Die Norm API 670 verstehen
API 670 (American Petroleum Institute Standard 670: „Machinery Protection Systems“) ist der weltweit anerkannte Industriestandard, der Mindestanforderungen an Schwingungs-, Temperatur- und Positionsüberwachungssysteme festlegt, die eine automatische Alarmierung und Abschaltung für kritische rotierende Maschinen in der Erdöl-, Chemie- und Energieerzeugungsindustrie gewährleisten. Er definiert Sensortypen und -anzahlen, Alarm- und Abschaltgrenzwerte, Redundanzanforderungen, Prüfverfahren und Kriterien für die Systemauslegung – alles mit dem Ziel einer zuverlässigen Maschinenschutz gegen katastrophale Ausfälle. Wo allgemeine Leitlinien wie ISO 20816 erklärt Ihnen, wie Sie evaluate Schwingungsstärke: API 670 gibt Ihnen Anweisungen zum Bau des fest installierten Systems, das watches die Maschine und schaltet sie ab, bevor sie sich selbst zerstört.
Die Einhaltung der Norm API 670 ist für die meisten großen Turbomaschinen (mit einer Leistung von über etwa 10.000 PS) im Einsatz mit Kohlenwasserstoffen vorgeschrieben und gilt weit über die Erdölindustrie hinaus als bewährtes Verfahren. Sie stellt den Konsensansatz zum Schutz kritische Maschinen, wobei Sicherheit und Zuverlässigkeit gegen die praktische Umsetzbarkeit abgewogen werden.
1. Anwendungsbereich und Anwendbarkeit
Die Norm zielt auf Maschinen ab, deren ungeplanter Ausfall die größten Gefahren oder die höchsten Kosten mit sich bringen würde – in der Regel große, schnell laufende Anlagen in einem einzigen Arbeitsstrang, ohne installierten Ersatz.
Abgedeckte Ausrüstung
- Dampf- und Gasturbinen
- Radial- und Axialkompressoren
- Kreiselpumpen im kritischen Betrieb
- Generatoren und Motoren mit einer Leistung von über ~10.000 PS
- Expander und Gebläse
- Im Allgemeinen kritische Turbomaschinen in der Erdöl- und Energiewirtschaft
Wann dies erforderlich ist
- Ausrüstung mit mehr als ~10.000 HP – in der Regel vorgeschrieben
- Kritischer Einsatzbereich (kein Ersatzaggregat, schwerwiegende Folgen bei Ausfall)
- Vertragliche Vereinbarungen zwischen Käufer und Verkäufer
- Technische Unternehmensstandards
- Wird oft freiwillig als anerkannte bewährte Praxis angewendet
2. Wesentliche Anforderungen
Die Norm API 670 schreibt vor was to measure, how many die zu verwendenden Sensoren sowie die Richtwerte, bei deren Erreichen das System reagieren soll. Die wichtigsten Messgrößen sind Radialschwingung, Axialposition, eine Phasenreferenz und die Lagertemperatur.
Radiale Schwingungsüberwachung
- Sensoren: XY Näherungssensor Paare an jedem Lager (mindestens vier Messfühler pro Maschine, zwei pro Lager).
- Messung: Welle Verschiebung Bezogen auf das Lager – die berührungslosen Wirbelstromsensoren überwachen die Welle selbst, nicht das Gehäuse.
- Alarm: in der Regel 10–15 mil (250–380 µm) Spitze-Spitze.
- Reise: in der Regel 25 mil (635 µm) Spitze-Spitze.
- Response time: weniger als 1 Sekunde von der Erkennung der Störung bis zum Start des Abschaltvorgangs.
Axiale Positionsüberwachung
- Sensoren: zwei Axialverschiebungssensoren (redundant).
- Zweck: monitor Axiallager Zustand und axiale Rotorposition.
- Alarm/Auslösung: entsprechend dem vorhandenen Axialspiel einstellen.
Phasenreferenz (Keyphasor)
- Sensoren: zwei Schlüsselphasengeber Sonden (redundant).
- Zweck: Einmal-pro-Umdrehung-Triggersignal für Phase sowie Drehzahlmessung.
- Erfordernis: für eine vollständige Rotoranalyse unerlässlich – ohne diese Daten können Diagramme wie Bode-, Polar- und Orbitdiagramme nicht erstellt werden.
Lagertemperatur
- Sensoren: zwei RTDs pro Lager (redundant).
- Alarm: typischerweise 95–105 °C.
- Reise: typischerweise 110–120 °C.
3. Redundanz und Abstimmung
Ein Schutzsystem ist nur dann sinnvoll, wenn es bei echten Fehlern auslöst und bei Fehlalarmen nicht anspricht. API 670 erreicht dieses Gleichgewicht durch redundante Sensoren, die eine Abstimmungslogik speisen.
Sensorredundanz
- Mindestens zwei Sensoren für jeden kritischen Parameter.
- Verhindert, dass ein Ausfall eines einzelnen Sensors den Schutz außer Kraft setzt.
- Ermöglicht es der Abstimmungslogik, echte Ereignisse von Sensorfehlern zu unterscheiden.
Abstimmungslogik
- 2 aus 2 (UND): Beide Sensoren müssen übereinstimmen, bevor eine Schutzabschaltung ausgelöst wird.
- 2 von 3: Zwei von drei Sensoren müssen ansprechen, um eine Aktion auszulösen – die bevorzugte Konfiguration für die kritischsten Maschinen.
- Zweck: ein Gleichgewicht zwischen der Vermeidung von Fehlauslösungen und der Notwendigkeit eines zuverlässigen Ausfallschutzes herstellen.
Monitorredundanz
- Manchmal werden Doppelmonitor-Racks vorgeschrieben.
- Unabhängige Stromversorgungen für jeden Kanal.
- Ausfallsichere Konstruktion über die gesamte Kette hinweg.
4. Systemfunktionen und Tests
Erforderliche Funktionen
- Echtzeitanzeige aller überwachten Parameter.
- Alarm- und Abschaltfunktionen mit konfigurierbaren Zeitverzögerungen.
- Alarmquittierung und -rücksetzung.
- Bode und Umlaufbahn Diagramme zur Diagnose.
- Ereignisaufzeichnung und historische Archivierung.
- Diagnose-Softwaretools.
Datenaufzeichnung
- Kontinuierliche Trendverfolgung aller Parameter.
- Erfassung von Hochfahr- und Abschalttransienten, bei denen sich viele Probleme erstmals zeigen.
- Momentaufnahmen von Alarmereignisdaten.
- Langfristige historische Archivierung.
Abnahme und regelmäßige Prüfungen
Die Norm API 670 legt ein strukturiertes Prüfprogramm fest, damit die Schutzwirkung vor der Inbetriebnahme nachgewiesen wird und während der gesamten Lebensdauer gewährleistet bleibt:
- Werksabnahmeprüfung (FAT): Das gesamte System wird vor dem Versand getestet – alle Funktionen werden überprüft, die Kalibrierung bestätigt und die Dokumentation bereitgestellt.
- Abnahmetest vor Ort (SAT): Nach der Installation werden im Rahmen einer umfassenden Funktionsprüfung alle Sensorkanäle überprüft, die Alarm- und Abschaltfunktionen getestet und das System anhand der Spezifikationen validiert.
- Regelmäßige Prüfungen: Durch vierteljährliche oder jährliche Funktionstests ist sicherzustellen, dass die Auslöseschaltungen weiterhin funktionieren, die Kalibrierung der Sensoren ist zu überprüfen und die Dokumentation ist auf dem neuesten Stand zu halten.
5. Überarbeitungen, zugehörige Normen und Feldauswuchtung
Die 5. Auflage (2014) hat den Standard für digitale Systeme modernisiert, Anforderungen an die Cybersicherheit hinzugefügt, die Sensorspezifikationen aktualisiert und die Prüfverfahren verbessert; es handelt sich um die heute am weitesten verbreitete Version. API 670 ist zudem Teil einer Reihe verwandter Dokumente:
- API 617: Axial- und Radialkompressoren.
- API 610: Kreiselpumpen.
- API 684: Rotordynamik-Analyse.
- ISO 7919: Grenzwerte für Wellenschwingungen (das wellenbezogene Pendant zu den Gehäusemessungen).
- ISO 20816: Schwingungsgrenzwerte für Lagergehäuse (früher ISO 10816).
Man sollte sich darüber im Klaren sein, was API 670 bewirkt nicht Tatsache ist: Es schützt eine Maschine, korrigiert sie aber nicht. Wenn das permanente System einen ansteigenden 1×-Spitzenwert von Unwucht… die Behebung des Problems ist nach wie vor eine Auswuchtarbeit, die in der Regel vor Ort durchgeführt wird. Ein tragbarer Zweikanal-Analysator wie der Balanset-1A ergänzt eine API-670-Installation genau in diesem Bereich – indem er die 1×-Amplitude und -Phase in den eigenen Lagern der Maschine misst, die Korrekturgewichte berechnet und die Restunwucht nach der Reparatur, ohne die befestigten Schutzsonden zu beeinträchtigen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass API 670 die grundlegende Norm für Maschinenschutzsysteme in der Erdöl-, Chemie- und Energiewirtschaft ist. Durch die Festlegung von Sensorkonfigurationen, Redundanz, Alarm- und Abschaltgrenzen sowie Prüfverfahren gewährleistet sie einen einheitlichen und zuverlässigen Schutz in Anlagen weltweit und beugt katastrophalen Ausfällen von Turbomaschinen durch bewährte Überwachung und automatische Abschaltung vor.
