Разбиране на системите за защита на машините
Защита на машините — наричано още „защита на оборудването“ или „обезопасяване на машините“ — се отнася до системите за наблюдение и управление, които автоматично откриват опасни работни условия (вибрация (превишаване на допустимите граници, прекомерни температури, аномално налягане) и да предприемат защитни мерки (аларми, последвани от автоматично изключване), за да предотвратят катастрофални повреди на оборудването, рискове за безопасността или изпускане на вещества в околната среда. По проект тези системи дават приоритет на предотвратяването на повреди пред поддържането на производството и са конструирани по начин, гарантиращ безопасност при отказ: повреда в датчика или загуба на захранване води до безопасно спиране на машината, вместо да ѝ се позволи да продължи да работи на сляпо.
Защитата на машините се различава съзнателно от мониторинг на състоянието. Мониторингът на състоянието следи състоянието на оборудването с цел планиране на поддръжката, като дава ранни предупреждения с седмици или месеци предварително. Системата за защита, от друга страна, осигурява незабавна реакция при аварийни ситуации, като задейства автоматично изключване в рамките на секунди при превишаване на критичен праг. Двете системи се допълват — едната осигурява време за планиране, а другата предотвратява катастрофата — но отговарят на различни изисквания.
1. Компоненти на защитната система
Сензори (постоянно монтирани)
- Сонди за близост измерване на преместването на вала спрямо лагера.
- Акселерометри монтирани върху лагерните корпуси.
- Температурни сензори (RTD-сензори и термодвойки).
- Предаватели за налягане и дебит.
- Аксиални датчици за положение, следящи крайната част на тягата.
- Обикновено с резервни сензори — по два или три сензора за всеки измерван параметър.
Хардуер за мониторинг
- Специализиран процесор за системата за защита.
- Обработка на сигнали в реално време.
- Логика на гласуване (2 от 2 или 2 от 3).
- Релейни изходи, които управляват изключването.
- Работи независимо от DCS/PLC, така че неговата надеждност не зависи от мрежата за управление на процесите.
Логика за изключване и изпълнителни механизми
- Вградени защитни вериги — не само софтуерни.
- Електромагнитни клапани за изключване на турбини.
- Прекъсвачи за изключване на двигатели.
- Конструкция с вградена защита: при загуба на захранване се задейства аварийно изключване.
2. Стандарт API 670
Изисквания към турбомашините
АПИ 670 е индустриалният стандарт за системи за защита на машини:
- На практика е задължително за турбомашини с мощност над около 10 000 конски сили.
- Определя видовете и броя на сензорите.
- Определя логиката на гласуване и резервираността.
- Задава времето за задействане на алармата и времето за закъснение при изключване.
- Изисква системата да бъде независима от управлението на процесите.
Типична конфигурация на сензорите съгласно API 670
- Радиални вибрации: два комплекта XY сензори за близост — по четири сензора на лагер — които отчитат положението на вала радиална вибрация.
- Аксиална позиция: две сонди за измерване на аксиално преместване.
- Кейфазор: две Фазово отчитане сензори.
- Температура на лагера: по два температурни датчика на лагер.
- Общо: обикновено 12–20 канала на машина.
3. Защита срещу мониторинг на състоянието
| Аспект | Мониторинг на състоянието | Система за защита |
|---|---|---|
| Цел | Ранно откриване на грешки за планиране | Предотвратяване на катастрофални щети |
| Време за реакция | Часове до седмици | Секунди |
| Прагове | Долна (ранно предупреждение) | По-висока (непосредствена опасност) |
| Действия | Известия, работни поръчки | Автоматично изключване |
| Акцент върху надеждността | Точност | Работа с вградена защита срещу отказ |
| Излишък | По избор | Задължително |
Интеграция
- Съвременните инсталации съчетават и двете функции в една платформа.
- Едни и същи сензори могат едновременно да служат за защита и за мониторинг на състоянието.
- Всяка функция използва собствена обработка и нива на аларми.
- Механизмите за защита остават независими и са твърдо заложени, независимо от всичко.
4. Параметри за защита
Вибрации
- Сместване на вала: измерване с датчик за близост, при което типичната стойност на прекъсване е около 25 мили (635 µm) от връх до връх.
- Скорост на корпуса на лагера: типичното ход е около 0,5–0,6 инча/сек. (12–15 мм/сек.).
- Ускорение: използва се за защита от високи честоти.
Разумното определяне на тези стойности означава да се съпоставят с признатите зони на тежест; съвременната обща насока, ISO 20816-1 (който замени ISO 10816-1), задава логиката на алармите и аварийното изключване, докато специфичните за машината граници се намират в съответните части на серията ISO 20816 — например ISO 20816-3 (преди ISO 10816-3) за обичайни промишлени машини, а за парни турбини и генератори — специална Калкулатор за гранични стойности на вибрациите съгласно ISO 20816-2 превръща тези зони в конкретни стойности.
Позиция
- Аксиална позиция: прекъсвания при прекомерно движение на вала, класическият признак на лагери на тяга повреда.
- Диференциално разширение: растежът на ротора спрямо растежа на корпуса.
- Ексцентричност: положението на ротора в хлабина на лагера, което е полезно за откриването на термично изкривяване на вала при бавно превъртане.
Температура
- Температура на лагера (обикновено при 110–120 °C).
- Температура на изтичащото масло от лагера.
- Температури на намотките на двигатели и генератори — а устройство за наблюдение на температурата на лагерите на генератора помага за поставянето на реалистични граници.
5. Гласуване и резервираност
2 от 2 (логика „И“)
- И двата сензора трябва да дадат съгласуван сигнал, преди машината да се задейства.
- Предотвратява фалшиви изключвания поради повреда на един сензор
- Риск: и двата сензора трябва да функционират — при отказ и на двата няма защита.
2 от 3 (гласуване с мнозинство)
- Ако два от трите сензора покажат еднакви данни, се задейства аварийната система.
- Най-висока надеждност, тъй като системата може да работи дори при отказ на един сензор.
- По-скъп (с три сензора).
- Предпочитани за критично оборудване.
Заобикаляне и тестване
- Отделни канали могат да бъдат изключени за целите на тестване или поддръжка.
- Никога не е възможно всички защитни канали да бъдат заобиколени едновременно.
- Контролите за байпас са заключени с ключ.
- Заобикалките се нулират автоматично след определено време.
6. Тестване и поддръжка
Функционално тестване
- Периодични тестове на цялата система – от веднъж на три месеца до веднъж годишно.
- Симулирайте условия за аварийно изключване.
- Проверете изключване всъщност се изпълнява.
- Проверете всеки резервиран канал.
- Документирайте резултатите.
Калибриране на сензора
- Ежегодно или съгласно техническите характеристики на оборудването.
- Проверете зададена стойност на задействане.
- Проверете общото време за реакция на системата.
- Поддържане на калибриране записи.
Поддръжка на системата
- Поддържайте сензорите чисти и в изправно състояние.
- Проверете захранващите устройства.
- Проверете работата на релето и изпълнителния механизъм.
- Актуализирайте софтуера и фърмуера при необходимост.
7. Как преносимите диагностични средства се вписват в контекста на защитата
Постоянно инсталираната система за защита ви информира това машината е в опасност и я изключва; тя рядко ви предупреждава защо. Отговорът на този въпрос за основната причина се намира с помощта на преносима диагностична апаратура. Когато защитното изключване сигнализира за нарастващо отклонение на вала или вибрации на лагера, инженерът извършва проверка с преносим двуканален анализатор, като например Balanset-1A, измервайки 1× изместване, амплитудата и фазата в самите лагери на машината, за да се разграничи дисбалансът от несъосност или разхлабване — и, когато причината е дисбаланс, да се коригира на място и да се провери резултатът, преди агрегатът да бъде пуснат отново в експлоатация. По този начин мониторинг на вибрациитеЗащитата, мониторингът на състоянието и оперативната диагностика образуват едно цяло: защитата предотвратява повредите, мониторингът на състоянието ги предвижда, а оперативната диагностика ги отстранява.
Системите за защита на машините представляват предпазна мрежа, която предотвратява катастрофални аварии чрез автоматично изключване на оборудването при възникване на опасни условия. Докато мониторингът на състоянието осигурява ранни предупреждения, които са в основата на плановата поддръжка, системите за защита осигуряват незабавна реакция при извънредни ситуации, което ги прави задължителни за критично важни турбомашини и скъпоструващо въртящо се оборудване, където една авария може да доведе до тежки последствия за експлоатацията, безопасността или околната среда.
