Prosiding Seminar Hasi! Penelitian P2TRR Tahun 2003!SSN 0854-5278 PREP ARAS NODALSAS UNTUK SMULAS TRANSEN SSTEM PENDNG N MODA SATU JALUR RSG-GAS Sukmanto Dibyo, Susyadi, Tagor MS, Darwis snaeni Pusat Pengembangan Teknologi Reaktor Riset -BATAN ABSTRAK PREPARAS NODALSAS UNTUK SMULAS TRANSEN SSTEM PENDNGN MODA SATU JALUR RSG-GAS Sistem pendingin merupakan komponen penting di RSG-GAS Telah disiapkan pemodelan untuk melaksanakan simulasi kondisi transien sistem pendingin RSG-GAS Untuk mengilustrasikan kondisi ini, digunakan paket komputer RELAP5MOD3 dengan menggunakan nputfile yang telah actanput ini memuat data-data kinetika, termal, hidraulika clan geometri jaringan sistem pendingin Perubahan clan pengurangan jumlah nodalisasi telah dilakukan untuk penyederhanaan dad juga proses running Kelayakan basil pemodelan ini dilakukan dengan cara menentukan initial condition pada input data sedemikian rupa sehingga kondisi steady-state sesuai dengan basil analisis sistem pendingin moda 1jalur RSG-GAS Parameter yang diamati adalah suhu-suhu transien sistem pendingin reaktor setelah terjadi penurunan laju alir pada pendingin sekunder sebagai fungsi waktu Parameter ini dapat diminta (requested) pacta kartu inputminor Edit Requests Proses simulasi dikerjakan pada daya awal steady-state 15 MW menggunakan jalur pendingin di mana laju alir pendingin primer 430 kg/detik clan sekunder 550 kg/detik Transien aliran pendingin sekunder disimulasi karena pompa sekunder mati Akibatnya, suhu pendingin primer naik mencapai nilai RPS (batang kendali jatuh) Reaktifitas batang kendali negatif mengakibatkan daya reaktor turun Karakteristik pola perubahan suhu pendingin primer maupun sekunder berhasil diketahui Hasil simulasi menunjukkan kenaikan suhu pendingin primer mencapai nilai proteksi pad a detik tertentu sejak kondisi suhu inisiasi Akibat reaktor padam maka pola gerakan suhu lambat laudbergerak turun Kata kunci : Preparasi Nodalisasi, Transien, Moda Pendingin Satu Jalur ABSTRACT NODALZATON PREPARATON FOR THE TRANSENT SMULATON OF COOLNG SYSTEM FOR ONE LNE MODE OF RSG-GAS Cooling system is important component in RSG-GAS To carry out the transient simulation of one line-cooling mode, the model of RSG-GAS has been prepared To illustrate the transient condition, the RELAP5MOD3 computer code the existing input files were used This nput consist of kinetic, thermal, hydraulic and geometries data Modification and decrement of number of nodalization has been done to simplification as well as running time The reasonable result of model is arranged to determine the initial condition of input data therefore steady state condition have agreement to the analysis result of one line cooling mode of RSG-GAS Parameter investigated are transient temperatures of cooling system after decreasing of secondary cooling system occur as function of time These parameters can be requested using input of Minor Edit Request Simulation is conducted at the reactor power of 15 MW steady-state for one-line cooling mode in which the primary and secondary cooling of 430 kg/sec and 550 kg/sec respectively Decreasing of secondary cooling flow is caused by pump trip As a consequence, the control rod drop due to reactor protection system The negative reactivity of control rod causes decreasing of reactor power Change of pattern for the primary and secondary cooling system can be known After that simulation depicts that increasing of temperatures occur at the certain moment since initiation temperature conditions, due to reactor shut down, curve inclined move going down Keywords: Nodalization Preparation, Transient, One line Cooling Mode 95
SSN 0854-5278 Preparasi Nodalisasi Sukmanto Dibyo, dkk PENDAHULUAN Sistem pendingin reaktor merupakan komponen renting di RSG-GAS, oleh karena itu pengkajian karakteristik keselamatan reaktor sangat renting seiring dengan persyaratan keselamatan yang diharapkan pacta berbagai pihak Untuk mendapatkan keyakinan tentang keselamatan pengoperasian reaktor RSG-GAS, perlu kiranya dilakukan suatu analisis terhadap sistem pendingin reaktor Kondisi transien adalah kondisi yang tidak mantap yang dapat disebabkan oleh adanya gangguan sistem pendingin Gangguan dapat disebabkan oleh ketidak seimbangan antara energi yang dibangkitkan dan pembuangannya Sistem keselamatan reaktor akan membuat reaktor berhenti pada saat/detik tertentu [] Dengan memanfaatkan paket program komputer yang ada, maka melalui simulasi dapat diketahui respon akibat gangguan yang muncul Pemanfaatan paket program komputer untuk simulasi merupakan upaya analisis yang tepat dan efisien Programprogram Komputer yang acta seperti RELAP5MOD3 dapat membantu menyelesaikan masalah ini Parameter-parameter karakteristik yang dikaji sebagai fungsi waktu, disimulasikan di mana kondisi operasi transien terjadi pacta "moda pendingin satu jalur RSG-GAS" Diasumsikan reaktor pacta daya 15 MW terjadi kegagalan sistem pendingin sekunder Akibatnya suhu pendingin primer ke reaktor naik terjadilah scram batang kendali oleh sistem proteksi suhu pendingin masuk ke teras Meskipun terjadi scram, masih acta fenomena kenaikan suhu pendingin primer akibat pembuangan kalor sisa Pembangkitan energi kalor peluruhan dati reaktor secara bertahap lepas ke permukaan kolam reaktor atau mengalir melalui pendingin secara konvektif Dari keadaan transien tersebut, reaktor terproteksi oleh jatuhnya batang kendali namun untuk mendapatkan keyakinan tentang keselamatan reaktor perlu analisis yang dilakukan dengan cara simulasi Berdasarkan latar belakang terse but di atas maka dalam analisis ini dilakukan preparasi input data untuk simulasi meggunakan paket RELAP5MOD3, yang hasilnya diharapkan dapat mengetahui pola suhu yang terjadi pacta air pendingin primer dan pola suhu transien pendingin sekunder Dari hasil tersebut diharapkan pacta langkah berikutnya dapat menganalisis kondisi operasi transien dengan daya mula-mula steady-state 15 MW moda pendingin satujalur DESKRPS PAKET PROGRAM [2] RELAP5MOD3 adalah paket program komputer dati generasi RELAP yang digunakan secara luas untuk melakukan simulasi analisis steady-state maupun transien pacta suatu sistem hidraulika reaktor berpendingin air ringan Paket program ini dikembangkan dati model nodalisasi~junction multi-region yang terdiri dati bagian hidrodinamika, bagian struktur kalor dan kinetika reaktor Bagian hidrodinamika merupakan bagian utama yang dapat mensimulasikan komponen pipa, percabangan, pompa katup dan sebagainya Struktur kalor terdapat pacta komponen pembangkit kalor maupun bagian yang terjadi perpindahan kalor, bagian ini dihubungkan dengan volume hidrodinamika Bagian kinetika reaktor dapat digunakan untuk mewakili kelakukan daya reaktor berdasarkan pendekatan kinetika titik Data reaktivitas batang kendali, reaktifitas umpan balik pacta teras reaktor sangat berperan dalam pembangkitan daya reaktor Volume komponen hidrodinamika diselesaikan dengan persamaan satu dimensi untuk fluida tung gal maupun 96
Pro siding Seminar Hasil Penelitian P2TRR Tahun 2003 SSN 0854-5278 aliran dua rasa air-uap air, persamaan dasar terdiri datipersamaan kekekalan massa, momentum clanenergi Kondisi aliran duetrasa didasarkan pada model nonhomogenous Secara umum, RELAP5MOD3 dapat melakukan simulasi gelagat sistem temohidraulika yang beroperasi pada tekanan hingga tekanan saturasi air PREP ARAS PEMODELAN nput data yang dipakai untuk preparasi pemodelan yaitu memanfaatkan model yang sudah ada [2,3] Dalam melakukan simulasi transien diperlukan suatu model nodalisasi untuk seluruh komponen pada jaringan sistem pendingin reaktor yang mencakup kolam clan teras reaktor, pemipaan, kamar lunda, katup, pompa, penukar kalor dsb Reaktor (RSG-GAS) berbentuk kolam terbuka yang memuat teras clan air sebagai moderator metopon pendinginan teras Transfer kalor terjadi pada teras reaktor, alai penukar kalor clan penguapan di permukaan 11/\ : kolam reaktor Pembuangan kalor oleh menara pendingin direpresentasikan dengan menggunakan fasilitas tmdpvol (time-dependent volume component) yang menetapkan kondisi operasi pada besaran tertentu Sistem pendingin primer clan sekunder masing-masing beroperasi buah pompa clan dilengkapi dengan katup, percabangan, kamar lunda clan penukar kalor Data geometri di setiap komponen harus diin~utkan untuk simulasi [1,3,] Model kamar pelaksanaan lunda dapat disederhanakan yaitu hanya dimodelkan oleh sebuah pipet yang memiliki lintasan clan besaran friksi yang cukup berarti sehingga mendekati kondisi yang realistis Gambar 1 menunjukkan Nodalisasi Jaringan Sistem Pendingin RSG-GAS yang telah dibuat sebelumnya[4,6), kemudian dalam modifikasi Model nodalisasi dilakukan penggabungan beberapa nodalisasi untuk penyederhanaan (Gambar 2) Penggabungan ini tidak mempengaruhi basil keluaran Nodalisasi Domer 440 clan 450 menjadi Domer 444 pada bagian kamar lunda Domer 415 clan 416 menjadi Domer - ~ 056 ~1 os<; " 456 Adapun kutipan data inputnya disampaikan pada halaman lampiran ~~O3 ~, ~~ Pompa of t Penuka (,Qlnr ~ Kamar tunda KOLAM Pomna Gambar 1Nodalisasi Jaringan Sistem Pendingin Primer RSG-GAS pada RELAP5 97
SSN 0854-5278 Preparasi Nodalisasi Sukmanto Dibyo, dkk 101 ' 421 O"m,1 111117 Gambar 2 Modifikasi Pemodelan Model jaringan pendingin RSG- GAS disusun menjadi kelompok komponen volume, junction, katup clan struktur kalor Model ini mengacu pada kaidah yang berlaku sebagai input RELAP5 ASUMS-ASUMS Asumsi clan Pendekatan yang berlaku dalam simulasi moda satu jalur ini adalah sebagai berikut: Pengabaian adanya pelepasan kalor (heat loss) disepanjang komponen pipa, sehingga dinding pipa tidak dimodelkan sebagai struktur panas (heat structure) Mula-mula reaktor beroperasi pada daya steady-state 15 MW Reaktor scram hanya disebabkan oleh sistem proteksi suhu pendingin primer Sistem proteksi terhadap penurunan laju alir tidak bekerja Aliran pendingin sekunder turun karena pompa sekunder tidak bekerja RUNNNG Sebelum berlangsung, Proses dikerjakan Running beberapa langkah yang menyangkut pemahaman sistern yang akan disimulasikan Berikut ini hal yang perlu diketahui [5], Nodalisasi yang disiapkan cukup representatif untuk menjamin konvergensi numerik Menggunakan nodalisasi lebih banyak di daerah yang gradien tennodinamikanya besar, yakni di Teras clan di Penukar Kalor Nodalisasi lebih sedikit (disederhanakan) di daerah yang diharapkan tetap satu rase, Junctions terletak pada batas sistem belokan, perubahan area clan kemiringan Jumlah nodalisasi keseluruhan diminimalkan untuk memungkinkan perhitungan sensitivitas Nodalisasi yang ada, tidak meniadakan fenomena renting Proses inisiasi RUNNNG adalah memperoleh kondisi steady state sebelum melakukan perhitungan transien Kondisi tersebut dikarakterisasikan oleh nilai yang diinginkan seperti daya, laju alir, suhu inle~ ketinggian air maupun tekanan nput yang, dimasukkan menyangkut kondisi inisiasi untuk semua volume (tekanan, suhu <an sebagainya), junctions (laju alii), 98
Prosiding Seminar Hasil Penelitian P2TRR Tahun 2003 SSN 0854-5278 heat structures (suhu), kinetika reaktor (daya), control variables dab logic trips Untuk heat structure, data input dirnasukkan suhu inisiasi dekat suhu air dab kondisi batas ditetapkan dengan time dependent volume dab junctions, daya, kecepatan pompa dab sebagainya Berikut ini adalah kelengkapan file yang hams disiapkan untuk running RELAP5 padafolder yang sarna: Relap5exe Tpfh20 nputrsgi Spread lexe [ RELAP5 striprsgi Runbat stripbat Gambar 3 Data input untuk RUNNNG Prosedur RUNNNG RELAP5 dapat digambarkan sebagai berikut: nput Steady State RELAP5 Code Steady State Output 'SteadYStateRstplt ' ~i transientinput ~ RELAP5Code Transient Rstplt transient output Plot by Strip input 1 RELAP5 Code Stripoutput Stripf 1-1 Spreadl H Microsoft EXCEL StriPff~ Gambar 4 Prosedur Running RELAP5 99
SSN 0854-5278 Preparasi Nodalisasi Sukmanto Dibyo, dkk SKENARO TRANSEN RSG-GAS Dari sistem pendingin RSG-GAS, dibutuhkan data-data kinetika, termal, hidraulika dad geometri untuk pembuatan input file [2] Dari model ini, selanjutnya analisis kondisi transien maupun steady-state dapat disimulasikan oleh RELAP5 Mulamula RSG-GAS disimulasikan beroperasi pacta kondisi steady-state daya reaktor 15 MW di mana digunakan moda pendingin satu jalur (jalur 1 pendingin primer dad sekunder tidak digunakan) Tiba-tiba pompa sekunder tidak bekerja Akibatnya air pendingin sekunder berangsur-angsur turun sebagai fungsi waktu (cause down flow) Sementara 600 itu air pendingin primer masih tetap bekerja sebagaimana ditunjukkan pacta gambar 5 Simulasi penurunan laju alir pendingin sekunder menggunakan pendekatan laju alir berkurang sebagai fungsi waktu yang mana disebabkan oleh putusnya power supply pompa pendingin sekunder Sedangkan pendingin primer tetap bekerja pacta moda satu jalur dengan laju konstan 450 kg/detik Trip reaktor disebabkan oleh tercapainya suhu pendingin menuju reaktor 42 C ( RPS untuk single failure) dan respon batang kendali dengan delay time 0,5 detik [] Gambar 5 menunjukkan bahwa laju alir pacta pompa (primer dan sekunder) yang dimatikan mendekati 0 kg/detik Kejadian transien dimulai sejak penurunan laju aliran sekunder -------_ 500,, 400 ~ a; "0 ~ 300 c ~ ro 200, 100 0 50 70 90 110 waktu detik Gambar 5 Laju Aliran Sistem Pendingin Primer Dan Sekunder 130 1501 Kondisi steady-state telah disesuaikan dengan basil analisis sistem pendingin moda 1 jalur RSG-GAS dan kondisi tersebut adalah sebagai berikut : : Daya reaktor : 15 MW : Aliran Pendingin primer : 430 kg/detik : Aliran pendingin sekunder : 550 kg/detik : Suhu Pendingin primer ke teras: 41,6 c : Suhu Pendingin primer datiteras: 47,4 c : Suhu Pendingin sekunder datimenara pendingin: 36,2 C : Suhu Pendingin sekunder ke menara pendingin : 40,3 C 100
~ ~ ~ ~-- ~ ~ ~ ~ 1n1 _nnnun nnnn Prosiding Seminar Hasil Penelitian P2TRR Tahun 2003 SSN 0854-5278 HASL SMULAS Hasil-hasil simulasi transien kegagalan pendingin sekunder moda satu jalur telah dikerjakan sampai rota kurva suhu-suhu pendingin sudah tidak menunjukkan kenaikan suhu lagi sehingga tidak memberikan arti dari sisi pandang aspek keselamatan 48 47 _n_unnu_u -1,i 46 n UUn-_-- ~ J::,~ - (/) 44 43 42 n n n n n n u n n --- --1 _n_n_nnn_uu_-_nn-1 n un d---1 n1! i () 45 "n n n n n n' - --- - n - - - -- -- -- n - n- -- -- - - - --1 41-50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 w aktu detik -- --- --- ~~--- ---------------- Gambar 6 Kurva Suhu Pendingin Primer Hasil simulasi yang ditinjau adalah suhu-suhu pendingin primer clan sekunder reaktor Penetapan kondisi steady-state ini sangat renting karena simulasi steady-state yang realistis dengan data operasi yang sesuai harus diperoleh Langkah simulasi transien yang diinginkan dapat dilakukan Gambar-gambar di alas menunjukkan keadaan kondisi suhu pendingin primer clan sekunder sebagai fungsi waktu Lengkungan kurva yang saling mengayun terj adi pada suhu pendingin masuk clan keluar reaktor (Gambar 6) Meskipun batang kendali sudah jatuh, kenaikan suhu pendingin primer berlangsung terns sampai angka tertentu Dari ayunan kurva ini tentunya juga memberikan dampak pada gerakan perubahan suhu pendingin sekunder 20 i S 15 ~n_dn ~ 0 10 ~n_un ~ co ~ 5 ~_n--n_nn - n - - n n- >- _n-o-n _n_u_n - _nnn un n 0 j 50 100 150 200 waktu detik 250 300 350 Gambar 7 Kurva Transien Daya Reaktor
SSN 0854-5278 Preparasi Nodalisasi Sukmanto Dibyo, dkk Gambar 7 memperlihatkan bahwa daya reaktor turun akibat jatuhnya batang kendali yang mengakibatkan reaktifitas negatif teras Reaktifitas batang kendali negatif clan seterusnya kemudian mengakibatkan Penentuan daya reaktor turun kondisi inisiasi memerlukan waktu clan kecermatan untuk mendapatkan kondisi steady state, hal ini dapat terlihat pada grafik bahwa daya 15 MW yang tepat clan stabil sulit dicapai Jatuhnya batang kendali disebabkan oleh tercapainya sistem proteksi suhu pendingin primer 42 C yakni 14,5 detik setelah transien laju aliran sekunder Hasil yang sangat penting dalam simulasi transien ini pada kurva yang ditampilkan di Gambar 6 menunjukkan bahwa suhu tertinggi sesaat, terjadi pada pendingin primer masuk ke teras KESMPULAN Hasil simulasi kondisi steady-state pada pengoperasian sistem pendingin moda satu jalur telah dikerjakan dengan basil yang ada kesesuaian dengan data operasi telah dibuat Selama berlangsungnya kondisi transien suhu pendingin primer mencapai 42 C clan kemudian batang kendali jatuh Sementara itu pula telah tejadi kenaikan suhu pendingin primer berlangsung terus sampai pada detik tertentu Penentuan kondisi inisiasi memerlukan waktu clan kecermatan untuk mendapatkan kondisi steady state Kondisi yang teliti clan stabil sui it dicapai DAFTARPUSTAKA 1 BATAN, Safety Analysis Report, Multi Purpose Research Reactor GA Siwabessy, Rev8, 2001 2 RELAP5 Code Development Team, '"RELAP5/MOD3 Code Manual ", User Guide and nput Requirements, NUREG/CR-5535- V2 daho National Engineering Laboratory, Washington DC 1995 3 HUD H, Data File hudiaxp$dka$100 4 AMN Z, Data File aminaxp$dka$200 5 ANHAR RA, "PREPARAS NPUT RELAP5 (MODUL 10)", Diklat Komputer RELAP5 Code, Bapeten 20-31 Oktober 2003 6 HUD H, "Simulasi Transien Pendingin Sekunder RSG-GAS dengan Paket RELAP5", Presentasi lmiah Penelitian Dasar lmu Pengetahuan& Teknologi Nuklir, April 1994 102
103 ProsidingSeminar HasilPenelitianP2TRR Tahun 2003 SSN 0854-5278 LAMPlRAN Kutipan input data kartu kontrol dan node yang penting ditunjukkan sebagai berikut : = SMULAsi gagal sekunder moda l-line RSG-GAS uspen2003 MODFKAS 100 new stdy-st 100 restart transnt 100 new transnt 101 run ============================================================= TME STEP CONTROL CARD EndTime MinTStep MaxTStep CtrlOpt MnrEdt MjrEdt Restrt 201 000 10-18 0004 2 100 100000 10000 201 1000 10-18 0004 2 250 100000 100000 mnredt jngn gede2 mending time step yg kecil aslinyao002 ============================================================= MNOR EDT REQUESTS 312 tempi 420010000 B 313 tempi 444010000 C 316 tempi 800010000 D F 317 tempi 880010000 E G 318 tempi 850010000 F H 319 tempi 890010000 G 325 mflowj 038000000 H J 326 mflowj 039000000 K 327 mflowj 234000000 J L 328 mflowj 235000000 K M 330 rktpow L N ====================== TRPS AND 501 time 0 gt null 517 tempi 444010000 gt null LOGCAL TRPS============== 0 2700 1-10 initiation 0 31515 1-10 scram duetotemp ============================================================= COMPONENT DATA COMPONENT NO 100 REACTOR POOL AS A PPE, UPPER PART ------------------------------------------------------------- Modifikasi : KOMPONEN 444 pengganti 440 clan450 CHAMBER 06m D, 26474932m LENGTH, ELEVATON -04328345 Name Type 4440000 gabungan pipe VolNo 4440001 2 Area VolNo 4440101 0283 2 Length VolNo 4440301 132374 2 13 V-Ang VolNo 4440601-04320 2 meski sdh dihitung kalkulator 4440801 O 03 2 Ctl VolNo 4441001 00 2 Ctl JunNo 4441101 0000 1 4441201 3 210900+5 312000 O O O 1 4441202 3 210600+5 312000 O O O 2 4441300 1 FlowF FlowG VelJ JunNo 4441301 44000 O O 1 ------------------------------------------------------------- COMPONENT NO330 COMPONENT NO450 COMPONENT NOO33 ttp ajust
SSN 0854-5278 Preparasii Nodalisasi SukmantoDibyo dkk COMPONENT NO039 TME DEPEND JUNCTON TO SMULATE SECONDARY COOLNG PUMP line 2 (transient) Name Type 0390000 secpmp tmdpjun 0390101 850000000 820000000 O 0390200 1 501 perintah spy transnt stlh 501 0390201 00 5500 O O 0390202 30 3000 O O bintang transient 0390203 60 1500 O O 0390204 100 600 O O 0390205 150 200 O O 0390206 200 100 O O 0390207 300 30 O O 0390208 1000 20 o O 0390209 10000 20 O O ============================================================= TYPE TRPNO 20201100 reac-t 517 Time React$ <== scram-lah bila temp gt 3155 K 20201101 00 00 20201102 05 00 05 delay 20201103 055-0012840195 20201104 06-0051639916 20201105 065-0114584787 20201106 07-0166643405 20201107 08-0279134682 20201108 09-0436008374 20201109 10-0760781577 20201110 11-1007676204 20201111 12-1740404745 20201112 13-2400558269 20201113 14-3070481507 20201114 15-3070481507 dstdst 104