Prosiding Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2017 ISSN 0852-2979

EV ALUASI KINERJA SISTEM PENDINGIN DI INST ALASI

PENYIMP ANAN SEMENT ARA BAHAN BAKAR NUKLIR BEKAS

Dyah Sulistyani Rahayu, Marhaeni Joko PPusat Teknologi Limbah Radioaktif, Kawasan Puspiptek Serpong

yayuk@batan.go.id

ABSTRAK

EVALUASI KINERJA SISTEM PENDING IN DIINSTALASI PENYIMPANAN SEMENTARA

BAHAN BAKAR NUKLIR BEKAS. Sistem pendingin dan pemurnian air kolam berfungsi untuk mcmindahkanpanas yang dibangkitkan dari perangkat bahan bakar bekas dan mempel1ahankan sifat-sifat kimia, kejernihan dankandungan zat radioaktif yang terJarut dalam air pada batas yang diijinkan. Suhu air kolam dijaga < 35°C dengancara mensirkulasikan air kolam melalui unit penukar panas (primer dan sekunder). Faktor-faktor yangmempengaruhi pengukuran suhu antara lain kinerja sistem chiller, sistem penukar panas dan suhu airPUSPIPTEK sebagai pendingin primer. Hasil pengukuran suhu rata-rata T suhu kolam (in) = 26,9°C, T HE

sekunder = 15, 1°C, T air chiller = 13,2°C, dan Tout sistem primer= 23,62°C. Pada selisih (~ T) temperatur airkolam masuk ke sistem pendingin dan temperatur air kolam keluar dari sistem pendingin (~ T in dan out °C )sekitar 2,3 °C - 4,3°C disebabkan karena suhu air chiller sebagai pendingin sekunder yang mendinginkan suhuair primer masih cukup tinggi (\ O°C-14 0C). !-lal ini disebabkan kinerja dari chiller yang kurang optimal,meskipun masih dalam batas kondisi operasi yang diijinkan. Sehingga diperlukan untuk merevitalisasi sistemchiller agar kinet:ia sistem pendingin lebih optimal.

Kata kunci: sistem pendingin, instalasi penyimpanan sementara bahan bakar nuklir bekas, unit penukar panas.

ABSTRACT

PERFORMANCE OF COOLING SYSTEM IN NUCLEAR SPENT FUEL STORAGE

INSTALLATION. The cooling and purifying system of the pond water serves to remove heat generatedji-om thespent filel device and retain chemical properties, clarity and content of radioactive substances dissolved in water

at the permissible limit. The water temperature of the pond is maintained < 30°C by circulating the pond waterthrough the heat exchanger units (primary and secondmy). Factors that affect the temperature measurement

include chiller system performance, heat exchanger system and PU5PIPTEK water temperature as primmycoolant. Result of measurement of average temperature of the pool temperature T(in) = 26,90C, THE secondm)!= 15, JOe, T water chiller = J3,2°e, and T out primary system = 23. 62°C . On the difference (LJT)the temperatureof the pond water enters the cooling system and the temperature of the pond water out of the cooling system (LJ Tin and out 0c) is about 2.3 °c - 4.30C due to the water temperature as a secondary cooling chiller that cools theprimary water temperature is still quite high (lOoC-J~C). This is due to the performance of the chiller is lessthan optimal, but still within the permissible operating conditions. 50 it is necessary to revitalize the chillersystemfor optimum system performance.

Keywords: cooling system, spent nuclear filel storage installation, heat exchanger unit

PENDAHULUAN

Fasilitas Instalasi Penyimpanan Sementara Bahan Bakar Nuklir Bekas Serpong dirancanguntuk mampu menyimpan BBNB dan I core unload yang akan ditimbulkan untuk 25 tahun operasiRSG-GAS. Berdasarkan desain, pada operasi normal RSG-GAS terdapat penggantian 6 BBNB persiklus dan ada 3 siklus per tahun. Kapasitas penyimpanan IPSB3 adalah 1448 elemen BBNB dan saat

ini tersimpan 245 elemen yang terdiri dari 208 elemen BBNB dan 37 elemen batang kendali. Aspekkeselamatan operasi KH-IPSB3 hams dikaji agar pengoperasiannya dalam jangka panjang tetapterjamin keselamatannya [I]. Total panas terbangkitkan diestimasi sebesar 40 kW, 35 kWdibangkitkan oleh perangkat bahan bakar bekas dan 5 kW berasal dari pemanasan sistem penerangan.Sejumlah kehilangan panas dapat terjadi sebagai akibat dari perpindahan panas melalui tembok betonyaitu sebesar 1-2 kW, dan penguapan air sebanyak 250 l/hari. Temperatur air kolam dijaga pada hargasekitar 25°C dengan cara mensirkulasikan air kolam melalui unit penukar panas (primer dansekunder)[2]. Bahan bakar nuklir bekas yang keluar dari reaktor mengalami pendinginan selama 100hari, sebelum ditransfer ke KHIPSB3. Kegiatan ini bertujuan untuk mendapatkan kondisi yangoptimum dari parameter sistem pendingin. Lingkup kegiatan meliputi pengukuran suhu kolam input,

91

Dyah S. R., Marhaeni J.P.: Evaluasi Kinerja Sistem Pendingin ...

suhu keluar dari heat exchanger (HE), suhu chiller dan suhu keluar dari HE primer. Suhu keluar dariHE primer merupakan suhu out put dari sistem pending in.

Landasan Teori

Sistem pendingin dan pemurnian air kolam berfungsi memindahkan panas yangdibangkitkan dari perangkat bahan bakar bekas dan mempertahankan sifat-sifat kimia, kejernihan dankandungan zat radioaktif yang terlarut dalam air pada batas yang diijinkan. Temperatur kolamdipertahankan pada suhu nominal < 350e dengan chilled water. Chilled water diisolasikan dari airprimer dengan menggunakan penukar panas tertutup sekunder. Sistem pemindah panas antar sirkuitdicapai dengan menggunakan alat penukar panas. Sistem pendingin kolam memiliki coarse filter yangbertujuan untuk melindungi pompa dari partikel dengan ukuran besar. Diagram aliI' sistem pendinginditunjukkan pada GambaI' I.Kondisi Instalasi Penyimpanan Sementara Bahan Bakar Nuklir Bekas - Instalasi penyimpanandidisain [3]:

Mampu menerima panas menerima panas total sebesar 40 kW.Bahan bakar nuklir bekas dipindahkan ke rak kolam IPSB3 tidak secara berkelompok tetapipersatuan.Sistem pemumian air disediakan untuk mempertahankan kualitas air sesuai dengan syaratkeselamatan yang telah ditetapkan.Suhu air kolam dijaga sekitar 300e dengan cara mensirkulasikan air kolam melalui unit penukarpanas (primer dan sekunder).Suhu abnormal tidak boleh melebihi 67°e agar kelongsong BBNB tidak rusak.Sistem ventilasi dipasang untuk memperkuat kungkungan kemungkinan lepasnya materialradioaktifberupa gas ke lingkungan

Perpindahan panas yang terjadi di KH-IPSB3 adalah [4J;

I. Perpindahan Panas Secara KonduksiProses konduksi adalah proses dimana panas mengalir dari daerah suhu yang lebih tinggi keyang lebih rendah di dalam satu medium padat atau antara medium medium yangbersinggungan secara langsung.

2. Perpindahan Panas Secara KonveksiProses konveksi terjadi pada penyimpangan energi antara permukaan benda padat dengancall' maupun gas.

3. Perpindahan Panas Secara RadiasiProses radiasi adalah proses perpindahan panas melalui udara atau ruang hampa dengan carasinaran atau pancaran dari suatu benda yang menghasilkan panas.

92

PONDS

CHILLER WATER UNIT 1i(Air Cooled Type)

---O-t---JU(-n)---~------------

TypeM atenal

CapDIsc PressPower

~CenlntJgal556 m'/h2.6 oar22 kW/29DO mln·1

E-6

Dlspossal Cartndge5510 micron

20 m'/h6 bar 1100'C

)

( Non Aktif )

E-7

Type . Pla:eMatenal 55

Cap 40 kWMax. Temp.: 100'CMax Press: 6 bar

Gambar 1. Diaqram Alir Sistem Pendinqin KH-IPSB3

LeQends :BT Cartridge FilterPI Press. IndicatorPIC Press. Indicator with Control

TI Temp. Indicator

TypeMaterial

CapMax TempMax Press

Plate5540 kW100'C6 Oar

TypeMaterial

CapD1sc PressPower

Centrifugal556 m'/h2.6 bar22 kW/2900 min"

ViVIZo00U1NN\D.....•\D

Dyah S. R., Marhaeni J.P.: Evaluasi Kinerja Sistem Pendingin ...

Kondisi lnstalasi Penyimpanan Sementara Bahan Bakar Nuklir Bekas didesain mampu menerimapanas total sebesar 40 kW, sistem pemumian air disediakan untuk mempertahankan kualitas air sesuaidengan syamt keselamatan yang telah ditetapkan. suhu air kolam dijaga sekitar < 35°C dengan earamensirkulasikan air kolam melalui unit penukar panas (primer dan sekunder). suhu abnonnal tidakboleh melebihi 67 agar kelongsong BBNB tidak rusak dan sistem ventilasi dipasang untukmemperkuat kungkungan kemungkinan lepasnya material radioaktif berupa gas ke lingkungan [5].Kondisi batas untuk operasi yang aman instalasi penyimpanan ditunjukkan pada Tabel I [21.

No Parameter BatasanKeteranganI.

Papa ran ganuna di seluruh < 10 /lSv/jamPERKA BAPETENinstalasi

NO.4 Tahun20132.

Kontaminasi udara di daerah< 5.3.1O~ Bq/nr'PERKA BAPETEN

keIja.

No. 7 Tahun20133.

Lepasan 1-131 < L3. 10) Bq/jamPERKA BAPETENNo. 7 Tahun20134.

Temperatur air kolam dan < 35°CDokumen preliminarykanal

design TC - ISFSFAEA5.

pH air kolam dan kanal 5,5 - 7.5Dokumen preliminary

design TC - ISFSFAEA6.Konduktivitas air kolam dan< 15 ~ISlcmDokumen preliminary

kanaldesign TC - ISFSF

AEA7.Ketinggian air kolam dari >2,5 mDokumen preliminal)'

permukaan BBNBdesign TC - ISFSF

AEA8.Tekanan udara negatif 100 Pa ± 2 PaSaat ada kegiatan

9.

Temperatur udara < 28°CSaat ada kegiatan

METODOLOGI

Mengoperasikan sistem pendingin dengan eara menghidupkan suplai listrik ke sistemkontrol dan memastikan konfigurasi valve kondisi standby. Kemudian pompa PIA atau PI Bdihidupkan dengan menekan tombol ON. memastikan motor dalam kondisi ON, amati tekanan airyang ditunjukkan oleh pressure gauge. SelaI1iutnya menghidupkan pompa P2A atau P2B denganmenekan tombol ON, pastikan motor dalam kondisi ON. amati tekanan air yang ditunjukkan olehpressure gauge.

Suhu air kolam dieatat sebagai inputan sistem pendingin. suhu chiller. suhu HE sekunderdan suhu primer yang selanjutnya disebut sebagai suhu keluar dari sistem pendingin. Semuapengoperasian ditandai dengan lampu indikator berwarna hijau dan pengoperasian PI A / PI B danP2 A / P2 B dioperasikan seeara bergantian.

RASIL DAN PEMBAHASAN

Sistem Pendingin di KH-IPSB3Sumber air pendingin yang digunakan air kolam berasal dari sistem chiller water unit

(CWU), dimana air dingin yang berasal dari CWU digunakan untuk mendinginkan air pendinginsistem sekunder dan sistem pendingin sekunder mendinginkan air pendiingin sistem primer. Sistempendingin primer yang langsung berinteraksi dengan air kolam dan kanal hubung. Interaksi antara

94

Presiding Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2017 ISSN0852-2979

sistem pendingin sekunder dengan sistem pendingin primer, serta dengan air kolam menggunakan alatpenukar panas jenis shell and tube.

Sistem pendingin di KHIPSB3 terdiri dari 2 (dua) penukar panas sitem pendingin yaitupendingin primer dan pendingin sekunder. Untuk mendinginkan kolam see am efektif airdisirkulasikan dari permukaan kolam yang terletak berdekatan dengan water treatment plant room dandikembalikan ke kolam di bagian ujung menjauhi daerah penyimpanan. Keeepatan sirkulasi air 6,0m3~jam disesuaikan dengan bentuk penukar panas. Penukar panas (HE) primer akan memompa air darikolam melalui filter 10 ~lIn menuju ke penukar panas primer. Unit ini dilengkapi dengan 2 buahpompa sirkulasi. 1 beropemsi dan yang lain sebagai eadangan. Penukar panas (HE) sekunder akanmemompa air yang berasal dari PUSPIPTEK dalam sistem yang tertutup. Dari penukar panassekunder air pendingin mengalir ke pcnukar panas primer dan kembali ke penukar panas sekunder.Pendingin air sekunder dilaksanakan oleh chilled water sehingga ada dua rintangan antam air kolamdan chilled water [2]. Bila air sekunder dan ehilled water tidak terkontaminasi oleh air kolam.perdwatan pompa sekunder tidak diaktifkan. Pada kondisi nonnal, sistem Ventillation Air Conditioner(f<4C) beIjalan, air kolam dipertahankan pada suhu konstan < 30°C melalui pendinginan. air dengansuhu tersebut disirkulasikan dengan keeepatan alir 6 m3/jam ke sistem pendingin sehingga suhumel~adi 25°C - 28 °C (sesuai dengan Batas Kondisi Operasi) dan kemudian dikembalikan ke kolam.Sebagai pendingin digunakan air dengan suhu awal 17°C dan suhu akhir 23°C. air pendingin inididinginkan oleh air dingin dari Chiller. Skema dari sistem pendingin tersebut dapat dilihat padaGambar 1 [2J

Dari pengoperasian sistem pendingin diambil data renlta setiap 1 bulan sekali. Hasilpcngukuran dieatat pada Tabel 2 . Diagram Programmable Logic Control (PLC) sistem pendinginpada Gambar 3.

~~~-~:~.:.:..:., ••n••·.•._~~_ •.•...t •••..•

_;E!;J _

Gambar 3. Diagram Programmable Logic Control (PLC) Sistcm Pcndingin

Tabcl 1. Hasil Pcngukuran Suhu Sistem Pcndingin 2017

Bulan 2017 Suhu KolamSuhu HESuhu chillerSuhu out~ T air in dan°C

Sekunder °C°Cprimer °Cout °C(KBO<35 C)

(KBO<20 C)(KBO<18 C) pendinginJanuari

27.0118.3014.3025,401.61Fcbruari

26.9017.5013,9024.002,90Maret

26.7516.5014,4024.052.70April

27.0017.0014.3025.501.50Mei

27.5017.2013.9024.702,80Juni

Pcrbaikan kemsakanJuli AI.,'llstus

27.0112.9211,1022.904,11Septcmber

26.3412.5410.2022,144.20Oktober

26,3011.2213,8021,305.00Nopembcr

27.5013,5513.3022.754.75

95

Dyah S. R., Marhaeni J.P.: Evaluasi Kinerja Sistem Pendingin ...

DesemberRata-rata

27 ,40

26.2514.9013.24

13.9012.36

23,4821.05

3.925.20

3025

:5 20-; 15..c

~1O5o

~..,

~L

j,.n:r-t

1""'""U-h !~.;,-""1.

,I~

,

.;::•...'w'c V>....~~........QJC. :;

.:JQJ QJro ct1.... ~:::>~ ..c..c..c..c:::> :::>ct1« ~V>

E.8EEc ....

~ :::>

~..c

coQJ..><QJQJQJ «•...0c..V>LL c..0QJ

QJ Z0V1

Bulan

-'-Sullll Kolam 0('

_Sullll HE Sekunder 0('

-Sullll chiller 0('

•••••• Suhu out primer 0('

---L\ T air in dan out 0('pendingin

Gambar 4. Graf1k Pengukuran suhu sistem pendingin vs bulan

/J. T air in dan out °C pendingin

6

uS8.4:::J

'§ 3VI

~ 2Qjo 1

o

•••••• ~ T air in dan out .(

pendingin.- .- ~ - .- .- '- ~ ~ ~ ~ ~ ro~ ~ QJ ~ QJ C 3 :::> QJ QJ QJ QJ _roro~a.~:::>....,_..c..c..c..cro~ 2 ro ~ ...., ~ E BEE ~ro..c~ bDQJ~QJQJ2

....,~ ~1l.og-~~~ z 0Bulan

Gambar 5. Graf1k 0 T air in dan out DC vs Bulan

Gambar 4 menul1iukkan hasil pengukuran SUhllyang hams diukur pada sistem pendingin tiapbulan. Faktor-faktor yang mempengamhi pengukuran suhu antara lain kincrja sistem chiller, sistempenukar panas dan suhu air PUSPlPTEK sebagai pendingin primer. Dari tabel diperoleh sulm rata­rata T suhu kolam (in) = 26,9°C, THE sekunder = 15,! DC,T air chiller = 13,2°C, dan Tout sistcmprimer = 23,62 DC.

Pada Gambar 5 tcrlihat balm'a sclisih (0 T) temperatur air kolam masuk kc sistem pendingindan tempemtur air kolam keluar dari sistcm pendingin (0 T in dan oul DC ) pada bulan Januari sampaidengan Mei 2017 adalah 2.3 DCdiscbabkan karcna suhu air chiller scbagai pendingin sckundcr yangmcndinginkan suhu air primer masih cukup tinggi (14 dc), tctapi masih dalam batas kondisi yangdiijinkan. Pada bulan Juni - Juli 2017 yaitu sistem pendingin tidak diopemsikan, karena mengalamikemsakan pada sistem pompa, Sctelah idcntifikasi pcnycbab kemsakan dan pengujian awal tcrhadapmasing-masing komponcn. tcmyata pcnnasalahan tcrlctak pada motor pompa yang panas mclcbihibatas kondisi opcrasi, schingga motor pompa perlu dircwinding. Mcskipun sistcm pcndingin tidakdioperasikan, tctapi suhu kolam masih dalam batas kondisi opcrasi yang diijinkan. Hal ini dapatdijclaskan kctika kondisi sistcm pcndingin tidak bcrfungsi dan VAC bcropcrasi. sclumh panas BBNBakan mcnaikkan suhu air kolam. Pada kondisi VAC difungsikan ada panas yang ditransfcr kc udara

96

Prosiding Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR T ahun 2017 155N0852-2979

melalui konveksi dan radiasi [7]. Selisih (L'. T) temperatur air kolam masuk ke sistem pendingin dantemperatur air kolam keluar dari sistem pendingin (L'. T air in dan Ollt 0c) pada bulan Agustus sampaidesember sekitar 4,3°C. Faktor kinelja chiller sangat berpengaruh kepada kinerja dari sistempending in, karena dengan suhu air chiller yang seharusnya 5 °C - 9°C, akan didapat suhu air keluaransistem pendingin yang optimum juga, sehingga kinerja sistem pendingin menjadi lebih optimal.Sehingga diperlukan untuk merevitalisasi sistem chiller agar kinerja sistem pendingin lebih optimal.

KESIMPULAN

Faktor-faktor yang mempengaruhi pengukuran suhu antara lain kinelja sistem chiller,sistem penukar panas dan suhu air puspiptek sebagai pendingin primer. Kinerja sistem pendinginselama periode 2017 masih beroperasi secara optimal, meskipun terjadi kerusakan pada bulan Juni ­Juli, tetapi suhu air kolammasih teljaga sesuai dengan batas kondisi operasi, dikarenakan sistem udaraVAC masih beroperasi dengan baik. Hasil pengukuran suhu rata-rata T suhu kolam (in) = 26,9°C, THE sekunder = 15, 1°C, T air chiller = 13,2°C, dan Tout sistem primer = 23,62°C. Selisih (L'. T)temperatur air kolam masuk ke sistem pendingin dan temperatur air kolam keluar dari sistempendingin (L'. T in dan out °C ) berkisar 2,3°C - 4,3°C.

DAFTAR PUSTAKA

[I] BATAN - IAEA ENGINEERING CONTRACT, "Transfer Channel and ISSF for BA TAN,Preliminary Design Package" November 1992.

[2] LAK KHIPSB3 rev 7 Pusat Teknologi Limbah Radioaktif ,tahun 2013.

[3] ZAINUS SALIMIN, "Transfer Panas Bahan Bakar Bekas Dalam Sistem PenyimpananSementara Tipe Basah PPT A Serpong", Prosiding Seminar III Tekno logi dan Kese lamatanPLTN Serta Fasilitas Nuklir, PPT A SERPONG, 5 - 6 September 1995.

[4] DYAH S RAHA YU, Laporan Repatriasi Bahan Bakar Nuklir Bekas RSG-GAS, BATANSerpong 20 IO.

[5] IAEA TECHNICAL REPORT SERIES No. 240, "Guidebook on Spent Fuel Storage", IAEA,Vienna, 1994.

[6] ZAINUS SALIMIN, DYAH SULISTY ANI RAHA YU, "Unjuk Kerja Penyimpanan BahanBakar Nuklir Bekas Dalam Kaitan dengan Teknologi Penyimpanannya", Seminar Nasional Ke16 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Lainnya, Surabaya 28 Juli 2010.

[7] KUA T HERY ANTO, NUROKHIM," Optimalisasi Pendingin Bahan Bakar Nuklir BekasReaktor Serba Guna Siwabessy di Kolam Penyimpanan Sementara, Prosiding Seminar LimbahNasional Teknologi Pengelolaan Limbah IX PTLR, BATAN, 2013

97

Dyah S. R., Marhaeni J.P.: Evaluasi Kinerja Sistem Pendingin ...

98