Analysis Of High-Pressure Boiler Feed Pump (HP BFP) Shaft Failure From A Metallurgical Aspect

Muhammad, Nurfadillah (2025) Analysis Of High-Pressure Boiler Feed Pump (HP BFP) Shaft Failure From A Metallurgical Aspect. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02111942000011-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (10MB) | Request a copy

Abstract

The High-Pressure Boiler Feed Pump (HP BFP) is a critical component in a power plant, functioning to deliver high-pressure feedwater into the boiler system. The shaft in this pump plays a vital role in transmitting mechanical power from the motor to the impellers. A failure occurs in PT X HP BFP 2B shaft, raising concerns over operational reliability and safety. To prevent recurrence, an investigation was conducted to identify the root cause and understand the failure mechanism from a metallurgical perspective. The investigation involved a comprehensive analysis, including visual inspection, chemical composition testing, hardness measurement, and microstructural examination. Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) were used to characterize the fracture surface, while stress analysis was carried out to assess mechanical contributing factors. The focus of the study was to determine how material condition, geometry, and operational loading contributed to the failure. The results revealed that the shaft failure was caused by fatigue, triggered at the threaded region due to stress concentration. However, the operational stresses alone were within the expected design limits and should not have caused failure if the material had met the standard properties for AISI 420. Chemical composition analysis confirmed that the material met the requirements for AISI 420 stainless steel. Hardness measurements showed significantly lower values than expected for properly quenched and tempered AISI 420 martensitic stainless steel. Microstructural analysis confirmed this through the observation of a tempered martensite matrix with widespread spheroidized and chromium-rich carbide precipitation, indicating excessive tempering during heat treatment. These microstructural features reduced the material fatigue strength and grain boundary strength. SEM fractography further revealed dimples, beach marks, and secondary cracking, consistent with progressive fatigue failure followed by final ductile fracture. The failure was therefore attributed to a combination of improper heat treatment, which resulted in material properties unsuitable for an HP BFP shaft, and localized stress concentration, rather than excessive operational loading.
=========================================================================================================================================
High-Pressure Boiler Feed Pump (HP BFP) merupakan salah satu komponen krusial dalam sistem pembangkit listrik, yang berfungsi untuk mengalirkan air pengisi bertekanan tinggi ke dalam sistem ketel uap. Poros pada pompa ini memiliki peran penting dalam mentransmisikan daya mekanik dari motor ke impeler. Telah terjadi kegagalan pada poros HP BFP 2B milik PT X, yang menimbulkan kekhawatiran terhadap keandalan operasi dan aspek keselamatan. Untuk mencegah terulangnya kegagalan serupa, dilakukan investigasi guna mengidentifikasi akar penyebab dan memahami mekanisme kegagalan dari perspektif metalurgi. Investigasi dilakukan melalui serangkaian analisis komprehensif, meliputi inspeksi visual, pengujian komposisi kimia, pengukuran kekerasan, serta pemeriksaan mikrostruktur. Karakterisasi permukaan patahan dilakukan dengan menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM) dan Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), sementara analisis tegangan dilakukan untuk menilai faktor mekanis yang berkontribusi. Fokus utama dari studi ini adalah untuk menentukan sejauh mana kondisi material, geometri, dan beban operasi berperan dalam terjadinya kegagalan. Hasil investigasi menunjukkan bahwa kegagalan poros disebabkan oleh kelelahan material (fatigue) yang diawali dari daerah ulir akibat adanya konsentrasi tegangan. Namun demikian, tegangan operasi yang terjadi masih berada dalam batas desain yang diharapkan dan seharusnya tidak menyebabkan kegagalan apabila material memiliki sifat sesuai dengan standar AISI 420. Hasil analisis komposisi kimia menunjukkan bahwa material memenuhi spesifikasi untuk baja tahan karat AISI 420. Akan tetapi, pengukuran kekerasan menunjukkan nilai yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan AISI 420 martensitik yang telah mengalami proses pengerasan dan tempering dengan benar. Pemeriksaan mikrostruktur mendukung temuan ini, dengan ditemukannya matriks martensit temper yang menunjukkan presipitasi karbida berbentuk bulat (spheroidized) dan kaya kromium, mengindikasikan proses tempering yang berlebihan selama perlakuan panas. Karakteristik mikrostruktur tersebut menyebabkan penurunan ketahanan terhadap kelelahan dan kekuatan batas butir material. Fraktografi dengan SEM memperlihatkan adanya dimple, beach marks, dan retakan sekunder, yang konsisten dengan kegagalan akibat kelelahan progresif yang diikuti oleh fraktur daktail pada tahap akhir. Dengan demikian, kegagalan poros ini disimpulkan sebagai akibat kombinasi dari perlakuan panas yang tidak sesuai, yang menghasilkan sifat material yang tidak memadai untuk aplikasi pada poros HP BFP,dan adanya konsentrasi tegangan lokal, bukan karena beban operasi yang berlebihan.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Failure Analysis, High-Pressure Boiler Feed Pump (HP BFP), Shaft, Analisa Kegagalan, Poros
Subjects:	T Technology > TA Engineering (General). Civil engineering (General) > TA169.5 Failure analysis
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Nurfadillah Muhammad
Date Deposited:	01 Aug 2025 07:34
Last Modified:	01 Aug 2025 07:34
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/126009

Actions (login required)

View Item