234 ISSN 0216 - 3128
Djaruddin Hasibuan, dkk,
EVALUASI
PEMBENTUKAN
GAS
DI
DALAM
TANGKI
TUNDA
(DELA Y CHAMBER)
RSG-GAS
Djaruddin Hasibuan
Pusbang Teknologi Reaklor Riset-BATAN Serpong. Setiyanto
Pusbang Teknologi Reaklor Riset-BATAN Serpong
ABSTRAK
EVALUASI PEMBENTUKAN GAS DI DALAM TANGKI TUNDA RSG-GAS·, Salah satu persoalan teknis yang masih muncul ketika RSG-GAS dioperasikan pada daya tinggi adalah penurunan teluznan pada sistem pendingin primer. Beberapa penelitian terdahulu mendapatkan bahwa penyebab penurunan tekanan tersebut berasal dari terkumpulnya udara dibagian atas kamar tunda. tetapi belum tahu dari mana udara tersebut berasal. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan sumber udara yang terjebak di dalam kamar tunda 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 reaktor beroperasi. tetapi pompa primer dioperasikan dengan kekuatan penuh. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa penururan tekanan pada sistem primer hanya tetjadi jika reaklor beroperasi, dan penurunan tersebut terus terjadi selama reaklor beroperasi. Hal tersebut menunjukkan bahwa kavitasi tidak terjadi di sepanjang pendingin primer. sedangkan radiolisis tetjadi di teras reaklor. Jadi penyebab akumulasi gas/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/the technical 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 research
concurred that this problem caused by the accumulation of the air or gas in the upper part of delay chamber, but the source of these ga.f still not defined yet. It was predicted that the gas accumulation were come from cavitations or radiolysis phenomena. To solve this problem. the research was reali;:ed by investigating of the pressure in the primary cooling system, with or without reactor operation. The investigation without reactor operation related to the cavitations phenomena. while investigation in reactor power will get some information related to the effect radiolysis in water. The results obtained show that the pressure decreasing in the primary cooling system was only occurred
i/
the reactor is operateel. ItCII/1 hecone/uded that the cavitations not occur in the primary cooling system; So the air accumulation has make water decreasing in the delay chamber came from the radiolysis in the reactor core
Key words: RSG-GAS reactor, primary cooling system
PENDAHULUAN
Berdasarkan
selama pengoperasianhasil pengamatanRSG-GAS,yang dilakukanditemukan adanya persoalan teknis ketika reaktor dioperasikan pad a daya tinggi. Persoalan tersebut adalah me-nurunnya permukaan air pada bagian atas tangki tunda yang mengakibatkan terjadinya penurunan tekanan pada inlet pompa primer sampai batas keselamatan yang diijinkan (-0,15 Bar)!I] yang dapat mengakibatkan reaktor scram, Beberapa peneliti terdahulu mengatakan bahwa hal ini diakibatkan adanya akumulasi udara di bagian atas tangki tunda(delay chamber) secara terus menerus (continue)
sehingga udara menekan permukaan air dan
mengakibatkan penurunan permukaan air di bagian atas permukaan tangki tunda tersebut,[2] Namun demikian, asal usul udara terjebak terse but belum dapat diungkapkan dengan pasti. Secara hipotesis, akumulasi udara di bagian atas tangki tunda tersebut dapat disebabkan oleh dua kemungkinan yaitu:
I)
Rugi-rugi head pressure sepanjang sisi hisap pompa yang sangat besar, sehingga tekanan pada sisi hisap pompa lebih rendah dari tekanan saturasi uap air di sekitamya dan mengakibatkan terjadinya penguapan air sepanjang sisi hisap dan terperangkap pada bagian atas tangki tunda yang biasa disebut dengan kavitasi.2)
Proses ionisasi atau proses aktivasi yang mengakibatkan terjadinya pemben-tukan gas N-16 dari proses radiolisisH20.
Prosiding PPI - PDIPTN 2006
Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
Djaruddin Hasibuan, dkk. ISSN 0216 - 3128 235
Dari persamaan di atas terlihat bahwil kavitasi darat terjadi jika tinggi tekan hisap lehih kecil dari tekanan uap air setempat.
.Proses Ionisas~ dan Aktivasi
Proses ionisasi air terjadi sebagai akibat interaksi radiasi pada air dengan reaksi-reaksi utama dari radikal bebas sebagai yang ditunjukkan pada persamaan (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;re
total ekivalen pad a sumbu pompa dikurangi dengan tekanan uapnya. Head pressure suction ini dapa! dilenlukan dengan persamaan berikutlJl
Untuk mengetahui secara pasti sumber pembentukan udara tangki tunda ini, maka kegiatan ini perlu dilanjutkan. Berdasarkan hipotesis di atas, maka dilakukan dengan berdasarkan perubahan tekanan pada sistem pendingm ~. :;7:~r dalam dua kondisi berbeda, masing-masing: Pertama, peng-amatan pada kondisi reaktor tak beroperasi tetapi pendingin primer diperasikan dengan kemampuan maksimum (2 pompa). Hal ini diharapkan dapat diperoleh data yang berkaitan dengan kemungkinan terjadinya kavitasi pada pendingin primer. Kedua, pengamatan pada kondisi reaktor dioperasikan, yang diharapkan dapat diperoleh data yang berkaitan dengan proses radiolisis (ionisasi dan aktivasi). Dengan melakukan evaluasi dari kedua percobaan ini akan dapat diketahui sumber pembentukan udara yang terakumulasi pada bagian atas tangki tunda.
TEORI
Terbentuknya gas yang terperangkap di dalam tangki tunda, diperkirakan disebabkan oleh beberapa faktor yang diuraikan sebagai berikut.
Pengaruh Kavitasi· Terhadap Pembentukan
Gas
Kavitasi adalah suatu fcnonema pembcnlukan gelembung-gelembung uap sebagai akibat penurunan tekanan disembarang titik di dalam pompa hingga lebih rendah daTi tekanan uap pada temperatur cairannya. Jika di sembarang titik, tempat terjadinya penurunan tekanan tersebut di dalam pompa berada pada 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 pad a permukaan cairan dari mana pompa melakukan penghisapan.
= PI
r
atau 144pi 62,34gs , dimana p=
tekanan [psi].
tinggi permukaan cairan dalam [ft] di atas atau di bawah sumbu impeller.
Tinggi tekan yang diakibatkan oleh tekanan uap cairan pada temperatur cairan, lihat Tabel 1.
Tinggi tekan yang hilang akibat gesekan dan turbulensi antara permukaan cairan sampai pada flens pompa.
Tabell. Tekanan uap, bobot spesifik, dan gravitasi spesifik.IJI Temperatur GravitasiBobot spesifikTekanan uap
(>F)
(>C)
(Lb. perpsiBarspesifikre)
70 21,1110,3630,0250,99962,27 80 26,6660,5070,0350,99862,19 90 32,2220,6980,0500,99662,11 100 37,7770,9490,0680,99562,00 110 43,3331,2750,0860,99361,84 120 48,8881,6920,1150,99061,73 130 54,4442,2230,151:>,98761,53 140 60,0002,8890,1960,98561,39 150 65,554,7410,3220,98261,19 160 71,115,9920,4070,97861,01 170 76,667,5100,5100,97560,79 180 82,229,3390,6350,97260,57Prosldlng PPI • PDIPTN 2006
Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
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 lain yang dapat menghasilkan gas pada saat reaktor beroperasi, yaitu proses interaksi neutron dengan oksigen atau nitrogen terlarut yang dapat menghasilkan N16, seperti diperlihatkan pada
persamaan reaksi berikut:
40 Ar
+
Ino ~ 41Ar+
r
Gas produk radiolisis ini akan terangkut oleh aliran air pendingin menuju tangki tunda, dan pada saat memasuki tangki tunda terjadi ekspansi. Gas-gas ini bergerak ke atas dan melepaskan diri dari aliran air pendingin terkumpul pada bagian atas tangki tunda. Jika akumulasi udara ini sudah semakin banyak, maka akan membentuk suatu rongga udara, yang volume dan tekanannya akan semakin naik dan menekan air pendingin di dalam tangki tunda. Hal ini akan mengakibatkan penurunan permukaan air di dalam tangki tunda (terdesak) dan mengakibatkan penurunan head pressure pada sisi hisap pompa primer.
METODA PENELITIAN
Untuk menentukan penyebab terbentuknya gas di bagian atas tangki tunda, telah dilakukan kegiatan pengamatan terpisah yang meliputi.
lL
Pengamatan kemungkinan
terjadinyaka-vitasi.
Pengamatan dilakukan dengan mengamati perubahan tekanan pada pipa hisap suction pipe) dan perubahan tekanan pad a bagian atas tangki tunda. Untuk memisahkan kemungkinan adanya pengaruh radiolisis, pengamatan tersebut dilakukan dengan mengoperasikan 2 unit pompa pendingin (APOI dan AP03) dalam keadaan reaktor tidak beroperasi. Dengan reaktor tidak dioperasikan, proses radiolisis untuk sementara tidak terjadi, sehingga jika diperoleh adanya perubahan tekanan pada sisi hisap, maka penyebabnya adalah hanya dari proses kavitasi.
b. Peitgamatan kemungkinan terjadinya
ra-dio/isis.
Berbeda dengan penelitian tentang kavitasi, pengamatan . perubahan tekanan yang diduga dari proses radiolisis, pengamatan memerlukan kondisi reaktor harus bervariasi pada daya menengah atau tinggi (15 MW - 20 MW). Pengamatan perubahan tekanan pada sisi hisap sebagai fungsi waktu operasi akan menunjukkan ada tidaknya proses radiolisis. Gabungan hasil kedua langkah di atas akan memberikan jawab-an atas faktor-faktor penyebab timbulnya udara di bagian atas kamar tunda tersebut. Gambar I menunjukkan diagram sistem pendingin primer reaktor RSG-GAS, sebagai gambaran kemung-kinan ditelusurinya tempat-tempat yang rawan untuk terjadi kavitasi atau radiolisis,!SJ
--.
KoIAm
, •• IdOl"
. +13,5 . +12.5
Gambar I. Sistem pendingin primer RSG-GAS.
Prosiding PPI • PDIPTN 2006
Pustek 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 dengan kekuatan penuh.
c. Untuk mendapatkan hasil yang baik, peng-operasian pompa dan pengamatan perubahan tekanan yang terjadi pada pipa hisap dalakukan selama 25 jam.
d. Perubahan tekanan diamati melalui alat pengukur tekanan yang sudah tersedia pad a pipa hisap pompa primer (CP 811) dan pengukur tekanan pada ujung pipa venting kamar tunda.
Pengamatan Kemungkinan Terjadinya Radio/isis
a. Reaktor dioperasikan pada daya 15 MW-20MW. b. Pompa pendingin primer dioperasikan dengan
kekuatan penuh.
c. Perubahan tekanan diamati melalui alat pengukur tekanan pada pipa hisap pompa primer (CP 811) dan pengukur tekanan pada ujung pipa pembuangan atau venting kamar tunda.
d. Untuk mendapatkan hasil yang baik, pengamatan perubahan tekanan pada pipa hisap pompa pendingin primer dilakukan dengan mengikuti siklus operasi.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Pengamatan Kemungkinan
Terjadinya
. Kavitasi
Hasil pengamatan terhadap kemungkinan terjadinya kavitasi, tidak menunjukkan adanya perubahan tekanan pada alat pengukur tekanan pada pipa hisap pompa primer (CP811) dan alat p(;;ngukur tekanan pada ujung pipa pembuangan kamar tunda. Hal ini berarti bahwa tidak terjadi pembentukan gas (udara) sebagai akibat terjadinya kavitasi, atau dengan kata lain tidak terjadi gejala kavitasi.
Secara teoritis, hal tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut: .
Tekanan pada sisi hisap pompa (CP 811) sebelum pompa dioperasikan ten.:atat I, 15 bar. Setelah 2 unit pompa primer dioperasikan, tekanan turun menjadi 0,28 bar, berarti hilang tekanan sepanjang sisi hisap pompa (HL)
=
0,87 bar. Tekanan yang terbaca pada CP 811 merupakan tekanan terukur(gauge), maka tekanan absolutnya harus ditambah
dengan tekanan atmosfir, menjadi Hp
=
1,277 bar. Hal ini menunjukkan bahwa tekanan absolut pada sisi hisap pompa lebih bes~.r dari tekarian saturasi uap absolut setempat sebesar 0,995 bar, sehingga proses penguapan tidak dimungkinkan terjadi. Hal tersebut memperkuat hasil pengamatan yang diperoleh bahwa pembentukan gas di dalam tangki tunda tidak dipengaruhi oleh kavitasi.Pengamatan Kemungkinan
Terjadinya
Ra-diolisis
Hasil pengamatan tekanan sebagai hasil kemungkinan terjadinya radiolisis disajikan pada Tabel 2 dan Gambar 2.
Tabel2. Hasil pengamatan tekanan CP 811.
Daya reaktor: 20 MW
Tekanan pada ujung pipa venting: 0 bar, konstan selama pengamatan
Peri ode pengamatan: 29 Jutisid 17 Agustus 2005
Tanggal Tekanan· rata-rataTekanan rata-rataTanggal pengamatan
pada CP 811 (Bar)pada CP 811 (bar)pengamatan 29-07-2005 0,280 08-08-20050,200 30-07-2005 0,252 09~08-20050,195 31-07-2005 0,243 10-08-20050,195 01-08-2005 0,241 11-08-20050,180 02-08-2005 0,231 12-08-20050,176 03-08-2005 0,221 13-08-20050,174 04-08-2005 0,220 14-08-20050,171 05-08-2005 0,215 15-08-20050,166 06-08-2005 0,205 16-08-20050,163 - 07-08-2005 17-08-2005v,2100,159
Proslding PPI • PDIPTN 2006
Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Jull 2006
0.35 0.30 0.25 •....• ('1:1•.. ~ 0.20 -I
~
...
.-.t~
...••.
---.- -('1:1 0.15••
ii
•... 0.10 0.05 0.00 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 a Tabel 2 dan Gambar 2, terlihat adanya perubahan tinggi tekan terukur pad a bagian sisi hisap pompa primer. Hal ini berarti bahwa pada awal (hari pertama) pengoperasian reaktor, tinggi tekan pada sisi hisap pompa masih normal seperti pada peng-amatan tanpa reaktor beroperasi, yaitu 0,28 bar (Tabel 2).
Perubahan tekanan nampak, dimana tekanan mulai turun. Walaupun perubahan itu sangat kecil (0,03 bar), mimun hal ini merupakan indikator adanya gangguan tekanan. Karena pada percobaan pertama telah diperoleh hasil bahwa tidak terjadi kavitasi, maka penurunan tekanan tersebut merupakan tanda awal adanya radiolisis yang menghasilkan udara (gas).
Hasil pengamatan selanjutnya menunjukkan adanya kecenderungan penurunan tekanan yang terus menerus, hingga pad a hari ke 20, tekanan pada sisi hisap pompa tinggal 0,159 bar. Hal ini berarti bahwa proses pembentukan gas radiolisis berlangsung terus menerus sebagai fungsi operasi reaktor, gas terbawa dan terjebak di. bagian atas tangki tunda, sehingga menekan permukaan air tangki tunda. Turunnya permukaan air pada tangki tunda akan mengurangi tekanan statis di sepanjang pipa primer, yang akhirnya juga tercatat pad a indicator CP 811 di sisi hisap pompa.
Gambar 3 menggambarkan akumlliasi lldara dan arah tekanannya di dalam tangki tunda.
8
o
N
N
t t I , •• I I , , I , I I I'\y \y \y \y \y \y
\II \V\y
\II,~---I I I .•.- - - •..- - - - -1- _ .•.• .. Air .• .• .•
Gambar 3. Posisi udara dan air di dalam tangki tunda.
Prosldlng PPI - PDIPTN 2006
Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
Djaruddin Hasibuan, dkk. ISSN 0216-3128 239
KESIMPULAN
Dari uraian-uraian yang dikemukakan di atas dapat disimpulkan bahwa:
Kavitasi tidak terjadi di sepanjang sistem pen-dingin primer RSG-GAS, dan bukan merupakan penyebab terjadinya penurunan tekanan pada sistem pendingin primer.
Serdasarkan hipotesis dan hasil pengamatan yang diperoleh, dapat disimpulkan bahwa gangguan penurunan tekanan pada sistem primer RSG-GAS disebabkan 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 MPR 3D-GAS Primary Cooling Sistem Using
Atrecs-" Code,
PNC-Oarui Engineering Center, 1995. 3. GENI RINA SUNARYO, E/fec/ Radiation OnWater, Diktat kuliah pada National Training Course On Water Chemistry, Serpong 2004.
4. AUSTIN H. CHURCH, dan ZULKIFLI
HARAHAP, Pompa dan Blower Sentrifugal,
Penerbit Erlangga, Jakarta 1990.
5. Aninimous, Technical Drawing of General Arangement Reactor and Fuel Storage Pools,
Tangki tunda With Internal , No. Ident: TRR.KK.O 1.04.63.03, Rev.9.
Prosiding PPI • PDIPTN 2006
Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
