Prosiding Seminar Hasi! Penelitian P2TRRTahun 2003

!SSN 0854-5278

PREP ARASI NODALISASI UNTUK SIMULASI TRANSIENSISTEM PENDING IN MODA SATU JALUR RSG-GAS

Sukmanto Dibyo, Susyadi, Tagor MS, Darwis IsnaeniPusat Pengembangan Teknologi Reaktor Riset -BATAN

ABSTRAKPREPARASI NODALISASI UNTUK SIMULASI TRANSIEN SISTEM PENDINGINMODA SATU JALUR RSG-GAS. Sistem pendingin merupakan komponen penting diRSG-GAS. Telah disiapkan pemodelan untuk melaksanakan simulasi kondisi transien sistempendingin RSG-GAS. Untuk mengilustrasikan kondisi ini, digunakan paket komputerRELAP5.MOD3 dengan menggunakan Inputfile yang telah acta.Input ini memuat data-datakinetika, termal, hidraulika clan geometri jaringan sistem pendingin. Perubahan clanpengurangan jumlah nodalisasi telah dilakukan untuk penyederhanaan daD juga prosesrunning. Kelayakan basil pemodelan ini dilakukan dengan cara menentukan initial conditionpada input data sedemikian rupa sehingga kondisi steady-state sesuai dengan basil analisissistem pendingin moda 1jalur RSG-GAS. Parameter yang diamati adalah suhu-suhu transiensistem pendingin reaktor setelah terjadi penurunan laju alir pada pendingin sekunder sebagaifungsi waktu. Parameter ini dapat diminta (requested) pactakartu inputMinor Edit Requests.Proses simulasi dikerjakan pada daya awal steady-state 15 MW menggunakan I jalurpendingin di mana laju alir pendingin primer 430 kg/detik clan sekunder 550 kg/detik.Transien aliran pendingin sekunder disimulasi karena pompa sekunder mati. Akibatnya, suhupendingin primer naik mencapai nilai RPS (batang kendali jatuh). Reaktifitas batang kendalinegatif mengakibatkan daya reaktor turun. Karakteristik pola perubahan suhu pendinginprimer maupun sekunder berhasil diketahui. Hasil simulasi menunjukkan kenaikan suhupendingin primer mencapai nilai proteksi pad a detik tertentu sejak kondisi suhu inisiasi.Akibat reaktor padam maka pola gerakan suhu lambat laUDbergerak turun.

Kata kunci : Preparasi Nodalisasi, Transien, Moda Pendingin Satu Jalur.

ABSTRACTNODALIZATION PREPARATION FOR THE TRANSIENT SIMULATION OFCOOLING SYSTEM FOR ONE LINE MODE OF RSG-GAS. Cooling system isimportant component in RSG-GAS. To carry out the transient simulation of one line-coolingmode, the model of RSG-GAS has been prepared. To illustrate the transient condition, theRELAP5.MOD3 computer code the existing input files were used. This Input consist ofkinetic, thermal, hydraulic and geometries data. Modification and decrement of number ofnodalization has been done to simplification as well as running time. The reasonable resultof model is arranged to determine the initial condition of input data therefore steady statecondition have agreement to the analysis result of one line cooling mode of RSG-GAS.Parameter investigated are transient temperatures of cooling system after decreasing ofsecondary cooling system occur as function of time. These parameters can be requestedusing input of Minor Edit Request Simulation is conducted at the reactor power of 15 MWsteady-state for one-line cooling mode in which the primary and secondary cooling of 430kg/sec and 550 kg/sec respectively. Decreasing of secondary cooling flow is caused by pumptrip. As a consequence, the control rod drop due to reactor protection system. The negativereactivity of control rod causes decreasing of reactor power. Change of pattern for theprimary and secondary cooling system can be known. After that simulation depicts thatincreasing of temperatures occur at the certain moment since initiation temperatureconditions, due to reactor shut down, curve inclined move going down.

Keywords: Nodalization Preparation, Transient, One line Cooling Mode.

95

ISSN 0854-5278

PENDAHULUAN

Sistem pendingin reaktormerupakan komponen renting diRSG-GAS, oleh karena itu pengkajiankarakteristik keselamatan reaktorsangat renting seiring denganpersyaratan keselamatan yangdiharapkan pacta berbagai pihak.Untuk mendapatkan keyakinantentang keselamatan pengoperasianreaktor RSG-GAS, perlu kiranyadilakukan suatu analisis terhadapsistem pendingin reaktor. Kondisitransien adalah kondisi yang tidakmantap yang dapat disebabkan olehadanya gangguan sistem pendingin.Gangguan dapat disebabkan olehketidak seimbangan antara energi yangdibangkitkan dan pembuangannya.Sistem keselamatan reaktor akanmembuat reaktor berhenti padasaat/detik tertentu [I] Denganmemanfaatkan paket programkomputer yang ada, maka melaluisimulasi dapat diketahui respon akibatgangguan yang muncul. Pemanfaatanpaket program komputer untuksimulasi merupakan upaya analisisyang tepat dan efisien. Program-program Komputer yang acta sepertiRELAP5.MOD3 dapat membantumenyelesaikan masalah ini.

Parameter-parameter karakteris-tik yang dikaji sebagai fungsi waktu,disimulasikan di mana kondisi operasitransien terjadi pacta "moda pendinginsatu jalur RSG-GAS" Diasumsikanreaktor pacta daya 15 MW terjadikegagalan sistem pendingin sekunder.Akibatnya suhu pendingin primer kereaktor naik terjadilah scram batangkendali oleh sistem proteksi suhupendingin masuk ke teras. Meskipunterjadi scram, masih acta fenomenakenaikan suhu pendingin primer akibatpembuangan kalor sisa. Pembangkitanenergi kalor peluruhan daTi reaktorsecara bertahap lepas ke permukaan

Preparasi Nodalisasi.. ...Sukmanto Dibyo, dkk

kolam reaktor atau mengalir melaluipendingin secara konvektif. Dari keadaantransien tersebut, reaktor terproteksi olehjatuhnya batang kendali namun untukmendapatkan keyakinan tentangkeselamatan reaktor perlu analisis yangdilakukan dengan cara simulasi.

Berdasarkan latar belakang terse butdi atas maka dalam analisis ini dilakukan

preparasi input data untuk simulasimeggunakan paket RELAP5.MOD3, yanghasilnya diharapkan dapat mengetahui polasuhu yang terjadi pacta air pendinginprimer dan pola suhu transien pendinginsekunder. Dari hasil tersebut diharapkanpacta langkah berikutnya dapatmenganalisis kondisi operasi transiendengan daya mula-mula steady-state 15MW moda pendingin satujalur.

DESKRIPSI PAKET PROGRAM [2]

RELAP5.MOD3 adalah paketprogram komputer daTi generasi RELAPyang digunakan secara luas untukmelakukan simulasi analisis steady-statemaupun transien pacta suatu sistemhidraulika reaktor berpendingin air ringan.Paket program ini dikembangkan daTimodel nodalisasi~junction multi-regionyang terdiri daTi bagian hidrodinamika,bagian struktur kalor dan kinetika reaktor.Bagian hidrodinamika merupakan bagianutama yang dapat mensimulasikankomponen pipa, percabangan, pompa katupdan sebagainya. Struktur kalor terdapatpacta komponen pembangkit kalor maupunbagian yang terjadi perpindahan kalor,bagian ini dihubungkan dengan volumehidrodinamika. Bagian kinetika reaktordapat digunakan untuk mewakili kelakukandaya reaktor berdasarkan pendekatankinetika titik. Data reaktivitas batangkendali, reaktifitas umpan balik pacta terasreaktor sangat berperan dalampembangkitan daya reaktor.

Volume komponen hidrodinamikadiselesaikan dengan persamaan satudimensi untuk fluida tung gal maupun

96

Pro siding Seminar Hasil Penelitian P2TRRTahun 2003

aliran dua rasa air-uap air, persamaandasar terdiri daTipersamaan kekekalanmassa, momentum clanenergi. Kondisialiran duetrasa didasarkan pada modelnonhomogenous. Secara umum,RELAP5.MOD3 dapat melakukansimulasi gelagat sistem temohidraulikayang beroperasi pada tekanan hinggatekanan saturasi air.

PREP ARASI PEMODELAN

Input data yang dipakai untukpreparasi pemodelan yaitumemanfaatkan model yang sudah ada[2,3] Dalam melakukan simulasi

transien diperlukan suatu modelnodalisasi untuk seluruh komponenpada jaringan sistem pendingin reaktoryang mencakup kolam clan terasreaktor, pemipaan, kamar lunda,katup, pompa, penukar kalor dsb.Reaktor (RSG-GAS) berbentuk kolamterbuka yang memuat teras clan airsebagai moderator metoponpendinginan teras. Transfer kalorterjadi pada teras reaktor, alai penukarkalor clan penguapan di permukaan

...11/\ :

Kamar tunda

ISSN 0854-5278

kolam reaktor. Pembuangan kalor olehmenara pendingin direpresentasikandengan menggunakan fasilitas tmdpvol(time-dependent volume component) yangmenetapkan kondisi operasi pada besarantertentu. Sistem pendingin primer clansekunder masing-masing beroperasi I buahpompa clan dilengkapi dengan katup,percabangan, kamar lunda clan penukarkalor. Data geometri di setiap komponen

harus diin~utkan untuk pelaksanaansimulasi [1,3,]. Model kamar lunda dapatdisederhanakan yaitu hanya dimodelkanoleh sebuah pipet yang memiliki lintasanclan besaran friksi yang cukup berartisehingga mendekati kondisi yang realistis.Gambar 1 menunjukkan NodalisasiJaringan Sistem Pendingin RSG-GAS yangtelah dibuat sebelumnya[4,6) , kemudiandalam modifikasi Model nodalisasi

dilakukan penggabungan beberapanodalisasi untuk penyederhanaan (Gambar2). Penggabungan ini tidak mempengaruhibasil keluaran. Nodalisasi Domer 440 clan

450 menjadi Domer 444 pada bagian kamarlunda Domer 415 clan 416 menjadi Domer456. Adapun kutipan data inputnyadisampaikan pada halaman lampiran..- ~I 056 I

. ~1 os<; I"

~~O3~, ~~ Pompa

oft

Penuka..(,Qlnr

~

KOLAM

Pomna

Gambar 1.Nodalisasi Jaringan Sistem Pendingin Primer RSG-GAS pada RELAP5

97

ISSN 0854-5278

10.1

Preparasi Nodalisasi.....

Sukmanto Dibyo, dkk

...' I 421

O"m

.,.1 .11.1117

Gambar 2. Modifikasi Pemodelan

Model jaringan pendingin RSG-GAS disusun menjadi kelompokkomponen volume, junction, katup clanstruktur kalor. Model ini mengacupada kaidah yang berlaku sebagaiinput RELAP5.

ASUMSI-ASUMSI

Asumsi clan Pendekatan yang berlakudalam simulasi moda satu jalur iniadalah sebagai berikut:. Pengabaian adanya pelepasan

kalor (heat loss) disepanjangkomponen pipa, sehingga dindingpipa tidak dimodelkan sebagaistruktur panas (heat structure).

. Mula-mula reaktor beroperasi padadaya steady-state 15 MW.

. Reaktor scram hanya disebabkanoleh sistem proteksi suhupendingin primer.

. Sistem proteksi terhadappenurunan laju alir tidak bekerja.

. Aliran pendingin sekunder turunkarena pompa sekunder tidakbekerja.

RUNNING

Sebelum

berlangsung,

Proses

dikerjakanRunningbeberapa

langkah yang menyangkut pemahamansistern yang akan disimulasikan. Berikutini hal yang perlu diketahui [5],. Nodalisasi yang disiapkan cukup

representatif untuk menjaminkonvergensi numerik.

. Menggunakan nodalisasi lebih banyakdi daerah yang gradientennodinamikanya besar, yakni diTeras clan di Penukar Kalor.. Nodalisasi lebih sedikit

(disederhanakan) di daerah yangdiharapkan tetap satu rase,

. Junctions terletak pada batas sistembelokan, perubahan area clankemiringan.

. Jumlah nodalisasi keseluruhandiminimalkan untuk memungkinkanperhitungan sensitivitas.. Nodalisasi yang ada, tidak meniadakanfenomena renting.

Proses inisiasi RUNNING adalah

memperoleh kondisi steady state sebelummelakukan perhitungan transien. Kondisitersebut dikarakterisasikan oleh nilai yangdiinginkan seperti daya, laju alir, suhuinle~ ketinggian air maupun tekanan. Inputyang, dimasukkan menyangkut kondisiinisiasi untuk semua volume (tekanan,suhu <Ian sebagainya), junctions (laju alii),

98

Prosiding Seminar Hasil Penelitian P2TRRTahun 2003

ISSN 0854-5278

heat structures (suhu), kinetika reaktor(daya), control variables daB logictrips.

Untuk heat structure, data inputdirnasukkan suhu inisiasi dekat suhu

air daB kondisi batas ditetapkan

dengan time dependent volume daBjunctions, daya, kecepatan pompa daBsebagainya.

Berikut ini adalah kelengkapan fileyang hams disiapkan untuk runningRELAP5 padafolder yang sarna:

Relap5.exe

Tpfh20

Inputrsg.i

Spread l.exe[ RELAP5 striprsg.i

Run.bat

strip.bat

Gambar 3. Data input untuk RUNNING

Prosedur RUNNING RELAP5 dapat digambarkan sebagai berikut:

Input.. Steady State

RELAP5 Code

.. ..

I Steady State Output I 'SteadYStateRstplt 'I ~itransientinput I~I RELAP5Code I

I

Transient Rstplt

transient output . Plot byMicrosoftEXCEL

StriPff~

Gambar 4. Prosedur Running RELAP5

99

Strip inputI .1 RELAP5 Code I

I .I Stripoutput I I Stripf 1-1 Spreadl H

ISSN 0854-5278

SKENARIO TRANSIEN RSG-GAS

Dari sistem pendingin RSG-GAS,dibutuhkan data-data kinetika, termal,hidraulika daD geometri untukpembuatan input file [2]. Dari modelini, selanjutnya analisis kondisitransien maupun steady-state dapatdisimulasikan oleh RELAP5. Mula-mula RSG-GAS disimulasikanberoperasi pacta kondisi steady-statedaya reaktor 15 MW di manadigunakan moda pendingin satu jalur(jalur 1 pendingin primer daDsekunder tidak digunakan). Tiba-tibapompa sekunder tidak bekerja.Akibatnya air pendingin sekunderberangsur-angsur turun sebagai fungsiwaktu (cause down flow) Sementara

Preparasi Nodalisasi.....Sukmanto Dibyo, dkk

itu air pendingin primer masih tetapbekerja sebagaimana ditunjukkan pactagambar 5. Simulasi penurunan laju alirpendingin sekunder menggunakanpendekatan laju alir berkurang sebagaifungsi waktu yang mana disebabkan olehputusnya power supply pompa pendinginsekunder. Sedangkan pendingin primertetap bekerja pacta moda satu jalur denganlaju konstan 450 kg/detik. Trip reaktordisebabkan oleh tercapainya suhupendingin menuju reaktor 42°C ( RPSuntuk single failure) dan respon batangkendali dengan delay time 0,5 detik [I] .Gambar 5 menunjukkan bahwa laju alirpacta pompa (primer dan sekunder) yangdimatikan mendekati 0 kg/detik. Kejadiantransien dimulai sejak penurunan lajualiran sekunder.

600---.----_.

500 ,......

400~a;"0

~ 300c.~ro

200

100

050 70

.,..........

.,. . . .. . .. .. .. .. ..

90 110waktu detik

1501I

130

Gambar 5. Laju Aliran Sistem Pendingin Primer Dan Sekunder

Kondisi steady-state telah disesuaikan dengan basil analisis sistem pendingin moda 1jalur RSG-GAS dan kondisi tersebut adalah sebagai berikut :.:. Daya reaktor : 15 MW..:. Aliran Pendingin primer : 430 kg/detik.:. Aliran pendingin sekunder : 550 kg/detik.:. Suhu Pendingin primer ke teras: 41,6 °c.:. Suhu Pendingin primer daTiteras: 47,4 °c.:. Suhu Pendingin sekunder daTimenara pendingin: 36,2°C.:. Suhu Pendingin sekunder ke menara pendingin : 40,3°C

100

Prosiding Seminar Hasil Penelitian P2TRRTahun 2003

HASIL SIMULASI

Hasil-hasil simulasi transienkegagalan pendingin sekunder modasatu jalur telah dikerjakan sampai rota

ISSN 0854-5278

kurva suhu-suhu pendingin sudah tidakmenunjukkan kenaikan suhu lagi sehinggatidak memberikan arti dari sisi pandangaspek keselamatan.

48~ ~ ~ ~--

47

46

i() 45 "n n n n n n' - --- - n

~.J::

,~- (/) 44

43

42

41 -

50 150 200

-- --- --- ~~--- ----------------

100

-1,iII

- - - -- -- -- n.. - n- -.- -.- - - - --1

n n n n n n u n n --- --1

I_n_n_nnn_uu_-_nn-1

!n ___un d---1

In..1

_n_unnu_u

n UUn.-_--

250 300 350w aktu detik

500 550400 450

Gambar 6. Kurva Suhu Pendingin Primer

~~~ ~IIiI

I

I

I

200waktu detik

Gambar 7. Kurva Transien Daya Reaktor

Hasil simulasi yang ditinjau adalahsuhu-suhu pendingin primer clansekunder reaktor. Penetapan kondisisteady-state ini sangat renting karenasimulasi steady-state yang realistisdengan data operasi yang sesuai harusdiperoleh. Langkah simulasi transienyang diinginkan dapat dilakukan.Gambar-gambar di alas menunjukkankeadaan kondisi suhu pendingin

20

S 15 ~.n_dn

~

- n - - n n-

...0

~ 10 ~n_un

~co

>- _n-O-n~ 5 ~_n--n_nn

0 j

50 100 150

primer clan sekunder sebagai fungsi waktu.Lengkungan kurva yang saling mengayunterj adi pada suhu pendingin masuk clankeluar reaktor (Gambar 6). Meskipunbatang kendali sudah jatuh, kenaikan suhupendingin primer berlangsung terns sampaiangka tertentu. Dari ayunan kurva initentunya juga memberikan dampak padagerakan perubahan suhu pendinginsekunder.

nnnn

_nnnUn

_n_u_n__- _nnn__un__n.

250 350300

1n1

ISSN 0854-5278

Gambar 7 memperlihatkanbahwa daya reaktor turun akibatjatuhnya batang kendali yangmengakibatkan reaktifitas negatifteras. Reaktifitas batang kendalinegatif clan seterusnya kemudianmengakibatkan daya reaktor turun.Penentuan kondisi inisiasimemerlukan waktu clan kecermatanuntuk mendapatkan kondisi steadystate, hal ini dapat terlihat pada grafikbahwa daya 15 MW yang tepat clanstabil sulit dicapai.

Jatuhnya batang kendalidisebabkan oleh tercapainya sistemproteksi suhu pendingin primer 42°Cyakni 14,5 detik setelah transien lajualiran sekunder. Hasil yang sangatpenting dalam simulasi transien inipada kurva yang ditampilkan di

DAFTARPUSTAKA

Preparasi Nodalisasi....Sukmanto Dibyo, dkk

Gambar 6 menunjukkan bahwa suhutertinggi sesaat, terjadi pada pendinginprimer masuk ke teras.

KESIMPULAN

Hasil simulasi kondisi steady-statepada pengoperasian sistem pendingin modasatu jalur telah dikerjakan dengan basilyang ada kesesuaian dengan data operasitelah dibuat. Selama berlangsungnyakondisi transien suhu pendingin primermencapai 42°C clan kemudian batangkendali jatuh. Sementara itu pula telahteIjadi kenaikan suhu pendingin primerberlangsung terus sampai pada detiktertentu. Penentuan kondisi inisiasimemerlukan waktu clan kecermatan untuk

mendapatkan kondisi steady state. Kondisiyang teliti clan stabil sui it dicapai

1. BATAN, Safety Analysis Report, Multi Purpose Research Reactor GASiwabessy, Rev.8, 2001.

2. RELAP5 Code Development Team, '"RELAP5/MOD3. Code Manual ", UserGuide and Input Requirements, NUREG/CR-5535- V2. Idaho NationalEngineering Laboratory, Washington DC 1995.

3. HUDI H, Data File hudiaxp$DKA$100.4. AMIN Z, Data File aminaxp$DKA$200.5. ANHAR R.A, "PREPARASI INPUT RELAP5 . (MODUL 10)", Diklat

Komputer RELAP5 Code, Bapeten 20-31 Oktober 2003.6. HUDI H, "Simulasi Transien Pendingin Sekunder RSG-GAS dengan Paket

RELAP5", Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan& TeknologiNuklir, April 1994.

. 102

ProsidingSeminar HasilPenelitianP2TRRTahun 2003

ISSN 0854-5278

LAMPlRAN

Kutipan input data kartu kontrol dan node yang penting ditunjukkan sebagai berikut :

= SIMULAsi gagal sekunder moda l-line RSG-GAS uspen2003 MODIFIKASI* 100 new stdy-st* 100 restart transnt100 new transnt101 run*=============================================================

*=============================================================

*MINOR EDIT REQUESTS312 tempi 420010000 * B313 tempi 444010000 * C316 tempi 800010000 * D F317 tempi 880010000 * E G318 tempi 850010000 * F H319 tempi 890010000 * G I325 mflowj 038000000 * H J326 mflowj 039000000 * I K327 mflowj 234000000 * J L328 mflowj 235000000 * K M330 rktpow * L N*====================== TRIPS AND

501 time 0 gt null517 tempi 444010000 gt null

LOGICAL TRIPS==============0 270.0 1 -1.0 *initiation

0 315.15 1 -1.0 *scram duetotemp*=============================================================* COMPONENT DATA

COMPONENT NO. 100REACTOR POOL AS A PIPE, UPPER PART.

***-------------------------------------------------------------

sdh dihitung kalkulator ttp ajust.2

*-------------------------------------------------------------* COMPONENT NO.330

COMPONENT NO.450COMPONENT NO.O33

**

103

* TIME STEP CONTROL CARD* EndTime Min.TStep Max.TStep Ctrl.Opt. Mnr.Edt Mjr.Edt. Restrt.* 201 00.0 1.0-18 0.004 2 100 100000 10000201 100.0 1.0-18 0.004 2 250 100000 100000* mnrEdt jngn gede2 mending time step yg kecil aslinyaO.002

* Modifikasi : KOMPONEN 444 pengganti 440 clan450* CHAMBER 0.6m ID, 26.474932m LENGTH,* ELEVATION -0.4328345.* Name Type4440000 gabungan pipe* Vol.No4440001 2* Area Vol.No.4440101 0.283 2* Length Vol.No.4440301 13.2374 2 *13* V-Ang. Vol.No4440601 -0.4320 2 * meski4440801 O. 0.3* Ctl. Vol.No.4441001 00 2* Ctl. Jun.No.4441101 0000 14441201 3 2.10900+54441202 3 2.10600+54441300 1* FlowF FlowG.4441301 440.00 O.

312.000 O. O. O. 1312.000 O. O. O. 2

VelJ Jun.No.O. 1

ISSN 0854-5278

* COMPONENT NO.039* TIME DEPEND JUNCTION TO SIMULATE SECONDARY

* Name Type0390000 secpmpII tmdpjun0390101 850000000 820000000 O.

0390200 1 501 * perintah spy0390201 0.0 550.0 O. O.0390202 3.0 300.0 O. O.0390203 6.0 150.0 O. O.0390204 10.0 60.0 O. O.0390205 15.0 20.0 O. O.0390206 20.0 10.0 O. O.0390207 30.0 3.0 O. O.0390208 100.0 2.0 o. O.0390209 1000.0 2.0 O. O.

Preparasii Nodalisasi...SukmantoDibyo. dkk

COOLING PUMP line 2 (transient)

transnt stlh 501

* bintang transient

*

*=============================================================

*

TRIPNO.

517 * <== scram-lah bila temp gt 315.5 KReact.$0.00.0-0.012840195-0.051639916-0.114584787-0.166643405-0.279134682-0.436008374-0.760781577-1.007676204-1.740404745-2.400558269-3.070481507-3.070481507

104

*0.5 delay

** TYPE20201100 reac-t* Time20201101 0.020201102 0.520201103 0.5520201104 0.620201105 0.6520201106 0.720201107 0.820201108 0.920201109 1.020201110 1.120201111 1.220201112 1.320201113 1.420201114 1.5*

dst...dst...