SETTING DAN KALIBRASI INSTRUMEN PROSES PADA TANGKI DI-301 INSTALASI PEMURNIAN DAN KONVERSI

Transkripsi

1 SETTING DAN KALIBRASI INSTRUMEN PROSES PADA TANGKI DI-301 INSTALASI PEMURNIAN DAN KONVERSI Triarjo, Sugeng Rianto, Dwi Djoko Nugroho Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir BATAN triarjo@batan.go.id ABSTRAK SETTING DAN KALIBRASI INSTRUMEN PROSES PADA TANGKI DI-301 INSTALASI PEMURNIAN DAN KONVERSI. Telah dilakukan setting dan kalibrasi instrument proses pada tangki DI- 301 untuk proses pelarutan uranil nitrat di instalasi pemurnian dan konversi dengan tujuan untuk mendapatkan parameter proses yang lebih presisi dan akurasi. Setting dan kalibrasi dilakukan untuk parameter aliran uap panas (steam), tekanan, densitas dan level pada tangki DI-301 proses pelarutan, dengan memberikan suplai arus 4-20 ma untuk indikator kontroller dan recorder proses. Hasil setting dan kalibrasi untuk parameter aliran uap panas didapat kesalahan 0,08 %, parameter tekanan proses tangki DI-301 kesalahan 0,152 %, parameter Indikator densitas tangki DI-301 kesalahan 4,727 %, dan Indikator level proses tangki DI-301 kesalahan 0,09%. Data parameter proses awal hasil pelarutan yaitu kadar uranium dalam Uranil Nitrat adalah 182,5 gu/l, setelah dilakukan setting dan kalibrasi ulang pada parameter proses pelarutan didapat hasil kadar uranium lebih tinggi yaitu 290 gu/l. Hasil ini mendekati design process NIRA Italia untuk kadar uranium dalam Uranil Nitrat sebesar 295,18 gu/l. Hal ini menunjukkan bahwa setting dan kalibrasi pada proses pelarutan di tangki DI-301 memiliki dampak pada kualitas hasil berupa kadar uranium dalam uranil nitrat yang lebih tinggi. Kata kunci: setting, kalibrasi, instrumen. ABSTRACT SETTING AND CALIBRATION OF PROCESS INSTRUMENTS OF TANK DI-301 OF PURIFICATION AND CONVERSION FACILITY INSTALLTAION. Setting and calibration of process instruments of tank DI-301, i.e. for uranyl nitrate dissolving process, of purification and conversion facility has been done in order to obtain better precision and accuracy of measurement. Setting and calibration was done to parameters of steam flow, pressure, density and level in DI-301 tank for dissolving process by providing 4-20 ma current supply for indicator process controller and recorder. Setting and calibration to parameters of steam flow, pressure, density indicator, and level indicator give measurement results by an error of 0.08%, 0.152%, 4.727%, and 0.09 % respectively. Initial measurement result for level of uranium in uranyl nitrate in dissolution process was gu/l, while setting and recalibration have changed the measurement result to a higher value of 290 gu/l, which is close to the designed value specified by NIRA Italy, i.e gu/l. This indicates that setting and calibration of process instruments for tank DI-301has improving impact on the precision and accuracy of measurement result of uranium level in uranyl nitrate. Key words: Setting, calibration, instrumentation. PENDAHULUAN Kebijaksanaan program pemerintah dan kajian terhadap penggunaan energi nuklir terus berkembang di Indonesia. Kajian tersebut bertujuan untuk mempelajari kemungkinan penggunaan bahan bakar nuklir sebagai salah satu sumber energi alternatif guna memenuhi kebutuhan energi nasional di dalam negeri. Bahan bakar nuklir sebagai komponen utama dalam pengoperasian reaktor nuklir baik rektor daya (PLTN) maupun reaktor riset, akan memegang peranan penting di masa datang. Hingga saat ini bahan bakar nuklir yang 235

2 banyak digunakan adalah uranium, dimana bahan uranium tersebut cukup tersedia dalam jangka waktu lama di Indonesia. Uranium tersebut juga dimanfaatkan sebagai penyusun utama di dalam bahan bakar nuklir baik untuk reaktor riset maupun reaktor daya [1]. Indonesia dalam hal ini BATAN, di kawasan Puspiptek Serpong mempunyai Instalasi Elemen Bakar Eksperimental (IEBE) yang dilengkapi dengan fasilitas konversi yang berfungsi untuk mengolah bahan baku yellow cake menjadi serbuk UO 2 yaitu Pilot Conversion Plant (PCP). Fasilitas tersebut terdiri dari beberapa unit proses, salah satunya adalah unit pelarutan (Seksi 300) yang berfungsi untuk melarutkan serbuk yellow cake (YC) menjadi larutan Uranil Nitrat/UO 2 (NO 3 ) 2 atau (UN) [3]. Proses pelarutan bertujuan untuk merubah uranium bentuk padat yang terdapat dalam yellow cake menjadi uranium bentuk cair dalam larutan uranil nitrat (UN) sehingga memudahkan proses pemisahan uranium dengan pengotor-pengotornya pada proses pemurnian. Proses pelarutan serbuk YC dilakukan dengan menggunakan asam nitrat (HNO 3 ) dengan menggunakan 3 (tiga) parameter proses yaitu konsentrasi asam nitrat, suhu proses pelarutan dan laju pengadukan. Berharap akan diperoleh kondisi/parameter proses pelarutan yang cukup baik/optimal. Di alam bebas uranium dalam yellow cake terikat dalam bentuk oksida U 3 O 8 sehingga jika direaksikan dengan asam nitrat HNO 3 akan menghasilkan larutan uranil nitrat dengan mengikuti persamaan reaksi sbb : U 3 O 8 +HNO 3 UO 2 (NO 3 ) 2 +NO+NO 2 +H 2 O Proses pelarutan dilakukan dalam tangki pelarutan DI-301 (dissolver tank), menggunakan sumber panas dari steam dan sebagai pengaduk digunakan sistem pengaduk udara tekan (compressed air) yang disemburkan/digelembungkan dari bawah tangki pelarutan [4]. Proses pelarutan serbuk YC dimulai dari proses crushing bertujuan untuk size reduction, sieving/pengayakan, pengangkutan (lift elevator), dan proses pelarutan dengan asam nitrat hingga diperoleh larutan urani nitrat (UN). Selanjutkan dilakukan pemisahan antara lautan uranil nitrat dengan lumpur yang tidak terlarut dengan menggunakan centrifuge sehingga diperoleh larutan UN yang bersih. Diagram alir proses seperti diperlihatkan pada Gambar 1 [4]. Gambar 1. Diagram alir proses pelarutan YC dalam dissolver tank DI-301 seksi 300. Keterangan gambar : DI-301 : Tangki pelarutan / dissolver tank XD-301: Centrifuge / pemisah padatan dan cairan V-301 : Tangki penampung UN hasil pelarutan V-302 : Tangki penampung UN hasil centrifuge Setting dan kalibrasi adalah aktivitas yang dilakukan untuk memastikan bahwa zero, span, accuracy dan linearity dari suatu instrument (flow, tekanan, densitas dan level) sesuai dengan nilai parameter yang sebenarnya. Accuracy ditentukan dengan cara membandingkan bacaan pressure instrument dengan kalibrator standar untuk beberapa titik bacaan yang dapat dilakukan secara random. Linearity ditentukan dengan memberikan increasing dan decreasing parameter proses dan melihat respon dari instrumen proses tersebut apakah membentuk linear atau lengkung/polynomial. Jika tidak linear maka harus dilakukan adjustment. Zero adalah nilai parameter pada kondisi tanpa beban. Span adalah selisih nilai maximum sampai dengan nilai minimum. Sedangkan range adalah nilai minimum sampai maksimum. Setting dan kalibrasi yang dilakukan adalah model di lapangan dilakukan dengan Field calibration yakni dengan menginjeksi 236

3 sistem transmitter instrument dengan kalibrator dan pembacaan instrument harus sama dengan pembacaan nilai kalibrator sehingga memastikan selama proses instrument masih dapat bekerja dengan baik. Setting sistem instrumentasi dilakukan secara periodik jika hasil analisis cuplikan proses pelarutan terdapat penyimpangan yang cukup signifikan, sedangkan untuk kalibrasi dilakukan secara berkala sesuai dengan prosedur operasi dan perawatan alat. Kalibrasi dilakukan pada tangki pelarutan DI-301 untuk parameter aliran(flow), level, tekanan dan densitas proses, sehingga dengan adanya setting dan kalibrasi diharapkan hasil pelarutan dapat terkualifikasi dengan baik. Gambar 2 menunjukkan tangki DI-310 beserta instrumentasi dan kendalinya [4]. Setting instrumentasi tangki Dissolver DI- 301 Seksi 300 Instrumentasi utama untuk tangki dissolver berdasarkan gambar 2 adalah : - Flow Transmitter FT-301 dengan aktuator control valve ATO (air to open) atau normally close (NC). - Pressure Transmitter PT Level Transmiter LT Densitas Transmitter DT 302 Langkah-langkah kalibrasi sistem untuk DI- 301 seksi 300 : Membandingkan nilai setting pada output transmitter dengan controller dan recorder DI 301. Gambar 2. DI-301 dengan sistem instrumentasinnya. METODOLOGI Peralatan dan Bahan 1. Sistem peralatan, pengendalian, dan larutan uranium dalam tangki Dissolver DI-301 Seksi Kalibrator tekanan dan elektrik. 3. Multitester. 4. Alat komunikasi 5. Tool set electric 1. Tentukan range batas ukur dari FT 301,PT 302,LT 302, dan DT Ukur tegangan kerja untuk FT 301,PT 302,LT 302 dan DT 302 (referensi 24 VDC) 3. Lepas salah satu kabel transmitter FT 301. Pasang serial kalibrator dengan mode 4-20 ma. 4. Simulasikan arus 4-20 ma ke tiap-tiap wirring instrumen transmitter FT-301, naikan tiap 25% atau untuk arus 4, 8,12,16 dan 20 ma. Catat hasilnya kenaikannya di kontroller dan recorder. 5. Simulasikan arus 4-20 ma ke tiap-tiap wirring instrumen transmitter FT-301, untuk penurunan tiap 25% atau untuk arus 20,26,12,8 dan 4 ma. Catat hasilnya kenaikannya di kontroller dan recorder. 6. Bandingkan data hasil penunjukkan kontroller FIC 301 dan recorder FR Ulangi langkah 3 dan 5 untuk PT 302 dan penunjukan di recorder PR Ulangi langkah 3 dan 5 untuk LT 302 dan penunjukan di recorder LR Ulangi langkah 3 dan 5 untuk DT 302 dan penunjukan di recorder DR 302 Proses pelarutan pada tangki DI-301 adalah dengan pengisian sejumlah larutan asam nitrat dengan tingkat keasaman tertentu yang dipanaskan dengan mengalirkan steam sampai suhu tertentu pula. Serbuk Yellow Cake hasil ayakan diumpankan melalui hopper sedikit demi sedikit sambil diaduk menggunakan udara tekan. Setelah proses pelarutan selesai, 237

4 maka aliran steam dihentikan dan diganti dengan air pendingin. Setelah suhu larutan turun hingga dibawah 40 o C. Selanjutnya larutan UN dicuplik dan dianalisis kandungan uraniumnya dengan methode titrimetri. (a) (b) Gambar 3 : (a) Tangki Dissolver. (b) UN hasil pelarutan YC. HASIL DAN PEMBAHASAN Perbandingan nilai setting dan kalibrasi ditampilkan oleh indikator kontroller dan recorder yang diperlihatkan pada Tabel 1-4 sebagai berikut : Tabel 1. Hasil Setting dan kalibrasi untuk Nama Transmitter : FT 301 Range Transmitter : in H 2 O % Arus (ma) Penunjukkan Kontroller FIC301 Penunjukkan Recorder FR ,01 0, ,06 50, ,10 100, ,10 150, ,10 200, ,10 200, ,10 150, ,10 100, ,06 50, ,00 0,01 parameter flow steam tangki DI-301 seksi 300. Pada Tabel 1 diatas, arus yang disimulasikan pada kalibrator 4-20 ma untuk supplai kontroller FIC301 dan recorder FR301. Pada arus 20 ma terbaca pada kontroller FIC-301 adalah 200,10 dan pada recorder FR-301 adalah 200,19. Dari hasil perhitungan kesalahan rata-ratanya adalah 0,08%. Dengan hasil kesalahan 0,08% menunjukkan bahwa penunjukkan parameter proses flow steam pada kontroller FIC301 dan Recorder FR301 masih berfungsi dengan baik. Tabel 2. Hasil Setting dan kalibrasi parameter tekanan tangki DI-301 seksi 300. Nama Transmitter : PT 302 Range Transmitter : mm H 2 O % Arus (ma) Setting (mm H 2 O) , , , , , , , ,90 Penunjukkan Recorder PR-302 (mm H 2 O) Dari hasil pada tabel diatas, setting arus pada Transmiter PT 302 untuk pembacaan mulai dari 4 20 ma menunjukkan bahwa recorder PR-302 seksi 300 kesalahan rata-ratanya adalah 0,152 %. Dari nilai kesalahan tersebut PT 302 dan Recorder PR-302 menunjukkan nilai yang ideal dan alat tersebut masih berfungsi dengan baik. Tabel 3. Hasil Setting dan kalibrasi parameter densitas tangki DI-301 seksi 300. Nama Transmitter : DT 302 Range Recorder : 0,8 1,8 kg/liter Arus (ma) Densitas Setting ( kg/liter ) Penunjukkan Recorder DR 302 ( kg/liter ) 4 0,80 0, ,05 1, ,30 1, ,55 1, ,80 1, ,80 1, ,55 1, ,30 1, ,05 1, ,80 0,820 Dari hasil tabel 3 diatas, setting arus pada Transmiter DT 302 untuk pembacaan mulai dari 4 20 ma menunjukkan bahwa recorder DR-302 kesalahan rata-ratanya adalah 4,727%. Dari nilai kesalahan tersebut DT 302 dan Recorder DR-302 menunjukkan nilai yang ideal sehingga alat tersebut masih berfungsi dengan baik. 238

5 Tabel 4. Hasil Setting dan kalibrasi parameter level tangki DI-301 seksi 300. Nama Transmitter : LT 302 Range Transmitter : mm H 2 O % Level Arus (ma) Penunjukkan Recorder LR 302 ( % ) 0 4 0, , , , , , , , , ,00 pada transmitter LT 302 didapat kesalahan rata-rata 0,09%. 3. Terjadi perubahan kualitas hasil proses pelarutan yang semula kadar uranium dalam Uranil Nitrat adalah 182,5 gu/l, setelah dilakukan setting dan kalibrasi ulang pada parameter proses pelarutan didapat hasil kadar uranium lebih tinggi yaitu 290 gu/l. Hasil ini mendekati disain proses NIRA Italia untuk kadar uranium dalam Uranil Nitrat sebesar 295,18 gu/l. DAFTAR PUSTAKA Dari tabel 4 diatas setting arus pada Transmiter LT 302 untuk pembacaan mulai dari 4 20 ma menunjukkan bahwa recorder LR-302 kesalahan rata-ratanya adalah 0,09%. Dari nilai kesalahan tersebut LT 302 dan Recorder LR- 302 masih berfungsi dengan baik. Data indikator hasil proses pelarutan pada tangki DI-301 adalah kadar uranium dalam Uranil Nitrat. Sebagai data awal sebelum dilakukan setting dan kalibrasi adalah 182,5 gu/l, setelah dilakukan setting dan kalibrasi ulang pada parameter proses pelarutan didapat hasil kadar uranium lebih tinggi yaitu 290 gu/l. Hasil ini mendekati disain proses NIRA Italia untuk kadar uranium dalam Uranil Nitrat sebesar 295,18 gu/l. Hal ini menunjukkan bahwa setting dan kalibrasi pada proses pelarutan di tangki DI-301 memiliki dampak pada kualitas hasil berupa kadar uranium dalam uranil nitrat yang lebih tinggi. KESIMPULAN 1. Telah dilakukan Setting dan kalibrasi untuk proses pelarutan di tangki DI-301 instalasi pemurnian dan konversi untuk parameter proses aliran steam, tekanan, level dan densitas. 2. Untuk parameter aliran(flow) steam pada kontroler FIC-301 didapat kesalahan ratarata 0,08%. Parameter tekanan pada Transmiter PT 302 didapat kesalahan ratarata 0,152%. Parameter densitas pada transmitter DT 302 didapat kesalahan ratarata 4,727 %. Dan untuk parameter level Buku: 1. Benedict, M., Pigford, T,H., Levi, H.W.(1981) : Nuclear Chemical Engineering Second Edition, McGraw, Hill Book Company, Toronto, pp Commissiong Manual Part 2 Pilot Conversion Plant, NIRA, Italia, No. Dok. IND Z Commissiong Manual Part 1 Pilot Conversion Plant, NIRA, Italia, No. Dok. IND Z Operation Manual Part 4 Chemical Process from YC dissolution to UNH concentrate, NIRA, Italia, No. Dok. IND 22004Z Operation Manual Part 2 Yellow Cake handling, NIRA, Italia, No. Dok. IND 22004Z0007 TANYA JAWAB Pertanyaan 1. Kesalahan pengukuran disebabkan oleh apa? 2. Apakah alat yang digunakan untuk kalibrasi masih layak atau ada keterangan yang yang mengijinkan untuk kalibrasi? Jawaban 1. Kesalahan pengukuran disebabkan oleh koneksi pada kabel akibat kondisi ruangan yang lama tidak dioperasikan sehingga timbul jamur atau karat. 2. Alat yang digunakan sebagai kalibrator sudah mendapat jaminan sertifikat dari produsen alat tersebut. 239