ANALISIS DAN PEMODELAN FILTER HEPA PADA SISTEM PEMURNIAN HELIUM RGTT200K

(1)

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah – Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2011 Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 19 Juli 2011

ANALISIS DAN PEMODELAN FILTER HEPA PADA SISTEM

PEMURNIAN HELIUM RGTT200K

Sriyono

Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir, BATAN

Gd. 80 Kawasan Puspiptek Serpong Tangerang Tlp 021-7560912, Fax 021-7560913

E-mail : zriyono@batan.go.id

ABSTRAK

ANALISIS DAN PEMODELAN FILTER HEPA PADA SISTEM PEMURNIAN HELIUM RGTT200K.

Tahapan pertama dari sistem pemurnian helium pada RGTT200K (Reaktor Berpendingin Gas Temperatur Tinggi 200 MWth Kogenerasi) adalah penyaringan pengotor helium berbentuk partikulat. Partikulat ini

adalah debu karbon dan radionuklida produk fisi. Kedua partikulat ini bercampur dalam pendingin dan harus dihilangkan. Penyaringan dilakukan menggunakan filter HEPA (High Efficiency Particulate Air). Filter HEPA akan menangkap debu karbon melalui mekanisme intersepsi, impaksi inersia, dan difusi. Tujuan pemodelan filter HEPA adalah untuk menentukan jumlah stage yang harus digunakan agar mendapatkan helium yang terbebas dari pengotor berbentuk partikulat. Metodologi yang digunakan dalam mendesain filter HEPA adalah dengan membuat flowsheet diagram, menentukan kebutuhan jumlah stage, kemudian menganalisis konsentrasi debu pada masukan dan keluaran berdasarkan efisiensi filter HEPA. Aliran masuk ke filter HEPA dibagi menjadi 3, dua aliran selalu beroperasi dan sebuah aliran stand by untuk digunakan pada saat perawatan atau kejadian aliran blockage. Agar filter HEPA berumur panjang maka aliran sebelum masuk filter didinginkan dengan cooler. Jumlah minimum stage pada setiap aliran adalah 2 buah, terdiri dari filter 0,5 µm (F1), dan 0,3 µm (F2). Kedua filter ini akan menangkap debu karbon melalui mekanisme impaksi inersia, intersepsi dan difusi sesuai karakteristik kinerja masing-masing filter. Dengan efisiensi 99,97% (F1) dan 99,99% (F2) maka dapat disimpulkan bahwa hampir seluruh debu karbon dalam aliran sistem purifikasi akan dibersihkan.

Kata kunci: pemodelan, filter, HEPA, debu, karbon, helium

ABSTRACT

ANALYSIS AND MODELLING HEPA FILTER OF RGTT200K HELIUM PURIFICATION SYSTEM.

The first stage of helium purification system is a helium impurities particulate filtering. Both particulates should be removed in helium coolant. This process is done by using HEPA filters (High Efficiency Particulate Air Filter). HEPA captures carbon dust and fission product particles by interception, inertia impaction and diffusion mechanism. By designing the number of HEPA filter stages require in the helium purification system, the coolant will be free from both particles. The methodology used in HEPA filters design is creating the flow sheet diagram, determining the number of stages need, and analysis dust concentration at the input and output. The main primary coolant divides into 3 parallel flows, two flows are in operation and one flow is standby. The standby flow is used during maintenance operation or flow blockage incident. Due to year life consideration the intake flow is cooled by cooler. The minimum number of stage in each flow is consisting 2 types of HEPA filters. The HEPA filters sizes are 0.5 µm (F1) and 0.3 µm (F2). Both filters will capture the carbon dust through inertia impaction, interception, and diffusion mechanism as well as each characteristic. Due to 99.97% (F1) and 99.99% HEPA filter efficiency, it can be concluded that almost all carbon dust in the purification system flow will be removed.

Key words: modeling, HEPA, filter, carbon dust, helium

PENDAHULUAN

GTT200K adalah Reaktor Berpendingin Gas

Temperatur Tinggi berdaya 200 MWth selain

menghasilkan listrik dapat pula untuk kogenerasi sebagai sumber panas dalam produksi hidrogen,

desalinasi, serta gasifikasi/liquifaksi batu bara[1].

RGTT200K menggunakan gas helium sebagai pendinginnya. Salah satu konsep desain sistem konversi energi RGTT200K adalah menggunakan

sistem konversi energi siklus tidak langsung (indirect

cycle). Ada 2 aliran pendingin yang dipisahkan oleh

steam generator dalam siklus ini, yaitu sisi primer adalah pendingin helium yang dipanaskan oleh teras, sedangkan sisi sekunder menggunakan air sebagai

pendinginnya. Steam yang dihasilkan oleh sisi

sekunder akan digunakan untuk menggerakkan turbin sehingga menghasilkan listrik. Kajian tentang sistem konversi energi siklus tidak langsung ini masih

dilakukan.[1,2]. Temperatur keluaran RGTT200K

adalah sekitar 950-1000°C, yang dapat digunakan

(2)

sebagai supplai energi untuk produksi hidrogen dan gasifikasi/liquifaksi batu bara.

RGTT200K didesain menggunakan bahan bakar

berbentuk pebble dengan diameter bola bahan bakar

6 cm. Bahan bakar pebble ini berintikan ribuan

kernel bahan bakar yang dilapisi TRISO (Tripple

Isotropic Carbon Coated). Tiga lapis itu adalah

lapisan buffer, lapisan pyrocarbon (PyC) dan lapisan

silikon karbida (SiC). Berdasarkan pengalaman pengoperasian RGTT didunia, desain RGTT yang

menggunakan bahan bakar pebble lebih banyak

menghasilkan debu daripada RGTT berbahan bakar prismatik. Debu karbon ini akan terbawa dalam

aliran sistem pendingin[1,3].

Dengan adanya sisi primer dengan aliran helium yang banyak mengandung debu karbon, maka pada sisi ini harus didesain sistem pemurnian yang mampu menghilangkan debu karbon tersebut. Salah satu tahapan proses pada sistem pemurnian helium adalah dengan penyaringan menggunakan filter HEPA (High Efficiency Particulate Air Filter). Agar didapatkan proses pengambilan debu yang efektif dan efisien sehingga didapatkan helium terbebas dari

debu, maka konfigurasi dan kebutuhan stage filter

HEPA harus ditentukan. Metodologi yang digunakan untuk mendesain konfigurasi filter HEPA adalah

dengan membuat flowsheet diagram, menentukan

kebutuhan jumlah stage, kemudian menganalisis

konsentrasi debu pada masukan dan keluaran filter HEPA. Tujuan pemodelan adalah mendapatkan

konfigurasi stage filter HEPA sehingga mampu

membersihkan sistem pendingin helium dari pengotor debu karbon dan radionuklida produk fisi. Karakteristik, konfigurasi, dan analisis dari filter HEPA yang digunakan akan dijelaskan secara lebih detil dalam makalah ini.

METODOLOGI

Metodologi yang digunakan dalam mendesain

kebutuhan stage filter HEPA adalah dengan

membuat flowsheet diagram, menentukan kebutuhan

jumlah stage, kemudian menganalisis konsentrasi

debu pada masukan dan keluaran filter HEPA.

Jumlah kebutuhan stage ditentukan berdasarkan pada

kuantitas/jumlah dan ukuran partikel debu yang masuk ke sistem pendingin. Data jumlah dan kuantitas ukuran partikel debu diperoleh dari beberapa literatur yang melaporkan berbagai pengalaman pengoperasian RGTT di dunia. Filter

HEPA yang digunakan adalah HV HEPA (High

Volume HEPA), terbuat dari bahan fiberglass, dengan kerangka aluminium tahan pada temperatur dan tekanan tinggi.

SUMBER-SUMBER DEBU KARBON

PADA RGTT

RGTT200K adalah reaktor nuklir yang menggunakan siklus tidak langsung dalam sistem

konversi energinya seperti halnya desain PBMR Afrika Selatan. Garis besar sistem konversi energi

RGTT200K seperti ditunjukkan pada Gambar 1[2].

Helium disirkulasi sebagai pendingin primer yang panasnya diambil oleh air pada sistem sekunder

melalui steam generator. Pada sistem primer, helium

mengalir mengambil panas dari teras dan bersinggungan langsung dengan bahan bakar.

Gambar 1. Sistem Konversi Siklus Tak Langsung RGTT200K [2]

Penanganan permasalahan debu pada pengoperasian RGTT sangatlah vital. Jumlah debu ini sangat bervariasi terutama sangat ditentukan oleh jenis bahan bakar yang digunakan. Berdasarkan pengalaman pengoperasiannya, pada RGTT berbahan

bakar pebble ditemukan jumlah debu yang lebih

banyak dibandingkan yang berbahan bakar prismatik. Sumber-sumber debu terutama dihasilkan dari: mekanisme gesekan antar bahan bakar, insersi batang

kendali (terjadi pada desain AVR, Germany),

dekomposisi kontaminasi minyak dalam pendingin, proses dekarburisasi paduan baja karena pelepasan debu karbon ke sistem pendingin akibat perbedaan konsentrasi karbon pada material pendingin dengan konsentrasi karbon yang terbawa pada aliran pendingin, debu grafit dari teras yang dihasilkan baik

dari pengisi (filler) untuk kemurnian tinggi grafit dan

pengikat (binder) grafit. Pengikat ini akan

mengakibatkan grafit yang digunakan kurang murni dan mempunyai sifat yang lebih reaktif. Berdasarkan

standar ASME 2007 AG-1, bahwa spesifikasi filler

dan binder untuk grafit nuclear grade ukuran

partikelnya antara 1,68-4 µm.

Ukuran debu yang dihasilkan oleh sumber-sumber penghasil debu di atas sangat bervariasi. Pada

umumnya ukuran ini mulai dari 0,1 µm sampai

dengan 1 µm. Ukuran debu > 1 mikron akan mudah

terpresipitasi/terendapkan dalam permukaan material, sedangkan ukuran yang lebih kecil akan terbawa dalam aliran. Debu karbon yang mengendap dalam permukaan material akan terakumulasi sesuai usia reaktor dan dengan temperatur dan tekanan yang tinggi maka sifatnya akan bertambah menjadi semakin keras.

Selain debu karbon, partikel pengotor pendingin helium adalah radionuklida produk fisi. Radionuklida ini terbawa dalam aliran pendingin bercampur dengan debu atau pengotor lain,

(3)

radionuklida-Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah – Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2011 Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

radionuklida ini dimungkinkan akan terdeposisi pada permukaan pipa/struktur melalui mekanisme sorpsi atau kondensasi.

FILTER HEPA DAN MEKANISME

PENYERAPAN PARTIKEL DEBU

Filter HEPA pada umumnya dibuat dari bahan

fiberglass yang disusun sebagai sebuah matras.

Diameter serat gelas (fiberglass) antara 0,2-0,5 µm.

Faktor utama yang mempengaruhi fungsi penangkapan sebuah HEPA adalah diameter serat,

ketebalan filter, kecepatan aliran permukaan (surface

velocity). Ruang udara antar serat filter HEPA lebih

besar dari 0,3 µm. Salah satu contoh filter HEPA tipe

HV (High Volume) HEPA ditunjukkan pada Gambar 2.[4,5]

Gambar 2. Desain HV (High Volume) HEPA [5,8]

Mekanisme penangkapan partikel pada filter HEPA sangat berbeda dengan mekanisme

penangkapan pada molecular sieve atau membran.

Selain partikel berukuran setara atau lebih besar dari porositas filter tertangkap, filter HEPA dimungkinkan menangkap partikel polutan yang lebih kecil dari ruang/celah antar serat. Partikel-partikel debu terjebak, dan melekat pada serat gelas

melalui kombinasi 3 mekanisme sebagai berikut: [5]

1. Proses intersepsi (interception), dimana gerakan

partikel mengikuti sebuah garis aliran arus udara yang datang sehingga partikel akan melekat di serat-serat gelas tersebut. Mekanisme proses intersepsi ini ditunjukkan oleh Gambar 3.

Gambar 3. Proses penangkapan debu oleh serat HEPA melalui mekanisme intersepsi

2. Proses tumbukan inersia (inertia impaction),

dimana partikel-partikel yang berukuran lebih

besar tidak dapat menghindari serat fiberglass

dan langsung bertabrakan dengan serat fiberglass

yang bergerak mengikuti contour aliran udara

yang datang. Partikel debu akan dipaksa secara langsung untuk menyatu dalam serat. Proses impaksi mudah terjadi pada gas berkecepatan tinggi. Mekanisme proses impaksi ditunjukkan oleh Gambar 4.

Gambar 4. Proses penangkapan debu oleh serat HEPA melalui mekanisme impaksi inersia

3. Proses difusi (diffusion), partikel-partikel debu

yang berukuran ≤0,1 µm akan saling

bertumbukan satu sama lain dalam aliran fluida

gas. Ketika memasuki serat fiberglass gerak

partikel kecil ini akan melambat dan tertunda didalam aliran celah, sehingga mengakibatkan

terdifusi dan melekat di serat fiberglass. Partikel

berukuran 0,1 µm setelah melambat didekat

serat, akhirnya tertangkap oleh serat melalui mekanisme intersepsi atau impaksi. Probabibilitas penangkapan partikel berukuran

0,1 µm sangat dipengaruhi oleh kecepatan aliran

gas. Proses difusi sangat baik untuk aliran dengan kecepatan yang rendah. Perilaku gerak partikel berukuran kecil ini mirip gerak Brown di dalam suatu koloida. Mekanisme proses difusi

pada serat fiberglass ditunjukkan pada Gambar

5.

Gambar 5. Proses penangkapan debu oleh serat HEPA melalui mekanisme difusi

Proses difusi akan didominasi oleh ukuran

partikel dibawah 0,1 µm. Sedangkan proses impaksi

dan intersepsi akan didominasi oleh ukuran partikel

diatas 0,3 µm. Efisiensi filter HEPA dapat ditentukan

(4)

100 1 (%) x C C Efisiensi upstream downstream         − = (1) dengan :

• Cdownstream adalah konsentrasi pengotor setelah

melewati filter HEPA

• Cupstream adalah konsentrasi pengotor sebelum

melewati filter HEPA

Hubungan diameter partikel dengan efisiensi filter HEPA berdasarkan pengalaman pengoperasiannya dapat dilihat pada Gambar 6.

Ukuran debu dibawah 0,1 µm mekanisme

penangkapan partikel adalah difusi, sedangkan untuk

ukuran partikel diatas 0,3 –0,5 µm melalui

mekanisme difusi dan intersepsi, diatas ukuran tersebut melalui mekanisme impaksi dan intersepsi.

Gambar 6. Hubungan Diameter Partikel dan Efisiensi filter HEPA[6]

KONDISI LINGKUNGAN YANG

MEMPERCEPAT KERUSAKAN

FILTER HEPA ADALAH ANTARA

LAIN

[5]

• Uap air, dengan tingkat humiditas tinggi

95-100%. Pada udara yang banyak mengandung air, akan mudah merusak filter HEPA melalui serangan korosi yang terjadi baik itu pada kerangka ataupun separator filter HEPA

• Tidak semua filter HEPA tahan temperatur tinggi,

ada filter tahan sampai temperatur 500°C, ada

juga sampai 200°C, bahkan ada yang dibawah

135°C. Pemilihan filter yang digunakan

tergantung kondisi udara yang akan dibersihkan,

sebaiknya temperatur dibuat serendah mungkin

dengan cooler agar masa pakai filter panjang.

• Panas api langsung atau konsentrasi partikulat

tinggi yang dihasilkan dari proses pembakaran, partikulat tinggi mengakibat tingkat kejenuhan yang tinggi.

• Tekanan tinggi berlebih dan tekanan mendadak

(shock pressures), serat fiberglass sebagai bahan utama filter HEPA akan cepat rusak jika dihantam oleh kekuatan/tekanan berlebih. Kerusakan ini akan mengakibat celah/ruang antar

fiberglass menjadi lebih longgar.

• Udara korosif yang dihasilkan dari penguapan

larutan asam atau kaustik basa, seperti asam sulfat, asam nitrat dan lain-lain. Asam ini akan merusak rangka separator filter yang terbuat dari

bahan aluminium anodized.

• Udara mengandung asam hydrofluoric (HF),

asam HF adalah asam yang sangat kuat, termasuk mudah sekali merusak bahan-bahan yang terbuat

dari gelas seperti fiberglass bahan utama filter

HEPA.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Desain sistem pemurnian helium pada RGTT200K mengacu pada berbagai pengalaman pengoperasian reaktor RGTT yang ada di dunia. Tahap pertama sistem pemurnian ini adalah filtrasi dengan filter HEPA. RGTT200K adalah reaktor gas

temperatur tinggi berbahan bakar berbentuk pebble.

Oleh karena itu debu karbon yang akan dihasilkan akan lebih banyak dibanding berbahan bakar prismatik. Pada Tabel 1, dijelaskan laporan jumlah debu karbon dari beberapa RGTT di dunia.

Apabila kita tinjau dari Tabel 1, daya reaktor yang mendekati RGTT200K adalah THTR-300 Germany, sehingga dalam perhitungan ini diasumsikan bahwa debu karbon yang akan dihasilkan pada RGTT200K adalah berkisar 30-100 kg/tahun. Nilai ini akan digunakan untuk menghitung efisiensi filter HEPA pada disain sistem purifikasi RGTT200K.

Flowsheet diagram desain filter HEPA pada sistem pemurnian helium RGTT200K ditunjukkan pada Gambar 7.

Tabel 1. Jenis reaktor dan debu karbon yang dihasilkan [4]

Nama Reaktor Jenis Bahan Bakar Jumlah debu karbon

AVR, Germany, Eksperimental Plant ,

(1967-1988)

Pebble 5 kg/tahun

(jika di-scaling up ke 400 MW setara dengan

43 kg/th) THTR-300, Germany, Demo

Plant, 1985-1989

Pebble 10 kg/th (jika di-scaling up ke 400 MW

setara dengan 100 kg/th) HTR-10, Cina,

Eksperimental, 2000-sekarang

Pebble 2,74 kg/tahun

(jika di-scaling up ke 400 MW setara dengan

(5)

Yogyakarta, 19 Juli 2011 P-1 E-1 E-2 E-3 E-4 E-5 E-6 E-7 P-2 P-3 P-6 P-7 P-8 OPERATION FLOW OPERATION FLOW STAND BY FLOW P-12 P-1 E-8 P-20 P-21 P-22 P-23 P-24 ALIRAN UTAMA F1 _F2 GCS1 GCS2 Ke Oksidator CuO HEATER COOLER F1 F2 F1 F2 Keterangan :

GCS1 = Gas Chromatografi Sensor Input GCS2 = Gas Chromatografi Sensor Output F1 = Filter HEPA 0,5 micron F2 = Filter HEPA 0,3 micron

V-1

V-2

P-13

P-14

V-3

Gambar 7. Flowsheet diagram desain filter HEPA pada RGTT200K

Aliran masuk ke sistem purifikasi berasal dari pemotongan/sudetan aliran utama sistem pendingin. Aliran ini berasal dari aliran utama setelah melewati

steam generator sehingga temperatur sudah menurun dari ±900°C menjadi sekitar ±300°C. Dengan daya

200MWth, aliran utama pendingin helium

diperkirakan mempunyai laju alir massa sebesar 120

kg/detik, tekanan 5 MPa, dan temperatur 300°C[1].

Tidak seluruh aliran utama dipurifikasi, tetapi hanya sekitar 10% yaitu sekitar 12 kg/detik. Dalam desain, aliran masuk purifikasi ini akan dibagi lagi menjadi 3 aliran paralel, yaitu 2 aliran selalu dioperasikan, dan

satu aliran sebagai aliran stand by. Aliran stand by

digunakan pada saat proses penggantian filter apabila

ada kejadian tak diinginkan seperti aliran blockage

karena filter terlalu dini mengalami kejenuhan. Masing-masing aliran ini akan memasuki tahapan filtrasi dengan menggunakan filter HEPA berkapasitas besar. Filter ini didesain tahan sampai

dengan temperatur 500°C. Masa pakai filter adalah 4

tahun apabila kondisi lingkungan adalah kondusif, tidak memicu terjadinya kerusakan seperti kelembaban tinggi, kandungan zat-zat asam, dan tekanan/temperatur berlebih. Namun demikian untuk memperpanjang usia filter maka dalam desain ini sebelum masuk proses filtrasi, aliran didinginkan

terlebih dahulu menggunakan cooler, sehingga

temperatur yang didapatkan sekitar 130°C (200°F)

sesuai standar ASME (American Society for

Mechanical Engineers) 2007 AG-1, Spesifikasi

HEPA Filter untuk Aplikasi Nuklir [7].

Konsentrasi debu karbon yang bercampur dengan produk fisi di dalam pendingin helium harus

serendah mungkin. Setiap aliran proses filtering

dengan HEPA, didesain dengan 2 stage. Stage 1 atau

F1 adalah filter HEPA dengan diameter fibrous 0,5

µm; dan stage kedua atau F2 adalah filter HEPA

diameter porositas 0,3 µm. Filter HEPA F1

digunakan untuk menahan/menangkap semua debu

karbon dengan ukuran 0,5 µm atau lebih melalui

mekanisme yang dominan adalah intersepsi atau

impaksi. Pada ukuran partikel ≥ 0,5 µm, partikel akan

masuk (intersepsi) atau menabrak langsung (impaksi)

dengan serat fiber sehingga melekat dipermukaannya

dan tertahan.

Sebagian kecil debu karbon yang masih lolos dari filter F1 akan disaring kembali oleh filter F2 dengan ukuran porositas yang lebih kecil yaitu 0,3

µm. Pada filter F2 ini mekanisme dalam menangkap

debu karbon adalah kombinasi intersepsi, impaksi dan difusi, tetapi yang paling dominan adalah intersepsi dan difusi, karena laju alir yang lebih lambat.

Berdasarkan standar ASME AG-1 2007,

efisiensi filter HEPA 0,5 µm adalah 99,97%,

sedangkan filter HEPA 0,3 adalah 99,99%. Dengan efisiensi sebesar ini, apabila dihitung maka sebagian besar debu karbon akan tertahan dalam filter, seperti ditunjukkan pada Tabel 2.

Berdasarkan perhitungan pada Tabel 2 diketahui bahwa setelah melalui filter F2 maka

konsentrasi debu karbon tinggal 5,14 x 10-12 kg/jam

(untuk nilai minimum dari kemungkinan debu karbon

dihasilkan teras) dan 1,71 x 10-11 kg/jam (untuk nilai

maksimum dari kemungkinan debu karbon dihasilkan teras). Dengan kata lain hampir semua debu karbon dalam pendingin akan terambil.

(6)

Tabel 2. Hasil perhitungan konsentrasi debu karbon pada desain filter HEPA

Konsentrasi debu pada aliran utama Konsentrasi debu masuk aliran purifikasi (10% aliran utama) Konsentrasi debu masuk dalam 1 aliran Konsentrasi debu keluaran Filter (F1) 0,5 µm (η=99,97%) Konsentrasi debu keluaran Filter (F2) 0,3 µm (η=99,99%) 30 kg/th = 0,0034 kg/jam (diasumsikan sama dengan konsentrasi minimal pada pendingin

THTR 300MWth, pebble bed) 3,42 x 10-4 kg/jam 1,71 x 10-4 kg/jam 5,14 x 10-8 kg/jam 5,14 x 10-12 kg/jam 100 kg/th = 0,0114 kg/jam (diasumsikan sama dengan konsentrasi maksimal pada pendingin

THTR 300MWth, pebble bed) 0,0011 kg/jam 5,71 x 10-4 kg/jam 1,71 x 10-7 kg/jam 1,71 x 10-11 kg/jam

Untuk memantau konsentrasi partikel debu, radionuklida atau gas-gas pengotor lain dalam aliran helium maka setiap saat keluaran dari filter HEPA ini akan dipantau menggunakan alat Gas Chromatografi. Sedangkan untuk memantau kemampuan filter debu karbon apakah masih layak digunakan atau tidak

maka digunakan perubahan tekanan (pressure drop)

pada aliran pendingin. Pada batas dimana nilai

pressure drop telah melewati nilai 25% maka filter dapat dinyatakan sudah tidak layak dipakai dan harus segera diganti.

Proses penggantian filter dilakukan dengan cara

menutup aliran dan mengalihkan ke aliran yang stand

by. Penggantian filter harus dilakukan secara hati-hati

karena debu karbon biasanya tercampur dengan radionuklida produk fisi yang memancarkan radiasi. Paparan radiasi yang diterima pekerja harus selalu dipantau sesuai ketentuan proteksi radiasi bagi pekerja. Filter debu yang telah diambil akan diolah sebagai limbah padat dengan aktivitas tinggi. Setelah filter diganti menjadi filter baru, maka aliran ini

berganti menjadi sebuah aliran stand by.

Filter HEPA seharusnya tidak dirubah secara rutin selama pemakaian, karena perlakuan ini dapat merusak fiberglass HEPA. Filter HEPA seharusnya diuji secara berkala (6 – 12 bulan) berdasarkan

jumlah pengukuran partikel, kebocoran (aerosol

challenge), kecepatan dan perbedaan tekanan pada media filter. Penggantian filter HEPA biasanya dipicu oleh tiga hal, yaitu : ketika sudah terlalu sering diperbaiki, ketika perbedaan tekanan naik seiring

dengan penurunan kecepatan (hal ini

mengindikasikan bahwa filter telah penuh dengan partikel) dan ketika perbedaan tekanan turun seiring dengan kenaikan kecepatan. Ini mengindikasikan filter telah rusak dan udara bergerak tanpa melewati filter. Kenaikan jumlah partikel mungkin terlihat atau mungkin juga tidak terlihat. Secara umum, kerusakan yang paling terjadi adalah ketika mereka sedang di

install, harus dipastikan HEPA filter diinstall oleh

orang yang tepat.

KESIMPULAN

Proses penyaringan partikulat menggunakan filter HEPA pada sistem pemurnian helium RGTT200K adalah merupakan proses pengambilan debu karbon dan radionuklida produk fisi. Aliran helium yang masuk ke filter HEPA mempunyai laju alir massa 12 kg/s yang merupakan 10% dari aliran utama pendingin RGTT200K. Aliran ini berasal dari didesain terbagi menjadi 3 aliran, yaitu 2 aliran selalu

beroperasi dan 1 aliran stand by. Aliran stand by

digunakan pada saat proses perawatan atau pada saat kejadian tak diinginkan ketika salah satu aliran

terjadi blockage. Setiap aliran terdiri dari 2 stage

filter yaitu F1 dengan porositas fiber 0,5 µm dan F2

dengan porositas fiber 0,3 µm. Pada filter pertama

akan menangkap debu berukuran 5 µm atau lebih

melalui mekanisme dominan adalah intersepsi dan impaksi, sedangkan filter kedua menangkap debu

berukuran kurang dari 0,4 µm melalui mekanisme

dominan adalah intersepsi dan difusi. Efisiensi filter HEPA yang digunakan F1 adalah 99,97% dan F2 adalah 99,99%. Berdasarkan hasil simulasi dengan asumsi konsentrasi debu karbon masuk aliran adalah

0,0114 kg/jam (nilai maksimum THTR-300 pebble

bed) maka konsentrasi debu karbon keluar filter F2

adalah 1,71 x 10-11 kg/jam. Dengan kata lain hampir

semua debu karbon dalam aliran sistem purifikasi akan terambil.

DAFTAR PUSTAKA

1. DHANDHANG P, M., “Desain Konseptual

Reaktor Daya Maju Kogenerasi Berbasis RGTT”, Prosiding Seminar TKPFN-16, ITS Surabaya, 2010

(7)

2. IAEA, “Pebble Bed Modular Reactor (PBMR)”,

Status Report for Advanced Nuclear Reactor Designs, Report 70, Vienna, Austria, 2010

3. GASTALDI, O., LIGER K., et.al.,”Helium

Purification”, 3rd International Topical Meeting

on High Temperature Reactor Technology, October 1-4, 2006, Johannesburg, South Africa

4. NATESAN K., A., PUROHIT, S.W. TAN,

“Material Behavior in HTGR Environments”, Argonne National Laboratory, NUREG/CR-6824 ANL-0237, (2003)

5. PORTACOUNT, “Mechanism of Filtration for

High efficiency Fibrous Filters”, Health and Safety Respirator Testing, Application Note ITL-041, TSI-INCORPORATED, Minnesota, USA, 2006

6. US Dept of Energy, “Specification for HEPA

Filters Used By DOE Contractors”, DOE Standard, DOE-STD-3020-97, Washington DC, USA, 1987

7. ASME AG-1, Section 15862S, “High Efficiency

Particulate Filtration: HEPA Filters Used In Nuclear Applications”, USA, 2007

8. NAFA (National Air Filter Association), “High

Volume HEPA Filter”, FILTRAIR, York, USA, 2008

TANYA JAWAB

Bangun Pribadi

− Mengapa harus ada 3 aliran dalam desain

filter HEPA?

Sriyono

• Desain pemurnian Helium RGTT

mengadopsi desain pemurnian HTR-10 China, dengan 3 aliran masuk filter, 2 aliran selatu beroperasi, dan satu aliran stand by.

Andy Sofrany

− Apa pentingnya sumber debu pada RGTT?

− Apakah filter HEPA mempunyai ketahanan

terhadap temperature tinggi mengingat

pendingin helium beroperasi pada >600⁰C.

Sriyono

• RGTT 200k didesain menggunakan bahan

bakar berbentuk pebble, dengan demikian sudah dipastikan akan menghasilkan debu. Debu tidak boleh mengotori pendingin karena menggunakan proses pengambilan panas.

• Filter HEPA ada yang didesain sampai

pada temperatur 500⁰C, tetapi dalam desain dipasang cooler sebelum masuk ke HEPA.