SISTEM PROTEKSI KATODIK  PENYEBAB HIDROGEN EMBRITTLEMENT

SISTEM PROTEKSI KATODIK PENYEBAB HIDROGEN EMBRITTLEMENT

SISTEM PROTEKSI KATODIK PENYEBAB HIDROGEN EMBRITTLEMENT

Salah satu penyebab serangan hydrogen dan menyebabkan terjadinya perapuhan sebuah logam (embrittlement) adalah adanya system proteksi katodik sedangkan pipa yang tertanam dalam tanah atau pipa offshore wajib dilindungi oleh system proteksi katodik.

Sistem proteksi katodik adalah metode perlindungan logam dari korosi dengan cara menghilangkan beda potensial pada struktur mikroskopis logam dengan jalan membanjiri logam dengan electron. Dengan kata lain menjadikan sifat anoda pada sebuah  logam hilang dan menjadikan seluruh permukaan logam menjadi katoda.

Seperti yang sudah kita ketahui bahwa korosi dapat terjadi karena adanya sel korosi yaitu suatu sel yang terdiri dari 4 faktor :

  1. Logam yang menjadi anoda
  2. Logam yang menjadi Katoda
  3. Adanya larutan elektrolit
  4. Adanya konduktor listrik

Katoda adalah logam yang relatif lebih mulia, yang permukaannya menjadi tempat berlangsungnya reaksi reduksi. Anoda adalah logam yang relatif lebih aktif, yang menjadi pemasok elektron bagi reaksi reduksi,sehingga terkorosi. Konduktor adalah sarana untuk transfer elektron dari anoda kekatoda. Elektrolit adalah media yang mengandung zat-zat yang korosif seperti H+ dan O­2 yang cenderung terreduksi, disamping menjadi tempat bagi zat lain yang dapat mengakselerasi korosi seperti Cl.

Jika salah satu faktor tersebut tidak ada, maka korosi tidak akan terjadi. Proses terjadinya korosi digambarkan sebagai berikut :

Gambar 1. Sel Korosi

Dua buah logam yang mempunyai potensial elektroda berbeda akan membuat dua kutub. Potensial yang lebih rendah akan menjadi kutub anoda dan potensial yang lebih tinggi menjadi kutub katoda. Ketika dua buah elektroda ini dihubungkan dalam larutan elektrolit yang sama, maka akan terjadi proses elektrokimia yaitu elektron mengalir dari anoda menuju katoda melalui konduktor listrik.dan bersamaan dengan itu terjadi alitran arus dari katoda ke anoda melalui elektrolit dan terjadi aliran arus secara tertutup yang berlangsung terus menerus yang akibatnya anoda tempat keluarnya arus menjadi terkorosi. Pada permukaan katoda elektron akan berikatan dengan ion H+ untuk menjadi netral sebagai H2 dan elektron yang terlepas di permukaan anoda akan membuat ion-ion logam menjadi tidak stabil sehingga melarut kedalam larutan elektrolit. Proses terlepasnya ion logam inilah yang dinamakan korosi.

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

Pada anoda :

                   Fe     à      Fe2+  +       2e

Pada katoda : Elektron dari anoda mengadakan migrasi ke daerah katoda melalui metal dan bereaksi dengan berbagai cara yang tergantung pada pH dan adanya oksigen

                   2 H+    +       2e    à      H2 (gas)

                   2 H+  +       ½ O2 +       2e    à      H2O

                   H2O   +       ½ O2 +       2e    à      2 OH

Ion-ion hidroksil dari katoda ini dan ion-ion fero dari anoda membentuk :

Fe2+  +       2 OH à      Fe(OH)2

4 Fe(OH)2  +       O2     +       2H2O à      4 Fe(OH)3

Dimana 4 Fe(OH)3 ini adalah 2 Fe2O3.6H2O dinamakan korosi.

Reaksi pembentukan hydrogen pada lapisan film dipermukaan pipa yang diberlakukan sebagai katoda dapat menjadi pemicu embrittlement jika terdapat atom hydrogen yang masuk kedalam struktur logamnya. Atom hydrogen (H+) yang bereaksi akan membentuk hydrogen dan keluar ke lingkungan.

Gambar 2. Proses gas Hidrogen Keluar

Standard ISO 15589-1 2003 menyatakan bahwa system proteksi katodik diharapkan mampu menurunkan corrosion rate dibawah 0,01 mm per tahun atau jika sebuah pipa mempunyai ketebalan sebesar 7 mm maka pipa tersebut dapat bertahan hingga lebih dari 700 tahun.

Namun disisi lain system proteksi katodik yang terpasang dapat menimbulkan serangan hydrogen yang dapat menjadikan pipa crack. Karena itu perlu diterapkan suatu peraturan yang cukup ketat terhadap kriteria dari potensial proteksi katodik sebagai pemicu terbesar timbulnya gas hydrogen akibat reaksi elektrokimia di permukaan pipa. Semakin besar nilai potensial proteksi yang diterapkan maka akan semakin cepat pembentukan gas hydrogen dipermukaan pipa yang mengakibatkan permukaan pipa menjadi panas dan menjadikan coating menggelembung kemudian rusak dan menjadikan pipa menjadi rapuh.

Banyak sekali penelitian yang bertujuan untuk mencari nilai potensial proteksi katodik yang sesuai agar tidak menyebabkan timbulnya serangan hydrogen.

Standard ISO 15589-1 menyebutkan bahwa nilai potensial proteksi yang sangat negative dapat menjadi pemicu adanya hydrogen embrittlement dan kerusakan coating. Karena itu nilai potensial proteksi katodik tidak boleh lebih dari nilai -1200 mV (Off Potensial) jika diukur dengan elektroda standard CSE.

NACE RP 0169 tidak menyatakan nilai over voltage secara langsung, namun dalam precautions note nya disebutkan  bahwa potensial polarisasi yang dapat menimbulkan reaksi pembentukan hydrogen berlebih harus dihindari untuk menghindari kerusakan coating dan serangan hydrogen.

Dalam sebuah jurnal yang diterbitkan oleh electrochemical sains yang meneliti pengaruh potensial proteksi katodik terhadap kekerasan mikrostruktur sebuah baja menghasilkan suatu kesimpulan bahwa ketika suatu baja berjenis Q235 tidak dialiri arus proteksi katodik maka nilai kekerasan mikrostrukturnya adalah 160 – 170 MPa, nilai kekerasan pada -900 mV SCE (Standard Calomel Electrode) mulai naik dan relative constant pada -1000 sampai dengan -1200 mV SCE. Nilai kekerasan mikrostruktur turun drastis pada nilai melebihi dari -1200 mV bahkan turun dibawah nilai kekerasan baja saat tidak terproteksi katodik.

Penelitian tersebut menyatakan  bahwa hydrogen mulai terbentuk pada potensial -1050 mV SCE. Pada nilai antara -1000 mV sampai dengan -1100 mV menunjukkan tingkat kekerasan naik dengan jelas menandakan bahwa mulai terjadi perapuhan material secara intensif. Untuk nilai lebih negative dari -1100 mV reaksi pembentukan gas hydrogen berlangsung dengan sangat banyak dan cepat dan saat itu mulai terjadi difusi atom hydrogen kedalam struktur logam. Untuk nilai yang lebih negative dari -1200 mV SCE kekerasan mikrostruktural drop secara signifikan, dalam penelitian tersebut juga terlihat gelembung-gelembung hydrogen yang sangat banyak muncul dari permukaan logam. Atom hydrogen masuk kedalam struktur logam karena adanya electrochemical force yang mengakibatkan kemerosotan kualitas bahan suatu logam.

Berdasarkan penelitian tersebut diketahui bahwa nilai potensial proteksi katodik untuk logam jenis Q235 tidak boleh lebih dari -1100 mV SCE. Q235 adalah suatu jenis baja yang ekivalent dengan ASTM A36 Mild Steel Plate dengan spesifikasi sebagai berikut :

Mengacu pada standard NACE RP 0169 dimana untuk nilai potensial -850 mV CSE (copper sulphate electrode) adalah sama dengan -780 SCE (Saturated Calomel Electrode) maka ada selisih -70 mV antara CSE dan SCE. Berarti nilai – 1100 mV SCE pada penelitian tersebut adalah sama dengan -1170 mV CSE.

Seperti yang kita ketahui bersama bahwa standard nilai potensial proteksi katodik berdasarkan Instruksi Kerja Pengoperasian dan pemeliharaan sistem proteksi katodik di PGN adalah dari -850 mV hingga -2000 mV. Nilai tersebut sudah melebihi batas atas yang disyaratkan oleh standard ISO 15589-1 dan jurnal hasil penelitian yang diterbitkan oleh electrochemical science. Karena itu penetapan batas nilai potensial proteksi katodik di PGn sudah seharusnya dikaji ulang demi menjaga pipa lebih handal dan dapat berumur lebih panjang.

Referensi

  1. NACE Standard RP-0169 “ Control Of External Corrosion on Underground or submerged Metallic Piping system”, 2002
  2. ISO 15589-1 “Petroleum and Natural Gas Industries – Cathodic Protection of pipelines- Transportation system”, 2003
  3. Barlian Kahuripan, “Modul I Corrosion Control Course”, PGN 2009
  4. Barlian Kahuripan, “Hydrogen Embrittlement Pada Pipa Baja, PGN 2014
  5. E Probet and JJ. Rollinson, “Hydrogen Embrittlement of High Tensile Strenght During Chemical and Electrochemical processing”, Electrochemical and Metal Finishing, 1961
  6. Zhi Ming Gao et all., “EIS Characteristic under Cathodic Protection and Effect of Applied cathodic Potential on surface microhardness of Q235 Steel”, International Journal Of Electrochemical Science2013 www.electrochemsci.org 
MEMAHAMI KRITERIA POTENSIAL PROTEKSI KATODIK -850 mV

MEMAHAMI KRITERIA POTENSIAL PROTEKSI KATODIK -850 mV

MEMAHAMI KRITERIA POTENSIAL PROTEKSI KATODIK -850 mV

Kriteria potensial proteksi katodik -850 mV atau disebut juga on potensial sudah menjadi perdebatan bertahun – tahun antara para enjineer dan industriawan di bidang korosi. Kriteria ini terus berubah hingga akhirnya NACE mengeluarkan Standard Practice NACE SP 0169 pada tahun 2007 yang mengakomodir 3 nilai criteria potensial proteksi katodik. Kriteria itu adalah :

  1. Nilai negative potensial proteksi katodik tidak boleh kurang dari -850 mV saat proteksi katodik diaplikasikan. Nilai potensial proteksi ini diukur dengan menggunakan elektroda standard Cu/CUSO4 dengan mempertimbangkan adanya voltage drop untuk mendapatkan pengukuran yang akurat.

Mempertimbangkan adanya voltage drop adalah dengan cara sebagai berikut :

  • Mengukur atau menghitung nilai voltage drop
  • Review historical dari system proteksi katodik pada struktur tersebut
  • Melakukan evaluasi terhadap karakteristik physical dan electrical dari pipa dan lingkungan tersebut.
  • Mengamati ada atau tidaknya aktivitas korosi pada struktur tersebut
  1. Nilai negative polarized potential tidak boleh kurang dari -850 mV yang diukur menggunakan elektroda standard Cu/CUSO4. Polarized potensial adalah jumlah antara potensial korosi (potensial natural pipa) dengan sisa polarisasi.
  2. Nilai polarisasi minimum adalah -100 mV antara permukaan struktur dan elektroda standard yang kontak dengan elektrolit.

untuk lebih jelasnya dapat melihat gambar berikut ini :

Gambar 1. Memahami Nilai Pipe To Soil Potential

NIlai criteria potensial proteksi katodik “on Potential ” -850 mV diperkenalkan oleh Robert J. Kuhn pada sebuah paper tahun 1933 berdasarkan pengalamannya melakukan instalasi proteksi katodik untuk pipa air di New Orleans Amerika Serikat pada tahun 1920. Judul paper tersebut adalah “Cathodic Protection of Underground Pipe Lines from Soil Corrosion”. Nilai -850 mV untuk pipa air didaerah new Orleans masuk akal melihat kondisi air tanah yang berlimpah, tahanan tanah yang rendah dan kedalaman pipa yang dangkal.

Tetapi nilai potensial proteksi -850 mV ternyata tidak bisa mengakomodir proteksi katodik untuk kondisi tanah diluar new Orleans, pada tahun 1950 Kuhn menggunakan nilai -1000 mV untuk pipa gas yang dicoating didaerah Texas Amerika Serikat.  Perubahan nilai criteria potensial proteksi katodik yang signifikan ini menjadi pertanda tidak cukupnya nilai -850 mV (on Potensial)

Gambar 2. Robert J Kuhn

Penelitian mengenai criteria potensial proteksi juga dilakukan oleh Pourbaix pada tahun 1974 dalam jurnalnya yang berjudul “Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions” Penelitian beliau mengenai korelasi antara PH dan nilai potensial proteksi. Berdasarkan persamaan Nerst, Pourbaik membuat grafik mengenai hubungan antara pH dan potensial proteksi katodik sebagai berikut :

Gambar 3. DIagram Pourbaix untuk Fe

Elektroda  standard yang digunakan adalah elektroda hydrogen dan nilai criteria potensial proteksi minimal yang digunakan sebesar -0,59 V SHE atau jika dikonversi menjadi – 0,9 V dengan elektroda Cu/CuSO4. Nilai ini lebih negative -50 mV dari hasil eksperimen Kuhn.

Maksud dari grafik pourbaik ini adalah terdapat 3 lokasi yaitu:

  • A (daerah korosi dimana terjadi proses korosi pada struktur logam didaerah ini)
  • B (Daerah imun, atau lebih dikenal dengan proteksi katodik)
  • C (daerah Passivasi atau daerah proteksi anodic)

Maksud dari pourbaik mengatakan bahwa potensial proteksi minimum adalah -0,59 V SHE atau -900 mV CSE adalah membawa sebuah logam yang semula berada daerah korosi (daerah A) menuju daerah immunity (Daerah B)  sehingga proses korosi berhenti.

Untuk memudahkan pembacaan maka pourbaix menyusun sebuah tabel pada suhu 25 oC dan tekanan 1 atm untuk PH 1 sampai dengan 14 sebagai berikut :

Gambar 4. Tabel Pourbaix pH vs Potensial Proteksi Katodik

Nilai praktis terdapat pada kolom iron immunity potential dimana untuk setiap pH maka batas minimal sebuah besi masuk daerah imun adalah berdasarkan nilai potensial proteksi yang tertera di kolom tersebut pada skala SHE, Untuk mendapatkan nilai pada skala CSE harus ditambahkan -316 mV. Sebagai contoh pada pH 7 di tabel tersebut tertulis nilai -0.62 V SHE maka dikonversi menjadi -0,936 V CSE.

Dikarenakan ketidak pastian pada criteria -850 mV on potential ini, maka banyak perusahaan mengaplikasikan nilai yang lebih negative dari -850 mV dengan variasi -900 mV, -950 mV bahkan sampai -1000 mV. Namun berdasarkan penelitian Brian Holtsbaum dalam sebuah jurnal yang berjudul “Use of Historical IR drops for Interpretation of “ON” Potential Criterion” pada tahun 2000 menyatakan bahwa nilai variasi tersebut tidak bisa mengakomodir nilai criteria minimal negative polarized potential proteksi berdasarkan criteria NACE point 2.

Gambar 5. Hubungan Nilai Potensial Proteksi Katodik dan IR Drop

Dalam grafik tersebut masih banyak terlihat bahwa struktur masih berada dibawah ambang proteksi, walaupun nilai potensial yang diberikan sudah mencapai nilai -2000 mV sekalipun, terkait adanya IR drop yang terjadi.

Besarnya IR drop yang disampaikan oleh Holtsbaum dinilai tidak biasa, karena itu pada tahun 1990 yang dipublikasikan dalam jurnalnya yang berjudul “Measurement of IR-Drop Free Pipe-to-Soil Potentials on Buried Pipelines”, Thompson dan Beaver melakukan penelitian terhadap 115 lokasi diamerika dan mendapatkan kesimpulan sebagai berikut :

  1. Terdapat 64 % lokasi test point yang mempunyai IR drop lebih besar atau sama dengan 30 % nilai on potentialnya
  2. Terdapat 19 % lokasi test point dengan IR drop lebih besar atau sama dengan 10 % nilai on potentialnya.

Dikarenakan nilai IR drop sangat ekstrim untuk pipa dengan coating, maka nilai criteria proteksi on potential tidak bisa dijadikan satu-satunya acuan. Harus mengakomodir parameter lainnya.

Kriteria lain yang berkembang adalah nilai polarized potential -850 mV atau yang dikenal dengan off potensial yang pertama kali diperkenalkan oleh Schwerdtfeger and McDorman pada tahun 1950 dalam jurnalnya yang berjudul “Potential and Current Requirements for the Cathodic Protection of steel in Soils” berdasarkan penelitian nilai potensial proteksi pada besi baja untuk pH 2,9 sampai dengan 9.6 mereka menyatakan bahwa potensial korosi dan pH bersentuhan dengan garis hydrogen pada nilai 0.77 V SCE (standard Calomel Electrode) atau -850 mV CSE.

Maksud dari potensial bersentuhan dengan hydrogen adalah tidak ada perbedaan potensial antara anoda dan katoda yang berarti tidak terjadi reaksi korosi.

Mark Matter dalam sebuah jurnalnya yang berjudul “Using Failure Probability Plots to Evaluate the effectiveness of “Off” vs. “On” Potential CP Criteria” pada tahun 2004 merupakan studi yang paling lengkap menyajikan data mengenai kedua criteria -850 mV ini. Berdasarkan data selama 50 tahun dari pipa transmisi yang sangat besar dan sangat panjang, beliau membuat grafik mengenai pengaruh yang signifikan terhadap penurunan kerusakan akibat korosi yang ditimbulkan setelah mengaplikasikan -850 mV off potential.

Gambar 6. Efektivitas ON POTENTIAL dan OFF POTENTIAL

Kesimpulan dari grafik tersebut adalah nilai potensial polarisasi -850 mV atau nilai off potensial dapat menurunkan kegagala akibat korosi hingga lima kali lipat.

Referensi :

  1. A Gummow, “Examining The Controversy Surrounding -850 mV CP Criteria”, Pipeline and Gas Journal, 2010
  2. Sarah Leeds, “Cathodi Protection. A Major Contributor To Pipeline Integrity But How Does It Really Work and What Are Its Limitations in Terms of Operational Controls”, Pipeline Integrity Management, 2008.
  3. Control of External Corrosion on Underground or Submerged Metallic Piping Systems, National Association of Corrosion Engineers, SP0169-2007, 2007.
MENGENAL POLARIZED CELL DAN POLARIZED CELL REPLACEMENT

MENGENAL POLARIZED CELL DAN POLARIZED CELL REPLACEMENT

MENGENAL POLARIZED CELL DAN POLARIZED CELL REPLACEMENT. SAFETY PADA JARINGAN PIPA DIBAWAH SUTET

Adanya induksi magnetic dari saluran udara tegangan eksta tinggi (SUTET) baik itu High voltage AC Transmission Line (HVAC) atau High Voltage DC Transmission Line (HVDC) menyebabkan 3 hal yaitu :

  1. Kejutan listrik tegangan tinggi
  2. Korosi pada pipa
  3. Kerusakan coating
Gambar 1. Korosi Oleh Arus AC

Salah satu  cara untuk melakukan mitigasi terhadap adanya pengaruh tegangan tinggi ini adalah membuat grounding pipa dengan menggunakan metal  seperti zinc, magnesium, baja atau tembaga. DC decoupler seperti kapasitor polarized cell atau polarized cell Replacement (PCR) yang disambungkan ke pipa dan digrounding secara terpisah akan lebih efektif dibandingkan dengan menghubungkan logam yang lebih mulia ke pipa secara langsung. DC decoupler akan menyalurkan arus AC ke grounding namun menahan arus DC ikut keluar. Karena itu potensial proteksi tidak terganggu.

Pemasangan polarized cell, decoupler atau polarized cell replacement  berfungsi untuk mengurangi risiko tegangan tinggi yang diakibatkan oleh petir ataupun sutet pada peralatan logam yang berada di atas tanah disekitar lokasi berbahaya. Step potensial dan touch potensial yang timbul harus dapat diminimalisir hingga mencapai nilai yang dipersyaratkan. Step potensial adalah perbedaan voltase yang terjadi pada daerah yang terkena AC interference dikarenakan langkah personil tanpa personil tersebut menyentuh material logam apapun. Sedangkan touch potensial adalah perbedaan voltase yang timbul saat personil menyentuh material/struktur yang terpengaruh dengan AC interference. Selain itu ada juga kasus special yang disebut transferred potensial dimana beda potensial terjadi saat personil menyentuh material/struktur yang jauh dari pusat transfer, namun tetap terkena efeknya.  Biasanya terjadi karena sambaran petir atau adanya kelebihan beban SUTET yang mengalir lewat grounding.

Gambar 2. Efek Arus AC tegangan Tinggi
Gambar 3. Transfered Potential

Polarized Cell adalah sebuah alat yang berfungsi untuk membuang high voltage AC dan DC yang mengalir pada pipa ketanah sehingga tidak mebahayakan personil.

Sebuah polarization cell  harus mempunyai karakteristik sebagai berikut :

  1. Mempunyai tahanan yang sangat tinggi terhadap arus DC sistem proteksi katodik. Maksudnya adalah agar arus DC sistem proteksi katodik tidak ikut terbawa keluar dari pipa.
  2. Mempunyai tahanan yang rendah terhadap high voltage DC seperti petir
  3. Mempunyai tahanan yang rendah terhadap low ataupun high voltage AC current.
  4. Mampu secara bersamaan melewatkan arus AC namun mencegah aliran voltase DC dari sistem proteksi katodik
  5. Tidak terpengaruh terhadap tegangan transient dan lonjakan listrik
  6. Mampu melewatkan ribuan ampere arus listrik akibat adanya fault current dari SUTET dalam waktu ½ detik ( 30 cycles)
  7. Membutuhkan sangat sedikit perawatan
  8. Tidak terpengaruh oleh perubahan lingkungan

Polarization Cell pertama kali dibuat oleh Kirk engineering Company di Alabama Amerika Serikat. Karena itu terkenal juga dengan sebutan Kirk Cell.

Gambar 4. Polarization Cell

Bagian dari polarization cell adalah

  • Susunan Multiple plate yang terbuat dari Stainless Steel 300
  • Cairan elektrolite alkaline yang terbuat dari larutan potassium Hydroxide dengan resistance dibawah 2 ohm/cm3
  • Lapisan tipis minyak ( tebal sekitar ½ inch) yang berfungsi untuk mencegah larutan elektrolit menguap dan mencegah masuknya oksigen dari luar kedalam elektrolit.
  • Casing yang terbuat dari plastic tahan terhadap larutan basa dan minyak serta bersifat insulation. Terdapat lubang yang terbuka diatas casing untuk memudahkan penambahan level dari larutan elektrolit
  • Dua buah cell terminal.

Terdapat 3 type kirk cell yang dijual dipasaran, yaitu :

Gambar 5. Jenis - Jenis Kirk Cell

Polarization Cell juga dapat dibuat dengan menggunakan nikel plate seperti yang dibuat oleh Rustrol Sebagai berikut :

Gambarr 6. Rustrol Polarization Cell

Rustrol polarization cell terbuat dari plate nikel yang berada dalam larutan elektrolit KOH. Cara kerjanya adalah permukaan pada plate-plate tersebut akan terpolarisasi secara otomatis ketika struktur logam yang terpisah kontak pada terminal yang berlawanan. Lapisan film yang terbentuk akan memblok DC voltage dari sistem proteksi katodik dan melewatkan AC voltage untuk diteruskan ke tanah sehingga mencegah personil tersengat aliran listrik yang mengalir pada sturuktur pipa atau fasilitasnya. Rustrol polarization cell dapat meneruskan arus lisrik AC lebih dari 100 KA dan dapat menahan 1.7 Volt DC.

Dikarenakan polarization cell ini masih membutuhkan perawatan walaupun sedikit dan menggunakan larutan elektrolit yang berbahaya, maka muncul teknologi baru yang kemudian terkenal dengan nama polarization Cell Replacement (PCR)

Kelebihan dari Polarization Cell Replacement dibandingkan polarization Cell selain bebas perawatan, dan tidak menggunakan cairan elektrolit adalah mempunyai kemampuan menahan DC Voltage yang lebih tinggi. Sehingga terkadang satu Polarization Cell Replacement dapat menggantikan dua buah polarization cell. Selain itu Polarization Cell Replacement ini juga mudah dalam instalasi dan pengoperasian.

Gambar 7. Polarization Cell Replacement (PCR)
Gambar 8. Salah Satu Model Instalasi PCR

Pada pemasangan Polarization Cell Replacement diusahakan  agar Polarization Cell Replacement  menempel pada struktur dan kabel konduktor yang digunakan sependek mungkin. Jika digunakan untuk memproteksi antara struktur yang terporteksi katodik dan grounding maka Terminal negative pada Polarization Cell Replacement dihubungkan dengan struktur pipa, dan terminal postifi dihubungkan ke grounding pada tanah.

Jika digunakan untuk memproteksi antara kedua struktur yang diproteksi oleh sistem proteksi katodik yang berbeda maka terminal negative dihubungkan pada struktur yang lebih negative, dan terminal positive pada struktur yang lebih positif.

Pengujian lapangan saat instalasi perlu dilakuakn dengan cara sebagai berikut :

  1. Mengukur voltase open circuit antar terminal dari sebuah Polarization Cell Replacement. Nilai yang didapatkan harus mendekati DC blocking rating dari Polarization Cell Replacement tersebut ( Normalnya adalah -3.0 volt/+ 1.0 V atau ± 2.0 Volt).
  2. Mengukur steady state short circuit AC current dengan menggunakan clamp on multimeter. Nilai yang didapat tidak boleh melebihi nilai AC current rating sesuai spesifikasi.
  3. Setelah Polarization Cell Replacement diinstall maka perlu dilakukan pengukuran potensial proteksi katodik pada pipa sebelum dan sesudah PCR, dengan maksud untuk membuktikan bahwa Polarization Cell Replacement tidak meneruskan voltase DC sistem proteksi katodik ke grounding.

Polarization Cell Replacement tidak memerlukan kegiatan maintenance rutin, namun jika nilai potensial proteksi katodik yang dekat dengan Polarization Cell Replacement mempunyai nilai yang rendah dan tidak normal, maka ada kemungkinan bahwa Polariation Cell Replacement tersebut perlu untuk diperbaiki.

Referensi :

  1. Kirk Patrick, “Polarization Cell, A versatile New Tools for Corrosion Engneering”, International Corrosion Forum, Chicago, 1974
  2. Rustrol, “Polarization Cell”, Cathodic Protection Limited, London
  3. Dairyland Electrical Industries,”Polarized Cell replacement”, Technical Literature, Winconsin
  4. Tony G rizk and Nigel Strike, “Control Of DC and AC Interference”,EMS Presentation, 2008
  5. Dairyland Electrical Industries,”Polarized Cell replacement”, Instalation Instruction, Winconsin
MENGENAL PERALATAN MONITORING SISTEM PROTEKSI KATODIK

MENGENAL PERALATAN MONITORING SISTEM PROTEKSI KATODIK

MENGENAL PERALATAN MONITORING SISTEM PROTEKSI KATODIK

Dalam melakukan pengukuran proteksi katodik dilapangan maka terdapat 2 instrument yang tidak akan bisa ditinggalkan oleh teknisi proteksi katodik yaitu multimeter dan half cell Cu/CuSO4. Semua pengukuran menggunakan insrumen ini, baik kedua-duanya maupun salah satunya.

Multimeter yang sekarang biasa digunakan adalah multimeter digital. Menurut standard ISO 15589-1 2003 multimeter atau khususnya voltmeter yang digunakan harus mempunyai akurasi ± 5 mV untuk pengukuran range 0 sampai dengan 10 Volt (pengukuran potensial). Dan akurasi 0.5 mV untuk range 0 sampai dengan 1 V (pengukuran gradient). Minimal input impedancy adalah 10 mega Ohm dan untuk pengukuran dengan soil resistivity yang tinggi, diperlukan multimeter dengan input impedansi minimum adalah 100 mega ohm.

Gambar 1. Multimeter

Sebagian besar multimeter yang digunakan sekarang mempunyai nilai impedansi 10 mega Ohm, kelihatannya sudah cukup besar, namun ternyata untuk beberapa kondisi ternyata nilai 10 mega ohm tidaklah cukup, sehingga diperlukan nilai input impedansi minimal 100 mega ohm.

Sebagai contoh adalah jika nilai potensial pipa adalah -900 mV dan mempunyai tahanan kabel sekitar 10 kilo ohm, nilai ini adalah sama dengan 0,1 % dari 10 mega ohm. Jadi 0,1 % voltage drop terjadi pada kabel, dan 99.9 % akan diukur oleh multimeter. Voltage drop kecil dan bisa diabaikan.

Namun bagaimana jika pipa berada pada lingkungan beton, batu-batuan atau tanah yang kering, nilai tahanan tanah untuk lokasi tersebut bisa 1 mega ohm bahkan lebih. Maka total tahanan sirkuit menjadi 11 mega ohm, dengan 90 % tahanan pada multimeter dan 10 % tahanan diluar multimeter. Maka voltage drop menjadi 90 mV dan yang terukur pada multimeter adalah -810 mV.

Dalam sebuah pengukuran, terdapat sirkuit sebagai berikut :

 Secara ideal nilai Etrue yang muncul pada meter merupakan nilai pengukuran potensial antara pipa dan ekektroda standard. Karena sirkuit pengukuran adalah sirkuit seri, maka nilai voltage drop yang timbul pada multimeter sebanding dengan ratio impedansi/tahanan meter dengan total tahanan sirkuit.

Dalam sebuah pengukuran, berlaku hukum voltase Kirchoff yaitu nilai E true adalah jumlah seluruh voltage drop yang terjadi pada seluruh sirkuit sebagai berikut :

Jika Vcirc adalah jumlah dari seluruh voltage drop maka persamaan menjadi

Jika semua sisi kiri dibagi dengan E true persamaan menjadi :

Tetapi :

Maka persamaan menjadi :

Dan :

Maka persamaan final menjadi :

Nilai  voltase yang muncul di multimeter (Vm) dibandingkan dengan perbedaan potensial yang sesungguhnya (E true) sebanding dengan ratio Tahanan meter dengan total tahanan.

Sebagai contoh jika E true adalah 1000 mV, dan tahanan kabel masing-masing pada multimeter adalah 0,01 ohm. Tahanan dari pipa ke tanah (R pe)  adalah 10 ohm. Tahanan elektroda standard ke tanah (R re) adalah 100 kilo ohm. Dan tahanan meter adalah 1 mega ohm, maka nilai voltase yang muncul pada voltmeter adalah :

Berdasarkan persamaan final :

Dengan memasukkan nilai   yang ada :

Maka persentase error dari multimeter tersebut adalah :

Jika nilai tahanan atau impendansi dari meter tersebut dinaikkan hingga 10 mega ohm, maka voltase pengukuran menjadi 990 mV sehingga error dari multimeter akan berkurang menjadi tinggal 1 % saja.

Nilai voltage drop pada multimeter mendekati nilai potensial yang sebenarnya jika nilai rasio tahanan meter dibandingkan tahanan total mendekati 1 (Rm/Rt ~ 1) Karena itulah voltase yang melewati multimeter akan mendekati voltase yang sebenarnya jika tahanan pada multimeter jauh lebih besar dibandngkan tahanan pada sirkuit.

Tahanan pada sirkuit yang lebih tinggi daripada tahanan pada multimeter harus dihindari. Tahanan Elektroda standard yang kontak dengan permukaan bisa menjadi sumber error ketika elektroda standard diletakkan pada tanah kering, gravel, batu kerikil, tanah beku, aspal atau beton. Untuk mengurangi error maka tahanan tanah di sekitar elektroda standard dapat dikurangi dengan cara memberikan air sehingga tanah menjadi basah. Untuk daerah yang ekstrem, tahanan yang rendah didapatkan dengan membuat lubang permanen hingga mendekati pipa dengan cara dibor.

Gambar 2. Posisi Meletakkan Elektroda Standard

Sebagai sebuah alat ukur, maka multimeter kemungkinan juga bisa mengalami kesalahan pengukuran, karena itu perlu untuk dilakukan kalibrasi.

Gambar 3. Multimeter Terkalibrasi

Kalibrasi dapat dilakukan dengan menggunakan pihak ketiga yang sudah mendapatkan akreditasi nasional maupun dilakukan sendiri dengan menggunakan sebuah kalibrator.

Gambar 4. Kalibrator Multimeter

FLUKE sebagai pabrikan pembuat multimeter yang terkenal, mengeluarkan sebuah multikalibrator dengan seri 5502 A. Dengan multikalibrator ini maka multimeter dapat dikalibrasi secara periodic setahun sekali, dan juga dapat menerima jasa kalibrasi dari perusahaan lain.

Selain menggunakan  alat kalibrasi, maka sebetulnya sebuah multimeter yang sudah dikalibrasi dapat digunakan untuk mengecek kondisi multimeter lain yang belum dikalibrasi. JIka nilainya masih dalam batas toleransi error ( ± 5 mV) maka multimeter masih dapat digunakan.

Half Cell Cu/CuSO4 sebagai alat monitoring yang kedua juga perlu dirawat agar mendapatkan pengukuran yang maksimal. Half cell terdiri dari tiga bagian, yaitu body half cell, tutup berpori dan batang tembaga.

Gambar 5. Bagian Elektroda Standard

Half cell perlu dikalibrasi, karena itu teknisi katodik dilapangan setidaknya memiliki 2 buah half cell. Satu buah disimpan baik di kantor atau dirumah sebagai standard kalibrasi dan satu lagi digunakan dilapangan. Minimal seminggu sekali, half cell yang digunakan dilapangan harus dikalibrasi dengan half cell yang disimpan dengan cara berikut :

Gambar 6. Kalibrasi Elektroda Standard
  1. Hubungkan kabel multimeter yang berwarna hitam ke half cell yang tersimpan baik, dan kabel merah ke half cell yang dipakai sehari-hari.
  2. Masukkan kedua half cell tersebut ke dalam bejana berisi air biasa atau air distilasi dan kemudian tunggu sekitar 5 menit
  3. Atur posisi multimeter pada voltmeter maka lihat selisih antara keduanya. JIka selisihnya diluar range ± 5 mV, maka itu pertanda sebuah half cell perlu dibersihkan dan diganti larutannya.

Larutan yang dimasukkan haruslah larutan Cu/CuSO4 jenuh. Pertanda jenuh adalah jika Kristal CuSO4 yang kita larutkan dalam air, tidak bisa melarut lagi. Sehingga timbul endapan dibawah botol. Selain itu warnanya adalah biru cerah dan pekat. Larutan Copper sulfat tidak jenuh berwarna jernih dan masih melarut jika ditambahkan Kristal padat dan dikocok.

Gambar 7. Warna Larutan CopperSulphate

Selisih nilai potensial pengukuran antara larutan jenuh dan tidak jenuh yang kita masukkan kedalam half cell bisa mencapai 22 mV, karena itu larutan copper sulphate harus benar-benar diperhatikan.

Gambar 8. Selisih Error Multimeter

Referensi :

  1. ISO 15589-1 2003, “petroleum and Natural Gas Industries-Cathodic Protection of Pipeline Transportation System”, 2003
  2. James R Dimond, Frank J. Ansuini, “Effect on Measurement and Instrumentation Errors on Potential Readings”, NACE International, Texas, 2001
  3. CP 3 – Cathodic Protection Technologist Course Manual, NACE International, 2007