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.