Korosi di Unit Cracking: Memilih Material yang Benar, Memantau Tanpa Kompromi

Cracking furnaces — termasuk steam/ethylene crackers — bekerja di bawah kondisi ekstrem yang memicu carburization dan coking (endapan karbon) pada sisi dalam, serta oksidasi dan sulfidation (serangan sulfur pada suhu tinggi) pada sisi luar. Studi terbaru menunjukkan oksidasi dan carburization di inner-wall menyumbang porsi terbesar kegagalan tabung, bersama creep, bulging, dan thermal fatigue akibat siklus panas-dingin (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Taruhannya besar: kebocoran atau rupture pada tabung bisa memicu kebakaran/ledakan tak terkendali, kehilangan produk, pencemaran, dan downtime yang panjang — satu hari saja di cracker besar bisa bernilai jutaan dolar (www.prosolvr.tech). Indonesia juga punya pengingat pahit: insiden kilang 2023 di RU II Dumai ditelusuri ke korosi berbulan-bulan pada pipa hidrogen (riaupos.jawapos.com).

Rentang Operasi dan Mode Kegagalan

Radiant coils lazimnya beroperasi di 850–1100 °C pada tekanan 1–2 bar, sementara convection coils berkisar 400–600 °C; temperatur outlet furnace bisa melampaui 1000 °C. Tekanan parsial hidrokarbon yang tinggi (steam dilution minimal) mempercepat carburization (www.linkedin.com).

Contoh lapangan: coil paduan Cr35Ni45Nb (35Cr–45Ni dengan Nb) dioperasikan ~1080 °C selama 6 tahun mengalami penumpukan oksida, lapisan kaya karbida, dan penurunan kekuatan — bukti progresi oksidasi/carburization yang merusak (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Pemilihan Material Furnace Tubes

Paduan Ni–Cr tahan creep adalah keharusan. Untuk radiant coils (850–1100 °C), praktik industri mencakup HK-40 (≈25%Cr–20%Ni), HP-modified (25%Cr–35%Ni), Incoloy 800H/HT (≈20%Cr–32%Ni, distabilisasi Ti), hingga Alloy 35/45 (35%Cr–45%Ni). Penambahan Nb/Ti — misalnya Cr35Ni45Nb — lazim untuk memperbaiki creep dan stabilitas fasa (www.linkedin.com) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Untuk convection coils (400–600 °C), grade austenitik seperti 304H (18Cr–8Ni), 347H (17Cr–9Ni+Nb), atau Incoloy 800 umum dipakai. Catatan: 304/316 rentan jika terekspos temperatur lebih tinggi atau aliran coker (www.linkedin.com).

Di transfer line exchangers (TLE, penukar panas pendinginan cepat), material seperti Incoloy 800 atau 347H lazim untuk quench 800→400 °C; pertimbangan shock termal dapat mengarah ke 321 untuk mencegah sensitization (www.linkedin.com).

Untuk feed berat (resid, sulfur/vanadium tinggi), reheater tertentu bahkan memakai paduan Ni seperti Alloy 625/825 atau 707 — dengan biaya tinggi.

Tren Paduan dan Bukti Kinerja

Riset terbaru menegaskan pentingnya komposisi. Shirazi dkk. (2023) membandingkan paduan Ni–Cr dengan unsur Al versus 27Cr–34Ni konvensional: laju deposit coke turun drastis (2,7×10^–6 kg/(m²·s) vs 33×10^–6) dan praktis tanpa carburization terdeteksi pada temperatur tinggi (pubs.acs.org). Dalam uji lain, paduan dengan Al mencatat 2,7–20,5×10^–6 kg/m²·s, sementara paduan tanpa Al berada di 4,95–33×10^–6 — setara pengurangan coke ~60% dibanding 27Cr–34Ni dalam kondisi identik (pubs.acs.org).

Pasar juga mengarah ke paduan dengan N-stabilized Cr carbides dan permeabilitas lebih rendah untuk furnace kaya hidrogen, yang dilaporkan menurunkan hydrogen embrittlement ~40% (pmarketresearch.com). Biaya? Paduan spesialis biasanya ber-premium 10–20%; ada pernyataan commissioning tentang premium ~12–18% namun interval antar-cleanout bisa berlipat. Uji zero-flare mencatat 50% penurunan decarburization pada 1200 °C dengan advanced coatings vs tabung tanpa coating (pmarketresearch.com).

Pertimbangan Metalurgi Lanjut

Creep strength krusial untuk run panjang >1000 °C. Uji tabel menunjukkan 35Ni–25Cr–Nb bertahan ~291 jam di 1080 °C pada 10 MPa, versus 691–721 jam di 10 MPa untuk tegangan lebih rendah (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Kandungan Cr tinggi (≥25%) berisiko sigma phase (fasa getas) pada paparan lama; Nb/Ti membantu mengikat C/N, namun HAZ las harus dikontrol. Carburization ditekan oleh pembentukan lapisan Al₂O₃/SiO₂ pada paduan yang mengandung Al/Si. Untuk thermal fatigue (retak akibat siklus termal), kandungan Ni lebih tinggi meningkatkan ketangguhan; Alloy 800H sering dipilih untuk siklus panjang.

Material untuk Internals dan Komponen Bantu

“Reactor internals” mencakup bejana/pipa downstream furnace (quench drum, kondensor, fraksionator) atau katalis di hydrocracking/FCC. Dalam media berair/sedikit sour, 316L atau 321/347 lazim; pada hydrotreater (H₂ tinggi, H₂S), Alloy 825 (UNS N08825) atau 316L dipakai untuk tahan klorida/nitrat dan H₂S. Grade 321/347Ti dipilih untuk ~500–600 °C dengan kandungan sulfur karena stabil terhadap karbida (content.ampp.org).

Untuk lingkungan paling ganas (mis. FCC regenerator dengan CO₂/O₂ suhu tinggi, atau wet gas scrubbing H₂S+Cl), 254SMO, 625/825, atau C276 sering dipilih; di FCC, kadang Ni aluminide coating pada liner baja karbon jadi kompromi biaya. Banyak shell baja karbon di-clad internal 3–6 mm stainless atau paduan Ni; rujuk kode API/ASME (ASME IX memperbolehkan cladding stainless hingga ketebalan tertentu dengan WPS yang sesuai).

Jenis korosi utama di hydroprocessing: high-temperature sulfidation (H₂S) dan ammonia/chloride stress-corrosion cracking; feed ber-amine bisa membentuk NH₄HS, PH, dan chlorides yang menyerang stainless. Banyak unit beralih ke feed sulfur rendah atau menambah inhibitor (mis. Zn phosphates) untuk melindungi internals baja karbon (content.ampp.org).

Strategi Kendali Korosi Proses

Pembersihan feed pra-furnace — mengurangi sulfur/garam — memotong beban korosi. Pada ethylene crackers, injeksi thiol terkontrol seperti DMS/DMDS 10–50 ppm mem-passivate coil dengan membentuk film FeS yang protektif; studi menunjukkan DMS/DMDS bisa memperpanjang run 10–20% dengan mengurangi situs aktif metalurgi untuk coke (www.linkedin.com). (Catatan: dosis DMDS ~10–30 ppm dapat menurunkan laju coking ~30%; rujukan: D. O’Neill, Hydrocarbon Processing 2015.) Kontrol presisi dosis membantu — aplikasi tipikal mengandalkan dosing pump kimia akurat untuk menjaga ppm tetap stabil.

Di sisi pembakaran, bahan bakar bersih/kering meminimalkan kontaminan abu; burner low-oxygen dan katalis NOx dievaluasi karena O₂ berlebih mempercepat oksidasi suhu tinggi pada sisi luar tabung. Untuk retrofit, aluminide diffusion coating 15–20 μm pada tabung 25Cr–35Ni terbukti menurunkan carburization/oksidasi dan menggandakan umur siklus di test furnace; opsi lain termasuk lining keramik (SiC/Al₂O₃) serta coating proprietari seperti Incoloy D-type atau Sialon liners.

Pengendalian envelope operasi penting: batasi metal temperature luar ≤1150 °C, hindari lonjakan transien, dan patuhi jadwal decoke 30–70 hari (tergantung feed). Model proses terbaru (data studi Sinopec) menunjukkan optimasi kontrol bisa menurunkan frekuensi decoke 15%.

Pada media sour atau kaya H₂S/klorida, program kimia sering memasukkan corrosion inhibitor untuk melindungi baja karbon, neutralizing amine untuk kendali pH, serta oxygen/H₂S scavengers untuk mengurangi spesies agresif — praktik ini selaras dengan perhatian pada high-temperature sulfidation dan SCC yang disebut di atas.

Program Inspeksi dan Monitoring

Baseline metallurgy survey saat startup/turnaround memastikan material sesuai spesifikasi; simpan database material (kimia, heat number) untuk semua tube dan internals, termasuk HP40-Nb, 800H, dan lain-lain.

Pemantauan thickness rutin via UT (ultrasonic thickness) dan infrared thermography memetakan sisa umur. Tren terbaru mengadopsi UT sensor permanen nirkabel (wireless sonars) di titik risiko tinggi yang memberikan data WT kontinu — studi lapangan menunjukkan jaringan UT terpasang memonitor ratusan titik dan mengkompensasi variasi temperatur secara otomatis (www.chemicalprocessing.com). Benefit konkret: fixed WT sensors di unit sour-water mendeteksi korosi 0,2 mm/tahun yang luput dari inspeksi manual kuartalan (www.chemicalprocessing.com).

NDE (nondestructive examination) di outage 3–5 tahunan meliputi UT scan, eddy-current (HAZ las dissimilar), MT/PT pada sambungan dan support, serta TAM/ERM untuk ketebalan lapisan terkarburisasi. Guided Wave UT menyapu panjang tube dari akses terbatas. Monitoring proses men-track TAN, klorida, H₂S, NH₃, DIC, dan laju coking; anomali memicu inspeksi cepat. Analog dengan FCC yang memonitor fines untuk indikasi aus, cracking unit dapat memantau CO outlet TLE/waktu tinggal (residence time) untuk sinyal dini carburization.

RBI (risk-based inspection) sesuai API 580/581 memeringkat risiko aset (heater box, coil, exchanger) berdasarkan konsekuensi dan kemungkinan. Studi DNMI Innovation (2018) menunjukkan refinery yang menerapkan RBI mengalami ~25% lebih sedikit unplanned outage dalam 5 tahun. Corrosion coupons/probes di run horizontal atau quench drum memberi laju korosi on-line; di area kritis, acoustic emission sensors menangkap bunyi pertumbuhan retak pada dinding tube.

Outcome yang terukur: pemasangan ~50 fixed sensor UT pada reboiler/heater memperpanjang interval inspeksi 30% dan menurunkan leaking head 60% (www.chemicalprocessing.com). Implementasi RFID tag dan logbook digital membantu trending laju korosi; beberapa tabung dengan 60% kehilangan ketebalan tertangkap sebelum breach, mencegah shutdown tak terjadwal yang mahal.

Kepatuhan Regulasi dan Konteks Indonesia

Regulasi Kementerian ESDM (Permen ESDM No. 38/2017) mewajibkan inspeksi keselamatan berkala atas peralatan kilang; proyek RDMP Pertamina menekankan “mechanical integrity” di unit baru. Pelajaran dari kasus RU II Dumai 2023 — korosi pipa hidrogen berbulan-bulan — menegaskan urgensi program integritas yang disiplin (riaupos.jawapos.com).

Ringkasan Keputusan Teknis

Unit cracking menuntut pemilihan material berbasis data: Ni–Cr–Fe untuk coil suhu tinggi (Incoloy 800H, 35Ni–25Cr–Nb) atau Ni–Cr–Al terbaru yang menahan coking/oksidasi (www.linkedin.com) (pubs.acs.org). Internals (hydrotreaters, FCC) perlu stainless atau Ni-alloys sesuai media (H₂S, Cl, NH₃). Data menunjukkan upgrade ke paduan aluminide/Nb-stabilized dapat memangkas laju coking hingga ~80% dan memperpanjang run (pubs.acs.org).

Seiring itu, kendali korosi proses — dari treatment feed, kebersihan bahan bakar, injeksi inhibitor — mempertebal margin keselamatan. Paling penting, program inspeksi/monitoring ketat (sensor tetap, NDE, RBI) membuktikan penurunan kebocoran/rupture secara signifikan dan justifikasi interval turnaround yang lebih panjang (www.chemicalprocessing.com) (riaupos.jawapos.com). Di proyek-proyek Indonesia — termasuk RDMP Balikpapan — disiplin ini berbanding lurus dengan keamanan dan ROI.

Sumber: studi ilmiah paduan cracking tube (pubs.acs.org) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), data industri (parameter operasi/paduan: www.linkedin.com), dan manfaat monitoring (www.chemicalprocessing.com) (riaupos.jawapos.com).