Analisa Kegagalan Tube Superheater Package Boiler Akibat Overheating

Abstract

The superheater tube of package boiler has failed due to long term overheating. The tube is located at the first rows (pipe number 8), 2300 mm high from the base of the combustion chamber. The main objective of this research is to determine the root cause of the failures. The methods of research were carried out using non-destructive evaluation, including visual examination, stress analysis, hardness testing, chemical composition identification. and microstructure evaluation by using Scanning Electron Microscopy (SEM). Visual inspections at the location of failure showed that the failed diaphragm restricts the steam flow. The restriction of the flow may promote overheating at the tube wall. The fracture length of the failed tubes reached up to 45 mm in length in the direction of the pipe axis forming bulging and fish mouth effects. The average width and diameter on of the fish mouth mode are of 10.025 mm and 46.75 mm. Results of the stress analysis showed that the failure of the tube is predicted to occur at 178.15 MPa; this value is higher than that of the maximum allowable stress of the tube material (155 MPa). It is also shown that the hardness of material surfaces increased tremendously at the over heated area; however, the strength of the tube material at the over heated location decreased significantly. The chemical elements of material are still allowed within the standard of the SA 213 Grade T 11 low carbons steel. The microstructure evaluation at the fractured surface of the tube showed that cracking morphologies were in brittle fracture mode, the sliding and dislocation of the grain boundary occurred intergranularly

Tube superheater package boiler mengalami kegagalan akibat terjadi pemanasan berlebih dalam jangka waktu yang lama. Posisi tube superheater yang pecah berada pada baris 1 nomor 8 dengan ketinggian 2300 mm dari lantai ruang bakar. Tujuan penelitian dilakukan untuk menentukan akar penyebab utama kegagalan. Metode penelitian dilakukan dengan menggunakan pengujian tidak merusak, termasuk pemeriksaan secara visual, analisa tegangan, pengujian kekerasan, pengujian komposisi kimia dan mikrostruktur dengan menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM). Pemeriksan secara visual pada lokasi gagal memperlihatkan bahwa diaphragm yang menghalangi aliran uap. Penghalangan aliran uap menyebabkan overheating pada dinding tube. Tube yang pecah mempunyai panjang 45 mm ke arah sumbu pipa, ditandai dengan mengembung dan efek mulut ikan. Lebar dan diameter rata-rata dari mulut ikan adalah 10,025 mm dan 46,75 mm. Hasil analisa tegangan menunjukkan kegagalan tube terjadi sebesar 178,15 Mpa; nilai ini lebih besar dari tegangan maksimum yang diizinkan dari material tube sebesar 155 MPa. Hal ini juga menunjukkan kekerasan permukaan material meningkat pada daerah overheating; sementara, kekuatan material tube di daerah yang panas menurun sangat signifikan. Komposisi kimia material masih berada dalam standar SA 213 T11, yang merupakan baja karbon rendah. Hasil pengujian mikrostruktur pada permukaan dinding tube menunjukkan morpologi pecah adalah perpatahan getas, pergeseran dan dislokasi pada batas butir terjadi secara intragranular.