Chapter 1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1         Latar Belakang

Alat penukar kalor adalah suatu alat yang berfungsi untuk memindahkan panas dari fluida panas ke fluida dingin. Salah satu jenis alat penukar kalor yang sering digunakan pada industri seperti : petrokimia, pembangkit listrik, pupuk, gas dan minyak adalah shell and tube, karena dapat beroperasi pada tekanan tinggi dan fluida berbahaya.

Kinerja merupakan skala prioritas dalam mendesain alat penukar kalor baik secara eksperimental atau simulasi CFD. Namun seiring dengan kemajuan teknologi dan efisiensi biaya, analisi korosi mulai dipertimbangkan dalam desain. Korosi merupakan proses penurunan kualitas material akibat reaksi redoks spontan antara logam dengan lingkungan sehingga terbentuk oksida logam.

Indonesia adalah salah satu negara tropis, dimana korosi merupakan salah satu masalah untuk sektor industri, baik industri mesin dan logam, industri pupuk, pembangkir listrik, industri kimia, industri transportasi, industri pertambangan dan lainnya. Korosi diperkirakan sekitar Rp 20 triliun bahkan lebih setiap tahunnya atau setara dengan 2%-5% dari total gross domestic product (GDP) dari jumlah industri yang ada(http://www.depperin.go.id/data/industri). Biaya yang dikeluarkan di Amerika untuk korosi diperkirakan $276 milyar atau setara dengan 3.1% dari total gross domestic product (GDP) tahun 1998 (ASM handbook).

Usaha penangulangan korosi terbagi dua yaitu desain meminimalkan korosi dan metode pencegahan korosi. Desainer dan ahli metalurgi harus mengevaluasi desain dan material tidak akan mengalami kerusakan awal akibat kondisi operasi dan pemilihan material. Tahapan ini adalah pemilihan material, desain minimalkan proses korosi seperti uap yang terjebak, teknik pengelasan, dan kalkulasi korosi dari sisi ekonomi. Metode pencegahan meliputi pembersihan dengan zat kimia, hot deep coating, electroplated coating, dan lainnya (ASM Handbook).

Boiler dan reboiler adalah jenis alat penukar kalor yang sering mengalami korosi akibat kondisi operasional yang bertekanan tinggi dan temperatur tinggi, selain itu juga disebabkan oleh sifat korosi fluida, lingkungan, dan desain. CO₂ Stripper Reboiler yang digunakan oleh PT. Pupuk Iskandar Muda sering mengalami korosi awal pada permukaan tube yang berlokasi di daerah overheat, yaitu daerah bertemuan sisi inlet gas (LTS Solution) dengan sisi outlet Amdea solution. Analisis korosi kerusakan tube pada reboiler yang digunakan oleh pabrik pupuk dengan metode investivigasi produk dengan teknik X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) dan X-ray diffraction (XRD) menunjukkan bahwa korosi disebabkan galvanized corrosion akibat perbedaan material  ( H. Shaikh et al. 2002).

Pada penelitian ini, kajian analisis korosi non material yaitu fokus pada fenomena aliran dan proses fluida yang terjadi pada sisi shell berdasarkan metode CFD serta menggunakan dua sofware CFD yaitu SolidWork 2010 dan CFDSof. Parameter input berdasarkan data operasional alat yang diperoleh dari         PT. Pupuk Iskandar Muda, Indonesia. Prosedural Simulasi dari tahap jumlah grid, pengaturan pembagian grid, dan penyederhaan model dilakukan sehingga akan didapatkan hasil yang akurat. Hasil simulasi dari original model akan digunakan sebagai acuan redesain yang dapat mengurangi laju korosi awal.

1.2         Rumusan Masalah

Korosi akan menyebabkan penurunan kinerja alat penukar kalor sehingga produktivitas produk akan berkurang. CO₂ Stripper reboiler yang digunakan oleh PT. Pupuk Iskandar Muda sering mengalami korosi awal pada daerah overheat dan kejadian tersebut terjadi berulang pada lokasi yang sama. Berdasarkan hasil investivigasi verbal maka kemungkinan korosi tersebut disebabkan oleh fenomena fluida dan bukan akibat kesalahan pemilihan material karenan SUS 304 sering digunakan pada reboiler. Berdasarkan hasil investivigasi vebal, maka analisis korosi awal akan lebih tepat dengan metode CFD dengan mengunakan sofware SolidWork 2010 dan CFDSof.

1.3         Tujuan Penelitian

Analisis hasil simulasi untuk menekan laju korosi awal dengan melakukan redesain sehingga didapatkan desain terbaik yang mampu mengurangi penyebab korosi tersebut dengan batasan kinerja alat penukar kalor sama dan  material tube tetap SUS 304.

1.4         Batasan Masalah

Parameter input simulasi dari calculation sheet yang meliputi dimensi, temperatur inlet dan outlet, laju massa, tekanan kerja, pindah panas total, dan sifat fisik fluida seperti massa jenis, panas jenis, dan kalor laten. Penyederhaan model dilakukan dengan mengantikan tube bundle dengan porous media dan heat generated (SolidWork 2010) sedangkan tube bundle menjadi radiator (CFDSof).

Kajian analisis korosi fokus pada fenomena fluida yang terjadi pada sistem, yaitu terjadinya perubahan fasa pada media pendingin menjadi uap (5%).

1.5         Metodologi Penelitian

Prosedur metodologi yang dilakukan sebagai berikut :

1.      Studi literatur

Studi literatur adalah rangkaian proses mengumpulkan referensi yang berkaitan dengan topik penelitian yang berasal dari buku, internet dan jurnal.

2.      Investivigasi personal

Investivigasi personal adalah proses mendapatkan informasi lokasi korosi, parameter input simulasi, kondisi operasional dan lingkungan, serta riwayat alat yang didapatkan dari Engineering PT. Pupuk Iskandar Muda.

3.      Simulasi

-          Prosedural simulasi menentukan jumlah grid optimal dilakukan.

-    Pemodelan simulasi dimulai dari kondisi sederhana sampai kodisi mendekati kondisi nyata sehingga perubahan fenomena fluida dapat direkam.

-          Pemodelan pindah panas menggunakan persamaan umum pindah panas.

-      Simulasi mengunakan dua sofware yaitu SolidWork 2010 dan CFDSof sehingga dapat dilakukan perbandingan antara kedua simulasi dengan data lapangan.

-   Redesain adalah proses mengubah desain original sehingga faktor penyebab korosi dapat diturunkan dengan demikian korosi awal pada tube dapat ditekan.

4.      Analisis dan Kesimpulan hasil simulasi

Data hasil simulasi diolah dan analisis. Dari hasil analisis tersebut akan dibandingkan dengan teori dasar dan kondisi nyata dilapangan serta redesain.