Prosiding Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLRTahun 2016 ISSN 0852-2979

·UNJUK KERJA SISTEM PENDINGIN DI INSTALASIPENYIMPANAN SEMENTARA BAHAN BAKAR NUKLIR BEKAS

Dyah Sulistyani Rahayu, Marhaeni Joko PPusat Teknologi Limbah Radioaktif, Kawasan Puspiptek Serpong

yayuk@batan.go.id

ABSTRAKUNJUK KERJA SISTEM PENDING IN DI INSTALASI PENYIMPANAN SEMENTARA BAHAN BAKAR

NUKLIR BEKAS. Sistem pendingin dan pemumian air kolam berfungsi untuk memindahkan panas yang dibangkitkandari perangkat bahan bakar bekas ke air kolam dengan mempertahankan sifat-sifat kimia, kejemihan dan kandunganzat radioaktif yang terlarut dalam air pada batas yang diijinkan. Suhu air kolam dijaga < 30°C dengan caramensirkulasikan air kolam melalui unit penukar panas (primer dan sekunder). Kegiatan ini bertujuan untukmendapatkan kondisi yang optimum dari parameter sistem pendingin. Faktor-faktor yang mempengaruhi pengukuransuhu antara lain kinerja sistem chiller, sistem penukar panas dan suhu air dari PUSPIPTEK sebagai pendingin primer.Hasil pengukuran suhu rata-rata T suhu kolam (in) = 27 :2°C, T HE sekunder = 14,7°C, T air chiller = 12,36 °C dan T0111 sistem primer 24°C. Pada selisih (L'> T) temperatur air kolam masuk ke sistem pendingin dan temperatur air kolamkeluar dari sistem pendingin (L'> T in dan out °C ) rata-rata sekitar 3, 17°C disebabkan karena suhu air chiller sebagaipendingin sekunder yang mendinginkan suhu air primer masih cukup tinggi (II °C_I4°e). Hal ini disebabkan kineIjadari chiller yang kurang optimal, tetapi masih dalam batas kondisi operasi yang diijinkan.Kata kunci : sistem pendingin, instalasi penyimpanan bahan bakar nuklir, unit penukar panas.

ABSTRACTPERFORMANCE OF COOLING SYSTEM IN NUCLEAR SPENT FUEL STORAGE INSTALLATION. The

cooling system alld water purification pond serves to remove the heat generated from spent fuel and maintain thechemical properties, clarity and content of radioactive substances dissolved in the water at the permitted limit. Thisactivity is required for optimum parameters. The pool water temperature is maintained < 30°C by circulating the poolwater through a heat exchanger units (primary and secondary). Factors that affect the temperature measurementinclude chiller system peiformance, system heat exchanger and the water temperature PUSPIPTEK as the primarycoolant. The results of measurements of average temperature of the pool temperature T (in) = 27,20 C. T HE secondary

= 14.7"C, T water chiller = 12.36 0 C and T out primary system 24°C. On the difference (.d T) temperature of the poolwater into the cooling system and the temperature of the pool water out of the cooling system (.d T in and out degreesCelsius) on average about 3,/7 ° C due to the water temperature as a secondary cooling chiller that cools thetemperature The primary water is still quite high (II 0 C- 140 C). This is due to the peiformance of the chiller is lessthan optimal, but still within the permissible operating conditions.Keywords: cooling systems, nuclear fuel storage installation, heat exchanger units.

PENDAHULUAN

Instalasi Penyimpanan Sementara Bahan Bakar Nuklir Bekas (IPSB3) merupakan instalasipenyimpanan bahan bakar nuklir bekas (BBNB) yang berasal dari reaktor. Instalasi terdiri dari kolamsebagai tempat penyimpanan BBNB berisi air yang bebas mineral serta di pertahankan kualitas aimyadengan kolom penukar ion dan juga dijaga temperatumya dengan sistem pendingin. Saat ini, IPSB3 berisi245 elemen yang terdiri dari 208 elemen BBNB dan 37 elemen batang kendali. Bahan bakar nuklir bekasyang keluar dari reaktor setelah berumur 100 hari disimpan dalam kolam Instalasi Penyimpanan SementaraBahan Bakar Nuklir Bekas (IPSB3). Dalam menjaga kondisi bahan bakar nuklir bekas diperlukan unjukkerja sistem pendingin yang optimal dan efektif. Agar sistem pendingin bekeIja efisien, perlu diperolehpenyesuaian antara beban panas yang dikeluarkan bahan bakar nuklir bekas dengan kapasitas pendinginyang dibutuhkan. Selain untuk pendinginan, air kolam berfungsi sebagai perisai radiasi atau penahan sertapengungkung unsur radioaktif untuk mencegah pelepasannya di daerah kerja. Diharapkan kondisi bahanbakar bakar nuklir bekas setelah 25 tahun dalam kolam penyimpanan sementara tetap teIjaga, karena dalamrentang waktu 25 tahun, kapasitas BBNB di kolam dalam jumlah maksimum. Fasilitas IPSB3 dirancanguntuk dapat menampung BBNB yang ditimbulkan dari 25 tahun operasi RSG-GAS ditambah 1 coreunload. Berdasarkan desain, pada operasi normal RSG - GAS terdapat penggantian 8 BBNB per siklus danada 7 siklus per tahun, maka kapasitas penyimpanan IPSB3 adalah 1448 elemen BBNB. Aspek keselamatanoperasi KH-IPSB3 harus dikaji agar pengoperasiannya dalam jangka panjang tetap terjaminkeselamatannya [1]. Kegiatan ini bertujuan untuk mendapatkan kondisi yang optimum dari parametersistem pendingin. Lingkup kegiatan meliputi pengukuran suhu kolam input, suhu keluar dari heatexchanger (HE), suhu chiller dan suhu keluar dari HE primer. Suhu keluar dari HE primer merupakan suhuout put dari sistem pending in. Berdasarkan desain, pada operasi normal RSG - GAS terdapat penggantian 8BBNB per siklus dan ada 7 siklus per tahun, maka kapasitas penyimpanan IPSB3 adalah 1448 elemen

115

Dyah Sulistyani Rahayu, Marhaeni Joko P: Unjuk Kerja Sistem Pendingin ...

BBNE termasuk elemen Batang Kendali Bekas (BKE). Total panas terbangkitkan diestimasi sebesar 40

kW, 35 kW dibangkitkan oleh perangkat .bahan biikar bekas dan 5 kW berasal dari pemanasan sistempenerangan. Sejumlah kehilangan panas dapat teljadi sebagai akibat dari perpindahan panas melalui tembokbeton yaitu sebesar 1-2 kW, dan penguapan air sebanyak 250 Vhari. Temperatur air kolam dijaga padaharga sekitar 25°C dengan cara mensirkulasikan air kolam melalui unit penukar panas (primer dansekunder)[2].

LANDASAN TEORIPerpindahan panas yang terjadi di KH-IPSB3 adalah

1. Perpindahan Panas Secara KonduksiProses konduksi adalah proses dimana panas mengalir dari daerah suhu yang lebih tinggi ke yanglebih rendah di dalam satu medium padat atau antara medium medium yang bersinggungan secaralangsung.

2. Perpindahan Panas Secara KonveksiProses konveksi terjadi pada penyimpangan energi antara permukaan benda padat dengan cairmaupun gas.

3. Perpindahan Panas Secara RadiasiProses radiasi adalah proses perpindahan panas melalui udara atau ruang hampa dcngan carasinaran atau pancaran dari suatu benda yang menghasilkan panas.

Sistem pendingin dan pemumian air kolam berfungsi memindahkan panas yang dibangkitkandari perangkat bahan bakar bekas dan mempertahankan sifat-sifat kimia, kejemihan dan kandungan zatradioaktif yang terlarut dalam air pada batas yang diijinkan. Temperatur kolam dipertahankan pada suhunominal < 35°C dengan chilled water. Chilled water diisolasikan dari air primer dengan menggunakanpenukar panas tertutup sekunder. Sistem pemindah panas antar sirkuit dicapai dengan menggunakan alatpenukar panas. Sistem pending in kolam memiliki coarse filter yang bertujuan untuk melindungi pompa daripartikel dengan ukuran besar.

Kondisi Instalasi Penyimpanan Sementara Bahan Bakar Nuklir Bekas - Instalasi penyimpanandidisain mampu menerima panas total sebesar 40 kW, sistem pemurnian air disediakan untukmempertahankan kualitas air sesuai dengan syarat keselamatan yang telah ditetapkan, suhu air kolam dijagasekitar 30°C dengan cara mensirkulasikan air kolam melalui unit penukar panas (primer dan sekunder),suhu abnormal tidak boleh melebihi 67°C agar kelongsong BBNE tidak rusak dan sistem ventilasi dipasanguntuk memperkuat kungkungan kemungkinan lepasnya material radioaktifberupa gas ke lingkungan [3].

Kondisi batas untuk operasi yang aman instalasi penyimpanan dituniukkan pada tabell r21.

Tabell. Kondisi batas operasi yang aman

NoParameter BatasanKeterangan

1.

Paparan gamma di seluruh instalasi< 10 I-lSv/jamPERKA BAPETEN No.4

Tahun 20132.

Kontaminasi udara di daerah kerja.< 5,3.102 Bq/m3PERKA BAPETEN No.7

Tahun 20133.

Lepasan 1-131 <1,3.105 Bq/jamPERKA BAPETEN No.7

Tahun 20134.

T emperatur air kolam dan kanal < 35°CDokumen preliminary

design TC - ISFSF AEA5.

pH air kolam dan kanal 5,5 -7,5Dokumen preliminary

design TC - ISFSF AEA6.

Konduktivitas air kolam dan kanal < 15 I-lS/cmDokumen preliminary

design TC - ISFSF AEA7.

Ketinggian air kolam dan permukaan>2,5m

Dokumen preliminary

BBNEdesign TC - ISFSF AEA

8.

Tekanan udara negatif 100 Pa ± 2 PaSaat ada kegiatan

9.

Temperatur udara < 28°CSaat ada kegiatan

116

Prosiding Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLRTahun 2016

METODOLOGI

ISSN 0852-2979

Mengoperasikan sistem Pendingin dengan cara menghidupkan suplai listrik ke sistem kontrol danmemastikan konfigurasi valve dalam kondisi standby. Kemudian pompa P I A atau PI B dihidupkandengan menekan tombol ON, memastikan motor dalam kondisi ON, amati tekanan air yang ditunjukkanoleh pressure gauge. Selanjutnya menghidupkan pompa P2A atau P2B dengan menekan tombol ON,pastikan motor dalam kondisi ON, amati tekanan air yang ditunjukkan olehpressure gauge.Suhu air kolam dicatat sebagai inputan sistem pendingin, suhu chiller, suhu HE sekunder dan suhu primeryang selanjutnya disebut sebagai suhu keluar dari sistem pendingin. Semua pengoperasian ditandai denganlampu indikator berwarna hijau.dan pengoperasian P I A j PI B dan P2 A j P2 B dioperasikan secarabergantian.

HASIL DAN PEMBAHASANSistem pending in di KHIPSB3 terdiri dari 2 (dua) penukar panas sistem pendingin yaitu pendingin

primer dan pendingin sekunder. Untuk mendinginkan kolam secara efektif air disirkulasikan daripermukaan kolam yang terletak berdekatan dengan water treatment plant room dan dikembalikan ke kolamdi bagian ujung menjauhi daerah penyimpanan. Kecepatan sirkulasi air 6,0 m3jjam disesuaikan denganbentuk plat penukar panas. Penukar panas (HE) primer akan memompa air dari kolam melalui filter 10 Ilmmenuju ke penukar panas primer. Unit ini dilengkapi dengan 2 buah pompa sirkulasi, 1 beroperasi dan yanglain sebagai cadangan. Penukar panas (HE) sekunder akan memompa air yang berasal dari PUSPIPTEKdalam sistem yang tertutup. Dari penukar panas sekunder air pendingin mengalir ke penukar panas primerdan kembali ke penukar panas sekunder. Pendingin air sekunder dilaksanakan oleh chilled water sehinggaada dua rintangan antara air kolam dan chilled water [2]. Bila air sekunder dan chilled water tidakterkontaminasi oleh air kolam, perawatan pompa sekunder tidak diaktifkan. Pada kondisi normal, sistemVentillation Air Conditioner (VAC) berjalan, air kolam dipertahankan pada suhu konstan < 30°C melaluipendinginan, air dengan suhu terse but disirkulasikan dengan kecepatan alir 6 m3jjam ke sistem pendinginsehingga suhu menjadi 25°C - 28 °c (sesuai dengan Batas Kondisi Operas i) dan kemudian dikembalikan kekolam. Sebagai pending in digunakan air dengan suhu awal 17°C dan suhu akhir 23°C, air pendingin inididinginkan oleh air ding in dari Chiller. Skema dari sistem pendingin tersebut dapat dilihat pada Gambar I[2].

Gambar 1. Skema sistem pendingin air kolam fasilitas penyimpanansementara bahan bakar bekas [2].

Spesifikasi Komponen Utama1 Pompa Pendingin Primer

TipeMaterial

KapasitasMotor

CentrifugalStainlees Steel dengan Silicon Carbide6m3jjam x 2,6 bar2,2 kW, TEFV 2900 rpm.

117

Dyah Sulistyani Rahayu, Marhaeni Joko P: Unjuk Kerja Sistem Pendingin ...

2 Filter

TipeMaterial

CartrigeKapasitas aliranKondisi

3 Penukar Panas (HE) PrimerTipeMaterial

Beban panasTekanan maksimum

Temperatur maksimum

Disposable CartrigeStainlees Steel10 micron.

20 m3jjam (maksimum)tekanan max 6 bar pada temperatur 100°C

platStainlees Steel40kW6 bar100°C

platStainlees Steel40kW6 bar100°C

4 Penukar panas (HE) SekunderPenukar panas sekunder mengambil panas dari sistem primer. Kemudian panas terse but

dipindahkan melalui penukar panas sekunder. Penukar panas sekunder mempunyai laju alirnominal 6 m3jjam ..

TipeMaterial

Beban panasT ekanan maks.

Temperatur maks.

5 Pompa Penukar panas SekunderTipeMaterial

KapasitasMotor

CentrifugalStainlees Steel dengan Silicon Carbide6m3jjam x 2,6 bar2,2 kW, TEFV 2900 rpm.

Dari pengoperasian sistem pending in diambil data rerata setiap I bulan sekali. Hasil pengukuran dicatatpada Tabel2.

Tabel2. Hasil Pengukuran Suhu sistem Pendingin 2016

Bulan 2016

SuhuSuhu HESuhu chillerSuhu outt:" T air in dan out °C

Kolam °CSekunder °C°Cprimer °Cpendingin

Januari

26,914,813,823,5 3,4

Februari

27,1113,412,524,55 2,56

Maret

27,4313,211,223,77 3,66

April

27

Mei

27,5---

Juni27,115,211,923,70 3,40

Juli

26,913,711,624,81 2,09

Agustus

27,0114,911,123,90 3,11

September

27,2414,4610,224,14 3,1

Oktober

27,615,413,822,3 3,3

Nopember

27,515,513,323,7 2,8

Desember

27,416,513,923,4 3

Rata-rata

27,214,712,3624,0 3,0

118

Prosiding Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLRTahun 2016

::~~~-~~20 I

::1-·~·~~~--::!5 I

O]-- -- -----,---~-----.--.-.,- -..--..-..-----,=--,-.--- --.--,--- -.-.c

ISSN 0852-2979

-+-suhu kolam

_suhu HEsekunder

___ suhu chiller

-suhu out primer

Gambar 1. Grafik Pengukuran suhu (0C) sistem pendingin vs bulan

4

3

2.

1o

3.33.66

3.403.11 3.1 3.3

3.8

3

• Selisih suhu in dan out

Gambar 2. Grafik f1 T air in dan out °C vs bulan

Gambar 1 menunjukkan hasil pengukuran suhu yang harus diukur pada sistem pending in setiapbulan. Faktor-faktor yang mempengaruhi pengukuran suhu antara lain kineIja sistem chiller, sistempenukar panas dan suhu air PUSPIPTEK sebagai pendingin primer. Dari tabel diperoleh suhu rata-rata Tsuhu kolam (in) = 27,2°C, THE sekunder = 14,7°C, T air chiller = 12,36 °C, dan Tout sistem primer =24°C. Pada Grafik 2 terlihat bahwa selisih (f1 T) temperatur air kolam masuk ke sistem pendingin dantemperatur air kolam keluar dari sistem pendingin (f1 T in dan out °C ) pada bulan Januari sampai bulanMaret 2016 sekitar 2°C - 4°C disebabkan karena suhu air chiller sebagai pendingin sekunder yangmendinginkan suhu air primer masih cukup tinggi (l1,2°C - 13,8°C), tetapi masih dalam batas kondisioperasi yang diijinkan. Pada bulan April - Mei 2017 yaitu sistem pendingin tidak dioperasikan, karenamengalami kerusakan pada sistem pompa, yaitu pada bearing Pompa 1B dan pompa 2B. Setelah diperbaiki(penggantian bearing), maka sistem bisa dioperasikan kembali. Meskipun sistem pendingin tidakdioperasikan, tetapi suhu kolam masih dalam batas kondisi operasi yang diijinkan. Hal ini dapat dijelaskanketika kondisi sistem pendingin tidak berfungsi dan VAC beroperasi, seluruh panas BBNB akan menaikkansuhu air kolam. Pada kondisi VAC difungsikan ada panas yng ditransfer ke udara melalui konveksi danradiasi [7]. Selisih (f1 T) temperatur air kolam masuk ke sistem pendingin dan temperatur air kolam keluar

dari sistem pendingin (f1 T in dan out °C ) pada bulan Juni sampai Desember sekitar 2,09°C - 3,4°C.

119

Dyah Sulistyani Rahayu, Marhaeni Joko P: Unjuk Kerja Sistem Pendingin ...

Faktor kinerja chiller sang at berpengaruh kepada kinerja dari sistem pendingin , karena dengan suhu airchiller yang seharusnya 5°C - 9°C, akan didapat suhu air keluaran sistem pendingin yang optimum juga,sehingga kinerja sistem pendingin menjadi lebih optimal. Sehingga diperlukan untuk merevitalisasi sistemchiller agar kinerja sistem pendingin lebih optimal.

KESIMPULAN

Faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja sistem pending in antara lain y,i:lerja sistem chiller, sistempenukar panas dan suhu air puspiptek sebagai pendingin primer. Kinerja sistem pendingin selama periode2016 masih beroperasi secara optimal, meskipun terjadi kerusakan pada bulan Maret sampai April, tetapisuhu air kolam masih terjaga sesuai dengan batas kondisi operasi, dikarenakan sistem udara VAC masihberoperasi dengan baik. Hasil pengukuran suhu rata-rata T suhu kolam (in) = 27,2°C, T HE sekunder =14,7°C, T air chiller = 12,36 °C, dan Tout sistem primer = 24°C. Selisih (Ll T) temperatur air kolam masukke sistem pendingin dan temperatur air kolam keluar dari sistem pendingin (Ll T in dan out °C ) berkisar2°C - 3,6 °C.

DAFT AR PUST AKA

1. BAT AN - IAEA ENGINEERING CONTRACT, "Transfer Channel and ISSF for BATAN,Preliminmy Design Package" November 1992.

2. LAK KHIPSB3 rev 7 Pus at Teknologi Limbah Radioaktif ,tahun 2013.3. ZAINUS SALIMIN, "Transfer Panas Bahan Bakar Bekas Dalam Sistem Penyimpanan Sementara

Tipe Basah PPTA Serpong", Prosiding Seminar III Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta FasilitasNuklir, PPTA SERPONG, 5 - 6 September 1995.

4. DYAH S RAHAY1J, Laporan Repatriasi Bahan Bakar Nuklir Bekas RSG-GAS, BAT AN Serpong2010.

5. IAEA TECHNICAL REPORT SERIES No. 240, "Guidebook on Spent Fuel Storage", IAEA, Vienna,1994.

6. ZAINUS SALIMIN, DY AH SULISTY ANI RAHA DJ, "U~juk Kerja Penyimpanan Bahan BakarNuklir Bekas Dalam Kaitan dengan Teknologi Penyimpanannya", Seminar Nasiollal Ke 16 Teknologidan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Lainnya, Surabaya 28 Juli 2010.

7. Kuat Heryanto, Nurokhim, " Optimalisasi pendingin Bahan Bakar Nuklir Bekas Reaktor Serba GunaSiwabessy di Kolam Penyimpanan Sementara, Prosiding Seminar limbah Nasional TeknologiPengelolaan Limbah IX PTLR, BAT AN, 2013

120