Piping Discharge Carbamate 2-P-301AB to Inlet HP Scrubber

TUGAS MAKALAH PKWT PUPUK KALIMANTAN TIMUR KEGAGALAN LINE DISCHARGE CARBAMATE DARI POMPA 2-P-301A/B KE INLET HP SCRUBBER I. Pendahuluan Pada tanggal 24 Maret 2022 opreasi melakukan siskamling di area Urea Pabrik-3 dan mencium bau kebocoran carbamate di lantai 3. Setelah ditelusuri sumber bau kebocoran tersebut berasal dari pipa discharge carbatame 3 inch (isometric no. 3”-CS-03304-F2-TL25) di Urea Pabrik-3 yang menghubungkan dari pompa carbamate 2-P-301A/B menuju inlet HP Scrubber. Pada saat itu dilakukan pemeriksaan secara visual oleh ISTEK-1 di area kebocoran dan terdapat indikasi crack pada area kebocoran tersebut. Sedangkan pipa tersebut tidak bisa dilakukan pengamanan dikarenakan jika dilakukan pengamanan pipa untuk perbaikan maka pabrik area Urea bisa mati dan produksi urea akan terganggu. Melihat dari kondisi kegagalan tersebut ISTEK-1 mengeluarkan rekomendasi perbaikan dengan SAP no. 140000049879 dengan cara melakukan perbaikan saat kondisi online. Perbaikan tersebut dilakukan dengan cara pengeboxan dengan menggunakan pipa 4 inch. Sebelum dilakukan pengeboxan pastikan area yang akan dibox bebas dari indikasi Stress Corrosion Cracking (SCC) dengan menggunakan penetrant hot temp. Dan saat itu hanya dilakukan verfikasi area dengan penetrant hot temp. hanya sisi atas area kebocoran pipa sedangkan sisi bawah pipa tidak bisa dilakukan dikarenakan bocoran carbamate turun ke arah bawah dan akses pemeriksaan terbatas karena terhalang concrete (coran). Selama proses perbaikan ternyata terjadi kegagalan di area lasan box sisi bawah berupa crack (area tersebut dicurigai masih terdapat SCC) dan proses perbaikan dihentikan sementara untuk diverifikasi kembali area yang aman untuk dilakukan pengeboxan. Setelah dilakukan verifikasi dan meeting koordinasi dengan pihak operasi maka Urea Pabrik- 3 diputuskan untuk dimatikan sementara selama 2 hari dikarenakan kerusakan ditemukan tidak hanya pada bagian kebocoran pipa discharge tetapi kerusakan juga terdapat pada control valve 2-LV-203 yang mana perbaikan tersebut bisa dilakukan hanya dalam kondisi pabrik mati. Saat kondisi pabrik urea shutdown dilakukan perbaikan kebocoran pipa discharge dengan cara insert pipa baru sepanjang 6 meter dan sebelum dilakukan pemotongan, area tersebut sudah dilakukan pemeriksaan penetrant terlebih dahulu untuk memastikan area tersebut tidak ada indikasi Stress Corrosion Cracking agar pada saat proses pengelasan tidak terjadi kegagalan crack di area tersebut.

TUGAS MAKALAH PKWT PUPUK KALIMANTAN TIMUR II. Cara Kerja Alat Dan Material II.1 Proses Urea Pabrik-3 Urea Pabrik-3 adalah pabrik urea yang menggunakan proses CO2 stripping total recycle (Stamicarbon). Unit sintesa dari pabrik ini terdiri dari Reactor, HP Stripper, HPCC (High Pressure Carbamate Condenser), HP Scrubber dan HP Ejector. Untuk memaksimalkan proses pembentukan urea solution maka tekanan dijaga pada 140 bar dan temperature 183°C serta rasio mol NH3/CO2 sebesar 2.9 – 3.0. Larutan urea solution dari reactor didistribusikan ke sisi tube HP Stripper yang dilanjutkan proses stripping dengan dikontakkan CO2 (membentuk lapisan film pada sisi dalam tube) yang mengalir dari bawah sebagai fluida stripping dan dibantu pemanasan dari sisi shell dengan menggunakan steam 20K. Hal ini dapat menyebabkan tekanan parisal NH3 menurun dan Carbamate terdekomposisi. Sedangkan off gas pada reactor didistribusikan ke spherical shell HP Scrubber. HP Scrubber memiliki 2 bagian yang berbeda, terdiri dari sisi atas berupa packing bed dan sisi bawah berupa shell dan tube, heat exchanger. Off gas NH3 dan CO2 dari spherical head terkondensasi panas kemudian didinginkan melewati heat exchanger dan gas akan tertarik vacuum ke atas dikontakkan dengan larutan carbamate dari LP Carbamate Condenser (LPCC) sedangkan yang masih dalam bentuk larutan bersama dengan larutan carbamate dilanjutkan proses ke HP ejector (menggunakan NH3 sebagai laju pendorong) untuk selanjutnya diproses ke HPCC. Untuk off gas dari HP Scrubber berupa O2, N2, serta sedikit NH3 dan CO2 akan dibuang ke atmosfer setelah melewati absorber. Tekanan larutan urea hasil dari HP Stripper diekspansi dari 143K ke 3.6K sehingga sebagian besar Carbamate dalam larutan urea akan terdekomposisi kembali menjadi NH3 dan CO2. Selanjutnya akan diumpankan ke area rectifying column dan heater untuk dipisahkan antara larutan urea dengan off gas. Sedangkan sisi off gas dari HP Stripper akan dilanjutkan proses ke HPCC bersama dengan larutan Carbamate dari HP Scrubber beserta NH3 dari ammonia pre- heater. Sebagian off gas dari HP Stripper akan terkondensasi di HPCC menjadi Carbamate dan reaksi panas yang dihasilkan dari proses tersebut dimanfaatkan untuk membangkitkan LP steam 4K. Untuk proses pembentukan Carbamate tidak sepenuhnya terjadi di HPCC dengan tujuan proses pembentukan Carbamate juga terjadi di Urea Reactor agar panas yang dihasilkan dari proses tersebut dapat memenuhi untuk proses reaksi pembentukan urea. Untuk larutan Carbamate dan gas reaktan yang belum terkonversi menjadi Carbamate maka akan diumpankan kembali ke dalam Reactor dimana proses pembentukan urea berlangsung. Selanjutnya hasil larutan urea dari Rectifying Column dilanjutkan proses evaporator sebanyak 2 tingkat agar kadar urea bisa tercapai 99.8% sebelum memasuki proses prill di Prilling Tower. Dan untuk off gas dari Rectifying Column dikondensasikan kembali menjadi Carbamate di LPCC (Low Pressure Carbamate Condenser) untuk menjadi umpan ke HP Scrubber melewati pompa carbamate.

TUGAS MAKALAH PKWT PUPUK KALIMANTAN TIMUR Gambar 2.1.1 Diagram proses pembuatan urea (Stamicarbon) II.2 Cara Kerja Alat Dari proses pembuatan urea diatas, untuk area yang terjadi kegagalan adalah pipa Carbamate Solution dengan isometric no. 3”-CS-03304-F2-TL25 yang menghubungkan dari pompa Carbamate 2-P-301A/B menuju inlet HP Scrubber 2-E-203. Didalam pipa tersebut terdapat larutan Carbamate yang terbentuk dari hasil kondensasi LPCC 2-E-303 yang selanjutnya diproses dengan pompa reciprocating untuk menjadi umpan proses di HP Scrubber. Gambar 2.2.1 P&ID Pompa Carbamate 2-P-301A/B menuju HP Scrubber 2-E-203

TUGAS MAKALAH PKWT PUPUK KALIMANTAN TIMUR II.3 Material Untuk material pipa yang digunakan adalah piping class F2 (Piping Spec Chiyoda, lampiran …) stainless steel A312-TP316L seamless dengan ukuran 3 inch schedule 160 ketebalan 11.13 mm. Untuk tipe insulation yang digunakan mineral woll dengan ketebalan 25 mm. Gambar 2.3.1 Keterangan line number pipa P&ID (pipa yang mengalami kegagalan) Gambar 2.3.3 Komposisi kimia material (ASME BVPC.II.A-2017) III. Jenis Dan Hasil Pemeriksaan Pada kebocoran pipa discharge larutan Carbamate sebelum dan setelah perbaikan dilakukan pemeriksaan NDT (non destructive testing) sebagai berikut : 1. Penetrant Test Penetrant test adalah metode pengujian tidak merusak yang menggunakan prinsip kapilaritas pada saat melakukan pemeriksaan. Untuk penetrant set terdiri Penetrant, Cleaner (solvent removable), dan Developer (wet developer nonaqueous). Untuk cara penggunaan penetrant :

TUGAS MAKALAH PKWT PUPUK KALIMANTAN TIMUR 1. Bersihkan permukaan yang akan dilakukan pemeriksaan PT dengan cleaner (solvent removable) dan dilap dengan majun terlebih dahulu. 2. Selanjutnya semprot penetrant atau dioles dengan kuas di area pemeriksaan. 3. Tunggu penetrant meresap kedalam material dan waktu tunggu (dwell time) maksimal tidak boleh lebih dari 2 jam. Apabila lebih dari 2 jam dan penetrant dalam kondisi kering wajib mengulang proses penetrantnya. (as ASME sec V, 2014, T-672, “Penetration (Dwell) Time”) Tabel 4.1. Minimum dwell times material (as ASME Sec.V,2014) 4. Selanjutnya dibersihkan permukaan dari penetrant dengan menggunakan cleaner (solvent removable) hingga bersih dengan cara dilap. 5. Pastikan permukaan area setelah penetrant sudah kering, selanjutnya semprot Developer (wet, nonaqueous) dengan jarak ± 100 – 150 cm secara merata dan tidak terlalu tebal. 6. Lakukan interpretasi setelah disemprot oleh developer, dan lakukan interpretasi ulang minimal setelah 10 menit dan maksimal 7. Pemeriksaan ketebalan dengan Ultrasonic Test Thickness IV. Prosedur Dan Hasil Perbaikan Untuk rekomendasi perbaikan dilakukan 2 alternatif, alternati I dilakukan apabila pabrik tidak shutdown (perbaikan saat pabrik online) dan alternatif II dilakukan saat pabrik bisa dilakukan pengamanan (pabrik urea dalam kondisi mati). Tahapan perbaikan kebocoran pipa discharge Carbamate sebagai berikut : Alternative I Persiapan Material

TUGAS MAKALAH PKWT PUPUK KALIMANTAN TIMUR 1. Siapkan material pipa SUS 316L 4 inch sch 120 dengan Panjang 300 mm dibelah menjadi 2 bagian untuk dilakukan pengeboxan. 2. Siapkan ring plate material 316L ketebalan 10 mm OD = 117 mm dan ID = 88.9 mm 3. Siapkan nipple threaded dan plug ¾” material SUS316L Langkah Perbaikan 1. Lakukan pemeriksaan explosive oleh tim safety sebelum melakukan aktifitas perbaikan. 2. Buka isolasi sepanjang 1000 mm untuk akses perbaikan. 3. Siram endapan Carbamate yang keluar dari area kebocoran dengan menggunakan condensate. 4. Sebelum melakukan pemasangan box pastikan area sekitar pemasangan terbebas dari indikasi stress corrosion cracking dengan penetrant. 5. Apabila hasil PT di area tersebut aman pasang ring plate dan lakukan pengeboxan di area tersebut. 6. Lakukan pengelasan box dengan menggunakan kawat las ER310L mod. 7. Setelah pengelasan box selesai tutup dengan threaded plug dan seal weld. 8. Cek visual dan PT hasil pengelasan box pastikan tidak ada indikasi di area lasan. 9. Apabila hasil pemeriksaan visual dan PT aman passang kembali isolasi mineral woll dengan ketebalan 25 mm. 10. Drawing box perbaikan terlampir (lampiran xx) Alternatif II Persiapan Material 1. Siapkan material pipa 316L 4 inch sch 120 dengan Panjang 6000 mm untuk dilakukan insert pipa. Langkah Perbaikan 1. Lakukan pemeriksaan explosive oleh tim safety sebelum melakukan aktifitas perbaikan. 2. Buka isolasi sepanjang 6100 mm untuk akses perbaikan. 3. Sebelum melakukan pemotongan pipa pastikan area sekitar pemotongan terbebas dari indikasi stress corrosion cracking dengan penetrant. 4. Cek ketebalan pipa untuk memastikan area yang akan dipotong masih memiliki ketebalan yang aman. 5. Apabila hasil PT dan UT thickness di area tersebut aman potong pipa lama dengan menggunakan gerinda. (mata gerinda wajib free iron) 6. Apabila sudah terpotong, bevel pada pipa tersebut dan pastikan tidak ada indikasi dengan menggunakan PT di area bevel tersebut.

TUGAS MAKALAH PKWT PUPUK KALIMANTAN TIMUR 7. Lakukan pengelasan pipa dengan menggunakan kawat las ER310L mod. 8. Cek visual hasil pengelasan pipa dan cek dengan PT untuk memastikan tidak ada indikasi di area lasan tersebut. 9. Apabila hasil pemeriksaan visual dan PT aman pasang kembali isolasi mineral woll dengan ketebalan 25 mm dan ganti dengan isolasi baru. Perbaikan aktual dilapangan yang dilakukan adalah alternatif II, perbaikan dilakukan saat pabrik mati. Pada perbaikan Alternatif I sudah dilakukan dan hasilnya timbul crack baru di area lasan box sisi bawah (kemungkinan area pengelasan sisi bawah masih terdapat SCC) dan saat bersamaan terjadi kerusakan pada control valve 2-LV-203 maka diputuskan untuk pabrik urea 3 dilakukan pengamanan selama 3 hari. Selama proses perbaikan Alternatif I ada tambahan perbaikan penggantian steam tracing dikarenakan ada kebocoran pada steam tarcing dan dilakukan penggantian steam tracing material A269 SUS304L size ½” inch. Dan hasil perbaikan dengan Alternatif II ACC, hasil visual dan PT tidak ditemukan indikasi pada lasan. AB Gambar 5.1 Kondisi gambar A saat proses dilakukan box terjadi kebcooran pada sisi lasan bagian bawah. Gambar B cek lokasi area pemotongan sisi atas pipa dengan PT, hasil aman tidak ada indikasi. CD Gambar 5.2 Gambar C pemeriksaan area pemotongan sisi bawah pipa dengan PT. Gambar B cek hasil bevel dengan PT hasilnya tidak ada indikasi dan siap untuk fit-up dan pengelasan.

TUGAS MAKALAH PKWT PUPUK KALIMANTAN TIMUR VI. Evaluasi Dan Analisa Evaluasi yang dilakukan pada kebocoran pipa tersebut yaitu dengan cara membuat sampling potongan pipa yang mengalami kegagalan untuk dilakukan beberapa pengujian dan analisa kegagalan pada pipa tersebut. Untuk pengujian yang dilakukan antara lain : • Penetrant Test • Ultrasonic Test Thickness • Metallografi VI.1 Hasil Penetrant Test Hasil pemeriksaan dengan menggunakan penetrant test pada permukaan sampling pipa ditemukan indikasi pitting korosi dan crack pada permukaan sisi outside diameter dan inside diameter pipa. Hasil evaluasi indikasi ini tidak dapat diterima karena tidak sesuai dengan standar (as ASME B31.3, Process Piping, 2014, 344.4.2, “Acceptance Criteria”)

TUGAS MAKALAH PKWT PUPUK KALIMANTAN TIMUR Gambar 6.1.1 Gambar A Penetrant set yang terdiri dari Cleaner, Penetrant, Developer, sikat stainless dan majun. Gambar B proses dwell time penetrant test. Gambar C hasil PT ditemukan indikasi berupa pitting korosi dan crack pada OD pipa. Gambar D temuan hasil PT berupa crack pada sisi ID pipa. VI.2 Hasil Pemeriksaan Ultrasonic Test Thickness Pipa stainless steel SA312 TP316L dengan ukuran 3 inch schedule 160 dilakukan pemeriksaan UT Thickness untuk memastikan ketebalan dari pipa tersebut. Dan hasil pemeriksaan dengan menggunakan dengan UT Thickness adalah sebesar 10.90 mm. Bila dibandingkan dengan ukuran ketebalan berdasarkan Aplikasi dari Pipe Data adalah sebesar 11.13 mm. Dan secara visual pipa ini masih memiliki ketebalan yang baik secara merata. Menurut hasil perhitungan batas minimum thickness yang diijinkan adalah sebesar 6.3 mm. (as B31.3, Process Piping, 2014, 304.1.2,”Straight Pipe Under Internal Pressure”). Berdasarkan data hasil perhitungan bila dibandingkan dengan data yang didapatkan dari hasil pengukuran bahwa ketebalan pipa masih bisa diterima (ACC) dikarenakan nilai ketebalan masih diatas batas minimum ketebalan. (hasil perhitungan lampiran xx) Gambar 6.2.1 Hasil pengukuran menggunakan UT Thickness (10.75 mm) dengan sketmat (11.28 mm) VI.3 Hasil Metallorgrafi Selain dilakukan uji penetrant dan cek ketebalan pipa, dilakukan juga pemeriksaan metallographi untuk melihat bentuk retakan yang terjadi dengan perbesaran tertentu pada material pipa tersebut. Berikut hasil dari pemeriksaan metallographi, antara lain : Tahapan Metallgography : • Gunakan amplas mulai dari grade 80 hingga 1200 menggunakan mesin grinding xxxx.

TUGAS MAKALAH PKWT PUPUK KALIMANTAN TIMUR • Selanjutnya dilakukan polishing menggunakan larutan Diapro, kain beludru dan alcohol untuk membersihkan, hingga skretch atau goresan tidak nampak. • Bila polishing telah selesai dilanjutkan dengan proses etsa menggunakan larutan Oxalid 10% dengan sistem eletrolisis menggunakan listrik 15V selama 1 menit 10 detik. Dokumentasi Metallografi : B A Gambar 6.3.1 Gambar A proses grinding menggunakan amplas 1200 dan Gambar B proses polish menggunakan larutan Diapro. C DE Gambar 6.3.2 Gambar C adalah larutan alcohol 90% yang digunakan untuk membersihkan setelah polishing. Gambar D adalah larutan Diapro yang digunakan saat polishing. Gambar E adalah larutan etsa Oxalid Acid dengan konsentarsi 10%.

TUGAS MAKALAH PKWT PUPUK KALIMANTAN TIMUR FG Gambar 6.3.3 Gambar F adalah persiapan untuk elektrolisis etsa dengan bantuan listrik 15V. Gambar G adalah proses etsa, penampang yang akan dilihat struktur mikro dicelupkan kedalam larutan Oxalid Acid (10%) dan ditahan selama 1 menit. Hasil Metallografi

TUGAS MAKALAH PKWT PUPUK KALIMANTAN TIMUR Gambar 6.3.7 Foto hasil pemeriksaan metallografi, terlihat Gambar A menunjukkan SCC diawali dengan adanya pitting korosi, terlihat dari penampang OD pipa crack yang terbuka lebar. Gambar B & C adalah proses perjalanan retak. Gambar D adalah akhir dari perjalanan retak dan tembus ke sisi ID pipa. Bentuk retakan ini berupa transgranular dikarenakan kondisi retakan melintang area batas butir, artinya faktor dominan pada retakan tersebut disebabkan oleh stress. VII. Kesimpulan Dan Saran

TUGAS MAKALAH PKWT PUPUK KALIMANTAN TIMUR Kesimpulan hasil dari perbaikan dan analisa pada kebocoran pipa discharge Carbamate yang menghubungkan antara pompa Carbamate 2-P-301A/B dengan inlet HP Scrubber antara lain : 1. Perbaikan kebocoran pada pipa discharge carbamate yaitu dengan cara insert pipa baru sepanjang ± 6 meter serta dilakukan penggantian steam tracing yang mengalami kebocoran. 2. Sampling PT diluar area penggantian pipa masih terdapat pitting korosi pada permukaan pipa. 3. Kegagalan pipa carbamate disebabkan oleh kebocoran pada steam tarcing dan mengenai permukaan pipa dan menyebabkan terjadinya pitting dan stress corrosion cracking (SCC) pada permukaan pipa hingga menyebabkan terjadinya kebocoran. 4. Menurut studi literatur kegagalan ini disebabkan oleh adanya 3 faktor yaitu, Tensile Stress, Material yang bisa terkorosi, dan lingkungan yang korosif (Denny A Jones), untuk kasus ini lingkungan sekitar mengandung klorin yang dihasilkan dari steam tracing yang mengalami kebocoran dan mengenai pipa. 5. Dari hasil foto mikro dengan perbesaran 5x untuk indikasi kegagalan diawali terjadinya pitting corrosion pada permukaan dan dilanjutkan dengan SCC hingga tembus kedalam pipa. Untuk saran yang diberikan dari kebocoran pipa discharge Carbamate ini adalah seagai berikut : 1. Siapkan material pipa seamless 3” SA312 TP310L mod dan tubing serta connector ¾” untuk sepanjang 48 meter serta memiliki sertifikat huey test (urea grade) untuk dilakukan penggantian material saat TA. 2. Siapkan material isolasi mineral woll untuk dilakukan penggantian isolasi disepanjang pipa discharge Carbamate. 3. Saat Turn Arround 2023 buka semua isolasi dan lakukan pemeriksaan perpipaan dan steam tracing pada pipa discharge. 4. Setelah hasil pemeriksaan selesai tandai area pipa yang akan dilakukan penggantian di sepanjang area tersebut. Untuk steam tracing dilakukan penggantian disepanjang pipa tersebut. 5. Pada TA selanjutnya lakukan pemeriksaan pada semua perpipaan stainless steel di area syntesa yang terdapat steam tarcing. 6. Untuk monitoring rutin selama proses produksi lakukan pemeriksaan visual oleh operasi, apabila melihat isolasi yang basah atau kondisi isolasi rusak agar segera membuat permintaan untuk dilakukan pemeriksaan dan memberikan rekomendasi perbaikan.

TUGAS MAKALAH PKWT PUPUK KALIMANTAN TIMUR VIII. Referensi