Dalam sistem sekali pakai pada temperatur rendah yang menggunakan air biasa, inhibitor yang dipakai boleh yang murah, atau komposisi air diatur agar menghasilkan sebuah kerak pelindung tipis di permukaan logam (passivation). Kerak itu kebanyakan terbentuk dari kalsium atau magnesium karbonat. Kerak harus mempunyai ketebalan yang dapat diabaikan dan dapat memperbaiki diri, akan tetapi tidak boleh tumbuh sehingga menghalangi aliran air, atau cukup mengubah karakteristik pemindahan panas sistem. Jika kerak itu rusak dan tidak mampu memperbaiki diri maka korosi akan terjadi pada permukaan logam yang tersingkap. Pembuatan dan pemeliharaan kerak seperti itu membutuhkan keseimbangan kimia air yang cermat. Kelarutan kalsium karbonat dalam air rendah, karena itu selaput mengendap dari bikarbonatnya yang menghasilkan melalui reaksi karbon dioksida terlarut.
| persamaan 1 |
CaCO3 + H2CO3 ----> Ca(HCO3)2
limestone Calcium bicarbonat (persamaan 2)
(Calcium Carbonat)
Ketika menjadi panas, atau mengalami kekurangan karbon dioksida sedikit saja dalam larutan sehingga pH naik, reaksi akan bergeser ke kiri dan kalsium karbonat mengendap.
Kemampuan air membentuk larutan dapat diketahui dari Indeks Langelier, yang bergantung pada pH, temperatur, konsentrasi garam-garam kalsium dan seluruh zat padat yang terlarut. Perhitungan dan penerapan indeks tersebut di luar cakupan penulisan ini, penjelasan tentang itu mudah dijumpai pada kebanyakan buku mengenai pengolaha air(water treatment). Kalau karbon dioksida yang terlarut terlalu sedikit untuk menjaga agar bikarbonat tetap dalam larutan, kalsium karbonat segera mengendap pada katoda akibat kenaikan kecil pH yang mnyertai reaksi katoda. Jika kerak sudah menutupi seluruh logam dan melekat dengan erat, maka logam terpisah dari air. Senadainya karbon dioksida terlalu sedikit, kerak tidak akan terbentuk; namun bila karbon dioksida berlebihan, kerak yang terbentuk terlarut kembali dalam larutan asam sehingga logam tidak terlindungi lagi.
Dalam instalasi pembangkit uap (PLTU) bersistem daur ulang yang menggunakan baja sebagai konstruksi utama, air diproses untuk menjaga agar pH tetap diatas 11 guna mengurangi kandungan oksigen dan menghilangkan garam-garam pembetuk kerak. Air pengisian sebagian besar berasal dari pengembunan uap air yang telah menjalankan tugasnya dalam sistem. Bahan-bahan pengotor yang terkandung dalam kondensat itu biasanya terdiri dari karbon dioksida, oksigen, dan garam-garam terlarut, terutama garam-garam natrium, yang terambil oleh uap air. Air tambahan yang dimaksudkan untuk 'membersihkan' sistem biasanya mengandung garam-garam kalsium dan magnesium(yang menghasilkan tingkat kesadahan tertentu) dan lebih banyak lagi oksigen serta karbon dioksida terlarut. Untuk instalasi-instalasi di laut dan disekitar muara yang menggunakan air disitu sebagai air pengisian pertama, natrium klorida dalam jumlah besar juga tersedia. sekarang mari kita pelajari dahulu efek bahan pengotor terhadap korosi pada sistem pembangkit uap (PLTU).
Karbon dioksida sangat mudah larut dalam air dingin, dan membentuk asam karbonat, Persamaan [1], dengan pH 5,5 hingga 6. Ketika air dididihkan, gas itu keluar dari, masuk ke dalam sistem, kemudian terlarut kembali dalam kondensat. Dengan demikian, air kondensat di bagian manapun pada sistem akan selalu mempunyai pH lebih rendah dari yang dibutuhkan untuk mempertahankan selaput pasif(passive film) pada permukaan logam, Gambar [1]
 |
| GAmbar[1]. hubungan antara laju korosi, pH & kandungan O2 dalam air pada 25 derajat C & tekanan 1 atm |
Oksigen akan meningkatkan efisiensi reaksi katoda dalam kondisi-kondisi basa selalu dijumpai dalam ketel-ketel baja. Oksigen juga dapat menimbulkan sumuran atau peronggaan ketika terlempar keluar dari air saat temperatur naik dan masuk ke dalam sistem. Ketika ketel sedang dioperasikan, pusaran-pusaran yang terjadi menyebabkan oksigen keluar, tetapi ketika ketel diistirahatkan, gas itu akan naik dan mengumpul di perangkap-perangkap pada bagian atas ketel. Pembentukan sumuran oleh gelembung udara diperlihatkan dalam gambar [2]
 |
| [a] [b] |
[a] Sel aerasi-diferensial terbentuk seputar gelembung, dengan daerah kaya oksigen dibagian dasar membentuk katoda, dan logam di sekitarnya sebagai anoda. Produk korosi besi (III) hidroksida terbentuk di dinding gelembung. ketika gelembung telah terlapisi seluruhnya dengan produk korosi, difusi oksigen ke dalam gelembung terhenti, walaupun ion ion logam masih terus terdifusi melalui dinding.
[b] begitu kandungan oksigen di dasar gelembung turun hingga lebih rendah dibanding dalam air di sekitarnya, sel aerasi-diferensial berbalik. anoda kecil di dasar gelembung berkembang menjadi sebuah sumuran. selanjutnya dinding runtuh membentuk kerak di atas sumuran, sementara di bawahnya aerasi-diferensial terus berfungsi mengaktifkan sel.
Garam-garam magnesium dan kalsium yang terlarut mengendap dari air ketika yang belakangan ini menguap, membentuk selapis kerak pada permukaan logam. Ketika kerak menebal, laju pemindahan panas menurun sehingga efisiensi hilang dan mendatangkan resiko terjadinya pelekukan atau distorsi serta terbentuknya endapan kerak gosong pada bagian pipa ketel yang lebih panas (dekat api). Perlakuan terhadap air pengisian (feed water) dan top-up water pada pembangkit uap tidak sederhana dan bergantung pada kadar bahan pengotor yang ada serta kondisi pengoperasian instalasi, terutama temperatur, dan tekanan uap air.
amina ditambahkan untuk mengendalikan efek buruk karbon dioksida. Dalam hal ini amina penetral seperti morfolin, misalnya, ditambahkan dalam jumlah sangat kecil. Bahan ini mudah menguap dan merupakan basa lemah. Uap basa itu kemudian mengembun dan larut dalam kondensat untuk menetralkan asam karbonat yang terbentuk ketika karbon dioksida terlarut kembali. Amina berbentuk selaput seperti oktadesilamina juga mudah menguap, tetapi mengembun pada permukaan logam yang lebih dingin dan membentuk suatu lapisan hidrofobik berminyak yang memisahkan logam dari kondensat.
Oksigen dapat dikurangi hingga tinggal sedikit saja menggunakan cara mekanik. Bagaimanapun, natrium sulfit, yang beroksidasi menjadi sulfat, atau hidrazin dapat digunakan untuk mengikat oksigen secara kimiawi. Dalam sistem-sistem tekanan tinggi dengan laju penguapan yang juga tinggi, hidrazin lebih disukai. Tidak satupun dari hasil-hasil reaksi yang terbentuk berbahaya bagi logam dalam sistem, tetapi hidrazin bersifat racun, terutama di tempat-tempat yang terkurung.
bahan ini mengurai kembali jika tidak bereaksi dengan oksigen:
Amonia bekerja dengan cara serupa dengan amina penetral dalam mengatasi efek karbon dioksida, tetapi hidrazin dibatasi serendah mungkin, biasanya 0,1 ppm. Sulfit digunakan pada temperatur rendah atau ketika sistem diistirahatkan, tetapi kelebihan sulfit harus dihindari karena bahan ini agresif terhadap permukaan baja. Pada instalasi-instalasi modern, tingkat maksimum oksigen yang larut dibuat agar selalu lebih rendah dari 0,03 ppm, sementara pada pembangkit-pembangkit daya bertekanan tinggi, oksigen dalam air pengisian dibuat lebih rendah dari 0,007 ppm. Pengendalian pH dilakukan dengan cara menambahkan entah natrium hidroksida bersama natrium heksametafosfat atau natrium ortofosfat. Pada air sadah, ortofosfat mengakibatkan penggumpalan ampas-ampas sehingga secara berkala ketel harus dibersihkan. Di lingkungan laut, orang menggunakan bahan yang disebut Navy Boiler Compound untuk mempertahankan mutu air dalam ketel. senyawa ini terdiri dari 38 persen natrium karbonat, 48 persen dinatrium hidrogen fosfat dan 13 persen pati jagung. Ketika mengalami tekanan dan temperatur dalam ketel natrium karbonat mengurai menghasilkan natrium hidroksida yang meningkatkan kebasaan sehingga pH selalu diatas 11. Dinatrium hidrogen fosfat, bila berada bersama dengan karbonat, mengendapkan ion-ion kalsium dan magnesium. Tepung pati bertindak sebagai katalisator dan bisa menggumpalkan garam-garam netral. Dalam ketel yang terkontaminasi serius, natrium karbonat (soda abu) digunakan tanpa campuran bahan lain.
Kita harus berhati-hati agar tidak memberikan perlakuan secara berlebihan karena itu dapat menimbulkan peretakan kaustik pada komponen-komponen baja. Anda tentu mengingat penjelasan yang lain bahwa pH air netral bergantung pada temperatur : pH netral turun menjadi 6 pada 60 derajat C. perubahan ini berpengaruh terhadap hasil yang diperoleh melalui penambahan baik pH maupun bahan pengikat oksigen.
Loop-loop tertutup dari baja nirkarat digunakan dalam sistem-sistem pembangkit uap tenaga nuklir. Air dalam loop-loop ini dilewatkan melalui kolom-kolom penukar ion untuk menghilangkan kontaminasi ionik, dan hidrazin digunakan untuk mengikat oksigen. salah satu penyebab utama kegagalan yang dialami loop baja nirkarat itu adalah peretakan korosi-tegangan. sejak tahun 1967 telah diketahui dengan baik bahwa kandungan klorida dan oksigen dalam air yang dilewatkan melalui loop bisa menentukan saat terjadinya kegagalan pada logam . Telah dibuktikan bahwa kontaminasi ion sulfat yang terjadi karena terbawa oleh resin penukar ion juga menimbulkan peretakan korosi-tegangan pada baja nirkarat yang peka akibat kehadiran oksigen.Dalam sistem-sistem ini, efisiensi pengoperasian unit penukar ion dan bahan pengikat oksigen penting sekali.
Referensi : KOROSI, Kenneth R. Trethewey, BSc., Ph.D, CChem., MRSC. MICorr.ST
Tidak ada komentar:
Posting Komentar