PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 27 Juli 2011

Joko Prasetio W, dkk. ISSN 1410 – 8178 Buku I hal 81

KONSTRUKSI FASILITAS EKSPERIMEN SIMULASI PENDINGINAN UAP DALAM SUNGKUP PLTN TIPE PWR

Joko Prasetio W, Kiswanta, Ainur Rosidi, Edy Sumarno, Ismu Handoyo Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir-BATAN, PUSPIPTEK Serpong, Tangerang, 15310

E-mail: ptrkn@batan.go.id

ABSTRAK

KONSTRUKSI FASILITAS EKSPERIMEN SIMULASI PENDINGINAN UAP DALAM SUNGKUP PLTN TIPE PWR . Dalam rangka penelitian proses pendinginan uap di dalam sungkup reaktor, telah dilakukan kontruksi fasilitas eksperimen simulasi pendinginan uap pada sungkup. Fasilitas ini mempunyai dimensi tinggi 1700 mm, diameter luar 828,1 mm, temperatur 150 °C dan dilengkapi elemen pemanas (heater), penyemprot air (nosel), jendela untuk perekaman, pengukur tekanan, pengukur temperatur, bak pendidihan air sekaligus penampung air, lubang drain dan besi penyangga. Fasilitas ini juga dimungkinkan untuk bisa dibuka dan bisa ditutup menggunakan flens guna keperluan pemeliharaan atau penggantian komponen. Kontruksi telah teruji selama eksperimen dan sistem berfungsi sebagaimana mestinya dan mampu menahan tekanan hingga 1,8 bar dengan temperatur 118 °C. Kata kunci: fasilitas eksperimen, sungkup

ABSTRACT

FACILITY CONSTRUCTION SIMULATION EXPERIMENTS IN STEAM COOLING TYPE PWR NUCLEAR POWER PLANT CONTAIMENT. In the aim of research on the process of cooling steam inside the reactor containment, the construction of facility has been down to conduct the experiment of cooling steam simulation. This facility has a dimension of 1700 mm height, outer diameter of 828.1 mm, and temperature of 150 °C. The facility is equipped with heating element (heater), water spray (nozzle), the window for recording, pressure gauges, temperature, boiling water bath as well as water reservoir, drain hole and grate. The facility is also possible to be opened and to be closed using a flange for purposes of maintenance or replacement of components. Construction has been tested during the experiment and the system working properly and able to withstand pressures of up to 1.8 bar with a temperature of 118 °C. Keywords: experimental facility, the containment

PENDAHULUAN

ungkup PLTN tipe air bertekanan (PWR) memiliki tiga fungsi yaitu pertama untuk

menahan bahan radioaktif yang bocor dari sistem primer agar tidak keluar ke lingkungan, kedua untuk melindungi reaktor dari gangguan eksternal dan ketiga berfungsi sebagai perisai radiasi. Karena pentingnya fungsi sungkup tersebut bagi keselamatan, maka integritasnya harus tetap terjaga dari pembebanan internal maupun eksternal.

Penelitian terkait fenomena pendinginan uap di dalam sungkup (containment) pasca kebocoran uap dari bejana tekan reaktor (Reactor Pressure Vessel) yang merupakan salah satu skenario manajemen keselamatan perlu dilakukan. Untuk mendukung kegiatan penelitian tersebut telah dilakukan konstruksi Fasilitas Eksperimen Simulasi Pendinginan Uap pada sungkup atau yang disebut dengan FESPECo, oleh Subbid Termohidolika. FESPECo dirancang untuk penelitian dengan kemampuan temperatur maksimal 150 ºC dan tekanan 5 bar [1].

S

PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 27 Juli 2011

ISSN 1410 – 8178 Joko Prasetio W, dkk Buku I hal 82

Makalah ini membahas tentang konstruksi fasilitas eksperimen simulasi pendinginan uap dalam sungkup dan dilanjutkan dengan uji fungsi. Tujuannya adalah untuk menyediakan sarana eksperimen pembebanan sungkup terutama pembebanan internal berupa dinamika perubahan tekanan sungkup akibat produksi uap dan gas tak terkondensasi. Fasilitas eksperimen ini dirancang untuk penelitian dengan tekanan 5 bar dan temperatur 150 oC ini untuk kemampuan . Uji fungsi kontruksi hanya dilakukan pada daya 4000 watt dan sistem mampu menghasilkan tekanan 1,8 bar dengan temperatur 118 °C. Pada kondisi tersebut sistem berfungsi sebagaimana mestinya

dan sungkup tidak mengalami kebocoran. Untuk memenuhi kebutuhan optimal penelitian, maka uji fungsi perlu dilanjutkan lagi dengan menaikkan daya sehingga tekanan 5 bar dan temperatur 150 oC dipenuhi.

TEORI Skenario kecelakaan reaktor yang terjadi

di sungkup reaktor di tampilkan pada Gambar 1. Sungkup tipe PWR didisain tahan terhadap tekanan dan temperatur pada kondisi Design Basis Accident (DBA) tanpa melebihi laju bocor disain yang ditentukan.

Gambar 1. Skenario kondisi kecelakaan parah pada sungkup PWR[2]

TATA KERJA

A. Bahan dan Alat yang dipergunakan. Bahan-bahan yang digunakan adalah : 1. Pipa baja karbon Ø828,1 mm 2. Pipa baja karbon tebal 500 mm 3. Flanges baja karbon tebal 10 mm 4. Kaca tahan panas 5. Paking tombo 6. Heater 1000 watt 7. Tabung baja nirkarat Ø 1”

8. Lem sealent 9. Nosel ¼” 10. Elektroda 2,5 mm 11. Mur-baut baja karbon ukuran 4 inci 12. Termokopel 13. Katup 1” 14. Cat

Alat Peralatan yang digunakan untuk pembuatan : a) Center bor b) Jangka sorong c) Mata bor d) Palu e) Tang f) Pallet g) Mesin Las SMAW h) Meteran i) Gergaji Besi j) Obeng k) Mesin Gerinda l) Chainblock

Keutuhan kontainer • Rusaknya dinding • Kebocoran dari dinding yang tembus

Beban pada kontainer - Terjdinya uap air - Tersumbatnya gas yang tidak terkondensasi - Ledakan dan kebakaran gas yang mudah

terbakar

Evaluasi source term Karakteristik aerosol FP

Berlanjutnya pelelehan teras

Interaksi lelehan teras beton - Korosi pada beton - Terjadi aerosol (yang mengandung FP) - Terjadi gas mudah terbakar, gas tak

terkondensasi

Interaksi lelehan teras bahan pendingin - Terjadi dan pengaruh ledakan gas air - Kemungkinan pendinginan lelehan teras

- Seluk beluk pipa - Mengendapnya aerosol , menguap

kembali - Kerusakan pipa pada suhu tinggi

PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 27 Juli 2011

Joko Prasetio W, dkk. ISSN 1410 – 8178 Buku I hal 83

B.Tahapan Konstruksi Sungkup terdiri dari 3 (tiga) bagian yaitu

bagian utama adalah dinding sungkup berbentuk silinder yang disebut dengan badan sungkup. Bagian atas sebagai penutup badan sungkup berbentuk setengah bola dan bagian bawah berbentuk silinder yang berfungsi sebagai bak pendidihan penghasil uap. Pembuatan sungkup dilakukan melalui beberapa tahapan, yaitu:

Tahap I Membuat badan sungkup, dilakukan

dengan menyiapkan pipa besi berukuran diameter luar 828,1 mm dan panjang 1000 mm. Potongan ini digunakan untuk badan sungkup. Pada badan sungkup dibuat lubang berbentuk persegi panjang ukuran 400 mm x 100 mm yang berfungsi sebagai jendela pengamatan dan lubang dengan diameter 4 inchi yang berfungsi sebagai lubang perawatan. Selanjutnya dilakukan penyambungan antara badan sungkup bagian atas dan bagian bawah dengan 2 (dua) buah flange diameter 828,1 mm, tebal 10 mm dengan cara pengelasan pada ke dua sisi badan sungkup. Terakhir menyiapkan potongan besi yang berbentuk U (ukuran 70 mm x 70 mm x 5 mm), panjang 700 mm sebanyak 4 potong yang digunakan untuk menyangga (dudukan) badan sungkup. Potongan pipa dan penyangga sungkup ditampilkan pada Gambar 2, dan badan sungkup ditampilkan pada Gambar 3.

Gambar 2. Potongan pipa dan penyangga sungkup

Gambar 5. Pemasangan flange dengan bak pendidihan

Tahap II Menyiapkan sarana tutup badan sungkup

yaitu dengan membuat 2 (dua) buah lubang diameter 1/4 inchi untuk penempatan alat ukur pressure transduser dan katup pengaman dan 1 (satu) buah lubang diameter 1 inchi untuk masuknya air pendinginan uap. Kemudian melakukan pengelasan antara tutup sungkup dengan flange diameter 828,1 mm, tebal 10 mm. Tutup badan sungkup dan flange di tampilkan pada Gambar 4.

Gambar 4. Tutup badan sungkup dan flange

TAHAP III

Menyiapkan bak pendidihan. Dilakukan dengan menyiapkan pipa besi berukuran diameter luar 500 mm dan panjang 500 mm. Potongan ini digunakan sebagai bak pendidihan. Pada bak pendidihan dibuat 4 (empat) buah lubang diameter 1 inchi untuk menempatkan pemanas dan 1 (satu) buah lubang diameter ½ inchi untuk drain. Selanjutnya dilakukan penyambungan antara bak pendidihan dengan flange diameter dalam 500 mm, tebal 10 mm dengan cara pengelasan pada salah satu sisi bagian atas bak pendidihan. Penyambungan flange dan bak pendidihan di tampilkan pada Gambar 5.

Gambar 5. Pemasangan flange dengan bak

pendidihan.

PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 27 Juli 2011

ISSN 1410 – 8178 Joko Prasetio W, dkk Buku I hal 84

TAHAP IV

Melakukan konstruksi sungkup. Dimulai dengan merakit bak pendidihan dengan sistem baut sebanyak 24 buah yang sebelumnya flange dipasang terlebih dahulu dengan memakai paking tombo dan diberi lem sealent untuk menghindari kebocoran.

Teknik merakit bak pendidihan dengan cara mengangkat bak pendidihan menggunakan alat pengangkat (pallet) secara perlahan-lahan agar lubang baut tepat pada posisinya. Setelah posisi baut tepat, baut dipasang satu persatu setelah itu dikencangkan secara silang.

Selanjutnya merakit tutup sungkup dengan cara mengangkat sungkup dengan alat pengangkat (chainblock) secara perlahan-lahan supaya lubang baut tepat pada posisinya, setelah tepat baut bisa dipasang satu persatu dan dikencangkan secara silang.

Setelah semua terakit, kemudian bak pendidihan dipasang heater dan katup untuk drain. Pada jendela pengamatan dipasang flange dengan sistim dilas. Flange yang lain yang sudah ada kacanya dipasang dengan sistim baut yang sebelumnya sudah diberi paking dan lem sealent.

Terakhir pada tutup sungkup dipasang pipa 1 inchi untuk masukan air pendinginan uap. Lubang yang lain dipasang katup pengaman tekanan. Alat ukur transduser tekanan untuk pembacaan selama eksperimen, ditampilkan pada Gambar 4.

Tahap V. Melakukan uji fungsi. Langkah pertama

melakukan pengisian air sampai level yang diinginkan kurang lebih 50 liter. Kemudian melakukan pengecekan semua katup nosel pada posisi terbuka lewat lubang perawatan, setelah itu tutup rapat lubang perawatan. Selanjutnya mempersiapkan Sistem Akuisisi Data (DAS) untuk pencatatan data selama operasi dan panel listrik untuk menghidupkan pemanas. Lakukan pencatatan untuk setiap kenaikan temperatur sampai 118 oC dan tekanan sampai 1,8 bar.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Telah dilakukan kontruksi sungkup untuk eksperimen pembebanan internal berupa naiknya tekanan dari simulasi uap. Hasil pengujian menunjukkan bahwa sungkup mampu menghasilkan uap dan tekanan meskipun waktu yang diperlukan sangat lama. Hasil pengujian yang dilakukan dengan pemanasan air selama 18.300

detik hingga temperatur 118 oC dan tekanan 1,8 bar ditampilkan pada Gambar 6, dan Gambar 7. Dari kedua gambar tersebut memperlihatkan bahwa setiap kenaikan temperatur akan menyebabkan kenaikan tekanan. Disamping itu terjadi perubahan fase dari air menjadi uap sehingga volume air menjadi berkurang. Kenaikan tekanan juga menunjukkan bahwa sungkup tidak mengalami kebocoran. Kenaikan temperatur yang membutuhkan waktu lama ini terjadi karena daya heater masih kurang mencukupi. Sedangkan untuk mempercepat kenaikan temperatur volume air dapat dikurangi. Tabel 1 adalah data teknis disain sungkup.

Tabel 1. Data Teknis Sungkup

Tekanan 5 bar Temperatur 150C Fluida Air

Gambar 6. Temperatur terhadap waktu

Gambar 7. Tekanan terhadap waktu

Gambar lengkap sungkup dan nosel serta

foto hasil kontruksi FESPECo ditampilkan pada Gambar 8 dan Gambar 9.

0

50

100

150

0 30 60 90 120

150

180

210

240

270

300

Tem

pera

tur (

o C)

Waktu (Menit)

T1(◦C)

T2(◦C)

T3(◦C)

T4(◦C)

PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 27 Juli 2011

Joko Prasetio W, dkk. ISSN 1410 – 8178 Buku I hal 85

Gambar 8. Sungkup dan Nosel

Gambar 9. Foto hasil kontruksi FESPECo

KESIMPULAN

Fasilitas/ sarana eksperimen simulasi pendingin uap dalam sungkup PLTN tipe PWR telah dikontruksi dan diuji fungsi. Fasilitas ini dapat dibuka dan ditutup menggunakan flange guna keperluan pemeliharaan atau penggantian komponen. Kontruksi telah teruji selama eksperimen tekanan 1,8 bar dengan temperatur 118C menggunakan daya 4000 watt, sistem

berfungsi sebagaimana mestinya dan sungkup tidak mengalami kebocoran.

UCAPKAN TERIMAKASIH Kepada Ka. BPKaR, Ir. Surip Widodo,

MIT atas dukungan dan bantuannya. Kepada Dr. Ir. Hendro Tjahjono sebagai Penanggung Jawab Kegiatan Penelitian T.A. 2010 yang memberikan kesempatan untuk menuliskan sebagian dari kegiatan ini.

PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 27 Juli 2011

ISSN 1410 – 8178 Joko Prasetio W, dkk Buku I hal 86

DAFTAR PUSTAKA

1. Hendro Tjahjono, “Pemodelan Sungkup PWR untuk Eksperimen Dinamika Pembebanan dan Kondensasi Uap”, laporan kegiatan Program penelitian Serpong 2010.

2. http://mext-atm.jst.go.jp/images/06/06-01-10/01.gif, August 2010.

3. Hendro Tjahjono dkk.”Rancang Bangun dan Perekayasaan Kondensor Kontak Permukaan Tipe Cangkang dan Tabung”. Laporan RUT-6. 2001

4. Puradwi, dkk. Rancang Bangun Pengembangan dan Eksperimen Peralatan Kondensasi pada Proses Reflooding”. Presentasi ilmiah hasil litbang P2TKN BATAN tahun 2004 dan 2005

TANYA JAWAB

M Refai M Apakah ukuran pipa 1000m sama dengan

ukuran panjang container? Apakah variabel tekanan tergantung pada

temperatur Joko Prasetio W Ya, karena diameter dalam flange sama

dengan diameter luar pipa. Betul, karena apabila temperatur naik maka

tekanan akan naik juga, selama tidak ada kebocoran.

Sumijanto Bagaimana peluang usaha konstruksi alat

sejenis untuk bidang usaha/industri? kemampuan PTRKN?

Joko Prasetio W Betul, bahwa PTRKN sudah mampu untuk

melayani bidang usaha/industry