Comprendre la norme API 670
API 670 (American Petroleum Institute Standard 670 : “Machinery Protection Systems”) est la norme industrielle reconnue mondialement qui définit les exigences minimales applicables aux systèmes de surveillance des vibrations, de la température et de la position, assurant une alarme et une mise à l’arrêt automatiques pour protéger les machines tournantes critiques dans les industries pétrolière, chimique et de production d’énergie. Elle définit les types et le nombre de capteurs, les fonctions d’alarme et de déclenchement, les exigences de redondance, les procédures d’essai et les critères de conception du système — le tout visant une protection fiable protection des machines contre les défaillances catastrophiques. Lorsque des orientations générales telles que ISO 20816 vous indique comment évaluer la sévérité des vibrations, l'API 670 vous indique comment construire le système installé de façon permanente qui surveille la machine et la déclenche avant qu'elle ne s'autodétruise.
La norme API 670 est couramment exigée par les acheteurs pour les turbomachines critiques en service hydrocarbures — son applicabilité est définie par l’acheteur, la criticité de la machine et le cahier des charges du projet, plutôt que par un quelconque seuil de puissance universel — et elle est largement adoptée comme bonne pratique bien au-delà de l’industrie pétrolière. Elle représente l’approche consensuelle pour protéger machines critiques, en mettant en balance la sécurité et la fiabilité avec la mise en œuvre pratique.
1. Champ d'application
La norme vise les machines dont la défaillance imprévue serait la plus dangereuse ou la plus coûteuse - il s'agit généralement d'équipements de grande taille, à grande vitesse, à train unique, sans unité de secours installée.
Équipement couvert
- Turbines à vapeur et à gaz
- Compresseurs centrifuges et axiaux
- Pompes centrifuges en service critique
- Grands générateurs et moteurs en service critique
- Turbodétendeurs et souffleurs
- En général, les turbomachines critiques dans les secteurs du pétrole et de l'énergie
Quand c'est nécessaire
- Partout où l’acheteur ou le cahier des charges du projet l’impose — typiquement les trains de machines de grande taille, non redondants et à haute criticité
- Service critique (pas de sauvegarde, conséquences importantes d'une défaillance)
- Exigences contractuelles entre l'acheteur et le vendeur
- Normes d'ingénierie de l'entreprise
- Souvent appliquée volontairement en tant que meilleure pratique reconnue
2. Exigences clés
L'API 670 prescrit quoi à mesurer, combien capteurs à utiliser, et comment les fonctions d’alarme et de déclenchement doivent se comporter. Les valeurs de seuil réelles ne sont pas fixées par la norme — elles sont établies pour chaque machine par l’acheteur et le fabricant d’origine (OEM), en fonction de la conception de la machine, des jeux de paliers et du comportement dynamique du rotor. Les mesures principales sont la vibration radiale, la position axiale, une référence de phase et la température des paliers.
Surveillance des vibrations radiales
- Capteurs: XY sonde de proximité paires à chaque palier (un minimum de quatre sondes par machine, deux par palier).
- Mesures: arbre déplacement par rapport au palier - les sondes à courants de Foucault sans contact surveillent l'arbre lui-même, et non le boîtier.
- Alarme/Déclenchement : seuils de peak-to-peak déplacement sont spécifiques à chaque machine — définies par l’acheteur et le fabricant d’origine (OEM) à partir des jeux de paliers et de l’analyse dynamique du rotor, et non fixées comme des valeurs universelles par la norme.
- Temps de réponse : moins d'une seconde entre la détection du déclenchement et le déclenchement de l'arrêt.
Surveillance de la position axiale
- Capteurs: deux sondes de déplacement axial (redondantes).
- Objectif : surveiller palier de butée l'état et la position axiale du rotor.
- Alarme/Déclenchement : en fonction du jeu axial disponible.
Référence de phase (Keyphasor)
- Capteurs: deux Keyphasor sondes (redondantes).
- Objectif : une fois par révolution pour phase et la mesure de la vitesse.
- Exigence: obligatoire pour une analyse complète du rotor - sans elle, les tracés tels que Bode, polaire et orbite ne peuvent pas être produits.
Température du roulement
- Capteurs: deux RTD par palier (redondants).
- Alarme : typiquement 95-105 °C.
- Déclenchement : typiquement 110-120 °C.
3. Redondance et vote
Un système de protection n'est utile que s'il se déclenche pour des défauts réels et reste silencieux pour de faux défauts. L'API 670 permet d'atteindre cet équilibre grâce à des capteurs redondants alimentant une logique de vote.
Redondance des capteurs
- Un minimum de deux capteurs pour chaque paramètre critique.
- Empêche la défaillance d'un capteur unique de neutraliser la protection.
- Permet à la logique de vote de distinguer les événements authentiques des défaillances des capteurs.
Logique de vote
- 2 sur 2 (ET) : les deux capteurs doivent être d'accord avant qu'un déclenchement de protection ne soit émis.
- 2 sur 3 : deux capteurs sur trois déclenchent une action - c'est la solution préférée pour les machines les plus critiques.
- Objectif : équilibrer la prévention des déclenchements intempestifs et la nécessité d'une protection fiable contre les défaillances.
Redondance du moniteur
- Des baies de surveillance doubles sont parfois spécifiées.
- Alimentations indépendantes pour chaque canal.
- Conception à sécurité intégrée tout au long de la chaîne.
4. Caractéristiques du système et essais
Fonctions requises
- Affichage en temps réel de tous les paramètres surveillés.
- Fonctions d'alarme et de déclenchement avec des délais configurables.
- Acquittement et réinitialisation de l'alarme.
- Bode et orbite Graphiques pour les diagnostics.
- Enregistrement des événements et archivage historique.
- Outils logiciels de diagnostic.
Enregistrement des données
- Suivi continu des tendances de tous les paramètres.
- Capture des transitoires de démarrage et d'arrêt, où de nombreux problèmes se révèlent pour la première fois.
- Instantanés des données d'alarme et d'événement.
- Archivage historique à long terme.
Réception et essais périodiques
L'API 670 spécifie un programme d'essai structuré afin que la protection soit éprouvée avant la mise en service et le reste pendant toute la durée de vie du produit :
- Essai de réception en usine (FAT) : le système complet est testé avant l'expédition — toutes les fonctions sont vérifiées, l'étalonnage est confirmé, la documentation est fournie.
- Essai de réception sur site (SAT) : après l'installation, un test fonctionnel complet vérifie chaque canal de capteur, exerce les fonctions d'alarme et de déclenchement et valide le système par rapport à ses spécifications.
- Tests périodiques : des tests fonctionnels trimestriels ou annuels permettent de confirmer que les circuits de déclenchement fonctionnent toujours, de revérifier l'étalonnage des capteurs et de tenir la documentation à jour.
5. Révisions, normes connexes et équilibrage sur site
Le 5e édition (2014) a modernisé la norme pour les systèmes numériques, ajouté des exigences en matière de cybersécurité, mis à jour les spécifications des capteurs et amélioré les procédures d'essai ; c'est la version la plus largement mise en œuvre aujourd'hui. L'API 670 fait également partie d'une famille de documents connexes :
- API 617 : les compresseurs axiaux et centrifuges.
- API 610 : les pompes centrifuges.
- API 684: l'analyse de la dynamique du rotor.
- ISO 7919: les limites de vibration de l'arbre (l'équivalent, relatif à l'arbre, des mesures effectuées sur le logement de palier).
- ISO 20816: les limites de vibration des paliers (anciennement ISO 10816).
Il convient d'être clair sur ce que fait l'API 670 pas faire : elle protège une machine, mais elle n'en corrige pas une. Lorsque le système permanent détecte un pic croissant de 1× provenant de déséquilibre, la réparation reste néanmoins un travail d'équilibrage, généralement effectué sur place. Un analyseur portable à deux canaux tel que le Balanset-1A complète une installation API 670 dans ce domaine précis — en mesurant l'amplitude 1× et la phase dans les paliers de la machine, en calculant les masses de correction et en vérifiant l' balourd résiduel après la réparation, sans perturber les sondes de protection fixes.
En résumé, la norme API 670 est la norme de référence pour les systèmes de protection des machines dans les industries pétrolière, chimique et énergétique. En définissant les configurations de capteurs, la redondance, les fonctions d’alarme et de déclenchement, ainsi que les essais, elle garantit une protection cohérente et fiable dans les installations du monde entier, prévenant les défaillances catastrophiques des turbomachines grâce à une surveillance éprouvée et un arrêt automatique.
