Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat Nuklir PRPN – BATAN, 14 November 2013 - 1 - BASIC DESAIN PABRIK ELEMEN BAKAR NUKLIR TIPE PWR 1000 MWe UNTUK PLTN DI INDONESIA: DIVISI PROSES Bambang G. Susanto, Prayitno, Abdul Jami, Marliyadi P., dan Hafni Lissa Nuri PRPN – BATAN, Kawasan Puspiptek, Gedung 71, Tangerang Selatan, 15310 ABSTRAK BASIC DESAIN PABRIK ELEMEN BAKAR NUKLIR TIPE PWR 1000 MWe UNTUK PLTN DI INDONESIA: DIVISI PROSES. Telah dilakukan perekayasaan pada tahapan basic desain pabrik elemen bakar nuklir tipe PWR 1000 MWe untuk PLTN di Indonesia melalui konversi jalur AUK (Ammonium Uranil Karbonal) dan JKT (Jalur Kering Terintegrasi) dan dilanjutkan dengan fabrikasi. Dari hasil tahapan perekayasaan yang telah dilakukan untuk divisi proses data teknis telah dihasilkan yaitu: informasi umum mengenai pabrik elemen bakar nuklir; basic engineering design data; unit desain basis; deskripsi proses; diagram alir kualitatif dan kuantitatif dan process flow diagram; neraca massa dan energi; spesifikasi dan data sheet peralatan proses; equipment list; diagram pipa dan instrumentasi; perhitungan ukuran pipa nominal pabrik; kelas bahan berbahaya; keterangan katup pengendali, safety analysis function evaluation chart (SAFE Chart); preliminary HAZOP study; data aspek keuangan, kriteria seleksi dan aspek ekonomi khusus untuk JKT. Kata kunci: PWR 1000 MWe, PLTN , jalur AUK, jalur kering terintegrasi, elemen bakar nuklir. ABSTRACT The design has been done at basic design steps of nuclear fuel element plant PWR type 1000 MWe for Indonesia NPP through ammonium uranyl carbonate and integrated dry route up to fabrication step. Technical data’s obtained during the basic design steps (for process devision only) are: general information for nuclear fuel element plant; basic engineering design data; process description, qualitative and quantitative flow diagrams; process flow diagram (PFD); mass and energi balance; specification and process data sheet; equipment list; hazard material class, piping and instrumentation diagram; plant line sizing; control description, safety analysis funtion evaluation chart (SAFE Chart), preliminary HAZOP study; the data for financial aspect; selection criteria and economical aspect for integrated dry route only. Keywords: PWR 1000 MWe, NPP, AUC route, integrated dry route, nuclear fuel element.
20
Embed
BASIC DESAIN PABRIK ELEMEN BAKAR NUKLIR TIPE PWR …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1__BG.pdf · Penyusunan Keterangan Katup Pengendali (Control Description), 12. ... untuk
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 1 -
BASIC DESAIN PABRIK ELEMEN BAKAR NUKLIR TIPE PWR 1000 MWeUNTUK PLTN DI INDONESIA: DIVISI PROSES
Bambang G. Susanto, Prayitno, Abdul Jami, Marliyadi P., dan Hafni Lissa Nuri
PRPN – BATAN, Kawasan Puspiptek, Gedung 71, Tangerang Selatan, 15310
ABSTRAK
BASIC DESAIN PABRIK ELEMEN BAKAR NUKLIR TIPE PWR 1000 MWeUNTUK PLTN DI INDONESIA: DIVISI PROSES. Telah dilakukan perekayasaan padatahapan basic desain pabrik elemen bakar nuklir tipe PWR 1000 MWe untuk PLTN diIndonesia melalui konversi jalur AUK (Ammonium Uranil Karbonal) dan JKT (Jalur KeringTerintegrasi) dan dilanjutkan dengan fabrikasi. Dari hasil tahapan perekayasaan yangtelah dilakukan untuk divisi proses data teknis telah dihasilkan yaitu: informasi umummengenai pabrik elemen bakar nuklir; basic engineering design data; unit desain basis;deskripsi proses; diagram alir kualitatif dan kuantitatif dan process flow diagram; neracamassa dan energi; spesifikasi dan data sheet peralatan proses; equipment list; diagrampipa dan instrumentasi; perhitungan ukuran pipa nominal pabrik; kelas bahan berbahaya;keterangan katup pengendali, safety analysis function evaluation chart (SAFE Chart);preliminary HAZOP study; data aspek keuangan, kriteria seleksi dan aspek ekonomikhusus untuk JKT.
Kata kunci: PWR 1000 MWe, PLTN , jalur AUK, jalur kering terintegrasi, elemen bakarnuklir.
ABSTRACT
The design has been done at basic design steps of nuclear fuel element plant PWR type1000 MWe for Indonesia NPP through ammonium uranyl carbonate and integrated dryroute up to fabrication step. Technical data’s obtained during the basic design steps (forprocess devision only) are: general information for nuclear fuel element plant; basicengineering design data; process description, qualitative and quantitative flow diagrams;process flow diagram (PFD); mass and energi balance; specification and process datasheet; equipment list; hazard material class, piping and instrumentation diagram; plant linesizing; control description, safety analysis funtion evaluation chart (SAFE Chart),preliminary HAZOP study; the data for financial aspect; selection criteria and economicalaspect for integrated dry route only.
Untuk memperoleh perhitungan neraca massa dan energi telah dilakukan prosessimulasi dengan perangkat lunak Chemcad steady state versi 6.4.0.4941. agar diperolehhasil neraca massa dan energi yang lebih akurat. Keluaran dari Chemcad steady state6.40.0.4941 disajikan dalam bentuk tabel dan dilengkapi diagram alir per unit alat yangsedang dihitung. Contoh hasil perhitungan neraca massa dan energi dengan prosessimulasi Chemcad steady state versi 6.4.0.4941 untuk masing-masing alat disajikansebagai berikut:Basis desain dan asumsi yang digunakan :
1. Umpan berasal dari tangki gas UF6 dalam keadaan suhu sekitar 600C dantekanan sekitar 19 atm
2. 1 Tahun = 300 hari operasi3. 1 hari = 24 jam operasi4. Temperatur lingkungan 30 oC
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 12 -
Contoh Neraca Massa dan Energi Jalur Ammonium Uranil Karbonat (AUK).
3.7.1 Tangki Penguap UF6Fungsi : Menguapkan UF6 sebanyak 120.644 kg/jam hingga bersuhu 60oCJenis : Cylindrical dalam Shell pemanasKondisi Operasi : 70 oC , 19 atm
3.8 Penyiapan spesifikasi dan data sheet proses [6].
Penentuan spesifikasi peralatan proses produksi pabrik elemen bakar nuklir dilakukan
melalui proses simulasi Chemcad steady state versi 6.4.0 4941 agar hasil perhitungan
lebih akurat. Proses simulasi dengan Chemcad steady state versi 6.4.0.4941 pada
tahapan basic design telah menghasilkan perhitungan spesifikasi dan data sheet yang
lebih detil dibandingkan dengan tahapan pra studi kelayakan yang selesai dikerjakan
tahun 2009 yang lalu. Contoh spesifikasi dan data sheet proses untuk jalur JKT adalah
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 13 -
Spesifikasi alat Heater (HE-0101)
Proses Data Sheet Heater (HE-0101
3.9 Perhitungan ukuran pipa nominal (Line Indeks)
Semua sistem proses konversi yang ada di pabrik elemen bakar nuklir ini
dihubungkan dengan pipa proses untuk memindahkan sejumlah senyawa tertentu
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 14 -
dari suatu alat proses ke alat proses lainnya. Seluruh pipa tersebut harus dirancang
dan dihitung sedemikian rupa agar diperoleh diameter nominal dan material pipa
sesuai dengan beban aliran (debit) penurunan tekanan di dalam pipa itu. Untuk
memperoleh hasil yang maksimal maka seluruh data perhitungan diameter pipa
nominal yang ada dalam sistem proses konversi gas UF6 menjadi UO2 masing-
masing melalui jalur AUK dan JKT dihitung dan Tabel 3.9 hanya menunjukkan untuk
jalur AUK:
Tabel 3.9: Hasil Perhitungan Diameter Pipa Nominal Jalur AUK.[6]Aliran Fluida
dariAliran Fluida
keKriteria
Kec.Fluida
(m/detik)
Kec. FluidaTerhitung
Kriteria(∆ P) ,
kg/cm2/100 m
∆ PTerhitung( kg/cm2/100m)
NPS HasilPerhitungan
( inchi) :Schedule
T-UF6(T-0202)
ReaktorGelbg.(BR-0201)
15 7.04 2.0 0.0016 3” ; 40
T-CO2(T-0201)
ReaktorGelbg. (BR-0201)
15 7.04 2,0 0.0016 3” ; 40
Reaktor Gelbng.(BR-0201)
Scrubber(S-0202) 15 13.60 2,0 0.24 1,5” ; 40
Bubble Reaktor(BR-0201)
Pompa(P-0204) 3 0,58 2,0 0,24 1” ; 40
Dipilih 2*)Pompa(P-0204)
Settling Tank(ST-0201) 3 0,58 2,0 0,24 1” ; 40
Dipilih 1,5*)Settling Tank(ST-0201)
Tangki Limbah(TL-0201) 3 0.7 2,0 0,36 0.75”: 40
Settling Tank(ST-0201)
Pompa(P-0205) 3 0,42 2,0 0,4 0.5”: 40
Dipilih 2 *)Pompa(P-0205)
Washing Tank(WT-0201) 3 0,42 2,0 0,4 0.5” : 40
Dipilih 1,5*)Mixer(M-0201)
Washing Tank(WT-0201) 3 0.42 2,0 0,15 0.75” ; 40
Washing Tank(WT-0201)
Tangki Limbah(TL-0201) 3 0,81 2,0 0,57 0.50” ; 40
Washing Tank(WT-0201)
Pompa(P-0207) 3 0.35 2,0 0.26 0,50” ; 40
Dipilih 2*)Pompa(P-0207)
Homogenizer(H-0201) 3 0.35 2,0 0.26 0,50” ; 40
Dipilih1,5*)Homogenizer(H-0201)
Pompa(P-0208) 3 0.35 2,0 0.26 0,50” ; 40
Pompa(P-0208)
Spray Dryer(SD-0201) 3 0.35 2,0 0.26 0,50”; 40
Spray Dryer(SD-0201)
Filter/siklon(C-0201) 3 2,4 2.0 1,06 1,50”; 40
Scrubber(S-0202)
Pompa P-09(P-0209) 3 0.47 2,0 0.21 0,50” ; 40
Dipilih 2 *)Pompa(P-0209)
Tangki Limbah(TL-0201) 3 0.47 2,0 0.21 0,50” ; 40
Dipilih 1.5*)
*) Catatan: Pipa yang terhubung dengan pompa, diameter yang terlalu kecil diperbesar sampaimendekati ukuran nozzle pompa baik pada posisi suction atau discharge.
3.10 Hazardous Material Class
Pabrik elemen bakar nuklir dalam proses operasinya menggunakan bahan baku dan
bahan pendukung dan produk yang dihasilkan termasuk kelas yang berbahaya. Produk
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 15 -
dari pabrik ini adalah elemen bakar nuklir sebagai produk radioaktif. Oleh karena itu
kelas bahan-bahan yang berbahaya di pabrik elemen bakar nuklir ini perlu diketahui
seperti yang disajikan dalam Tabel 3.10 berikut ini:
TABEL 3.10 : Hazardous Material Class Yang Dipakai dan yang Diproduksidalam Pabrik elemen bakar nuklir [6]
NO MATERIALMATERIAL CLASS
NFPA RATING HMIS RATING DOT/49CFR RATINGH F R(S) H F R(S) 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Semua katup pengendali aliran dalam pabrik elemen bakar nuklir ini perlu dijelaskan
cara mengoperasikannya baik pada saat start-up maupun pada saat shutdown untuk
memberikan data teknis pengendalian pada Divisi Instrumentasi dan Kontrol. Contoh
keterangan katup pengendali adalah pada Reaktor Bubble Column BR-0201 baik
saat start-up maupun saat shutdwn sebagai berikut [6]:
Reaktor Bubble Column Br-0201:
Start UpPada tahap permulaan valve pada jalur pipa DW-2009-1”-A1-N yaitu valve V-16,V-17 dibuka, valve V-18, V-19 ditutup. Valve pada jalur pipa UF6-2007-2½”-IC-Nyaitu VP-13, VP-15 dibuka. Valve VP-16, VP-17 ditutup. Valve pada jalur pipaNH3-2008-3”-A1-N yaitu V-20, V-22 dibuka, valve V-23, V-24 ditutup. Valve V-31pada jalur pipa W-2010-2”-A1-N dibuka dan valve pada jalur pipa W-2013-2”-A1-Nyaitu V-33, V35 dibuka dan V-36 ditutup sepanjang operasi normal.
Electric Heater EH-0202 dan Electric Heater EH-0203 dalam kondisi operasi,setelah fluida yang melalui electric heater tersebut telah mencapai suhu 60oC,valve V-19 pada jalur pipa DW-2009-1”-A1-N, valve VP-17 pada jalur pipa UF6-2007-2½”-IC-N dana valve VP-24 pada jalur pipa NH3-2008-3”-A1-N dibuka.
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 16 -
Valve pada jalur pipa AUC-2011-2”-IC-N yaitu VP-18,VP-20,VP21 dibuka dan VP-22, VP-23 dalam kondisi tertutup jika pompa P-0204 A dioperasikan, sebaliknyaVP-20,VP21 dalam kondisi tertutup dan VP-22, VP-23 dalam kondisi terbuka jikapompa P-0204 B dioperasikan.
Motor pompa P-0204A dikendalikan oleh switch HS-0201, motor pompa P-0204Bdikendalikan oleh switch HS-0202 dan dioperasikan secara bergantian ketika levelcairan dalam dalam reaktor minimal 2 m (LAL) .
Laju massa fluida pada jalur pipa UF6-2007-2½”-IC-N, NH3-2008-3”-A1-N, danDW-2009-1”-A1-N dikontrol oleh FFC-0205 dan FFC-0208 dengan perbandingan6 : 2 : 15 dengan laju massa fluida pada jalur pipa UF6-2007-2½”-IC-N sebagaivariabel tetap dan laju massa fluida NH3 pada jalur pipa NH3-2008-3”-A1-N dan airbebas mineral H2O pada jalur pipa DW-2009-1”-A1-N sebagai variabel bebas yangdikendalikan oleh bukaan flow control valve FCV-0205, FCV-0206 dan FCV-0207.
Temperatur dan tekanan dalam reaktor dikontrol oleh temperature indicator controlTIC-0208, temperature transmitter TT-0208 dan pressure indicator PI-0208. Overpressure dikendalikan oleh Vent VT-0203.
Ketika Pompa P-0204A operasi dan P-0204B stand by valve VP-20, VP-21 dibukadan VP-22, VP-23 ditutup. Sebaliknya ketika Pompa P-0204B operasi dan P-0204A stand by valve VP-20, VP-21 ditutup dan VP-22, VP-23 dibuka.
Shut DownUntuk keselamatan proses, maka ketika shut down Valve V-17, V-19, V-24 danVP-18 ditutup diikuti dengan mematikan electric heater EH-0202 dan EH-0203.Selanjutnya pompa P-0204A dimatikan melalui switch HS-0201 atau P-0204Bdimatikan melalui switch HS-0202 ketika level fluida dalam reaktor mencapai 10cm tergantung pompa mana yang saat itu dioperasikan. Valve V-13 pada jalurpipa W-2010-2”-A1-N ditutup ketika suhu reaktor telah mencapai sekitar 40 oC.Untuk mengosongkan fluida sisa dalam reaktor dengan cara membuka drain VP-19.
3.12 Penyusunan safety analysis function evaluation chart [6]
Data teknis Safety Analysis Function Evaluation chart (SAFE Chart), atau Cause &
Effect (C&E) Table, salah satu penetapan teknik analisis sebab akibat yang
dinyatakan dalam ISO 10418 (ISO, 2003) dan API 14C 2003 yang dapat digunakan
untuk mengidentifikasi dampak keselamatan yang tidak diharapkan dan desain
tindakan perlindungan yang diperlukan. Sebagian besar ancaman terhadap
keselamatan proses produksi melibatkan terlepasnya bahan kimia/radioaktif ke
lingkungan. Maka analisis dan desain sistem keselamatan proses produksi
seyogyanya menitik-beratkan pada pencegahan pelepasan tersebut, penghentian
aliran bahan kimia jika terjadi kebocoran, dan meminimalkan akibat terjadinya
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 17 -
pelepasan bahan kimia. Evaporator UF6(T-0105A & T-0105B) jalur JKT adalah