Maschinenschutzsysteme verstehen
Definition: Was ist Maschinenschutz?
Maschinenschutz (auch Geräteschutz oder Maschinensicherung genannt) bezeichnet Überwachungs- und Steuerungssysteme, die gefährliche Betriebszustände automatisch erkennen (Vibration Überschreiten von Sicherheitsgrenzen, übermäßige Temperaturen, anormaler Druck) und führen Schutzmaßnahmen (Alarme, Abschaltungen) aus, um katastrophale Geräteschäden, Sicherheitsrisiken oder Umweltfreisetzungen zu verhindern. Schutzsysteme priorisieren die Schadensverhütung gegenüber der Aufrechterhaltung der Produktion und implementieren ausfallsichere Designs, bei denen Sensor- oder Stromausfälle eine sichere Abschaltung statt eines fortgesetzten Betriebs verursachen.
Maschinenschutz unterscheidet sich von Zustandsüberwachung (überwacht den Zustand der Ausrüstung für die Wartungsplanung): Schutzsysteme ermöglichen eine sofortige Notfallreaktion, indem sie bei Überschreiten kritischer Schwellenwerte innerhalb von Sekunden automatische Abschaltungen durchführen, während die Zustandsüberwachung über Wochen oder Monate hinweg Frühwarnungen für geplante Eingriffe liefert.
Schutzsystemkomponenten
Sensoren (fest installiert)
- Näherungssensoren Messwellenverschiebung
- Beschleunigungsmesser an Lagergehäusen
- Temperatursensoren (RTDs, Thermoelemente)
- Druck- und Durchflusstransmitter
- Axiale Positionssensoren
- Typischerweise redundant (2 oder 3 Sensoren pro Messung)
Überwachungshardware
- Dedizierter Schutzsystemprozessor
- Echtzeit-Signalverarbeitung
- Abstimmungslogik (2 aus 2 oder 2 aus 3)
- Relaisausgänge zur Abschaltung
- Getrennt von DCS/SPS für Unabhängigkeit
Abschaltlogik und Aktoren
- Festverdrahtete Auslösekreise (nicht nur Software)
- Magnetventile für Turbinenauslösungen
- Leistungsschalter für Motorauslösungen
- Ausfallsicheres Design (Stromausfall führt zur Auslösung)
API 670-Standard
Anforderungen an Turbomaschinen
Industriestandard für Maschinenschutz:
- Obligatorisch für Turbomaschinen > 10.000 PS
- Gibt Sensortypen und -mengen an
- Definiert Abstimmungslogik und Redundanz
- Legt Alarm- und Auslöseverzögerungszeiten fest
- Erfordert eine unabhängige Prozesssteuerung
Typische Sensorkonfiguration (gemäß API 670)
- Radiale Vibration: 2 XY-Näherungstastersätze (4 Taster pro Lager)
- Axiale Position: 2 axiale Wegmesstaster
- Keyphasor: 2 Phasenreferenzsensoren
- Lagertemperatur: 2 Temperatursensoren pro Lager
- Gesamt: Typischerweise 12–20 Kanäle pro Maschine
Schutz vs. Zustandsüberwachung
| Aspekt | Zustandsüberwachung | Schutzsystem |
|---|---|---|
| Zweck | Frühzeitige Fehlererkennung für die Planung | Verhindern Sie katastrophale Schäden |
| Ansprechzeit | Stunden bis Wochen | Sekunden |
| Schwellenwerte | Niedriger (Frühwarnung) | Höher (unmittelbare Gefahr) |
| Aktionen | Benachrichtigungen, Arbeitsaufträge | Automatische Abschaltung |
| Zuverlässigkeit | Genauigkeit wichtig | Ausfallsicher kritisch |
| Redundanz | Optional | Obligatorisch |
Integration
- Moderne Systeme vereinen beide Funktionen
- Dieselben Sensoren dienen dem Schutz und der CM
- Verschiedene Verarbeitungs- und Alarmstufen
- Schutzpfade unabhängig und fest verdrahtet
Schutzparameter
Vibration
- Wellenverlagerung: Näherungssondenmessung, typischer Auslösewert 25 mil (635 µm) pp
- Lagergehäusegeschwindigkeit: 0,5–0,6 Zoll/s (12–15 mm/s) Auslösung typisch
- Beschleunigung: Für Hochfrequenzschutz
Position
- Axiale Position: Auslösungen bei übermäßiger Wellenbewegung (Ausfall des Axiallagers)
- Differenzielle Expansion: Rotor- vs. Gehäusewachstum
- Exzentrizität: Rotorposition im Lagerspiel
Temperatur
- Lagermetalltemperatur (typischerweise 110–120 °C Auslösung)
- Lagerablassöltemperatur
- Wicklungstemperaturen
Abstimmung und Entlassung
2 aus 2 (UND-Logik)
- Beide Sensoren müssen übereinstimmen, um auszulösen
- Verhindert Fehlauslösungen durch den Ausfall eines einzelnen Sensors
- Risiko: Beide Sensoren müssen funktionieren (kein Schutz, wenn beide ausfallen)
2 von 3 (Mehrheit)
- Wenn zwei von drei Sensoren übereinstimmen, wird eine Auslösung ausgelöst
- Höchste Zuverlässigkeit (toleriert einen Sensorausfall)
- Teurer (drei Sensoren)
- Bevorzugt für kritische Anwendungen
Bypass und Testen
- Möglichkeit, einzelne Kanäle zu Test-/Wartungszwecken zu umgehen
- Es können nicht alle Schutzkanäle gleichzeitig umgangen werden
- Schlüsselverriegelte Bypass-Steuerung
- Automatisches Zurücksetzen des Bypass nach einer bestimmten Zeit
Prüfung und Wartung
Funktionstests
- Regelmäßige vollständige Systemtests (vierteljährlich bis jährlich)
- Simulieren Sie die Reisebedingungen
- Überprüfen Sie, ob das Herunterfahren ausgeführt wird
- Testen Sie alle redundanten Kanäle
- Ergebnisse dokumentieren
Sensorkalibrierung
- Jährlich oder gemäß Spezifikation
- Überprüfung des Auslösesollwerts
- Testen der Systemreaktionszeit
- Führen Sie Kalibrierungsaufzeichnungen
Systemwartung
- Halten Sie die Sensoren sauber und funktionsfähig
- Überprüfen der Stromversorgung
- Überprüfen Sie die Funktion von Relais und Stellglied
- Aktualisieren Sie Software/Firmware nach Bedarf
Maschinenschutzsysteme bilden das Sicherheitsnetz und verhindern katastrophale Anlagenausfälle durch automatische Abschaltung bei Erkennung gefährlicher Zustände. Während die Zustandsüberwachung frühzeitig für geplante Wartungsarbeiten warnt, ermöglichen Schutzsysteme eine sofortige Notfallreaktion. Damit sind sie obligatorische Sicherheitsfunktionen für kritische Turbomaschinen und hochwertige rotierende Geräte, bei denen Ausfälle schwerwiegende Folgen für Betrieb, Sicherheit und Umwelt haben können.
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