⚙️ 1. Fungsi Superheater dalam Water Tube Boiler
Dalam water tube boiler, air mengalir di dalam tiub dan diselubungi gas panas hasil pembakaran. Setelah air bertukar menjadi steam jenuh (saturated steam) di drum, ia dialirkan ke superheater section untuk dinaikkan suhunya menjadi superheated steam (stim suhu tinggi tanpa titisan air).
Superheater meningkatkan:
- Kecekapan turbin atau proses.
- Kandungan tenaga (enthalpy) steam.
- Mengurangkan kerosakan akibat kondensasi di turbin atau peralatan hiliran.
Namun — superheater beroperasi dalam persekitaran tekanan dan suhu yang sangat tinggi, menjadikannya salah satu bahagian paling kritikal dan berisiko tinggi terhadap kegagalan.
๐ฅ 2. Kawasan Kritikal Superheater
Kegagalan biasanya berlaku di:
- Bend section – tempat tegasan termal dan mekanikal tertumpu.
- Weldment / Header joint – kawasan peralihan antara bahan tiub dan header.
- Outlet tube – menerima suhu tertinggi (steam sudah superheated).
- Leading gas side – kawasan terdedah terus pada aliran gas panas.
⚠️ 3. Jenis Kegagalan Utama Superheater Tube
| Jenis Kegagalan | Penerangan | Tanda-tanda visual / ciri |
|---|---|---|
| Overheating / Creep Failure | Terjadi bila suhu logam melebihi had reka bentuk untuk tempoh lama. Logam melembut dan mengalami deformasi (creep). | Tiub menggelembung, menipis, rekahan membujur, warna biru-hitam. |
| Thermal Fatigue Cracking | Disebabkan pengembangan dan pengecutan berulang akibat perubahan suhu mendadak atau start-stop cycle. | Retak halus di HAZ atau bend, biasanya melintang. |
| Corrosion-Fatigue | Gabungan antara kakisan dan getaran/pulsasi aliran steam. | Retak permukaan dengan tanda kakisan di tepi retak. |
| Erosion / Fly Ash Attack | Hentaman abu atau partikel keras pada permukaan tiub. | Penipisan dinding (erosion marks), kadang tembus. |
| Oxidation / External Scaling | Suhu tinggi menyebabkan pembentukan lapisan oksida tebal → rintangan haba meningkat → overheating setempat. | Permukaan kasar, berskala tebal, warna gelap. |
| Steam Flow Restriction / Blockage | Deposit (scale) di dalam tiub halang aliran stim → tiub kehilangan penyejukan. | Kerosakan tempatan (localized overheating). |
| Weld Defect / Residual Stress Crack | Kimpalan tidak sempurna, filler tak sesuai, atau tiada PWHT → tegasan baki tinggi. | Retak bermula dari toe weld atau fusion line. |
๐ 4. Punca Akar Umum (Root Causes)
A. Operasi
- Start-up & shutdown terlalu kerap atau terlalu cepat (rapid temperature change).
- Kawalan suhu stim tidak stabil (fluktuasi >20°C).
- Beban tidak seimbang antara panel superheater.
B. Reka Bentuk
- Radius bend terlalu kecil → stress concentration.
- Sokongan tiub tidak fleksibel (menghalang expansion).
- Aliran gas tidak sekata → sesetengah tiub terlalu panas.
C. Kualiti Air / Steam
- Air dandang mengandungi silika, garam, atau oksida → scale terbentuk dalam tiub.
- Scale menghalang penyejukan dalaman → overheating tempatan.
D. Bahan & Kimpalan
- Prosedur kimpalan tidak mengikut ASME IX.
- Filler material tak padan dengan base metal.
- Tiada post-weld heat treatment (PWHT) → residual stress tinggi.
E. Persekitaran / Bahan Api
- Kandungan sulfur atau klorin dalam bahan api menyebabkan serangan korosif pada suhu tinggi (high temperature corrosion).
- Peredaran gas panas tak sekata (maldistribution).
๐งช 5. Kaedah Diagnostik (Failure Analysis Steps)
-
Pemeriksaan visual (Visual & NDT):
- PT/MT untuk retak.
- UT untuk ketebalan.
- RT untuk sambungan kimpalan.
-
Analisis metalurgi:
- Potong sampel dan lihat struktur mikro (grain elongation, creep voids, fatigue pattern).
-
Fractography (SEM):
- Kenal pasti jenis retak (fatigue striations vs brittle fracture).
-
Analisis kimia kerak/deposit:
- Tentukan punca blockage / overheating.
-
Semak data operasi:
- Suhu superheater inlet/outlet.
- Fluktuasi beban & tekanan.
- Trend start/stop.
๐งฐ 6. Pencegahan & Kawalan
๐ธ Operasi
- Panaskan (start-up) boiler secara berperingkat (gradual heating rate).
- Elakkan perubahan beban mendadak.
- Kawal suhu superheater dengan sistem spray attemperator.
๐ธ Penyelenggaraan
- Chemical cleaning berkala untuk elak scale.
- Laksanakan NDT periodik (terutama di bend & header weld).
- Simpan rekod suhu & tekanan secara automatik (trend analysis).
๐ธ Reka Bentuk / Kejuruteraan
- Gunakan radius bend yang lebih besar untuk kurangkan tegasan.
- Tambah expansion allowance dan sokongan fleksibel.
- Pilih alloy material dengan ketahanan creep tinggi (contoh: SA213 T22, T91).
๐ธ Kimpalan
- Gunakan welder bertauliah, WPS & PQR disahkan.
- Laksanakan preheat & PWHT untuk melegakan tegasan baki.
- Semak alignment antara tiub dan header.
๐ก 7. Tanda Awal (Early Warning Symptoms)
- Peningkatan suhu superheater outlet (tanpa sebab jelas).
- Perubahan warna luaran tiub (biru gelap → overheating).
- Steam temperature spike dalam data trend.
- Kebocoran kecil (whistle sound / white plume).
- Penurunan tekanan stim atau water carryover.
๐งพ 8. Kesimpulan
Superheater failure dalam water tube boiler kebiasaannya berpunca daripada gabungan keletihan terma, overheating, dan kecacatan kimpalan.
Punca-punca ini boleh berlaku serentak akibat:
- Thermal cycling berulang,
- Kawalan suhu tidak sekata,
- Kualiti air & penyelenggaraan tidak konsisten.
Langkah pencegahan utama:
- Stabilkan operasi (minimalkan cycling),
- Laksanakan NDT dan pembersihan dalaman berkala,
- Gunakan reka bentuk dan bahan yang sesuai dengan beban haba sebenar.
#boiler #superheater #steamengineer #malaysia #mrsm #usm #ukm #utm #uia #mpob #palmoilmill #blog #blogger
No comments:
Post a Comment