DISAIN OUTER KONTEINER UNTUK LIMBAH un PASCA IRADIASI

Transkripsi

1 PRO SDNG SEMNAR PENELTAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLR Yogyakartat 28 Agustus 2008 DSAN OUTER KONTENER UNTUK LMBAH un PASCA RADAS Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir-BATAN PUSPPTEK Serpong Tangerang /53/0 Abstrak DSAN OUTER KONTENER UNTUK L1MBAH UJ PASCA RADAS. Disain outer konteiner untuk limbah uji pasca iradiasi telah dilakukan. Konteiner akan digunakan untuk menyimpan limbah uji pasca iradiasi, di kolam nstalasi Penyimpan Sementara Bahan Bakar Bekas (PSB3). Koteiner yang akan digunakan merupakan konteiner terluar (outer) dan akan diisi dengan konteiner bagian dalam (inner konteiner). Pada tulisan ini hanya mencakup disain dari outer konteiner. Dimensi dan bentuk outer konteiner ini mengacu ke disain konteiner di PEF-KAER. Material konteiner yang digunakan yaitu SS-304, berbentuk tabung silindris dibuat dari pipa berdiameter 5" SchAD, panjang 810 mm dengan panjang total (plus pengait) 864 mm dan berat 31 kg serta diameter flensa 200 mm. Konteiner tersebut dapat untuk menampung satu inner konteiner pelat atau satu inner konteiner Mo-target. Kata kunei: Disain, outer konteiner, limbah uji pasca iradiasi Abstract THE DESGN OF OUTER CONTANER FOR WASTE OF POST RRADATON EXAMNA TlON. The design of outer container for waste of post irradiation examination was completely pattemed. This container uses to store waste of the rest of post irradiation examination, into pool of nterim Storage of Spent Fuel (SSF). This paper only covers the outer container design. The design is refer to PEF-KAER container. The outer container material is SS-304 with cylindrical form of 5" SchAO pipe, 810 mm of length and total length (included lifting lug) is 864 mm, 31 kg of weight and 200 mm of flange diameter. The capacity is to accommodate one of the plates or Mo-target inner container. Keywords: Design, Outer Container, Waste of Post rradiation Examination PENDAHULUAN Proses uji pasca iradiasi di RM menghasilkan limbah, baik berupa limbah radioaktif yang berasal dari kontaminasi zat-zat radioaktif terhadap bahan-bahan lain yang dipakai selama proses maupun berupa limbah nuklir yang berupa potongan-potongan bahan bakar nuklir bekas, Motarget dan lainnya. Untuk limbah nuklir direncanakan disimpan sementara di KH-PSB3 atau di re-export ke negara pemasok bahan bakunya (uraniumnya). Untuk limbah nuklir bentuk padat berupa potongan-potongan pelat dan logam uranium (Mo-target), harus dimasukkan terlebih dulu ke dalam konteiner agar tidak mengkontaminasi kolam KH- PSB3. Penyimpanan material radioaktif sisa uji pasca iradiasi ini direncanakan menggunakan dua konteiner yang terdiri dari outer konteiner dan inner konteiner. Penggunaan outer konteiner bertujuan untuk meminimalkan kontaminasi kolam KH PSB3 karena proses pengisian limbah dari material radioaktif di dalam hotcell yang tingkat kontaminasinya sangat tinggi. Kriteria Disain terhadap disain dari outer konteiner yaitu sebagai berikut ini.. Outer Konteiner dapat menampung inner konteiner pelat dan Mo-target 2. Tenggelam di dalam air 3. Dapat ditangani di dalam hotcell dan di dalam air (KH-PSB3) 282 SSN

2 Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan 4. Dapat mencegah kontaminasi dari material radioaktifyang disimpan ke kolam KH-PSB3, yang ditunjukkan dengan kemampuan menahan tekanan hidrostatik minimal 1,5 x tekanan perancangan (tidak terjadi kebocoran sehingga dapat mencegah kontaminasi kolam penyimpanan). 5. Dapat ditumpuk satu sarna lainnya dengan stabil, untuk mengantisipasi penempatannya di dalam transport cask. 6. Diameter flensa 200 mm sarna dengan ukuran disain dari GCNF (German Consortium Nuclear Facility, kontraktor utama pembangunan RM, dan PEF-KAER. 7. Menggunakan O-ring dari bahan viton (PEF KAER, Reactor Fuel Examination Facility, Japan Atomic Energy nstitution (RFEF JAER). Makalah ini hendak menyajikan disain dari outer konteiner dimaksud, yang merupakan proses awal dari penanganan material radioaktif sisa uji pasca iradiasi di RM dengan tujuan agar dapat disimpan dengan aman di kolam KH-PSB3. TAT A KERJA Proses disain ini mengacu ke konteiner di PEF-KAER (Post rradiation Examination Facility-Korea Atomic Energy nstitution) dan kemampuan penanganannya di fasilitas hotcell RM dan KH-PSB3. Langkah awal yang dilakukan yaitu melakukan studi terhadap beberapa konteiner dengan fungsi yang sarna sebagai wadah limbah dari material radioaktif sisa uji pasca iradiasi dan yang disimpan di dalam air. Penentuan bentuk dan ukuran konteiner mengacu pada kemarnpuan handling di fasilitas RM dan KH-PSB3. Setelah itu dituangkan dalam bentuk gambar teknik yang lebih rinci dengan mempertimbangkan aspek engineering-nya termasuk kemudahan untuk dipabrikasi. Perhitungan kekllatan hanya dilakukan pada bagian yang kritis yaitu, pada penampang lifting lug serta sambungan lasnya. Pertimbangan utama yaitu, tegangan geser yang timbul akibat pembebanan harus lebih kecil dari tegangan geser ijin. 'w= [4, ha162] 0,55 sid 0,60 o-w 'w = tegangan geser o-w = tegangan tarik Sedangkan pada tegangan pada sambungan las (0-) menggunakan rumus sebagai berikut: F 0- = _ (7. hal386j h.l h = kaki las F = beban = panjang sambungan las Perhitungan kekuatan baut mengacu tabel 8-1 P (data ANS B dan B ) yaitu, tensile stress area (A ) pada bagian berulir pada tabel 8-1 P untuk ulir metris M-O untuk coarse pitch series untuk minor diameter area A sebesar 52,3 mm2 PEMBAHASAN Besar Tekanan Outer konteiner akan ditempatkan di dalam kolarn PS-B3 dengan kedalaman air 7 meter. Kondisi beda tekanan (~P) pada kedalaman tersebut dengan permukaan air adalah sebagai berikut; ~p = Ah [5, hai.3-38] ~p = 1000kg/m3 x 7m = 7000kg m2 = O,7kg cm2 Besar tekanan absolut pada kedalaman 7 meter yaitu 1,7 kglcm2 (25 psi), yang merupakan tekanan operasi (operating pressure). Tekanan perancangan (design pressure) lebih besar 30 psi atau 10% dari tekanan operasi [6, hails], sehingga tekanan perancangan menjadi 1,87 kglcm2 Maximum Allowable Pressure (MAP) pipa 5", STD, dengan corrosion allowance 1/16 inci (1,6 mm), sebesar 902 psig (61 atm atau 62 bar) (6. hal 1431.Dengan demikian MAP dari bahan utarna outer konteiner berupa pipa 5", SS-304 dan SchAO, sebesar 902 psig, dan masih jauh diatas 25 psi (tekanan operasi). Tekanan perancangan 1,87 kglcm2::: 1,87 bar. Besaran tekanan uji [6, hau6) adalah 1,5 x MA WP (Maximum Allowable Working Pressure) atau tekanan perancangan x (stress value pada temperatur uji stress value pada design temperatur). Karena temperatur relatif konstan selama penyimpanan, maka besar tekanan uji minimal sebesar 1,5 x tekanan perancangan = 1,5 x 1,87 bar = 2,8 bar. Berat dalam Air Prinsip hukum Archimedes yaitu sebuah benda apabila dicelupkan kedalam air mempunyai daya apung sebesar berat air yang dipindahkan. Bila berat benda yang dicelupkan lebih besar dari daya apung tersebut, maka akan tenggelam dan bila lebih ringan akan mengapung. Berat outer konteiner = 31 kg Volume outer konteiner = 0,01235 m3 Daya apung = 0,0 235 m3 x 1000 kgl m3 = 12,35 kg Bera! outer konteiner di dalam air = 31 kg 12,35 kg = 18,65 kg (tenggelam). SSN

3 Dapat Diturnpuk Satu sarna Lainnya Untuk penempatannya di dalam transport cask maka bent uk dari lifting lig harus dapat masuk kebagian bawah dari aliter konteiner 9Gambar-l) dan allier konteiner harus tetap dapat diletakkan dalam posisi tegak. :-----T-----, j ; O-ring ';'/""';"A"~ "..,..".. " 4.0" ' " ~ '. a '~r>-~----*--~~"'"'~,., " ;,::::;;Jn~~::n: Gambar 1. Tumpukan Dua Outer Konteiner Untuk menjaga kebocoran atau kontaminasi selama penyimpanan maka pada disain ini menggunakan a-ring dari bahan viton (PEF KAER dan RFEF-JAER). Penentuan dimensi dari alur a-ring pada flensa outer konteiner harus dillakukan dengan cennat, dan pennukaan bagian bawah dari tutup outer konteiner harus dikerjakan dengan kerataan pennukaan yang cennat dan dengan kekasaran permukaan 3,2 mikron. Penentuan alur disesuaikan dengan diameter flensa serta a-ring viton yang tersedia di pasaran, yaitu no.95 dengan penampang 4,8 mm, diameter dalam = 145 mm. penanganan..1. _ Outer Konteiner Catatan: Ukuran dalam millmeter Bag an Atas Outer Konteiner Bawah konteiner dengan pengelasan dan didisain untuk dua moda penanganan. Moda pertama dengan pengait (hook) yang dikaitkan ke lubang berdiameter 12 mm (gambar-2). Hal ini dapat digunakan di dalam hotcell 10 1 dengan menggunakan pengait yang digantungkan ke incell crane. Moda kedua dengan handling tools berbentuk seperti garpu yang diselipkan ke poros berdiameter 20 mm dan ditahan oleh bagian lifting lug yang berdiameter 52 mm, yang dapat digunakan untuk penanganan di KH-PSB3 (gambar-3). 11~"'''""oo"~ ~::::J J::::~ ;- ~:::~_::~ Gambar 3. Handling Tools HASL DAN PEMBAHASAN [j] P~1d~"9anAlas ~~;:::~:::~~~, ~~;:::~:::~~~ '..J "";"''' -;..:._--- o..tfl' KQnlelnc' J.-- Hasil disain dari outer konteiner dapat dilihat pada Gambar-4, berbentuk tabung dari pipa 5", Sch. 40 dengan tinggi 810 mm dan tinggi total dari outer konteiner (tennasuk lifting lug) adalah 864 mm, diameter rata-rata bagian dalam yaitu 129 mm dan tinggi (untuk kapasitas isi) adalah 712 mm, sehingga volumenya 9,3 liter dan diameter flensa 200 mm. Berat kosong 31 kg, dan berat di dalam air 18,65 kg. Outer konteiner didisain untuk menampung satu inner konteiner pelat yang berbentuk kotak, dengan penampang 76 x 80 mm dan panjang total 696 mm[2] atau satu inner konteiner Mo-target yang berbentuk tabung dari pipa 4" dengan tinggi 700 mm[3]. Tutup Alas O-ring Flensa Gambar 2. Lifting Lug Penanganan di dalam hotcell 101 mencakup mengangkatl menurunkan, pengisian inner konteiner pelat atau Mo-target dan menutup dengan pengencangan baut dengan kunci momen. Penanganan di kanal hubung maupun di kolam KH PSB3 mencakup mengangkat dan menempatkan ke basket dari Material Transfer Unit dan ke rak. Lifting lig dari ouler konteiner disambung ke allier Tabung Pipa S rnrn Tutup bawah Gambar 4. Gliter Konteiner[1J e ( u ~. 284 SSN

4 PENELTAN DAN PENGELOLAAN PERANGKA T NUKLffi Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan KESMPULAN. Giller konteiner dapat menampung satu buah inner konteiner pelat maupun satu buah inner konteiner Mo-target. 2. Material utama yaitu SS Ring viton digunakan sebagai seal. 4. Hasil disain dari outer konteiner dapat dilihat pada Gambar, berbentuk tabung dari pipa 5", Sch. 40 dengan tinggi 810 mm dan tinggi total dari ouler konteiner (termasuk lifting lug) adalah 864 mm, berat sekitar 31 kg dan diameter flensa 200 mm. 5. Tekanan uji hidrostatik minimal sebesar 2,8 bar. SARAN Perlu dilakukan perhitungan yang lebih cermat mengenai momen yang dibutuhkan untuk pengencangan baut untuk mengatasi beban yang ada Berat isi berupa inner konteiner pelat dan isinya: 10 kgl5] Berat isi berufa inner konteiner Mo-target dan isinya 12 kgl6 Diambil yang terberat sehingga berat outer konteiner dan isinya, = 43 kg. Untuk perhitungan kekuatan lifting lug, diambil berat total outer konteiner dan isinya sebesar 50 kg. Pemeriksaan terhadap penampang yang paling kritis (terkecil).. Luas penampang kritis-: 2 xl, 1 cm x cm = 2,2 cm2 2. Diameter batang dari lifting lug 20 mm, sehingga luas penampangnya kritis-2 menjadi n/4 x 22 = 3,14 cm2 3. Dengan demikian penampang paling kritis yaitu dengan luas penampang 2,2 cm2 (penampang kritis- ). Catatan: Ukuran dalam mllimeter DAFTAR ACUAN. ANONM, Dokumen Rancang Bangun Konteiner Sisa Bahan Uji Pasca radiasi, No. DP.50.BO1.003, ANTONO GOGO, Disain nner Konteiner Pelat elemen Bakar Nuklir Teriradiasi, Prosiding Seminar Penelitian dan Pengelolaan Perangkat Nuklir, Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan, Yogyakarta, 5 September ANTONO GOGO, Disain Konteiner Bagian Dalam Untuk Mo-target, Prosiding Seminar Pengelolaan Perangkat Nuklir, PTBN, SSN , September S. TlMOSHENKO, Strength of Materials, Part,. Elementary Theory and Problems, Third Edition, Robert E. Krieger Publishing Company, EUGENE A. AVALLONE, THEODORE BAUMESTER, Mark's Standard Handbook for Mechanical Engineers, Ninth Edition, McGraw-Hill Book Company, 1987, Table EUG<:NE F.MEGYESY, Pressure Vessel Handbook, tenth Edition, Pressure Vessel Publishing, nc., JOSEPH EDWARD SHGLEY, CHARLES R. MSCHKE, Mechanical Engineering Design, Fifth Edition, McGraw-Hili Book Company, LAMPRAN Penentuan PERHTUNGAN beban. Berat outer konteiner 3 kg. Kekuatan Gambar 5. Penampang Kritis Lifting Lug bahan. Material SS-304 dengan tegangan tarik sebesar 586 Mpa [8] 2. 1 kg/cm2 = pa 586 Mpa = 5976 kg/cm2 3. Beban pada penampang kritis harus lebih kecil atau sarna dengan hasil perkalian tegangan geser atau tegangan tarik yang terjadi dengan luas penampang kritis. p ~ A x 'tw P = beban (kg) A = luas penampang kritis Tegangan geser hams lebih keci] dari tegangan tarik. 1:w = 0,55 sid 0,60 0')7. hal62], 1:w = tegangan geser O'w = tegangan tarik Tegangan tarik yang terjadi terhadap penampang kritis- P ::;2,2 x 1:w 50 ::;2,2 x 1:w 'w= 50 2,2 = 22,73 kg/cm2 'w= 0,55 sid 0,60 O'w O'w= 22,73/0,55 = 41,33kg/cm2 <<< 5976kg/cm2. SSN

5 Sambungan Las Lifting Lug Diameter sambungan las = 2 em (gambar-5 dan 4) F () = - [7, ha1.386] h.l h = kaki las = 0,15 em F = beban = 50 kg = panjang sambungan las = 2 x Tt X = 6,28 em 50 cr = ---~- kg / cm2 0,15x6,28 = 53, kg/em2 <<< 5976 kg/em2 Kekuatan Baut M-10 Bahan baut Jumlah baut = 4 buah Beban pada tiap baut = 50 : 4 = 12,5 kg Luas area A = 52,3 mm2 Beban pada ulir = 12,5 : 52,3 = 0,24 kg/mm2 = 24 kg/em2 <<< 5976 kg/em2 TANYA JAWAB Siamet Riyadi ~ Mengapa bahan yang digunakan dari ? ~ Apa keunggulan dari bahan 88 yang lainnya? ~ Perancang mengacu re material yang sama yang digunakan di P1EF-KAER (Post rradiation Examination Facility - Korea Atomic Energy Research nstitute) dan RFEF JAER (Reactor Fuel Examination Facility Japan Atomic Energy Research ns/itute). ~ SS-304 merupakan baja nir-karat dan mudah diperoleh di pasaran. Suhardi ~ Berapa berat kontainer dalam air? ~ Mohon penjelasan, biasanya isi = volume? ~ Berat dalam air = 18,65 kg. Daya apung = volume air yang dipindahkan. Berat kontainer dihitung berdasarkan volume material dikalikan densitas SS-304. Berat dalam air = berat kontainer - daya apung. Volume air yang dipindahkan = volume outer (bagian luar). ~ Yang dimaksud adalah kapasitas isi bagian dalam (9,3 liter). Bambang G Susanto ~ Bagaimana asumsi menyangkut keselamatan kritikalitas dan radiasi pengion? ~ Data-data Karakteristik awal dari plat e,b dan Mo-target? ~ Aspek keselamatan yang menyangkut kritikalitas mengacu re perhitungan kritikalitas di KH-PSB3 yang telah dilakukan oleh staf PRSG. Hasil perhitungan aman (Keff<,O). ~ Karakteristik pelat e,b dengan prediksi sampai dengan februari 2004 yang dihitung oleh staf PRSG. Dokumen tersebut merupakan lampiran dari dokumen re-eksport. Untuk Mo-target masih menggunakan data awal sebelum masuk teras reaktor. 286 SSN