Prosiding Seminar lIasi! Peneliriwl I'RSGTall/Ill 1998/1999

ISSN 0854-5278

STUDI STABILITAS KATUP PENGAMAN

R. Indrawanto, Hery Adrial, Maman MulyamanSlamet Suprianto, Royadi

ABSTRAKSTUDI STABILITAS KAT UP PENGAMAN. Perhitungan stabilitas katup pengamanharus dilaksanakan dalam rancangan instalasi katup pengaman dalam suatu industri atauinstalasi PLN PWR. Dengan dicapainya stabilitas katup pengaman, fungsi katuppengaman sebagai pelindung bejana pacta tekanan tinggi, dapat berfungsi dengan baik.Pada makalah ini akan ditentukan stabilitas katup pengaman pacta kondisi terbukadengan menentukan berapa persen katup blow-down harus terbuka, dengan data-datasebagai berikut : Tekanan katup terbuka = 2500 Psi, Panjang total pipa upstreamantara katup daTItangki = 107,5 inch, Diameter pipa bagian dalam = 4,9 inch,Diameter nozzle = 2,13 inch, Koefisien discharge = 0,9, Waktu katup terbuka =0,014 jet. Dalam perhitungan didapat katup blow-down harus terbuka > 20 %

ABSTRACTSTABILITY STUDY ON SAFETY VALVE. Stability calculation on the safety valveshould be done in the design of safety valve instalation for nuclear Power Plant or in theindustry. Good stability of the safety valve quarantee that the safety valve fuction as avessel protection would be good. On this paper would be determined stability on thesafety valve in open condition, also how far safety valve shold be open, with parameterdata shown below: Valve opening pressure = 2500 Psi, Total length of up stream =107,5 inch, inside pipe diamter = 4,9 inch, valve nozzle diameter = 2,13 inch,Valve discharge coefisient = 0,9 valve opening time = 0,014 seconds. Base on thecalculation during opening position of the blow-down valve, should be open greaterthan> 20 %

PENDAHULUAN

Dalam PLTN atau industri yangberoperasi dengan tekanan tinggi ( p2:150 bar); penggunaan katupkeselamatan sebagai sistem proteksitekanan tinggi pacta tejaDa, sangatdiperlukan. Katup keselamatandirencanakan harus membuka jikatekanan pacta bejana melebihi batas-batas keselamatan yang telah ditetapkandaTI menutup kembali jika tekanankembali normal.

Pacta instalasi industri, letakkatup keselamatan dihubungkan denganbejana melalui pipa masukan atau pipakeluaran dengan ukuran/susunan dari

katup bervariasi untuk berbagaiinstalasi. Telah diketahui bahwa rugi-rugi tekanan karena gesekan pacta jalurmasukan yang panjang, dapatmempengaruhi unjuk kerja katup.

Pada umumnya katuppengaman direncanakan membuka daTImenutup dalam waktu yang singkat,daTI pacta kondisi tersebut timbulperubahan tekanan Akustik yangmengakibatkan rugi-rugi tekananbertambah, sehingga stabilitas darikatup keselamatan menjadi berkurang.

Dari hasil percobaan instalasipengujian katup keselamatan EPRI diUSA, ditunjukkan bahwa susunan pipa

81

ISSN 08~-527g

pacta daerah inlet (masukan) dapatmempengaruhi stabiltas katuppengaman.

Pengertian stabiltas ialah bahwakatup harus membuka jika batastekanan telah dilampaui dan juga katupharus menutup jika tekanan telahkembali normal. Terjadinya osilasinyatekanan harus dapat diredam selamakatup dalam kondisi membuka ataumenutup (1)

Oalam perencanaan katupkeselamatan pacta bejana PWR/BWRatau bejana yang digunakan dalamindustri, masalah stabilitas merupakanmasalah utama. Ketidak stabilan katupkeselamatan menyebabkan tekanantinggi pacta bejana (melewati batasandisain) tidak dapat dibebakan denganbaik. Akibatnya hila dibiarkan dapatmenimbulkan keretakan pacta bejanatersebut.

Keretakan pacta bejana dalamPLTN/BWR menimbulkan bahayapelepasan zat radioaktif, tapi yangpaling merugikan baik PLTN ataupuninstalasi industri keduanya harusdipadamkan.

Untuk menjamin bahwa unjukkerja katup keselamatan berfungsidengan baik dari tahap perencanaanawal kriteria stabilitas harus dipenuhi.

Pada PLTN jenis PWR/BWRkomponen katup keselamatan termasukkomponen kelas satu, dimana sebelumdipasang diperlukan sertifikat hasilpengujian dari pabrik. (Gambar. I).

Oi PRSG katup keselamatan digunakan pacta tangki SCA ..SupplyCompressed Air" dan juga di pendinginsekunder.

Oalam melakukan perhitunganstabilitas ini digunakan metode yang

Srudi Stabilitas Katllp....R. I11drmm1lto dkk.

sederhana dan

perhitungan tangan.menggunakan

TEO RI

Sebelum membahas teori

terlebih dahulu akan diketengahkangambar katup keselamatan seperti dibawah ini. (Gbr. 2). Umumnya instalasikatup keselamatan terdiri dari pipa,bejana tekanan tinggi katup keselamatandua katup pengatur dan bagiankeluaran.

Berdasarkan hasil percobaanbagian inlet pacta instalasi katupkeselamatan dapat mempengaruhistabilitas katup dan bagian yangterpengaruh ialah bagian tekanan yangpacta masukan. Beberapa parameteryang mempengaruhi stabilitaskeselamatan katup ialah :

Pengarllh Tekanan AkliStik

Katup keselamatan digunakansebagai pelindung tekanan tinggi dandirencanakan harus dapat membuka danmenutup dalam waktu yang cukupsingkat (50 mdet.).

Jika katup dalam posisi terbukatekanan diam pacta bagian inlet pactakatup, akan berubah secara tiba-tibakarena terjadi ekpansi yang mendadakpacta volume katup tersebut. Keadaantersebut mengakibatkan pembentukangelombang suara yang merambatmenuju bejana melalui pipa inlet. Jikagelombang tersebut sudah mencapaibejana gelombang akan dipantulkankembali menuju katup. Pacta saat katupdalam posisi terbuka ataupun tertutupdalam waktu yang cukup singkat,goyangan (osilasi) tekanan akanterjadi.

Untuk kondisi pipa inletsepanjang L dengan luas pipa dan katupterbuka penuh sebelum gelombang

82

Prosiding Seminar Hasil Peneliriall PRSGTahllll 199811999

pantul mencapai katup,tekanan pacta katup.

rugl-rugl

0 02

M= Cm +~g A 2 POA2

(1)

dengan syarat L > C t/2

dimana :

C = kecepatan suara0

m = laju alir uap pada katupt = waktu katup membuka atau menutup

c=~YPOPo

dimana :Po =(vessel)

ialah tekanan pacta bejana

y = Cp I Cv (kons tan ta gas ideal)Po = Tarat uap jenuh

Pacta saat katup dalam posisi terbukalaju alir uap dapat ditentukan dengan :

0

[°,1906 ~ -1CXX)

](2)

m =5~45CD AN~ 0,2292~ -1061dimana :

0

mo ialah laju alir uap

Co ialahKoefisiendischarg e

AN ialahluasnozle

PoialahTekananker jadesain

untuk kondisi pipa inlet yang pendek,sehingga gelombang pantul dari bejanadapat mencapai katup sebelum katupterbuka penuh, rugi-rugi tekanandengan

ISSN 0854-5278

0 02 2Cm2L ~ 2L JMJ- + -- gACty 2po A Ctv .(3)

CtvjikaL:::;-

2

Pengaruh Friksi

Jika katup terbuka clan mulai terjadialiran tekanan diam pacta masukan(inlet) akan menurun disebabkan rugi-rugi gesekan pacta inlet (masukan) rugi-rugi gesekan dapat ditentukandenganrumus di bawah ini :

MJ =L((K + jL 10)

):n

2g Po A2

untuk L > C tv2

(4)

dimana :K = ialah koefisien kehilangan yangdisebabkan perubahan luas sepertikoefisient kehilangan masukan,perubahan diameter.

Pengarllh pada Keillaran Pipa

Umumnya instalasi KatupKeselamatan terdiri dari saluranpembuatan jika katup terbuka zat GaiTkeluar melalui saluran pembuanganakan menimbulkan kenaikan pactabagian pembuangan. Dari hasilpercobaan diketahui bahwa, kenaikantekanan pacta saluran pembuangan dapatmeningkatkan stabilitas katupkeselamatan.

Stabilitas Katup Keselamatan

Pengertian stabilitas katupkeselamatan dapat digolongkan dalamstabilitas katup dalam posisi membukaclan dalam posisi menutup. Dalamposisi membuka tidak terjadi osilasi clanterus membuka sampai batas-batastekanan yang ditentukan clan juga pacta

83

ISSN 0854-5278

posisi menutup harus tetap menutuptidak terjadi osilasi tekanan.

Gambar kurva tekanan katupselama katup terbuka dan tertutup dapatdilihat pacta gambar di bawah ini.Untuk menghindari osilasi tekananselama katup membuka harus dipenuhi

Sedangkan untuk katup pacta saatmenutup harus dipenuhi

Po - PFc > ~ - (M + MF)

PERHITUNGAN :

Dalam bab ini akandikemukakan perhitungan stabilitaskatupkeselamatan(l)pactakondisi "Blowdown" dengandata-datasbb :

Tekanan katupMpa)terbuka

Panjang total pipa = 107,5 inch (2,73m)inlet antara katup dan tangkiDiameter dalam = 4,897" (12,438em)katup pengamanDiameter nozzle = 2,13 inch (5,41em)Koefisien discharge = 0,9Waktu katup terbuka = 0,014 det.

= 2500 Psi (17,2

Perhitungan "Blow down" pacta saatkatup terbukaLaju aliran uap yang melalui katupdihitung dengan persamaan (2)

0

didapat : m = 125,2 Ib / del

dan rugi-rugi tekanan akustik dihitungdengan rumus persamaan (1)

denganketentuanL > J}2

(6)

Srudi Stahi/itas Katllp....R. I11drmml1to dkk.

P,,-~c>17c-~c-t(t:P+~) (5)

dimana :

Po = tekanan pada saar katllp dibukaPFC= tekanan akhir pada saar katllp

menutupPIc = ialahtekananawalpada saar

katllp menutup

didapat M=275 Psia

rugi-rugi tekanan akibat gesekan selamakatup terbuka dihitung denganpersamaan (4)

didapat : MF = 14 Psia

untuk menentukan stabilitasdigunakan persamaan (5)

katup

didapat: Pfc = 2000 Psia

untuk mencapai stabilitas selama katupterbuka "Blow down" harus diaturdengan menentukan berapa % katup"Blow down" harus terbuka :

P-P."Blowdown" = 0 Fe X 100 %

Po

didapat katup "blow down" harus diatur> 20 %.

Perhitungan "Blow down" Pada SaatKatup Tertutup.

Laju aliran uap yang melewatikatup pacta saat menutup, dapatdihitung dengan rumus :

0

m=0,85xlaju aliruap padasaat

katupterbuka

84

Prosidillg Semillar Nasi! Pelldiriall PRSGTalllUl 1998/1999

besarnya laju alir uap pacta saat katupterbuka telah dihitung pactaperhitungansebelumnya didapat = 125,2 Ib/det.

0

Maka diperoleh m = 106,42Ib / det.

besarnya rugi-rugi tekanan akustik dangesekan dihitung dengan rumus (3)&(4), didapat

M=255Psia

MF=12Psia

Uotuk menentukan

digunakan rumus :

stabiltas katup

Po-PFC>Po-(M+MF)

PFC

155!'/' OS54.5278 SlUm SlabiUtas Kal/lp....R. /ndrawcllllo dkk.

Karena tekanan kerja katupkeselamatan di PRSG < 10 bar, tentusaja untai uji katup keselamatan yang

direncanakan, lebih sederhana dariuntai uji katup keselamatan yangdibahas diatas.

DAFT AR PUST AKA

1. A. SINGH, on the stability of acoupled safety valve piping system, accepted forpresentation at the second international topical meeting on nuclear reactor thermalhydraulic Santa Barbara, California, USA, January 11-14, 1983.

2. B. DERNBACH, K. RIEDLE, U SIMON KRAFWERK Union AG Erlangon, FRG,Valve Qualification for normal and accident condition in LWR, the secondinternational topical meeting on nuclear reactor thermal hydraulicSanta Barbara,California, USA January 11-14,1983

I'

I

~;'I 1 I1 I',

B:~~dO"V"",_1 1\

';:

(~.o~ol""J 1-\

.

S..,d' , 'I I',' --r--)J

~...

~"";"

I.

" "r

"."

"'~ I'

~

'

,.. ,.", I---J!~

).I,,"SI"~t l~..I.f~

'='

Prosidillg Semillar lIasii Pelleliricul PRSGTaJWll 1998/1999

2.550

~ 2.J ,0 f--E~ 23J'J~-'">

~ 2310 ,-" .'"~

~ 2.200 f--c:L'

ni:1 2.150 >-

2.0,0

-j ",ceo c;-r,C

W\f\N\ - ",," ~- 15.ceo.;:;

0',

I l0 "0

I0 CO 015 C 2~G 08 032 0 "'3 056 0 E-I

T""" (01

Gambar 2b. Kurva Tekanan Pada Posisi Katup Tertutup

/';-"~ "".'( q\c!i cp;.",.""I' r!C~

' C\

~'" :/' - --"

.

.

',

I\r'j'~.:J

. ~ ' l":"-",(;{ir(j'- d ~./

\\lr 1 1 i, J ~)7,: 1 ~~

[u '!I , ~z'~ y,'"

[';;;:11 :f~.

'-

\(j~0!.t,:::z. ~~".

'/

,."

'.

.'\1" , ?:04J.

~\ S"",c2}~}} '/33 '/' .

e:=~! '=-,~ /'1~/S'",c:c=J ,;: \~EC1f0:=J

.

,u=d

'" /'/' \ \/0"";"""':r"~",'" ".:Ij : "~""~'i! L~/~/u;""

f! !pi '),: r:- jth U 'L--o",I: II hi '",'

--~ . 0 '.1""', ' .~"ri=""" ',." "c.,. '~Q7t' --~

-:.;-.~:~1

1LJb-,s::'. -I I:'"",,:' . ,

C'. """":"

,

'~.

::

,~:~

,

"",

".

'

,

"""01..,",~~'n"~:")'I"p~r--: :',~'.:,,!, ""ol---c,_,",~I \:i/ '~r,.::.,-

~

,'J t

~

~.

~

,

.,

~;~ -~- .~ -:":"""~';" 1 ~",r",:~ :;".,'" ",:.,Z Vj

I ~--;-;)

Gambar 3a. Katup Keselamatan

87

ISSN 0854-5278

":£

ISSN 0854-5278 Stlldi StabiliTas KaTlIp....R, bldral\'amo dkk,

->

--\"3!"~ l;~'5tr,,"m p",ssure

Loop s~al

Gambar 3b. Jalur Inlet Pada Katup Keselamatan

- " -, R""" p""", "m".

I;?." - ' S,"~g ,} ,-.' ., ..o/d,H"o"",,