Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007 ISSN 1693-3346 PERAN SISTEM INSTRUMENTASI DAN KENDALl DALAM OPERASI DAN KESELAMATAN REAKTOR NUKLIR Widi Setiawan (PTAPB BATAN) PENDAHULUAN Reaksi fisi yang berlangsung secara berantai dalam reaktor nuklir menghasilkan kalor dan sejumlah neutron. Agar kalor yang dibangkitkan tersebut tidak melebihi batas kemampuan bahan teras, terutama kelongsong bahan bakar, dilakukan pengambilan kalor dengan bantuan aliran fluida (berupa air, gas atau Natrium cair). Jika batas kemampuan kelongsong bahan bakar terlampaui, dapat terjadi pelelehan yang berakibat pelepasan bahan radioakti[ yang dihasilkan proses reaksi fisi ke lingkungan. Oleh karena itu proses reaksi fisi tersebut harus dimonitor dan dikendalikan agar batas kemampuan bahan teras yang mengungkung proses fisi (terutama kelongsong bahan bakar) tidak terlampaui. Jika terjadi kegagalan dalam pengendalian proses fisi, harus dilakukan tindak proteksi yang mencegah kerusakan bahan pengungkung proses fisi. Fungsi monitoring, pengendalian (controlling) dan proteksi tersebut "dibebankan" pada Sistem lnstrumentasi dan Kendali (SIK) reaktor. Sebagai bagian dari instalasi nuklir, perancangan dan konstruksi SIK reaktor harus memenuhi persyaratan rancang-bangun instalasi nuklir. Oleh karena itu prinsip deftnse-in-depth dalam rancang-bangun instalasi nuklir diterapkan pula dalam rancang-bangun SIK reaktor. Prinsip defense-in-depth membagi sebuah sistem dalam beberapa lapisan fungsi sbb I. pertahanan dasar 2. pembatasan gangguan 3. pencegahan akibat gangguan 4. pembatasan akibat gangguan Penerapan prinsip defense-in-depth pada sistem instrumentasi dan kendali mensyaratkan bahwa SIK untuk proses nuklir harus mempunyai bagian-bagian yang berperan sebagai lapisan-Iapisan tersebut. 55
24
Embed
PERAN SISTEM INSTRUMENTASI DAN KENDALl DALAM OPERASI DAN ...digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/fisika/Prpn/artikel... · Fungsi monitoring, pengendalian (controlling)
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 IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
PERAN SISTEM INSTRUMENTASI DAN KENDALl DALAM OPERASI DANKESELAMATAN REAKTOR NUKLIR
Widi Setiawan (PTAPB BATAN)
PENDAHULUAN
Reaksi fisi yang berlangsung secara berantai dalam reaktor nuklir menghasilkan kalor dan
sejumlah neutron. Agar kalor yang dibangkitkan tersebut tidak melebihi batas kemampuan
bahan teras, terutama kelongsong bahan bakar, dilakukan pengambilan kalor dengan
bantuan aliran fluida (berupa air, gas atau Natrium cair). Jika batas kemampuan
kelongsong bahan bakar terlampaui, dapat terjadi pelelehan yang berakibat pelepasan
bahan radioakti[ yang dihasilkan proses reaksi fisi ke lingkungan. Oleh karena itu proses
reaksi fisi tersebut harus dimonitor dan dikendalikan agar batas kemampuan bahan teras
yang mengungkung proses fisi (terutama kelongsong bahan bakar) tidak terlampaui. Jika
terjadi kegagalan dalam pengendalian proses fisi, harus dilakukan tindak proteksi yang
mencegah kerusakan bahan pengungkung proses fisi.
Fungsi monitoring, pengendalian (controlling) dan proteksi tersebut "dibebankan" pada
Sistem lnstrumentasi dan Kendali (SIK) reaktor. Sebagai bagian dari instalasi nuklir,
perancangan dan konstruksi SIK reaktor harus memenuhi persyaratan rancang-bangun
instalasi nuklir. Oleh karena itu prinsip deftnse-in-depth dalam rancang-bangun instalasi
nuklir diterapkan pula dalam rancang-bangun SIK reaktor.
Prinsip defense-in-depth membagi sebuah sistem dalam beberapa lapisan fungsi sbb
I . pertahanan dasar
2. pembatasan gangguan
3. pencegahan akibat gangguan
4. pembatasan akibat gangguan
Penerapan prinsip defense-in-depth pada sistem instrumentasi dan kendali mensyaratkan
bahwa SIK untuk proses nuklir harus mempunyai bagian-bagian yang berperan sebagai
lapisan-Iapisan tersebut.
55
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
Klasifikasi gangguan utama yang diperkirakan terjadi pada reaktor digambarkan dalam
bentuk diagram blok pada gambar 1.
Gangguan Kesetimbangan Bahang
Lost of Coolant Accident(f .Or.A )
Misal : Akibat perubahanreaktivitas secara singkat Misal : Akibat kebocoran pada
pendingin kalang primer
Gambar 1 : Klasifikasi gangguan utama pada reactor
Pada lapisan pertahanan dasar dipergunakan sistem kendali daya reaktor untuk mengatasi
gangguan-gangguan transient. Dengan sistem kendali, suatu paramenter proses
dipertahankan pada nilai yang aman. Jika sistem tsb gagal, nilai parameter proses tsb
berubah ke luarbatas pengendalian. Keadaan tsb dikatagorikan operasi abnormal.
Jika sistem kendali gagal maka lapisan pembatasan gangguan difungsikan. Lapisan
pembatasan gangguan merupakan salah satu bagian dari upaya peningkatan keselamatan
terutama dalam aspek minimasi faktor kesalahan manusia (human error). Upaya minimasi
faktor kesalahan manusia dilakukan dengan cara mewujudkan sebuah SIK yang dapat
memposisikan operator sebagai pengamat, pengoptimasi dan manager pada saat
gangguan/kecelakaan. Penerapan konsep intelligent process information system yang
mendukung sistem pembatas (limitation system) merupakan salah satu upaya untuk
mewujudkan SIK yang demikian. Saat ini sedang dikembangkan pula teknik early fault
detection sebagai bagian dari intelligent process information system, sehingga sebelum
gangguan tsb terjadi telah dapat diperkirakan dan melakukan tindak pencegahan terjadinya
gangguan.
Andaikan lapisan pembatasan gangguan tidak berfungsi, maka sistem proteksi reaktor
(lapisan pencegahan akibat gangguan) diaktifkan. Sistem proteksi reaktor berfungsi untuk
menghentikan proses reaksi berantai sehingga kerusakan akibat terjadinya gangguan
dapat dicegah. Pada lapisan pembatasan gangguan pada umumnya diusahakan untuk
56
Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
mempergunakan prinsip passive safety, seperti gravitasi bumi untuk menghentikan reaksi
berantai secara cepat atau dikenal dengan istilah SCRAM.
Apabita lapisan pembatasan gangguan gagal, pertahanan terakhir adalah lapisan
pembatasan akibat gangguan. Sebagai bagian dari sistem keselamatan reaktor pada
umumnya diusahakan pula untuk mempergunakanprinsip passive safety, seperti misalnya
gtavitasi bumi pada pendinginan darurat, koefisien suhu negatif pada umpan batik
reaktivitas (karalcteristikteras reaktor).
Mekanisme pertahanan berlapis tersebut mulai dari pertahan dasar oleh sistem kendali
daya, kemudian pembatasan gangguan o\eh sistem pembatas hingga pencegahan akibat
gangguan berupa sistem proteksi digambarkan pada gambar 2.
Gambar 2 : Penerapan prinsip defense-in-depth pada SIK
Karakteristik Dinamik Reaktor Nuklir
Perancangan sistem kendali memerlukan informasi karakteristik dinamik dari obyek
kendali, dalam hal ini reactor. Karakteristik dinamik digambarkan oleh transfer function
yang dapat diturunkan dari persamaan kinetika reactor.
Persamaan kinetika reactor diturunkan atas dasar fenomena sbb. :
• Perubahan kerapatan tluks neutron per satuan waktu = (~~) merupakan :kerapatan tluks neutron "prompt" + kerapatan tluks neutron kasip yang terbentuk persatuan waktu.
57
Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong,20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
Kerapatan fluks neutron "prompt" = neutron yang terbentuk - neutron yang tertangkap
per satuan waktu per satuan waktu oleh inti "induk"
(k -l)~1
Kerapatan neutron kasip yang terbentuk per satuan waktu:
• Perubahanjumlah inti induk neutron kasip per satuan waktu
Test module menguji proses & sistemkendali pada saat start-up
Simulation module berisi model daTi
karakteristik proses (untuk training,
Gambar 11: Struktur petangkat lunak pada real time control
Komunikasi antara process level dengan coordinating controller digambarkan pada gambar
12. Local cont"roller dapat berupa PLC (Programmable Logic Controller), PC based
controller, Controller berbasis real time computer dengan sistem operasi Vx Works, dll.
Diagram Blok Process Level &Coordinating Controller
Ethernet 802.3 - Protocol TCPIIP
<:: ~~us :>Scbaigu Cootdn.tingController
uDAkuisisi Aktuasi
Gambar 12: Komunikasi antara process level dengan coordinating controller
75
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
Software yang tersedia :
ISSN 1693-3346
• V system (dari Vista) : RTDB terdistribusi pada X• Terminals, VAX, VME
• EPICS (Experimental Physics & Industrial Control System)Dari LANL: RIDB di dalam VME dengan real-time operatingSystem VxWorks, display modules dalam SUN work stationsDengan UNIX & X-terminals, channel access tersedia padaOperating system UNIX, VMS dan VxWorks .