reactor safety systems and safety · pdf filetekanan turbin pada sistem sekunder. ... -...
TRANSCRIPT
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.
Sistem instrumentasi dan kendali (2)
Sistem instrumentasi dan kendali (3)
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.
Sistem instrumentasi dan kendali (4)
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;
Sistem instrumentasi dan kendali (5)
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
Sistem instrumentasi dan kendali (6)
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 :
Sistem instrumentasi dan kendali (7)
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
Sistem instrumentasi dan kendali (8)
Sistem instrumentasi dan kendali (9)
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.
Klasifikasi Keselamatan SSK (2)
Klasifikasi Keselamatan SSK (3)
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.
Klasifikasi Keselamatan SSK (3)
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.