the effect of acetic acid on the pit propagation on co2 corrosion of carbon steel
TRANSCRIPT
-
7/23/2019 The Effect of Acetic Acid on the Pit Propagation on CO2 Corrosion of Carbon Steel
1/9
Korosi CO2
U
The effect of a
on CO2
Departeme
UAS Korosi Lanjut
S Korosi Lanjut
Resume journal of
etic acid on the pit pr
corrosion of carbon st
Nama : Mia Diniati
NPM: 1106154324
Teknik Metalurgi dan Ma
niversitas Indonesia
2012
0
pagation
el
erial
-
7/23/2019 The Effect of Acetic Acid on the Pit Propagation on CO2 Corrosion of Carbon Steel
2/9
UAS Korosi Lanjut
Korosi CO2 1
A. Pendahuluan
1. Definisi
CO2 Corrosion merupakan bentuk korosi yang biasanya berupa penipisan lokal atau
pitting corrosion. Korosi CO2biasanya disebut juga dengan sweet corrosion.
Gambar 1. Contoh kegagalan material akibat korosi CO2
2. Mekanisme Korosi
Mekanisme dari korosi CO2 diawali dengan kelarutan CO2 (g) menjadi CO2 di air
seperti berikut.
CO2 (g) + H2O CO2 (larut di air)
CO2 (larut di air) + H2O H2CO3
H2CO3 H+ + HCO3
-
HCO3- H+ + CO3
2-
Reaksi elektrokimia biasanya dikuti dengan pembentukan scale FeCO3 atau Fe3O4 pada
temperatur tinggi dimana dapat bersifat protektif atau tidak tergantung dari kondisi
pembentukan. Terbentuknya FeCO3 atau Fe(HCO3)2biasanya terjadi di temperatur tinggi dan
pH yang tinggi pula sehingga laju korosi dapat menurun. Namun apabila produk korosi tidak
terbentuk maka laju korosi akan semakin meningkat.
Pada CO2 Corrosion ini, dapat kita tulis reaksi anoda dan katoda sebagai berikut
Reaksi anoda: Fe Fe2+ + 2e-
Reaksi katoda: 2H+ + 2e- H2 + 2HCO3- (pH
-
7/23/2019 The Effect of Acetic Acid on the Pit Propagation on CO2 Corrosion of Carbon Steel
3/9
UAS Korosi Lanjut
Korosi CO2 2
2H2CO3- + 2e- H2 + 2CO3
2- (pH>5)
3. Faktor faktor yang mempengaruhi korosi CO2
Terdapat beberapa faktor yang akan mempengaruhi laju korosi pada korosi CO2, yaitu
a. Efek air
Apabila tidak ada air maka korosi CO2 pun tidak ada. Air berkontribusi untuk
pembasahan permukaan logam. Batas dari water wetting adalah untuk water cut> 30%
atau kecepatan aliran < 1 m/s.
b. Efek partial pressure (pp) CO2
Partial pressure CO2 dapat dihitung dari mol% CO2 x PT
- Pada scale free korosi CO2 : pp CO2 tinggi menyebabkab laju korosi tinggi karena
konsentrasi H2CO3 tinggi sehingga mempercepat reaksi katoda
- Pada pembentukan iron carbonate scales: pp CO2 tinggi dapat memberikan
keuntungan karena pada pH yang tinggi dan pp CO2 yant tinggi maka konsentrasi ion
bicarbonate dan carbonate akan meningkat sehingga supersaturation dan presipitasi
meningkat dan akan membentuk scale yang menurunkan laju korosi
c. Efek temperatur
Temperatur akan mempengaruhi elektrokimia, transport dan lain lain. Efek
temperatur ini akan tergantung pada pH lingkungan. Pada pH rendah, semakin tinggi
temperatur maka laju korosi akan meningkat. Namun pada pada pH tinggi/basa, kenaikan
temperatur akan menurunkan laju korosi karena terbentuk lapisan pasif. Puncak dari laju
korosi biasanya di suhu 60 80oC tergantung dari water chemistry dan aliran
d. Pengaruh pH
Biasanya pH di CO2 saturated condensed water di sekitar 4 atau kurang. Pada
buffered brines di 5
-
7/23/2019 The Effect of Acetic Acid on the Pit Propagation on CO2 Corrosion of Carbon Steel
4/9
UAS Korosi Lanjut
Korosi CO2 3
meningkat dengan pembuatan pH asam asetat akan menurunkan permasalahan korosi,
dimana pH tinggi maka laju korosi menurun karena terbentuk pH stabilisasi.
e. Pengaruh aliran
Terdapat 2 macam pengaruh aliran terhadap CO2 corrosion yaitu:
- Saat protective scale tidak ada (biasanya di pH rendah/asam, tidak ada inhibitor,
ditemukan di condensed water)peran utama turbulen akan mempercepat transport
spesies dari dan ke permukaan logam sehingga laju korosi dapat meningkat
- Saat terdapat protective scales (biasanya di pH basa, di produced water, dan terbentuk
inhibitor film) efek dari aliran adalah mengahambat pembentukan scale atau
merusak scale yang terbentuk sehingga laju korosi meningkat
f. Pengaruh kandungan oksigen
Saat kandungan oksigen semakin meningkat maka laju korosi juga meningkat karena
lapisan pasif yang terbentuk tidak stabil.
g. Efek scale karbonat
Carbonate scale akan mengurangi laju korosi tapi juga sebagai inisiasi dari korosi
lokal. Scale ini terbentuk pada saat pH tinggi, temperatur tinggi, kandungan garam
rendah, kandungan asam organik rendah, kecepatan aliran moderat, tidak ada turbulensi.
Dan dapat diperlemah dengan kehadiran konsentrasi ion klorida, asam organik, kecepatan
aliran yang tinggi, dan liquid droplet.
Efek scale carbonat dapat diprediksi menggunakan Langelier Saturation Index (LSI)
dimana apabila nilai LSI negatif maka tidak potensial untuk membentuk scale, air akan
melarutkan CaCO3 dan apabila LSI positif maka scale terbentuk dan presipitasi CaCO3
dapat terbentuk dan apabila LSI mendekati 0 maka merupakan batas potensial scale.
h. Efek kehadiran asam asetat
Asam asetat merupakan asam lemah tapi lebih kuat dari asam karbonik. Adanya asam
organik dapat merusak proteksi dari lapisan besi karbonat dimana hal tersebut dapat
disebabkan karena adanya penurunan nilai pH sehingga scale menjadi rusak.
-
7/23/2019 The Effect of Acetic Acid on the Pit Propagation on CO2 Corrosion of Carbon Steel
5/9
UAS Korosi Lanjut
Korosi CO2 4
4. Pencegahan Korosi CO2
Pencegahan korosi CO2 dapat dilakukan juga dengan cara mengurangi CO2,
menghilangkan air, mengubah parameter proses (tekanan, suhu), menggunakan inhibitor
korosi dan pH stabilizer, menggunakan internal coating, menggunakan material dengan
ketahanan korosi yang baik seperti 13Cr, duplex SS, SS/Ni cladding. Untuk mengurangi CO2
dapat menggunakan membrane filter atau amine system.
Untuk mencegah korosi CO2 terdapat beberapa hal yang harus diperhatikan. Korosi CO2
sangat dipengaruhi oleh pp CO2 sehingga:
- Pada pp CO2 < 0,2 laju korosi rendah sehingga tidak diperlukan pencegahan korosi
yang terlalu signifikan
- Pada 0,2 < pp CO2 < 2 laju korosi sedang sehingga direkomendasikan untuk
menggunakan inhibitor
- Pada pp CO2 > 2 laju korosi tinggi sehingga direkomendasikan untuk
menggunakan paduan dengan ketahanan korosi tinggi misalnya SS 300, SS 400 dan
duplex.
B. Resume Jurnal
Seperti yang telah disebutkan di atas bahwa terdapat beberapa faktor yang dapat
mempengaruhi laju korosi misalnya karena adanya asam asetat. Pada resume jurnal kali ini
akan dibahas lebih lanjut mengenai pengaruh efek asam asetat terhadap pit propagation di
korosi CO2 di baja karbon.
Kehadiran asam asetat dapat berasal dari crude oil dimana akan sangat berpengaruh pada
korosi CO2 di baja karbon maupun baja dengan paduan rendah. Kasus ini sudah sangat lama
terjadi. Asam asetat ini merupakan asam organik volatile dan biasanya terdapat di pipeline
dengan konsentrasi yang sangat tinggi dimana sampai beberapa ribu ppm di fasa aqueous.
Dengan adanya kehadiran asam organik, korosi yang terjadi akan semakin parah di
produce water di rentang pH 4 4,5 dan korosi tidak akan terjadi apabila pp CO2 < 0,2 dan
tidak terdapat kehadiran asam asetat. Kehadiran dari asam asetat ini dapat berpengaruh baik
pada top dan juga bottom line di oil and gas pipelines.
Pada beberapa penelitian adanya asam asetat dapat menyebabkan pitting pada suhu kamar
dimana pitting yang terbentuk hanya sedikit namun dalam. Asam asetat bertindak sebagai
-
7/23/2019 The Effect of Acetic Acid on the Pit Propagation on CO2 Corrosion of Carbon Steel
6/9
-
7/23/2019 The Effect of Acetic Acid on the Pit Propagation on CO2 Corrosion of Carbon Steel
7/9
UAS Korosi Lanjut
Korosi CO2 6
Adanya asam asetat menyebabkan potensial korosi menjadi positif. Asam asetat
berperan penting meningkatkan cabang katodik dimana kemungkinan disebabkan reduksi
kedua proton setelah disosiasi asam dan reduksi langsung dari asam yang tidak terdisosiasi.
Dari Gambar 2 dapat terlihat bahwa arus korosi di sekitar 0,5 A/m2.
Gambar 3.Potensial korosi baja X65 pada NaCl 0,01 M dan 1 bar CO2 dengan asam asetat bervariasi
Potensial korosi meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi asam asetat.
Peningkatan reaksi katoda seiring dengan penurunan anoda dimana tidak adanya peningkatan
arus uniform corrosion dimana berhubungan dengan asam asetat. Gambar 2 dan Gambar 3
hanya menunjukkan informasi secara global. Untuk mengetahui efek asam asetat pada
perkembang pit maka dilakukan pengujian lanjutan dimana apabila tidak ada penyerangan di
artificial pit, arus akan tetap 0. Pada Gambar 4 dapat terlihat bahwa dengan kehadiran asam
asetat di konsetrasi rendah menyebaban arus yang selalu positif dan meningkat seiring
dengan peningkatan konsetrasi asam asetat.
Pada beberapa studi yang telah dilakukan dapat diketahui bahwa pre-initiated pit tidak
dapat tumbuh tanpa kehadiran asam asetat dimana hal tersebut menunjukkan bahwa asam
asetat merupakan pemicu untuk terbentuknya pitting di lingkungan CO2.
Gambar 4.Nilai rata rata setelah 12jam terpapar (kotak hitam:100rpm, kotak putih 200 rpm)
-
7/23/2019 The Effect of Acetic Acid on the Pit Propagation on CO2 Corrosion of Carbon Steel
8/9
UAS Korosi Lanjut
Korosi CO2 7
Walaupun asam asetat meningkatkan aktivitas katoda seperti pada Gambar 2 namun
di dalam pre-initiated pit, asam akan semakin berkurang karena keterbatasan transport massa.
Hal tersebut ditunjukkan pada gambar 4 dimana arus lebih kecil pada kecepatan yang lebih
tinggi dimana hal tersebut meningkatkan supply asam asetat ke artificial pit dan menurunkan
perbedaan potensial diantara pit dan permukaan luar.
Depletion dari asam asetat di dalam pit berhubungan dengan potensial korosi di
gambar 3. Pit yang dangkal akan lebih mudah untuk transpor massa dibandingkan pit yang
dalam. Hal tersebut menyebabkan perbedaan potensial dan arus akan meningkat dengan
kedalaman pit hingga nilai tertentu sampai terjadi depletion asam asetat di dalam pit.
Gambar 5.Nilai rata rata arus coupling vs kedalaman pitting
Gambar 5 menunjukkan pertumbuhan pit merupakan self-sustained dimana hanya
untuk kedalam kritis tertentu. Hal tersebut dipengaruhi oleh ohmic potential drop diantara
elektroda. Untuk pit yang sangat dalam dimana supply asam asetat sangat sedikit, ohmic drop
menjadi komponen utama dan arus akan menurun. Setelah mencapai kedalaman 8mm, arus
akan menurun secara tajam. Penjelasan lain yang mungkin merupakan akumulasi produk
korosi atau kehadiran gelembung hidrogen bertindak sebagai gas cavity yang terperangkap di
dalam pit. Pertumbuhan pit merupakan self sustained hingga kedalaman tertentu dan terjadi
di kondisi anaerob, kondisi asam dengan tidak adanya kation asam. Karena asam dikonsumsi
di dalam pit, akalinisasi lebih diharapkan dibanding asidifikasi karena berkontribusi untuk
menghindari kelarutan di bawah pit yang menghasilkan presipitasi FeCO3. Hasil tersebut
menyarankan pit dapat tumbuh spherical hingga tercapai ukuran tertentu diikuti dengan
pembukaan mulut pit dan lateral growth.
-
7/23/2019 The Effect of Acetic Acid on the Pit Propagation on CO2 Corrosion of Carbon Steel
9/9
UAS Korosi Lanjut
Korosi CO2 8
Referensi
1. Amri, J., E. Gulbrandsen, R.P. Nogueira. The effect of acetic acid on the pit propagation
in CO2 corrosion of carbon steel. Electrochemistry Communications 10 (2006): 200 203
2. Rifandi, Ifan. CO2 Corrosion di Lapangan Laut Jawa, Pemantauan dan Mitigasinya.
Presentrasi untuk NACE Student Chapter UI - Permasalahan Korosi di Industri Minyak
dan Gas Bumi. 2012
3. CO2 Corrosion Basics
Diakses pada tanggal 12 Juni 2012 pukul 20.49 WIB
(http://www.corrosion4dummies.com/2009/01/co2-corrosion.html)