Comprendere lo standard API 670
API 670 (American Petroleum Institute Standard 670: “Sistemi di protezione delle macchine”) e lo standard industriale riconosciuto a livello mondiale che specifica i requisiti minimi per i sistemi di monitoraggio di vibrazione, temperatura e posizione che forniscono allarme automatico e protezione di arresto per macchinari rotanti critici nelle industrie petrolifera, chimica e della generazione di energia. Definisce tipi e quantita di sensori, funzionalita di allarme e trip, requisiti di ridondanza, procedure di prova e criteri di progettazione del sistema, tutti finalizzati a una protezione affidabile protezione dei macchinari contro guasti catastrofici. Laddove le linee guida generali, quali ISO 20816 spiega come valutare per quanto riguarda l'intensità delle vibrazioni, la norma API 670 indica come realizzare il sistema installato in modo permanente che monitora la macchina e la blocca prima che si autodistrugga.
L'API 670 e comunemente specificata dagli acquirenti per turbomacchine critiche in servizio con idrocarburi - la sua applicabilita e definita dall'acquirente, dalla criticita della macchina e dalla specifica di progetto piuttosto che da una soglia di potenza universale - ed e ampiamente adottata come best practice ben oltre l'industria petrolifera. Rappresenta l'approccio condiviso alla protezione di macchinari critici, valutando la sicurezza e l'affidabilità rispetto alla fattibilità pratica.
1. Ambito di applicazione
La norma si rivolge alle macchine il cui guasto imprevisto sarebbe più pericoloso o più costoso: in genere si tratta di macchine di grandi dimensioni, ad alta velocità, a treno singolo e prive di un'unità di riserva installata.
Apparecchiature coperte
- Turbine a vapore e a gas
- Compressori centrifughi e assiali
- Pompe centrifughe in servizio critico
- Grandi generatori e motori in servizio critico
- Espansori e soffiatori
- In generale, le turbomacchine critiche nei settori petrolifero ed energetico
Quando è necessario
- Ovunque la specifichi l'acquirente o la specifica di progetto - in genere grandi treni macchina senza ridondanza e ad alte conseguenze
- Servizio critico (nessun sistema di backup, gravi conseguenze in caso di guasto)
- Requisiti contrattuali tra acquirente e venditore
- Standard tecnici aziendali
- Spesso adottata volontariamente in quanto riconosciuta come best practice
2. Requisiti fondamentali
La norma API 670 prescrive Che cosa per misurare, quanti quali sensori usare e come devono comportarsi le funzioni di allarme e trip. I valori effettivi di setpoint non sono fissati dalla norma - sono stabiliti per ogni macchina dall'acquirente e dall'OEM, in base al progetto della macchina, ai giochi dei cuscinetti e al comportamento rotordinamico. Le misure principali sono vibrazione radiale, posizione assiale, un riferimento di fase e temperatura del cuscinetto.
Monitoraggio delle vibrazioni radiali
- Sensori: XY sonda di prossimità coppie per ciascun cuscinetto (almeno quattro sonde per macchina, due per cuscinetto).
- Misurazione: albero spostamento rispetto al cuscinetto — le sonde a correnti parassite senza contatto monitorano l'albero stesso, non l'alloggiamento.
- Allarme/scatto: setpoints in da picco a picco gli spostamenti sono specifici della macchina - definiti dall'acquirente e dall'OEM a partire dai giochi dei cuscinetti e dall'analisi rotordinamica, non fissati dalla norma come valori universali.
- Tempo di risposta: meno di un secondo dal rilevamento dello scatto all'avvio dello spegnimento.
Monitoraggio della posizione assiale
- Sensori: due sonde di spostamento assiale (ridondanti).
- Scopo: monitor cuscinetto reggispinta stato e posizione assiale del rotore.
- Allarme/scatto: regolare in base al gioco assiale disponibile.
Riferimento di fase (Keyphasor)
- Sensori: due fasore chiave sonde (ridondanti).
- Scopo: sincronizzazione "una volta per giro" per fase e la misurazione della velocità.
- Requisito: indispensabile per un'analisi completa del rotore: senza di esso non è possibile generare grafici quali quelli di Bode, polari e orbitali.
Temperatura del cuscinetto
- Sensori: due sensori RTD per cuscinetto (ridondanti).
- Allarme: in genere 95-105 °C.
- Blocco: tipicamente 110-120 °C.
3. Ridondanza e votazione
Un sistema di protezione è efficace solo se interviene in caso di guasti reali e non interviene in caso di falsi allarmi. La norma API 670 raggiunge questo equilibrio grazie a sensori ridondanti collegati a una logica di voto.
Ridondanza del sensore
- Almeno due sensori per ciascun parametro critico.
- Impedisce che il guasto di un singolo sensore comprometta la protezione.
- Consente alla logica di voto di distinguere gli eventi reali dai guasti dei sensori.
Logica di voto
- 2 su 2 (AND): Entrambi i sensori devono concordare prima che venga emesso un comando di scatto.
- 2 su 3: se due dei tre sensori si attivano, scatta l'azione — la configurazione preferita per le macchine più critiche.
- Scopo: trovare un equilibrio tra la prevenzione di interventi intempestivi e la necessità di una protezione affidabile in caso di guasto.
Ridondanza del monitor
- A volte vengono specificati rack di monitoraggio ridondanti (doppi).
- Alimentatori indipendenti per ciascun canale.
- Progettazione a prova di guasto lungo l'intera catena.
4. Caratteristiche del sistema e test
Funzioni richieste
- Visualizzazione in tempo reale di tutti i parametri monitorati.
- Funzioni di allarme e di scatto con ritardi temporali configurabili.
- Conferma e ripristino dell'allarme.
- Bode e orbita grafici a fini diagnostici.
- Registrazione degli eventi e archiviazione storica.
- Strumenti software diagnostici.
Registrazione dei dati
- Monitoraggio continuo di tutti i parametri.
- Rilevamento dei transitori di avvio e spegnimento, momenti in cui spesso si manifestano per la prima volta molti problemi.
- Istantanee dei dati relativi agli eventi di allarme.
- Archiviazione storica a lungo termine.
Accettazione e collaudi periodici
La norma API 670 definisce un programma di collaudo strutturato affinché l'efficacia del sistema di protezione sia verificata prima della messa in servizio e rimanga garantita per tutta la durata di vita dell'impianto:
- Prova di accettazione in fabbrica (FAT): Il sistema completo viene testato prima della spedizione: tutte le funzioni vengono verificate, la calibrazione confermata e la documentazione fornita.
- Prova di accettazione in loco (SAT): Dopo l'installazione, un test funzionale completo verifica tutti i canali dei sensori, attiva le funzioni di allarme e di scatto e ne valida la conformità del sistema alle specifiche tecniche.
- Controlli periodici: le prove funzionali trimestrali o annuali confermano che i circuiti di scatto continuano a funzionare correttamente, verificano la taratura dei sensori e mantengono aggiornata la documentazione.
5. Revisioni, norme correlate e bilanciamento sul campo
Il 5a edizione (2014) ha modernizzato lo standard per i sistemi digitali, ha aggiunto requisiti di sicurezza informatica, ha aggiornato le specifiche dei sensori e ha migliorato le procedure di collaudo; si tratta della versione oggi più diffusa. L'API 670 fa inoltre parte di una famiglia di documenti correlati:
- API 617: compressori assiali e centrifughi.
- API 610: pompe centrifughe.
- API 684: analisi della dinamica dei rotori.
- ISO 7919: limiti di vibrazione dell'albero (l'equivalente relativo all'albero delle misurazioni effettuate sull'alloggiamento).
- ISO 20816: Limiti di vibrazione dell'alloggiamento dei cuscinetti (precedentemente ISO 10816).
È bene chiarire in cosa consiste la norma API 670 non fa: protegge una macchina, ma non la corregge. Quando il sistema permanente rileva un picco crescente di 1× da squilibrio, la riparazione consiste comunque in un intervento di bilanciamento, solitamente eseguito in loco. Un analizzatore portatile a due canali come il Balanset-1A colma proprio questa lacuna in un impianto API 670: misura l'ampiezza e la fase a 1× nei cuscinetti della macchina stessa, calcola i pesi di correzione e verifica il squilibrio residuo dopo la riparazione, senza spostare le sonde di protezione già posizionate.
In sintesi, API 670 e la norma fondamentale per i sistemi di protezione delle macchine nelle industrie petrolifera, chimica e dell'energia. Specificando configurazioni dei sensori, ridondanza, funzionalita di allarme e trip e procedure di prova, garantisce una protezione coerente e affidabile negli impianti di tutto il mondo, prevenendo guasti catastrofici delle turbomacchine tramite monitoraggio collaudato e arresto automatico.
