PROTEKSI KATODIK-2

SIMULATOR SISTEM PROTEKSI KATODIK JARINGAN PERPIPAAN (PROTEKSI KATODIK-2) Abstrak Sesuai dengan peraturan terbaru yang diterbitkan oleh Pemerintah Indonesia, sistem perpipaan transmisi dan distribusi untuk minyak dan gas bumi harus ditanam di dalam tanah. Sehubungan dengan hal tersebut, diperlukan sistem proteksi katodik yang intensif. Pembuatan simulator ini ditujukan untuk memahami karakteristik sistem proteksi katodik dengan obyek karakterisasi anoda korban, arus tanding, sambungan terinsulasi, dan kebocoran arus. Pengukuran potensial anoda korban menghasilkan potensial minus maksimal 1200 mV terhadap elektroda referensi Cu/CuSO4, sedangkan pengukuran arus tanding menghasilkan potensial minus maksimal 1500 mV pada posisi drainpoint dengan input 3 V-DC, sementara tahanan pada insulating joint terdeteksi lebih dari 1,2 MΩ dan kebocoran arus dapat disimulasikan di konstruksi jembatan pipa serta insulation flange. Dapat dapat disimpulkan bahwa simulator ini dapat digunakan sebagai alat praktek bagi calon operator dan inspektor sistem proteksi katodik.

Kata Kunci: proteksi katodik, anoda korban, arus paksa Pendahuluan Sistem perpipaan merupakan salah satu aspek penting yang mendukung proses produksi di dunia industri termasuk industri minyak dan gas bumi. Sistem perpipaan terdiri dari beberapa jaringan pipa yang digunakan sebagai alat distribusi. Sesuai dengan standar teknik perpipaan yang dipakai di Indonesia dan tertuang dalam Surat Keputusan Menteri Pertambangan dan Energi Nomor 300.K/M-PE.38/1997, maka pipa penyalur minyak dan gas bumi harus ditimbun di dalam tanah (Mentamben, 1997). Hal ini sesuai juga dengan standar internasional tentang pemasangan pipa, contohnya ASME B31.8 yang berjudul Gas Transmission and Distribution Piping System (ASME, 2005). Penempatan jaringan pipa dalam tanah dapat menyebabkan korosi pada pipa, hal ini terjadi karena dalam tanah terdapat mineral-mineral yang dapat menyebabkan atau bahkan memacu terjadinya korosi pada pipa. Untuk mengendalikan atau memperlambat terjadinya korosi pada jaringan pipa tersebut maka sistem pengendalian yang dapat dilakukan pada umumnya adalah pemasangan coating dan dilengkapi dengan penerapan metode proteksi katodik. Penerapan metode proteksi katodik memerlukan dasar-dasar pengetahuan dan keterampilan tentang potensial logam, elektrokimia, pengukuran potensial logam atau korosi, pengukuran resistivitas dan pH tanah, dan sifat mekanik suatu bahan. Dasar pengetahuan ini dapat lebih dipahami dan diaplikasikan jika di laboratorium atau lapangan tersedia alat praktek untuk mengukur potensial logam atau pipa yang tertimbun dalam sehingga potensial pipa atau korosi dapat dipantau. Dengan mengetahui potensial pipa dalam tanah dapat diprediksi kondisi perlindungan atau proteksi katodiknya. Penerapan perangkat simulator proteksi katodik memerlukan penguasaan pengetahuan dan keterampilan tentang teknik perpipaan, teknik pengukuran listrik arus lemah, dan pengukuran potensial elektroda. Untuk dapat mengetahui dan memahami dasar pengetahuan tentang proteksi katodik serta praktik melakukan pemantauan atau monitoring proteksi katodik dalam sistem perpipaan, maka dibutuhkan seperangkat alat yang dapat mensimulasikan kondisi proteksi katodik yang diaplikasikan dalam teknik perpipaan yang sebenarnya. Simulator ini dibuat dalam skala pilot yang digunakan untuk mewakili kondisi proteksi katodik dan pengukurannya sesuai dengan kondisi sebenarnya di lapangan. Simulator yang akan dibuat diharapkan mencakup perangkat proteksi katodik secara lengkap yang diterapkan di lapangan. Secara umum sistem proteksi katodik untuk perpipaan ada dua jenis, yaitu metode anoda korban (sacrificial anode) dan arus paksa (impressed current) . Oleh karena itu, dalam sistem simulasi yang dibuat harus terdiri dari dua macam sistem proteksi katodik tersebut. Pada sistem proteksi katodik yang telah diaplikasikan dalam sistem perpipaan, kemungkinan arus yang digunakan akan mengalami kebocoran ke bangunan atau sistem perpipaan lain yang berada di dekat sistem perpipaan yang telah terproteksi. Adanya kebocoran ini dapat mengakibatkan kegagalan sistem proteksi. Oleh karena itu fenomena tentang kebocoran arus proteksi pada sistem perpipaan perlu dipelajari. Pada kondisi tertentu, arus proteksi harus disekat agar tidak merusak alat pengukur dan pengendali. Sehubungan dengan hal tersebut, maka dalam pembuatan simulator sistem proteksi katodik ini perlu dibuat suatu simulasi jembatan sistem perpipaan dan sistem sambungan tersekat (insulation joint).

Prinsip Potensial Korosi Korosi didefinisikan sebagai degradasi material karena bereaksi dengan lingkungannya. Jenis reaksi yang terjadi jika suatu logam mengalami korosi adalah reaksi oksidasi. Reaksi ini dapat terjadi jika

kondisi energi logam yang dinyatakan dalam potensial sesuai dengan kriteria terjadinya korosi. Sulaiman (2010) menggambarkan sifat potensial dalam diagram Pourbaix (Gambar 1).

Gb.1 Diagram Pourbaix untuk Korosi Logam Sesuai dengan Gambar 1 di atas, korosi dapat dicegah dengan cara ```````````````````````` Tabel 1. Potensial Minimum Proteksi Katodik

Perlindungan terhadap Korosi Agar korosi tidak berlangsung, ada 3 prinsip yang dapat dijalankan yaitu: 1. Isolasi terhadap lingkungan penyebab korosi, 2. Mengubah lingkungan agar tidak korosif, 3. Memodifikasi potensial permukaan logam. Dalam kesempatan ini pembahasan difokuskan kepada cara ke-3 yang terkenal dengan istilah proteksi katodik. Proteksi katodik Proteksi katodik dilakukan dengan cara membanjiri permukaan logam dengan elektron, sehingga logam tersebut tidak bisa lagi dapat teroksidasi. Ilustrasi fenomena ini ditampilkan dalam Gambar 2. Pada prinsipnya ada 2 cara untuk melakukan proteksi katodik, yaitu anoda korban dan arus paksa. L O G A M

e e e e e

e

A N O D A

Gambar.2 Pembanjiran elektron oleh anoda Anoda korban Proteksi katodik melalui anoda korban (sacrificial anode) menggunakan logam yang bersifat lebih korosif. Prinsip pemilihan anoda dapat didasarkan kepada resistivitas tanah di lingkungan sekitar jalur pipa. Hubungan keduanya ditunjukkan dalam tabel 2 (Peabody, 2001). Tabel 2. Hubungan Jenis Anoda dan Resistivitas Jenis Anoda Aluminium (Al) Seng (Zn) Magnesium (Mg) Arus paksa (Impress Current)

Resistivitas (Ω.cm) < 150 150 – 500 >500

Dalam sistem arus paksa, sumber arus listrik didapat dari jaringan listrik arus bolak-balik yang disearahkan. Ilustrasi sistem arus paksa dapat dilihat dalam Gambar 3.

Gambar.3 Komponen sistem arus paksa Pengembangan Metode Akuisisi Data Metode yang dikembangkan untuk pengambilan data diusahakan semirip mungkin dengan yang dipakai oleh kalangan industri minyak dan gas. Beberapa modifikasi yang dilakukan lebih ditujukan untuk kemudahan praktek. Pengukuran testbox untuk sacrificial anode Prinsip hubungan kabel-kabel dalam testbox untuk mengukur potensial dalam sistem proteksi sacrificial anode (SA) dapat dilihat dalam ilustrasi berikut (Gambar 4).

Gambar.4. Prinsip hubungan kabel dalam Testbox SA

Gambar.5 Prinsip hubungan kabel dalam Testbox IJ

Testbox untuk sacrificial anode mempunyai 3 terminal, dua diantaranya disambungkan dengan kabel, sedang satu terminal lepas. Terminal anoda adalah terminal di posisi pinggir pada saat kabel disambung, dengan warna hitam. Sedangkan terminal pipa adalah terminal di posisi tengah, dengan warna merah. Terminal yang tidak tersambung dengan kabel adalah terminal pengukuran proteksi, terletak di pinggir dengan warna hitam. Langkah Pengukuran: 1. Lepaskan kabel penyambung anoda dan pipa. 2. Hubungkan terminal anoda dengan voltmeter DC dan Voltmeter dengan halfcell, didapat potensial anoda. 3. Hubungkan terminal pipa dengan voltmeter DC dan Voltmeter dengan halfcell, didapat potensial anoda. 4. Sambungkan kembali terminal anoda dengan terminal pip 5. Hubungkan terminal pipa dengan voltmeter DC dan Voltmeter dengan halfcell, didapat potensial proteksi. Pengukuran testbox untuk impressed current Testbox untuk impressed current hanya terdiri dari satu kabel. Pada saat arus proteksi dimasukkan dari transformer-rectifier (TR), akan terukur potensial proteksi dari pipa yang dilindungi dengan sistem impressed current. Jika pengukuran dilakukan pada saat TR dimatikan, maka yang terukur adalah potensial natural pipa. Langkah Pengukuran  Hubungkan terminal pipa dengan voltmeter DC dan Voltmeter dengan halfcell, didapat potensial proteksi. Pengukuran testbox untuk Insulation Joint

Testbox untuk pengukuran insulation joint (IJ) beserta prinsip hubungannya dengan pipa yang diukur tergambar dalam ilustrasi Gambar 5. Testbox untuk insulation joint mempunyai dua terminal. Terminal pertama terhubung dengan alah satu pipa yang diinsulasi, sedang terminal kedua terhubung dengan pipa lainnya. Langkah Pengukuran: 1. 2. 3.

Hubungkan terminal pertama (merah) dengan voltmeter DC dan Voltmeter dengan halfcell, didapat potensial proteksi di pipa pertama. Hubungkan terminal kedua (hitam) dengan voltmeter DC dan Voltmeter dengan halfcell, didapat potensial proteksi di pipa kedua. Ukur tahanan antara kedua terminal dengan Ohm-meter

Pengukuran current contact jembatan Pada dasarnya pengukuran current contact tidak dilakukan dengan testbox. Pengukuran dilakukan langsung terhadap badan pipa dan konstruksi jembatan. Langkah pengukuran: 1. Cari bagian pipa diatas jembatan yang sudah terkelupas. Jika ada bersihkan dengan ampelas halus sampai bagian besinya terlihat. Jika tidak ada yang terkelupas, lakukan pengelupasan dengan kikir secara hati-hati dan dengan luka gores sekecil mungkin. Besi pipa yang terkelupas ini dideklarasikan sebagai titik ukur pipa 2. Hubungkan titik ukur pipa dengan voltmeter DC dan Voltmeter dengan halfcell, didapat potensial pipa. 3. Gores besi konstruksi jembatan dengan kikir. Bagian ini dideklarasikan sebagai titik ukur konstruksi jembatan 4. Hubungkan titik ukur konstruksi dengan voltmeter DC dan Voltmeter dengan halfcell, didapat potensial konstruksi jembatan. 5. Hubungkan titik ukur pipa dengan Ohm-meter dan Ohm-meter dengan titik ukur konstruksi, didapat hambatan pipa-jembatan. 6. Tutup bekas pengelupasan dengan cat semprot. Dalam pengembangan lebih lanjut, pengukuran dapat dilakukan melalui test box. Hasil dan Pembahasan Hasil pengamatan ditampilkan dalam bentuk grafik. Pengukuran dilakukan di testbox yang tersedia, dengan konfigurasi seperti yang terlihat dalam Gambar 6.

Gambar.6 Posisi test box di rangkaian pipa Harga potensial yang ditunjukkan oleh masing-masing testbox memberi karakter yang khas. Kasuskasus yang biasa terjadi dalam sistem proteksi dapat diceritakan oleh nilai potensial di masing-masing testbox. Semua proteksi memakai SA yang baik Dalam pengamatan ini terlihat anoda Magnesium yang dipasang memberi potensial yang sangat tinggi, seperti terlihat dalam Gambar. 7 jika insulation joint diaktifkan akan terlihat harga potensial proteksi dari masing-masing anoda.

Gambar.7 Potensial pada sistem dua SA yang baik

Gambar.8 Potensial pada sistem dua SA yang baik dengan insulasi tidak dijalankan

Anoda yang di sebelah kiri IJ memakai backfill, sedangkan sebelah kanannya telanjang (bare). Jika insulation joint tidak diaktifkan, maka potensial sulit dibedakan di semua testbox, seperti terlihat dalam Gambar 8. Dua anoda yang diaktifkan bersamaan tampaknya bekerja seperti baterai yang dipasang paralel. Proteksi memakai SA yang sebagian buruk Dengan memasang anoda yang jelek sekaligus mengaktifkan insulation joint, terlihat bahwa anoda yang jelek tidak dapat memberi proteksi, seperti terlihat dalam Gambar 8.

Gambar.9 Potensial pada sistem satu SA yang baik

Gambar.10 Potensial pada sistem satu IC yang baik

Semua proteksi memakai IC yang baik Jika impressed current diaktifkan, terlihat potensial yang cukup merata, seperti terlihat dalam Gambar 14. Walaupun terlihat tidak merata, tetapi secara umum menunjukkan sifat potensial yang makin menurun jika jarak semakin jauh dari groundbed. Proteksi Satu SA dengan IJ yang baik Insulation joint yang baik menyebabkan arus proteksi dari dua sisi tidak tercampur. Hal ini diperlihatkan dengan perbedaan yang tajam diantara keduanya, seperti tampak dalam Gambar 11. Proteksi Satu SA dengan IJ yang jelek Dengan adanya IJ yang jelek, tampaknya arus proteksi dapat menerobos lapisan IJ, sehingga potensial proteksi teramati tidak jauh bedanya. Fenomena ini dapat dilihat dalam gambar 12.

Gambar.11 Potensial untuk IJ yang baik

Gambar.12 Potensial untuk IJ yang bocor

Proteksi SA dengan jembatan tersekat baik Jika jembatan pipa tersekat dengan baik, maka perbedaan potensial antara pipa dengan konstruksi jembatan terlihat nyata, seperti ditunjukkan dalam gambar 13. Harga potensial juga terlihat tidak ada perubahan.

Gambar.13 Potensial untuk jembatan yang tersekat

Gambar.14 Potensial untuk jembatan yang bocor

Proteksi SA dengan jembatan bocor Penyekat jembatan yang bocor menyebabkan arus proteksi mengalir ke konstruksi penyangga jembatan, seperti terlihat dalam gambar 14. Kesimpulan Secara umum dapat disimpulkan bahwa simulator yang dibuat telah mampu menunjukkan karakteristik kejadian dalam proses proteksi katodik dalam sistem perpipaan. Ucapan Terimakasih Rancang bangun dan uji karakteristik simulator sistem proteksi katodik ini dapat terwujud atas kerja keras empat kelompok tugas akhir di Jurusan Teknik Kimia Polban tahun 2011. Untuk itu diucapkan terimasih kepada: (1) Alkindi Hayuning Cahya, (2) Derry Faturrochman, (3) Lazuardi Zakaria, (4) Muhamad Firdaus, (5) Rantau Gilang Sunyoto, (6) Rizal Abdurrahman, (7) Sayid Hidayatullah, (8) Taufik Ariesta Hidayat. Terimakasih juga disampaikan kepada Dosen-dosen Pembinbing kelompok tugas akhir ini. Daftar Pustaka 1. ASME (2005). Gas Transmission and Distribution Piping System. American National Standard Institute, B31.8 2. Baeckmann, W. Schwenk, and W. Prinz.(1997).Handbook Of Cathodic Corrosion Protection, Third Edition. Texas: Gulf Professional Publishing. 3. Indarti, Retno, dkk. 2006. Petunjuk Praktikum Teknik Pencegahan Korosi. Bandung: Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung. 4. Kelly, Robert G., dkk. (2003). Electrochemical Techniques in Corrosion Science and Engineering. New York: Marcel Dekker, Inc. 5. Mentamben (1997). Keselamatan Kerja Pipa Penyalur Minyak dan Gas Bumi. Keputusan Menteri Pertambangan dan Energi Nomor 300.K/38/M.PE/1997 6. Ngatin, Agustinus, dkk. (2002). Teknik Pengendalian Korosi. Bandung: Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung 7. Parker, Marshall E., Peattie, Edward G. (1999). Pipeline Corrosion and Cathodic Protection, Third Edition. Houston: Gulf Publishing Company 8. Peabody, A.W. (2001). Peabody’s Control Of Pipeline Corrosion, Second Edition. Texas, NACE International The Corrosion Society. 9. Pierre, R. Roberge. (2000). Handbook of Corrosion Engineering. USA: McGraw-Hill. 10. Sulaiman (2010). PrinsipProteksi Katodik. Presentasi 11. Sulistijono (2009). Sistem Proteksi Katodik Anoda Tumbal. Surabaya: ITS.