konsep desain dan keselamatan htr module

Konsep desain dan keselamatanHTR-Module*

Tim Pendukung Teknis Reaktor Daya EksperimenPTKRN-BATANAgustus 2014

*Ulasan dari makalah: H.Reutler , `Plant design and safety concept of the HTR-Module`, Nucl. Eng. Des.

109(1988) 335-340.1

Dokumen informal ini disusun sebagai bahan studiliteratur dan sosialisasi pengembangan HTGR Modular

khususnya tipe Pebble Bed Reaktor. Bagian dari kegiatan Tim Pendukung Teknis Reaktor Daya

Eksperimen (RDE) BATAN

2

Bahasan

• Pendahuluan

• Fitur desain reaktor HTR

• Fitur keselamatan reaktor HTR

Pendahuluan (1/1)

• Sebagaimana kecelakaan besar dari teknologi modern lainnya, kecelakaan Chernobyl diakibatkan oleh beberapa alasan yang terjadi bersamaan.

• Selain, diantaranya, kesalahan operator reaktor sebelum danselama terjadi kecelakaan, hal yang paling mendasar adalahkonsep keselamatan dari reaktor tersebut (tipe RBMK Russia).

• Karena kesalahan dari operator tidak dapat sepenuhnya dihindari, maka konsep keselamatan dari sistem yang memiliki resiko tinggibagi lingkungan, misalnya reaktor nuklir, sangatlah penting.

• Konsep keselamatan reaktor nuklir harus handal dan mampumeminimalisir resiko terjadinya kecelakaan, bahkan juga dampakkepada lingkungan seandainya terjadi kecelakaan.

• Hal diatas menjadi alasan mendasar adanya sistem pengungkungpada semua reaktor nuklir berpendingin air ringan (LWR, light water reactor) dari barat (non-Rusia).

Pendahuluan (1/2)

• Salah satu faktor keselamatan yang penting untukdiperhatikan adalah keluaran (rilis) produk fisi ke lingkungan.

• Pada tipe reaktor High Temperature Reactor (HTR) proteksiterhadap keluarnya produk fisi ke lingkungan dijamin olehdesain bahan bakar berbasis coated fuel particle (cfp) yangtahan terhadap beban temperatur dan korosi, dan secaramekanik dilindungi oleh elemen bahan bakar grafitnya.

• Dengan konsep keselamatan, diantaranya, bahan bakarberbasis cfp maka produk fisi akan tetap berada di dalambahan bakar (tidak keluar ke lingkungan).

• Sehingga, reaktor HTR tidak memiliki ancaman (nuklir) kepadalingkungan baik selama operasi normal ataupun apabilaterjadi kecelakaan.

Pendahuluan (1/3)

Konsep bahan bakar HTR (tipe Pebble Bed Reactor) berbasis konsep coated fuelparticle (cfp) atau yang juga biasa disebut TRISO karena terdiri atas tiga lapisanpelindung yaitu lapisan berpori (porous buffer) dengan densitas rendah untukmengakomodasi produk fisi, pirokarbon, dan silikon karbida yg memiliki densitastertinggi.

Sumber gambar: Kadak, A.C. (2005) `A future for nuclear energy: pebble bed reactors`, Int. J. Critical Infrastructures, Vol.1, No.4, pp.330-345

2. Fitur Desain reaktor HTR (1/5)

• Modular HTR adalah sumber energi yang dapatdiaplikasikan untuk kogenerasi listrik dan sistemuap proses (process steam), pemanasan wilayah(distric heating), juga pemanfaatan langsung daripanas proses (process heat).

• Karena pemanfaatannya yang umum dan fiturkeselamatannya yang handal, reaktor HTR modular dapat dibangun dimana saja, khususnyadi dekat fasilitas industri lainnya ataupun wilayahdengan populasi padat.

2. Fitur Desain reaktor HTR (2/5)Kriteria desain utama dari HTR-module:• Mengacu pada pengalaman konstruksi

dan operasi reaktor eksperimental AVR 40 MWth.

• Mengacu pada teknologi reaktorberpendingin air (LWR, light water reactor) KWU/Interatom, termasuk: penggunaan bejana tekan baja – dengankondisi operasi yang hampir sama – jugaadaptasi teknik dan proses inspeksi, kontrol perawatan dan instrumentasi. Desain sistem sekunder konvensionalmis.: siklus air/uap.

• Pemanfaatan bahan bakar berbentukbola yang telah terbukti mampumenahan semua produk fisi hinggatemperatur bahan bakar sekitar 1600oC.

• Diameter teras yang kecil, 3m, sehinggabatang kendali dan bola penyerap dapatdiposisikan di reflektor (samping) grafit.


Kriteria desain utama dari HTR-module (lanjutan):

• Kombinasi dari diameter teras yang kecil dan densitas dayateras yang rendah maka panas peluruhan dapat dikeluarkandari teras reaktor secara pasif melalui proses konduksi panasdan radiasi ketika terjadi kecelakaan dimana sistem pendinginutama tak berjalan (failure of main heat sink).

• Temp. bahan bakar tidak melebihi 1600oC dalam kondisikecelakaan apapun. Sehingga resiko kerusakan bahan bakarsecara signifikan dan rilis produk fisi dari bahan bakar dapatdihilangkan.

• Dengan sistem pasif diatas, maka siklus pendingin primer tambahan dan siklus pendingin sekunder tambahan terkait, juga sumber daya darurat dapat dihilangkan. simple, murah?!


Kriteria desain utama dari HTR-module (lanjutan):

• Kondisi batas yang disebutkan sebelumnyamenghasilkan desain: – daya 200 MW per modul untuk pembangkitkan uap

dengan temp. keluaran He 700oC.

– daya 170 MW per modul untuk aplikasi panas prosesdengan temp. keluaran He 950oC.

• Teras reaktor dan pembangkit uap berada didalambejana tekan baja dengan kualitas-LWR yang telahterbukti, disusun secara berdampingan (side-by-side) dimana pembangkit uap lebih rendah.


Kriteria desain utama dari HTR-module (lanjutan):– Dengan susunan teras reaktor dan pembangkit uap diatas:

• Terjadinya pemisahan termalhidraulik (thermalhydraulic decoupling) antarateras reaktor dan sistem pembuang panas yang sedang beroperasi(pembangkit uap) ketika terjadi ganggunan terhadap sirkulasi gas aktif.

• Beban termal dari pembangkit uap karena konveksi natural secara melekatdapat terhindari. (??! Pada HTR-10 berubah!)

• Direct water ingress ke dalam teras reaktor ketika terjadi kegagalan tabung(pada pembangkit uap) tidak mungkin terjadi.

• Akses yang mudah untuk inspeksi, perawatan, dan perbaikan. Bahkanpenggantian semua komponen dari sistem primer dapat dilakukan karenalaju dosis radiasi yang rendah.

– Karena pengungkungan aktivitas radiasi yang sangat baik daribahan bakar, tidak diperlukan bangunan reaktor bertekanan. Sehingga gedung reaktor dapat diakses untuk perbaikan kapanpunsetelah kecelakaan karena rilis dosis yang kecil.

3. Keselamatan HTR Modular (1/7)

1. Fitur keselamatan umum:– Tujuan mendasar dari desain keselamatan adalah

pengungkungan bahan radioaktif di dalam reaktor sehinggaresiko bahaya ke lingkungan dapat dihindari selama operasinormal ataupun setelah kecelakaan.

– HTR modular di desain sehingga semua kecelakaan yangdiasumsikan bisa terjadi karena masalah fisis maupun teknistidak berujung pada lepasnya bahan radioaktif ke lingkungan.

Dengan kata lain, seandainyapun terjadi kecelakaan karenamasalah fisis maupun teknis maka sistem keselamatan reaktormenjamin tidak ada lepasan bahan radioaktif ke lingkungan.

– Sistem keselamatan diatas dapat terpenuhi dengan seoptimalmungkin memanfaatkan sifat-sifat melekat dari reaktor kecilberbasis grafit dan berpendingin gas.


2. Basic design accidents:- Untuk menguji efisiensi desain keselamatan dan prosedur proteksi yang

telah direncanakan, dalam analisis diasumsikan terjadi kecelakaan laludampak-dampak dari kecelakaan tersebut diperiksa.

- Kecelakaan reaktivitas (reactivity accidents):- Untuk mencakup semua kecelakaan reaktivitas yang mungkin terjadi, maka

dipostulasikan bahwa semua 6 batang kendali untuk pemadaman terasdiangkat dengan kecepatan maksimum ketika operasi dengan daya penuhkarena diasumsikan terjadi kesalahan dalam sistem kontrol.

- Sistem proteksi reaktor mendeteksi kecelakaan diatas karena perubahan fluksneutron atau peningkatan temperatur gas panas lalu memadamkan reaktorketika telah parameter-parameter tadi (fluks neutron, temperatur gas) melebihi nilai batas.

- Dalam skenario kecelakaan diatas, tidak terjadi peningkatan temperaturbahan bakar yang signifikan pada teras, tidak ada aktivitas radiasi yang terlepaskan ke bangunan reaktor atau lingkungan.

- Skenario kecelakaan diatas mencakup kecelakaan lain dimana terjadipeningkatan reaktivitas pada teras, misalnya: kesalahan operasi unit bola kecilpenyerap, water ingress,dll.


2. Basic design accidents (lanjutan):

- Gangguan pada sistem transfer panas primer (reactivity accidents):

- Mencakup semua kejadian yang berujung padaterganggunya transfer panas dari teras melalui siklusprimer dan siklus air/uap ke kondenser atau konverteruap proses.

- Kejadian diatas dapat terjadi karena interupsi aliransirkuit primer (mis: rusaknya pompa siklus primer) atausiklur sekunder (mis: rusaknya pompa) atau karenaperubahan pada kesetimbangan panas (mis: kegagalanpada live-steam atau ekstraksi uap proses).


2. Basic design accidents (lanjutan):

- Kebocoran pembangkit uap (water ingress)

- Pembakaran graphite pada bahan bakar karena reaksidengan reaksi gas-air berkisar 0.7%. tidakbermasalah pada korosi, kestabilan, dan rilis produk fisidari bahan bakar.

- Kehilangan tekanan pada siklus primer diikutioleh pemanasan teras (Loss of pressure in the primary circuit with subsequent core heat-up)


3. Keselamatan melekat (inherent safety)

- Keselamatan melekat reaktor secara alamimerespon kesalahan (malfunctions) tanpa dipicu olehsistem aktif sehingga tidak berlanjut pada kondisibahaya.

- Desain HTR-Module (bahan bakar, densitas daya, geometri, bahan grafit, dll):

- Koef. Reaktifitas temp. negatif

- peluruhan panas secara alami (konduksi, radiasi, dankonveksi panas) dr reaktor keluar hingga kelingkungan.

4. Simpulan• Reaktor HTR-Module yang dikembangkan ole h Kraftwerk

Union (KWU) telah melalui fase `concept finding` setelahfitur-fitur keselamatan dari sistem telah di verifikasi olehbeberapa grup ahli independen seperti German Technical Supervisory Authority (1983), Advisory Committee to the German Government (1984).

• Desain detail untuk semua komponen utama telah mulaidikerjakan bekerja sama dengan rekanan dari Jerman bahkanEropa.

• Laporan keselamatan (safety report) untuk HTr-Module telahdiselesaikan oleh KWU tahun 1985, diusulkan untukdibandung di wilayah industri di Jerman.

• Prosedur perizinan formal telah dimulai tahun 1986. Namuntertunda karena masalah politik terkait dengan kecelakaanChernobyl.

konsep desain dan keselamatan htr module

Engineering