Korosi Pada Boiler

Korosi menjadi salah satu masalah yang sangat lazim terjadi pada boiler. Bahkan dapat dikatakan bahwa, tidak ada boiler yang tidak mengalami korosi. Karena boiler menggunakan media kerja air yang jika tidak diperhatikan, akan sangat mudah mengkorosi pipa-pipa boiler.

Air murni yang hanya tersusun oleh molekul H₂O dan tanpa ada zat lain yang terlarut di dalamnya, bersifat tidak korosif. Zat-zat lain yang terlarut di dalam air lah yang menjadi salah satu pemicu air memiliki sifat yang korosif. Oksigen menjadi salah satu gas yang mudah larut di dalam air dan menjadi penyebab utama terjadinya korosi pada pipa-pipa boiler.

Temperatur air juga menjadi salah satu faktor pendukung terjadinya korosi. Seperti yang kita ketahui bersama bahwa air di dalam boiler akan mencapai temperatur yang sangat tinggi sesuai dengan jenis boiler yang digunakan. Air yang berada pada temperatur tinggi akan memiliki sifat-sifat yang sangat berbeda dengan air pada temperatur ruang. Pada temperatur di atas temperatur kritisnya, air akan menjadi lebih mudah melarutkan berbagai macam zat yang bahkan sebelumnya tidak mudah larut. Hal ini diakibatkan karena pada temperatur tersebut air lebih mudah terionisasi dan pecah membentuk ion-ion H₃O⁺ dan OH^-. Faktor inilah yang semakin mendorong terjadinya korosi pada pipa-pipa boiler.

Proses Terjadinya Korosi
(Sumber)

Korosi pada pipa-pipa boiler melibatkan atom Fe yang mengalami kontak dengan air sehingga teroksidasi membentuk kation Fe²⁺ dengan jalan melepaskan dua elektronnya. Elektron-elektron tersebut selanjutnya akan mereduksi atom oksigen dan bereaksi dengan air membentuk ion hidroksida.
    Fe       → Fe²⁺ + 2e^-
    O₂ + 2H₂O + 4e^-   → 4OH^-
Selanjutnya ion Fe²⁺ bereaksi dengan ion OH^- membentuk ferro hidroksida.
    Fe²⁺ + 2OH^-   → Fe(OH)₂
Pada kondisi kekurangan oksigen, atau biasa disebut dengan anaerobik, ferro hidroksida dapat teroksidasi lebih lanjut untuk membentuk lapisan magnetit yang justru bermanfaat bagi boiler untuk mencegah korosi yang lebih parah.
    3Fe(OH)₂       → Fe₃O₄ + H₂ + H₂O
Berikut adalah bentuk-bentuk korosi yang terjadi pada boiler:

1. Penipisan Pipa. Korosi pertama pada boiler biasa terjadi pada pipa yang alirannya mengalami semacam tabrakan atau turbulen, seperti pada lekukan pipa. Kondisi ini menyebabkan molekul-molekul Fe hanya teroksidasi hingga membentuk Fe²⁺ dan tidak lebih lanjut membentuk Fe³⁺yang berfungsi untuk membentuk magnetit. Karena tidak terbentuk lapisan magnetit, maka korosi akan lebih dalam mengikis pipa boiler. Pengikisanpun terus berlanjut didukung dengan aliran fluida di dalam pipa yang turbulen, sehingga ketebalan pipa berangsur-angsur menipis akibat korosi jenis ini. Berikut adalah kondisi-kondisi yang memicu terjadinya korosi jenis ini:
   • Aliran yang bertabrakan.
   • Nilai pH yang rendah
   • Kandungan oksigen di dalam air terlalu tinggi
   • Adanya zat kimia yang memudahkan besi untuk lebih mudah terlarutkan
   Korosi ini sangat berbahaya karena pada suatu saat pipa yang terkorosi dapat pecah dan meledak akibat tekanan fluida yang tinggi pada sisi pipa yang menipis. Untuk menghindarinya perlu dilakukan inspeksi menyeluruh pada setiap bagian pipa boiler. Jika ditemukan tanda-tanda penipisan pipa atau korosi, segera ganti bagian tersebut dengan pipa baru.
2. Oxygen Pitting.
   Korosi ini disebabkan oleh adanya kandungan oksigen yang berlebihan pada air boiler. Molekul oksigen akan terlokalisasi pada suatu titik tertentu dan mengoksidasi besi pipa pada titik tersebut. Hasil korosi yang ditimbulkan tidak tetap menempel pada area sebelumnya, akan tetapi molekul Fe(OH)₂ akan terlarut ke dalam air dan meninggalkan jejak berupa lubang kecil (pitting) pada permukaan pipa. Jika kandungan oksigen terus berlebihan, maka akan semakin banyak lubang pitting yang ditimbulkan atau bahkan akan semakin memperdalam lubang yang sebelumnya sudah terbentuk.
   
   Oxygen Pitting Pada Pipa Boiler
   (Sumber)
   Oxygen pitting biasa terjadi pada boiler kecil yang tidak terdapat fasilitas deaerasi untuk menghilangkan udara terlarut di dalam air. Boiler yang dalam kondisi tidak sedang beroperasi dan pipa-pipanya terisi oleh udara bebas, kemungkinan terjadinya oxygen pitting juga cukup besar.

Chelant Corrosion. Chelant adalah salah satu jenis zat kimia yang umumnya berupa asam ethylenediaminetetraacetic dan asam nitrilotriacetic, yang berfungsi sebagai pengikat ion-ion kalsium, magnesium, dan besi agar tetap larut di dalam air boiler. Zat ini biasa digunakan pada sistem pengolahan air boiler untuk mencegah ion-ion mineral agar tidak mengendap dan membentuk kerak pada pipa boiler. Akan tetapi jika penggunaan chelant ini tidak terkontrol, maka ia akan justru mengkorosi pipa boiler itu sendiri karena sifatnya yang asam.

Corrosion Fatigue. Korosi jenis ini biasa terjadi pada boiler yang berukuran besar. Lebih spesifik lagi, korosi ini terjadi pada pipa-pipa boiler sisi waterwallyang menggantung tinggi. Area waterwall menjadi area transisi fluida air dari cair untuk menjadi uap, sehingga proses nucleate boilling yang terjadi pada permukaan sisi dalam pipa ditambah dengan adanya tegangan pada pipa akibat posisinya yang “menggantung”, mendorong terjadinya corrosion fatigue. Faktor lain yang akan mempercepat terjadinya korosi ini adalah kandungan oksigen terlarut di dalam air boiler yang terlalu tinggi, serta pH air yang terlalu rendah.

Formasi Corrosion Fatigue
(Sumber)

Korosi Asam Fosfat. Sodium fosfat menjadi salah satu zat kimia yang lazim disuntikan ke air boiler untuk mencegah menggumpalnya ion-ion mineral yang masih mungkin terkandung di dalam air boiler. Namun penggunaan sodium fosfat yang tidak terkontrol justru akan menimbulkan korosi pada pipa boiler, karena terbentuknya asam fosfat. Beberapa faktor yang lain mendukung terjadinya korosi ini yaitu terbentuknya kerak di dalam pipa, meningkatnya tekanan kerja boiler, serta rasio molar sodium fosfat yang kurang dari 2,8.

Under-deposit acid corrosion. Korosi jenis ini terjadi pada saat air boiler menjadi bersifat asam pada permukaan dalam pipa yang terbentuk kerak. Ion hidrogen yang terbentuk akan menembus kerak sehingga pada saat bertemu dengan permukaan pipa ia akan men-dekarbonasi pipa tersebut. Ion hidrogen mengikat karbon yang terkandung pada pipa dan membentuk metana. Di sisi lain secara perlahan atom-atom Fe pun akan teroksidasi. 

Proses Korosi Asam dan Dekarbonasi
(Sumber: B&W Steam, It’s Generation And Use)

Caustic Embrittlement. Material pipa boiler dapat berubah menjadi sangat rapuh akibat konsentrasi basa yang meningkat. Fenomena ini biasa terjadi pada boiler yang menggunakan sodium karbonat untuk mengontrol kandungan mineral-mineral magnesium dan kalsium di dalam air agar tidak mengendap. Pada saat air berubah fase menjadi uap, sodium karbonat tidak ikut menguap sehingga konsentrasinya di dalam air semakin banyak. Konsentrasi sodium karbonat yang terlalu tinggi akan menghidrolisis air sehingga terbentuk sodium hidroksida yang bersifat basa.
    Na₂CO₃ + H₂ O → 2NaOH + CO₂
Terbentuknya sodium hidroksida menyebabkan air bersifat basa. Air boiler yang telah bersifat basa tersebut dapat secara kapiler masuk ke sela-sela material pipa dan menimbulkan reaksi kimia antara sodium hidroksida dengan besi membentuk sodium ferit (Na₂FeO₄). Fenomena ini akan menyebabkan bagian-bagian pipa seperti lekukan, las-lasan, menjadi rapuh. 

Galvanic Corrosion.
Mineral-mineral yang terlarut di dalam air boiler dapat menimbulkan korosi galvanik. Korosi galvanik adalah korosi yang diakibatkan oleh adanya perbedaan potensial elektroda antar logam. Adanya perbedaan potensial tersebut menjadi gaya yang mendorong ion-ion anoda dan katoda untuk saling bertukar posisi. Mineral-mineral yang umum terlarut di dalam air adalah kalsium dan magnesium. Keduanya jika larut ke dalam air akan membentuk ion-ion positif. Ion-ion mineral ini karena perbedaan nilai potensial elektrode alaminya dengan besi pipa boiler, akan bekerja sebagai katoda. Sedangkan ion-ion Fe²⁺ akan bekerja sebagai anoda. Korosi terjadi pada saat atom-atom Fe larut ke dalam air, sedangkan ion-ion mineral mengendap ke permukaan pipa boiler.