EVALUASI PENGELOLAAN KIMIA AIR PENDING IN PRIMER REAKTOR KARTINI,REAKTOR TRIGA 2000DAN. REAKTOR G.A. SIWABESSY Sumijanto ABSTRAK

Prosiding Presenlasi Hmiah Teknologi Keselamalan NlIklir VIII ISSN No. 1410-0533

EVALUASI PENGELOLAAN KIMIA AIR PENDING IN PRIMER REAKTOR KARTINI, REAKTOR TRIGA2000DAN

REAKTOR G.A. SIWABESSY Sumijanto ABSTRAK

EVALUASI PENGELOLAAN KIMIA AIR PENDINGIN PRIMER REAKTOR KARTINI, REAKTOR TRiGA 2000 DAN REAKTOR G.A. SIWABESSY. Telah dilakukan evaluasi terhadap pengelolaan kimia air pendingin primer reaktor riset BATAN. Evaluasi didasarkan atas data pengelolaan kimia air pendingin primer yang diperoleh melalui survei pada masing masing reaktor. Tujuan dari evaluasi ini adalah untuk penilaian apakah penanganan kimia air pendingin primer telah memadai sehingga dapat menghasilkan motu air pendingin primer yang memenuhi persyaratan keselamatan operasi yang diharapkan. Dari basil survei yang dilakukan ditemukan adanya beberapa kekurangan dalam pengelolaan kimia air pendingin primer yang diantaranya adalah : a).Sistem purifikasi air pendingin primer dioperasikan saat reaktor operasi sedangkan saat reaktor tidak operasi sering tidak dioperasikan, b).Dalam air pendingin primer reaktor Triga 2000 kandungan Si melampaui batas yang diijinkan, c).Beberapa parameter kimia air belum digunakan sebagai indikator motu air pendingin primer seperti cr, Si , oksigen daD logam berat seperti Co, Cd dB , d).Analisis unsur kelumit dalam air pendingin primer reaktor G.A. Siwabessy tidak dilakukan karena kemampuan alat hanya sampai tingkat ppm saja sedangkan persyaratan dalam LAK mencapai tingkat ppb. Dari evaluasi data tersebut daD dengan mengacu parameter operasi kimia air pendingin primer reaktor riset EWA 10 MW disimpulkan bahwa untuk dapat memperoleh motu air pendingin primer yang lebih baik dari kondisi sekarang maka pengelolaan kimia air pendingin primer reaktor riset BATAN perlu ditingkatkan.

ABSTRACT

EVALUATION OF PRIMARY COOLANT WATER CHEMISTRY MANAGEMENT ON KARTINI, TRIGA 2000 AND GA SIWABESSY REACTOR. The evaluation primary coolant water chemistry management on BATAN research reactor has been done. The evaluation based on primary coolant water chemistry management data, through survey on each reactor. The aim of this evaluation is to evaluate what ever primary coolant water chemistry management was reach the good condition that could product quality of primary water coolant which meet safety operation requirement. From survey result was done at found any missing on primary coolant water chemistry management such as a). Purification system in conditions un operation during reactor shutdown. b). Si content inprimary coolant afTriga 2000 reactor greater than specification limit. c). Several water chemistry parameter not yet as indication of primary coolant water chemistry such as cr, Si, Oxygen and heavy metal such as Cu, Cd etc. The trace analysis in primary water coolant ofGA Siwabessy reactor not yet implemented because limited apparatus capacity with the unity in ppm but by safety analysis report should be reads unity inppb. From by data evaluation and to revere to primary coolant water chemistry operation parameter of 10 MW EWA reactor could summarized that to reach the better primary coolant water quality from recent condition so the management of primary coolant water chemistry of BATAN research reactor must be improved

PENDAHULUAN

Air pendingin primer reaktor riset berfungsi untuk mengambil panas basil reaksi fisi dari teras yang selanjutnya dibuang kelingkungan melalui pendingin sekunder dan pendingin tersier. Secara ideal air pendingin primer harns terbebas dari berbagai spesi agresif sehingga dalam operasinya tidak akan menimbulkam masalah integritas struktur daD peningkatan paparan radiasi. Akan tetapi pada

kenyataannya air sulit untuk terbebas seratus persen dari spesi agresif meskipun telah dilakukan upaya pemumian air dengan menggunakan resin penukar ion. Disamping hal tersebut dalam teras reaktor, air pendingin primer akan menerima radiasi sinar pengion bertenaga tinggi sehingga bisa terjadi ionisasi daD pemutusan ikatan air yang akan menghasilkan radikal bebas, hidrogen, hidrogen peroksida daD oksigen dimana spesi tersebut

Prosiding Presentasi I/miah Teknologi Keselamatan Nuklir VIII ISSN No. 1410-0533

merupakan spesi agresif yang dapat memicu proses korosi. Kondisi lingkungan teras reaktor juga mempunyai kontribusi terhadap kemurnian air pendingin primer. Adanya spesi agresif dalam air jelas akan berdampak negatifterhadap keselamatan serta umur operasi reaktor. Salah satu upaya untuk menekan permasalahan akibat dari air reaktor tersebut adalah dengan cara melakukan pengelolaan daD penanganan air reaktor sebaik mungkin sehingga air reaktor selalu mempunyai tingkat kemumian tinggi baik dalam keadaan reaktor beroperasi ataupun tidak operasi. Apabila pengelolaan serta penanganan air pendingin primer reaktor tidak optimal maka dapat dipastikan cepat atau lambat operasi reaktor akan terganggu sehingga menimbulkan berbagai kerugian.

Dalam makalah ini akan dibahas tentang pelaksanaan pengelolaan kimia air pendingin primer reaktor Kartini, reaktor Triga2000daD reaktor G.A. Siwabessy untuk mengetahui apakah pengelolaan air pendingin primer tersebut sudah cukup baik sehingga spesi agresif didalamnya sudah minimal daD tidak akan.

menimbulkan masalah yang signifikan dalam operasi reaktor.

TINJAUAN PUST AKA

Pengalaman tentang teknologi air daD proteksi korosi dalam sistem pendingin primer yang diperoleh selama 25 tahun operasi dari reaktor riset EWA daD 6 tabun operasi dari reaktor riset MARIA merupakan suatu hal dapat digunakan sebagai acuan dalam melakukan evaluasi terhadap pengelolaan kimia air reaktor BATAN.

Reaktor EWA merupakan salah satu reaktor riset tipe kolam yang beroperasi dengan

daya 10 MW (pada awalnya beroperasi pada daya 2 MW selanjutnya ditingkatkan menjadi 8 MW daD akhirnya 10 MW), sedangkan reaktor MARIA adalah reaktor riset sejenis yang beroperasi dengan daya 30 MW (reaktor ini mempunyai kapasitas daya nominal sebesar 68 MW). Kedua reaktor tersebut dibangun di Polandia yang dirancang untuk tujuan penelitian dan komersial seperti investigasi fisika dalam kanal horisontal, penelitian material daD irradiasi spesimen. Reaktor EWA mulai beroperasi tahun 1958 sedangkan reaktor MARIA mulai beroperasi tahun 1976.

Kedua reaktor tersebut menggunakan standar bahan bakar dispersi UO2dalam logam aluminium dengan kelongsong aluminium.

Tingkat pengkayaan bahan bakar reaktor EWA adalah 36% 235U daD dalam reaktor MARlA adalah 80% 235U.

Dispersi logam boron digunakan sebagai elemen keDdaH, tetapi air adalah sebagai pendingin daD moderator utamanya, batang berilium juga digunakan sebagai moderator.

Pada reaktor MARIA batang grafit dengan kelongsong aluminium digunakan sebagai retlektor netron.

Material-material tahan kimia seperti Titanium steel jenis Cr-Ni (analog dengan steel jenis AISI 304 atau AISI 316) daD paduan aluminium berkekuatan tinggi jenis PA-2 (AI- Mg-Mn), PAR-I (AI-Mg-Si), daD SAW-l (AI- Mg-Si) telah digunakan pada kedua reaktor, tetapi dalam reaktor EWA material yang digunakan lebih homogen dibanding dengan reaktor MARIA. Oleh karenanya material reaktor MARIA lebih berpotensi terhadap korosi karena metal yang heterogen akan membentuk sel galvanik. Sifat proteksi yang

Serpong, 26 don 27 Pebruari 2003 10

Prosiding Presentasi Ilmiah Teknologi Kesekimatan Nuklir VIII ISSN No. 1410-0533

baik dari lapisan oksida clan kesetabilannya pada kondisi operasi, memungkinkan untuk mencegah korosi galvanik dalam kedua reaktor.

Air Pendingin I)rimer.

Pada kedua reaktor sebagai media pendingin primer digunakan air dengan tingkat kemurnian .tinggi. Parameter kimia air pendingin primer seperti ditunjukan pada Tabel

I.

Tabell . Parameter Kimia Air Pendingin Primer Reaktor EWA Dan MARlA.(I)

Dalam operasinya mutu dari air pendingin primer diijinkan sedikit ada penyimpangan dari harga parametertersebut, akan tetapi untuk air umpannya harus dijaga tepat dengan parameter tersebut.

Proteksi korosi

Ada dua cara yang digunakan untuk proteksi korosi yaitu pertama dilakukan perlindungan awal terhadap keseluruhan

ko~truksi clan kedua menggunakan berbagai metoda pencegahan yang cocok selama reaktor operasi. Dari cara pertama, seluruh permukaan material yang dibasahi oleh air pendingin primer pada awaInya dilakukan pasivasi (tetapi untuk reaktor MARIA pasivasi hanya dilakukan terhadap material kanal bahan bakar saja).

Lapisan oksida yang diperoleh dengan cara ini mempunyai sifat perlindungan korosi yang sangat baik. Dengan diperolehnya ketahanan

Parameter Batasan Nilai yang diijinkan Unit

pH 5.5 - 6.5

Konduktivitas Listrik 0.2 - 1.5 _JlS/cm

Padatan Terlarut (TDS) ^I

-

3 ppm (mg / dm3)

Impuritas:

CI 10

-

60 ppb (Jl g / dm3)

Fe 10

-

¹⁵ _ppb

Sia2 0,5- 2.0 _ppm

Be 25 - 50 ppb

Cu 5 - 10 _ppb

Ni 7 - IO ppb

Cd 0.2-0.5 ppb

Zn 10 - 30 ppb

Mn 10 - 20 ppb

Hg < 0.1 ppb

Prosiding Presentasi Ilmiah Teknologi Keselamatan Nuklir VIII /SSN No. /4/0-0533

korosi tersebut maka reaktor EWA dapat beroperasi selama 25 taboo tanpa memerlukan penggantian bagian utama dari sirkuit primer serta kerusakan secara elektrokomia juga tidak teramati. Namun pada kondisi ini pitting ringan masih terjadi tetapi secara sporadis. Kandungan ion khlorida clan beberapa ion logam berat dalam air pendingin primer inilah yang menyebabkan timbulnya pitting ringan secara sporadis tersebut. Reaktor MARlA hanya dioperasikan untuk perioda waktu yang cukup pendek guna evaluasi kualitas lapisan pelindung. Teramatinya beberapa kerusakan korosi dalam reaktor MARlA (seperti adanya kerusakan rakitan pada elemen aluminium yang tidak dianodisasi karena permasalahan teknologi memberikan petunjuk bahwa adanya lapisan oksida pelindung pada material yang dibasahi air pendingin primer sangat menentukan terhadap ketahanan korosi.

TATAKERJA

Untuk memperoleh data tentang pengelolaan kimia air pendingin primer dilakukan survei pada reaktor Kartini Yogyakarta, Triga 2000 Bandung clan RSG GAS Serpong dengan melakukan wawancara tentang pengelolaan kimia air pendingin primer dengan para operator ataupun penanggung

jawab operasi reaktor. Materi wawancara meliputi sebagai berikut :

.

Diskripsi clan pengoperasian sistem pemurnian air pendingin primer.

.

^Pengamatan parameter kualitas aIr (macam unsur kelumit, metoda clan perioda waktu analisasisnya).

.

Fasilitas laboratorium kimia clan SDM untuk mendukung analisis kualitas air.

.

Penanganan lingkungan teras reaktor.

HASIL DAN PEMBAHAN

Sistem purifikasi air pendingin prImer untuk ketiga reaktor riset BATAN (Kartini, Triga 2000 clan G.A.Siwabessy) kesemuanya digunakan teknik mix bed yaitu menggunakan campuran resin penukar kation clan resin penukar anion yang berada dalam satu kolom.

Hal ini memang sangat menguntungkan karena teknik ini mampu menurunkan konsentrasi ion sampai 99 % terutama untuk rentang konsentrasi unsur kelumit dalam air yang telah cukup rendah.

Pengamatan parameter kualitas kimia air pending in primer untuk ketiga reaktor serta persyaratan parameter kimia air pendingin primer reaktor EWA seperti ditunjukan pada Tabel 2.

Serpong, 26 don 27 Pebruari 2003 12

Prosiding Presentasi IImiah Tekn%gi Kese/amatan Nuklir VIlI ISSN No. 14/0-0533

Tabel2. Parameter Kimia Air Reaktor Kartini, Triga 2000 daDEWA,(I-4)

Pada reaktor Kartini pemantauan. harian kondisi kimia air dilakukan melalui pengukuran konduktivitas listrik air dengan batasan maksimal 3.0 JiS/cm daD pH antara 6 sid 6,5 kondisi ini telah memenuhi persyaratan LAK.

Analisis unsur kelumit dilakukan tiga bulan sekali terhadap unsur : Na,Mg,Ca,Si,Fe, Cr, Mn daD Ca kondisi ini juga telah memenuhi persyaratan LAK, catalan untuk spesi CI tidak dianalisis karena memang tidak dipersyaratkan dalam LAK. Masalah pengoperasian sistem

purifikasi air pendinginprimer, pada mulanya tidak dioperasikan jika reaktor tidak beroperasi.

Untuk memperoleh kondisi kualitas air yang dipersyaratkan maka sehari sebelum reaktor dioperasikan sistem purifikasi dijalankan dolo sampai diperoleh kondisi kimia air yang memenuhi persyaratan. Hal tersebut bila ditinjau dati persyaratan operasi memang dapat diterima, akan tetapi bila ditinjau dati keberadaan air yang berkualitas rendah sempat terjadi dalam kolam (saat reaktor tak beroperasi

No. Parameter Kartini Triga 2000 RSG GAS EWA

(LAK)

l. pH 5.5 -6.5 6.0 - 6.5 5.8-7.0 5.5 - 6.5

2. Kond.listrik 0.5 -2.1 < 8.0 0.2 - 1.5

(JiS/cm)

3. TDS (ppm)

- - - _1-3

4. _Ca(ppm) 0.06 ttd - -

5. Mg(ppm)

^{0.014 < 0.1}

- -

6. Si(ppm)

^{0.21 2.2 - 7.5}

-

_{0.5 - 2.0}

(SiO2)

7. Na (ppm) 0.09 < 0.1 0.0232

-

8. Fe (ppm) 0.014 < 0.25

-

_0.01-0.015

9. Cr (ppm) 0.003 < 0.01

- -

10. Mn(ppm) 0.004 < 0.1 -

0.010-0.020

11. AI (ppm)

- - _0.0115 -

12. Cu(ppm) - - _0.0209

0.005-0.010

13.

_{Ni (ppm)}

- - -

0.007-0.010

14. _Zn(ppm) - - -

0.010-0.030

15. Cd (ppm)

- - -

0.0002-0.0005

16. Be (ppm)

- - -

0.025-0.050

17. CI(ppm) - -

_0.0049 0.010-0.060

18. S04 (ppm)

- - _0.0528 -

Prosiding Presentasi Ilmiah Tekn%gi Kese/amatan Nuklir VIII ISSN No. 14/0-0533

/ sistem purifikasi juga tidak beroperasi) hal ini tidak dapat diterima karena pada saat itulah telah terjadi proses degradasi struktur material reaktor akibat berinteraksi dengan air. Terlebih bahwa ion khlorida dalam air tidak dimonitor sehingga tidak tabu berapa konsentrasinya, serta material utama sistem primer ini adalah aluminium yangjelas sangat rentan terhadap ion khlorida. Untuk reaktor Triga 2000 clan RSG GAS ion khlorida ini juga belum mendapatkan perhatian dalam persyaratan kualitas kimia air pendingin primer meskipun pada RSG GAS telah tercantum dalam LAK tetapi karena keterbatasan sarana analisis maka monitoring ion khlorida ini tidak dilakukan. Untuk spesi lain analisis unsur kelumit yang dipersyaratkan dalam LAK RSG GAS juga tidak dilakukan karena keterbatasan kemampuan sarana laboratorium yang dimiliki RSG GAS hal ini juga perIn mendapat perhatian dalam hal peningkatannya. Jika dibandingkan dengan reaktor EWA clanMARlA dimana ion khlorida dalam air pendingin primer dibatasi pada rentang konsentrasi sangat rendah yaitu 10 sampai dengan 60 ppb clanjuga spesi lain yang relatif lebih ketat dibanding reaktor BATAN, ternyata reaktor EWA dapat beroperasi sampai 25 tahun tanpa gangguan yang berarti tetapi reaktor MARlA hanya beroperasi selama 6 tahun sudah ada gangguan korosi. Perbedaan antara reaktor EWA clan MARIA tersebut disebabkan bahwa pada reaktor EWA dilakukan pasivasi untuk seluruh material sistem primer sedangkan pada reaktor MARlA hanya sebagian saja sehingga material pada reaktor MARlA lebih hiterogen dibanding reaktor EWA.

Kondisi pasivasi terhadap seluruh material sistem primer inilah yang juga menjadi

pertanyaan dalam reaktor BATAN apakah dengan persyaratan kualitas kimia air pendingin primer yang cukup sederhana seperti tercantum dalam LAK masing-masing reaktor dapat menjamin keandalan dan keselamatan operasi reaktor sampai umur desainnya atau bahkan lebih. Dalam hal ini jelas jika diharapkan reaktor BATAN untuk dioperasikan lebih lama lagi maka pengelolaan kimia air pendingin primer serta penanganan material yang dibasahinya perIn ditingkatkan clan sebagai acuannya adalah reaktor EWA yang merupakan reaktor riset yang mirip dengan reaktor riset BATAN.

Khusus untuk reaktor Triga 2000, ternyata dari basil survei diketahui adanya silikat dalam air pendingin primer yang melebihi konsentrasi yang dipersyaratkan yaitu mencapai lebih dari 10 ppm Si (persyaratan LAK maksimal 1 ppm)

.

Kondisi ini telah ditanganni melalui penggantian resin pada sistem purifikasi clan hasilnya bahwa konsentrasi Si dapat turun dalam jangka waktu tidak lama, tetapi selamjutnya konsentrasi Si naik kembali diatas 10 ppm. Banyak kemungkinan yang dapat meningkatkan konsentrasi Si dalam air diantaranya adalah sebagai berikut :

.

Dari lingkungan yaitu berupa debu yang masuk dalam kolam (karena ventilasi kurang baik).

.

Dari tempat penyimpanan air bebas mineral yang terbuat dari fiber glass.

.

Dari produk korosi tangki kolam reaktor (dimana material adalah paduan aluminium dengan Si ).

.

^{Dari resin itu sediri (dari resin}

pembuatan air bebas mineral atau sistem purifikasi).

Serpong, 26 dan 27 Pebruari 2003 14

Prosiding Presentasi IImiah Teknologi Keselamatan Nuklir VIII ISSN No. 1410-0533

.

Kapasitas tukar resin terhadap Si yang terbatas.

.

Silikat basil interaksi Al dengan netron dalam teras e' Al + In === 28Si + Y).(5)

.

Dan lain-lain.

Dari berbagai kemungkinan tersebut perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk memastikan penyebab meningkatnya kandungan Si dalam air reaktor yang dominan sehingga dapat ditentukan langkah solusi yang tepat untuk menekan Si.

Dari fasilitas laboratorium analisis kimia air, untukreaktorKartiniclanTriga2000sudah balk sedangkan untuk RSG GAS masih kurang clan sampai sekarang belum teratasi. Oleh karena itu disaran kan bahwa fasilitas laboratorium analisis kimia air di RSG GAS segera dilengkapi mengingat reaktor ini dalah terbesar di Indonesia bahkan di ASIA tenggara, atau dilakukan kerja sarna dengan P3IB yang relatif mempunyai sarana laboratorium lembih komplit.

Mengenai penanganan lingkungan disekitar teras reaktor, untuk RSG GAS sangat balk , tetapi untuk reaktor Kartini clan Triga 2000 masih perlu ditingkatkan hat ini terlihat masih banyak bebu yang melekat disekitar teras reaktor sebagai akibat daTisistem ventilasi yang belum memadai.

KESIMPULAN

Dari basil evaluasi pengelolaan kimia air pendingin primer reaktor Kartini, reaktor Triga 200 clan reaktor G.A Siwabessy, dengan mengacu parameter operasi kimia air pendingin

primer reaktor riset EWA disimpulkan bahwa untuk dapat memperoleh mutu air pendingin primer yang lebih balk dari kondisi sekarang maka pengelolaan kimia air pendingin primer reaktor riset BATAN perlu ditingkatkan melalui sebagai berikut :

I. Pengoperasian sistem purifikasi air pendingin primer reaktor BATAN perlu dilakukan secara terus menerus baik reaktor beroperasi atau tidak beroperasi untuk menjaga kualitas air selalu dalam rentang yang diijinkan.

2. Konsentrasi ion khlorida clan ion logam berat dalam air pendingin primer perlu dianalisis untuk mengetahui apakah konsentrasinya melebihi ambang batas apa tidak.

3. Peningkatan kandungan silikat dalam air pendingin primer perlu dicari penyebabnya.

4. Fasilitas laboratorium analisis kimia air di RSG GAS perlu dikembangkan untu memenuhi kebutuhan analisis kimia air.

DAFf AR PUST AKA

1. J.W BIALAS Experience with water technology and corrosion protection in the cooling system of nuclear reactors in Poland. Proceedings series water chemistry and corrosion problems in nuclear pwer plant. lAEA.SM 264/33 1982.

2. LAK reaktor G.A Siwabessy.

3. LAK reaktorTriga 2000.

4. LAK reaktor Kartini.

5. PUDll UNTORO, Laporan Teknis Divisi Ilmu Bahan Dan Metalurgi Fisik, BATAN, 2000.