tanah, transisi pipa yang keluar dari tanah menuju permukaan dan untuk struktur pipa diatas tanah.

Berdasarkan lokasi struktur yang dilindungi maka coating terbagi beberapa jenis yaitu coating yang dapat digunakan untuk struktur bawah tanah, daerah transisi, permukaan tanah, atmospheric coating, internal coating dan lining. Untuk coating struktur bawah tanah (underground coating) yang tertanam maupun yang terendam dalam air dimana sangat sulit untuk melakukan maintenance, maka diperlukan perlindungan yang cukup. Penggunaan coating jenis cat yang tipis tidak direkomendasikan, diperlukan coating yang lebih tebal. Efek dari Handling, construction, kontak dengan batu, tekanan dari tanah, ketahanan material dan lain-lain yang dapat merusak coating perlu dipertimbangkan, tidak ada coating yang bisa 100 % melindungi pipa, karena itu untuk perlindungan pipa terhadap korosi  harus ditambah dengan sistem proteksi katodik.

Tujuan dari underground coating adalah melindungi struktur pipa dari kontak langsung dengan elektrolit dalam tanah atau dalam air. Secara umum Karakteristik coating terutama untuk underground adalah sebagai berikut :

  1. Mudah diaplikasikan

Underground coating harus mudah diaplikasikan baik di lapangan maupun dalam pabrik. Dan segera dapat digunakan tanpa membutuhkan waktu lama untuk menempel dengan pipa tanpa merusak coating tersebut.

  1. Merekat Kuat pada Permukaan logam

Underground coating harus mempunyai daya rekat yag sangat baik pada permukaan pipa baja, Penggunaan primer dapat membantu daya rekat coating dengan permukaan logam.

  1. Tahan Terhadap Benturan

Underground coating harus tahan terhadap benturan tanpa menyebabkan coating retak

  1. Fleksibel

Underground coating harus cukup fleksibel atau lentur terhadap  deformasi yang diakibatkan beban mekanis seperti tarikan, regangan, getaran, gesekan dan tahan terhadap perubahan temperature.

  1. Tahan terhadap Tegangan tanah (soil stress)

Tegangan tanah berpengaruh terhadap coating, misalnya adalah kontraksi tanah liat pada lingkungan kering dan cuaca panas. Coating harus mampu menahan tegangan tanah tanpa terjadi kerusakan.

  1. Tahan terhadap panas

Underground coating harus tahan terhadap perubahan iklim dan cuaca, coating tidak boleh meleleh atau terlepas dari pipa dikarenakan panas matahari.

  1. Tahan terhadap air

Underground coating tidak menyerap air dan harus kedap terhadap air sehingga air tidak bisa masuk menyentuh permukaan pipa.

  1. Mempunyai Tahanan Listrik yang tinggi

Underground coating harus bersifat isolasi dan tidak mengandung material yang mempunyai sifat penghantar listrik.

  1. Stabil terhadap pengaruh secara fisik dan kimia

Tidak terjadi efek aging pada coating terhadap penetrasi molekul molekul dari luar sehingga terjadi pelapukan atau pengerasan coating. Coating harus stabil terhadap temperature.

  1. Tahan terhadap bakteri tanah

Coating harus tahan terhadap aktivitas bakteri tanah

  1. Tahan terhadap organism laut

Pada pipa bawah laut maka organism laut seperti kerang, remis, barnacle dan lain-lain dapat merusak coating, karena itu coating bawah laut harus tahan terhadap organism tersebut.

Terdapat berbagai macam coating. Ada line coating yaitu coating yang hampir melapisi seluruh permukaan pipa kecuali di jarak 6 inchi pada kedua ujung pipa dan coating yang disebut dengan girth weld atau repair coating atau field joint coating yaitu jenis coating yang diaplikasikan pada sambungan pengelasan saat menyambung dua batang pipa.

Jenis Line coating adalah sebagai berikut :

  1. Coaltar Enamel
  2. Asphalt enamel
  3. Extruded polyethylene
  4. Fusion Bonded Epoxy
  5. Somastic
  6. Pritec
  7. Liquid Epoxy
  8. Dan Three Layer Polyethylene

Sedangkan jenis repair coating adalah :

  1. Cold apllied Tapes
  2. Wax
  3. Shrink Sleeves
  4. 2 Part liquid epoxy
  5. Mastic, dan lain-lain

Coaltar Enamel

Coal tar enamel adalah jenis coating standard yang sudah sangat lama (lebih dari 75 tahun)  digunakan untuk memproteksi pipa terhadap korosi. Coal tar enamel adalah thermoplastic polymeric coating yang diproduksi dari coal tar pitch, coal dan produk distilasi batubara dan ditambahkan filler inert. Penggunaan coal tar enamel yang dikombinasikan dengan primer, fiberglass, dan outer wrap sangat efektif untuk melindungi pipa dari korosi.

Coal tar adalah cairan berwarna hitam atau coklat dengan viskositas yang tinggi berbau nafta atau aromatic hydrocarbon. Coal tar adalah produk sampingan ketika batubara dikarbonasi untuk membuat coke (kokas) atau ketika proses gasifikasi batubara. Senyawa pembentuk coal tar sangat kompleks, terdiri dari campuran phenol, Hidrokarbon aromatic polisiklik (PAH) dan senyawa Heterosiklik dengan sekitar 200 senyawa campuran didalamnya.

Gambar 1. Coal tar Enamel

Asphalt Enamel

Aspal adalah salah satu material yang paling tua yang digunakan untuk material coating. Sekitar 6000 tahun sebelum masehi bangsa sumeria ditemukan sudah menggunakan aspal sebagai pelapis anti air untuk kapal. Pada tahun 2600 sebelum masehi bangsa mesir juga mengunakannya sebagai bahan pelapis mummy untuk pengawetan dan lapisan tahan air. Selain itu ditemukan pula dalam sejarah aspal digunakan untuk lapisan jalan, bangunan, sistem irigasi dan reservoir.

Asphalt enamel terdiri dari campuran bitumen dan non fibrous mineral filler yang inert dengan warna hitam pekat. Aspal mempunyai sifat mekanis kuat, tahan terhadap cuaca dan bahan kimia. Aspal dibuat dari crude oil yang didistilasi dalam proses refinery. Dengan proses oksidasi dan pencampuran dengan mineral filler maka aspal dapat digunakan menjadi coating.

                                                                                                      Gambar 2. Asphalt Enamel 

Extruded Polyethylene

Adalah jenis coating pabrikan yang terbuat dari lapisan film polyethylene tebal yang diekstrusi kedalam lapisan perekat. Senyawa plastic polyethylene tersebut mempunyai masalah  jika pipa mengalami tegangan yang tinggi. Karena itulah lapisan perekat tersebut berfungsi untuk  mengatasi kemungkinan terjadinya pin holes pada coating yang mungkin timbul. Temperature yang tinggi dan cahaya matahari dapat merusak lapisan polyethylene coating, karena itu ditambahkan pigmenting dengan karbon hitam untuk mengurangi problem tersebut. Secara umum, extruded polyethylene coating dapat digunakan untuk melindungi pipa dengan suhu sekitar 50 o Celcius.

Gambar 3. Mesin Ekstruded

Proses pembuatan extruded coating adalah masuknya resin ekstrusi polyethylene dari slot cetakan (die) pada suhu sekitar 320 oC menuju screw berjalan. Resin yang bergerak kemudian mendingin pada screw dan kembali ke bentuk padatnya begitu seterusnya hingga membentuk lapisan. Extruded polyethylene mempunyai kekuatan mekanikal yang tinggi dibandingkan dengan cold applied polyethylene tape coating.

Gambar 4. Diagram Proses Extruded polytethylene pada sebuah pabrik

Referensi :

  1. http://en.wikipedia.org/wiki/Coal_tar
  2. http://en.wikipedia.org/wiki/Extrusion_coating
  3. Saheb Mohammed Mahdi, “Petroleum underground Pipeline Protective Coating”, Al Mustansiriya University, Irak, 2011
  4. Jeff Didas, “Fundamental Of Pipeline Coatings”, Appalachian Underground Short Course, West Virginia, 2014
MENGENAL INSULATING JOINT

MENGENAL INSULATING JOINT

MENGENAL INSULATING JOINT

Insulating joint adalah sambungan pipa yang bersifat non konduktif berfungsi untuk memutus arus yang mengalir secara linear pada pipa baja.

Menurut NACE RP0169   insulating joint dapat digunakan pada lokasi-lokasi berikut :

  1. Tempat dimana pipa terjadi perubahan kepemilikan seperti meter station dan well head
  2. Pada percabangan pipa
  3. Pada inlet dan outlet Meter dan regulating station
  4. Pada pipa suction dan discharge pada compressor station atau pumping station
  5. Stray current area
  6. Koneksi pipa yang terbuat dari material logam yang berbeda
  7. Sambungan antara pipa yang tercoating dan pipa yang tidak dicoating
  8. Perbatasan antara pipa dinas dan pipa yang masuk ke MR/S pelanggan
  9. Lokasi dimana terdapat electrical grounding, seperti penangkal petir,instrument dll

Insulating Joint pada umumnya mempunyai tipe monolithic, namun berdasarkan standard GS COR 210 Total Fina ELF maka Insulating joint dibagi menjadi dua jenis :

  1. Monolithic atau monobloc Insulating Joint
  2. Yoke Insulating Joint
  1. Monolithic Insulating Joint

Yaitu jenis insulating joint tanpa flens, terfabrikasi dan tidak bisa dibongkar. Antara dua buah pup joint dipisahkan oleh insulating ring yang rigid dan sealing gasket dengan sifat dielektrik dan mekanikal yang baik.

Gambar 1. Monolithic Insulating Joint
Gambar 2. Monolithic Insulating Joint Drawing

2. Yoke Insulating Joint

Yaitu insulating Joint yang dibuat dari dua buah pipa yang digabungkan. Pada tepi bagian belakang salah satu pipa dibuat profil slope. Kedua permukaan pipa tersebut disatukan dan ditutup dengan O-ring serta sebagai isolasi diatur jarak dan penambahan  organic compound. Kedua pipa tersebut disatukan dengan yoke (pengekang)  yang dipasang sekeliling pipa. Yoke dapat dibuat dari dua atau tiga bagian terpisah yang disatukan.

Gambar 3. Yoke Insulating Joint
Gambar 4. Yoke Insulating Joint Drawing

Insulating Joint menurut Standard Shell DEP terdiri dari bagian-bagian sebagai berikut :

Gambar 5. Bagian-bagian Insulating Joint
  • 2 buah spool pipe yang mempunyai grade yang sama dengan jenis pipa yang terpasang
  • Logam forging yang berfungsi untuk menyambungkan kedua buah spool pipe tersebut
  • Insulating dan filler material yang berfungsi untuk electrical isolation antara kedua pipa tersebut.
  • Minimum terdapat 1 set ring seal yang berfungsi sebagai penahan tekanan dari dalam. Dua set ring seal diperlukan untuk tekanan diatas 50 bar atau jika fluida yang dialirkan bersifat toxic.
  • Two set terminal/connection lug yang berfungsi. 1 set untuk dipasang kabel menuju test post berfungsi untuk pengukuran dan 1 set lagi untuk tempat memasang surge diverter

Standard Shell menggunakan O ring sebagai pressure sealing.  Namun menurut standard NACE RP 0286 “Electrical Isolation Of Cathodically Protected Pipelines” pressure sealing tidak harus berbentuk O ring, seperti  gambar berikut :

Gambar 6. Pressure Sealing Menurut NACE

Sebuah insulating joint harus bisa menahan tekanan dari dalam, beban dari luar, sekaligus juga mampu memutus aliran arus listrik. Bagian terpenting dari insulating joint adalah pada sealing system. Saat ini terdapat 3 jenis sealing system yang banyak diterapkan pada monolithic Insulating Joint, yaitu :

  1. O ring Sealing System
Gambar 7. O Ring Sealing System

Sebagai primary sealing  menggunakan 2 atau 4 O-ring yang berfungsi untuk memisahkan antara isolation seal dengan bagian metal.

2. Rectangular Shape Sealing system

Gambar 8. Rectangular Shape Sealing system

Primary sealing menggunakan gasket berbentuk rectangular yang memisahkan antara metal ke metal.

3. U shape Sealing system

Gambar 9. U shape Sealing system

Sealing system yang terbuat dari gasket berbentuk U yang mengelilingi isolation seal juga  memisahkan metal ke metal. Sealing system ini merupakan jenis sealing terbaik dan dirancang khusus untuk Insulating joint jenis Monolithic. Dikenal dengan nama Double Seal Gasket  system (DSGS).

Ketiga system tersebut menunjukkan perbedaan  penting yang harus diketahui oleh para teknisi dilapangan sesuai tabel berikut :

Kelebihan Sealing system :

No

O – Ring

Rectangular Shape

U Shape

1

Murah

Cukup murah

Tidak membutuhkan surface preparation yang sangat halus

2

Tidak membutuhkan peralatan khusus dalam pembuatannya

Mudah dalam perakitan

Bekerja memisahkan antara metal ke metal sekaligus metal ke permukaan isolator

3

Banyak tersedia dipasaran

Tidak membutuhkan surface preparation yang sangat halus

System yang simetris

4

Sistem yang simetris

Bekerja memisahkan antara metal ke metal sekaligus metal ke permukaan isolator

Tetap berfungsi walaupun ada deformasi material pada logam

5

 

Isolator terlindungi oleh sealing system dari air (Waterproof)

Isolator terlindungi oleh sealing system dari air (Waterproof)

6

 

Tidak terjadi ekstrusi resin

Mampu menahan perubahan tekanan internal yang naik secara mendadak.

Kelemahan Sealing system :

No

O – Ring

Rectangular Shape

U Shape

1

Sealing hanya terjadi antara metal ke isolation tidak pernah dari metal ke metal.

Perlu peralatan khusus dalam pembuatannya

Mahal

2

Tidak tahan lama jika system mengalami frekuensi perubahan tekanan yang sering.

Non symmetric sealing system karena itu pressure yang dialami tidak sama di setiap bagian.

Perlu peralatan khusus dalam membuatnya

3

Tidak bisa mengantisipasi adanya deformasi logam

Pada tekanan internal yang tinggi dapat merusak gasket

Perlu peralatan khusus dalam perakitannya

4

Air atau gas dapat masuk /teradsorbsi kedalam isolation

 

 

5

Pada tekanan tinggi Sealing system mengalami ekstrusi

 

 

Pabrikan Insulating joint Nouvagiungas dari Italia merekomendasikan cara penggunaan ketiga system tersebut sebagai berikut :

  1. Sealing system jenis O-ring hanya bisa digunakan untuk pipa dengan tekanan rendah, diameter kecil, dan tanpa adanya beban bending, tensile, torsion ataupun compression.
  2. Sealing system jenis rectangular dapat digunakan untuk pipa dengan tekanan medium atau dibawah 300 bar. Untuk tekanan diatas 300 bar tidak diperbolehkan menggunakan jenis ini.
  3. Tidak ada pembatasan untuk sealing system jenis U-shape.

Beberapa perusahaan besar seperti petronas, Snamprogetti membatasi penggunaan O-ring, bahkan Iranian petroleum Standard NO IPS-M-TP-750-8 menyatakan bahwa tidak lagi menerima Insulating joint dengan sealing system tipe O-ring dikarenakan tipe O-ring masih mempunyai kemungkinan untuk bocor ketiga insulating joint mengalami beban tarik longitudinal.

Untuk mengatasi permasalahan ini, biasanya dalam sebuah insulating joint ditambahkan satu set O-ring sekunder yang berfungsi untuk mencegah kebocoran keluar dari pipa jika O-ring primer telah terjadi deformasi.

Gambar 10. O Ring Sekunder

Bahan Pressure Sealing harus terbuat dari elastomer yaitu polimer yang mempunyai viscosity dan elasticity. terdapat beberapa jenis elastomer diantaranya adalah Fluoropolymer elastomer atau yang terkenal dengan merk dagang viton buatan Du Pont. Selain Viton masih ada beberapa merk dagang lain yaitu, Dyneon by 3M, USA, Dai-El by Daikin, Japan, Tecnoflon by Solvay Specialty Polymers, Italy, Fluoroelastomer by Alpha Associates, Inc., USA.

Selain Fluoropolymer elastomer, masih terdapat beberapa elastomer yang juga umu digunakan pada insulatin joint yaitu, Nitrile Rubber (NBR) dan Ethylene Propylene Diene Rubber (EPDM).

  Referensi :

  1. NACE Standard RP-0286 “Electrical Isolation of Cathodically Protected pipelines, 2002
  2. NACE Standard RP-0169 “ Control Of External Corrosion on Underground or submerged Metallic Piping system”, 2002
  3. ISO 15589-1 “Petroleum and Natural Gas Industries – Cathodic Protection of pipelines- Transportation system”, 2003
  4. Nouvagiungas NGPR 0501, “Monolithic Isolation Joints: The Sealing System”, 2005
  5. http://en.wikipedia.org/wiki/Viton
  6. http://en.wikipedia.org/wiki/Elastomer
  7. Total Fina Elf Standard GS COR 210, “Insulating Joint”, 2001
  8. Petronas Gas Berhad Standard No PGB/OGP–SP–0038–20B2-18, “Specification For Monolithic Insulating Joint”, 2000
  9. Iranian Petroleum Standard No. IPS-M-TP-750/8, “Insulating Joint”, 1997
  10. Namdaran Petrogas Industries, “insulating Joint Brochure”
  11. https://www.indonetwork.co.id/product/insulating-joint-bipi-dari-2-inch-sampai-dengan-24-inch-4670323
  12. SHELL Group Standard No DEP 30.10.7310-Gen, “Cathodic Protection Manual”, 1983
HIDROGEN EMBRITTLEMENT PADA PIPA BAJA

HIDROGEN EMBRITTLEMENT PADA PIPA BAJA

HIDROGEN EMBRITTLEMENT PADA PIPA BAJA

Pipa gas  terbuat dari baja karbon dengan spesifikasi mengacu pada standard API 5L dengan jenis grade B, X42 atau X65. Standard tersebut mengatur dua spesifikasi produk yaitu produk specification Level 1 dan 2 (PSL 1 dan PSL 2). PSL 2 mempunyai perbedaan dengan PSL 1 dari segi carbon equivalent, Notch Toughness, Batas luluh (yield Strenght) Maksimum dan kuat tarik (tensile strength) maksimum. PSL 2 lebih ketat dalam persyaratan pengujian. Berikut perbedaan antara PSL 1 dan PSL 2 :

Gambar 1. Tabel Perbedaan PSL 1 dan PSL 2

Hal penting dari perbedaan antara PSL 1 dan PSL 2 adalah kadar karbon dari pipa tersebut. Semakin besar kadar karbon suatu baja maka baja tersebut makin keras dan makin tahan korosi, tapi keuletannya sedikit berkurang.

Baja karbon (Carbon Steel) adalah paduan antara besi (Fe) dan carbon ( C ) dimana besi sebagai unsur dasar dan Carbon sebagai unsur paduan utamanya. Dalam sebuah baja, unsur carbon berkisar antara 0.2 % hingga 1.7 % selain unsur-unsur lain seperti mangan, silicon, chromium, vanadium dan unsur lainnya. Penambahan unsur carbon menjadi salah satu metode untuk mendapatkan sifat – sifat mekanis yang berbeda-beda. Berikut merupakan tabel API 5L untuk komposisi kimiawi dalam sebuah pipa baja PSL 2.

Gambar 2. Tabel Komposisi Kimia Pipa PSL 2

Berdasarkan kandungan karbon, baja dibagi menjadi 3 jenis :

  1. Baja karbon rendah

Baja karbon rendah mempunyai kandungan karbon kurang dari 0,3 % C.

Kelebihan baja karbon rendah :

  • murah diproduksi dibanding baja karbon lainnya,
  • mudah di machining dan dilas,
  • keuletan sangat tinggi
  • Tahan Aus

kelemahannya  adalah dari sisi kekerasan tergolong rendah.

  1. Baja karbon Menengah

Baja karbon menengah mempunyai kandungan karbon 0.3 – 0.6 % C. Baja karbon menengah memiliki kekerasan yang lebih tinggi, tidak mudah di machining  atau dilas, mempunyai kuat tarik dan batas regang yang tinggi serta dapat dikeraskan (di Quenching) dengan baik.

  1. Baja karbon Tinggi

Baja karbon tinggi mempunyai kandungan karbon 0.6 – 17 % C. Baja ini memiliki sifat tahan panas yang tinggi, kekerasan yang tinggi, kekuatan tarik yang tinggi namun mempunyai keuletan yang rendah.

Dilihat dari komposisi kimiawi pada tabel 2b, Pipa API 5L grade B PSL 2 tersebut termasuk pipa baja jenis karbon rendah. Baja karbon rendah ini lunak dan kekuatannya lemah namun keuletannya sangat baik sehingga mudah untuk dimachining atau dilas. Umumnya baja karbon rendah memiliki ketahanan korosi yang rendah.

Kerusakan sebuah logam yang ditimbulkan oleh hydrogen disebut hydrogen embrittlement. Salah satu jenis hydrogen embrittlement yang ditimbulkan oleh masuknya atom hydrogen kedalam logam disebut juga Hidrogen Induced Cracking (HIC) . Di dalam material logam, atom-atom hidrogen ini bergabung menjadi molekul (H­2­­) dan menyebabkan terjadinya regangan lokal yang hebat. Jika baja cukup ductil maka kemungkinan dapat bertahan terhadap regangan lokal ini. Namun jika baja getas dan keras, maka akan terjadi retak-retak halus, yang kemudian menjadi besar dan mengakibatkan kegagalan materil. Kerusakan akibat hydrogen ini menyerang semua jenis logam namun sangat berpengaruh besar pada baja dengan kekerasan tinggi.

Masuknya atom hydrogen ke dalam logam akan menyebabkan ductilitas baja dan kekuatan tariknya menurun, perubahan sifat mekanis, dan yang paling menakutkan adalah kegagalan getas (brittle failure) oleh HIC karena dapat terjadi keretakan pipa skala besar tanpa adanya deformasi plastis ataupun elastic terlebih dahulu dan dapat terjadi secara tiba-tiba.

Gambar 3. Hydrogen Induced Cracking (HIC)

Karena itulah adanya hydrogen dalam sebuah permukaan logam harus bisa dikurangi sekecil mungkin. Sumber atom hydrogen ini bisa berasal dari proses elektrokimia seperti proteksi katodik, elektroplatting maupun factor lingkungan seperti adanya H2S,aktivitas bakteri anaerob (Sulphate Reducing Bacteria)  Hidrogen dalam atmosfer maupun jenis zat kimia lainnya. Selain dari pada itu pemilihan jenis material logam juga sangat berpengaruh untuk mengatasi serangan hydrogen ini. Baja Alloy dengan kekerasan tinggi, nickel dan titanium alloy adalah logam yang paling rentan terhadap serangan hydrogen, Baja dengan nilai ultimate Tensile Strenght (UTS) dibawah 1000 MPa (~145,000 psi) termasuk baja yang rentan terhadap serangan hydrogen. Pipa gas mengacu pada standard API 5L mempunyai nilai UTS dibawah 1000 MPa.

Gambar 4. Tabel Tensile Streght untuk PSL 2

Proteksi katodik adalah metode perlindungan logam terhadap korosi, sehingga tidak mungkin pipa yang terpasang dibawah tanah tidak dilindungi dengan proteksi katodik, namun proteksi katodik juga menjadi salah satu penyebab serangan hydrogen pada pipa baja. Karena itulah kriteria proteksi katodik harus lebih diperhatikan.

Serangan hydrogen dapat juga didapatkan dari pengelasan busur (arc welding) dimana hydrogen timbul akibat adanya kelembaban  pada coating elektroda las. Untuk meminimalisir hal ini maka digunakan low hydrogen elektroda dalam pengelasan High strength steel dan perlakukan pre-post heating sangat dibutuhkan untuk mengeluarkan atom hydrogen yang masuk kedalam struktur logam sebelum merusak.

 Mekanisme terjadinya hydrogen embrittlement bermacam-macam, beberapa diantaranya terjadi pada material khusus dan lainnya berlaku umum untuk semua material. Mekanisme tersebut antara lain :

  1. Dislocation Locking (Hidrogen terjebak)

Pada mekanisme ini, atom hydrogen dalam logam terdilokasi, untuk mengurangi beban tegangan maka atom tersebut harus bergerak ke daerah  lain dalam logam, namun atom tersebut tidak bisa bergerak jauh karena mendapat desakan dari atom hydrogen lain yang masuk ke daerah dislokasi sehingga atom terjebak. Adanya atom yang terjebak inilah yang disebut dengan embrittlement

Gambar 5. DIslocation Locking Atom Hidrogen

2. Precipitate Crack Nucleation ( Retak endapan)

Baja dan paduan aluminium (Aluminium Alloy) biasanya mengandung campuran yang digunakan untuk merubah sifat mekanis logam, atau untuk menangkap kelebihan sulfur yang bermigrasi ke batas butir dan menyebabkan kerusakan. Namun campuran tersebut menjadikan logam tidak seragam. Interface antara dua unsur tersebut dapat menjadi  tempat berkumpulnya hydrogen dan menyebabkan embrittlement

3. Hydride Formation (Pembentukan gas Hidrogen)

Mekanisme ini berlaku untuk logam yang mempunyai kelarutan hydrogen rendah ketika logam terebut berada dalam fase liquidnya. Ketika batas kelarutannya tercapai maka hydrogen mulai membentuk fase hidrida dalam logam yang rapuh dan mulai kerusakan (brittle). Titanium beserta logam paduannya merupakan jenis logam yang mengalami mekanisme ini dikarenakan mempunyai kelarutan hydrogen yang rendah.

4. Grain Boundary Decohesion (Kegagalan batas butir)

Mekanisme ini menyebabkan kegagalan batas butir terutama untuk baja berkekuatan tinggi. Batas butir menjadi tempat terbanyak atom hydrogennya dibandingkan tempat lain dalam logam, adanya atom hydrogen mengganggu ikatan antar atom pada logam sehingga atom logam bisa berikatan dengan atom hydrogen. Ikatan yang lemah antar atom tersebut dapat menyebabkan embrittlement.

Gambar 6. Kegagalan Batas Butir

Berdasarkan 4 jenis mekanisme diatas, jelas bahwa pergerakan atom hydrogen pada lapisan oksida dipermukaan logam menjadi penting. Atom hydrogen yang terbentuk pada lapisan film tersebut sebisa mungkin tidak terakumulasi dan dapat keluar dengan mudah ke lingkungan. Jika atom hydrogen tersebut berdifusi masuk kedalam logam dan berkumpul pada batas butir, dapat mengakibatkan embrittlement atau cracking.

Gambar 7, Terbentuknya gas Hidrogen dan Difusi Hidrogen

Referensi :

  1. API 5L “Specification For Line Pipe”, 2004
  2. Cyntia Anindita, “Studi Ketahanan Serangan Hidrogen Pada Baja Bebas Interstisi (IF Steels) Yang Mengalami Canai Hangat Multipass reversible pada 650 oC”, Skripsi Teknik Metalurgi UI, 2012
  3. Roy Johnsen, “Hydrogen embrittlement Of Carbon Steel and Stainless Steel”, Qatar Petroleum, 2012
  4. David Jones, “Hydrogen Embrittlement of Subsea Structures”, 2013
  5. http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_embrittlement
  6. http://itsmonblog.blogspot.com/2014/11/hydrogenembrittlement.html
HALF CELL (ELEKTRODA STANDARD ) SISTEM PROTEKSI KATODIK (CATHODIC PROTECTION)

HALF CELL (ELEKTRODA STANDARD ) SISTEM PROTEKSI KATODIK (CATHODIC PROTECTION)

HALF CELL (ELEKTRODA STANDARD ) SISTEM PROTEKSI KATODIK (CATHODIC PROTECTION)

Pengukuran potensial suatu logam pada hakikatnya adalah mengukur nilai potensial reduksi atau potensial oksidasi logam tersebut.  Potensial reduksi adalah nilai potensial listrik yang didapatkan ketika ion logam menangkap electron dan menjadi logamnya. Sedangkan potensial oksidasi adalah potensial listrik yang timbul ketika logam melepas electron menjadi ion logamnya. Reaksi reduksi tidak bisa berjalan sendiri, selalu  dibarengi dengan reaksi oksidasi. Reaksi Oksidasi terjadi di anoda dan reaksi reduksi di katoda.

Pada Anoda :

Mg      –>       Mg2+   +          2e  (Oksidasi)

Pada Katoda :

Fe2+    +          2e       –>       Fe   (Reduksi)

2 H+      +          2e       –>       H2 (gas)

2 H+    +          ½ O2   +          2e       –>  H2O

H2O    +          ½ O2    +          2e       –>  2 OH

Karena itulah pengukuran potensial reduksi atau potensial oksidasi adalah pengukuran relative dengan menggunakan suatu standard yaitu standard hydrogen. Reaksi reduksi pembentukan hydrogen sebagai standard ditentukan mempunyai nilai potensial adalah 0.

2H+ + 2e –> H2  E = 0.00 volt

 

 Standard hidrogen ini hanya bisa digunakan di laboratorium, sehingga tidak akan bisa diaplikan dilapangan, karena itu dibuatlah Half cell (reference standard) yang dapat digunakan dilapangan.

Gambar 1. Hydrogen Reference Cell

Terdapat beberapa half cell yang digunakan dalam pengukuran proteksi katodik, dan semua Half Cell distandardkan dengan Hydrogen.

Copper- Copper Sulphate Electrode (CSE)

CSE merupakan elektroda standard (reference Electrode) yang paling popular digunakan . CSE tidak cocok digunakan pada elektrolit yang mengandung chlorine, karena ion-ion chlorine dapat masuk ke dalam larutan CuSO4 jenuh pada half cell dan merusak larutan tersebut. Larutan Cuso4 jenuh pada half cell berfungsi untuk mencegah batang tembaga terkorosi dan membuat half cell menjadi stabil. Bagian-bagian dalam sebuah CSE adalah :

Gambar 2. Copper – Copper Sulphate Reference Cell

Silver - Silver Chloride Electrode (SCE)

Silver –silver chloride (Ag – AgCl) digunakan untuk melakukan pengukuran proteksi katodik dilingkungan air laut dan pada struktur pondasi beton. Terdapat dua tipe silver – silver chloride electrode, yang pertama adalah silver electrode yang langsung kontak dengan air laut. Dan yang kedua adalah silver electrode dalam larutan Potasium chloride (KCl) pada sebuah  wadah berpori mirip seperti Copper-Copper Sulphate electrode.

Gambar 3. Silver-Silver Chloride Reference Cell dalam Larutan KCl
Gambar 4. Silver-Silver Chloride Reference Cell

Hg- HgCl2 / Calomel Reference Electrode

Calomel reference electrode terbuat dari mercury – Mercurious Chloride dalam larutan potassium Chloride (KCl) jenuh. Biasanya digunakan untuk percobaan di laboratorium dan sebagai kalibrator  Half Cell CSE di laboratorium. Calomel tidak digunakan di lapangan dikarenakan kandungan mercury yang bisa mencemari lingkungan.

Gambar 5. Calomel Reference Cell

Zinc Reference Electrode

Zinc digunakan sebagai reference electrode untuk permanen reference underground (ditanam) dan pengukuran daerah laut. Sebagai permanen reference zinc dibungkus dengan backfill yang sama dengan anoda korban, sedangkan untuk air laut zinc digunakan secara bare. Zinc merupakan pseudo reference atau nilai potensialnya bisa berubah-ubah tergantung dari kondisi lingkungan, karena itu zinc cocok digunakan untuk riset. Sebagai reference cell, zinc dibuat dari logam murni dengan kandungan hingga 99.9 %. Kelebihan dari zinc ini adalah mempunyai umur pakai yang lebih lama dibandingkan permanen reference cell lainnya.

Gambar 6. Zinc Underground Reference Cell
Gambar 7. Zinc Sea Water Reference Cell

Terdapat dua jenis elektroda standard yaitu portable dan permanent. Portable mempunyai kelebihan dapat digunakan dilapangan, dapat dipindah-pindah dan bisa dimaintenance (dibersihkan dan di isi ulang larutannya). Permanen electrode digunakan dengan cara di install dekat dengan struktur logam yang akan diukur. Setelah dinstall permanen electrode tidak bisa dimaintenance,  oleh karena itu Permanen electrode mempunyai umur pemakaian dan harus selalu dikalibrasi dengan portable reference untuk tetap mendapatkan hasil yang akurat.

Penggunaan reference cell yang mana saja dapat dengan mudah dikonversikan dengan reference cell yang kita inginkan dengan perbandingan sebagai berikut:

Gambar 8. Perbandingan skala Reference Cell

Untuk memudahkan dalam melakukan konversi maka dibuat grafik sebagai berikut :

Gambar 9. Grafik skala Reference Cell

Sebagai contoh sebuah logam yang diukur dengan menggunakan reference cell copper-copper sulphate (CSE) mempunyai nilai -810 mV, maka berapa nilai potensial logam tersebut jika diukur dengan reference cell lainnya?

Untuk menjawab hal tersebut maka kita harus mengukur perbedaan nilai skala antara reference cell lain dengan Reference Cell CSE. Perbedaannya adalah sebagai berikut :

Cu/CuS04 dibanding Ag/AgCl = 0,316 – 0,256 = 60 mV

Cu/CuSo4 dibanding Hg/Hg2Cl2 = 0,316 – 0,241 = 75 mV

Cu/CuSo4 dibanding H2 = 0,316 – 0,00 = 316 mV

Cu/CuSo4 dibanding Zn/Zn2+ = 0,316 – (-800) = 1116 mV

CSE merupakan reference cell yang paling banyak digunakan untuk pengukuran pada lingkungan tanah, oleh karena itu jika kita ingin membandingkan reference cell lain dengan CSE maka untuk memudahkan CSE akan menjadi 0,00 sehingga grafik menjadi :

Gambar 10. Grafik skala Reference Cell terhadap Cu/CuSO4

Maka nilai -810 mV logam yang akan diukur dengan CSE akan mempunyai nilai (-810 – (-60) = -750 mV jika diukur dengan Ag/AgCl2

Jika diukur dengan Hg/HgCl2 Akan mempunyai nilai -810 – (-75) = -735 mV

Jika diukur dengan Zn akan mempunyai nilai -810 –(-1116) = -306 mV

Dengan adanya grafik yang sudah kita buat seperti diatas, akan memudahkan kita menggunakan logam apapun sebagai reference selama dikalibrasi dengan CSE. Namun perlu dicatat bahwa penggunaan logam sebagai reference cell selain reference cell diatas adala sementara. Sebagai contoh jika seorang teknisi kelupaan membawa CSE dan dia sudah dilapangan tidak mungkin balik ke kantor mengambil CSE. Maka dia bisa memakai sebuah paku .

Gambar 11. Paku sebagai reference cell

Pengukuran potensial proteksi dengan menggunakan paku sebagai reference cell didapatkan nilai sebesar -600 mV. Maka teknisi tersebut kemudian kembali ke kantor dan mengukur nilai potensial paku tersebut dengan CSE reference cell sebenarnya didapatkan nilai -350 mV, maka nilai potensial proteksi dari pipa yang sesungguhnya jika diukur dengan CSE adalah (– 600 mV) + (-350 mV) = – 950 mV.

Referensi :

  1. NACE International, “CP-2 Cathodic Protection Technician Manual”, Houston, 2009
  2. Appalachian Underground Corrosion Short Course, “Advanced Course Modul”, West Virginia, 2013
  3. Robert A Francis, “Corrosion Control”, Australia, 2005
  4. Wikipedia
Dasar Listrik Bagi Teknisi Proteksi Katodik (Cathodic Protection)

Dasar Listrik Bagi Teknisi Proteksi Katodik (Cathodic Protection)

DASAR LISTRIK BAGI TEKNISI PROTEKSI KATODIK (CATHODIC PROTECTION)

Bekerja sebagai seorang teknisi proteksi katodik setidaknya kita harus paham mengenai dasar listrik karena kita akan banyak bermain dengan yang namanya arus listrik, tegangan AC/DC, tahanan listrik, anoda, katoda dan banyak sekali istilah listrik. Jika kita tidak memahami dasar – dasar listrik sama sekali, maka akan sulit memahami proses bekerjanya system proteksi katodik dan melakukan analisa jika system proteksi katodik mengalami kerusakan.

Salah satu konsep dasar yang banyak digunakan adalah Ohm Law yang ditemukan oleh George Simon Ohm pada tahun 1828 mengenai keterkaitan antara voltase, arus dan tahanan listrik. Hampir disemua peralatan yang bekerja dengan arus listrik baik itu arus listrik AC maupun DC menggunakan Ohm law. Karena itu kita akan mendefinisikan untuk voltase, arus dan tahanan.

Voltage (E atau V)

Voltage dapat didefinisikan sebagai perbedaan potensial. Potensial berkaitan dengan kemampuan untuk melakukan kerja. Bila kita melakukan pengukuran antara kedua terminal pada sebuah baterai, pada dasarnya adalah kita mengukur perbedaan potensial antara kedua terminal tersebut. Voltage disebut juga dengan electromotive force atau kemampuan untuk memaksa electron mengalir.  Karena itu symbol untuk voltage sering ditulis E yang diambil dari Electromotive Force. Satuan untuk Voltage adalah “Volt”

Current (I)

Current atau arus listrik dapat didefiniskan sebagai aliran electron. Ketika terjadi perbedaan potensial antara kedua terminal, maka akan terjadi aliran electron dari potensial yang lebih negative menuju potensial yang lebih positif. Aliran electron inilah yang disebut dengan arus listrik. Arus listrik dilambangkan dengan symbol I yang diambil dari kata Intensity. Maksudnya adalah pengukuran dilakukan untuk mengetahui seberapa sering atau konsentrasi dari electron yang mengalir. Satuan dari arus adalah ampere (A).

Resistance (R)

Resistance atau tahanan didefiniskan sebagai penghambat arus listrik mengalir. Tergantung dari struktur material yang terdapat dalam bahan maka sebuah bahan dapat bersifat konduktor, semi konduktor atau isolator. Sifat bahan ini tergantung dari jumlah electron yang dapat membantu aliran listrik mengalir ketika perbedaan potensial terjadi pada bahan tersebut. Konduktor mempunyai banyak electron bebas, karena itulah arus listrik mudah mengalir. Semi konduktor mempunyai lebih sedikit electron bebas, karena itu jumlah arus yang mengalir terbatas. Sedangkan isolator  mempunyai sangat sedikit electron bebas, karena itu mempunyai kemampuan menghambat arus listrik dengan sangat kuat. Satuan dari tahanan adalah Ohm, yang diambil dari nama penemu ohm law yaitu George Ohm dan sering ditulis dengan lambang omega ( Ω ). Simbol dari tahanan adalah R diambil dari kata Resistance.

Ohm Law

George Ohm pada tahun 1828 melakukan penelitian terhadap hubungan antara ketiga istilah diatas dengan membuat sebuah rangkaian yang sederhana.

Dari rangkain tersebut diketahui bahwa ketika voltase yang mengalir konstan, maka arus dan tahanan akan saling berlawanan atau dengan kata lain ketika arus listrik naik maka tahanan akan turun begitu sebaliknya.

Ketika pada rangkaian tersebut dijaga tahanan secara konstan, maka nilai arus berbanding lurus dengan voltase atau dengan kata lain ketika voltase dinaikkan maka arus listrik juga naik begitu sebaliknya.

George Ohm menemukan bahwa hubungan antaranya ketiganya adalah tetap seperti ini tidak pernah berubah. Karena itulah dapat dirumuskan dalam persamaan matematis :

                                                                                                                   E = I x R

Jika kita mempunyai arus sebesar 2 A  dan tahanan sebesar 10 ohm maka kita akan mendapatkan voltase sebesar 2 x 10 = 20 volt. Jika kita menggunakan arus sebesar separuhnya yaitu 1 A dengan tahanan tetap 10 ohm maka voltase yang didapat adalah 10 V atau turun 50 %. Hal ini membuktikan kesimpulan dari George bahwa arus dan voltase berbanding lurus, jika arus turun 50 % maka voltase juga turun 50 %.

Ada cara yang mudah untuk mengingat hukum ohm ini, cara ini disebut dengan magic circle atau magic triangle.

Gambar 4. Magic Circle

cara menggunakan magic circle adalah sebagai berikut :

  1. Untuk mengetahui persamaan mencari nilai voltase maka tutup huruf E yang berarti voltase sebagai berikut :

Maka akan didapatkan persamaan E = I x R

2. Untuk mengetahui persamaan mencari nilai arus maka tutup huruf I sehingga didapatkan persamaan E = I ÷ R dalam gambar  berikut :

3. Untuk mengetahui persamaan mencari nilai tahanan maka tutup huruf R pada gambar berikut :

Maka akan didapatkan persamaan  R = E ÷ I

 Selain dari hukum ohm , maka ada satu lagi hukum yang penting untuk diketahui yaitu  hukum Kirchoff yang ditemukan oleh ilmuwan jerman yang bernama Gustav Kirchoff pada tahun 1945. Ada 2 hukum yang ditemukan kirchof berkaitan dengan arus dan voltase.

Current Law atau Hukum arus

Hukum arus ini disebut juga sebagai hukum pertama  Kirchoff yang berbunyi  “Jumlah arus yang masuk pada sebuah persambungan sama dengan jumlah arus yang keluar pada persambungan tersebut” atau jika dituliskan dengan persamaan adalah :

                                                                                                                 i2 + i3 = i1 + i4

sebagai contoh jika arus yang masuk sebesar 6 A maka yang keluar adalah sama dengan jumlah (2 A + 3A + 1A ) = 6 A

Voltage Law atau Hukum Voltase

Hukum voltase ini disebut juga dengan hukum Kirchoff kedua yang berbunyi “Jumlah dari semua beda potensial yang ada dalam satu sirkuit tertutup sama dengan nol” atau dengan kata lain adalah jumlah dari sumber arus yang ada dalam sebuah siklus tertutup sama dengan nilai voltage drop pada semua tahanan yang ada di sirkuit tersebut.

Sebagai contoh adalah :

 Jumlah sumber voltase sebesar 12 V + 12 V = 24 V sama dengan jumlah voltase yang drop yaitu 8 V + 8 V + 8 V = 24 V

Driving voltage sebesar 24 Volt mengalir pada sebuah sirkuit tertutup dengan 3 resistor dengan nilai yang sama, maka pada masing-masing resistor menahan voltase sebesar 8 V. Jika digunakan resistor dengan nilai yang berbeda-beda maka nilai voltage dropnya tetap sebesar 24V.

Kegunaan kedua hukum tersebut dalam system proteksi katodik adalah untuk menghitung dan memprediksi jumlah arus ataupun voltase yang akan mengalir dalam sebuah rangkaian seri atau parallel.

Rangkaian seri adalah sebuah sirkuit tertutup dengan sumber arus yang sama mengalir sepanjang sirkuit dan kemudian kembali kepada sumber arus semula. Rangkaian seri dapat ditemukan pada rangkaian kabel TR ke groundbed dan kabel dari galvanic anoda ke pipa. Rangkain seri mempunyai sifat :

  • Nilai arus diseluruh bagian rangkaian adalah sama
  • Nilai voltage drop tergantung dari masing – masing tahanan yang ada

Jumlah Tahanan total adalah sama dengan jumlah nilai masing-masing tahanan.

Sebagai contoh jika diketahui E1 = 5 V, E2 = 5 V dan R1 = 5 ohm, R2 = 3 ohm dan R3 = 2 ohm maka berdasarkan sifat rangkaian seri dan hokum ohm dan kirchoff dapat dicari :

Voltase total  ( Et ) = 5 V + 5 V = 10 Volt

Tahanan Total (Rt) = 5 ohm + 3 ohm + 2 ohm = 10 ohm

Arus Total (It) = Et/Rt = 10 / 10 = 1 A

Voltage drop untuk masing – masing tahanan

E1 = I1 x R1 = 1 x 5 = 5 V

E2 = I2 x R2 = 1 x 3 = 3 V

E3 = I3 x R3 = 1 x 2 = 2 V

Maka jumlah voltage dropnya adalah 5 v+ 3V + 2 V = 10 Volt

Voltase total = jumlah total voltage dropnya, maka dengan ini hukum kirchoff 2 terbukti.

Referensi :

  1. NACE International , “CP-1 Cathodic Protection tester Manual”, USA 2007.
  2. .http://en.wikipedia.org/wiki/Kirchhoff%27s_circuit_laws
PENGUKURAN CURRENT MEASUREMENT TEST STATION (bagian 2)

PENGUKURAN CURRENT MEASUREMENT TEST STATION (bagian 2)

PENGUKURAN CURRENT MEASUREMENT TEST STATION (bagian 2)

Current Measurement Test station (CMTS) atau yang disebut juga dengan Pipeline Current Span Test station dalam NACE manual merupakan sebuah test station yang digunakan untuk mengukur magnitude/ukuran dan arah dari arus yang mengalir pada pipa. Pengukuran ini berguna untuk mengetahui jangkauan dari system proteksi katodik, lokasi dengan coating buruk, dan untuk mencari lokasi yang terdapat pipa kontak dengan struktur lain.

Pada tiang ukur jenis ini, pipa diumpamakan sebagai sebuah resistor, magnitude dari arus listrik yang mengalir ditentukan dengan mengukur IR drop sepanjang jarak antara kabel test. Arah dari aliran arus ditentukan dengan kode polarity pada voltase yang terukur.

Pada bagian 1 kita sudah membahas mengenai CMTS 2 wire, maka pada bagian 2 kita akan membahas CMTS 4 wire. Gambar CMTS 4 wire secara umum adalah sebagai berikut :

Gambar 1 . CMTS 4 wire

Untuk CMTS yang ditemukan dilapangan adalah sebagai berikut :

Gambar 2 . CMTS 4 wire yang berada di lapangan

Hal yang sangat penting dari CMTS ini adalah pewarnaan kabel sebagai kode dan harus diketahui  gambar rencana konstruksi atau manual tiang ukur. Karena kabel berfungsi untuk kalibrasi dan juga untuk mengukur arus yang mengalir. Jika kabel tidak terpasang seperti dalam gambar konstruksi, maka pengukuran akan salah. Karena itu CMTS 4 wire yang ditemukan dilapangan seperti gambar diatas sangat rawan kemungkinan untuk salah.

Cara untuk melakukan pengukuran CMTS 4 wire diatas maka harus diketahui dulu gambar konstruksinya. Sesuai gambar 3.  diketahui  bahwa terminal 2 dan 3 adalah lokasi kabel yang dalam pada pipa dengan posisi pada test box adalah diatas  sedangkan terminal 1 dan 4 adalah lokasi kabel luar pada pipa dengan posisi pada test box adalah dibawah.

Gambar 3 . Detail Konstruksi CMTS 4 wire

Setelah mengetahui posisi kabel, maka untuk mendapatkan hasil yang akurat maka pipa perlu diinject arus DC dari luar pada CMTS dengan menggunakan terminal 1 dan 4. Ilustrasinya adalah sebagai berikut :

Gambar 4 . Instalasi pengukuran CMTS 4 wire

Dalam gambar konstruksi diatas sebetulnya juga sudah digambarkan instalasi untuk menginject arus DC pada pipa sebagai berikut :

Gambar 5 . Rangkaian injeksi arus DC

Jika kesulitan untuk memahami gambar tersebut maka coba akan saya gambar ulang kira-kira sebagai berikut :

Gambar 6 . Sketsa Rangkaian injeksi arus DC
Gambar 7 . Detail Rangkaian Pengukuran CMTS

Berdasarkan NACE procedures maka dapat dketahui cara pengukurannya adalah sebagai berikut :

  • Instal 12 V sumber arus DC bisa dari aki/baterai atau adaptor dan sumber lain serta ampere meter dan voltmeter sesuai gambar diatas.
  • Sebelum baterai dihidupkan maka ukur voltage drop yang terjadi pada terminal 2 dan 3. Catat arah arusnya dan nilainya dalam satuan mV ( mV off)
  • Hidupkan baterai dan ukur nilai ampere yang terukur pada multimeter ( I on). Sebaiknya memang menambahkan resistor geser agar dapat diatur arus yang masuk tidak terlalu besar, namun jika tidak menambahkan resistor juga tidak apa-apa.
  • Ukur voltage drop pada terminal 2 dan 3 dalam kondisi baterai hidup (mV on)
  • Dari hasil test kalibrasi maka hitung pipe resistance dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

Rp = Resistance of the Pipe (ohms)

mVon = Voltage drop pada terminal 1 dan 2 saat baterai dihidupkan (milli volt)

mVoff = Voltage drop pada terminal 1 dan 2 saat baterai tidak dihidupkan (milli volt)

I on = Besaran arus yang terukur pada multimeter (ampere)

Ioff = Current interrupter atau normalnya adalah 0 A

1000 adalah nilai konversi mili volt menjadi volt

Cara alternative untuk mendapatkan nilai kalibrasi adalah menggunakan rumus berikut ini :

Dimana

CF span = factor kalibrasi dari CMTS tersebut (amper/mili volt)

mVon = Voltage drop pada terminal 1 dan 2 saat baterai dihidupkan (milli volt)

mVoff = Voltage drop pada terminal 1 dan 2 saat baterai tidak dihidupkan (milli volt)

I on = Besaran arus yang terukur pada multimeter (ampere)

Ioff = Current interrupter atau normalnya adalah 0 A

1000 adalah nilai konversi mili volt menjadi volt

  • Setelah diketahui tahanan pipanya, maka hitung nilai arusnya dengan rumus berikut :

I span = Nilai arus yang mengalir pada CMTS tersebut (ampere)

Vspan = voltage drop pada CMTS tersebut yang diukur pada terminal 1 dan 4 (volt)

R span = tahanan pipa yang didapatkan pada perhitungan sebelumnya. Dalam hal ini nilai Rspan = Rp (ohm)

Selain itu perhitungan alternative dengan menggunakan CFspan yang sudah diketahui dari rumus diatas adalah dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

Dimana :

I span = Nilai arus yang mengalir pada CMTS tersebut (ampere)

mVspan = voltage drop pada CMTS tersebut yang diukur pada terminal 1 dan 4 namun mempunyai satuan mili volt

CF span = nilai factor kalibrasi dari CMTS tersebut dalam satuan ampere/millivolt

Dalam pengukuran ini perlu diperhatikan bahwa data yang didapatkan hanya berlaku pada section tersebut saja, sehingga data-data yang didapatkan pada CMTS ini tidak bisa digunakan untuk CMTS ditempat lain sehingga perlu dilakukan pengukuran ulang. Sama seperti CMTS 2 wire, maka pada CMTS 4 wire juga harus diterapkan pada pipa yang kontinyu, tidak terdapat insulating joint maupun valve. Sedangkan hal yang membedakan adalah CMTS 4 wire tidak memerlukan nilai-nilai diameter pipa, tebal pipa, panjang pipa dan sebagainya.

CMTS 4 wire lebih mudah diaplikasikan dilapangan, namun berdasarkan gambar CMTS dilapangan dengan menggunakan vertinak yang bulat, dengan kabel 5 buah dan kabel dengan warna yang sama, maka kesalahan dapat dengan mudah dilakukan. Karena itu pengukuran harus benar-benar dipastikan penentuan kabelnya dan juga perlu dilakukan beberapa kali dengan melakukan trial and error.

Setelah diketahui adanya CMTS dalam pipa distribusi, maka sebaiknya dibuatkan satu rangkaian khusus yang digunakan khusus untuk mengukur CMTS sehingga saat dilapangan akan cepat melakukan pengukuran, dan sebaiknya memang untuk system impressed current yang sudah terpasang dan belum terdapat CMTS perlu ditambahkan CMTS persegmen (misal dalam jarak per 10 km atau per 5 km) dan juga untuk rencana pemasangan impressed current, perlu ditambahkan juga pemasangan CMTS

Referensi :

  1. NACE, “CP-2 Cathodic Protection Technician Course Manual”, NACE International, 2006
  2. Appalachian underground Corrosion Short Course Intermediate Manual, West Virginia University, West Virginia, 2013
  3. http://www.engineeringtoolbox.com/resistivity-conductivity-d_418.html
  4. Brian holtsbaum, “Cathodic Protection Survey procedures”, NACE International, Texas, 2009
PENGUKURAN CURRENT MEASUREMENT TEST STATION (bagian 1)

PENGUKURAN CURRENT MEASUREMENT TEST STATION (bagian 1)

PENGUKURAN CURRENT MEASUREMENT TEST STATION (bagian 1)

Current Measurement Test station (CMTS) atau yang disebut juga dengan Pipeline Current Span Test station dalam NACE manual merupakan sebuah test station yang digunakan untuk mengukur besarnya arus katodik yang mengalir dalam struktur pipa. Pengukuran ini sangat penting untuk analisa system proteksi katodik dalam sebuah section system proteksi katodik karena dengan mengetahui profil penurunan arus katodik dalam struktur pipa, maka akan dapat segera dketahui lokasi kehilangan arus sehingga dapat segera dicari penyebabnya dan dimitigasi. Penyebab kehilangan arus katodik dalam sebuah pipa biasanya adalah karena pipa kontak, coating defect dan stray current.

CMTS umum terpasang untuk system proteksi katodik impressed current. Untuk sebuah struktur yang panjang dimana tahanan pipa berpengaruh maka semakin jauh pipa dari sumber arus katodik, maka arusnya akan semakin kecil. Penyusutan nilai arus katodik ini dinamakan atenuasi.

Secara ideal, pipa dengan system proteksi katodik impressed current mengalami atenuasi secara linear seperti gambar berikut :

Gambar 1. Profil Arus Katodik dalam sebuah Pipa yang terlindungi

Namun jika kemudian pipa mengalami kontak dengan struktur logam lain atau mengalami coating defect maka akan terjadi atenuasi secara drastis seperti yang digambarkan dengan garis putus-putus pada gambar berikut :

Gambar 2. Profil Arus Katodik dalam sebuah Pipa yang kontak dan cacat coating

Terjadinya drop arus pada titik C dan D (garis putus-putus)dalam jumlah besar merupakan indikasi adanya arus yang keluar dari pipa dengan jumlah besar. Penurunan arus ini hanya dapat terjadi jika terdapat pipa kontak ataupun stray current. Stray current dapat diketahui dengan pengukuran potensial pipa yang mengayun naik turun atau jika kita pasang interrupter pada sumber maka potensial logam ikut terinterupt.

Adanya penurunan arus antara titik B dan C setelah kontak dengan struktur lain ditangani (garis lurus) menandakan adanya coating defect. Tindakan mitigasi untuk hal ini adalah mengadjust Transformer rectifier dengan arus yang lebih besar atau melakukan perbaikan coating. Pemilihan tindakan mitigasi tergantung kemudahan dalam melakukannya.

Dengan adanya CMTS maka akan dapat dengan mudah diidentifikasi lokasi pipa contact atau adanya coating defect untuk dilakukan tindakan analisa berikutnya.

Salah satu CMTS yang pernah kami temukan dilapangan adalah sebagai berikut :

Gambar 3. Current Measurement Test Station

Teknisi proteksi katodik untuk pipa distribusi biasanya mengenal 3 jenis test post yaitu yang berkabel satu untuk test post impressed current, yang berkabel dua untuk junction box dan yang berkabel tiga untuk test post system anoda korban. Saat menemukan test post dengan jumlah kabel 5 buah maka ini merupakan sesuatu yang baru. Karena itu untuk melakukan pengukuran, maka diperlukan gambar detail dari test post sebagai berikut :

Gambar 4. Gambar Detail Konstruksi CMTS

Gambar konstruksi menunjukkan bahwa CMTS tersebut adalah jenis test station untuk pengukuran arus dengan kabel 4. Karena selain dengan kabel 4 ada juga yang menggunakan kabel 2. Teknik pengukurannya agak sedikit berbeda.

Test station dilapangan mempunyai 5 kabel, karena itu kemungkinan kabel yang ke 5 ditengah adalah coupon atau reference cell.

CMTS 2 wire dapat digunakan untuk pengukuran arus jika jarak antar kabel, diameter pipa, wall thickness atau berat pipa per feet diketahui. Arus yang mengalir diantara kabel tersebut dapat diketahui dengan mengukur voltage drop yang terjadi dibandingkan dengan resistance (tahanan) pipa dengan jarak antar kabel tersebut yang tertera pada tabel dan rumus hukum ohm. Gambar berikut menjelaskan cara instalasi untuk pengukuran CMTS 2 wire

Gambar 5. CMTS 2 wire

Karena nilai voltage drop antara jarak tersebut sangat kecil, maka perlu diperhatikan kualitas multimeter yang digunakan. Dengan multimeter yang ada saat ini menggunakan impedansi input diatas 10 mega ohm maka kesalahan dapat diminimalkan.

Tabel yang digunakan untuk menghitung adalah sebagai berikut :

Gambar 6. Tabel Tahanan Pipa

Pipa tempat instalasi CMTS  haruslah pipa yang kontinyu tanpa adanya insulating joint, valve dan lain-lain dengan diameter dan ketebalan yang sama.

Sebagai contoh diketahui bahwa jarak antar kabel pada pipa adalah 200 feet (61 meter) dengan diameter pipa 30 in (762 milimeter) dan berat pipa 118.7 lb/feet (176.65 kg/m) adalah 0.17 mV maka arus yang mengalir dapat dihitung sebagai berikut :

Tahanan pipa menurut tabel adalah 2.44 µΩ/ft (8.01 µΩ/m)

Maka total tahanan Rpipa = 2.44 µΩ/ft x 200 ft = 488 µΩ

Atau jika dalam meter R = 8.01 µΩ/m x 61 m = 488 µΩ

Dalam satuan ohm R = 0.000488 Ω

Voltage drop hasil pengukuran sebesar  V = 0.17 mV

                                                                                 = 0.00017

Maka dengan menggunakan hukum ohm I = V/R

I = 0.00017 V/ 0.000488 Ω

I = 0.348 Ampere

Dengan memperhatikan gambar 5 dimana pengaturan terminal positif dan negative pada multimeter sesuai gambar dan didapatkan nilai voltage drop adalah positif, maka dapat diketahui bahwa arus masuk dari terminal positif multimeter sehingga jika arah utara adalah sesuai gambar maka arus katodik mengalir dari barat  ke timur.

Selain itu dalam buku NACE Cathodic Protection Procedure diketahui jika kita tidak mempunyai tabel resistance pipa, maka kita bisa menghitung dengan mengetahui steel resistivitynya terlebih dahulu. Dalam website engineering tool box diketahui nilai mild steel resistivity () adalah 15 x 10 -8 ohm.m yang kemudian menggunakan rumus :

R = tahanan pipa dengan panjang L (ohm)

 =  Steel resistivity ( ohm cm)

L = Jarak antar kabel ( cm)

A = Luas Lingkaran pipa ( cm2)

Untuk mencari A digunakan rumus :

Dimana :

OD = outside diameter pipa (cm)

ID = inside diameter pipa (cm)

ID dapat diketahui dengan rumus :

ωt = pipe wall thickness ( cm)

Keakurasian perhitungan menggunakan CMTS 2 wire tergantung dari pengetahuan tentang spesifikasi pipa yang tertanam selain itu kegagalan perhitungan akan terjadi jika terdapat valve. Penggunaan CMTS 4 wire memudahkan perhitungan karena tidak membutuhkan pengetahuan tentang spesifikasi pipa dengan detail.

Referensi :

  1. NACE, “CP-2 Cathodic Protection Technician Course Manual”, NACE International, 2006
  2. Appalachian underground Corrosion Short Course Intermediate Manual, West Virginia University, West Virginia, 2013
  3. http://www.engineeringtoolbox.com/resistivity-conductivity-d_418.html
  4. Brian holtsbaum, “Cathodic Protection Survey procedures”, NACE International, Texas, 2009