آشنایی با سیستمهای حفاظت از ماشینآلات
تعریف: حفاظت از ماشین آلات چیست؟
حفاظت از ماشین آلات (که به آن حفاظت از تجهیزات یا حفاظت از ماشین نیز گفته میشود) به سیستمهای نظارت و کنترلی اشاره دارد که به طور خودکار شرایط عملیاتی خطرناک را تشخیص میدهند (لرزش تجاوز از محدودیتهای ایمن، دمای بیش از حد، فشارهای غیرطبیعی) و انجام اقدامات حفاظتی (هشدارها، خاموشیها) برای جلوگیری از آسیب فاجعهبار به تجهیزات، خطرات ایمنی یا انتشار گازهای گلخانهای. سیستمهای حفاظتی، پیشگیری از آسیب را بر حفظ تولید اولویت میدهند و طرحهای ایمن در برابر خرابی را اجرا میکنند که در آنها خرابی سنسور یا برق باعث خاموشی ایمن به جای ادامه کار میشود.
حفاظت از ماشین آلات متمایز از ... است. پایش وضعیت (که سلامت تجهیزات را برای برنامهریزی تعمیر و نگهداری ردیابی میکند): سیستمهای حفاظتی، واکنش اضطراری فوری را ارائه میدهند و در صورت عبور از آستانههای بحرانی، خاموشیهای خودکار را در عرض چند ثانیه انجام میدهند، در حالی که پایش وضعیت، هشدارهای اولیه را در طول هفتهها یا ماهها برای مداخلات برنامهریزیشده ارائه میدهد.
اجزای سیستم حفاظتی
حسگرها (نصب دائمی)
- پروبهای مجاورتی اندازهگیری جابجایی شفت
- شتابسنجها روی محفظههای یاتاقان
- سنسورهای دما (RTD، ترموکوپل)
- ترانسمیترهای فشار و جریان
- سنسورهای موقعیت محوری
- معمولاً افزونه (۲ یا ۳ سنسور در هر اندازهگیری)
سختافزار مانیتورینگ
- پردازنده سیستم حفاظتی اختصاصی
- پردازش سیگنال در زمان واقعی
- منطق رأیگیری (۲ از ۲ یا ۲ از ۳)
- خروجی رله برای خاموش کردن
- برای استقلال، از DCS/PLC جدا شوید
منطق خاموش شدن و محرکها
- مدارهای قطع سیمکشیشده (نه فقط نرمافزاری)
- شیرهای برقی برای تریپ توربین
- قطع کننده مدار برای قطع موتور
- طراحی ایمن در برابر خرابی (قطع برق باعث از کار افتادن میشود)
استاندارد API 670
الزامات مربوط به توربوماشینها
استاندارد صنعتی برای حفاظت از ماشین آلات:
- برای توربوماشینهای > ۱۰۰۰۰ اسب بخار اجباری است
- انواع و مقادیر حسگر را مشخص میکند
- منطق رأیگیری و افزونگی را تعریف میکند
- زمانهای تأخیر هشدار و سفر را تنظیم میکند
- نیاز به استقلال از کنترل فرآیند دارد
پیکربندی معمول سنسور (طبق استاندارد API 670)
- ارتعاش شعاعی: ۲ مجموعه پروب مجاورتی XY (۴ پروب در هر یاتاقان)
- موقعیت محوری: ۲ پراب جابجایی محوری
- کلید فازور: سنسورهای مرجع دو فاز
- دمای یاتاقان: ۲ سنسور دما برای هر یاتاقان
- مجموع: ۱۲-۲۰ کانال در هر دستگاه به طور معمول
حفاظت در مقابل پایش وضعیت
| جنبه | پایش وضعیت | سیستم حفاظتی |
|---|---|---|
| هدف | تشخیص زودهنگام خطا برای برنامهریزی | جلوگیری از خسارات فاجعهبار |
| زمان پاسخ | ساعتها تا هفتهها | ثانیهها |
| آستانهها | پایین (هشدار اولیه) | بالاتر (خطر فوری) |
| اقدامات | اعلانها، دستور کار | خاموش شدن خودکار |
| قابلیت اطمینان | دقت مهم است | بحرانیِ ایمن در برابر خرابی |
| افزونگی | اختیاری | اجباری |
ادغام
- سیستمهای مدرن هر دو عملکرد را با هم ترکیب میکنند.
- سنسورهای مشابه، محافظت و CM را انجام میدهند
- سطوح مختلف پردازش و هشدار
- مسیرهای حفاظتی مستقل و متصل
پارامترهای حفاظتی
لرزش
- جابجایی شفت: اندازهگیری پراب مجاورتی، تریپ معمول ۲۵ میلیلیتر (۶۳۵ میکرومتر) pp
- سرعت محفظه یاتاقان: تریپ معمول 0.5-0.6 اینچ بر ثانیه (12-15 میلیمتر بر ثانیه)
- شتاب: برای محافظت در برابر فرکانس بالا
موقعیت
- موقعیت محوری: از کار افتادن در اثر حرکت بیش از حد شفت (خرابی یاتاقان محوری)
- بسط تفاضلی: رشد روتور در مقابل رشد پوسته
- گریز از مرکز: موقعیت روتور در لقی یاتاقان
دما
- دمای فلز یاتاقان (معمولاً تریپ ۱۱۰-۱۲۰ درجه سانتیگراد)
- دمای روغن تخلیه یاتاقان
- دمای سیم پیچ
رأیگیری و تعدیل نیرو
۲ از ۲ (منطق AND)
- هر دو سنسور باید با هم توافق کنند که تریپ بدهند
- از خطاهای ناخواسته ناشی از خرابی تک سنسور جلوگیری میکند
- خطر: هر دو سنسور باید کار کنند (اگر هر دو از کار بیفتند، هیچ محافظتی وجود ندارد)
۲ از ۳ (اکثریت)
- هر دو یا سه سنسور که با هم هماهنگ باشند، باعث تریپ میشوند.
- بهترین قابلیت اطمینان (تحمل یک سنسور خراب)
- گرانتر (سه سنسور)
- برای کاربردهای حیاتی ترجیح داده میشود
بای پس و آزمایش
- امکان کنار گذاشتن کانالهای جداگانه برای آزمایش/نگهداری
- نمیتوان همزمان از همه کانالهای حفاظتی عبور کرد
- کنترلهای بایپس قفلشده با کلید
- تنظیم مجدد خودکار بای پس از گذشت زمان
آزمایش و نگهداری
تست عملکردی
- تستهای دورهای کامل سیستم (سهماهه تا سالانه)
- شبیهسازی شرایط سفر
- تأیید اجرای خاموش شدن
- تمام کانالهای اضافی را آزمایش کنید
- نتایج سند
کالیبراسیون سنسور
- سالانه یا طبق مشخصات
- تأیید نقطه تنظیم سفر
- تست زمان پاسخ سیستم
- نگهداری سوابق کالیبراسیون
تعمیر و نگهداری سیستم
- حسگرها را تمیز و کاربردی نگه دارید
- تأیید منابع تغذیه
- عملکرد رله و عملگر را بررسی کنید
- در صورت نیاز، نرمافزار/میانافزار را بهروزرسانی کنید
سیستمهای حفاظت ماشینآلات، شبکه ایمنی هستند که از طریق خاموش کردن خودکار در هنگام شناسایی شرایط خطرناک، از خرابیهای فاجعهبار تجهیزات جلوگیری میکنند. در حالی که پایش وضعیت، هشدارهای اولیه را برای تعمیر و نگهداری برنامهریزیشده ارائه میدهد، سیستمهای حفاظتی پاسخ اضطراری فوری ارائه میدهند و این امر آنها را به ویژگیهای ایمنی اجباری در توربوماشینهای حیاتی و تجهیزات دوار با ارزش بالا تبدیل میکند که در آنها خرابیها میتوانند عواقب شدید عملیاتی، ایمنی یا زیستمحیطی داشته باشند.