i
ABSTRAK
Permasalahan utama yang dilakukan dalam penelitian ini adalah analisa teknik
untuk mengetahui performansi superheater tubes berdasarkan standar API 530 dan
prediksi umur desain dengan menggunakan metode analisis larson miller parameter
terhadap peningkatan temperatur versus tegangan, untuk material SA 213 T22 baja
2¼Cr-1Mo dengan diameter luar tube (OD) sebesar 63,5 mm dan tebal tube sebesar
4,16 mm. Desain umur berdasarkan pada standar API 530 yaitu 100.000 jam dengan
nilai koefisien LMP 20 dan degradasi penurunan umur desain, jika dioperasi pada suhu
lebih tinggi dari desain. Dalam hal ini, pengambilan tiga temperatur di atas desain dan
tiga temperatur di bawah desain, untuk mengetahui sejauh mana gradient penurunan dan
kenaikan batasan umur desain suatu material. Berdasarkan hasil penelitian ini bahwa
semakin besarnya temperatur operasi maka umur tube akan lebih pendek karena
berkurangnya ketebalan dan laju creep-rupture akan meningkat, hal ini disebabkan oleh
karena terjadinya perubahan mikrostruktur logam akibat perlakuan tertentu, pada
superheater tubes yang beroperasi pada suhu tinggi maka akan mengalami penurunan
kualitas logam karena terjadinya pemuaian pada suatu material. Untuk mencapai hasil
yang optimal tanpa terjadinya kecelakaan atau kegagalan yang fatal, maka sebaiknya
temperatur operasi superheater tubes dibuat lebih rendah dari temperatur desainnya.
Temperatur operasi sebaiknya harus dijaga agar tetap stabil, dengan kestabilan
temperatur maka dapat memperpanjang usia superheater tubes.
Kata kunci : Larson miller parameter (LMP), creep-rupture, superheater tubes
ABSTRACT
The main issues in this research is an analysis technique to determine the
performance of superheater tubes by standard API 530 and life prediction design using
analytical methods of Larson Miller parameter to the increased temperature versus
stress, for material SA 213 T22 2 ¼ Cr-1Mo steel with an outer diameter of tube (OD)
is 63.5 mm and a design thickness is 4.16 mm. The design life based on the standard
API 530 is 100,000 hours with a value constant of 20 and the degradation coefficient
decreased LMP design life, if operated at a temperature higher than design. In this
case, making in the three upper of designs temperature and three below the design
temperature, to determine the extent of gradient reduction and increase in the life limit
of a material design. Based on the results of this study that the magnitude of the
operating temperature tube life will be shorter due to the reduced thickness and creep-
rupture rate will increase, it is caused by the occurrence of microstructural changes
due to metal specific treatment, the superheater tubes that operate at high temperatures
it will experience metal degradation due to thermal expansion in a material. To achieve
optimal results without the occurrence of accident or failure, it should be operating
temperature superheater tubes made lower than the design temperature. Operating
temperature should be kept stable, with a temperature stability, it can extend the life of
superheater tubes.
Key words : Larson miller parameter (LMP), creep-rupture, superheater tubes
ii
KATA PENGANTAR
Dengan mengucapkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah
memberikan rahmat dan karunia-Nya kepada penulis, sehingga penulis dapat
menyelesaikan Skripsi ini dengan baik dan tepat pada waktunya. Skripsi ini dipilih
dengan judul “APLIKASI METODE LARSON MILLER PARAMETER UNTUK
CREEP-RUPTURE WATER TUBE BOILER DI PT. PUPUK SRIWIDJAJA
(PUSRI) PALEMBANG”, disusun untuk dapat melengkapi persyaratan dalam
menempuh ujian sarjana pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Sriwijaya. Dengan selesainya penyusunan Skripsi ini, penulis mengucapkan terima
kasih kepada :
1. Allah SWT atas segala limpahan Rahmat-Nya.
2. Bapak Ir. Helmy Alian, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas
Sriwijaya.
3. Bapak Qomarul Hadi, ST. MT selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin Universitas
Sriwijaya.
4. Ibu Dr.Ir. Diah Kusuma Pratiwi, MT selaku Dosen Pembimbing Utama yang telah
memberikan arahan dan kesabaran dalam membimbing saya dalam pengerjaan
Skripsi ini.
5. Bapak Prof. Dr. Ir. H. Hasan Basri dan Bapak Zulkarnain, ST, M.ENG selaku
dosen pembimbing akademik selama kuliah.
6. Seluruh staff dosen dan karyawan Jurusan Teknik Mesin Universitas Sriwijaya.
Kak Gun, Kak Sapril, kak Yan, kak Yatno, kak Iwan dan Bu’ Tetra yang telah
banyak membantu.
7. Pembimbing skripsi di PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang, Bang Hengki, Kak
Kholid, Kak Rakman, Kak Mirza, Pak Hakimi dan Pak Dikdik.
8. Bak, Umak tercinta atas segala kerja keras, kasih sayang, dukungan dan segala
pengorbanannya. Saudara-saudari tercinta, Kak Albet Syaputra Jf, Kak Ade
Mahendra Jf, Renny Clara Shinta Jf, Bara Anggara Jf dan seluruh keluarga besar di
Noman, Palembang dan Sekayu.
iii
9. Teteh Elin, Yuk Mitha, Kak Randi, Kak Anto’, Kak Ojit, kak Sigit, kak Azhar, dan
Kak Budi. Sahabat-sahabatku Putra, Hasbi, Wenny, Mila, Ufu, Rangga, Ejak
Gondrong, Yuda Kenyot, Yoga, Burhan, Sigit Jawo, Umar, Rey, Rezi dan seluruh
teman-teman angkatan 2008 jurusan Teknik Mesin. Terima kasih atas semua
dukungan yang telah diberikan serta Ayah-ibu/mak kantin Renny, Yuk Renny, Yuk
Betty, dan Yuli.
10. Keluarga Besar Bapak Lahuddin/Papi (alm) dan Ibu Rohana/Mami serta teman-
teman kostan Bang Edo, Bang Arief, Bang Anto’, Kak Amri, Kak Akbar, Kak
Almutaqin, Kak Ari, Kak Ziddin, Kak Taufiq, Kak Reza, Hardi, Randi, Saddam,
Radif, Akbar Sayudi, Rangga, Raju, Harry, Ralfi, Hendi, Wawan, Fitra, Dudun,
Sendy, Geral, Sigit dan Gulman.
11. Sahabat-sahabat asisten material Mista, Doni, Kak Titin, Rhedo, Deon, Andri, dan
Joko.
12. Rekan-rekan organisasi Himpunan Mahasiswa Mesin FT Unsri, Ikatan Keluarga
Mahasiswa Silampari, BEM FT Unsri, BEM Universitas Sriwjaya.
Penulis menyadari bahwa hasil dari penyusunan Skripsi ini masih banyak
kekurangan karena keterbatasan kemampuan dan Ilmu pengetahuan yang dimiliki.
Akhir kata penulis berharap semoga Skripsi ini bermanfaat bagi semua pihak yang
berkepentingan.
Indralaya, November 2012
Penulis
iv
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK i
KATA PENGANTAR ii
DAFTAR ISI iv
DAFTAR GAMBAR vi
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR SIMBOL viii
DAFTAR LAMPIRAN ix
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Pembatasan Masalah 2
1.3 Tujuan Penelitian 3
1.4 Manfaat Penelitian 3
1.5 Metode Penelitian 4
1.6 Sistematika Penulisan 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5
2.1 Water Tube Boiler 5
2.2 Superheater Tubes 7
2.3 Deskripsi Umur Desain Komponen 7
2.4 Pengkajian Sisa Umur Pakai (Remaining Life Time) 8
2.5 Material Properties 10
2.6 Fenomena Creep dan Stress Rupture 10
2.7 Analisa Creep dan Stress Rupture Menggunakan LMP 13
2.8 Teori Larson Miller Parameter 14
2.9 Persamaan Tegangan yang Digunakan dalam Perhitungan 15
2.9.1 Desain Elastis (Untuk Temperatur Rendah) 16
2.9.2 Desain rupture (Untuk Temperatur Tinggi) 16
2.9.3 Equivalent Tube Metal Temperatur 17
2.10 Ketebalan Minimum dan Rata-rata yang Diizinkan 18
2.11 Limit Temperatur Desain Logam 18
2.12 Penyebab Kerusakan pada Supeheater Tubes 19
2.13 Jenis Failure yang Terjadi Dikarenakan Creep-Rupture 22
2.13.1 Long-term Overheating 22
2.13.2 Short-Term Overheating 23
2.14 Prediksi Perilaku Creep Long-Term Overheating 24
BAB III METODE PENELITIAN 25
3.1 Diagram Alir Penelitian 25
3.2 Alat dan Bahan 26
3.3 Prosedur Penelitian 26
3.3.1 Pengumpulan Data dan Informasi 26
3.3.2 Analisis Data Pengujian Awal 27
3.3.3 Pengujian Tak Merusak 27
v
3.3.4 Ruang Lingkup dan Batasan Penelitian 28
3.4 Sumber Data 28
3.5 Asumsi Umum 29
3.6 Analisis dan Pengelolahan Data 29
3.7 Tempat Penelitian 30
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 31
4.1 Data Teknis 31
4.2 Data Hasil Pengujian Kekerasan 31
4.3 Pengamatan Secara Visual 32
4.4 Pengujian Ultrasonik 33
4.5 Analisa Sisa Umur Superheater Tubes Paket Boiler
PT. Pusri Palembang
34
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 42
5.1 Kesimpulan 42
5.2 Saran 42
DAFTAR PUSTAKA 44
LAMPIRAN
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
2.1 Diagram sederhana water tube boiler 6
2.2 Kurva perilaku creep 11
2.3 Kurva tegangan vs LMP 12
2.4 Stress curves (SI units) for ASTM A 200 T22, ASTM A 213 T22 and
ASTM A 335 P22 2¼Cr-1Mo steels 15
2.5 Kandungan oksigen yang berlebihan di dalam tube 20
2.6 Rupture akibat long-overheating 22
2.7 Rupture akibat short-overheating 23
3.1 Diagram alir penelitian 25
3.2 Unit paket boiler PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang 26
3.3 (a) Alat uji ultrasonic Krautkramer USL 32
PT. Pusri Palembang 28
(b) Panametrics – NDT Epoch 3 Model 2300
PT. Pusri Palembang 28
4.1 Bentuk superheater tubes baru PT. Pupuk Sriwidjaja 32
4.2 Sketsa pengujian superheater tubes
PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang 32
4.3 Sketsa package boiler PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang 33
4.4 Lokasi pengujian ketebalan superheater tubes 34
4.5 Grafik hubungan antara tegangan dan LMP 39
4.6 Grafik hubungan antara ketebalan dan temperatur 40
4.7 Grafik hubungan antara umur dan temperatur 41
vii
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
2.1 Komposisi kimia superheater tubes SA 213 T22 10
2.2 Konstanta material untuk fraksi temperatur 17
2.3 Limit temperatur desain logam untuk heater-tube alloys 19
4.1 Data teknis 31
4.2 Data operasi 31
4.3 Data hasil pengujian 38
viii
DAFTAR SIMBOL
Simbol Umum
𝐵 Perbandingan antara ketebalan korosi dengan ketebalan tegangan
(𝛿𝐶𝐴/𝛿𝜎)
CLM Konstanta, biasanya diasumsikan menjadi 20 untuk ferritic steel, 15 untuk
jenis austenitic steel dan 30 untuk jenis baja T91 atau P91, 9Cr-1Mo-V
𝐷𝑖∗ Diameter dalam (mm)
𝐷𝑜 Diameter luar (mm)
𝑓𝑐𝑜𝑟𝑟 Faktor korosi merupakan fungsi B dan n
𝑓𝑇 Fraksi temperatur (non dimensi)
LMP Larson Miller Parameter, konstan untuk bahan tertentu dan level tegangan
(non dimensi)
n Eksponen rupture pada temperatur desain logam (non dimensi)
𝑃𝑒𝑙 Tekanan desain elastic (MPa)
𝑃𝑟 Tekanan desain rupture (MPa)
Td Temperatur desain (oC)
tDL Waktu untuk pecah (rupture) atau untuk mencapai nilai tertentu, selama
regangan creep (jam)
𝑇𝑒𝑜𝑟 Temperatur tabung pada saat akhir operasi (oC)
𝑇𝑒𝑞 Temperatur equivalen tabung (oC)
𝑇𝑠𝑜𝑟 Temperatur tabung pada saat operasi (oC)
𝛿𝐶𝐴 Korosi yang terjadi (mm)
𝛿𝑚𝑖𝑛 Ketebalan minimum (mm)
𝛿𝜎 Ketebalan tegangan (mm)
𝜎𝑒𝑙 Tegangan elastis yang diizinkan pada temperatur desain logam dan
temperatur umur desain (MPa)
σr Tegangan rupture yang diizinkan, pada temperatur desain logam (MPa)
Singkatan
API American Petroleum Institute
LMP Larson Miller Parameter
NDT Non Destructive Test
TTP Time Temperatur Parameter
UT Ultrasonic Test
UTS Ultimate Tensile Stress
ix
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran Halaman
1. Safety factor sebesar 0,7 untuk material jenis superheater tube
SA 213 (Grade T22) A-1
2. Allowable stress untuk material jenis superheater tube
SA 213 (grade T22) A-2
3. Gambar teknik superheater tubes PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang A-3
4. Grafik hasil pembacaan nilai LMP dan nilai tegangan pada
Temperatur 472,22OC A-4
5. Grafik hasil pembacaan nilai LMP dan nilai tegangan pada
Temperatur 500OC A-5
6. Grafik hasil pembacaan nilai LMP dan nilai tegangan pada
Temperatur 527,78OC A-6
7. Grafik hasil pembacaan nilai LMP dan nilai tegangan pada
Temperatur 537OC A-7
8. Grafik hasil pembacaan nilai LMP dan nilai tegangan pada
Temperatur 555,56OC A-8
9. Grafik hasil pembacaan nilai LMP dan nilai tegangan pada
Temperatur 583.33OC A-9
10. Grafik Hasil Pembacaan nilai LMP dan nilai tegangan pada
Temperatur 611,11OC A-10
11. Panametrics – NDT Epoch 3 Model 2300 PT. Pusri Palembang A-11
12. Probe sudut dan probe normal A-11
13. V-blok standar Ultrasonic Test A-12
14. Metode pengukuran diameter tube dengan
menggunakan Circumstance A-12
15. Couplant A-13
16. Package Boiler PT Pupuk Sriwidjaja Palembang A-13