http://www.fractureinvestigations.comKorosi menjadi masalah bagi pipa yang mengalirkan gas, minyak, dan air. Air dapat membasahi permukaan dalam pipa dan korosi dapat berlangsung. Korosivitas bergantung pada konsentrasi CO2 dan H2S, temperatur, tekanan, pola aliran, dan laju alir fluida. Pada pipa bawah laut, korosi dapat terjadi dalam berbagai bentuk, yaitu galvanic corrosion, pitting, cavitation, stress corrosion cracking, hydrogen embrittlement, corrosion fatigue, dan lain-lain.
Fenomena korosi pada aliran multifasa (gas, minyak, dan air) sangat kompleks, mencakup sifat kimia fluida, metalurgi material pipa, dan hidrolika aliran multifasa.
Pada proses pemurnian logam, logam menyerap energi ekstra dalam jumlah signifikan. Karena energi ekstra ini, logam tidak stabil pada lingkungan cair (aqueous). Dengan zat kimia yang tepat, logam dapat terkorosi dan kembali ke energi asal mereka yang lebih rendah; kondisi stabil. Logam yang berbeda menyimpan energi yang berbeda, sehingga memiliki kecenderungan terkorosi yang berbeda pula. Logam yang digunakan untuk tubing dan pipa tidak homogen, dan perbedaan potensi dari material yang tidak homogen ini merupakan penyebab utama korosi.
Korosi yang melibatkan air disebut korosi basah (wet corrosion). Terdapat empat elemen dasar dalam proses korosi, yaitu :
- anoda
- katoda
- elektrolit
- conducting circuit
Gambar di bawah menunjukkan proses korosi.
Gambar skema proses korosi
Ketika logam (misalnya besi) diletakkan dalam fluida, terkait perbedaan potensi di antara logam yang berbeda, sejumlah permukaan logam lebih mudah terkorosi dibandingkan dengan yang lainnya. Bagian logam yang mudah terkorosi disebut anoda, terlarut ke dalam fluida. Reaksi yang terjadi pada korosi besi adalah :
Fe --> Fe+2 + 2e
Atom besi melepas 2 elektron, dan berubah menjadi ion besi. Elektron ini berjalan ke area lain di permukaan besi, yang disebut katoda, di mana elektron dikonsumsi oleh ion dalam elektrolit. Jika elektrolitnya adalah air, reaksi yang terjadi adalah :
Untuk melengkapi electric circuit, diperlukan larutan untuk menghantarkan arus dari anoda ke katoda. Larutan itu disebut elektrolit. Air dengan padatan terlarut merupakan elektrolit yang baik. Dibutuhkan juga jalur (path) untuk menghantarkan arus dari katoda ke anoda. Logam menyediakan jalur dan menyempurnakan electric circuit. Oleh karena itu, anoda, katoda, elektrolit, dan konduktor elektron merupakan elemen utama pada korosi logam.
Lingkungan pipa bawah laut merupakan lingkungan yang kondusif bagi berlangsungnya proses korosi. Logam pada pipa berfungsi sebagai anoda, katoda, dan konduktor yang menghubungkan keduanya. Air berfungsi sebagai elektrolit yang melengkapi sirkuit elektron. Pipa terdiri dari logam-logam dengan kecenderungan terkorosi yang berbeda-beda. Bagian yang kecenderungan terkorosinya lebih tinggi menjadi anoda, sedangkan yang lebih rendah menjadi katoda.
Jumlah gas yang terlarut dalam air mempengaruhi korosi. Air yang tidak mengandung gas-terlarut tidak menyebabkan masalah korosi. Sebaliknya, jika gas seperti oksigen, karbon dioksida, dan hidrogen sulfida terlarut dalam air, air menjadi sangat korosif. Reaksi korosi yang melibatkan ketiga gas tersebut disajikan sebagai berikut :
Karbon dioksida
Anoda : Fe --> Fe+2 + 2e
Katoda : CO2 + H2O --> H+ + HCO3- à 2H+ + CO3-2
Reaksi keseluruhan : Fe+2 + CO3-2 --> FeCO3
Oksigen
Anoda : Fe --> Fe+2 + 2e
Katoda : O2 + 2 H2O --> 4 OH-
Reaksi keseluruhan : 4Fe+2 + 2 H2O + 3 O2 --> 4 Fe(OH)3 --> Fe2O3 + 3 H2O
Hidrogen sulfida
Anoda : Fe --> Fe+2 + 2e
Katoda : H2S + H2O --> H+ + HS- + H2O --> 2 H+ + S-2 + OH-
Reaksi keseluruhan : Fe+2 + S-2 --> FeS
Dari pembahasan di atas, jelas bahwa terdapat beberapa parameter yang dapat mengontrol reaksi korosi, yaitu reaksi di katoda dan anoda, laju elektron dari anoda ke katoda, dan konduktivitas elektrolit. Jika reaksi di anoda dan katoda dapat direduksi, misalnya dengan penggunaan corrosion inhibitor untuk memperlambat perpindahan ion dalam elektrolit, laju korosi dapat diperlmbat. Jika gas terlarut (oksigen, karbon dioksida, atau hidrogen sulfida) disisihkan, laju korosi dapat dikurangi. Konduktivitas elektrolit dapat direduksi dengan penambahan bahan kimia untk meningkatkan pH elektrolit.
Pengontrolan Korosi
Terdapat beberapa metode untuk mengontrol korosi pada pipa, khususnya pipa bawah laut, yaitu penggunaan CRA (corrosion resistant alloys) menggantikan baja karbon, pemakaian corrosion inhibitor, mengisolasi logam dari elektrolit, dan menggunakan proteksi katodik. Satu atau lebih metode dapat digunakan bersama.
Baja Cra sering digunakan untuk menggantikan baja karbon untuk aplikasi yang korosif. Baja CRA biasanya lebih mahal daripada baja karbon. Pada perpipaan bawah laut, baja CRA digunakan untuk komponen yang sangat kritis dan high impact, seperti tree, jumper, dan manifold. Pipa, terutama jika panjang, biasanya terbuat dari baja karbon dan injeksi corrosion inhibitor dilakukan secara kontinu untuk melindungi pipa.
Corrosion inhibitor merupakan bahan kimia untuk mereduksi laju korosi logam yang terekspos ke lingkungan. Corrosion inhibitor dapat bereaksi dengan permukaan logam, menempel pada permukaan dalam pipa, dan melindungi pipa dari korosi. Senyawa aktif dari inhibitor membantu membentuk lapisan film inhibitor pada permukaan logam dan mencegah air menyentuh dinding pipa.
Agar inhibitor terdistribusi merata ke sekeliling permukaan dalam pipa, kecepatan alir fluida di dalam pipa mesti tinggi. Jika kecepatan alir fluida terlalu rendah, inhibitor kemungkinan tidak mencapai bagian atas dinding pipa dan hanya membentuk lapisan film di bagian bawah dinding pipa. Sebaliknya, jika kecepatan fluida terlalu tinggi dan menyebabkan shear stress yang tinggi di dekat dinding, lapisan film dapat tersisihkan dari dinding pipa. Untuk smooth pipeline, efisiensi corrosion inhibitor dapat mencapai 85 – 95%, tetapi menurun jika shear stress meningkat secara drastis di lokasi-lokasi seperti fitting, valve, choke, bend, dan weld bead. Bentuk geometri peralatan tersebut meningkatkan turbulensi.
Pada pipa gas/kondensat, penambahan hydrate inhibitor, seperti glikol atau metanol, turut mengurangi laju korosi. Hal ini terjadi karena hydrate inhibitor menyerap air (free water) dan menjadikan fasa air berkurang sifat korosinya.
Plastic coating dan plastic liner dapat digunakan sebagai lapisan pelindung untuk mengisolasi dinding pipa dari air. Tubing dan pipa untuk injeksi air sering menggunakan plastic liner utnuk mengontrol masalah korosi.
Sebagaimana kita diskusikan di atas, salah satu elemen penyebab korosi adalah aliran arus. Jika kita menghentikan aliran arus dari anoda ke katoda, korosi dapat dihentikan. Ini merupakan prinsip dari proteksi katodik. Metode ini banyak digunakan baik pada pipa darat maupun pipa bawah laut. Prinsip proteksi katodik adalah menyediakan arus dari sumber eksternal untuk “menundukkan” (overpower) aliran arus dari pipa. Dengan menghubungkan pipa dengan logam yang lebih korosif, pipa berperilaku sebagai katoda, sedangkan logam yang lebih korosif tersebut berperilaku sebagai anoda. Dengan demikian, pipa tidak terkorosi. Anoda galvanik yang digunakan pada proteksi katodik biasanya terbuat dari aloy magnesium, seng, atau aluminium yang lebih aktif daripada pipa baja.
Sumber : Offshore Pipelines, Boyun Guo, Shanhong Song, Jacob Chacko, Ali Ghalambor, Gulf Professional Publishing, Oxford, 2005
Mantap...........
BalasHapusAgunK_Teknik09