penentuan unsur-unsur pada endapan corrossion coupon sistem

SEMINAR NASIONAL
SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII
YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011
ISSN 1978-0176
PENENTUAN UNSUR-UNSUR PADA ENDAPAN CORROSSION
COUPON SISTEM PENDINGIN SEKUNDER RSG-GAS
DENGAN METODE ANALISIS AKTIVASI NEUTRON
Elisabeth Ratnawati(1), Diyah Erlina Lestari(2) dan Rachmat Triharto(3)
PRSG Gedung 31, Batan, Puspiptek Serpong 15313
Email: [email protected]
ABSTRAK
PENENTUAN UNSUR-UNSUR PADA ENDAPAN CORROSSION COUPON SISTEM PENDINGIN
SEKUNDER RSG-GAS DENGAN METODE ANALISIS AKTIVASI NEUTRON. Telah dilakukan
penentuan unsur-unsur dalam endapan yang menempel pada corrosion coupon yang dipasang secara
berkala dalam pipa sistem pendingin sekunder RSG-GAS. Hal ini dilakukan untuk mengetahui apakah
endapan tersebut berasal dari produk korosi atau merupakan endapan yang disebabkan oleh adanya lapisan
inhibitor korosi maupun pengotor lain. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa ketiga endapan yang
diambil dalam waktu yang berurutan mengandung unsur besi (Fe) yang relatif tinggi. Pada corrosion
coupon yang dipasang tanggal 26 Januari 2010 s/d tanggal 22 April 2010 kandungan Fe mencapai 67% dari
seluruh berat cuplikan yang di analisis, sedangkan untuk pemasangan tanggal 10 Mei s/d 30 Oktober 2010,
kandungan Fe adalah 71%. Demikian juga kandungan Fe pada pemasangan yang berikutnya yaitu tanggal
30 Oktober s/d Maret 2011 adalah sebesar 71%. Selain Fe, terdeteksi pula unsur yang lain diantaranya,
seng (Zn), natrium (Na) dan kromium (Cr). Berdasarkan analisis kualitatif endapan yang menempel pada
material corrosion coupon tersebut, terdeteksi pula unsur Mn dan Al. Unsur-unsur dalam endapan yang
menempel pada corrosion coupon merupakan gabungan unsur-unsur yang larut dalam air pendingin dan
unsur material pipa.
Kata kunci : corrosion coupon, inhibitor, unsur.
ABSTRACT
DETERMINATION OF THE ELEMENTS ON THE CORROSION COUPON SEDIMENT OF THE
RSG-GAS‘S SECONDARY COOLING SYSTEM USING NEUTRON ACTIVATION ANALYSIS
METHOD. Determination of the elements on the corrosion coupon sediment which are sticked on RSGGAS’s secondary cooling system pipes has been periodically done. The purpose of this determination is to
know whether those sediments are produced by the corrosion product or caused by the existence of corrosion
inhibitor layer as well as another contaminant. The results indicate that those three sediments that were
taken in consecutive time contained a high amount of iron element (Fe). On the corrosion coupon which is
installed on January 26th 2010 until April 22 2010, the amount of Fe reached 67% of the whole amount of
analyzed samples. While on May 10th 2010 until October 30 2010 installation, the amount of Fe reached
71%. And so do the Fe amount for the next installation, October 30 th 2010 until March 2011, reached 71%.
Beside Fe, it can be detected the other elements such as Zinc (Zn), Natrium (Na) and Chromium (Cr). Based
on the qualitative analysis of the sediment that sticked in the corrosion coupon material, it can also be
detected the existence of Mn and Al. Elements in the sediment attached on the corrosion coupon are
combination of elements that dissolve in the cooling water and pipe material elements.
Keyword : corrosion coupon, inhibitor, element
1.PENDAHULUAN
Reaktor GA. Siwabessy yang memiliki
daya termal nominal 30 MW dilengkapi dengan dua
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
sistem pendingin, yaitu pendingin primer dan
sekunder. Sistem pendingin primer berguna sebagai
pendingin teras reaktor, sebagai moderator dan
dikondisikan
terkungkung,
sedangkan
482
Elisabeth Ratnawati dkk
SEMINAR NASIONAL
SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII
YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011
ISSN 1978-0176
pendingin sekunder berfunsi untuk menyerap panas
dari pendingin primer dan melepaskannya ke
lingkungan.
Sistem
pendingin
sekunder
menggunakan bahan baja karbon untuk semua jenis
pipa dan katub yang berada di luar gedung reaktor.
Baja karbon adalah salah satu jenis logam yang
relatif lebih mudah terkorosi. Untuk mengendalikan
laju korosi maka dalam sistem pendingin tersebut
ditambahkan inhibitor yang berfungsi sebagai
penghambat laju korosi. Untuk menentukan laju
korosi didalam pipa dipasang corrosion coupon,
yang akan digunakan untuk perhitungan laju korosi
dengan metode pengurangan berat. Penelitian ini
2.DASAR TEORI
bertujuan untuk mengetahui jenis unsur dalam
endapan yang menempel pada corrosion coupon.
Dengan demikian dapat diketahui apakah unsurunsur tersebut berasal dari endapan unsur-unsur
yang terdapat dalam air pendingin reaktor atau
hanya merupakan lapisan inhibitor yang berfungsi
sebagai pelindung material. Metode yang digunakan
adalah analisis aktivasi neutron. Penggunaan teknik
analisis berkaitan erat dengan pemanfaatan fasilitas
iradiasi yang ada di RSG-GAS, disamping karena
metode ini memiliki sensitivitas yang relatif tinggi
dan didukung dengan kemampuan analisis multi
unsur secara simultan.
pengolahan lebih lanjut. Pipa dan katup sistem
pendingin sekunder RSG-GAS yang berada di luar
gedung reaktor, terbuat dari baja karbon. Baja
karbon adalah salah satu jenis logam yang relatif
lebih mudah terkorosi dibandingkan logam lain.
Dalam sistem pendingin sekunder, kerak terbentuk
oleh unsur-unsur yang larut dalam air pendingin dan
unsur kimia dari material pipa. Komponen khas
kerak yang dijumpai pada sistem air pendingin
sekunder adalah Kalsium karbonat, Kalsium dan
Seng Fosfat, Kalsium Sulfat, Silika dan Magnesim
Silikat(1). Berikut adalah spesifikasi kualitas air
pendingin sekunder.
Sistem Pendingin Sekunder
Sistem pendingin reaktor adalah suatu
sistem penyerapan panas/kalor melalui media fluida
pendingin dari tempat terjadinya reaksi fisi yaitu
didalam teras reaktor hingga pelepasan panas ke
lingkungan. Secara umum sistem pendingin di RSGGAS dibagi menjadi dua bagian besar yaitu sistem
pendingin primer dan sistim pendingin sekunder.
Sebagai medium pembawa panas, pada sistem
pendingin sekunder digunakan air yang berasal dari
penyedia air setempat (PAM Puspiptek) tanpa
.
Tabel 1: Spesifikasi Air Pendingin Sekunder
Spesifikasi Kualitas Air Pendingin Sekunder (2)
PH
Konduktivitas normal
Konduktivitas maks
Kalsium sebagai CaCO3 maks
SO4-2 maks
Hardness total maks
Fe total maks
Cl- maks
Laju korosi maks
Spesifikasi Kualitas Air Proses (Puspiptek)
6,5 – 8
950 µs/cm
1500 µs/cm
280 ppm
320 ppm
480 ppm
1 ppm
1775,5 ppm
3 mpy
PH
Konduktivitas normal
Konduktivitas maks
Kalsium sebagai CaCO3 maks
SO4-2 maks
Hardness total maks
Fe total maks
Cl- maks
2.1.CORROSION COUPON
Corrosion coupon atau biasa juga disebut
kupon korosi merupakan lempengan logam yang
dipasang pada pipa sistim pendingin reaktor dalam
periode waktu tertentu sebagai monitor korosi. Laju
korosi yang terjadi dapat dihitung dengan metode
pengurangan berat menggunakan rumus yang telah
ditentukan. Dimensi dari corrosion coupon adalah
3x0,5x1/16 inc. Secara periodik corrosion coupon
dilepas dan diganti dengan yang baru. Berikut
adalah gambar corrosion coupon.
2.2.REAKSI AKTIVASI
Reaksi aktivasi neutron adalah iradiasi
suatu target dengan neutron untuk menghasilkan
Elisabeth Ratnawati dkk
483
7 – 7,5
150 µs/cm
34 ppm
67,8 ppm
40 ppm
1 ppm
7,1 ppm
Gambar 1: corrosion coupon
spesi radioaktif yang biasanya disebut sebagai
radionuklida. Jumlah radionuklida yang dihasilkan
tergantung pada jumlah inti dalam target, jumlah
neutron yang diterima oleh inti target, waktu
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
iradiasi, jenis inti dalam target, dan faktor tampang
lintang reaksi. Radionuklida yang terbentuk akan
meluruh sesuai dengan perubahan waktu dengan
skema peluruhan yang karakteristik. Hal ini berarti
distribusi hasil iradiasi akan dipengaruhi oleh waktu
peluruhan(3).
Teknik
aktivasi
neutron
merupakan teknik analisis yang memanfaatkan
berkas neutron, partikel bermuatan atau foton, yang
masing-masing dihasilkan di dalam suatu reaktor,
siklotron atau sejenisnya. Metode analisis aktivasi
neutron didasarkan pada reaksi penangkapan neutron
thermal oleh target melalui reaksi (n, γ). Neutron
termal diabsorbsi oleh inti target dan menghasilkan
2.
NEUTRON: thermal
Epithermal
cepat
SEMINAR NASIONAL
SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII
YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011
ISSN 1978-0176
inti baru dan neutron baru yang bersifat tidak stabil.
Inti ini selanjutnya cenderung akan mencapai
keadaan setimbang (stabil) dengan melepaskan
kelebihan energinya melalui transisi isomerik, atau
melalui peluruhan γ- atau γ+ yang umumnya diikuti
pula oleh pancaran sinar-γ.
Sinar-γ yang
dipancarkan pada umumnya bersifat karakteristik
untuk suatu radionuklida tertentu, dan sifat ini
digunakan
untuk
mengidentifikasi
suatu
radionuklida hasil aktivasi. Diagram prinsip dasar
teknik analisis aktivasi neuron dapat dilihat dalam
gambar
Inti tereksitasi
Radionuklida
Hasil
Partikel
bermuatan
Sinar gamma
Inti Stabil
Gambar 2: Diagram Prinsip dasar Teknik AAN
Neutron termal adalah neutron yang berada dalam
kesetimbangan termal dengan kecepatan gerakan
atom-atom yang termoderasi. Distribusi energi
neutron termal ini adalah Maxwelliam, dengan
kemungkinan kecepatannya adalah 2200 m.det-1
pada temperatur 20oC yang berkorelasi dengan
energi 0,025 eV.
Berdasarkan
fenomena
ini,
maka
dimungkinkan untuk menentukan unsur yang
terkandung dalam suatu benda, baik secara kualitatif
maupun kuantitatif secara simultan tanpa
dipengaruhi oleh sifat-sifat kimia dari cuplikan.
Dalam metode komparatif AAN, kuantitas unsur
dalam analit berbanding lurus dengan sinyal yang
diukur oleh detektor, yaitu laju pencacahan radiasi
yang spesifik untuk nuklida yang akan ditentukan.
Pada metode ini, sejumlah masa unsur yang
diketahui jumlahnya (Ws) diiradiasi bersama-sama
dengan sampel yang akan ditentukan kuantitas
unsurnya. Keduanya baik sampel maupun standar,
selanjutnya dicacah secara berurutan pada posisi
geometri pencacahan yang sama. Formulasi untuk
menghitung kuantitas unsur dalam sampel adalah
sebagai berikut(3):
...(1)
dengan : Cu
: konstr. analit dalam sampel
(Np)cuplikan : luas puncak cuplikan
(Np)standar : luas puncak standar
Wstandar
:berat unsur standar
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
484
Elisabeth Ratnawati dkk
SEMINAR NASIONAL
SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII
YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011
ISSN 1978-0176
3. METODE PENELITIAN
Metode penelitian ini dibuat dengan tahapan-tahapan
sebagai berikut :
3.1. Sampling: Sampel diambil dengan cara
melepaskan endapan yang menempel pada corrosion
coupon . Ada tiga buah corrosion coupon yaitu yang
dipasang yaitu pada periode waktu:(1). 26 Januari
2010 s/d 22 April 2010, (2). 10 Mei 2010 s/d 30
Oktober 2010 (3). 30 Oktober 2010 s/d Maret 2011
3.2. Preparasi sampel dan unsur standard: Ketiga
cuplikan tersebut beserta bahan acuan standard SRM
2702, Inorganic Marine Sedimen(4). ditimbang
seberat ± 30-40 mg, masing masing dibuat duplo,
dimasukkan dalam vial polietilen yang telah
direndam dalam larutan HNO3 dengan perbandingan
1:1 selama 24 jam kemudian dibilas dengan
aquadest dan aceton. Hal ini dilakukan untuk
menghilangkan pengotor yang kemungkinan
menempel pada vial tersebut. Selanjutnya baik
cuplikan maupun bahan standard yang telah
dimasukkan dalam vial polietilen, dimasukkan
dalam kapsul iradiasi.
3.3. Iradiasi neutron: Iradiasi dilakukan di fasilitas
iradiasi rabbit sistem RSG-GAS dengan fluks
neutron 3,5x1013n.cm-2. s. selama 1 jam untuk
penentuan unsur-unsur dengan waktu paruh panjang.
10 menit untuk waktu paruh medium dan 1 menit
untuk radionuklida yang memilki waktu paruh
pendek.
3.4. Pengukuran sinar γ : Pada analisis dengan
metode AAN komparatif, untuk pengukuran energi
sinar-γ dilakukan dengan spektrometri gamma
menggunakan detektor HPGe. Berdasarkan hasil
pengukuran akan diperoleh spektrum energi sinar-γ
dan intensitas unsur-unsur yang terkandung dalam
cuplikan yang teraktivasi.
3.5. Analisis kualitatif dan kuantitatif : Analisis
kualitatif dilakukan untuk mengidentifikasi unsurunsur yang terkandung dalam cuplikan. Sedangkan
analisis kuantitatif dilakukan dengan metode
komparatif yaitu dengan membandingkan antara luas
puncak dari cuplikan dibagi dengan luas puncak
standar.
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan hasil analisis kualitatif
terhadap ketiga endapan corrosion coupon yang
telah diiradiasi diperoleh beberapa jenis nuklida
yang dapat teridentifikasi. Pada iradiasi dengan
waktu paruh pendek (0,5-5 menit) dapat terdeteksi
beberapa nuklida yaitu Al-28 dan Mn-56. Sedangkan
irradiasi dengan waktu paruh medium (5-30 menit)
nuklida yang nampak adalah Na-24, As-76 dan Br82. Untuk iradiasi dengan waktu panjang (1 jam)
Elisabeth Ratnawati dkk
dapat terdeteksi Fe-59, Zn-65, Cr-51, La-140 dan
Sc-46. Pada analisis secara kualitatif terhadap
endapan corrosion coupon ini ternyata unsur utama
penyusun kerak (Kalsium) tidak terdeteksi. Hal ini
disebabkan oleh karena adanya kendala peralatan.
Demikian juga Silika tidak dapat terdeteksi dengan
metode ini karena Silika memiliki keboleh jadian
yang amat kecil pada reaksi yang menggunakan
neutron thermal. Berdasarkan hasil analisis
kuantitatif menunjukkan bahwa diantara sepuluh
jenis unsur, besi (Fe) merupakan unsur yang paling
dominan. Pada endapan corrosion coupon-1
mengandung Fe sebesar 677.900,00 ± 32.539,20
mg/kg, atau sekitar 67% dari berat seluruh cuplikan.
Sedangkan kandungan Fe pada endapan yang
terdapat dalam corrosion coupon-2 adalah
718.693,14 ± 25.900,69 mg/kg (71,8 %). Pada
endapan corrosion coupon -3,. konsentrasi Fe adalah
711.770,63 ± 23.590,31 mg/kg (71%). Unsur lain
yang dapat dianalisis secara kuantitatif adalah seng
(Zn), natrium (Na), kromium (Cr), mangan (Mn),
arsen (As), brom (Br), lanthanum (La) dan scandium
(Sc).
Berdasarkan hasil
analisis kuantitatif
cuplikan endapan pada coupon corrosion dengan
metode AAN ini kandungan Fe yang nampak lebih
dominan. Hal ini disebabkan karena besi (Fe)
merupakan unsur utama dari carbon steel, material
yang digunakan dalam sistem pendingin sekunder.
Disamping Fe, terdeteksi pula unsur Mn dan Al
dalam endapan yang menempel pada endapan
Corrosion Coupon. Karena unsur-unsur tersebut
merupakan unsur-unsur minor yang terdapat dalam
bahan carbon steel yang digunakan pada sistem
pendingin sekunder RSG-GAS(3). Dilihat dari segi
waktu antara pemasangan dan pengambilan,
semakin lama periode pemasangan, maka semakin
tinggi pula konsentrasi Fe dalam endapan tersebut.
Hal ini terlihat dari hasil analisis kuantitatif terhadap
ke tiga endapan corrosion coupon. Pada endapan
corrosion coupon yang kedua dan ketiga, dimana
pemasangan relatif lebih lama dibanding dengan
corrosion coupon yang pertama, konsentrasi besi
(Fe) dalam cuplikan lebih tinggi dari yang pertama.
Dengan demikian maka dapat dikatakan bahwa
konsentrasi Fe dalam endapan berbanding lurus
dengan waktu pemasangan. Dalam penelitian ini
analisis kuantitatif tidak dapat dilakukan untuk unsur
Al karena keterbatasan peralatan dan jumlah sampel
yang tersedia. Meskipun demikian hal ini tidak
dianggap penting. Karena dari hasil pemantauan
korosi dengan menggunakan corrosion coupon,
perhitungan laju korosi per tahun masih berada
dalam batas yang diperbolehkan. Berikut adalah
Tabel hasil analisis kualitatif dan kuantitatif
Endapan Corrosion Coupon.
485
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
SEMINAR NASIONAL
SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII
YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011
ISSN 1978-0176
Tabel 2: Hasil Analisis Kualitatif Endapan Corrosion Coupon
JENIS NUKLIDA
Al-28
Br-82
Sc-46
ENERGI (keV)
1,778.99*
776.52*
889.38*
1,120.55
846.76
1,810.72*
2,113.05
142.65
192.35
1,099.25*
1,291.60
Mn-56
Fe-59
JENIS NUKLIDA
Cr-51
Zn-65
Na-24
As-76
La-140
ENERGI (keV)
320.08*
1,115.55*
1,368.60*
2,754.00
559.10*
328.76
432.49
487.02
751.64
815.77
867.85
919.55
925.19
1,596.21*
Tabel 3: Hasil Analisis Kuantitatif Endapan Corrosion Coupon
NAMA
SAMPEL
TANGGAL
PEMASANGAN
TANGGAL
PENGAMBILAN
corrosion
coupon -1
26 Januari 2010
22 April 2010
corrosion
coupon -2
10 Mei 2010
30 Oktober 2010
corrosion
coupon -3
30 Oktober 2010
Maret 2011
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
JENIS
UNSUR
Fe
Zn
Mn
Na
Cr
As
Br
La
Sc
Fe
Zn
Na
Mn
Cr
Br
As
La
Sc
Fe
Zn
Mn
Na
As
Br
Cr
La
Sc
486
KONSENTRASI
mg/kg
677.900,00±32.539,20
21.012,26 ± 798,57
561,40 ± 13,05
234,40 ± 10,31
138,95 ± 12,89
19,58 ± 1,29
13,77 ± 0,94
6,78 ± 0,30
1,183 ± 0,193
718.693,14±25.900,69
28.893,04 ± 730,96
470,10 ± 13,68
363,89 ± 10,61
1.059,34 ± 12,86
37,22 ± 1,41
36,74 ± 1,58
17,81 ± 0,29
2,37 ± 0,16
711.770,63±23.590,31
19.326,35 ± 518,61
783,59 ± 15,81
253,15 ± 8,30
29,46 ± 1,17
17,78 ± 0,74
660,40 ± 10,89
4,28 ± 0,13
1,99 ± 0,16
%
67
2,1
0,0561
0,0234
0,0138
0,0019
0,0013
<<
<<
71
2,8
0,0470
0,0363
0,1
0,0037
0,0036
<<
<<
71
1,9
0,0783
0,0253
0,0029
0,0017
0,06
<<
<<
Elisabeth Ratnawati dkk
SEMINAR NASIONAL
SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII
YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011
ISSN 1978-0176
5. KESIMPULAN
Berdasarkan analisis unsur yang terdapat dalam
endapan corrosion coupon dengan menggunakan
metode analisis aktivasi neutron dapat disimpulkan
sebagai berikut:
1. Unsur-unsur
dalam
endapan
yang
menempel
pada
corrosion
coupon
merupakan gabungan unsur-unsur yang
larut dalam air pendingin dan unsur
material pipa
2. Tidak semua unsur dalam cuplikan dapat
terdeteksi dengan metode ini.
3. Perhitungan laju korosi pada sistem
pendingin sekunder perlu terus menerus
dilakukan.
6. DAFTAR PUSTAKA
1.
2.
3.
4.
DIYAH ERLINA LESTARI, Penelusuran
Unsur Pembentuk Kerak Pada Sistem
Pendingin
Sekunder
Reaktor
GA.Siwabessy Dengan Metode Analisia
Aktivasi Neutron (Prosiding Seminar Hasil
Penelitian P2TRR tahun 2000) Pusat
Pengembangan Teknologi Reaktor Riset
Badan Tenaga Nuklir Nasional, (2000) 115
BADAN TENAGA ATOM NASIONAL,
Safety Analysis Report Vol 1, rev.8 MPR
G.A Siwabessy, Jakarta (1986)
IAEA-TECDOC-564, “Practical Aspects of
Operating a Neutron Activation Analysis
Laboratory”, a technical document issued
by the IAEA, Vienna 1990.
NIST, “Certificate of Analysis Standard
Reference Material 2702 Inorganics in
Marine Sediment”,
Gaithersburg, MD
20899, Certificate Issue date January 07,
2004.
Elisabeth Ratnawati dkk
487
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN