PERHITUNGAN KEBOLEHJADIAN GAGAL SISTEM PEMINDAH PANAS SISA REAKTOR PLTN JENIS BWR. M Salman Suprawardhana Pusat Penelitian Nuklir Yogyakarta

Transkripsi

1 PERHITUNGAN KEBOLEHJADIAN GAGAL SISTEM PEMINDAH PANAS SISA REAKTOR PLTN JENIS BWR M Salman Suprawardhana Pusat Penelitian Nuklir Yogyakarta D T Sony Tjahyani Fak. Teknik Universitas Gadjah Mada Yogyakarta ABSTRAK Telah dapat dihitung besar kebolehjadiangagal sistem penyemprot teras reaktor air mend~dih (o BoilingWater Reaktor = BWR") dengan menggunakan analisis pohon kegagalan. Sistem peroindahpanas sisa teras reaktor BWR meropunyairedudansi dua berfungsi untuk mendinginkan teras manakala terjadi kecelakaan kehilangan air pendingin (WLoss of Coolant Accident = LOCAfl). Model pohon kegagalan sistem pemindah panas sisa reaktor disusun dengan perandaian kejadian puncak atau TOP EVENT" adalah tidak menyeroprotnyaair dari salah satu sistem pemindah panas sisa ke teras reaktor. Didapatkan hasil kebolehjadian gagal sistem pemindah panas sisa reaktor PLTN BWR sebesar 2,06 x E-2 per permintaan selama operasi. ABSTRACT The Boiling Water Reactor core spray systems probability failure using fault tree analysis has been calculated. The core spray systems has two redundance is used for core cooling to remove residual'heat when loss of coolant accident happen. The top event of core spray systems is ~ne out of two core spray systems failed to operate. The failure probability of the Boiling Reactor Power Plant residual removal systems during operation being analyzed is 2,06 x 10-2 per demand. 409

2 410 I. PENDAHULUAN Reaktor PLTN jenis BWR adalah satu jenis reaktor daya yang digunakan sebagai Pembangkit Tenaga Listrik (PLTN) dengan menggunakan daur langsung, yaitu air pendingin yang digunakan untuk mend~nginkan teras/mengambil panas teras langsung dibentuk menjadi uap bertekanan tinggi sekitar 1000 psi dan suhu tinggi sekitar 290 C. Selanjutnya uap tekanan tinggi dan suhu tinggi dipakai untuk memutar turbin yang dihubungkan generator listrik untuk selanjutnya akan menimbulkan daya listrik. Untuk menjamin keselamatan operasi reaktor dan keselamatan lingkungan selama reaktor beroperasi dan saat terjadi kecelakaan diperlukan sistem-sistem penunjang yaitu sistem bantu dalam keadaan normal) - sistem bantu dalam keadaan tidak normal. Sistem bantu dalam keadaan tidak normal antara lain terdapat sistem pending in panas sisa reaktor yang mendinginkan reaktor manakala terjadi kecelakaan. Pada umumnya analisis kecelakaan PLTN dimulai dari kejadian awal yaitu terjadinya kehilangan air pendingin (LOCA). Pada gambar (1) dapat dilihat diagram pohon kejadian dari rentetan kejadian pada suatu PLTN dengan kejadian awal adalah terjadinya LOCA. Analisis memberikan bahwa untuk. menjamin keselamatan operasi maka apabila terjadi kejadian awal harus diikuti oleh suksesnya sistem penunjang yang lain yaitu suksesnya sistem-sistem : a) pemancung reaktor ("scram/reaktor protection system"), b) penurunan tekanan uap, c) penyedia air, d) penyemprot teras, e) pembebas tekanan otomatis,

3 f) injekai pendingin tekanan rendah, g) dan pendinginan pengungkung. Besarnyakebolehjadian terjadinya kegagalan atau harga satu dikurangi kebolehjadian suksesnya kerja sistem dapat dihitung dengan menggunakan penyusunan model pohon kegagalan sistem. Akibat dari terjadinya kegagalan dapat dihitung risiko yang ditimbulkannya apakah menjadikan teras tidak meleleh (TTM) atau teras meleleh (TM). TTf1 TTt1 TM T11 Tt1 n1 no]. ad,e &- n bc f aad i gagal kebolehjadian LOCA.c.d.e.g LOCA.b LOCA.a LOCA.g LOCA.c.g LOCA.c.d.g LOCA.c.d.f.g risiko K e j Tn'! Gambar 1. Pohon kejadian dari anal is is suatu kecelakaan PLTN dengan kejadian awal LOCA

4 ~12 II. SISTEM PENYEMPROT/PENYIRAM TERAS C CORE SPRAY SYSTEM) 11.1 Diagram alir sistero penyeroprot teras Sistero penyeroprot teras reaktor adalah sistero pendingin yang digunakan untuk roendinginkan teras reaktor roanakala terjadi kecelakaan; hal ini digunakan untuk roenghindari agar teras reaktor tidak roeleleh akibat adanya panas sisa di dalam teras yang berasal dari peluruhan sinar gamma dan beta. Sistero ini terdiri atas dua subsistero (A & B) yang saling tak gayut satu sama lain,roasing-roasing subsistero roampu roencegah roelelehnya teras bila LOCA (keadaan transien) terjadi. Bila ada sinyal penurunan tekanan bersamaan dengan sinyal penurunan perroukaanair dalam bejana reaktor atau kenaikan tekanan pada "drywell", roaka sinyal terse but akan roenjalankan kedua subsistero A dan B. Bersamaan dengan itu pula "Diesel Generator" dan 'Emergency Gas Turbin" dijalankan sebagai cadangan jika daya AC norroal gagal, katup pengisap CS-2 (B) roerobuka,sedangkan katup CS-21A (B) tertutup Cdalamkeadaan norroal katup pengisap selalu roerobukadan katup test tertutup). Pada gambar (2) dapat dilihat diagram alir sistero penyeroprot teras. Apabila daya AC norroal tersedia, roaka sistero dapat dijalankan dengan segera. Tetapi bila tidak tersedia, akan tertunda beberapa saat sampai generator darurat (Emergency Generator),roencapai kecepatan penuh. Ketika kedua poropa berjalan, pendingin tidak lansung diseroprotkan ke dalam teras reaktor, tetapiroenunggu sampai tekanan reaktor kurang dari 300 psig, yang roerupakan sinyal untuk roerobuka "Admission Valve". Sebeluro tekanan reaktor roencapai 300,psi, pendingin dikerobalikan ke suppression pool roelalui jalur by pass.

5 ~13 Setelah se~ua syarat terpenuhi air dari suppression pool melalaui CS-1A (B), CS 2A (B) di pompa CS-A (B), kemudian melalui CS-4A (B), CS-5A (B), CS-6A (B), CS-7A (B) disemprotkan ke teras reaktor melalui nozzle yang mengelilingi teras reaktor. Air masuk ke perangkat bahan bakar kemudian berkumpul di Drywell dan akhirnya kembali ke Suppression Pool Sistem penyemprot teras Prinsip kerja/diagram alir sistem penyemprot teras adalah sebagai berikut : 1. Setiap subsistem (A atau B) menerima logikakontrol/ "Control Logic" daya DC dari sumber baterai yang berbeda, demikian juga untuk menggerakkan pompa ataupun motor penggerak katup memperoleh sumber daya AC yang berbeda (bila daya normal gagal)~ subsistem A dari bus Generator sedangkan subsistem B dari Turbin (Gas Turbin). 2. Seluruhkomponen untukomponen baik AC daya terbagi dalam tergabung satutetapi maupun pemutus rangkain tidak dalam beberapa bus, Pada DC. ACterdapat pengaman rangkaian ("Circuit Breaker = CB"). 3. Komponen yang digunakan dalam setiap subsistem masing-masing dengan kapasitas 100 ~. 4. a. Dalam keadaan normal sumber air diambil dari "Suppression Pool ( gallon)", sumber alternatif kedua diambil dari tangki penyimpan kondensat (Condensate Storage Tank), tetapi hal ini jarang dilakukan karena digerakkan secara manual dan terletak pada ruang yang berradiasi tinggi.

6 414 b. Torus pengisapan pada Supprssion Pool ada tiga tempat (Torus A, B dan C). 5. Keadaan yang dipantau sebagai sinyal untuk menjalankan sistem adalah : a. Turunnya permukaan air pada bejana reaktor (48") disensor empat buah piranti. b. Turunnya tekanan dalam bejana reaktor (350 psig) disensor empat buah piranti. c. Naiknya tekanan dalam drywell (2 psi) disensor dipantau dengan empat buah piranti. d. Sinyal sebagai pembuka "Admission Valve" bila tekanan dalam bejana reaktor 300 psig (dipantau oleh dua piranti). 6. a. Turunnya permukaan air dalam bejana reaktor dan naiknya tekanan di Drywell berdasarkan logika "one out of two". b. Turunnya tekanan dalam bejana reaktor c. berdasarkan logika "one out of two", tetapi empat piranti tersebut dihubungkan ke dalam delapan kontak. Pembuka "Admission' Val vet. berdasarkan logika "one out of two". 7. Sistem dapat juga digerakkan secara manual bila tekanan bejana reaktor dikurangi dengan Manual Pressure Relief. 8. Katup yang digerakkan dengan motor (karena adanya sinyal) ialah katup CS-2A (B),Cs-4A (B),CS-5A (B), dan CS-2A (B), sedangkan katup lainnya selalu dalam keadaan terbuka yaitu CS-1A (B), CS-3A (B),CS-6A (B), CS-7A (B), CS-25A (B), CS-26A (B), CS-27A (B), CS-28A (B) dan CS-30A (B). 9. Pada' prinsipnya rangkaian kontrol untuk subsistem A dan B adalah sarna, hanya terdapat perbedaan sedikit antara lain: a. Rangkaian trip pompa A dan B

7 -i-15 b. Rangkaian yang menuju rele 115A dan 115B tidak sarna 10. Satu rele tidak harus untuk satu subsistem, tetapi juga dipergunakan dengan subsistem lainnya misalnya : - Rele 134A kontak 1 & 2 untuk rangkaian A, sedangkan 3 & 4 untuk rangkaian B. - Rele 134B kontak 3 & 4 untuk rangkaiaan A, sedangkan kontak 1 & 2 untuk rangkaian B. 11. Jenis-jenis rangkaian : a. Rangkaian ACA-1 untuk rangkaian katup CS-2A, CS-4A, CS-5A, CS-21A. b. Rangkaian ACB-1 untuk menggerakkan katup CS-2B, CS-4B, CS-5B, Cs-21B. c. Rangkaian ACA-2 untuk menjalankan pompa CS-2A, Rele 27-6A, Rele 27-6B. d. Rangkaian ACB-2 untuk menjalankan pompa CS-B, Rele 27-5A, Rele 27-5B. e. Rangkaian DCA-1 untuk sinyal kontrol katup CS-2A, CS-4A~ CS-5A, CS-21A. T. Rangkaian DCB-1 untuk sinyal kontrol kat up CS-2B, CS-4B, CS-5B, CS-21B..g. Rangkaian DCA-2 untuk sinyal kontrol pompa CS-A. h. Rangkaian DCB-2 untuk sinyal kontrol pompa CS-B. i. Rangkaian DCA-3 untuk sinyal kontrol rele (diawali dengan kode 932/1430); 102A, 103A, 104A, 105A, 106A, 107A, 108A, 110A, 111A, 112A,115A, 116A, 118A, 121A, 125A, 126A, 130A, 134A, 311A, 312A, 313A. j. Rangkaian DCB-3 untuk sinyal kontrol rele (diawali dengan kode 933/1430): 103A, 104B, 105B, 106B, 107B, 108B, 111B, 112B, 116B, 118B, 121B, 125B, 126B, 130B, 130B, 134B, 311B, 312B. k. Rangkaian DCA-4 untuk sinyal kontrol rele

8 (diawali dengan kode 932/1530): 108 dan Rangkaian DCB-4 untuk sinyal kontrol (diawali dengan kode 933/1530): 208 dan 209. rele III. POHON KEGAGALAN Diagram pohon kegagalan sistem penyemprot dianalisis berdasar pada perandaian: - kejadian puncak adalah gagalnya sistem penyemprot teras saat diminta - sumber pendingin diambil dari "suppression pool", - kemungkinan pipa bocor/retak diabaikan Berdasar pada perandaian tersebut diatas dapat disusun rangkaian kegagalan sebagai berikut 1) Kejadian puncak untuk setiap subsistem ialah sistem penyemprot teras rangkaian A atau B gagal beroperasi disebabkan oleh gagalnya salah satu dari : - Rangkaian tidak berfungsi karena untuk test/perawatan. - Tidak ada aliran melalui No~zle penyemprot teras disebabkan "." ( "." artinya adalah salah satu hal berikut ) * Nozzle penyemprot teras tersumbat * Tidak ada aliran melalui katup CS-7A (B) disebabkan "." - Katup CS-7 A (B) tertutup - Tidak ada aliran melalui katup CS6 A (B). Demikian seterusnya secara mundur sesuai dengan jalannya aliran atau secara umum untuk peristiwa "Tidak Ada Aliran Melalui Katup" disebabkan "." : - Katup tersebut tertutup (gagal) - Tidak ada aliran melalui katup sebelumnya. Sedangkan peristiwa "Katup Tertutup" dapat diuraikan lebih lanjut tergantung dari jenis katupnya

9 2) 3) (digerakkan dengan rootor atau tidak). Kegagalan pada katup yang selalu terbuka (gagal roenjadi tertutup: CS-1A (B), CS-3A (B), CS-6A(B), CS-7A (B), CS-25A (B), CS-26A (B), CS-7A (B), CS-28A (B), CS-30A (B) ) disebabkan "." : - Kegagalan roekanik - Tidak berfungsi karena untuk test/perawatan. Untuk katup yang dioperasikan dengan rootor (CS-2A(B), CS-4A (B), CS-5A (B), CS-21A (B), gagal berarti tertutup, kecuali untuk CS-21A (B), gagal berarti terbuka. Kegagalan katup CS-4A (B) dan CS-5A (B) disebabkan Kesalahan operator selama kecelakaan (LOCA) - Katup gagal saatdibutuhkan, untuk CS-4A disebabkan "x" ("x '. artinya karena seroua berikut) : * Kesalahan operator sebelum kecelakaan * Katup roeroanggaga 1 saat dibutuhkan disebabkan (B) hal - Kegagalan roekanik dan'untai elektronik - Kehilangan daya AC - Katup tidak berfungsi karena untuk test/perawatan - Tidak ada sinyal untuk roenjalankan. Sedangkan untuk katub CS-5A (B) faktor "Kesalahan Operator Sebeluro Kecelakan" tidak ada, tetapi faktorfaktor lainnya CS-4A (B). Pada katup CS-2A (B) dan CS-21A (B) faktor "Kesalahan Operator Selaroa Kecelakaan" tidak ada, sedangkan faktor lainnya seperti pada katup CS4A (B). 4) Kegagalan "Tidak Ada Sinyal untuk Menjalankan" disebabkan '"." - Kontak rele sebagai jalan sinyal ke kat up gaga 1 (tidak dapat menutup)

10 - Kehilangan daya C Pemutus rangkaian (CB) yang menuju katup g~gal. 5) "Kontak Rele Sebagai Jalan Sinyal Gagal" disebabkan " + " : - Kontak memang gagal - Rele gagal bekerja walaupun dayanya tersedia - Tidak ada sinyal untuk menjalankan rele tersebut. 6) "Tidak Ada Sinyal untuk Menjalankan Rele" disebabkan "+" : - Kontak rele sebagai jalan sinyal (seperti peristiwa 6) dari rele sebelumnya gagal - Kehilangan daya DC. 7) Tidak adanya sinyal setelah sampai pada sensor ada empat jenis yaitu : Tidak ada sinyal yang menuju rele 108, 109, 208, disebabkan "+" : * Pada Drywell tidak terjadi tekanan yang tinggi (kenaikan tekanan) * Kehilangan daya DC * Saklar tekanan gagal tekanan disebabkan "+" : - Saklar tidak berfungsi perawatan - Kalibrasi kurang teliti - Saklar tekanan gagal. mensensor karena untuk kenaikan - Tidak ada sinyal yang menuju rele 118 A, 118 B disebabkan "+" * Pada bejana reaktor tidak terjadi tekanan yang rendah (penurunan permukaan sampai 300 psi) testl * Kehilangan daya DC * Saklar tekanan gagal mensensor penurunan permukaan - Tidak ada sinyal yang menuju rele 108 A, 108 B, 130 A, 130 B disebabkan "+" : * Pada bejana reaktor tidak terjadi tekanan yang

11 419 rendah (penurunan tekanan'sampai 350 psi) * Kehilangan daya DC * Saklar tekanan gagal menyensor penurunan permukaan 8) 'Tidak Ada Aliran Melalui pompa CS-A ( B).' disebabkan.'." : 9) - Tidak ada aliran melalui katup CS-2A (B). - Pompa CS-A( B) gagal beroperasi disebabkan.'+" * Pompa CS-A (B) memang gagal * Sinyal trip palsu menuju pompa diuraikan lebih lanjut berdasarkan kontrol "Pompa C-A (B) Gagal" disebabkan.,+ : rangkaian - Tidak ada sinyal untuk menjalankan 'c" pompa - Kegagalan mekanik dan untai elektronik. - Kehilangan day a AC. - Pompa tidak berfungsi karena untuk test/perawatan - Tidak ada pendingin motor 10) Untuk menjalankan : * & Pompa 2 rele kontak 1 CS-B CS-A berdasarkan dari 115 kontak sinyal rele B. A. 7 dari & 82 kontak rele p 15 & 6 * * Pompa CS-2 CS-2 CS-4 CS-5A B A CS-A (B)

12 420 * CS-21 A berdasarkan sinyal dari kontak 5 & 6 rele 126 A. * CS-21 B berdasarkan sinyal dari kontak 5 & 6 rele 126 B. 11) "Kegagalan Kontak 4 & 8 Rele 125 A (B)" (gagal menutup) Kegagalannya disebabkan "+" - Kontak memang gagal - Ada sinyal pada rele 125 A (B) disebabkan "+" * Kontak 1 & 7 rele 125 (B) tidak dapat membuka sempurna. * Kontak 4 & 4 T saklar 308 A tertutup (untuk rele 125 A). * Kontak 3 & 3 T saklar 308 B tertutup (untuk rele 125 B). 12) "Kontak 1 & 7 Rele 102 A Gagal Menutup" disebabkan lit + " : - Kontak memang gagal. Rele 102 A gagal dihilangkan dayanya. - Tidak ada sinyal menuju"rele 102 A disebabkan "+" : * Saklar pengunci dalam keadaan trip disebabkan " +., : - Kontak 1 & 2 saklar pengunci 313 A gagal - Kesalahan operator saklar ditempatkan dalam keadaan trip. * Kontak 7 & 8 rele LNP-2A gagal menutup disebabkan n+": - Kontak 7 & 8 rele LNP-2A memang gagal - Rele LNP-2A gaga 1 dihilangkan dayanya - Kehilangan daya normal. Dengan berdasarkan hal-hal tersebut mengenai diagram alir sistem dan rangkaian kontrol maka dapat disusunlah secara lengkap pohon kegagalan seperti pada lampiran. Dan dengan data-data laju kegagalan setiap komponen dari

13 421 komponen yang bersangkutan maka dengan menggunakan program komputer POFTA dapatlah dihitung besar kebolehjadian gagal sistem pemindah panas sisa reaktor PLTN BWR adalah sebesar : 2,06 x E-2 per permintaan selama operasi. IV. KESIMPULAN Dengan menggunakan program POFTA dan dilakukan pendekatan-pendekatan maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Ketidaktersediaan sistempenyemprotan teras (Core Spray System) dari reaktor air mendidih (BWR) dalam hal ini diambil sampel dari BWR /3 pada operasi jam ialah antara 9,942E-3 sampai 2,063E-2 dan sebagai harga konservatisme dapat diambil harga 2,06 E-2, sehingga harga keandalannya = 9,794E Sistem penyemprot teras dari reaktor air mendidih (BWR) cukup andal, karena dari perhitungan diperoleh: a. Pada minimal cut set tidak ada yang hanya terdiri atas 1 komponen. b. Penyumbang terbesar 3,24E-4 3. Dalam sistem ini yang perlu mendapat perhatian adalah kehilangan daya AC maupun DC pada setiap rangkaian, oleh karena itu harga keandalan tersedianya daya AC dan DC harus ditingkatkan.

14 10 _ )\ ttn. 5'"'''' IIUllt~ ('; ~5 (')-2.6c.s-c: c..s-2.8 AlB) AlD) A(5) Al~) (.:,- )OA l~) I\) I\) Gambar 2. Diagram Aliran Sistem Penyemprot Teras

15 V. DAFTAR PUSTAKA 1. Henley, E.J., Kumamoto, H., Reliability Engineering and Risk Assesment, New Jersey: Prentice Hall, IAEA, Probabilistic Safety Assesment for Research Reactors, Vienna, Knief, Ronald Allen, Nuclear Energy Technology, New York: McGraw-Hill Book Company, Lahey, Moody, The Thermal Hydraulics of Boiling Water Nuclear Reactor, American Nuclear Society, McCormick, N.J., Reliability Engineering and Risk Analysis, London: Academic Press Inc, Moore, Hoffman, General Discription of A Boiling Water Reactor, San Jose : Nuclear Energy Divisions General Electric, U.S. NUREG~ Fault Tree Handbook, Washington D.C., Interim Reliability Evaluation Program : Analysis of the Millstone Point Unit 1 Nuclear Power Plant Volume I, II, WASHINGTON D.C Yudiutomo Imarjoko1 Program Komputer. Untuk Analisis Pohon Kegagalan, Skripsi, Yogyakarta : Jurusan Teknik NuklirFakultas Teknik Universitas Gajah Mada, 1987.

16 424 TANYA JAWAB 1. A. Syaukat Bagaimana human error dan common mode failure dimasukkan dalam perhitungan? Jawaban Harga human error telah dimasukkan dal.am perhitungan seperti terlihat pada gambar bahwa telah satu kejadian dasar adalah kesalahan operator lupa membuka/menutup katup. Mengenai common mode failure belum dimasukkan dalam perhitungan. 2. Muslim Hasil konkrit dari analisis/perhitungan anda berupa apa dan informasi apa yang dapat ditunjukkan olehnya? Jawaban Hasil konkrit dari analisis ini adalah kita dapat mengetahui derajat kegagalan sistem/keandalan sistem. Hasil perhitungan ini dapat digunakan untuk membuat rancang bangun kembali, atau memperbaiki program perawatan/pergantian atau memperbaiki komponen dengan kwalitas lebih baik sehingga derajad keandalannya tinggi. 3. Syarip Dari mana saja sumber power supply untuk sistem-sistem pompa, katup dll. Apakah sudah dimasukkan dalam perhitungan, keandalan dari setiap power supply tersebut.

17 425 Jawaban Sumber power supply yang menggerakkan pompa, kat up berasal dari : daya AC normal diesel darurat gas turbin 4. Ir. Utaj a Apakah ada alat yang dioperasikan oleh orang, alat mana kalau ada Jawaban Selain ada alat-alat yang dioperasikan secara otomatis ada pula yang dioperasikan oleh operator misalnya pompa, katup dll.