PENINGKATAN KECEPATAN SATANG KENDALl PENGATUR REAKTOR RSG-GAS (Iman KuntQ'U) PENINGKATAN KECEPATAN BATANG KENDAll PENGATUR REAKTOR RSG-GAS Iman Kuntoro I ABSTRAK PENINGKATAN KECEPATAN BATANG KENDALl PENGATUR REAKTOR RSG-GAS. Untuk memaksimalkan penggunaan RSG~GAS, keandalanoperasi perlu ditingkatkan. Salah satu faktor keandalan operasi reaktor riser adalah kemampuan batang kendali dalam mengimbangi perubahan reaktivitas akibat gangguan pemasukan/pengeluaran target iradiasi. Karenaharga reaktivitasbatang kendalisudah tertentu,maka peningkatan kemampuan batang kendali dilakukandenganmenaikan kecepatan gerak71.va. Penentuan kecepatan batang kendali optimumdilakukan dengan bantuan pro;Iram komputer EUREKA~2. Program ini menyelesaikan problem interaksi neutronikdon thermohidrolikreaktor berpendingin air. Melalui simulasioperasi RSG- GASdengan melakukan variasi insersi reaktivitasdidapatkan tanggapan dari reaktor. Kecepatan batang kendali pengatur optimum RSG~GAS adalah 5 kali lipat kecepatan yang sekarang. ABSTRACT IMPROVEMENT OF REGULATING ROD SPEED OF THE RSG-GAS REACTOR. In facing the challenge of maximized utilization of the RSG-GA.s: its is required to increase the reliability of the reactor operation. One aspect of research reactor operation reliability is the capability of the regulating rod to accommodate disturbances and on-operationsample insertion. Upon a fixed reactivity worth. the performance could be improved by speeding-up its driving. speed. Theoptimalspeed of control rod were carried out by meansofEUREKA-2computer code. Thecodesolves neutronicand thermal hydraulics relatedproblemsin a water cooled reactor. Using the reactivity insertionsto the RSG-GAS as input in the simulatedoperation, the code generates therespo.'1s ofthe reactor. The optimal speed of theRSG-GAS regulatingrod is found to be 5 times of the existingspeed. Kala Kunci: Balang Kendall, Reaktivitas, Reaktor O) Peneliti di Bidang Pengembangan Teknologi Reaktor, BPTR Pusbang Teknologi Reaktor Riset. P2TRR. BAT AN 1
12
Embed
PENINGKATAN KECEPATAN BATANG KENDAll PENGATUR …digilib.batan.go.id/e-jurnal/Artikel/Jur-Tek-reaktor-Nuklir/Iman Kuntoro.pdf · Pd = daya konstan yang diinginkan Gambar 2. Diagram
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
PENINGKATAN KECEPATAN SATANG KENDALl PENGATUR REAKTOR RSG-GAS (Iman KuntQ'U)
PENINGKATAN KECEPATAN BATANG KENDAll PENGATURREAKTOR RSG-GAS
Iman Kuntoro I
ABSTRAKPENINGKATAN KECEPATAN BATANG KENDALl PENGATUR REAKTOR
RSG-GAS. Untuk memaksimalkan penggunaan RSG~GAS, keandalan operasi perluditingkatkan. Salah satu faktor keandalan operasi reaktor riser adalah kemampuanbatang kendali dalam mengimbangi perubahan reaktivitas akibat gangguanpemasukan/pengeluaran target iradiasi. Karena harga reaktivitas batang kendali sudahtertentu, maka peningkatan kemampuan batang kendali dilakukan dengan menaikankecepatan gerak71.va. Penentuan kecepatan batang kendali optimum dilakukan denganbantuan pro;Iram komputer EUREKA~2. Program ini menyelesaikan problem interaksineutronik don thermohidrolik reaktor berpendingin air. Melalui simulasi operasi RSG-GAS dengan melakukan variasi insersi reaktivitas didapatkan tanggapan dari reaktor.Kecepatan batang kendali pengatur optimum RSG~GAS adalah 5 kali lipat kecepatanyang sekarang.
ABSTRACTIMPROVEMENT OF REGULATING ROD SPEED OF THE RSG-GAS
REACTOR. In facing the challenge of maximized utilization of the RSG-GA.s: its isrequired to increase the reliability of the reactor operation. One aspect of researchreactor operation reliability is the capability of the regulating rod to accommodatedisturbances and on-operation sample insertion. Upon a fixed reactivity worth. theperformance could be improved by speeding-up its driving. speed. The optimal speed ofcontrol rod were carried out by means of EUREKA-2 computer code. The code solvesneutronic and thermal hydraulics related problems in a water cooled reactor. Usingthe reactivity insertions to the RSG-GAS as input in the simulated operation, the codegenerates the respo.'1s of the reactor. The optimal speed of the RSG-GAS regulating rodis found to be 5 times of the existing speed.
Kala Kunci: Balang Kendall, Reaktivitas, Reaktor
O) Peneliti di Bidang Pengembangan Teknologi Reaktor, BPTR Pusbang Teknologi
Reaktor Riset. P2TRR. BAT AN
1
JURNAL TEKNOLOGI REAKTOR NUKLIR-ffil DASA MEGA, VoI.2.Na.1,Petxuali, 2000: 1-12
PENDAHULUANSebagaimana narnanya. reaktor serna guna RSG-GAS dirancang untuk secara
aman mampu melayani iradiasi untuk aktivasi neutron. uji material dan produksiradioisotop sekaligus, sehingga reaktor dilengkapi dengan sistem pembatas operasi agarkeselamatan operasi tetap terjamin dan dapat memenulu seluruh kepentingan pemakai.Salall sam pembatas tersebut adalah bah\va semua target iradiasi di teras reaktor kecualisistem rabbit harus dipasang dan dikeluarkan pada saat reaktor padam. Hal ini seringmenimbulkan pertentangan kepentingan antar pemakai. Dalam perkembangannyaternyata banyak pemakai reaktor menginginkan agar pemasukan dan pengambilan targetdapat dilakukan pada saat reaktor beroperasi terutama oleh pernroduksi radioisotop.
Bertolak dari masalah tersebut, P2TRR men)llsun program untuk meningkatkankinerja reaktor agar dapat melayani kegiatan "on-po\ver target insertion" tanpamengurangi faktor keselalnatannya, salah satunya adalah dengan meningkatkankemampuan dinaInis batang kendali pengatur pada saat operasi daya secara otomatis.Dengan menambah kecepatan batang kendali pengatur akan diperoleh laju reaktivitaskonpensasi yang lebih besar sehingga lebih marnpu mengimbangiganggguan reaktivitasteras termasuk penanganan target.
Pemilihan kecepatan batang kendali pengatur dilakukan secara simulasi denganprogram komputer neutronik-thermohidrolik dalam reaktor, EUREKA-2.
SISTEM PENGENDALI RSG-GAS (1]
Pengendalian opernsi reaktor RSG-GAS dilakukan oleh 8 buah batang kendaliyang terletak pada posisi E-9, G-6, F-8. F-5, C-5, C-8, D-4 dan B-7 di teras kerjaseperti tertera dalam Gambar 1. Batang kendali pada posisi C-8 dipilih sebagai batangkendali pengatur sedangkan sisanya berfungsi sebagai batang kendali kompensasi.
Batang kendali terbuat dari logam paduan Ag In Cd (800/0, 150/0, 5%) berbentukgarpu yang dapat bergernk keluar-masuk sepanjang 600 mm pada sebuah elemen bakarkendali. Fungsi dari sistem kendali adalah untuk menghidupkan dan mematikanreaktor, menjamin menjamin subkritikalitas dan mempertallankan daya pada tingkattertentu secara otomatis.
Daerah operasi efektif batang kendali adalah dari ketinggian 250 mm pada awalsiklus sampai pada, 550 mm pada akhir siklus operasi, dengan moda opernsi "bank"(rata). Batang kendali pengatur berfungsi mengimbangi pernbaban reaktivitas secaraotomatis. Bila posisinya telah berbeda sekitar 10 mm terhadap batang kendali lain(bank), maka operator akan menaikkan/menunmkan batang kendali bank satu per satusehingga tercapai posisi rata kembali untuk seluruh batang kendali. Prinsip kerja modaopernsi daya otomatis disajikan secara skema dalam Gambar 2.
Karakteristik batang kendali RSG-GAS disajikan dalam Tabel 1 yang sekaligusdibandingkan dengan reaktor sejenis di Jepang [2]. Tabel 2 menggambarkankeseimbangan reaktivitas terns kerja RSG-GAS. Adapun karnkteristik batang kendalipengatur diperoleh dari kalibrasL disajikan dalam Tabel 3.
'ENINGKATAN KECEPATAN SATANG KENDALl PENGATUR REAKTOR RSG-GAS (Iman Kuntoro)
Keterangan: BE = Beryllium;BS = Beryllium Stopper dengan sum bat,FE = Elemen Bakar: CE=Elemen kendali
Gambar Teras Kerja RSG-GAS
Keterangann = detektor neutronc = teras reaktorRR = batang kendali pengaturCRDM = sistem penggerak batang kendaliPd = daya konstan yang diinginkan
Gambar 2. Diagram sistcm pcngcndalian daya
1
JURNAL TEKNOLOGI REAKTOR NUKLlR- TRI DASA MEGA, VoI.2,No.1,Pebruari, 2000: 1"12
Tabcl Karaktcristik batang kcndali RSG-GAS dan reaktor sejenis di Jepang
PARAMETERDayaJuml'Tipe
MaterialLill1gkah (rom)Har a Rcak1ivitas-iOiai %I-Iarga rerata (%)
Harga rcaktivitas batculg kcndali total adalall 14,5 % dcngan laju rcaktivitas 2,8210.2 %/s dan gradicn reaktivitas maksimum 0,5 %/cm. Secara umUln kcmampUaIlbatIng kcndali ini tclah mcmenulli pcrsyarataIl fUllgsinya scbagai pcngcndali rcaktor,scpcrti ditU11jukkaIl dalam Tabcl 2. Pacta moda opcrasi daya konstaIl, kcandalan opcrasibcrgcuuung d.lTi kcmampuan bataIlg kendali pengc1tur.
4
PENINGKATAN KECEPATAN BATANG KENDALl PENGATUR REAKTOR RSG-GAS (ImanKuntoro)
Dari Tabel 3 terlihat bai1wa kemampuan batal1g kendali pcngatur d.1laln mcngak1sigal1gguan reaktivitas adalah 2,06 10-3 %/s ak1U 0,28 scn/s. Harga ini tcrlalu kccil untukkepcrluan pengendalian operasi sehingga kcbolchjadian gagal opcrasi bcsar. DaripengaialTh1n di reaktor Jcpang, pemanfaatan rc.'lktor lmtuk ckspcrimcn "movcablc"mcmerltlkan re.1ktivit:1S 5<1mpai 2 sell (41. Hal ini terlihat lcbih jclas lagi hiladibandingkan dengal1 reaktor lain yang sejcnis (lihat Tabcl I). misalnya rcaktor JRR-3.kecepatan batang kcndaiinya 10 kali lcbih bcsar d.ln kcmamplk1n kOmpCn5<1Sircaktivitasnya scbcsar 18 kclli Iipat. Hal ini mcnjadi latar bclakang tcknis pcrlunyapcningkatall kcccpatal1 batang kendaii pengatur RSG-GAS pada moda opcrasi d.1yaotomatis..
PERHITUNGAN
Langkah PcrhitunganPeningkatan pengendalian otomatis reaktor adalall masaJah kompromi antara
fungsi dari kecepatan batang kendaJi. Dari basil langka11 ini dap.1l dipilihkccepatan batang kendali yang optimal.
Hasil langk.:1h pcrtalna daD kcliga sud.1h tcrscdia di RSG-GAS, schillgga 11lakalahini akal1 mcnilik bcralk;m pacta l;mgkaJl kcdua d;m kccmpai.
Anali.\"i.\" KeselanlatanAnalisis yang dilakukan adalah kecelakaan reclktivitas akibat kegagalatl target atau
gangguan reaktivitas lain pacta saat reaktor bcroperasi dengan asUInsi :-reaktor beroperasi pacta daya penulI30 MW, sccara manual-pemuatas opcrasi pcriodc datI daya lebih 108 % tidak bcrfungsi-reaktor barn padam setelaiI mclcwati batas daya Icbih 114 "/0 dcngan waktu
tUIlda 500 InS.-lnscrsi rcaktivitas bcrbcntuk fimgsi UIIdakUntuk kecclakaan insersi rcaktivitas bentuk ramp telah dil,tkukatI dan tcrdapat
dalatn Alla1isis Kcselalnatan RSG-GAS, yaitu kcce.lakaan PCnarikaIl sclurulI batangkcndali, yang mcnyatakan ballwa barns maksimumnya ad.1lah 2,82 IW 'XIs alau 3,7sell/so Harga ini bcrhubungan dcngan kcccpatan b.1t.1ng kcndali 13 kali kcccpatansckarang. Jaw d.1lam mcmbaiI kcccpatan batang kcnrulli dari scgi kcsclam,ltan hamsmcmcnulIi syarat :
.I) hanya bataIlg pcngatur yang bolch diubalI:
5
JURNAL TEKNOLOGI REAKTOR NUKLIR-TRI DASA MEGA, Vo/.2,No.1,Pebruarl, 2000: 1-12
Tallggap hatang kendaliDalam analisis ini reaktor sedang beroperasi pada daya penult secara otomatis
kemudian diganggu oleh t.:1Tget. Tanggap reaktor (neutroluk, tllennoludrolik dan batangkend.'lli) dalam mengembalikan ke kondisi semula diamati. Hasiln'ya adalah suatu rungsiilubungall alltara kecepatall batang kendali. parameter elektronik d.'l" rolktivitas target,
schingga d.'lpat dipiliil keccpatan yang optimwn.
Mctodc PcrhitunganPcrhitUllgclll dilakukan dcngan program komputcr EUREKA-2 16] yang
mcmpunyai kcmaIUpUaIl lmtuk mcnyclcsaikan problem intcraksi ncutronik danthennol1idrolik rcaktor baik untuk kondisi tUllak In.'1upun kondisi traIlsien. Asumsi yangdipakai dalam program ini adc'1lah :
I. Menggunakan model kinetika titik2. PcrSamaaIl fluidc'1 yang homogen dcngan rasa dalam kcscimbangan
tcnnodinaInika3. Persanman konduksi panas daD fluida satu dimensi4. MenggUImkaIl korelasi elupiris tunak dalaIU mcnentukan koefisicn perpindallan
panas, fluks panas kritis, faktor friksi 2 rasa dan fluks massa kritis.Untuk pcrhinmgan kcccpatan bataIlg kcndali ini. sccara prinsip langkah
pcrhitung:ul dilakuk:ul scpcrti dal:Ull Gambar 3.
Kondisi tunakTermohidrolika awal
i Insersi ReaktiVitasr -
Termohidrolik dan"heat transfer transien"
Reaktivitas umpanbalik teras dan
konpensasi batang kendali
,Kondisi tunak akhir'"
Gambar 3. Diagram Alir PcrhitUllgml dalam EUREKA -2
6
PENINGKATAN KECEPATAN SATANG KENDALl PENGATUR REAKTOR RSG-GAS (Iman Kuntoro)
Adapun model perllitungan untuk perbitungan tanggap pengendalian otomatissecara skema ditunjukkan dalam Gambar 4. Bila terjadi gangguan rcaktivitas p makadaya rcaktor akan berubah. Pcruballan ini ditcrima olch kontrolcr yang sclanjutnyamcmicu sistem pcnggcrnk batang kcndali (CRDM) untuk mcnggcrakk.1n batang kcndaliscbagai kOmpCn&1Si ganggtlaIl yang datang. Bcsar rcitktivitas konpcnsasi dim batangkcndali adalah :
Kp.K.KpPRR
Daul-data pentinft sebagai masukan dalmll perhitungan diambil atau diulrunkan dariSAR MPR-GAS Ijd.:1n Imsil-hasil komisioning (31.
keccpatan bat.mg kcndali < 13 kali kecepatan sckarang,. mcmcnuhi batasan kesclamatandi alas.
Peningkatan dilakukan untuk mcmcnulli 2 kritcria yaitu :1) rcaktivit.'1s yang dapat diimbangi cukup besar;2) waktu tanggap yang singkat.
Reaktivitas nraksinrum yang dapat dikendalikan
Perhitmlgml moda pengend.:1lian otomatis mengllasilkan parameter utmna bcrupadaya, posisi batang kendali, kecepatan batang kcndali dml periodc reaktor scbagaifungsi dari waktu sctelall incrsi reaktivitas.
Pcrhitungan dilakukan dengan memvariasi p.1raIneter kontroler Kp (g.'lin). kcccpat.md.:'ln rcc1ktivitas targct yang hasilnya di&1jikan Gmnbar 6. Karaktcr pcnting y,Ulg dipcrolchad.:l1ah bahwa scmakin kecil Kp dan semakin bCSc'1r kecepatannya. batang kcnd.:'lli scmakin
8
PENINGKA TAN KECEPA TAN SA TANG KENDALl PENGA TUR REAKTOR RSG-GAS (Iman Kuntoro)
mampu mcngompensasi rcaktivitas ymlg semakin bc&1f. Harga tcrbaik ad.llah batangkcnd.lli dcngan parameter Kp terkecil, yaitu :
Dibandingk.'Ul dengan kondisi SClc'1t ini, batmlg kenrulli pcngatur mcmpwlyaiparmneter Kp = 0,37 daD kecepatall = 0,05 cn1/s, sehingga mcmpunyai batas inscrsi
maksimwn hanya 2,25 sen. Bila Kp diturunk.'1n kc harga 0,2 harga maksimum inscrsircaktivitas menjadi 3,5. Akan tctapi, penunm.'Ul harga Kp, akan mcmbcrik.'1n waktutanggap yang scm,lkin jclck scpcrti ditluljukkan dalam bab bcrikut.
Waktu tanggap batang kcndaliOalcun atIalisis ini, inscrsi rcaktivitas yang digunakan adalah 2 scn karcna dclpat
mcmcnu1Ii SClUf11h kondisi opcrasi untuk scluruh hargc1 KP dan kcccpalan balangkcndali yang disclidiki. SciurulI1msii disajik.lll secara gratis dalam Gambar 7. Tabcl 5dipcrolch d.1-:i sctiap pcrhitungan waktu tanggap lIntuk harga kcccpatan batang kcndalidatI Kp.
Gambar 6. Insersi rcaktivitas maksimum
Waktu tanggap batang kendaliDalmn analisis ini, insersi rcaktivitas yang digtmakan adalall 2 scn karcna d.1pat
mcmcnuili sclurull kondisi operasi seluruh harga Kp dan kcccpatan batang kcndali yangdisclidiki. Scluruh basil disajikan sccara gratis dalam Gambar 7.
Waktu tanggap didcfinisikatl scbagai waktu yang diperllikan untuk mcncapai dayastabil semula setelall insersi reaktivitas dalam rentang :!: 0,5%.
Hasil terpenting dalaIll Gambar 7 adalall ballwa :-Unluk Kp lcrtcnlu, waklu lallggap mcngccil hila kcccpalan balang kcndali
naik, pcruballan san gal ccpal pad.1 3 kcccpalaIl pcrtama.-Untllk kecepatan tetap, waktu tanggap mengecil hila Kp naik, llampir linear.
Jadi scmakin bcsar Kp daD kecepataIl batang kendali ak.lIl memberikan Waklu taIlggapyang scmakin baik. Hal ini kontradiksi daTi hasil sebelumnya bahwa Kp tcrkecil adalalltcrbaik d.1ri segi kemampuan mengimbangi reaktivitas, sehingga perlu ditenllikaIl harga
yang optimal.
Optinlusi kecepatan batang kendaliUntuk mempcrolch paratllcter batang kendali yang optimal, perlu meninjau Kp,
kccepatan dc1J1 rcaktivitas maksimum sebagai fungsi waktu tanggap. Kondisi RSG-GASsaat ini mcmpunyai Kp = 0,37. kccepataIl = 0,05 cnvs schingga dipcrolcll llargarcaktivit.1S maksimUtll yang dapat disisipkaIl 2,25 sen dc1J1 waktu tanggap hampir 15sckon.
Dari GaInbar 7 dipcrolch ballwa pcningkatan kcccpatan lcbih bcsar dari pacta 5kali, pcrbaikaIl waktu tanggap rclatif kecil, sehingga pcningkatan kcccpatan 0,25 CIn/Sadalah tcrbaik. Dari Gcuntor 6 dapat ditcntukall yang tcrbaik ad.1lah unluk 11£1rga Kp =0,2. Dengan dcmikian, rcaklivitos maksimum yang dapal disisipkan adcliall 4,5 sen.Kcmbali kc Gambar 7 diperoleh waklu langgapnya sckitar 6 sckon. Parmnctcr batallgkcndali ini dilulai optimal karcna:
10
PENINGKA TAN KECEPA TAN SA TANG KENDALl PENGA TUR REAKTOR RSG-GAS (Iman Kuntoro)
RESPONS TO Z CENTS ~T~P or v-n n~ ~D_~ ~~0 = TR = reaktivitas total0 = NO = daya reaktor11-.. ""'jQ rc.tll<.tOor
I " II 10 " "I tll( $
I
RrSPONS TO 2 CENiS STEP AT V:O.25 KP:O.20
RESPONS TO 2 CENTS SlEP AT V=O.50 KP=O.ZO
~
....."-I
~ I..oJIt..!cc:i
~8-'
-_J___l__-oJ .11 " H " » '. II'In~. S
Gambar 8. Tanggap reaktor atas gaJlgguan reaktivitas 2 scn untuk 3 kcccpatan balling kcndalibcrbcda pada Kp konstan
g
11
JURNAL TEKNOLOGI REAKTOR NUKLIR-TRI DASA MEGA, Vo/.2.No.1,Pebruari, 2000: 1-12
-rcaktivitas konpcnsasinya cukup untuk keperluan eksperimen-waktu tanggap yang pendek
Dengan peruballan kecepatan sebesar 5 kali lipat ini, kinerja RSG-GAS dalamoperasi daya konstan akan mcningkat karena selain kemampUc1Jl dinamis konpcnsasireaktivitas ~ik 5 kali lipat dengan reaktivitas maksimmn yang dapat dikendalikan naik2 kali lipat, juga waktu tanggap dalmll mengimbangi gangguan naik llampir 3 kali lipat,sehingga kccilldalan opcrasi meningkat dan memungkinkan dilakukan pcnanganan targetpacta Sck1t rcaktor bcroperasi.
KESIMPULANDari analisis keselarnatan dan tanggap batang kendali di atas, dapat disimpulkan
bahwa kinerja RSG-GAS pacta saat operasi daya otomatis dc1pat ditingkatkan t.1np.1mcnurunkan [aktor kcsclrunatan dengrul cara mcningkatktcm keccpatan batrulgpcngcndcui pcngatur, schingga reaktor mempwlyai keruldalan Ycmg tinggi dc11ammempcrtahankan daya konstan daD mrunpu melayani penanganan target saat operasi.
Bcsar kccepatan batang kendali pengatur optimal dipcroleh sebcsar 0,25 cnvs,lima kali lipat harga sekarang, karena cukup optimal berdc1sarkan pcrtimbangan babwawaktu tanggapnya singkat daD kemampurul kompensasi reaktivitasnya cukup w1!uk
kcpcrluan ckspcrimcn.
DAFTARPUSTAKA1. National Atomic Energy Agency, "Safety Analysis Report of MPR-G.A
Siwabessy", BatmI, Indonesia, Rev. 7, September 1989.2. SHITOMI. H., "Komwlikasi Pribadi", 1991,
3. UlU lUlURATISBELA, et.al, : "Data report of core-VI commissioning",Internal report PRSG, Batan,
4. SOY AM A , "KomunikasiPribadi", 1991,5. HARAM1. T. ct.al., "Rcactivity response iuIalysis for t.I1C design or alltomatic
power level control system of upgraded lRR-3", lAERI-M 84-118, lWIC. 1984,6. OHNISHI. N, et al.. "EUREKA-2: A computer code for t.I1C Reactivity
Accidcnt Analysis in a Water Cooled Rcactor", lAERI-M-84-074, 1984,7. WEAVER. L.E., "Reactor Dynalnics mId Control", A.ncrican Elscvlcr