korosi erosi pada htgr - ansn.bapeten.go.idansn.bapeten.go.id/files/22.sriyono_(ok).pdf ·...
TRANSCRIPT
Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009
KAJIAN PENGARUH KOROSI EROSI AKIBAT ADANYA PARTIKEL LADEN KARBON TERHADAP KESELAMATAN PENGOPERASIAN
HTGR
SriyonoBidang Pengembangan Reaktor, PTRKNBATAN
Email : [email protected]
AbstrakKAJIAN PENGARUH KOROSI EROSI AKIBAT ADANYA PARTIKEL LADEN KARBON
TERHADAP KESELAMATAN PENGOPERASIAN HTGR. Reaktor HTGR tipe PBMR (Pebble Bed Modular Reactor) dan GTMHR (Gas Turbine Modular Helium Reactor) menggunakan bahan bakar dilapis dengan pyrocarbon. Pada saat reaktor beroperasi memungkinkan bahan bakar ini saling bergesekan satu sama lain, mengakibatkan sebagian pelapis karbon akan terlepas ke pendingin helium. Partikulat debu karbon yang terlepas ini dinamakan laden gas. Debudebu yang terbawa aliran pendingin helium, dengan kecepatan yang tinggi akan mengerosi permukaan logam yang dilalui, mengakibatkan adanya korosi erosi. Laden gas akan terakumulasi sesuai dengan bertambahnya umur reaktor. Permasalahan akan menjadi semakin rumit karena pada temperatur tinggi debu karbon akan berubah sifat hardnessnya menjadi lebih keras. Korosi erosi mengikis permukaan logam sehingga terjadilah proses thinning (penipisan) sehingga memungkinkan terjadinya kecelakaan kehilangan pendingin. Pengikisan oleh laden gas ini harus diantisipasi untuk menjamin keselamatan pengoperasian HTGR. Tujuan kajian ini adalah mengetahui pengaruh laden gas terhadap keselamatan pengoperasian HTGR. Kajian ditekankan pada beberapa parameter yaitu: penyebab terjadinya laden gas, karakteristik laden gas, kuantitas laden gas, penanganan laden gas dan pengaruhnya terhadap korosi erosi pada sistem HTGR. Selain berasal dari gesekan bahan bakar, pada pengalaman 20 tahun operasi AVR (Arbeitsgemeinshaft Versuchsreaktor) 60 kg debu terakumulasi, debu karbon juga dimungkinkan berasal dari insersi batang kendali ke teras grafit. Korosi erosi yang terjadi pada sistem pendingin HTGR sangat tergantung pada konfigurasi disain sistem, dan tingkat degradasi yang terjadi sangat ditentukan oleh jenis reaktor. Untuk mengantisipasi debu karbon akibat insersi batang kendali, pada disain HTGR generasi lanjut, kanal insersi dibuat terpisah dengan aliran pendingin. Sedangkan untuk mengendalikan debu karbon 0,15% aliran helium dialirkan ke HSS (Helium Supply System) untuk dipurifikasi.
Kata kunci : laden gas, korosi erosi, keselamatan, HTGR
AbstractREVIEW OF EROSION CORROSION EFFECT CAUSED BY PARTICLE LADEN CARBON TO
THE HTGR SAFETY OPERATION. Both of advanced HTGR, Pebble Bed Modular Reactor (PBMR) and GTMHR use pyrocarbon coating fuel element type. During the normal operation, these fuels rub each other causes carbon coating release to helium coolant. This dust is called laden gas. Laden gas will follow the helium coolant flow and eroded the surface of material, which called corrosion erosion. The corrosion erosion causes material thinning and degraded the pipe or material will induced loss of coolant accident. To ensure the safety of operation PBMR the corrosion erosion should be anticipated. This paper will discuss review of many literatures based on many countries experiences that operating HTGR. The main purpose of review is to understand the effect of laden gas to safety operation of HTGR. The main parameters should be analyzes are total amount of laden gas produced in HTGR, Laden gas establish in helium coolant caused by, the method to reduce laden gas by design. From 20 years of the AVR operating experience 60 kg of carbon dust has been accumulated. Corrosion erosion in HTGR depend to its system design and the degraded level depend on reactor type. Except because of fuel balls friction, releasing of the carbon dust can be resulted from control rod insertion. For anticipating the carbon dust in future design of advanced HTGR the control rod insertion channel will be separated from helium coolant channel. To control the carbon dust in the HTGR coolant system, 0.15% helium flows to HSS (Helium Supply System) for purification process. It can reduce the dust accumulation and less amount comparing to the AVR.
Keywords: laden gas, erosion corrosion, safety, HTGR
241
Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009
BAB I
PENDAHULUAN
HTGR adalah reaktor maju yang
menggunakan helium sebagai pendingin,
dan menggunakan inti (kernel) bahan
bakar berdiameter 0,5 mm dilapisi
dengan beberapa lapis pirokarbon. Di
dunia ada beberapa jenis disain reaktor
maju HTGR, diantaranya adalah PBMR
(Pebble Bed Modular Reactor) dan GT
MHR (Gas Turbine Modular Helium
Reactor). Disain reaktor GTMHR
menggunakan kerangka bahan bakar
berbentuk heksagonal prismatik dengan
lebar flat alas 35 cm, dan tinggi 75 cm.
Elemen bahan bakar berbentuk batang
dengan inti TRISO (triple coated
isotropic carbon) dimasukkan ke dalam
blok grafit berbentuk segi enam
(prismatik). Disain prismatik blok grafit
bahan bakar GTMHR dapat dilihat pada
Gambar 1.
Gambar 1. Bahan bakar tipe prisma untuk GTMHR
Sedangkan reaktor PBMR
mengunakan bahan bakar berbentuk bola
bola (spheres fuel) berdiameter 60 mm,
dengan setiap bola di dalamnya terdapat
sejumlah partikel TRISO yang menyatu
di dalam matriks grafit dan dikungkung
dalam shell grafit setebal 5 mm. Disain
bolabola bahan bakar PBMR dapat
dilihat pada Gambar 2.
242
Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009
Gambar 2. Bahan bakar tipe pebble (bola) untuk PBMHR
Pada saat reaktor beroperasi
normal, bahan bakar di teras teraliri oleh
pendingin helium dengan kecepatan
tinggi, mengakibatkan bolabola bahan
bakar saling bergesekan (dalam PBMR)
ataupun antar batang bahan bakar
bergesekan dengan blok grafit (dalam
GTMHR). Gesekan tersebut akan
mengakibatkan sebagian pelapis karbon
terkikis dan terbawa ke aliran pendingin
helium. Partikulat debu karbon ini
dinamakan laden gas.
Debudebu yang terbawa dalam
aliran pendingin helium akan menjadikan
permasalahan tersendiri. Partikulat debu
karbon yang terbawa aliran dengan
kecepatan yang tinggi akan mengerosi
permukaan logam yang dilalui
mengakibatkan adanya korosi erosi.
Permasalahan akan menjadi semakin
rumit karena pada temperatur tinggi debu
karbon akan berubah sifat hardnessnya
menjadi lebih keras. Korosi erosi
mengikis permukaan logam sehingga
terjadilah proses thinning (penipisan).
Penipisan yang berlebihan
mengakibatkan kecelakaan kehingan
pendingin, sehingga akan berdampak
buruk pada keselamatan HTGR.
Pengikisan oleh laden gas ini
harus diantisipasi untuk menjamin
keselamatan pengoperasian HTGR. Pada
makalah ini akan dijelaskan kajian dari
berbagai literatur tentang pengaruh laden
gas terhadap keselamatan pengoperasian
HTGR. Laden gas sesuai dengan umur
beoperasinya reaktor akan terakumulasi
dengan jumlah yang semakin meningkat.
Hal ini disebabkan pada sistem purifikasi
helium, hanya 0,15% aliran yang diolah
atau diperbarui. Kajian ditekankan pada
parameter: penyebab terjadinya laden gas
pada sistem HTGR, ukuran laden gas,
243
Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009
jumlah laden gas, dan pengaruhnya
terhadap korosi erosi.
BAB II
KONDISIKONDISI TAK
NORMAL PADA
PENGOPERASIAN HTGR
Di dalam pengoperasian HTGR,
ada beberapa kondisi tak normal yang
mungkin terjadi dan memicu perubahan
lingkungan didalam sistem internal
reaktor HTGR. Perubahan lingkungan ini
akan berdampak pada komponen logam
(metal) di dalamnya, seperti internal
reaktor, sistem pemipaan, sistem konversi
daya, dan lainlain. Kejadian tak normal
pada pengoperasian HTGR dan menjadi
pemicu degradasi material adalah antara
lain meliputi :
• Kejadian kehilangan pendingin
(Loss of Coolant)
• Kebocoran udara dan atau steam
(Water and steam ingress)
• Adanya partikulat (laden) gas
dalam pendingin gas helium
2.1 Kejadian Kehilangan Pendingin
(Loss of Coolant)
Kecelakaan atau kejadian
kehilangan pendingin pada HTGR dapat
disebabkan oleh banyak faktor. Salah
satu faktor tersebut adalah karena
kebocoran pipa pendingin akibat
degradasi material karena proses korosi
baik itu korosi erosi ataupun yang
lainnya. Kehilangan pendingin pada
HTGR berakibat pada kehilangan
pengambilan panas pada teras. Hal ini
dapat meningkatkan temperatur teras
sehingga mengakibatkan kegagalan
bahan bakar dan mengakibatkan
pelepasan produk fisi ke lingkungannya.
Produk fisi seperti Cs (Cesium), Sr
(Strontium) dan I (Iodin) dapat
mempengaruhi material struktur,
tergantung pada seberapa banyak
terlepaskan dan seberapa lama pelepasan
terjadi pada kejadian tidak normal
tersebut. Untuk menjamin
keselamatannya sebuah sistem HTGR
mempunyai 3 lapis proteksi dalam
mengungkung produk fisi yang terjadi.[2].
Pada Gambar 3 ditunjukkan sebuah
diagram skematik pertahanan berlapis
lapisan pengungkung (barrier) produk
fisi yang ada dalam elemen bakar TRISO.
Pertahanan berlapis bahan bakar TRISO
itu meliputi :
• Pengungkung yang pertama
adalah kernel bahan bakar. Kernel bahan
bakar sebagai pertahanan pertama dalam
mengungkung produk fisi yang terjadi,
baik yang bersifat gas mudah menguap
244
Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009
ataupun yang berbentuk radionuklida non
volatile. Temperatur dan tingkat burnup
bahan bakar HTGR dibatasi pada level
tertentu untuk memastikan bahwa produk
fisi akan tetap terkungkung dalam kernel
tersebut.
• Pengungkung yang kedua
adalah lapisan coating protektif kernel
bahan bakar. Coating ini terdiri dari 3
lapis terbuat dari bahan pyrolitic carbon
dengan densitas yang berbedabeda.
Lapisan pirolitik karbon terletak pada
lapis terluar, kemudian lapisan SiC dan
lapisan ke tiga adalah pirolitik karbon
lagi. Ketiga lapisan ini telah terbukti
mampu mengungkung produk fisi sampai
dengan temperatur 1600°C, sesuai dengan
temperatur maksimum yang mungkin
terjadi pada saat kondisi darurat atau
kecelakaan reaktor HTGR.
• Pengungkung yang ke tiga
adalah shell dan matriks
grafit. Partikel bahan bakar
berdiameter 1 mm akan
disatukan (dikompaksi) dalam
matriks grafit, dan
dikungkung dalam shell grafit
sehingga terbentuk bola
elemen bakar dengan diameter
60 mm. Matriks grafit ini
mampu sebagai barier untuk
mengungkung produk fisi
yang dihasilkan dari proses
reaksi fisi seperti Cs, Rb, Se,
dan Ba secara lebih efektif.
Gambar 3. Pertahanan berlapis pada elemen bahan bakar TRISO (a) partikel bahan bakar
(b) elemen bahan bakar [1]
Pada saat proses fabrikasi
probabilitas kegagalan partikel adalah
6× 105, hal ini menunjukkan bahwa rata
rata kegagalan partikel bahan bakar
karena adanya cacat pelapisnya
diperkirakan kirakira dua atau tiga
245
Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009
partikel pada setiap matriks elemen bola
bahan bakar[2]. Lapisan coating TRISO
tidak akan terdegradasi sampai pada
temperatur 2000°C. Pada kondisi operasi
normal temperatur bahan bakar tidak
akan melebihi 1250°C. Dan temperatur
ini akan selalu dijaga dibawah 1600°C
pada kondisi darurat, seperti terjadinya
kehilangan pendingin. Ketahanan lapisan
coating bahan bakar terhadap temperatur
dapat ditunjukkan pada Gambar 4.
Berdasarkan analisis, pelepasan produk
fisi akan tetap terkungkung dalam
matriks bahan bakar karena ketahanan
lapisan coating terhadap temperatur yang
sangat baik.
Gambar 4. Karakteristik lapisan coating partikel bahan bakar TRISO terhadap perubahan
temperatur[1]
2.2 Kebocoran Udara dan Steam pada
Pendingin Helium
Kebocoran udara ataupun steam
ke dalam aliran pendingin helium harus
dihindari. Apabila terdapat senyawa air
atau udara yang masuk ke aliran
pendingin mengakibatkan terjadinya
reaksi dengan grafit yang berada pada
teras. Selain itu akan bereaksi pula
dengan lapisan coating bahan bakar.
Reaksi reaksi ini akan merubah
komposisi gas helium pada pendingin
HTGR. Perubahan pada pendingin ini
akan berdampak pada keandalan dan
integritas dari komponenkomponen
metal (logam). Kastcher dan Moorman[7]
246
Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009
telah menganalisis kinetika reaksi antara
struktur grafit dengan oksigen, karbon
dioksida, dan uap air yang terjadi akibat
adanya kecelakaan kebocoran pipa.
Mereka telah menghitung laju burnoff
grafit dengan pasokan oksigen tak
terbatas dan disimpulkan bahwa ada
ketakpastian perhitungan yang
dipengaruhi oleh ukuran dan lokasi
kebocoran, laju kebocoran udara, dan
proses pencampuran.
Pada disain GTMHR (Gas
Turbine Modular Helium Reactor)
dirancang dengan tingkat kemungkinan
kebocoran yang lebih kecil sehingga
menurunkan konsekuensi kejadian yang
seharusnya terjadi. Spesifikasi teknis
yang mendukung filosofi ini adalah
antara lain:
• Tekanan kerja pada cooler PCS
(Power Conversion System) dan heat
exchanger helium adalah lebih kecil
daripada tekanan kerja helium pada aliran
primer, yaitu 0,35 –0,8 MPa pada PCS
dan 7 MPa pada aliran primer. Kondisi
ini akan mengelimasi adanya
kemungkinan kebocoran air ke teras
selama operasi daya dan juga selama
reaktor shutdown dikarenakan perbedaan
tekanan yang signifikan tersebut.
• Penerapan konsep leak before
break akan membatasi potensial
kehilangan integritas vessel.
Pengendalian yang ketat pada disain
vessel akan menghindari adanya
kebocoran air dan atau udara ke teras
reaktor. Pada saat terjadi kejadian
kejadian kebocoran udara, secara
otomatis helium akan terisi oleh udara
dengan waktu yang cukup panjang yang
diakibatkan adanya proses pertukaran
massa dan proses difusi. Karena kedua
proses ini berjalan sangat lambat maka
akan menghambat laju kebocoran yang
terjadi.
2.3 Partikulat gas laden dalam
pendingin gas helium
Salah satu tujuan HSS (Helium
Supply System) pada GTMHR (Gas
Turbine Modular Helium Reactor) adalah
kemampuan sistem untuk merawat dan
menyediakan komposisi helium
pendingin primer pada tingkat kemurnian
tertentu untuk jangka waktu yang
panjang. Selain itu sistem ini juga
bertanggung jawab dalam menjaga
keandalan operasi dari komponen sistem
primer pada operasi normal dan
kecelakaan berkaitan dengan air atau
intrusi udara ke pendingin primer. HSS
meliputi sistem purifikasi helium
(Helium Purification System), yang
247
Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009
terdiri dari peralatan pemurnian dari
pengotor radionuklida produk fisi,
pearalatan penukar panas (HE), sistem
pipa, katup (valve), sensorsensor
instrumentasi dan peralatan untuk
regenerasi.
Tingkat pengotor gas helium yang
diijinkan pada kondisi normal yaitu pada
level sebagai berikut: H2O < 2 vppm
(volume part per million), CO2 + CO < 6
vppm, H2 < 5 vppm. Keadaan ini selalu
dijaga dengan mengoperasikan sistem
purifikasi dari Helium Supply System
(HSS). Sedangkan jumlah partikulat debu
karbon dalam gas helium (laden gas)
tidak diketahui secara pasti. [2,3]
Laju alir helium melalui HPS
(Helium Purification System) adalah 0,5
kg/s. Laju alir total melalui teras adalah
316 kg/s. Laju ini mengindikasikan
bahwa hanya 0,15% dari helium di
reaktor adalah diperbarui setiap saat.
Oleh sebab itu, partikulat seperti debu
karbon dapat terakumulasi pada laju
aliran helium sebagai fungsi waktu,
meskipun perkiraan jumlahnya tidak
diketahui secara pasti. Demikian pula
halnya deposisi (endapan) debu karbon
pada permukaan serta pengaruhnya
terhadap erosi pada struktur material
logam dan material PCS (Power
Conversion System) masih dikaji dan
diteliti.
BAB III
METODOLOGI
Metodologi kajian yang
digunakan dalam makalah ini adalah
dengan membandingkan pengalaman
operasional HTGR seperti AVR dengan
disain modular HTGR (PBMR dan GT
MHR). Salah satu pengalaman yang
menarik untuk dikaji pada pengoperasian
AVR adalah ditemukannya akumulasi
partikulat debu karbon sebanyak 60 kg
pada saat dishutdown permanen.
Permasalahan ini mengakibatkan
perubahan disain PBMR dan GTMHR.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan pengalaman
operasional reaktor AVR
(Arbeitsgemeinshaft Versuchsreaktor) 15
MWe di Jerman mengindikasikan adanya
partikelpartikel debu karbon di dalam
gas helium. Reaktor ini telah beroperasi
selama waktu 20 tahun dan mengonsumsi
sekitar 100.000 bolabola bahan bakar.
Pada akhir masa beroperasinya terdapat
248
Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009
60 kg debu karbon yang terakumulasi.[1].
Sehingga setiap bola bahan bakar akan
menghasilkan: 60 kg/ (100.000 x 20) =
0,03 gr/bola.tahun. Hal ini berarti setiap
bola bahan bakar akan melepaskan 0,03
gram debu karbon dalam setiap tahunnya.
Untuk mengantisipasi hal ini, pada disain
HTGR harus memiliki sistem purifikasi
yang memadai.
Pada siklus loop yang tertutup,
penambahan (replenishment) helium
diperkirakan sekitar 0,15% per hari, hal
ini berarti perubahan inventori
keseluruhan helium di dalam sistem
diperkirakan setiap 3 tahun, dan debu
debu yang terbentuk semakin lama akan
semakin meningkat sesuai umur reaktor
yang semakin tua.
Seperti telah dijelaskan bahwa
pada disain GTMHR, laju alir helium
melalui HPS (Helium Purification
System) adalah 0,5 kg/s. Laju alir total
melalui teras adalah 316 kg/s. Laju ini
mengindikasikan bahwa hanya 0,15%
dari helium di reaktor adalah diperbarui
setiap saat. Tentu saja hal ini
mengakibatkan akumulasi debu pada
sistem pendingin, karena minimnya aliran
gas helium yang dipurifikasi melalui
HPS. Laju alir ini harus ditingkatkan
sampai pada batas tertentu sehingga tidak
terjadi penumpukan debu pada sistem
helium. Hal ini akan berkaitan dengan
kapasitas atau kemampuan sistem
purifikasi dalam mengambil debu atau
gasgas pengotor yang ada.
Dari pengalaman operasional
AVR menunjukkan bahwa material
komponen blowerblower di sistem
reaktor terdegradasi sangat signifikan dan
penyebabnya tidak diketahui, salah satu
kemungkinan adalah akibat adanya laden
gas yang terbawa dalam aliran gas
helium.
Selain akibat gesekan antar
elemen bahan bakar, salah satu penyebab
adanya debu dalam AVR adalah akibat
insersi batang kendali ke teras reaktor.
Berdasarkan pengalaman AVR ini maka
akan diusulkan pada disain HTGR
generasi maju dibuat kanal terpisah
antara pendingin (coolant) dan kanal
insersi batang kendali, dengan demikian
diharapkan timbulnya debu akan lebih
sedikit dibandingkan pada AVR.
Pelepasan produk fisi selama
operasi normal HTGR dapat diabaikan
karena adanya sistem pertahanan berlapis
pada disain bahan bakarnya. Kroger et
(1988) melaporkan adanya pelepasan
radionuklida produk fisi pada
pengalaman pengoperasian AVR yaitu
adanya Cs. Dari total keseluruhan
aktivitas Cs pada AVR, 73% pelepasan
249
Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009
Cesium terdeposisi pada permukaan
logam yang lebih dingin, 5% akan
terbawa oleh akibat adanya debu karbon
yang terbawa ke teras, dan sisanya akan
tertahan (retained) oleh reflektor grafit.
Pelepasan produk fisi yang terdeposisi
pada aliran primer di luar teras hanya
dimungkinkan apabila kondisi kecelakaan
kecelakaan terjadi. Pada saat reaktor pada
kondisi depressurized (tak bertekanan)
karena proses perawatan, maka debu
akan terdeposisi di permukaan logam.
Dalam jangka waktu yang lama, deposisi
ini akan mengeras dan sulit dikelola.
Pada reaktor tipe PBMR
diperkirakan mempunyai kirakira 1,2
juta bolabola bahan bakar, dan tingkat
inventori helium yang sangat tinggi.
Apabila dibuat kanal khusus untuk insersi
batang kendali yang terpisah dengan
pendingin gas helium maka akan
menghasilkan jumlah (densitas) laden
gas yang lebih sedikit dibandingkan
dengan AVR. Dengan kondisi yang
seperti ini maka kemungkinan degradasi
material akibat adanya proses korosi erosi
menjadi semakin kecil.
Adanya laden gas pada pendingin
HTGR menjadikan permasalahan
tersendiri. Partikulatpartikulat yang
terbawa pada aliran pendingin gas helium
yang mengalir dengan kecepatan tinggi
akan memicu terjadinya korosi erosi.
Korosi erosi adalah sebuah fenomena
yang kompleks dan ditentukan oleh
banyak faktor. Faktorfaktor itu adalah
antara lain: ukuran partikel debu, fluks
(jumlah) partikel, kecepatan aliran,
temperatur, dan mekanikal properties
partikel pengerosi[2].
Partikulat debu karbon di teras
reaktor HTGR karena pengaruh
temperatur yang tinggi sifat kekerasannya
akan semakin meningkat. Dengan
meningkatnya sifat kekerasan ini maka
akan meningkatkan kekuatan erosinya
terhadap permukaan logam yang
dilaluinya. Banyak eksperimen dan kajian
yang menunjukkan bahwa laju erosi akan
semakin meningkat seiring dengan
kekerasan erodennya (partikel
pengerosinya).
Ukuran partikel debu karbon yang
dihasilkan di teras HTGR ukurannya
sangat bervariasi. Partikulat dengan
ukuran lebih kecil dari 1 mikrometer
akan cenderung mudah terbawa oleh
aliran gas, sedangkan partikel debu
dengan ukuran diatasnya akan cenderung
terdeposisi pada permukaan logam.
Partikel debu karbon dengan nilai
kekerasan Vickers ratarata 20 dan ukuran
partikel ratarata 1 mikrometer (dengan
asumsi tanpa aglomerasi) akan cenderung
250
Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009
untuk terdeposisi pada permukaan
daripada menyebabkan erosi. Proses
pengikisan (thinning) permukaan oleh
partikelpartikel di dalam gas akan lebih
mempercepat penipisan logam sehingga
memungkinkan terjadinya kecelakaan
reaktor apabila tidak diantisipasi.
Proses korosi yang umum terjadi
pada pendingin helium ada 2 macam,
yaitu proses oksidasi yang menghasilkan
kerak oksida, dan proses karburasi
aktivitas karbon yang menghasilkan
senyawa karbida. Kedua produk korosi
ini akan terdeposisi pada permukaan
logam. Pada kondisi tertentu, kerak
oksida akan berfungsi sebagai pelapis
protektif dari logam yang ada
dibawahnya. Berdasarkan eksperimen
Liu dan Natesan[4,6], mengindikasikan
adanya pengaruh korosi erosi akibat
laden gas terhadap kerak protektif yang
terdeposisi pada permukaan logam.
Kekuatan kerak akan sangat menentukan
dalam melindungi permukaan lapisan
dibawahnya. Hasil penelitian yang
dilakukan mengindikasikan adanya
perapuhan kerak akibat adanya korosi
erosi oleh laden gas. Lapisan protektif
lamakelamaan akan rapuh dan runtuh
sehingga permukaan dalam material ikut
terkorosi.
BAB V
KESIMPULAN
Berdasarkan pengalaman pengoperasian
HTGR, ada dua macam sumber penghasil
debu karbon (laden gas) yang terbawa
oleh aliran pendingin gas helium. Sumber
debu yang pertama adalah akibat adanya
gesekan lapisan coating antar elemen
bahan bakar, dan sumber yang kedua
adalah akibat insersi batang kendali ke
teras grafit (berdasar pengalaman operasi
AVR). Debu karbon berukuran dibawah
1 mikrometer cenderung terbawa oleh
aliran pendingin mengakibatkan adanya
korosi erosi. Sedangkan debu karbon
berukuran lebih besar cenderung akan
terdeposisi pada permukaan logam.
Untuk mengantisipasi adanya debu
karbon digunakanlah sistem pemurnian
helium yang handal dan pembuatan kanal
terpisah antara kanal insersi batang
kendali dengan kanal gas helium. Dengan
kedua sistem ini maka debu karbon di
teras dapat ditekan dan korosi erosi dapat
dicegah.
251
Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009
DAFTAR PUSTAKA
1. KRÖGER, W., H. NICKEL, AND R. SCHULTEN, 1988, “Safety Characteristics of Modern HighTemperature Reactors,” Nuclear Safety, 29, No. 1, 36.2. K. NATESAN, A., PUROHIT, S.W. TAN, “Material Behavior in HTGR Environments”, Argonne National Laboratory, NUREG/CR6824 ANL0237, July 2003.3. IAEA 2001. “Chapter 4: Review of the Gas TurbineModular Helium Reactor (GTMHR) Plant,”Current Status and Future Development of Modular High Temperature Gas Cooled Reactor Technology”, International Atomic Energy Agency, IAEATECDOC1198, pp. 69113.4. LABAR, M. P., 2002. “The Gas Turbine – Modular Helium Reactor: A Promising Option for Near Term Deployment,” General Atomics, GAA23952.5. MAJUMDAR, S., K. NATESAN, AND A. SARAJEDINI, 1988, “A Review of Solid Particle Erosion of Engineering Materials” Argonne National Laboratory Report, ANL/FE881.6. LIU, Y. Y. AND K. NATESAN, 1988, “Methodologies for Prediction of Metal OxidationVaporizationErosion,” Argonne National Laboratory Report, ANL/FE882.7. KATSCHER, W. AND R. MOORMANN, 1986, “Graphite Corrosion under Severe HTR Accident Conditions,” IAEA Specialists’ Meeting on Graphite Component Structural Design, JAERI, Japan, September 811, 1986, Paper III9, 182.
Tanya Jawab dan Diskusi
1. Nama Penanya : Ismail (BAPETEN)
Pertanyaan:
a. Bagaimana desain HTGR
mengantisipasi akumulasi
ladencarbon ini?
b. Selain menipiskan logam,
aspek apalagi yang
dipengaruhi oleh ladencarbon
di HTGR?
c. Apakah “engineering
judgement” bahwa debu
karbon < 1 m akan
terdisposisi ke pendingin?
Jawaban:
a. Selain proses thinning
(penipisan), pengaruh laden
karbon adalah pada aspek
pengambilan panas pendingin
terhadap bahan bakar.
b. Antisipasi akumulasi laden
adalah dengan pemisahan
kanal insersi batang kendali
dengan gas helium (untuk GT
MHR) dan purifikasi yang
handal pada HSS (helium
supply system).
c. Tergantung pada laju alir gas
helium pada desain HTGR,
jika laju alir = 316 kg/s, maka
diasumsikan debu < 1 m
terbawa aliran, dan yang lebih
besar akan terdisposisi.
252
Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009
2. Nama Penanya : Yus Rusdian
(BAPETEN)
Pertanyaan:
Kajian/kegiatan studi tentang HTGR
di BATAN secara umum menuju
pilihan tipe teknologi yang mana?
Jawaban:
Di BATAN ada IFAR (Forum
for Advanced Reactor), UGM
mengkaji SCWR, ITB
mengembangkan molten salt
reactor, dan BATAN
mengkaji HTGR.
Belum dipastikan desain yang
akan digunakan oleh BATAN,
apakah itu pebble bed atau gas
turbine.
253