Analisis Fenomena Water Hammer pada Pipa Steam 17 Bar

ABSTRAK Slug Flow adalah suatu kondisi dimana di dalam suatu saluran terjadi aliran dua fasa yaitu fasa gas dan fasa cair yang mengalir terus menerus secara bersamaan. Fenomena aliran dua fasa ini banyak dijumpai pada dunia industri seperti pada reaktor nuklir, heat exchanger, sistem perpipaan pertambangan migas dan geothermal. Akibat dari fenomena slug flow pada umumnya pipa akan mengalami failure berupa putus. Penelitian ini mencoba untuk menganalisis kegagalan pipa yang terjadi pada salah satu sistem perpipaan Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), guna untuk mencari apa yang jadi penyebab putusnya pipa tersebut sehingga menyebabkan kerusakan peralatan dan komponen pipa yang ada disekitarnya. Pipa tersebut berfungsi untuk menyalurkan steam dari boiler ke turbin, steam beroperasi pada tekanan 17 bar dan temperatur 350°C. Spesifikasi pipa termasuk kedalam material standar A106 grade B berdiameter 10 inci dan tebalnya adalah 9,27 mm. Analisis yang dilakukan berbasis Metode Elemen Hingga (MEH) yang didukung oleh software AutoPIPE (untuk menganalisis beban mekanik), software ANSYS (untuk menganalisis pola aliran fluida yang terjadi), Software SolidWorks (untuk menganalisis support) dan juga dibantu dengan perhitungan manual. Analisis tegangan pipa mengacu pada kode ASME B31.1 (Power Piping). Dari hasil pengamatan fraktografi diketahui bahwa kerusakan yang terjadi pada pipa diakibatkan oleh patah fatique di area lasan dan jika dilihat dari segi permukaan patahannya, kegagalan di area lasan pipa tersebut termasuk dalam kategori patah getas. Berdasarkan hasil analisis yang dilakukan, bahwa penyebab pipa steam 17 bar putus di sekitar area lasan yaitu disebabkan oleh kejadian fenomena water hammer dalam bentuk slug flow. Panjang slug yang dihasilkan dari fenomena tersebut yaitu sekitar 4 meter dan diameter slug yaitu 10 inci. Besar slug tersebut menabrak dinding elbow dalam kecepatan 90 m/s sehingga menghasilkan hentakan/impak yang besar. Selain itu juga di area sekitar pipa putus terjadi letupan (hammering) dan benturan slug pada dinding pipa secara berulang-ulang. Sehingga pada akhirnya pipa mengalami putus di area terkritis/area lasan tersebut. Tegangan longitudinal yang dihasilkan akibat dari fenomena slug flow (beban dinamik) pada lokasi pipa putus yaitu 301,8 MPa, dan hoop stress sebesar 240,70 MPa. Sedangkan kekuatan tarik sambungan las pipa yaitu 219,3 MPa dan hoop stress yang diizinkan yaitu sebesar 117,9 MPa. Dikarenakan besar tegangan longitudinal dan hoop stress yang terjadi melebihi kekuatan sambungan las pipa dan tegangan yang diizinkan, maka pipa mengalami kegagalan berupa putus di area lasan