234 ISSN 0216 - 3128 Djaruddin Hasibuan, dkk,

EVALUASI PEMBENTUKAN GAS DI DALAM TANGKITUNDA (DELA Y CHAMBER) RSG-GASDjaruddin HasibuanPusbang Teknologi Reaklor Riset-BATAN Serpong.

SetiyantoPusbang Teknologi Reaklor Riset-BATAN Serpong

ABSTRAK

EVALUASI PEMBENTUKAN GAS DI DALAM TANGKI TUNDA RSG-GAS·, Salah satu persoalanteknis yang masih muncul ketika RSG-GAS dioperasikan pada daya tinggi adalah penurunan teluznan padasistem pendingin primer. Beberapa penelitian terdahulu mendapatkan bahwa penyebab penurunan tekanantersebut berasal dari terkumpulnya udara dibagian atas kamar tunda. tetapi belum tahu dari mana udaratersebut berasal. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan sumber udara yang terjebak di dalam kamartunda tersebut. Diduga, gas berasal dari kavitasi dan atau radiolisis di dalam teras reaklor. Pene/ilian

dilakukan dengan cara mengamati perubahan tekanan pada sistem primer, dengan dan tanpa reaktorberoperasi. tetapi pompa primer dioperasikan dengan kekuatan penuh. Dari hasil penelitian diperoleh

bahwa penururan tekanan pada sistem primer hanya tetjadi jika reaklor beroperasi, dan penurunantersebut terus terjadi selama reaklor beroperasi. Hal tersebut menunjukkan bahwa kavitasi tidak terjadi disepanjang pendingin primer. sedangkan radiolisis tetjadi di teras reaklor. Jadi penyebab akumulasigas/udara di tangki tunda yang menyebabkan penurunan tekanan adalah proses radiolisis di teras reaktor.

Kata kunci: Reaklor RSG-GAS. pindingin primer.

ABSTRACT

EVALUA TION OF THE GAS FORMING IN THE DELA Y CHAMBER RSG-GAS REACTOR One o/thetechnical problem when the RSG-GAS reactor operated at the high power level is the decreasing of the

pressure level in the primary cooling system as function of operation time. Some preceding researchconcurred that this problem caused by the accumulation of the air or gas in the upper part of delaychamber, but the source of these ga.f still not defined yet. It was predicted that the gas accumulation werecome from cavitations or radiolysis phenomena. To solve this problem. the research was reali;:ed byinvestigating of the pressure in the primary cooling system, with or without reactor operation. Theinvestigation without reactor operation related to the cavitations phenomena. while investigation in reactorpower will get some information related to the effect radiolysis in water. The results obtained show that thepressure decreasing in the primary cooling system was only occurred i/ the reactor is operateel. It CII/1 hecone/uded that the cavitations not occur in the primary cooling system; So the air accumulation has makewater decreasing in the delay chamber came from the radiolysis in the reactor core

Key words: RSG-GAS reactor, primary cooling system

PENDAHULUAN

Berdasarkan hasil pengamatan yang dilakukanselama pengoperasian RSG-GAS, ditemukanadanya persoalan teknis ketika reaktor dioperasikanpad a daya tinggi. Persoalan tersebut adalah me­nurunnya permukaan air pada bagian atas tangkitunda yang mengakibatkan terjadinya penurunantekanan pada inlet pompa primer sampai bataskeselamatan yang diijinkan (-0,15 Bar)!I] yang dapatmengakibatkan reaktor scram, Beberapa penelititerdahulu mengatakan bahwa hal ini diakibatkanadanya akumulasi udara di bagian atas tangki tunda(delay chamber) secara terus menerus (continue)sehingga udara menekan permukaan air dan

mengakibatkan penurunan permukaan air di bagianatas permukaan tangki tunda tersebut,[2] Namundemikian, asal usul udara terjebak terse but belumdapat diungkapkan dengan pasti. Secara hipotesis,akumulasi udara di bagian atas tangki tunda tersebutdapat disebabkan oleh dua kemungkinan yaitu: I)Rugi-rugi head pressure sepanjang sisi hisappompa yang sangat besar, sehingga tekanan pada sisihisap pompa lebih rendah dari tekanan saturasi uapair di sekitamya dan mengakibatkan terjadinyapenguapan air sepanjang sisi hisap dan terperangkappada bagian atas tangki tunda yang biasa disebutdengan kavitasi. 2) Proses ionisasi atau prosesaktivasi yang mengakibatkan terjadinya pemben­tukan gas N-16 dari proses radiolisis H20.

Prosiding PPI - PDIPTN 2006Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 10 Juli 2006

Djaruddin Hasibuan, dkk. ISSN 0216 - 3128 235

Dari persamaan di atas terlihat bahwil kavitasi daratterjadi jika tinggi tekan hisap lehih kecil daritekanan uap air setempat.

.Proses Ionisas~dan Aktivasi

Proses ionisasi air terjadi sebagai akibatinteraksi radiasi pada air dengan reaksi-reaksi utamadari radikal bebas sebagai yang ditunjukkan padapersamaan (1) sid (6).

head pressure pada pipa hisap pompa primer(suction head).

Head pressure atau net positf suction head(NPSH) sebuah pompa (Hsv) adalah head pressz;retotal ekivalen pad a sumbu pompa dikurangi dengantekanan uapnya. Head pressure suction ini dapa!dilenlukan dengan persamaan berikutlJl

Untuk mengetahui secara pasti sumberpembentukan udara tangki tunda ini, maka kegiatanini perlu dilanjutkan. Berdasarkan hipotesis di atas,maka dilakukan dengan berdasarkan perubahantekanan pada sistem pendingm ~. :;7:~r dalam duakondisi berbeda, masing-masing: Pertama, peng­amatan pada kondisi reaktor tak beroperasi tetapipendingin primer diperasikan dengan kemampuanmaksimum (2 pompa). Hal ini diharapkan dapatdiperoleh data yang berkaitan dengan kemungkinanterjadinya kavitasi pada pendingin primer. Kedua,pengamatan pada kondisi reaktor dioperasikan, yangdiharapkan dapat diperoleh data yang berkaitandengan proses radiolisis (ionisasi dan aktivasi).Dengan melakukan evaluasi dari kedua percobaanini akan dapat diketahui sumber pembentukan udarayang terakumulasi pada bagian atas tangki tunda.

TEORI

Terbentuknya gas yang terperangkap didalam tangki tunda, diperkirakan disebabkan olehbeberapa faktor yang diuraikan sebagai berikut.

Pengaruh Kavitasi· Terhadap PembentukanGas

Kavitasi adalah suatu fcnonema pembcnlukangelembung-gelembung uap sebagai akibat penurunantekanan disembarang titik di dalam pompa hinggalebih rendah daTi tekanan uap pada temperaturcairannya. Jika di sembarang titik, tempat terjadinyapenurunan tekanan tersebut di dalam pompa beradapada daerah pipa hisap (suction pipe) pompa primer,maka tekanan yang dimaksudkan menurun adalah

dengan

Hp

H.w=HI'±Hz-HVI'-Hj (I)

tinggi tekan akibat tekanan absolut padapermukaan cairan dari mana pompamelakukan penghisapan.

= PI r atau 144 pi 62,34gs , dimana p =tekanan [psi].

tinggi permukaan cairan dalam [ft] di atasatau di bawah sumbu impeller.

Tinggi tekan yang diakibatkan olehtekanan uap cairan pada temperaturcairan, lihat Tabel 1.

Tinggi tekan yang hilang akibat gesekandan turbulensi antara permukaan cairansampai pada flens pompa.

Tabell. Tekanan uap, bobot spesifik, dan gravitasi spesifik.IJI

Temperatur Tekanan uapBobot spesifikGravitasi

(>F)

(>C)psiBar(Lb. per re)spesifik

70

21,1110,3630,02562,270,999

80

26,6660,5070,03562,190,998

90

32,2220,6980,05062,110,996

100

37,7770,9490,06862,000,995

110

43,3331,2750,08661,840,993120

48,8881,6920,11561,730,990

13054,4442,2230,15161,53:>,987

14060,0002,8890,19661,390,985

15065,554,7410,32261,190,982

16071,115,9920,40761,010,978

170

76,667,5100,51060,790,975180

82,229,3390,63560,570,972

Prosldlng PPI • PDIPTN 2006Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 10 Juli 2006

236 ISSN 0216-3128 Djaruddin lfa~1bllan, dkk.

OH+H2-4H2O+H (2)

H+H202 ~ H2O+OH

(3)

OH + H202 ~ H20 + H02

(4)

2H02 ~ H20+ H02

(5)

H + 02 ~ H02

(6)

H02 +H202 ~ H2O+OH+02

(7)

Selain proses di atas, masih ada proses lainyang dapat menghasilkan gas pada saat reaktorberoperasi, yaitu proses interaksi neutron denganoksigen atau nitrogen terlarut yang dapatmenghasilkan N16, seperti diperlihatkan padapersamaan reaksi berikut:

40Ar + Ino ~ 41Ar + r

Gas produk radiolisis ini akan terangkut olehaliran air pendingin menuju tangki tunda, dan padasaat memasuki tangki tunda terjadi ekspansi. Gas­gas ini bergerak ke atas dan melepaskan diri darialiran air pendingin terkumpul pada bagian atastangki tunda. Jika akumulasi udara ini sudahsemakin banyak, maka akan membentuk suaturongga udara, yang volume dan tekanannya akansemakin naik dan menekan air pendingin di dalamtangki tunda. Hal ini akan mengakibatkan penurunanpermukaan air di dalam tangki tunda (terdesak) danmengakibatkan penurunan head pressure pada sisihisap pompa primer.

METODA PENELITIAN

Untuk menentukan penyebab terbentuknyagas di bagian atas tangki tunda, telah dilakukankegiatan pengamatan terpisah yang meliputi.

lL Pengamatan kemungkinan terjadinyaka­vitasi.

Pengamatan dilakukan dengan mengamatiperubahan tekanan pada pipa hisap suctionpipe) dan perubahan tekanan pad a bagian atastangki tunda. Untuk memisahkan kemungkinanadanya pengaruh radiolisis, pengamatan tersebutdilakukan dengan mengoperasikan 2 unit pompapendingin (APOI dan AP03) dalam keadaanreaktor tidak beroperasi. Dengan reaktor tidakdioperasikan, proses radiolisis untuk sementaratidak terjadi, sehingga jika diperoleh adanyaperubahan tekanan pada sisi hisap, makapenyebabnya adalah hanya dari proses kavitasi.

b. Peitgamatan kemungkinan terjadinya ra­dio/isis.

Berbeda dengan penelitian tentang kavitasi,pengamatan .perubahan tekanan yang didugadari proses radiolisis, pengamatan memerlukankondisi reaktor harus bervariasi pada dayamenengah atau tinggi (15 MW - 20 MW).Pengamatan perubahan tekanan pada sisi hisapsebagai fungsi waktu operasi akan menunjukkanada tidaknya proses radiolisis. Gabungan hasilkedua langkah di atas akan memberikan jawab­an atas faktor-faktor penyebab timbulnya udaradi bagian atas kamar tunda tersebut. Gambar Imenunjukkan diagram sistem pendingin primerreaktor RSG-GAS, sebagai gambaran kemung­kinan ditelusurinya tempat-tempat yang rawanuntuk terjadi kavitasi atau radiolisis,!SJ

--.KoIAm

, •• IdOl"

. + 13,5

. +12.5

Gambar I. Sistem pendingin primer RSG-GAS.

Prosiding PPI • PDIPTN 2006Pustek Akselerator dan Proses Bahan· BATAN

Yogyakarta, 10 Juli 2006

Djaruddin Hasibuan, dkk. ISSN 0216 - 3128 237

TAT A KERJA PERCOBAAN

Pengamatan Kemungkinan Terjadinya ~avitasi

a.. Reaktor dalam keadaan shutdown (tidak

beroperasi).

b. Pompa pendingin primer dioperasikan dengankekuatan penuh.

c. Untuk mendapatkan hasil yang baik, peng­operasian pompa dan pengamatan perubahantekanan yang terjadi pada pipa hisap dalakukanselama 25 jam.

d. Perubahan tekanan diamati melalui alat pengukurtekanan yang sudah tersedia pad a pipa hisappompa primer (CP 811) dan pengukur tekananpada ujung pipa venting kamar tunda.

Pengamatan Kemungkinan Terjadinya Radio/isis

a. Reaktor dioperasikan pada daya 15 MW-20MW.

b. Pompa pendingin primer dioperasikan dengankekuatan penuh.

c. Perubahan tekanan diamati melalui alat pengukurtekanan pada pipa hisap pompa primer (CP 811)dan pengukur tekanan pada ujung pipapembuangan atau venting kamar tunda.

d. Untuk mendapatkan hasil yang baik, pengamatanperubahan tekanan pada pipa hisap pompapendingin primer dilakukan dengan mengikutisiklus operasi.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil Pengamatan Kemungkinan Terjadinya. Kavitasi

Hasil pengamatan terhadap kemungkinanterjadinya kavitasi, tidak menunjukkan adanyaperubahan tekanan pada alat pengukur tekanan padapipa hisap pompa primer (CP811) dan alat p(;;ngukurtekanan pada ujung pipa pembuangan kamar tunda.Hal ini berarti bahwa tidak terjadi pembentukan gas(udara) sebagai akibat terjadinya kavitasi, ataudengan kata lain tidak terjadi gejala kavitasi.

Secara teoritis, hal tersebut dapat dijelaskansebagai berikut: .

Tekanan pada sisi hisap pompa (CP 811) sebelumpompa dioperasikan ten.:atat I, 15 bar. Setelah 2unit pompa primer dioperasikan, tekanan turunmenjadi 0,28 bar, berarti hilang tekanan sepanjangsisi hisap pompa (HL) = 0,87 bar. Tekanan yangterbaca pada CP 811 merupakan tekanan terukur(gauge), maka tekanan absolutnya harus ditambahdengan tekanan atmosfir, menjadi Hp = 1,277 bar.Hal ini menunjukkan bahwa tekanan absolut padasisi hisap pompa lebih bes~.r dari tekarian saturasiuap absolut setempat sebesar 0,995 bar, sehinggaproses penguapan tidak dimungkinkan terjadi. Haltersebut memperkuat hasil pengamatan yangdiperoleh bahwa pembentukan gas di dalam tangkitunda tidak dipengaruhi oleh kavitasi.

Pengamatan Kemungkinan Terjadinya Ra­diolisis

Hasil pengamatan tekanan sebagai hasilkemungkinan terjadinya radiolisis disajikan padaTabel 2 dan Gambar 2.

Tabel2. Hasil pengamatan tekanan CP 811.

Daya reaktor: 20 MWTekanan pada ujung pipa venting: 0 bar, konstan selama pengamatanPeri ode pengamatan: 29 Juti sid 17 Agustus 2005

TanggalTekanan· rata-rataTanggalTekanan rata-rata

pengamatanpada CP 811 (Bar)pengamatanpada CP 811 (bar)

29-07-2005

0,28008-08-20050,200

30-07-20050,25209~08-20050,195

31-07-20050,24310-08-20050,195

01-08-20050,24111-08-20050,180

02-08-20050,23112-08-20050,176

03-08-20050,22113-08-20050,174

04-08-20050,22014-08-20050,171

05-08-20050,21515-08-20050,166

06-08-20050,20516-08-20050,163- 07-08-2005 v,21017-08-20050,159

Proslding PPI • PDIPTN 2006Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 10 Jull 2006

238 ISSN 0216 - 3128 Djaruddin Hasibuan, dkk.

0.35

0.300.25

•....••..

('1:1

~ 0.20 -I

~ ....-.t~...••. ---.- -('1:1 0.15

••ii •... 0.10

0.050.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Waktu (hari)

Gambar 2. Kurve penurunan tekanan CP 811.

Dari hasil pengamatan yang ditunjukkan pad aTabel 2 dan Gambar 2, terlihat adanya perubahantinggi tekan terukur pad a bagian sisi hisap pompaprimer. Hal ini berarti bahwa pada awal (haripertama) pengoperasian reaktor, tinggi tekan padasisi hisap pompa masih normal seperti pada peng­amatan tanpa reaktor beroperasi, yaitu 0,28 bar(Tabel 2).

Perubahan tekanan nampak, dimana tekananmulai turun. Walaupun perubahan itu sangat kecil(0,03 bar), mimun hal ini merupakan indikatoradanya gangguan tekanan. Karena pada percobaanpertama telah diperoleh hasil bahwa tidak terjadikavitasi, maka penurunan tekanan tersebutmerupakan tanda awal adanya radiolisis yangmenghasilkan udara (gas).

Hasil pengamatan selanjutnya menunjukkanadanya kecenderungan penurunan tekanan yangterus menerus, hingga pad a hari ke 20, tekanan padasisi hisap pompa tinggal 0,159 bar. Hal ini berartibahwa proses pembentukan gas radiolisisberlangsung terus menerus sebagai fungsi operasireaktor, gas terbawa dan terjebak di. bagian atastangki tunda, sehingga menekan permukaan airtangki tunda. Turunnya permukaan air pada tangkitunda akan mengurangi tekanan statis di sepanjangpipa primer, yang akhirnya juga tercatat pad aindicator CP 811 di sisi hisap pompa.

Gambar 3 menggambarkan akumlliasi lldaradan arah tekanannya di dalam tangki tunda.

8oNN

t t I ,•• I I , , I , I I I'\y \y \y \y \y \y \II \V \y \II,~-------------------III

.•.- - - - - - - •..- - - - -1- _.•.•..

Air.•.•.•

Gambar 3. Posisi udara dan air di dalam tangki tunda.

Prosldlng PPI - PDIPTN 2006Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 10 Juli 2006

Djaruddin Hasibuan, dkk. ISSN 0216-3128 239

KESIMPULAN

Dari uraian-uraian yang dikemukakan di atasdapat disimpulkan bahwa:

Kavitasi tidak terjadi di sepanjang sistem pen­dingin primer RSG-GAS, dan bukan merupakanpenyebab terjadinya penurunan tekanan padasistem pendingin primer.

Serdasarkan hipotesis dan hasil pengamatan yangdiperoleh, dapat disimpulkan bahwa gangguanpenurunan tekanan pada sistem primer RSG-GASdisebabkan oleh akumulasi udara hasil radiolisis

yang terjebak di bagian atas tangki tunda.

DAFTAR PUSTAKA

I. Anonimous, Safety Analysis Report,Multypurpose Research Reactor G.A. Siwabessy,

Copy no:8, Sadan Tenaga Atom Nasional,September 1989.

2. SETIY ANTO dan HIROY ASO MOCHIZUKI,Study of Thermal Hydraulic Behavior of MPR3D-GAS Primary Cooling Sistem Using Atrecs­" Code, PNC-Oarui Engineering Center, 1995.

3. GENI RINA SUNARYO, E/fec/ Radiation OnWater, Diktat kuliah pada National TrainingCourse On Water Chemistry, Serpong 2004.

4. AUSTIN H. CHURCH, dan ZULKIFLIHARAHAP, Pompa dan Blower Sentrifugal,Penerbit Erlangga, Jakarta 1990.

5. Aninimous, Technical Drawing of GeneralArangement Reactor and Fuel Storage Pools,Tangki tunda With Internal , No. Ident:TRR.KK.O 1.04.63.03, Rev.9.

Prosiding PPI • PDIPTN 2006Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 10 Juli 2006