Perbedaan Korosi Panas Dan Dingin Pada Mesin Kapal

Keuntungan yang didapatkan suatu perusahaan pelayaran tidak hanya berasal muatan yang angkut kapal, melainkan sebagian keuntungan besar justru berasal dari penghematan biaya operasional.

Seperti yang kita ketahui, salah satu biaya operasional terbesar untuk menjalankan kapal dari Pelabuhan A ke Pelabuhan B adalah bahan bakar minyak. 

Perusahaan selalu berusaha untuk menekan biaya bahan bakar serendah mungkin dengan berbagai teknik, misalnya slow steaming menggunakan bahan bakar kualitas rendah.

Bahan bakar minyak yang digunakan untuk menjalankan mesin kapal juga dapat berdampak negatif terhadap komponen mesin karena kandungan alami dan unsur di dalamnya, jika tidak terbakar secara sempurna.

Pengertian Korosi Panas (Hot Corrosion)

Korosi panas adalah proses kerusakan pada permukaan logam akibat reaksi kimia pada temperatur tinggi, terutama ketika komponen mesin terpapar gas buang dan deposit yang mengandung senyawa korosif. 

Kondisi seperti ini banyak terjadi pada mesin kapal terutama untuk komponen yang bekerja pada temperatur tinggi, seperti exhaust valve, turbocharger, dan exhaust gas system.

Korosi panas umumnya berkaitan dengan adanya sodium atau natrium, vanadium, sulfur, dan senyawa lainnya yang berasal dari bahan bakar atau hasil pembakaran. 

Pada temperatur tertentu, senyawa tersebut dapat membentuk garam atau deposit dengan titik leleh rendah yang bersifat agresif terhadap permukaan logam.

Korosi panas yang terjadi akibat adanya Vanadium (Va) dan Natrium (Na) di dalam bahan bakar dan memengaruhi saluran gas buang mesin.

Lalu apa itu Vanadium?, Vanadium adalah unsur alami yang terdapat dan larut dalam bahan bakar minyak, sehingga tidak dapat dipisahkan meski bahan bakar telah diproses melalui centrifuge. Ketika Vanadium bercampur dengan Natrium pada suhu tinggi, senyawa ini dapat merusak mesin.

Selama pembakaran, keberadaan oksigen yang melimpah menyebabkan oksidasi Vanadium menjadi VO dan VO₂. Saat suhu menurun dalam proses pembakaran berikutnya, VO₂ teroksidasi lebih lanjut menjadi V₂O₅. 

Senyawa V₂O₅ ini memiliki titik leleh rendah, menjadi semi cair, lengket, dan mudah menempel pada permukaan logam.

Natrium dalam bahan bakar bereaksi dengan uap air saat pembakaran membentuk NaOH. Senyawa ini kemudian bergabung dengan SO₂ membentuk natrium sulfat (Na₂SO₄). 

Natrium sulfat mengembun pada suhu di bawah 890°C dan akan menempel pada permukaan yang sudah terdapat V₂O₅. Endapan yang terbentuk ini menyumbat jalur gas dan mengikis permukaan logam.

Jika rasio Va:Na adalah 3:1, titik leleh campuran menjadi paling rendah sekitar 350 s.d 450°C, sehingga risiko pembentukan deposit semakin tinggi. 

Bahan bakar dengan kandungan Vanadium dan Natrium tinggi meningkatkan kecenderungan pembentukan deposit di saluran gas buang. Pada suhu lebih dari 600°C, endapan abu dapat mempercepat korosi logam dan menyebabkan fouling pada saluran gas buang.

Dampak Korosi Panas

1. Erosi

Erosi terjadi akibat aliran gas buang bersuhu tinggi yang membawa partikel abu dan deposit karbon sehingga secara perlahan mengikis permukaan logam. Proses ini banyak terjadi pada saluran gas buang dan komponen yang langsung terpapar aliran gas panas.

Salah satu komponen yang paling rentan adalah exhaust valve. Jika erosi terus berlangsung, permukaan katup dapat menipis, terjadi kebocoran gas pembakaran, dan performa mesin akan menurun.

2. Molten Salt Corrosion

Molten salt corrosion terjadi ketika unsur natrium (Na) dan vanadium (V) dalam bahan bakar membentuk deposit korosif pada temperatur tinggi. Deposit tersebut menyerang komponen seperti exhaust valve, nozzle turbocharger, dan sudu turbin.

Garam cair ini dapat melarutkan lapisan oksida pelindung pada permukaan logam sehingga mempercepat proses korosi. Dalam jangka panjang, komponen dapat mengalami penipisan, pitting, hingga kerusakan material.

3. Oksidasi Fase Gas

Oksidasi fase gas terjadi akibat reaksi antara oksigen dalam gas buang dengan permukaan logam pada temperatur tinggi. Reaksi ini membentuk lapisan oksida yang pada awalnya dapat melindungi logam.

Jika temperatur terlalu tinggi atau terjadi secara terus-menerus, lapisan oksida dapat retak dan terkelupas. Akibatnya, permukaan logam kembali terpapar oksigen sehingga korosi berlangsung lebih cepat dan umur komponen berkurang.

Cara Mengendalikan Korosi Panas

Cara yang dapat dilakukan adalah sebagai berikut:

1. Menjaga suhu gas buang di bawah titik leleh kompleks Na - Va sekitar 400°C.
2. Menggunakan pelapisan Sterlite atau baja Nimonic pada dudukan katup buang untuk perlindungan.
3. Memasang rotator valve buang untuk mendistribusikan suhu secara merata dan mencegah kerusakan akibat benturan berulang di satu titik.
4. Menggunakan aditif bahan bakar seperti ash modifier untuk menaikkan titik leleh Na Va agar abu tidak berbentuk cairan korosif.

Korosi panas dapat juga dikendalikan dengan melakukan pembersihan rutin pada saluran gas buang dan komponen mesin untuk mengurangi fouling dan penumpukan deposit. 

Pemeriksaan exhaust manifold juga perlu dilakukan secara berkala untuk memastikan tidak terjadi penumpukan deposit atau kerusakan.

Selain itu, turbocharger perlu dicuci dengan air sesuai prosedur dan interval yang dianjurkan. Exhaust valve juga harus diperiksa dan diperbaiki secara rutin agar tetap bekerja dengan baik serta mengurangi risiko kerusakan akibat temperatur tinggi dan deposit korosif.

Pengertian Korosi Dingin (Cold Corrosion)

Cold corrosion adalah proses korosi pada permukaan logam mesin yang terjadi ketika temperatur permukaan cylinder liner relatif rendah, tetapi gas hasil pembakaran masih mengandung senyawa sulfur. 

Kondisi ini banyak menjadi perhatian pada mesin diesel kapal berukuran besar, terutama mesin diesel 2 tak yang menggunakan bahan bakar dengan kandungan sulfur tertentu.

Ketika bahan bakar yang mengandung sulfur terbakar, sulfur akan menghasilkan sulfur oksida (SOx). Pada temperatur liner yang terlalu rendah, uap air dari proses pembakaran dapat mengembun dan bereaksi dengan SOx membentuk asam sulfat (H₂SO₄). 

Asam ini kemudian menyerang permukaan cylinder liner dan menyebabkan corrosive wear, yaitu keausan akibat proses korosi yang berlangsung bersamaan dengan gesekan piston ring dan liner.

Korosi dingin yang terjadi akibat adanya sulfur dalam bahan bakar dan memengaruhi liner silinder serta bagian lain ruang bakar.

Sulfur adalah unsur lain yang secara alami terdapat dalam minyak mentah. Kadarnya ditunjukkan oleh kandungan sulfur dalam aliran residu bahan bakar yang diperoleh saat proses penyulingan minyak mentah.

Kadar sulfur dalam bahan bakar saat ini bervariasi dari 0,1% hingga 3,5% sesuai MARPOL Annex VI. Batas global baru sebesar 0,50% m/m berlaku mulai 1 Januari 2020 atau 1 Januari 2025, tergantung hasil tinjauan MEPC.

Sulfur dalam bahan bakar bertindak sebagai Extreme Pressure/EP alami yang memberikan sifat pelumasan pada bahan bakar saat melewati injektor dan pompa.

Dengan oksigen yang melimpah di ruang bakar, sulfur berubah menjadi SO₂ lalu bereaksi lebih lanjut dengan oksigen membentuk SO₃. 

Saat SO₃ bersentuhan dengan air atau uap air di scavenge air, senyawa ini bereaksi membentuk H₂SO₄ (asam sulfat).

Jika mesin berjalan tidak efisien pada RPM rendah, suhu liner menjadi lebih rendah dan di bawah titik embun campuran asam sulfat dan air (120–160°C). Campuran korosif ini akan mengembun di dinding liner silinder dan menyebabkan korosi dingin.

Pada bahan bakar rendah sulfur, pembakaran yang terlambat atau lambat meningkatkan beban panas pada komponen silinder, yang menyebabkan overheating, masalah pelumasan, dan korosi dingin.

Mengapa Korosi Dingin Menjadi Masalah Pada Mesin Baru

Mesin kapal hemat energi generasi baru beroperasi pada kondisi yang lebih berat dengan langkah ultra-panjang dan tekanan lebih tinggi sambil membakar bahan bakar rendah sulfur. 

Penerapan slow steaming juga menciptakan kondisi korosi dingin yang parah di mesin. Alasan lainnya adalah mesin baru dirancang untuk memenuhi aturan NOx Tier III dan panduan EEDI. 

Untuk memenuhinya maka silinder mesin harus beroperasi pada tekanan tinggi dan suhu rendah untuk mengurangi emisi NOx, sehingga menciptakan kondisi di bawah titik embun yang memungkinkan air mengembun di dinding liner silinder.

Uap air ini lalu bereaksi dengan sulfur dari proses pembakaran membentuk H₂SO₄ yang menyebabkan korosi dingin.

Sistem EGR (Exhaust Gas Recirculation) juga membawa komponen asam ke dalam campuran udara dan memengaruhi suhu ruang bakar. Tekanan dan stres termal yang tinggi meningkatkan risiko korosi, terutama pada mesin langkah panjang.

Mesin kapal lama sering dimodifikasi untuk beroperasi pada beban rendah dengan menambahkan sistem seperti VTA, valve bypass gas, dan bypass pendingin jaket untuk mendukung slow steaming. Namun, modifikasi tambahan untuk menangani korosi dingin sering kali tidak dilakukan.

Dampak Korosi Dingin

1. Mengakibatkan Minyak Silinder Kotor

Korosi dingin dapat menghasilkan senyawa korosif dan partikel hasil reaksi yang kemudian bercampur dengan cylinder oil. Akibatnya, minyak pelumas menjadi lebih cepat kotor dan kemampuannya dalam melindungi permukaan liner dapat menurun.

Jika kondisi ini berlangsung secara terus-menerus, deposit dapat semakin banyak menempel pada permukaan cylinder liner dan piston. Hal ini dapat mengganggu proses pelumasan serta meningkatkan risiko keausan.

2. Alur Ring Piston Menjadi Macet

Produk korosi dan deposit yang terbentuk di sekitar piston dapat masuk ke bagian alur ring piston. Penumpukan deposit membuat ruang gerak ring menjadi semakin sempit sehingga ring tidak dapat bergerak dengan bebas.

Kondisi ini akan mengurangi kemampuan ring piston untuk menyesuaikan diri dengan permukaan liner. Akibatnya, proses sealing dapat terganggu dan kebocoran gas pembakaran lebih mudah terjadi.

3. Ring Piston Menjadi Macet

Jika deposit terus menumpuk maka ring piston dapat mengalami sticking atau macet di dalam alurnya. Ring yang macet tidak mampu bergerak mengikuti perubahan posisi piston secara normal.

Akibatnya, kontak antara ring dan cylinder liner menjadi tidak optimal. Kondisi ini dapat menyebabkan peningkatan konsumsi minyak silinder serta mempercepat keausan liner dan ring piston.

4. Terjadi Degradasi Pada Permukaan Liner

Dapat menyebabkan permukaan cylinder liner kehilangan material dalam bentuk partikel besi. Proses ini membuat permukaan liner menjadi lebih kasar dan mengalami degradasi secara bertahap.

Partikel besi yang terlepas juga dapat bercampur dengan minyak silinder dan menjadi indikasi adanya corrosive wear. Jika tidak diantisipasi maka kerusakan permukaan liner akan semakin cepat.

5. Umur Pakai Liner Silinder Semakin Singkat

Korosi dingin yang berlangsung terus-menerus akan mempercepat corrosive wear pada cylinder liner. Material liner semakin menipis sehingga kemampuan permukaannya dalam mempertahankan kondisi kerja yang optimal ikut menurun.

Jika keausan sudah melewati batas yang diizinkan, liner mungkin harus diperbaiki atau diganti lebih awal.

Cara Mengendalikan Korosi Dingin

Menggunakan minyak silinder dengan Total Base Number (TBN) yang sesuai dengan kandungan sulfur bahan bakar:

1. Untuk kandungan sulfur di bawah 0,25% gunakan minyak silinder dengan TBN sekitar 10 mgKOH/g.
2. Untuk kandungan sulfur 0,25 - 1,0% gunakan minyak silinder dengan TBN sekitar 10 - 20 mgKOH/g.
3. Untuk kandungan sulfur 1,0 - 3,0%: gunakan minyak silinder dengan TBN sekitar 70 mgKOH/g.
4. Untuk kandungan sulfur di atas 3,5% gunakan minyak silinder dengan TBN lebih dari 70 mgKOH/g.

Dilansir dari web Wartsila, Korosi dingin dapat dikendalikan dengan menggunakan sistem pelumasan silinder modern, seperti Alpha Lubricator atau Pulse Lubricating System. Sistem ini membantu mengatur suplai minyak silinder sesuai kebutuhan mesin.

Kondisi pelumasan juga perlu dipantau melalui analisis kadar Fe dan sisa TBN pada scrape down oil. Kemudian hasil analisis dapat digunakan untuk mengetahui tingkat keausan serta menilai apakah pelumasan sudah bekerja secara efektif.

Lokasi: Jakarta, Daerah Khusus Ibukota Jakarta, Indonesia

Yakob Taruklangi I am Yakob Taruklangi, a professional seafarer as a Deck Officer on tanker ship and offshore vessel. Throughout my career, I have gained valuable knowledge and experience in the maritime industry, which I am passionate about sharing with others. Writing allows me to reflect on my journey at sea and provide insights into shipping, seamanship, and life onboard, with the hope of contributing to the wider maritime community.

Share :