Bawah Laut Bawah Tanah

Korosi pada pipa di bawah laut Pada pipa bawah laut, korosi dapat terjadi dalam berbagai bentuk, yaitu galvanic corrosion, pitting , cavitation, stress corrosion cracking, hydrogen embrittlement, corrosion  fatigue,  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 lingkun gan cair (aqueous (aqueous). ). Unsur  –  Unsur  Unsur di air laut

Air laut adalah air murni yang di dalamnya terlarut berbagai zat padat dan gas. Suatu contoh air laut sebesar 1000 g berisi berisi kurang lebih 35 g senyawa-senyawa terlarut yang yang secara kolektif disebut garam. Dengan kata lain, 96,5% air laut berupa air murni dan 3,5% zat terlarut. Banyaknya zat yang terlarut disebut salinitas. Zat-zat terlarut meliputi garam-garam anorganik, senyawa-senyawa organik yang berasal dari organisme hidup, dan gas-gas terlarut. Fraksi terbesar dari bahan terlarut terdiri dari garam-garam anorganik yang berwujud ion-ion. Enam ion anorganik membentuk 99,28% berat dari bahan anorganik padat. Air laut adalah suatu zat pelarut yang bersifat sangat berdaya guna, yang mampu melarutkan zat-zat lain dalam jumlah yang lebih  besar dari pada zat cair lainnya. Proses korosi dan Laju korosi di air laut

Proses korosi dalam air laut berlangsung karena adanya unsur-unsur kimia, oksigen yang larut dan pengaruh bakteri. Korosi logam pada air laut nrengikuti mekanisme pada elektrokimia dimana pada logam yang mengalami korosi terdapat tempat-tempat berupa anoda dan katoda. Plat baja karbon dalam air laut mengalami laju korosi antara 0,1 sampai 0,15 mm pertahun, 1

namun jika serangannya berupa sumuran, penetrasi yang terjadi jauh lebih dalam

Korosi yang melibatkan air disebut korosi basah (wet (wet corrosion). 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 : +2

Fe --> Fe  + 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 : +

2 H  + 2e --> H2(g) Ion hidrogen menangkap elektron dan berubah menjadi gas hidrogen. 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 +2

Anoda : Fe --> Fe  + 2e +

-

+

Katoda : CO2 + H2O --> H  + HCO3  à 2H  + CO3 +2

-2

-2

Reaksi keseluruhan : Fe  + CO3  --> FeCO3 Oksigen +2

Anoda : Fe --> Fe  + 2e Katoda : O2 + 2 H2O --> 4 OH

-

+2

Reaksi keseluruhan : 4Fe  + 2 H2O + 3 O2 --> 4 Fe(OH)3 --> Fe2O3 + 3 H2O  Hidrogen sulfida +2

Anoda : Fe --> Fe  + 2e +

-

+

-2

-

Katoda : H2S + H2O --> H  + HS  + H2O --> 2 H  + S  + OH +2

-2

Reaksi keseluruhan : Fe  + S  --> 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.

Pengendalian korosi

Terdapat beberapa metode yang dapat digunakan dalam mengendalikan korosi khususnya pada struktur pipa bawah laut yaitu: 1. Pemilihan Material Pipa Saat ini, telah ditemukan berbagai bahan logam yang bisa dimanfaatkan untuk segala bentuk kegiatan industri di dunia ini. Namun, sayangnya dari sekian banyak logam yang telah ditemukan itu, bisa dikatakan bahwa tak banyak dari logam-logam yang telah ditemukan tersebut yang tahan terhadap jenis-jenis korosi. Salah satu upaya pencegahan korosi untuk efisiensi operasi dan pemeliharaan adalah dengan menggunakan logam-logam yang tahan terhadap  beberapa jenis korosi tertentu yang secara potensial dikandung oleh suatu jenis proses  produksi/pengolahan. 2. Coating Pada stuktur pipa bawah laut, lapisan pelindung (coating ) merupakan penghalang pertama dalam menahan korosi. Pelapisan pelindung pada pipa bawah laut ini dimaksudkan untuk melindungi dan melapisi pipa dari lingkungannya agar secara fisik dapat efektif memisahkan baja dari lingkungannya yang berpotensi menimbulkan korosi. Pelapisan (coating ) ini dapat berupa  pelapisan dengan logam lain yang sifatnya lebih anodik. 3. Pemakaian Inhibitor Inhibitor korosi merupakan zat organik dan anorganik yang bila ditambahkan ke dalam lingkungan yang korosif akan menghambat atau menurunkan laju korosi. Inhibitor korosi digunakan untuk melindungi pipa dari serangan korosi akibat aliran fluida. Umumnya inhibitor korosi ini berasal dari senyawa-senyawa organik dan anorganik yang mengandung gugus-gugus yang memiliki pasangan elektron bebas, seperti nitrit, kromat, fosfat. Pemakaian inhibitor pada  pipa bawah laut biasanya digunakan untuk menangani permasalahan korosi internal pada pipa. Korosi internal yang diakibatkan oleh aliran fluida yang memiliki fasa jamak yang terdiri dari air dan kontaminannya seperti O2, H2S, CO2 akan menyebabkan terjadinya korosi pada internal  pipa. untuk menghambat laju korosi pada internal pipa terjadi dengan cepat, diperlukan  pengendalian terhadap korosi tersebut salah satunya dengan pemakaian inhibitor melalui teknologi pigging . 4. Cathodic Protection

Cathodic protection merupakan suatu metode perlidungan terhadap suatu logam dari serangan korosi. Jika terjadi korosi, perlindungan katodik dapat digunakan untuk menghentikan proses korosi tersebut. Meskipun demikian, perlindungan katodik hanya dapat mengentikan proses korosi tetapi tidak dapat mengembalikan material yang telah terkorosi sebelumnya. Pada dasarnya korosi merupakan proses elektrokimia dimana reaksi elektrokimia terjadi lewat  pertukaran elektron. Sistem anti korosi pada perlindungan katodik menghalangi terjadinya reaksi korosi yang muncul dengan cara mencegah terjadinya pertukaran elektron.

Pipa di bawah tanah Salah satu penggunaan logam sebagai bahan dasar adalah pembuatan saluran dari pipa. Dalam aplikasi pada umumnya, saluran pipa dapat dipasang di bawah tanah atau sekitar  permukaan tanah, maka kemungkinan untuk terjadinya kerusakan adalah sangat besar sehingga  perlu diketahui beberapa hal yang berpengaruh terhadap pipa, terutama lingkungan dimana pipa tersebut terpasang . Karena apabila kerusakan akibat korosi ini dibiarkan berlarut - larut maka akan terjadi kerusakan dan kebocoran yang akan menyebabkan turunnya efesiensi suplay air yang melewati pipa tersebut. Proses korosi dalam tanah

Meskipun tanah sebagai lingkungan yang korosif namun merupakan pula lingkungan yang lebih kompleks dari lingkungan lainnya. Sehubungan dengan itu maka sangat memungkinkan buat kita membuat beberapa hal umum yang berhubungan dengan korosi tanah . Korosi dalam tanah adalah suatu variabel yang dapat bervariasi dari yang cepat sampai yang dapat diabaikan, ini dapat dilihat oleh kenyataan yang terjadi pada pipa –  pipa yang terpasang dalam tanah. Korosi dalam tanah adalah proses elektrolisa dan mekanismenya adalah elektrokimia, tetapi kondisi dalam tanah dapat bervariasi dari permukaan sampai terbenam seluruhnya. Kondisi – kondisi yang mempengaruhi antara lain kepadatan tanah serta uap air di dalam tanah dengan kondisi kering, uap air sebagian besar disimpan dalam pori - pori tanah. Dalam hal ini kelembaban tanah adalah penting, sehingga tanah kering dan berpasir secara umum akan kurang korosif dari pada tanah liat dan basah. Kenyataan korosi pada tanah akan tergantung dari interaksi antara curah hujan, iklim dan reaksi  –   reaksi dalam tanah. Tanah itu heterogen sehingga variasi dalam komposisi tanah atau

teksturnya dapat terjadi dalam lingkungan yang berbeda untuk permukaan logam yang sama. Hal ini akan menambah potensi elektris metal antara permukaan bagian dalam tanah .sehingga akan mengakibatkan terbentuknya daerah katodik atau daerah anodik utama serta lintasan yang dilalui logam tanah. Perbedaan konsentrasi Oksigen atau perbedaan keasaman/konsentrasi garam dapat membantu dalam mempercepat kenaikan sel – sel korosi. Jarak pisah antara daerah katodik dengan daerah anodik dapat berkisar dari yang sangat kecil sampai yang bermil – mil ( korosi lintasan panjang Penyebaran dan sirkulasi Oksigen

Kulit tanah dapat terdiri dari air dan udara atmosfir ,dengan demikia lokasi tanah  berhubungan langsung terhadap seluruh persen permukaan tanah dan terhadap kondisi air. Permukaan tanah yang baik dalam hubunganya dengan tanah liat lebih menutup partikel dan mempunyai sedikit kapasitas kulit tanah untuk difusi gas dari pada jenis tanah yang terbuka seperti pasir. Kadar oksigen pada tekana atmosfir tanah adalah hal yang penting dalam korosi .pada umunya gas yang diasumsikan bahwa pada lapisan paling atas adalah sama dengan kondisi pada lapisan  bawah kecuali untuk kadar CO2 yang tinggi dari data menunjukkan bahwa kadar O2 (Oksigen)  penting bagi teknik korosi Unsur dalam tanah

Unsur  –   unsur yang terpenting dalam kimia tanah pada dasarnya terbagi atas dua bagian ,yaitu unsur makro dan unsur mikro . Unsur  – unsur makro adalah antara lain Nitrogen ,Fosfor ( P ) , Kalium (K), Kalsium (Ca) ,Magnesium (Mg), Belerang (S ). Sedangkan unsur   – unsur mikro antara lain adalah Besi (Fe), Mangan (Mn) ,Tembaga (Cu) ,Seng (Zn) , Borium ( B ) ,Molibdenum ( Mo ) dan Chlor ( Cl ). Ada dua macam sumber unsur dalam tanah yaitu pertama: Unsur yang terjerap dalam  permukaan koloid dan kedua garam yang terdapat dalam larutan tanah . Dalam kedua hal itu unsur terdapat dalam bentuk ion seperti K + ,Ca +2 ,Cl- dan SO4-2. ion yang bermuatan positif diserap oleh koloid ,sedangkan ion negatif dan sebagian kecil dari kation berada dalam larutan tanah. Pipa Baja Karbon

 pipa jenis galvanis iron pipe ( GIP ) merupakan baja karbon menengah dan berstruktur mikro ferit, baja ini dalam lingkungan asam tidak tahan dan mudah retak ( keropos). Penerapan  baja dalam lingkungan asam ketahanan korosinya sangat buruk Fontana ( 1986), hanya bisa diterapkan bila permintaan ekonomi menghendaki demikian, tetapi penggantian menjadi sering. Bahan yang sesuai dengan lingkungan asam adalah paduan yang diperkaya dengan silikon ( 14% atau lebih ) dengan harga yang lebih mahal dibanding dengan baja. Hasil pemeriksaan struktur mikro pipa di laboratorium ,maka komposisi kimia untuk baja galvanis yang berkelas light 0,06 –  0,18 % Carbon, 0,27 –  0,63 % Mangan, 0,048% Posfor dan 0,058 % Belerang Proses Korosi merupakan kebalikan dari proses metalurgi, dan produk korosi pada baja antara lain[12]:

2Fe + 2H2O + O2 ~> 2Fe(OH)2

2Fe(OH)2 + H2O + O2 ~> 2Fe(OH)3

Jenis Korosi

Kebanyakan pipa pada jalur pipa underground menggunakan materialyang terbuat dari baja karbon berdasarkan spesifikasi American PetrouleumInstitute API 5L dimana komposisinya terdiri dari karbon, magnesium, mangan,fosfor, sulfur dan besi. Paduan yang ditambahkan ini terkadang tidak cukup kuatmenahan korosi yang terjadi sehingga pipa tersebut akan mengalami  berbagai korosi dilingkungan tanah, seperti general corrosion, pitting corrosion, dan stresscorrosion cracking (SCC).[ASM 13: Corrosion]

Stress Corrosion Cracking (SCC) Stress corrosion cracking (SCC) didefinisikan sebagai retak pada materialakibat kombinasi antara korosi dan kekuatan tarik yang rendah pada materialakibat tegangan sisa pada saat proses fabrikasi. Ada dua jenis SCC eksternal padajalur pipa underground, yaitu; SCC pada pH tinggi (SCC klasik), dan juga near-netral –  pH SCC ( SCC pada pH rendah ). Karakteristik kedua jenis

SCC tersebutmerupakan perkembangan dari kumpulan retak permukaan pada pipa yangmenyatu membentuk cacat yang panjang. Pada beberapa kasus, pertumbuhan danpenggabungan retak  pada SCC ini bisa menyebabkan kebocoran pada jalur pipa.SCC pada pH tinggi biasanya  berbentuk intergranular, dimana retak merambat diantara dua butir pada logam. Sedangkan untuk SCC pada pH rendah, retakbiasanya merambat memotong batas butir.SCC  biasanya terjadinya melalui 4 tahapan proses. Pada taha pertama,kondisi yang menyebabkan inisiasi retak SCC terjadi pada permukaan pipa.Rusaknya lapisan coating   serta adanya elektrolit  pada permukaan pipa,merupakan kondisi yang memicu terjadinya inisiasi retak. Pada tahap dua, retakmulai berinisiasi, tumbuh, dan merambat. Pada tahap tiga, retak tersebut mulaimenyatu. Dan akhirnya pada tahap empat, terjadi penyatuan retak dalam skala besar dan terjadilah kegagalan pada pipa. Untuk terjadinya proses SCC, ada tiga kondisi yang harus dipenuhi,yaitu: lingkungan yang berpotensi untuk terjadinya SCC pada permukaan pipa,material pipa yang rentan mengalami SCC, dan nilai tegangan tarik (tensile stress)yang memungkinan terjadinya SCC.