Duel Material di Kolom Distilasi: kapan carbon steel bertahan, kapan nikel pegang komando

Korosi di kolom distilasi itu bukan sekadar patina—ia bergerak cepat, memanfaatkan “cold spot” untuk membentuk asam terkondensasi (HCl, asam organik) dan garam. Garam klorida (MgCl₂, CaCl₂) dalam umpan terhidrolisis melepas uap HCl yang kemudian mengembun menjadi asam berair dan menyerang baja secara agresif (inspenet.com). Asam naftenat di hidrokarbon berat ikut larut dalam kondensat dan memicu serangan temperatur-tinggi lokal (inspenet.com).

H₂S (hidrogen sulfida) di fase uap pun bisa membangkitkan asam lewat reaksi FeCl₂ + H₂S→FeS + 2HCl dalam kondisi basa (inspenet.com). Tak heran, peralatan carbon steel di unit distilasi crude menunjukkan titik korosi tertinggi di kubah kolom, dek tray, dan jalur overhead (inspenet.com) (www.mdpi.com). Di lapangan, carbon steel lazimnya dipakai hanya sampai ~450 °F (230 °C); di atas itu, korosi asam/naftenat pada CS tak lagi bisa diterima (inspenet.com).

Untuk umpan “sweet” (rendah asam, rendah garam), sebagian kolom (mis. bottoms) bisa tetap baja paduan tanpa pelapis, tetapi sistem overhead di zona uap tinggi biasanya menuntut material paduan lebih tinggi dan inhibitor (inspenet.com) (inspenet.com).

Carbon steel dan baja paduan rendah

Penggunaan: Carbon steel (mild steel) murah, kuat, sehingga konstruksi penuh CS seperti ASTM A516 Gr 70 umum dipilih saat kondisi “jinak” (uap kering, kondensat terdeoksigenasi). Namun, jejak air atau HCl saja bisa mendorong korosi merata 0,1–0,5 mm/tahun (mm/yr) atau lebih (www.mdpi.com). Sampel carbon-steel dari kolom distilasi kilang menunjukkan kehilangan sekitar 0,20–0,28 mm/tahun di sistem refluks dan pipa overhead (www.mdpi.com).

Dalam umur peralatan 10–20 tahun, laju 0,25 mm/tahun mengikis beberapa milimeter, sehingga desain CS memasukkan corrosion allowance (umumnya 3 mm untuk unit crude, inspenet.com). Ketika allowance tak memadai, perbaikan jadi sering: satu studi mendapati korosi memangkas siklus pemeliharaan dari 5 tahun menjadi 2 tahun (www.mdpi.com).

Batasan: CS lemah terhadap klorida atau asam; HCl encer (<5%) pun melarutkannya cepat. Saat HCl mengembun di permukaan CS yang dingin, pitting tumbuh cepat. Di atas ~60 °C atau dengan H₂S basah, CS dapat mengalami sulfide stress cracking (SSC) sesuai aturan NACE MR0175/ISO15156. Karena itu CS umumnya tidak dipakai untuk kondensor overhead atau bottoms asam tanpa mitigasi. Praktiknya, CS kerap dilapisi/clad paduan lebih tinggi di zona paling korosif (inspenet.com) atau diproteksi inhibitor dan coating.

Allowance korosi: Desain lazim memberi 1,5–3 mm untuk CS (dibanding ≤1,5 mm pada stainless) karena CS lebih cepat korosi (inspenet.com). Dalam servis asam tak terkontrol, CS dapat mencapai 0,2–0,5 mm/tahun (www.mdpi.com), sementara air netral saja bisa sekitar ~0,05–0,1 mm/tahun. Epoxy/rubber lining memperlambat korosi umum tetapi tak menghentikan serangan asam bila retak/tertembus.

Austenitic stainless 304/316/317/904L/Alloy 20

Penggunaan: Austenitic SS (Cr–Ni) adalah level berikutnya. 304L (18Cr-8Ni) tahan lingkungan oksidatif moderat, tetapi rentan pitting/SSC oleh klorida pada kadar rendah sekalipun saat hangat. 316L (≈18Cr-10Ni-2Mo) jauh lebih tangguh pada asam encer dan air laut. Di praktik, 316L sering jadi minimum untuk servis dengan air/klorida bermakna. Beberapa kilang menspesifikasi 316 atau 317L di nozzle umpan dan tray jika crude mengandung asam naftenat moderat (inspenet.com). Kelas 6% Mo seperti 317L, atau 22–25%Cr-SS (904L, Alloy 20) dipakai saat klorida atau asam sulfat/nitrat panas hadir.

Performa korosi: Pada air kondensat overhead kilang, 316L bisa berada di <0,01–0,05 mm/tahun (vs ~0,2 mm/tahun pada CS) (www.mdpi.com). Namun, dengan klorida, 316L akan pitting dan crack melewati ambang. Data terbitan menunjukkan Type 316 dapat retak (SCC, stress corrosion cracking) pada kadar klorida beberapa ppm di atas sekitar 55 °C (stainless-steel-world.net). Pada uji singkat laboratorium (5% NaCl mendidih, ASTM G36), hampir semua 300-series gagal karena cracking (stainless-steel-world.net). Dalam kondisi agak oksidatif, 900 ppm Cl⁻ memicu SCC pada 304SS di 70–100 °C, sementara duplex atau paduan Ni tahan pada kadar lebih tinggi sebelum gagal (stainless-steel-world.net) (stainless-steel-world.net).

Kelebihan: Ketersediaan dan kemudahan las bagus, aman sampai ~300 °C pada lingkungan netral; laju korosi umum di kebanyakan servis kimia (tanpa asam kuat) <0,05 mm/tahun. Kekurangan: rentan serangan lokal; klorida/fluorida (mis. HF) menuntut lompatan ke duplex atau paduan Ni. Kekuatan luluh lebih rendah dari CS, biaya 3×–5×. Pada temperatur tinggi, 304/316 harus menghindari sensitization; 316L (low carbon) dipilih untuk menekan presipitasi karbida Cr. Zona panas (bottoms 200–300 °C) mungkin perlu 321 (stabilized) atau paduan lebih tinggi.

Duplex ferritic–austenitic (2205, 2507)

Penggunaan: Duplex SS menawarkan kompromi: kekuatan ~2× 300-series, ketahanan SCC klorida jauh lebih baik. UNS S32205 (22Cr-5Ni) mampu menangani air pendingin payau dan laut—jauh di atas 316L (inspenet.com). Superduplex (UNS S32760, 25Cr-7Ni) lebih resisten untuk klorida/H₂S agresif. Dipilih untuk support packing, piping servis pendingin, atau bejana di ASME untuk fluida klorida tinggi.

Performa korosi: Di air laut, 2205 umumnya stabil >60 °C dan 3–5% Cl⁻ tanpa pitting/cracking, sedangkan 316L gagal pasivasi. Karena PREN (pitting resistance equivalent number) tinggi (≥35), CPT (critical pitting temperature, suhu kritis awitan pitting) pada 3–4% Cl⁻ sering ~100 °C (inspenet.com). Kurva inisiasi SSC (waktu retak vs T/Cl̅) menunjukkan duplex jauh melampaui 316L dan bahkan superaustenitic (stainless-steel-world.net) (stainless-steel-world.net).

Keterbatasan: Biaya (~3× CS), kontrol panas/las ketat, risiko embrittlement >300 °C (sigma phase) dan potensi retak pada lingkungan sangat reduktif/oksidatif (sebagaimana dicatat [66]). Tidak untuk 2000+ ppm klorida di >100 °C secara indefinit, terutama bila oksidatif. Di sebagian servis top kolom (atmosfer asam terkonsentrasi), duplex tetap bisa pitting bila salah pilih.

Paduan berbasis nikel dan titanium

Penggunaan: Untuk servis sangat korosif (asam mineral/organik kuat, klorida tinggi, temperatur tinggi, atau klorin/hipoklorit), paduan nikel dipakai meski mahal. Contoh: Monel 400 (Ni–Cu) untuk klorida moderat sampai ~100 °C; Inconel 625 atau 825 (Ni–Cr–Mo–Fe) untuk media klorida/sulfida panas; Hastelloy C276/B/C4 (Ni–Mo–Cr) untuk >10% HCl, H₂SO₄ mendidih, atau aliran oksidatif/halogenik panas (stainless-steel-world.net). Alloy 20 (UNS N08020, Ni–Cr–Cu–Mo) klasik untuk klorida di kolom kimia. Titanium—meski bukan nikel—juga relevan: tahan oksidator kuat dan air laut, tetapi kekuatan rendah dan mahal.

Performa: Paduan ini praktis “flatline” pada laju korosi sangat kecil di lingkungan sangat agresif. Hastelloy C-276 nyaris nol korosi pada 20% HCl atau H₂SO₄ pekat, ketika 317L habis dimakan. Paduan nikel imun terhadap SCC klorida dan nyaris imun terhadap sulfide cracking. Di overhead kilang paling berat (mis. bensin reformat dengan Cl⁻ tinggi atau asam naftenat pada suhu tinggi), hanya superalloy Ni yang bertahan.

Trade-off: Biaya sekitar ≈10× CS, 3–4× 316L. Dipakai ketika life lebih panjang atau keselamatan (hindari kebocoran) menuntutnya. Kekuatan luluh relatif lebih rendah dari CS, sehingga ketebalan bejana dapat perlu penyesuaian. Fabrikasi butuh prosedur khusus (kawat las, dsb.). Catatan terkait praktik lapangan di crude unit: pelapisan dengan UNS 04400 (Monel 400) tercatat umum (inspenet.com).

Kontrol kimia proses dan inhibitor

Bahkan dengan material tepat, kontrol proses menentukan hasil. Inhibitor kimia dan kontrol air/pH yang ketat dapat menurunkan laju korosi drastis—kadang memungkinkan paduan lebih ekonomis. pH control: pemantauan dan penyesuaian pH kondensat/wash water krusial. Uji di crude menunjukkan pH <5 di air overhead membuat HCl menyerang baja; menjaga pH netral/alkali (dengan amine atau NaOH) menghentikan korosi aktif (m4knick.com) (inspenet.com).

Banyak kilang mengukur pH kondensat overhead secara kontinu: saat turun, mereka injeksi amine atau NaOH untuk menetralkan cepat (m4knick.com). Secara proaktif, caustic encer sering dicampur ke crude yang sudah didesal (mis. 10–20 ppm NaOH) agar KCl/MgCl₂ membentuk NaCl (garam lebih “jinak”) alih‑alih HCl (inspenet.com). Praktik ini bisa melipatgandakan umur peralatan; namun, injeksi berlebih harus dihindari karena bisa mengotori penukar panas atau memicu caustic cracking pada eksposur katalis (inspenet.com).

Pada tahap ini, solusi amina penetral bisa dikaitkan dengan paket neutralizing amine, sementara injeksi presisi untuk menjaga pH dan laju inhibitor lazim dikerjakan menggunakan dosing pump untuk kestabilan alir.

Filming inhibitors: di uap yang sangat korosif, film‑former organik dilalukan untuk melapisi permukaan internal. Polimer berat ini membentuk lapisan hidrofobik yang menghalangi kontak asam. “Figure 1 (below)” mengilustrasikan titik injeksi filmer pada sistem overhead kolom (inspenet.com). Formulasi inhibitor tersedia komersial sebagai corrosion inhibitor; perancangan dosis harus memperhatikan kompatibilitas—banyak filmer berfosfor dan bisa meracuni katalis hydrotreating bila terbawa (inspenet.com).

Water washing: di sirkuit overhead, water wash atau scrubber melarutkan garam korosif (NH₄Cl, garam amina). Uap top kolom dikontakkan dengan sejumlah kecil wash water, menyerap asam dan kemudian dibuang (kadang disirkulasikan dan dinetralkan) (inspenet.com). Receiver drum direkahkan rutin agar tak terjadi genangan air‑asam.

Oxygen scavengers dan blanketing: O₂ terlarut di kondensat memicu korosi umum di loop uap/air. Kondensor uap dan reflux drum kerap memakai oxygen scavengers (sodium sulfite, hydrazine, DEHA) dan purging N₂ untuk menghilangkan O₂. Ini praktik standar di boiler/closed‑loop; pada distilasi, memastikan air yang terbawa tak teroksigenasi. Portofolio penghilang oksigen tersedia sebagai oxygen scavengers.

Kebersihan material dan passivation: Stainless/paduan mengandalkan film pasif. Setelah fabrikasi/shutdown, passivation (asam nitrat/sitrat) perlu dilakukan dan heat tint bekas las dihilangkan. Kontaminasi besi atau passivation tidak lengkap dapat memantik korosi di lingkungan asam.

Monitoring dan analitik tren: pH inline, konduktivitas, dan probe korosi (ER atau LPR) membantu mendeteksi kenaikan laju korosi. Analitik statistik makin lazim: satu plant melaporkan biaya pemeliharaan overhead tahunan turun dari ~$250k menjadi ~$60k setelah optimasi inhibitor. Dalam satu studi, penerapan film‑former dan “caustic cut water” memperpanjang umur seksi kolom ~60% dibanding retrofit paduan eksotik (inspenet.com). Verifikasi periodik ketebalan dinding (UT ultrasonik) memastikan laju aktual <0,05 mm/tahun sesuai target desain.

Biaya, interval, dan dampak operasi

Perbaikan laju korosi: Upgrade dari CS ke 316L atau duplex biasanya menurunkan laju dari beberapa persepuluh mm/tahun menjadi beberapa per seratus. Studi lapangan menunjukkan OL37 carbon steel kehilangan ~0,25 mm/tahun di sistem refluks crude (www.mdpi.com); beralih ke 316L atau bahkan paduan Ni nyaris mengeliminasi kehilangan ini. Artinya umur alat dari ~10 tahun menjadi 50+ tahun.

Interval perawatan: Korosi parah di top dapat memendekkan turnaround (dari 5 tahun menjadi 2 tahun, www.mdpi.com). Pemilihan paduan tepat dan kontrol kimia dapat mengembalikan atau melampaui umur desain. Di satu unit kilang, implementasi inhibitor dan cladding membalik keadaan header bermasalah yang butuh perbaikan tiap 2–3 tahun—setelah perubahan, ia beroperasi penuh 10 tahun dengan penipisan minimal.

Kinerja proses: Produk korosi (oksida/sulfida Fe) mengotori tray dan penukar panas, menurunkan efisiensi kolom. Mengurangi korosi menjaga efisiensi; menghilangkan pitting overhead menaikkan throughput kolom crude 3–5% berkat lebih sedikit flooding dan kenaikan tekanan. Keuntungan operasional ini terakumulasi menjadi peningkatan yield yang signifikan.

Trade‑off ekonomi: Biaya material jadi faktor besar. CS sekitar $1–2/lb, 316L $3–4/lb, Hastelloy C276 $20–30/lb. Karena itu, melapisi 316L hanya di area perlu (bagian top) dibanding membangun seluruh kolom dari Hastelloy bisa menghemat jutaan. Inhibitor menambah biaya operasi (kimia dan pemompaan) tetapi tipikal hanya beberapa $k–$10k per tahun dibanding penghematan belanja modal jutaan. Untuk servis asam intermiten, CS + filmer bisa optimal dibanding full stainless. Sebaliknya, untuk servis keras kontinu (mis. distilasi 5–10% HCl), coating pasif tak memadai dan paduan Ni berkinerja tinggi layak secara umur.

Garis besar keputusan material

Ringkasnya, seleksi material pada kolom distilasi menyeimbangkan ketahanan korosi dan biaya. Carbon steel murah tetapi hanya cocok untuk servis ringan, kering, rendah kontaminan. Austenitic stainless (304L/316L/317L/904L/Alloy 20) lebih mahal tetapi menangani uap berair/asam moderat jika klorida dan H₂S terkendali (mis. <100 ppm Cl, H₂S rendah). Duplex stainless menawarkan kekuatan dan resistansi SCC klorida unggul untuk seksi umpan/hidrokarbon berat atau sistem berpendingin air laut. Paduan nikel‑tembaga dan nikel‑kromium (Monel, Inconel, Hastelloy) dicadangkan untuk servis paling agresif. Setiap aplikasi sebaiknya dievaluasi kuantitatif: laju korosi (mm/tahun) atau downtime yang diizinkan bisa menentukan apakah paduan lebih mahal menutup biaya perawatan.

Sepanjang siklus, inhibitor korosi, penyesuaian pH, dan desalting akan menurunkan tuntutan terhadap metalurgi. Di internal, filmed inhibitor dan pencucian penetral bertindak sebagai penghalang tambahan (inspenet.com) (inspenet.com). Pemantauan proses yang baik (pH, pengecekan ketebalan) memastikan langkah ini efektif. Dengan kombinasi pilihan paduan tepat dan kontrol kimia (menjaga pH ≥6, air minimal, klorida rendah), operasi kolom menjadi andal dan ROI optimal (m4knick.com) (inspenet.com).

Sumber metodologi dan standar: studi korosi merekam kehilangan logam aktual di lingkungan distilasi (www.mdpi.com), artikel teknis menguraikan mekanisme klorida/H₂S (inspenet.com) (stainless-steel-world.net). Panduan rekayasa (ASME, NACE/ISO) memaklumi kondisi servis tiap paduan. Standar regulasi (mis. SNI peralatan tekan di Indonesia) umumnya menuntut praktik kontrol korosi internasional untuk desain aman. Semua butir di atas berbasis data dan pengalaman lapangan (inspenet.com) (m4knick.com) (www.mdpi.com).