Tayangan Sistem Keselamatan Reaktor dan Klasifikasi SSK

REACTOR SAFETY SYSTEMS AND SAFETY CLASSIFICATION

NATIONAL BASIC PROFESSIONAL TRAINING COURSE ON NUCLEAR SAFETYPUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHANBADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL

2004

Puradwi I.W.Bidang Analisis Risiko dan Mitigasi Sistem

P2TKN-BATAN

TIU :

- MEMAHAMI SISTEM KESELAMATAN PADA REAKTOR DAYA DAN RISET;- MEMAHAMI KLASIFIKASI KESELAMATAN STRUKTUR, KOMPONEN DAN SISTEM PADA INSTALASI NUKLIR.

TIK :

- PEMAHAMAN PENGETAHUAN DASAR TENTANG SISTEM KESELAMATAN PADA REAKTOR DAYA DAN RISET;

- INSTRUMENTASI DAN KENDALI- SISTEM PROTEKSI REAKTOR- SISTEM KESELAMATAN REAKTOR DAYA (PWR DAN BWR)- SISTEM KESELAMATAN REAKTOR RISET

- PEMAHAMAN PRINSIP DASAR KLASIFIKASI KESELAMATAN STRUKTUR, KOMPONEN DAN SISTEM PADA INSTALASI NUKLIR;

- BAHAN PENGETAHUAN DASAR UNTUK PEMAHAMAN BIDANG KESELAMATAN REAKTOR NUKLIR LEBIH LANJUT

I. PENDAHULUAN

Falsafah dan Pendekatan keselamatan secara umum keselamatan reaktor nuklir: 1) Tujuan keselamatan : a. Umum;b. Teknis c. Proteksi radiasi.

2) Fungsi keselamatan dasar :a. Kendali reaktivitasb. Pemindahan panas dari teras reactorC. Pengungkungan material radioaktif

3) Penerapan konsep pertahanan berlapis ;

Strategi yang efektif; Implementasi penghalang ganda Pendekatan umum keselamatan dalam

rancangan reaktor nuklir : Deterministik (konservatif, kejadian postulasi,

BDBA) Probabilistik (keandalan tinggi)

PENDAHULUAN (1)

Tujuan Keselamatan Umum : Proteksi Menjaga pertahanan yang efektif

Tujuan proteksi radiasi : Paparan radiasi dibawah batas yang diijinkan Paparan radiasi dicapai serendah mungkin Menjamin mitigasi konsekuensi kecelakaan

Tujuan keselamatan teknis : Mencegah kecelakaan Mitigasi konsekuensi kecelakaan Probabilitas kejadian kecelakaan yang mungkin adalah

rendah Konsekuensi radiologis dari kecelakaan yang mungkin

adalah minor dan dibawah batas yang diijinkan

PENDAHULUAN (2)

Fungsi keselamatan dasar :

Sistem kendali dan Sistem proteksi reaktor; Sistem pendingin reaktor dan ; Sistem pengungkungan radioaktif.

PENDAHULUAN (3)

Air lautBatangkendali

Pressurizer

Pembangkit uap

Pemisah uap

Turbin tekananrendah

Pembangkitlis trik

Turbin tekanantinggi

KondensorPompa

sirkulasi

Pompapendingin

primer

Pompakondensat

Pompa airumpan

Pemanas airumpan

Pemanas airumpan

Bejana tekanreaktor

Teras reaktor

Ke Pembangkit uapyang lain

Pipa by passturbin

Gambar 1.a. Gambaran umum tentang reaktor daya jenis PWR

PENDAHULUAN (4)

Gambar 1.b. Gambaran umum tentang reaktor daya jenis BWR

Bejana reaktor

Air laut

Pemisah uap

Turbin tekananrendah

Pembangkitlistrik

Turbin tekanantinggi

Kondensor Pompasirkulasi

Pompakondensat

Pompa airumpan

Pemanas airumpan

Pemanas airumpan

Pompasirkulasi

Pompa Jet

Pipa uap utama

Pipa air umpan

Pengering uap

Pemisah uap dan air

Batang kendali

Difuser

Teras reaktor

Pipa by passturbin

PENDAHULUAN (5)

Gambar 2. Penahan fisik berlapis sebagai penghalang ganda dalam instalasi pembangkit

listrik tenaga nuklir.

1

2

3

Matrik dan kelongsongbahan bakar

Sistem pendingin primer/pembatas tekanan

Pengungkung

PENDAHULUAN (6)

Tabel 1. Konsep pertahanan berlapis dan implementasi

LEVEL TUJUAN MAKSUD DAN IMPLEMENTASI

SUKSES

1 Mencegah kegagalan dan operasi tidak normal

Disain konservatif dan berkualitas tinggi dalam konstruksi dan operasi

Operasi berjalan normal

2 Kendali operasi tidak normal dan deteksi kegagalan

Pengendalian, pembatasan, dan sistem proteksi serta ciri-ciri pemantauan lain

Kegagalan terdeteksi, konsekuensi dapat diterima untuk kejadian operasional terantisipasi

3 Pengendalian kecelakaan dalam batas disain

Ciri-ciri keselamatan terekayasa, dan prosedur kecelakaan

Konsekuensi kecelakaan dapat diterima sesuai dasar disain

4 Pengendalian kondisi kecelakaan parah instalasi termasuk pencegahan dari perluasan kejadian dan mitigasi konsekuensi

Ukuran-ukuran pilihan dan manajemen kecelakaan

Kerusakan teras terbatasi dan integritas pengungkungan terjaga

5 Mitigasi konsekuensi radiologis pelepasan material radioaktif yang signifikan

Tanggap kedaruratan di luar kawasan instalasi nuklir

Pelepasan radioaktif kecelakaan terbatasi

PENDAHULUAN (7)

Tabel 2. Strategi dalam implementasi konsep pertahanan belapis dalam pengoperasianLevel Strategi Implementasi dalam pengoperasian

1. Pencegahan Organisasi instalasi, pemilihan staf dan pelatihanProsedur operasi normalSpesifikasi teknis

2. Pemantauan Program pengujian berkalaProgram pemeliharaan preventifDeteksi insiden dan analisis

3. Mitigasi Prosedur insiden dan kecelakaan

4. Manajemen kecelakaan

Prosedur kecelakaan diluar batas rancanganRencana kedaruratan internal (terkait dengan rencana kedaruratan eksternal)

5. Tanggap kedaruratan

Rencana kedaruratan eksternal

PENDAHULUAN (8)

II. SISTEM KESELAMATAN REAKTOR DAYA PWR DAN BWR

SESUAI FUNGSI KESELAMATAN DASAR SHUT DOWN (PEMADAMAN REAKTOR) PENDINGINAN (normal, abnormal, kecelakaan) PENGUNGKUNGAN

SISTEM INSTRUMENTASI DAN KENDALI Sistem operasi reaktor Sistem proteksi reaktor :

Sistem shut down Sistem yang berefek ke pengungkung :

sistem pendingin teras darurat; isolasi pengungkung; pengurangan tekanan pengungkung; sumber catu daya darurat; penyaringan udara.

Sistem instrumentasi dan kendali

Gambar 3. Instrumentasi di dalam sistem operasi reaktor dan sistem proteksi reaktor

[digambar ulang dari ‘nuclear power reaktor instrumentation sistems”, handbookVol2,1974].

Instalasi Reaktor

Aktuator SistemOperasi Reaktor

Aktuator SistemProteksi Reaktor

InstrumentasiSistem Proteksi

InstrumentasiSistem Operasi

Reaktor

Sirkuit SistemKendali Operasi

Reaktor

Sirkuit LogikaSistem Proteksi

Reaktor

Tayangan(display)

Operator

Catu Daya Darurat

Catu Daya Darurat

Catu Daya Darurat

Sistem instrumentasi dan kendali (1)

1. Shut down Bagian sistem proteksi reaktor Implementasi kendali reaktivitas (pengurangan) Penyisipan batang kendali dan atau larutan boron Tindakan keselamatan kondisi tidak normal :

perubahan reaktivitas/distribusi daya perubahan pembangkitan panas/pendinginan perubahan tekanan / pengumpulan pendingin

Kriteria keselamatan terkait :- DNBR minimum (departure from nucleate boiling

ratio)- integritas kelongsong bahan bakar- entalpi bahan bakar / pembangkitan panas- tekanan sistem pembatas tekanan pendingin reaktor.

BWRTekanan reaktor naikLevel air reaktor turunJumlah neutron naikPiranti pemantau neutron tidak bekerja

Tekanan bejana pengungkung reaktor naik

Katup isolasi uap utama menutup

Katup penghenti uap utama turbin menutup

Katup kendali turbin menutup secara cepat

Radioaktivitas dalam jalur uap utama naik

Level air naik pd el.sis.tek. Mek. btng kendali

Penambahan percepatan seismik

Shut down manual oleh operator

PWRJumlah neutron naikLaju perubahan dalam jumlah neutron naik

Pendingin primer mendidihDaya termal > kapasitas pendinginan p.primerTekanan reaktor naikTekanan reaktor turunAliran pendingin primer berkurangKatup penghenti uap utama turbin menutup

Level air di pembangkit uap turunLevel air pressurizer turunPenambahan percepatan seismikSistem pendingin teras darurat bekerjaShut down manual oleh operator

Sinyal shut down reaktor

bekerja

Semua batang kendali

tersisipkan ke teras reaktor

Batang kendali menyerap

neutron & daya reaktor turun secara tajam

Reaksi berantai berhenti

Gambar 4. Skema kondisi transien operasi terantisipasi dengan tindakan keselamatan shut down reaktor.



2. PendinginSIK di PWR Operasi normal untuk mengetahui perubahan pada : daya reaktordaya pembangkitan listrik. sistem pendingin primer : tekanan dan level air pressurizer dan atau temperatur (sisi

masuk/dingin dan keluar/panas ), laju alir (sisi keluar pembangkit uap dan sisi dingin maupun sisi panas bejana tekan)

sistem pendingin sekunder (pembangkit uap) : level air, laju alir uap dan tekanan dalam pipa uap utama

turbin untuk memantau tekanan keluaran dari turbin tekanan tinggi.

Kondisi tidak normal dan atau kecelakaan untuk : sistem proteksi reaktor dan sistem fasilitas keselamatan terekayasa (ECCS dan sistem pengungkungan).

Blok Diagram

Sistem Proteksi Reaktor

Trip ∆ TkarenaDaya

berlebih

Trip ∆ Tkarena

Temperaturberlebih

Trerata

Trerata

∆ T

Tekanan pendingin reaktor

∆ T

Reset beda flux

Saling kunci(interlock)

Sinyal trip pompa pendingin reaktor karena tegangan rendah

Sinyal trip pompa pendingin reaktor kehilangan catu daya

Sinyal trip tekanan pressurizer rendah

Sinyal trip laju lir pendingin reaktor rendah

Sinyal trip turbin pembangkit listrik

Sinyal trip level air pressurizer tinggi

Sinyal trip fluk kisaran daya rendah

Sinyal trip fluk kisaran daya menengah-tinggi

Sinyal trip fluk kisaran sumber

Matrik Logika

Trip Reaktor

Sinyal trip fluk neutronSinyal trip sitem injeksi keselamatan

Sinyal trip manual

Sinyal trip tekanan tinggi pressurizer

Sinyal trip fluk kisaran daya

Intrumentasi di teras reaktor ; Di luar teras (bagian luar bejana tekan)

detektor kisaran sumber neutron pemantau start up detektor kisaran daya menengah pemantau selama start up s/d operasi normal detektor kisaran daya pemantau selama operasi normal

Di dalam teras Sistem kendali daya reaktor

batang kendali larutan Boron tekanan sistem primer level air pembangkit uap tekanan turbin pada sistem sekunder.

SIK pada ECCS dan fasilitas pengungkungan reaktor : terpisah dari SIK yang lain. Sistem instrumentasi dan kendali pemantauan tingkat radiasi.


SIK di BWR Operasi normal untuk mengetahui perubahan pada :

daya reaktor : kisaran sumber selama start up, kisaran menengah, kisaran daya;

daya pembangkitan listrik;

Bejana tekan reaktor : tekanan, level air, temperatur dan kemungkinan adanya kebocoran di bagian flange, laju alir uap dan air

umpan; Pembangkit uap : level air, laju alir uap dan tekanan dalam pipa uap utama;

Turbin : tekanan keluaran dari turbin tekanan tinggi;

Penggerak B.Kendali : beda tekanan air dengan tekanan dalam reaktor;

Pompa sirkulasi utama : beda tekanan masuk dan keluar serta jumlah rotasi, laju alir dan temperatur pendingin;


Kondisi tidak normal dan atau kecelakaan untuk : sistem proteksi reaktor (Shut down) sistem fasilitas keselamatan terekayasa (ECCS dan sistem

pengungkungan).

Sistem instrumentasi dan kendali pemantauan tingkat radiasi.

Kendali reaktivitas : temperature, posisi batang kendali, tekanan luaran pompa air penggerak batang kendali, tekanan nitrogen pada akumulator pancung reaktor, level air pada volume bejana sistem penyedia tekanan air penambahan;

Kendali tekanan teras : katup kendali uap dan katup bypass turbinKendali daya : kendali posisi/penyisipan batang kendali, kendali laju alir

pompa sirkulasiKendali level air : kendali air umpan


Kriteria terkait kejadian dan perlu dikonfirmasi pada rancangan PLTN:

Tidak ada keraguan terhadap teras meleleh / kerusakan teras yang serius;Tidak ada kerusakan berlanjut atau kedua;Penghalang fisik berfungsi sesuai rancangan;

Sesuai maksud keselamatan menjaga agar dalam proses kejadian kecelakaan :

Teras tidak rusak dan dapat didinginkan secara penuh; Entalpi bahan bakar tidak melewati batas spesifikasi; Tekanan pembatas tekanan pendingin reaktor tidak melewati batas; Tekanan bejana pengungkung < tekanan maksimum; Tidak ada paparan radiasi yang serius ke masyarakat.

Kecelakaan Terpostulasi :


Tabel 3. Kumpulan kecelakaan yang dapat terjadi dan diasumsikan dalam rancangan

No. Tipe kecelakaan Kejadian awal

PWR BWR

1. Kehilangan pendinginan atau perubahan pendinginan teras yang sangat serius

LOCA (loss of coolant accident) LOFA (loss of flow accident) pompa pendingin reaktor trip pipa air umpan utama pecah pipa uap utama pecah

LOCA LOFA pompa pendingin reaktor trip

2. Perubahan cepat daya reaktor atau pemasukan reaktivitas positif secara tidak normal

- pengeluaran batang kendali dari teras - pengeluaran batang kendali dari teras

3. Pelepasan material radioaktif ke lingkungan secara tidak normal

kegagalan f. pembuangan gas radioaktif tabung pembangkit uap pecah perangkat bahan bakar jatuh LOCA pengeluaran batang kendali dari teras

kegagalan f. pembuangan gas radioaktif perangkat bahan bakar jatuh LOCA pengeluaran batang kendali dari teras

4. Ketidaknormalan perubahan tekanan pengungkung reaktor atau atmosfir reaktor

LOCA Pembangkitan gas dapat bakar

LOCA Pembangkitan gas dapat bakar Pembangkitan beban dinamik



3. Pengungkung

Komponen utama di BWR:

Bejana pengungkungSistem penyemprotanSistem pengendali gas dapat bakarSistem pembersih udaraKolam penekan

Tujuan :

Proteksi lingkungan

Menurunkan tingkat kebocoran s/d terendah

Komponen utama di PWR:

Bejana pengungkung

Sistem penyemprotan

Sistem pembersih udara

Sistem Pendingin Teras Darurat (ECCS)

Kecelakaan : kondisi operasi tidak normal dan tidak terantisipasi

sistem proteksi reaktor Kecelakaan dasar rancangan (DBA):

diperkirakan dalam rancangan di daftar sebagai PIE Untuk penyetelan kondisi batas struktur, sistem dan komponen

penting untuk keselamatan Respon salah satu PIE :

Permulaan tindakan keselamatan otomatis Mencegah kecelakaan berlanjut Memitigasi konsekuensi kecelakaan Waktu yang cepat *Manual : pertimbangan waktu cukup dan prosedur memadai

ECCS (1)

Sistem dirancang : Menghadapi PIE seperti LOCA Mitigasi konsekuensi kecelakaan Mendinginkan teras Meminimalkan kerusakan bahan bakar Membatasi pelepasan produk fisiMenjamin untuk : Membatasi temperatur kelongsong Membatasi reaksi kimia yang mungkin Perubahan geometrik tidak mengurangi efektifitas pendinginan Cukup waktuImplementasi : Temperatur kelongsong < batas maksimum kelongsong Tebal lapisan film oksida pada kelongsong terbatasi Pembangkitan hidrogen terbatasi perpindahan panas sisa tidak terganggu untuk waktu cukup lama

Tangki air injeksi

Larutan asamboron

Akumulator

Wadahpensirkulasi ulang

pada bejanapengungkung

Pompa injeksitekanan tinggi

Pompa injeksitekanan rendah

Bejana tekanreaktor

Bejanapengungkung

reaktor

Gambar 5. Sistem pendinginan teras darurat sebagai sistem keselamatan terekayasa pada PWR (digambar ulang dari [5]).

ECCS (2) PWR

Gambar 6. Sistem pendinginan teras darurat sebagai sistem keselamatan terekayasa pada BWR (digambar ulang dari [5]).

Batangkendali

Tankippenyimpankondensat

Pompapenyemprot

tekanan tinggi

Pompapenyemprot

tekanan rendah

Pompa injeksipendingin

tekanan rendah

Tanki Katupkeselamatan relief

uap utama

1

2

3

4

Air kolam penekan

Bejana pengungkungreaktor

Bejana tekan reaktor

ECCS (3) BWR

III. KLASIFIKASI KESELAMATAN STRUKTUR, SISTEM DAN KOMPONEN (SSK)

Diidentifikasi dan diklasifikasi berdasar : fungsi keselamatan keselamatan instalasi

Dirancang, dikonstruksi dan dijaga kualitasnya sesuai kelas keselamatan Metodologi klasifikasi :

Deteministik dan Probabilistik Keputusan pakar keteknikan

Pertimbangan : Fungsi keselamatan SSK Konsekuensi kegagalan SSK Keandalan SSK Waktu yang menyertai PIE

Tujuan mencapai : keselamatan proteksi radiasi dan keselamatan teknis.

Fungsi keselamatan proteksi radiasi SSK Menjamin paparan radiasi tetap rendah dan dibawah batasan Mampu memitigasi penyebaran paparan radiasi

Fungsi keselamatan teknis SSK Mencegah kecelakaan dengan derajat kepercayaan yang tinggi Menjamin bahwa konsekuensi radiologis jika ada minor dan dibawah batasan Menjamin bahwa tidak ada konsekuensi radiologis yang serius Menjamin bahwa sangat jarang terjadi suatu kecelakaan parah

Prinsip Klasifikasi Kelas Keselamatan SSK : Kelas keselamatan 1: fungsi saat diperlukan tindakan keselamatan

menjaga integritas pembatas tekanan pendingin reaktor (dikelompokkan (k));melaksanakan shut down reaktor setelah reaktor mengalami LOCAmengijinkan pendinginan yang dapat diterima teras reaktor (dikelompokkan (d)).* Persyaratan rancangan :

- bersifat membatasi - kelas keselamatan paling tinggi untuk komponen-komponen PLTN- acuan dari code standar seperti ASME Bab III, bagian 1, sub bab NB.

Klasifikasi Keselamatan SSK (1)

Kelas Keselamatan 2 : Fungsi : memitigasi konsekuensi kecelakaan atau sebab produk fisi dalam teras ke lingkungan :

penting : mencegah dari perkembangan kondisi kejadian operasi yang terantisipasi ke kondisi kecelakaan Lain : kegagalannya dapat berakibat menghasilkan pelepasan produk fisi

Pertimbangan : Konsekuensi kegagalan dipertimbangkan setelah kegagalan awal fungsi keselamatan lain.

*Persyaratan Rancangan :- bersifat membatasi seperti pada kelas keselamatan 1- ditujukan untuk komponen PLTN- acuan code standar seperti ASME Bab III, bagian 1, sub bab NC.



Kelas Keselamatan 3 : - Fungsi : mendukung kelas keselamatan 1, 2 dan 3 lain- Pertimbangan : konsekuensi kegagalan tidak akan menyebabkan kenaikan

langsung paparan radiasi *Persyaratan rancangan :

- bersifat membatasi seperti pada kelas keselamatan 2- menyerupai kelas keselamatan 4 dengan tambahan terkait dengan keselamatan- acuan code standar seperti ASME Bab III, bagian 1, sub bab ND.

Kelas Keselamatan 4 : - Fungsi : membatasi pelepasan radioaktif dibawah batasan selama

kondisi operasi - Pertimbangan : konsekuensi kegagalan tidak akan menghasilkan paparan

yang melewati batasan *Persyaratan Rancangan :

- code dan standar tertinggi untuk instalasi pembangkit tenaga listrik non nuklir terkait keselamatan- Contoh : code dan standar ANSI/ASME untuk pipa bertekanan B31.

k

d

k(1)

c

e1

f

g

l

ab

e2himn1

op

qr

n2

1

2

3

4 KelasKeselamatan

SSK

s

Gambar 7. Matrik Kelas keselamatan SSK sesuai fungsi keselamatan.


IV. Sistem Keselamatan Reaktor Riset

Fungsi reaktor riset : Digunakan : pembangkitan dan penggunaan fluk neutron serta radiasi

pengion Dimanfaatkan : Penelitian, Irradiasi (misal : radioisotop), Pendidikan

Keselamatan : Tercapai tujuan umum keselamatan Melengkapi sistem pertahanan yang efektif

Implementasi Prinsip Pertahanan Berlapis : Pencegahan Proteksi Mitigasi

Sistem Keselamatan Reaktor

Pencegahan : pemilihan material bermutu sesuai fungsi keselamatan, pendekatan perancangan konservatif; Sifat keselamatan diri (inheren safety) Proteksi :

Sistem pancung (scram) secara manual maupun otomatis. Sistem proteksi reaktor sebagai bagian sistem instrumentasi dan kendali reaktor dan sistem peringatan

dini/alarm Instrumentasi dan kendali : sensor-sensor dan kanal pengukuran parameter operasi Parameter operasi : fluk neutron, temperatur bahan bakar, pendingin primer, level ketinggian air kolam

reaktor; Air kolam reaktor :

pendingin reaktor kondisi normal perisai radiasi dan pengungkung material radioaktif bersama tangki reaktor, beton kolam dan sistem

ventilasi serta gedung reaktor; Kelengkapan sistem keselamatan teknis (engineered safety features) :

Tujuan : mitigasi konsekuensi kecelakaan Sistem :

ECCS (contoh TRIGA 2000 Bandung untuk menghadapi kejadian LOCA) Sistem Pemindahan Panas atau Panas Peluruhan; Sistem Penjagaan Integritas Kolam Reaktor; Sistem Penjagaan Fungsi Pengungkungan (Safety Enclosure) contoh di RGS-GAS; Sistem Pemadaman (Shut Down) Reaktor, Pemantauan, Sistem Kendali dan Penyediaan Catu daya Listrik Darurat.

Keselamatan Radiologis Proteksi radiasi : perisai biologi, ventilasi dan tekanan negatif, tebal gedung reaktor sebagai perisai dan

pengungkung, pemantau radiasi. Pencegah/penghambat laju paparan gas dari dalam kolam reaktor : difuser, lapisan air hangat.

V. PENUTUP

Tujuan dan fungsi keselamatan dasar harus dicapai instalasi PLTN maupun reaktor risetSistem keselamatan reaktor daya maupun riset sangat

penting mencapai maksud tersebut Pemakaian SSK sesuai klasifikasi keselamatan sebagai:

- jaminan implentasi konsep pertahanan berlapis- penghalang ganda yang andal- fungsi keselamatan sesuai tujuan keselamatan.

Bahan diklat ini diharapkan dapat memenuhi maksud dan tujuan diklat.

Documents

Tayangan Sistem Keselamatan Reaktor dan Klasifikasi SSK