DISAIN OUTER KONTEINER UNTUK LIMBAH un PASCA IRADIASI

DISAIN OUTER KONTEINER UNTUK LIMBAH un PASCA IRADIASI

Antonio Gogo

Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir-BATAN PUSPIPTEK Serpong Tangerang /53/0

Abstrak

DISAIN OUTER KONTEINER UNTUK L1MBAH UJI PASCA IRADIASI. Disain outer konteiner untuk limbah uji pasca iradiasi telah dilakukan. Konteiner akan digunakan untuk menyimpan limbah uji pasca iradiasi, di kolam Instalasi Penyimpan Sementara Bahan Bakar Bekas (IPSB3). Koteiner yang akan digunakan merupakan konteiner terluar (outer) dan akan diisi dengan konteiner bagian dalam (inner konteiner). Pada tulisan ini hanya mencakup disain dari outer konteiner. Dimensi dan bentuk outer konteiner ini mengacu ke disain konteiner di PIEF-KAERI. Material konteiner yang digunakan yaitu SS-304, berbentuk tabung silindris dibuat dari pipa berdiameter 5"

SchAD, panjang 810mm dengan panjang total (plus pengait) 864mm dan berat 31kg serta diameter flensa 200mm. Konteiner tersebut dapat untuk menampung satu inner konteiner pelat atau satu inner konteiner Mo-target.

Kata kunei: Disain, outer konteiner, limbah uji pasca iradiasi

Abstract

THE DESIGN OF OUTER CONTAINER FOR WASTE OF POST IRRADIATION EXAMINA TlON. The design of outer container for waste of post irradiation examination was completely pattemed. This container uses to store waste of the rest of post irradiation examination, into pool of Interim Storage of Spent Fuel (ISSF). This paper only covers the outer container design. The design is refer to PIEF-KAERI container. The outer container material is SS-304 with cylindrical form of 5"SchAO pipe, 810 mm of length and total length (included lifting lug) is 864 mm, 31 kg of weight and 200 mm of flange diameter. The capacity is to accommodate one of the plates orMo-target inner container.

Keywords: Design, Outer Container, Waste of Post Irradiation Examination

PENDAHULUAN

Proses

limbah,uji pascabaik berupairadiasilimbahdi IRM menghasilkanradioaktif yang berasal dari kontaminasi zat-zat radioaktif terhadap bahan-bahan lain yang dipakai selama proses maupun berupa limbah nuklir yang berupa potongan-potongan bahan bakar nuklir bekas, Mo- target dan lainnya. Untuk limbah nuklir direncanakan disimpan sementara di KH-IPSB3 atau di re-export ke negara pemasok bahan bakunya (uraniumnya). Untuk limbah nuklir bentuk padat berupa potongan-potongan pelat dan logam uranium (Mo-target), harus dimasukkan terlebih dulu ke dalam konteiner agar tidak mengkontaminasi kolam KH-I PSB3.

Penyimpanan material radioaktif sisa uji pasca iradiasi ini direncanakan menggunakan dua konteiner yang terdiri dari outerkonteiner dan inner konteiner. Penggunaan outer konteiner bertujuan untuk meminimalkan kontaminasi kolam KH- IPSB3 karena proses pengisian limbah dari material radioaktif di dalam hotcell yang tingkat kontaminasinya sangat tinggi.

Kriteria Disain terhadap disain dari outer konteiner yaitu sebagai berikut ini.

I. Outer Konteiner dapat menampung inner konteiner pelat dan Mo-target

2. Tenggelam di dalam air

3. Dapat ditangani di dalam hotcell dan di dalam air (KH-IPSB3)

282 ISSN 1410 - 8178 Antonio Gogo.

PROSIDING SEMINAR

PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKA T NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan

Yogyakarta, 28 Agustus 2008

[4, ha162]

4. Dapat mencegah kontaminasi dari material radioaktifyang disimpan ke kolam KH-IPSB3, yang ditunjukkan dengan kemampuan menahan tekanan hidrostatik minimal 1,5 x tekanan perancangan (tidak terjadi kebocoran sehingga dapat mencegah kontaminasi kolam penyimpanan).

5. Dapat ditumpuk satu sarna lainnya dengan stabil, untuk mengantisipasi penempatannya di dalam transport cask.

6. Diameter flensa 200 mm sarna dengan ukuran disain dari GCNF (German Consortium Nuclear Facility, kontraktor utama pembangunan IRM, dan PIEF-KAERI.

7. Menggunakan O-ring dari bahan viton (PIEF- KAERI, Reactor Fuel Examination Facility, Japan Atomic Energy Institution (RFEF- JAERI).

Makalah ini hendak menyajikan disain dari outer konteiner dimaksud, yang merupakan proses awal dari penanganan material radioaktif sisa uji pasca iradiasi di IRM dengan tujuan agar dapat disimpan dengan aman di kolam KH-IPSB3.

TAT A KERJA

Proses disain ini mengacu ke konteiner di PIEF-KAERI (Post Irradiation Examination Facility-Korea Atomic Energy Institution) dan kemampuan penanganannya di fasilitas hotcell IRM dan KH-IPSB3. Langkah awal yang dilakukan yaitu melakukan studi terhadap beberapa konteiner dengan fungsi yang sarna sebagai wadah limbah dari material radioaktif sisa uji pasca iradiasi dan yang disimpan di dalam air. Penentuan bentuk dan ukuran konteiner mengacu pada kemarnpuan handling di fasilitas IRM dan KH-IPSB3. Setelah itu dituangkan dalam bentuk gambar teknik yang lebih rinci dengan mempertimbangkan aspek engineering-nya termasuk kemudahan untuk dipabrikasi.

Perhitungan kekllatan hanya dilakukan pad a bagian yang kritis yaitu, pada penampang lifting lug serta sambungan lasnya. Pertimbangan utama yaitu, tegangan geser yang timbul akibat pembebanan harus lebih kecil dari tegangan geser ijin.

'w= 0,55sid 0,60o-w 'w=tegangan geser

o-w=tegangan tarik

Sedangkan pada tegangan pada sambungan las (0-)

menggunakan rumus sebagai berikut:

F

0-= _ (7. haL386J h.l

h=kaki las F=beban

I=panjang sambungan las

Perhitungan kekuatan baut mengacu tabel 8-1 PI (data ANSI B1.1-1974 dan BI8.3.1-1978) yaitu, tensile stress area (A I) pada bagian berulir pada tabel 8-1 PI untuk ulir metris M-IO untuk coarse pitch series untuk minor diameter area A I sebesar 52,3mm2•

PEMBAHASAN

Besar Tekanan

Outer konteiner akan ditempatkan di dalam kolarn IPS-B3 dengan kedalaman air 7 meter.

Kondisi beda tekanan (~P) pada kedalaman tersebut dengan permukaan air adalah sebagai berikut;

~p =^Ah [5, hai.3-38]

~p =1000kg/m3 x7m

=7000kgIm2=O,7kgIcm2

Besar tekanan absolut pada kedalaman 7 meter yaitu 1,7kglcm2 (25 psi), yang merupakan tekanan operasi (operating pressure). Tekanan perancangan (design pressure) lebih besar 30 psi atau 10% dari tekanan operasi [6, hailS], sehingga tekanan perancangan menjadi 1,87 kglcm2•

Maximum Allowable Pressure (MAP) pipa 5", STD, dengan corrosion allowance 1/16 inci (1,6 mm), sebesar 902 psig (61 atm atau 62 bar) (6. hal 1431.Dengan demikian MAP dari bahan utarna outer konteiner berupa pipa 5", SS-304 dan SchAO, sebesar 902 psig, dan masih jauh diatas 25 psi (tekanan operasi).

Tekanan perancangan 1,87 kglcm2::: 1,87 bar. Besaran tekanan uji [6, haU6) adalah 1,5 x MA WP (Maximum Allowable Working Pressure) atau tekanan perancangan x (stress value pada temperatur uji stress value pada design temperatur).

Karena temperatur relatif konstan selama penyimpanan, maka besar tekanan uji minimal sebesar 1,5 x tekanan perancangan =1,5 x 1,87 bar

= 2,8 bar.

Berat dalam Air

Prinsip hukum Archimedes yaitu sebuah benda apabila dicelupkan kedalam air mempunyai daya apung sebesar berat air yang dipindahkan. Bila berat benda yang dicelupkan lebih besar dari daya apung tersebut, maka akan tenggelam dan bila lebih ringan akan mengapung.

• Berat outer konteiner =31 kg

• Volume outer konteiner =0,01235 m3

• Daya apung =0,0 I235 m3 x 1000 kgl m3 = 12,35 kg

• Bera! outer konteiner di dalam air =31 kg- 12,35 kg= 18,65 kg (tenggelam)

Antonio Gogo. ISSN 1410 - 8178 ²⁸³

Gambar 1. Tumpukan Dua OuterKonteiner Dapat Diturnpuk Satu sarna Lainnya

Untuk penempatannya di dalam transport cask maka bent uk dari lifting Iligharus dapat masuk kebagian bawah dari aliter konteiner 9Gambar-l) dan allier konteiner harus tetap dapat diletakkan dalam posisi tegak.

:---T--- ,

j ; I

'~r>-~----*--~~"'"'~

';'/""';"A"~

" •••••• 4.0"••••••• '

"..,.."..

" ••••~ ••• ' ••••.•

""

a __

, . ,

I " ••• I

;,::::;;Jn~~::n :

O-ring

Untuk menjaga kebocoran atau

kontaminasi selama penyimpanan maka pada disain ini menggunakan a-ring dari bahan viton (PIEF- KAERI dan RFEF-JAERI). Penentuan dimensi dari alur a-ring pada flensa outer konteiner harus dillakukan dengan cennat, dan pennukaan bagian bawah dari tutup outer konteiner harus dikerjakan dengan kerataan pennukaan yang cennat dan dengan kekasaran permukaan 3,2 mikron.

Penentuan alur disesuaikan dengan diameter flensa serta a-ring viton yang tersedia di pasaran, yaitu no.95 dengan penampang 4,8 mm, diameter dalam

= 145 mm.

penanganan Outer Konteiner

Catatan: Ukuran dalam millmeter

[j]

P~I1d~"9anAlas

Hasil disain dari outer konteiner dapat dilihat pada Gambar-4, berbentuk tabung dari pipa 5", Sch. 40 dengan tinggi 810 mm dan tinggi total dari outer konteiner (tennasuk lifting lug) adalah 864 mm, diameter rata-rata bagian dalam yaitu 129 mm dan tinggi (untuk kapasitas isi) adalah 712 mm, sehingga volumenya 9,3 liter dan diameter flensa 200 mm. Berat kosong 31 kg, dan berat di dalam air 18,65 kg. Outer konteiner didisain untuk menampung satu inner konteiner pelat yang berbentuk kotak, dengan penampang 76 x 80 mm dan panjang total 696 mm[2] atau satu inner konteiner Mo-target yang berbentuk tabung dari pipa 4" dengan tinggi 700 mm[3].

Gambar 3. Handling Tools

HASIL DAN PEMBAHASAN

konteiner dengan pengelasan dan didisain untuk dua moda penanganan. Moda pertama dengan pengait (hook) yang dikaitkan ke lubang berdiameter 12 mm (gambar-2). Hal ini dapat digunakan di dalam hotcell 10 1 dengan menggunakan pengait yang digantungkan keincell crane.

Moda kedua dengan handling tools berbentuk seperti garpu yang diselipkan ke poros berdiameter 20 mm dan ditahan oleh bagian lifting lugyang berdiameter 52 mm, yang dapat digunakan untuk penanganan di KH-IPSB3 (gambar-3).

11 ~"'''""oo"~

~::::J¢J::::~ ~:::~_::~

I ;- I I I I

~~;:::~:::~~~

_{I ,I}

~~;:::~:::~~~ _'I

_I

I

I ..•.

^I

I __-;

I ..J.... .•...- I"";"'''

..:._--- o..tfl'KQnlelnc'

J.--

Bag Ian Atas Outer Konteiner

Bawah

I

. .1. _

Tutup Alas O-ring

Flensa

Gambar 2. Lifting Lug

Penanganan di dalam hotcell 101 mencakup mengangkatl menurunkan, pengisian inner konteiner pelat atau Mo-target dan menutup dengan pengencangan baut dengan kunci momen.

Penanganan di kanal hubung maupun di kolam KH- IPSB3 mencakup mengangkat dan menempatkan ke basket dari Material Transfer Unit dan ke rak.

Lifting Iligdari ouler konteiner disambung ke allier

Tabung Pipa S·

00141 rnrn

Tutup bawah

Gambar 4. GliterKonteiner[1J

e( u ~.

I

I

PROSIDING SEMINAR

PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKA T NUKLffi Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan

Yogyakarta, 28 Agustus 2008

4.

2.

3.

KESIMPULAN

I. Giller konteiner dapat menampung satu buah

inner konteiner pelat maupun satu buah inner konteiner Mo-target.

2. Material utama yaitu SS-304.

3. Ring viton digunakan sebagai seal.

4. Hasil disain dari outer konteiner dapat dilihat pada Gambar I, berbentuk tabung dari pipa 5", Sch. 40 dengan tinggi 810 mm dan tinggi total dari ouler konteiner (termasuk lifting lug) adalah 864 mm, berat sekitar 31 kg dan diameter flensa 200 mm.

5. Tekanan uji hidrostatik minimal sebesar 2,8 bar.

SARAN

Perlu dilakukan perhitungan yang lebih cermat mengenai momen yang dibutuhkan untuk pengencangan baut untuk mengatasi beban yang ada.

DAFTAR ACUAN

I. ANONIM, Dokumen Rancang Bangun Konteiner Sisa Bahan Uji Pasca Iradiasi, No.

DP .50.BO1.003, 2006

2. ANTONIO GOGO, Disain Inner Konteiner Pelat elemen Bakar Nuklir Teriradiasi, Prosiding Seminar Penelitian dan Pengelolaan Perangkat Nuklir, Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan, Yogyakarta, 5 September 2007

3. ANTONIO GOGO, Disain Konteiner Bagian Dalam Untuk Mo-target, Prosiding Seminar Pengelolaan Perangkat Nuklir, PTBN, ISSN

1978-9858, II September 2007

4. S. TlMOSHENKO, Strength of Materials, Part I, . Elementary Theory and Problems, Third Edition, Robert E. Krieger Publishing Company,

1976.

5. EUGENE A. AVALLONE, THEODORE BAUMEISTER III, Mark's Standard Handbook for Mechanical Engineers, Ninth Edition, McGraw-Hill Book Company, 1987, Table 6.2.19.

6. EUGI<:NE F.MEGYESY, Pressure Vessel Handbook, tenth Edition, Pressure Vessel Publishing, Inc., 1995.

7. JOSEPH EDWARD SHIGLEY, CHARLES R. MISCHKE, Mechanical Engineering Design, Fifth Edition, McGraw-Hili Book Company, 1989.

LAMPIRAN PERHITUNGAN

Penentuan beban

I. Berat outer konteiner 3 I kg.

Berat isi berupa inner konteiner pelat dan isinya: 10kgl5]

Berat isi berufa inner konteiner Mo-target dan isinya 12kgl6

Diambil yang terberat sehingga berat outer konteiner dan isinya, 31+ 12=43 kg. Untuk perhitungan kekuatan lifting lug, diambil berat total outer konteiner dan isinya sebesar 50 kg.

Pemeriksaan terhadap penampang yang paling kritis (terkecil).

I. Luas penampang kritis-I: 2 xl, 1 cm x I cm = 2,2cm2•

2. Diameter batang dari lifting lug 20 mm, sehingga luas penampangnya kritis-2 menjadi n/4 x22=3,14cm2

3. Dengan demikian penampang paling kritis yaitu dengan luas penampang 2,2 cm2

(penampang kritis-I ).

Catatan: Ukuran dalam mllimeter

Gambar 5. Penampang Kritis Lifting Lug Kekuatan bahan

I. Material SS-304 dengan tegangan tarik sebesar 586 Mpa[8]

2. 1kg/cm2 =98060 pa 586 Mpa=5976kg/cm2 3. Beban pada penampang kritis harus lebih kecil

atau sarna dengan hasil perkalian tegangan geser atau tegangan tarik yang terjadi dengan luas penampang kritis.

p ~

A^x'tw P=beban (kg)

A=luas penampang kritis

Tegangan geser hams lebih keci] dari tegangan tarik.

1:w= 0,55sid 0,600')7. haL62], 1:w= tegangan geser

O'w=tegangan tarik

Tegangan tarik yang terjadi terhadap penampang kritis-I

P ::;2,2x1:w

50 ::;2,2 x1:w

'w= 50I2,2 = 22,73kg/cm2 'w= 0,55sid 0,60O'w

O'w= 22,73/0,55 = 41,33kg/cm2 <<< 5976kg/cm2

Antonio Gogo. ISSN 1410 - 8178 ²⁸⁵

Sambungan Las Lifting Lug

Diameter sambungan las=2 em (gambar-5 dan 4)

F

() = - [7, ha1.386]

h.l

h=kaki las=0,15 em F = beban = 50 kg

I=panjang sambungan las=2 xTt X I=6,28 em

50

cr

= ---~- kg /

cm2

0,15x6,28

=53, I kg/em2 <<<5976 kg/em2 Kekuatan Baut M-10

Bahan baut 88-304 Jumlah baut = 4 buah

Beban pada tiap baut = 50 : 4 = 12,5 kg Luas area A I=52,3 mm2

Beban pada ulir

= 12,5 : 52,3

=0,24 kg/mm2

= 24 kg/em2<<<5976 kg/em2

TANYA JAWAB

Siamet Riyadi

~ Mengapa bahan yang digunakan dari 88-304?

~ Apa keunggulan 88-304 dari bahan 88 yang lainnya?

Antonio Gogo

~ Perancang mengacu Ire material yang sama yang digunakan di P1EF-KAERI (Post Irradiation Examination Facility - Korea

Atomic Energy Research Institute) dan RFEF- JAERI (Reactor Fuel Examination Facility - Japan Atomic Energy Research Ins/itute).

~ SS-304 merupakan baja nir-karat dan mudah diperoleh di pasaran.

Suhardi

~ Berapa berat kontainer dalam air?

~ Mohon penjelasan, biasanya isi = volume?

Antonio Gogo

~ Berat dalam air = 18,65 kg. Daya apung = volume air yang dipindahkan. Berat kontainer dihitung berdasarkan volume material dikalikan densitas SS-304. Berat dalam air = berat kontainer - daya apung. Volume air yang dipindahkan = volume outer (bagian

luar).

~ Yang dimaksud adalah kapasitas isi bagian dalam (9,3 liter).

Bambang G Susanto

~ Bagaimana asumsi menyangkut keselamatan kritikalitas dan radiasi pengion?

~ Data-data Karakteristik awal dari plat e,b dan Mo-target?

Antonio Gogo

~ Aspek keselamatan yang menyangkut kritikalitas mengacu Ire perhitungan kritikalitas di KH-IPSB3 yang telah dilakukan oleh staf PRSG. Hasil perhitungan aman (Keff<I,O).

~ Karakteristik pelat e,b dengan prediksi sampai dengan februari 2004 yang dihitung oleh staf PRSG. Dokumen tersebut merupakan lampiran dari dokumen re-eksport. Untuk Mo-target masih menggunakan data awal sebelum masuk teras reaktor.

286 ISSN 1410 - 8178 Antonio Gogo.