152
Buku I
Proseding Pertemuan dan Presentasi I/miah PPNY-BATAN. Yogyakarta 14 -15 Juli 1999
ANALISIS KECELAKAAN PENYUMBA TAN PARSJAL KANAL PENDINGUN ELEMEN BAKAR PADA TERAS OKSIDA DAN DISAIN TERAS SILISIDA RSG-GAS Endiah Puji Hastuti Penelitipada PusatReaktorSerbaGuna-BATAN
Masanori Kaminaga Peneliti pada Japan Atomic Energy Research Institute-JAERI
ABSTRAK ANALISIS KECELAKAAN PENYUMBATAN PARSIAL KANAL PENl)IN;GIN ELEMEN BAKAR PADA TERAS OKSIDA DAN DISAIN TERAS SILISIDA RSG GAS. Te/ah di/akukan ana/isis kese/amatantermohidro/ikateras berbahanbakar oksida, U30S-A/dengandensitasuranium 2.96 gU/cm3. Da/am ana/isis dianggapterjadi kece/akaanakibat kana/pendingin yang tertutup. Ana/isis yang soma di/akukanpada disain teras berbahanbakar si/isida, U3Si2-A/dengan densitas3.55 gU/cm3. Ana/isis di/akukan pada kana/ terpanas dengan prosentasepenyumbatan 0%, 10%, 20%, 50% don 70% menggunakanprogram COOLOD-N. Ana/isis di/akukan dengan asumsi kondisi terburuk don diasumsi penyumbatanterjadi ketika reaktor sedang dioperasikanpada tingkat daya /ebih. Data teknis sebagai fungsi /uas kana/yang tersumbatdipero/ehdari hasi/ eksperimenyang di/akukan untuk geometri e/emen bakar RSG-GASmenggunakan fasi/itas untai uji hidro/ika JRR-3. Sebagaipembandingdigunakan hasi/ ana/isis kondisi tunak tanpa penyumbatankana.!pendingin. Ditinjau dari bolas kese/amatanterhadap instabi/itas a/iran, S reaktor tak dapat dioperasikanapabi/a prosentase/uas penyumbatane/emenbakar /ebih dari 30%. Kondisi kece/akaanbergantungpada /uas kana/yang tersumbatdantingkat daya operasi reaktorpada soot kece/akaanterjadi.
ABSTRACT PARTIAL COOLANT CHANNEL BLOCKAGE ACCIDENT ANALYSIS ON RSG-GAS OXIDE CORE AND RSG-GASSILICIDE CORE DESIGN The steadystate analysis ofthermal hydraulics accident of the RSG-GASusing U3°S-AI and U3Si2-AIfuels with uraniumdensity of2.96 gU/cm3 and 3.55 gU/cm3, respectively,due to channelblockageaccident,was analyzed. Analysis on the hottestchannel was carried outfor each are 0%, J0%, 20%, 50% and 70% of blockage,by using COOLOD-Ncode. The accidentwas analysedin the worst casecondition and assumedto happenwhile the reactor was operatedin overpower level. The percentages of channel blockagedata were obtainedfrom the experimentfor RSG-GASfuel elementonJRR-3 hydraulic rig. As a basic comparation,the steadystatethermalhydraulic ofthe RSG-GAS with U3°S-AI and U3Si2-AIwereanalyzed. Theanalysisresults,in theviewpoirit ofDNBR and margins of theflow instability, and concerningto the minimumflow rate, showingno enoughmargins to operate the RSG-GASdue to channelblockageaccident condition,more than 30% ofblockage.The accident becomes moresevereif the lowerpercentageblockageand initial power levelwas reducedto the oppositecondition.
PENDAHULUAN TZ"riteria keselamatantermohidrolika RSG-GAS .I'-.rnensyaratkan bahwa di dalam teras tidak diijinkan terjadinya pendidihan inti, baik di suatu noktah panas (hot spot) maupun di posisi lain. Kriteria tersebut juga mengharuskan adanya jaminan keselamatan yang mencukupi terhadap instabilitas aliran daD rasio lewat bakar (burn out ratio), baik pada operasi normal maupun pada kondisi kecelakaan. Salahsatuaspekkeselamatan yang ditinjau di sini adalah jaminan keselamatantermohidrolika terhadap kecelakaan, yang diakibatkan oleh pe-
nyumbatan aliran pendingin di sisi masUkan kanal elemen bakar. Kecelakaan seperti ini dapat terjadi pada reaktor tipe kolarn seperti RSG-GAS. Kecelakaan terjadi apabila ada suatu obyek yang jatuh daD menutupi sebagian luasan kanal pendingin. Untuk menganalisis model kecelakaan seperti ini Endiah daDKarninaga [1]telah melakukan eksperimen pada untai hidrol=ka JRR-3. EksperimeD dilakukan dengan menggunakiiD elemen bakar dummy tipe pelat daD kondisi operasi yang dibuat sarna dengan operasi teras RSG-GAS. Dari basil eksperimen ini diperoleh korelasi antara luas kanal yang tertutup daD koefisien gesek pada sisi masukan kanal pendingin elemen bakar. Hasil
ProsedingPertemuandan PresentasiIlmiah PPNY-BATAN,Yogyakarta14 -15Juli 1999
Buku I
eksperimentersebutselanjutnya digunakandalarn perhitungan analisis keselarnatantermohidrolika terasRSG-GAS. Arbie dalam disertasinya[Z]berhasil membuktikanbahwa teras reaktorberbahanbakarU3SizAl mempunyai beberapa keunggulan dibanding elemen bakar U3Os-AI. Hal ini ditunjukan pada densitasU3Sizyang lebih besardari densitasU3Os. Pada konsentrasiuranium/cm3bahanbakar (meat) yang sarna, elemen bakar U3Sizakan membentuk ikatan matrik Al yang lebih kuat dibanding elemen bakar U3Os. Dari segi keselarnatanoperasi,hal ini sangatmenguntungkankarena produk fisi semakin sulit keluar. Keunggulanyang lain adalahkonduktivitas U3Siz lebih besar dari konduktivitas U3Os. Aspek ini sangat terkait dengan termohidrolika teras. Pada disain tersebut dimensi pelat elemen bakar silisida clan elemen kendali dibuat sarna dengantipe pelat elemenbakar RSG-GAS.Sistemsistemdi dalarn reaktortidak mengalarniperubahan denganadanyarencanatersebut.
I O%PCCBI
153
Analisis keselarnatan tennohidrolika sebagai akibat tertutupnya sebagian luas kanal pendingin dilakukan pactateras oksida dan disain teras silisida daTi RSG-GAS. Teras oksida RSG-GAS yang dimaksud di sini adalah teras berbahan bakar oksida U3Os-AI sedangkan teras silisida adalah teras berbahan bakar silisida U3Si2-AI. Analisis keselarnatan pacta disain teras silisida bertujuan untuk mendukung rencana BA TAN dalarn mengkonversi teras RSG-GAS. Konversi direncanakan akan dilakukan terhadap teras RSG-GAS daTi elemen bakar U3Os-AI dengan tingkat muat 2,96 gU/cm3 menjadi U3Si2-Al dengan tingkat muat 3,55 gU/cm3. Analisis dilakukan dengan menggunakan program COOLOD-N pacta kanal terpanas, dengan operasi daya lebih (114%) masing-masing dengan luas penyumbatan 0%,10%, 20%, 50% dan 70% (Garnbar 1). Hasil analisis menunjukan kondisi kecelakaan bergantung pacta luas kanal yang tersumbat dan pengoperasian daya reaktor pacta saat kecelakaanterjadi.
I lO%PCCB I
120%PCCB
I
Gambar 1. Prosentasepenutupantampang Jintangalas kanalplat elemenbakar.
ISSN 0216 -3128
EndiahPH, dkk.
154
BukuI
TEORI
Proseding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah PPNY-BATAN. Yogyakarta 14 -15 Ju/i 1999
GAS dengan kecepatanpending in 2 -3,6 m/detik atau setara dengan pendinginan 800 kgidet adalah 22,lcm3 °K/W det.[4 Harga instabilitas aliran' (8)
Batasan Keselamatan
merupakan perbandingan 17f1Jc.Nilai S minimum merupakan nilai tereI1dahsebagai batasan terjadinya kondisi transien clan antisipasi transien. Nilai S yang lebih besar dari nilai S minimum yang diperbolehkan, menunjukan kondisi operasi yang semakin aman.
Penentuanbatasan keselamatanbergantung pactaberbagaifaktor. Faktor penting yang diperhitungkanpactaanalisistennohidrolikaadalahfaktor nuklir radial dan distribusi faktor aksial sertafaktor teknis seperti faktor ketidak pastian.Pengoperasian tingkat daya reaktor antara lain dibatasi oleh suhu pelat elemenbakar,kecepatanpendinginpactakanal terpanas dan fluks panas maksimum. RSG-GAS menggunakanbatasankeselamatanterhadapinstabilitas aliran (S).
Model Kecelakaan Penyumbatan Kanal Pendingin Parsial (PCCB=Partial Coolant Channel Blockage)
lnstabilitasaliran menggambarkan perubahan mendadak aliran pendingin melalui kanal yang dipanasi. Perubahan ini terjadi karena adanya transisi karakteristik penurunantekanan dari aliran rase tunggal ke aliran dua rase atau sebaliknya. Batas keselamatanterhadapinstabilitasaliran merupakan fenomena yang berkaitan dengan watak pembangkitangelembunguap pactapennukaanbidangyang dipanaskansecarapendidihansubcoo/ed. Selama inti-inti gelembungmasih menempelpacta pennukaan pelat, maka inti gelembung ini secara praktis tidak mempengaruhipenurunantekanan di sepanjangkanal. Jika intensitaspendidihan meningkat maka inti-inti pendidihanakan bergabung menjadi lebih besar dan akhirnya menjadi suatu gelembung. Jika intensitaspendidihan meningkat lagi maka gelembung ini akan mempengaruhi kafakteristik penurunan tekanan di dalam kanal. Parameter pelepasan gelembung dikorelasikan dengan persamaan[J]:
Model kecelakaandiawali denganjatuhnya suatuobyek ke dalamkolarn reaktorketika reaktor sedang beroperasipada daya maksirnum 114%. Obyekterbawa oleh aliran clanbergerakmasukke sisi masukanteras clanselanjutnya menutupi luas aliran di sisi masukankanalpendingin. Obyek yang menutupi kanal pendingin ini mengakibatkan penguranganaliran pendingin di dalarn kanal yang mendinginkanpelat-pelatelemen bakar, atau bahkan menyumbatsarna sekali. Jika obyek hanya menutupi sebagian lu~ kanal pendingin, rriaka disebut kecelakaanpenyumbatankanal pendingin parsial. Kejadian sepertiini sangatmungkinterjadi pada reaktor tipe kolarn terbuka dengan model elemenbakartipe pelatparaler41.Kecelakaanmenjadi serius apabila bagian kanal pendingin yang tertutup semakin luas. Seberapabesar pengaruh luas kanalyang tertutupterhadapbareskeselarnatan termohidrolika RSG-GAS akan dibahas dalarn makalahini.
(1)
dengan 17 = parameter pelepasan gelembung. Ts = suhu jenuh (saturasi) pendingin, °c Tc = suhu pendingin campuran (bulk), °c V = kecepatan pendingin, cm/det q" = fluks panas, w/cm 2 z
= jarak dari sisi masukan kanal pendingin, cm
Parameter tersebut mengontrol apakah gelembung masih menempel atau telah terlepas dari dinding kanal. Laju alir di dalam kanal akan stabil jika parameter tersebut pada setiap titik di sepanjang kanal pendingin melampaui harga 17c. Harga 17c diperoleh dari data statistik berdasarkan eksperimen yang dilakukan oleh nowring[3] pada kanal persegi. Harga 110untuk kanal pendin~in elemen bakar RSG-
Endiah PH, dkk.
TATA KERJA/PEMODELAN Perhitungandilakukandenganmenggunakan paket program COOLOD-N. Paket program yang dikembangkanoleh JapanAtomic Energy Research Institute (JAERI) ini digunakanuntuk menganalisis termohidrolika teras reaktor riset tipe MTR pada kondisi tunak dengan tekanan dan suhu operasi rendah [5]. Program telah dimodiflkasi untuk menghitungbataskeselamatanterhadapinstabilitas aliran (8) yang digunakanoleh RSG-GAS.Program ini dapatdijalankandenganmenggunakahkomputer sistemDec-Alpha maupunkomputerpribadi (PC = personalcomputer)jenis Pentium. Analisis dilakukan terhadap perpindahan panasdi dalam kanal pendingin dail elemenbakar dengan menggunakan basil eksperimen PCCB. Pengaruh luas PCCB terhadap kemampuan perpindahan panas pendingin diamati dengan memperhatikan suhu pelat elemen bakar, suhu bahan ISSN 0216 -3128
ProsedingPertemuandan Presentasillmiah PPNY-BATAN,Yogyakarta14 -15 Juli 1999
Buku I
bakar, batas terjadinya awal pendidihan inti da"n batas keselamatan terhadap instabilitas aliran. Parameter-parametertersebut dihitung dengan asumsi pembangkitanpanasdi dalam bahanbakar konstan sepanjang arab radial. Perhitungan perpindahan panas didasarkan pada pemecahan persamaankonduksi panas satu dimensi ke arab radial, denganjumlah maksimum titik (nodes)ke arab aksial sebanyak21 titik daDjumlah titik di bahanbakarke arab radialsebanyak5 titik. Analisis dilakukan pada kondisi terburuk (worst case condition), denganmenggunakandata laju alir minimal sebesar800 kg/det daD laju alir minimum yan~ melalui sebuahelemenbakaradalah 46,54 m3/jam 6]. Data basil eksperimedl]disajikan dalamTabell. Table 1
Koefisien tahanan dan rasio /uas a/iran RSG-GASsebagaifungsiPCCB.
% Penyumbatan
Koefisien Tahanan (Kentraooe)
RasioLuasAliran (Normal: PCCB)
0%
0.5
1.0
10%
0.7
0.9712
20%
1.0
0.9325
3.0
0.7581
12.5
0.4736
50% 70%
Selain data-dataPCCB yang diperoleh dari hasil eksperimenjuga digunakan data masukan untuk teras oksida dan disain teras silisida seperti yang ditunjukan di dalamTabel2.
155
HASIL DAN PEMBAHASAN Teras Osida Untuk mengetahui karakteristik termohidrolika dan batas keselamatan kondisi tunak pacta bermacam-macam luas kanal yang tersurnbat, maka analisis dilakukan dengan variasi daya lebih.( 114%) daTidaya 25MW dan 30MW. Data distribusifaktor aksial. dan laju alir pacta analisis teras oksida berdasar pacta hasil pengukuran teras ke-X. Faktor radial dan faktor tekDis (engineering factors) pacta teras setimbang (TWC = typical working core) diambil daTiSAR. Panas yang dibangkitkan di dalam teras oksida, diasumsikan sebesar 92% daTi daya total yang dibangkitkan di dalam kolam. reaktOr17]. Dengan demikian maka analisis dilakukan pacta tingkat daya lebih 26,22MW dan 31,46MW. Hasil analisis berbagai variasi PCCB dan daya tersebut dirangkurn dalam Tabel 3. Tabel 3 menunjukan bahwa kecepatan pending in rerata di dalam kanal dan penurunan tekanan sepanjang teras, semakin kecil apabila tampang lintang kanal pendingin yang tertutup semakin luas. Hal ini disebabkan karena apabila tampang lintang kanal yang tertutup semakin luas, akan berakibat pacta semakin besarnya koefisien gesek aliran di sisi masukan kanal-kanal elemen bakar. Selain itu mudah dipahami bahwa rasio laju alir pendingin melalui kanal-kanal pendingin juga akan semakin kecil dibanding dengan aliran normal.
Tabel 2. Data masukanperhitunganterasoksidadandisain terassilisida. No
PARAMETER
p= 114% x92%x 25MW
1
Pembangkitandaya,MW
2
DISAIN TERAS SILISmA
TERAS OKSillA P=114%x92%x 30MW
p= 114%x25 MW
p= 114%x30
MW
22.600
31.462
30.0
34.2
Tekanansisi masukan,kg/cm2
2.036
2.036
2.036
2.036
44.5
44.5
44.5
44.5
900.791
900.791
900.791
900.791
46.54
46.54
46.54
46.54
FR
2.600
2.600
2.391
2.391
FA
1.600
1.600
1.914
1.914
Foool
1.167
1.167
1.167
1.167
Ffilm
1.260
1.260
1.260
1..260
F Hflx
1.200
1.200
1.200
1.200
3
Suhumasukan, °c
4
Laju alir teras,kg/S
5
Laju alir elemenbakar,m3fh
6
Faktor-faktorpuncakdaya:
ISSN 0216-3128
EndiahPH, dkk.
ProsedingPertemuandan PresentasiIlmiah
156
BukuI
PPNY-BATAN, Yogyakarta 14 -J 5 Ju/i 1999
Tabel3. Hasi/Ana/isis Termohidro/ikaPada J;ana/TerpanasTerasobida RSG-GAS. No.
PARAMETER
0% PCCB
10% PCCB
20% PCCB
50% PCCB
Kecepatanpendingin,m/det.
3.84
3.73
3.59
2.93
1.87
0.609
0.5818
0.5460
0.4028
0.2295
3
f.p sepanjangteras,kgicm2 Tekanankanal keluaran,kgicm2
1.514
1.541
1.577
1.720
1.892
4
Suhujenuh kanal keluaran,°C
116.25
116.44
116.67
117.60
118.59
5
Kenaikan suhu pendingin sepanjang kanal,°C
33.28
34.26
35.68
43.87
70.05
6.
Suhumaks.Kelongsong,°C
137.51
138.31
139.38
143.92
150.06
7.
Suhumaks.Meat
156.37
157.19
158.25
162.79
Fluks panasrerata,W/cm2
168.93
8.
9.
Fluks panasmaks.,W/cm2
700;0PCCB
A. DAY A LEBffi 26,22MW. 2
10.
11.
BatassuhuterhadapONB,OC
36.27
36.27
36.27
36.27
36.27
195.84
195.84
195.84
195.84
195.84
-7.89
-8.70
-14.60
-22.29
-9.77
Bataskeselamatan terhadap: (a) DNBR (b) S=l1/l1C
1.45
1.40
1.35
1.10
0.69
4.63
4.43
4.17
2.94
0.56
B. DAY A LEB1lI31,46MW. I
Kecepatanpendingin,m/det.
3.86
3.60
2.95
1.88
2
0.5824
0.5468
0.4033
0.2310
3
Ap sepanjangteras,kgicm2 Tekanankana! keluaran,kgicm2
0.610 1.513
1.54.1
1.576
1.719
1.890
4
Suhujenuh kana! keluaran,°C
116.28
116.45
116.68
117.6.1
Il8.59
5
Kenaikan suhu pendingin sepanjang kanal,°C
41.1
42.8
52.6
74.19
6.
Suhumaks.Kelongsong,oC
7.
Suhumaks.Bahanbakar
8.
Fluks panasrerata,W/cm2
9.
Fluks panasmaks.,W/cm2
10 11
BatassuhuterhadapONB,°C
39.92
.3.75
144.59
145.26
146.14
149.79
154.75
167.23 43.53 235.01
167.91
168.79
172.44
177.40
43.53
43.53
43.53
43.53
235.01
235.01
235.01
235.01
-14.56
-15.26
-16.19
-20.27
-27.26
Bataskeselamatan terhadap: (a) DNBR
1.21
1.17
1.12
0.91
(b) S=l1/l1C
3.41
3.25
3.03
2.00
Pengaruhluas PCCB terhadapperpindahan panasdi dalam kanal elemenbakar diuraikandalam penjelasan berlkUt ini. Karena kanal pendingin tertutup secara melintang maka masih terdapat aliran di dalam kanal tersebut. Tepat di bagian bawah kanal yang tertutup aliran pendinginseolah berhenti, sehingg~terjadi mekanismeperpindahan panas konveksibebasdi bagian tersebl't. Lapisan batas antara pendingin yang diam daD aliran pendingin konveksi paksa yang berasaldari kanal yang masih terbuka akan bercampur(Gambar 2). Apabila luas kanalyangtertutupsemakinluas,maka pelat elemen bakar yang didinginkan dengan mekanismekonveksi bebas menjadi semakinluas EndiahPH, dkk
0.57
pula. Mekanismeperpindahanpanas seperti ini sangat lambat dibandingkan dengan pendinginan konveksi paksa. Diketahui bahwa pembangkitan panas di dalam elemenbakar tetap sedangkanlaju pendinginmenurunakibatpenyumbatan.Fenomena ini menyebabkansuhu di pennukaan kelongsong meningkat daD akhimya suhu pendingin akan melewati suhu jenuh pelat. Akibatnya batas suhu terhadap awal pendidihan inti (AToNB)semakin dekat bahkan melampauinyadaD akhimya mulai terjadipendidihaninti. Jika luas kanal yangtertutup semakinluas maka bukan saja terjadi pendidihan inti, bahkan gelembung akan pecah karena tercapainyasuhuakhirpendidihaninti. Hal ini akan ISSN 0216 -3128
Jtt 1
ProsedingPertemuandon Presentasillmiah PPNY-BATAN,Yogyakarta14 -15 Juli 1999
BukuI
menyebabkanterjadinyaaliran dua rase. Pecahnya gelembung yang disusul dengan terbentuknya gelembung barn akan menyebabkaninstabilitas aliran di dalam kanal pendingin. Terbentuknya gelembung gelembung ini akan memberikan reaktivitas negatif pada teras, sistem kendali akan mengkompensasidengan menaikan daya hingga mencapai batas daya lebih sesuaidengan setting pointnya. Sehingga batas keselamatanminimum terhadap DNBR dan S akan terlampaui. Pada kecelakaansepertiini reaktor akan trip/ terpancung karenafluks panaslokal, yang ditandai oleh sinyal yang berasal dari detektor kesetimbanganfluks netron(unbalanceload).
~ I Konvekli
bebaa
~ ~",~,...
~
Dari kedua gambar tersebutterlihat bahwa kecelakaan PCCB ketika reaktor sedang dioperasikanpadatingkat daya lebih 31,46MW dan 26,22MWmasing-masingmempunyaitoleransiluas kanalyang tertutupmaksirnum30%dan50%.
alil'lnpWa t+
"' ;r
~,
157
\
,+.
'
~~t+
It
\.'
t
I
'+I I
Gambar 3. Hasi/ perhitungan PCCB teras oksida daya/ebih (26,22MW):
:1t '+It;-'I
~~
\
I
f
t I I
\
~~ -~~-~
'V
~
t
\ \
Gambar 2. Profit a!iran pada kana! yang menga!ami PCCB. Gambar 4. Hasu perhitungan PCCB teras oksida daya lebih (31.46MW). Hubungan antara luas kanal yang tertutup (PCCB) clan suhujenuh, suhu kelongsongmaksimum, DNBR dan Spada daya lebih 26,22MW dan 31,46MW masing-masingditunjukkan oleh Gamba,r 3 dan Gambar4. Apabila kecelakaanakibatPCCB terjadi ketika reaktor sedang dioperasikan pada tingkat daya lebih 26,22 MW, maka bataskeselamatan Sminpada daya lebih adalahsebesar2,67.[4] Dari Gambar 3 terlihat bahwa barns keselamatan akan terlampaui apabila 1uas kanal yang tertutup lebih besar daTi50%. Pada prosentasePCCB sebesar 50%, Sminpada daya lebih adalah2,94, clan suhu maksimum kelongsong 143,92°C, dengan kecepatan pendingin sebesar 2,93 m/det. Pada Gambar 4, dengan daya lebih 31,46MW batas keselamatanterhadapinstabilitasaliran,S mencapai harga minimum apabila luas kanal yang tertutup mencapai30%. ISSN 0216 -3128
Disain Teras Slisida RSG-GAS Pembangkitan panas pada teras silisida diasumsisebesar100%. Asumsi ini lebih konservatif dibandingkan dengan asumsi untuk teras oksida. Analisis kecelakaanPCCB dilakukan pada pengoperasianreaktor dengan tingkat daya lebih 28,5MW dan 34,2MW. Faktor puncakdaya radial dan distribusi faktor aksial pada perhitungankanal terpanasdiperolehdaTibasil perhitunganneutronik disain teras silisida, menggunakan' program BATAN-3Diff.l8] Sedangkanfaktor-faktor teknis diambil daTiSAR untukterasoksida. Data-datalain yang diperlukansehubungandengansifat dan jenis elemenbakar yang digunakansepertikonduktivitas EndiahPH, dkk.
158
ProsedingPertemuandan PresentasiIlmiah PPNY-BATAN.Yogyakarta14 -15 Juti 1999
Buku I
panas,panasjenis dan porositasdisesuaikandengan densitasuranium yang digunakan. Laju pendingin minimum dianggapsarnadengan yang digunakan untukterasoksida, karenatidak ada perubahanyang dilakukan pada pengoperasiansistem pendingin primer maupunsistem-sistem lainnya. Hasil analisis disain teras silisida sesuai denganvariasi luas kanal yang tertutup, sertadaya seperti yang telah ditentukan di atas, dirangkum dalamTabe.l4. Tabeltersebutmemuatbasil analisis
keselarnatan padaprosentasePCCB 0%, 10%,2.0%, 50% dan 70%. Dari tabel tersebutterlihat bahwa karakteristik terrnollidrolika seperti kecepatan pendingin di dalarn kanal,' penurun~ tekanan sepanjangkanal pendingin dan batas keselarnatan mempunyai kecenderunganyang sarna seperti karakteristikteras oksida. Hubungan antara suhu dan batas keselarnatanterhadapprosentasePCCB untuk daya lebih 28,5MW dan 34,2MW masingmasingdigarnbarkanpadaGarnbar5 clanGarnbar6.
Tabel4. Hasil Analisis TermohidrolikaPadaKanal TerpanasDisain Terassilisida RSG-GAS. No
PARAMETER A.
0% PCCB
10% PCCB
20% PCCB
50% PCCB
70% PCCB
DAY A LEBill 28,SMW. 3.83
3.73
3.58
2.93
1.86
~p sepanjangteras,kgicm2 Tekanankanal keluaran,kgicm2
0.6090
0.5820
0.5460
0.4027
0.2293
1.514
1.541
1.577
1.720
1.892
Suhujenuhkana! keluaran,°C
116.26
116.44
116.67
117.59
118.59
5.
Kenaikan suhu pendingin sepan jang kanal,°C
30.81
31.72
33.04
40.62
64.88
6.
Suhumaks.Kelongsong,°C
142.86
142.86
143.78
144:52
150.54
148.13
148.83
153.58
l58.77
39.43
39.43
227.36
227.36
-17.90
-24.55
I
Kecepatanpendingin,m/det.
23.4,
Suhumaks.Bahanbakar
7. 8.9. Fluks panasrerata,W/cm2
39.43
39.43
227.36
227;36
149.76 39.43 227.36
-12.15
.12.86
-13.80
(a) DNBR
1.25
1.21
1.16
0.94
0.59
(b)S=ll/llC
4.24
4.08
3.86
2.88
0.52
Fluks panasmaks.,W/cm2 10,
BatassuhuterhadapO~,oC
11.
Bataskeselamatan terhadap:
B.
1
DAY A LEBffi 34,2MW. 3.85
3.74
3.60
2;94
1.87
Lipsepanjafigteras,kgicm2 Tekanankana! keluaran,kgicm2
0.6095
0.5830
0.5460
0.4030
0.2305
1.514
1.541
1.576
1.719
1.891
4
Suhujenuhkanalkeluaran,°C
116.27
116.45
116.68
117.60
118.59
5
Kenaikan suhu sepanjangkanal,°C
36.96
38.05
39.63
48.71
74.19
148.96 156.13 47.31 272.83
149.52
150.25
153.39
157.42
156.69
157.42
160.55
164.58
47.31
47.31
47.31
47.31
272.83
272.83
272.83
272.83
-15.5G
-19.13
-19.90
-23.45
-29.21
0.49
2
3
Kecepatanpendingin,m/det.
pendingin
Suhumaks.Kelongsong,°C 6. 7.8.9. Suhumaks.Bahanbakar Fluks panasrerata,W/cm2 Fluks panasmaks.,W/cm2 10.
BatassuhuterhadapONB,OC
11,
Bataskeselamatan terhadap: (a) DNBR (b)S=ll/llC
EndiahPH, dkk.
1.04
1.01
0.97
0.79
3.28
3.15
2.96
1.81
ISSN 0216 -3128
Proseding Pertemuan dan Presentasi I/miah PPNY-BATAN. Yogyakarta 14 -15 Ju/i 1999
BukuI
159
yang sarna (pada teras oksida dan teras silisida) menunjukannilai yang tidakjauh berbeda. Hat ini menunjukkan bahwa perpindahan panas pacta elemenbakarsilisida.lebihbaik daripadaoksida.
KESIMPULAN Kesimpulan dari basil analisis keselamatan tennohidrolika terhadap model kecelakaan akibat jatuhnya suatuobyek, yang menutupisebagianluas kanalpendinginelemenbakarpadaterasoksida dan disainterassilisidaRSG-GASadalab: Gambar 5. Hasil perhitungan PCCB disain teras silisida dayalebfh {28,5 MW}.
I. Pada teras oksida, batas keselnmatan.terhadap instabilitasaliran mencapainilai minimum yang diijinkan, apabila terjadi prosentasepenyumbatan kanalpendinginyang mencapai50% dan 30% arab melintang. Nilai batas tersebut masing masing pada pengoperasiantingkat daya lebih sebesar 26,22 MW dan 31,46MW. 2. Pada disain .teras silisida batas keselamatan terhadap nilai S mencapai minimum, apabila penyumbatanmencapai50% dan :t 27% ketika pengoperasiantingkat daya reaktor mas!ngmasingmencapai28,5 MW dan34,2 MW.
Gambar 6. Hasil perhitungan PCCB disain teras silisida daya lebih (34,2 MW).
Dari garnbar tersebut terlihat bahwa suhu kelongsong maksimum sebagaifungsi luas kanal yangtertutuplebihpanasdibandingkandenganteras oksida. Batas keselarnatanterhadapS clanDNBR semakinkecil apabila kanal yang tertutup semakin luas clan harga batas ini apabila dibandingkan dengan teras oksida, juga lebih kecil. Hal ini disebabkankarena pembangkitandaya pada teras silisida diasumsi dibangkitkan seluruhnya (100%) oleh elemenbakar. Batas keselarnatanmencapai harga minimum yang diijinkan sebesar2,88 apabila kanal tertutup seluas50% ketika reaktordioperasikan padadaya28,5MW. Apabilaketika kecelakaan terjadi reaktorsedangdioperasikanpadadaya lebih 34,2M, nilai batas keselarnatanmencapai harga minimum ketika kanal tertutup seluas :t 27%. Konduktivitas panas silisida yang lebih besar daripadaelemenbakar oksidatidak dibandingkandi sini, karena pembangkitandaya yang tidak sarna. Meskipun demikian apabila diarnati dengan lebih teliti maka terlihat bahwa batas keselarnatan minimum pada tingkat daya clanprosentasePCCB ISSN 0216 -3128
3. Meskipunanalisis'kecelaka.an akibatpenyumbatan kanal pendingintelab dilakukan, tetapi perlu diingatkan agar prosedur pemeriksaan/inspeksi terhadapteras sebelumoperasimutlak diperlukan. Selain itu pengawasanketat terhadap pengunjung di atas anjungan, ketika reaktor .sedang dioperasikanagar selaludilakukan.
UCAPAN TERIMA KASIH Eksperirnen daDanalisis irii dikerjakan dalarn pro~arn kerjasarna antara BATAN-JAERI, untuk itu penulis mengucapkan terirna kasih kepada DR. Hudi Hastowo selaku Kapus PRSG daD Mr. Kaieda selaku Director of Department of Research Reactor, Tokai Research Establishment serta Mr. Ichikawa selaku General Manager of department of Research ,Reactor Operation, yangtelah memberi kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan topik irii.
DAFTAR PUSTAKA 1. ENDIAH pun HASTUTI, MASANORI KAMINAGA, "Channel Blockage Experiment and Analysis by using JRR-3 Experiment Facility with Dummy Fuel Element", JAERI, April 1998. 2. BAKRI ARBIE, "Oxide To Silicide Fuel Conversion Study For Multipurpose Reactor G.A. EndiahPH, dkk.
160 Siwabessy", Disertasi Doktor, GadjahMada, Yogyakarta,1996.
Buku I
Universitas
3. R.H. WHITTLE AND FORGAN, "A Correlation for the Minima in The PressureDrop Versus Flow Rate Curves for Sub-Cooled Water Flowing in Narrow Heated Channels", Nucl. Eng.Design,6, 89-99,1967. 4. ANONYM, "Safety Analysis Report of the Indonesian Multipurpose Reactor GASiwabessy",Rev.7, BATAN, Sept.1989. 5. MASANORI KAMINAGA, "Coolod-N: A ComputerCode for the Analysis of Steady-State Thennal Hydraulics in Plate-Type Research Reactors",JAERI-M 90-021,February1990. 6. M. DARWIS ISNAINI dkk, "Pengukuran Distribusi Laju Alir Teras X RSG-GA Siwabessy", Ident No. RSG/EFT/94/03mO.02/L., Juni 1994 7. NABBI R., ARBIE B., ENDIAH PH., KURNIA PUTRANTA, KUEHNE W., "Steady State Thermal hydraulics of the IndonesianResearch Multipurpose Reactor GAS", Proceeding The Second Symposiumon ResearchReactors,Vol. 1, Jakarta,May 1989. 8. LIEM PENG HONG, BAKRI ARBIE, T.M. SEMBIRING, PRAYOTO, "Fuel Management Strategy for the New Eq~ilibrium Silicide Core Design of RSG-GAS (MPR-30)", Nuclear, Eng and Design,No. 180pg. 207-219,1998.
TANYAJAWAB Y. Sardjono -Sebemlnya, harga MCPR (Minimum Critical Power Ratio) untuk bahanbakar oksida maupun silisidayang diijinkanim berapa? Baik im harga disain,operasiclankecelakaan.
ProsedingPertemuandan Presentasi/lmiah PPNY-BATAN;Yogyakarta/4 -/5 Juli /999
Endiah PH -RSG menggunakanbatas keselamatanterhadap nilai instabilitasaliran (8) yang merupakanperbandingandari parameterpelepasangelembung di suatu titik dengan nilai kritisnya. Untuk operasi daya normal nilai 8 = 2,67, untuk operasidayalebih & ATW8 8 = 1,48. -Analisis dilakukanpada 2 jenis dayapada 2 jenis BB teras RSG yaitu oksida & silisida. Dengan daya maskimum. dan dqya yang biasanya dioperasikandi RSGyang sebesar25 MW.
Lily Suparlina -Apa yang dimaksud dengan penyumbatan 10 %, .20 % dst sampai 70 %. Apakah prosentase tersebut untuk 1 plat elemen bakar, satu bundel atau satu teras? Dan bagaimanabentuk penyumbatannya, apakah dibagian atas saja, atau diseluruh (disepanjang)kanal ?
Endiah PH -Variasi penyumbatan10 % dst merupakantotal luas sebuah elemen bakar arah melintang. Penyumbatan.hanya terjadi pada sisi masukan kanal-kanalelemenbakar.
BambangHerutomo -Bagaimana model tr~sfer panas ke pendingin diantaradua plat BB yangtersumbat? Endiah PH -Kanal yang tersumbat diantara 2 pelat tidak seluruhnya tersumbat masih ado celah yang .dopat dialiri pendingin. Model perhitungan dianggapforced convection,meskipundi bawah kanal yang tersumbat terjadi mekanisme PP secara koncekri alam (natura convection), karenaPP secarakonvekripakra lebih dominan.
-Perhitungan dilakukan macam-macam daya, setau saya analisis kecelakaandilakukan pada dayamaksimum! Mohonkomentar.
Endiah PH. dkk.
ISSN 0216 -3128
