機械保護システムの理解
定義: 機械保護とは何ですか?
機械保護 （機器保護または機械安全とも呼ばれる）は、危険な動作状態を自動的に検出する監視および制御システムを指します（振動 安全限界の超過、過度の温度、異常な圧力など、様々な異常事態を検知し、保護措置（警報、シャットダウン）を実行することで、壊滅的な機器損傷、安全上の危険、または環境への放出を防止します。保護システムは、生産維持よりも損傷防止を優先し、センサーや電源の障害が発生した場合には、運転を継続せずに安全なシャットダウンを行うフェイルセーフ設計を採用しています。.
機械保護は、 状態監視 (保守計画のために機器の状態を追跡します): 保護システムは、重要なしきい値を超えると数秒以内に自動シャットダウンを実行して即時の緊急対応を提供します。一方、状態監視は、計画された介入のために数週間または数か月前に早期警告を提供します。.
保護システムコンポーネント
センサー（恒久設置）
- 近接プローブ シャフト変位の測定
- 加速度計 ベアリングハウジングに
- 温度センサー（RTD、熱電対）
- 圧力および流量トランスミッタ
- 軸方向位置センサー
- 通常は冗長化（測定ごとに2つまたは3つのセンサー）
ハードウェアの監視
- 専用保護システムプロセッサ
- リアルタイム信号処理
- 投票ロジック（2/2または2/3）
- シャットダウン用リレー出力
- DCS/PLCから独立して独立
シャットダウンロジックとアクチュエータ
- ハードワイヤードトリップ回路（ソフトウェアのみではない）
- タービントリップ用電磁弁
- モータートリップ用サーキットブレーカー
- フェイルセーフ設計（電源喪失時にトリップ発生）
API 670規格
ターボ機械の要件
機械保護の業界標準：
- 10,000 HPを超えるターボ機械には必須
- センサーの種類と数量を指定します
- 投票ロジックと冗長性を定義する
- アラームとトリップの遅延時間を設定します
- プロセス制御から独立する必要がある
一般的なセンサー構成（API 670に準拠）
- ラジアル振動: 2つのXY近接プローブセット（ベアリングあたり4つのプローブ）
- 軸方向の位置: 2つの軸方向変位プローブ
- キーフェーザー: 2相基準センサー
- ベアリング温度: ベアリングあたり2つの温度センサー
- 合計： 通常、マシンあたり12～20チャネル
保護と状態監視
| 側面 | 状態監視 | 保護システム |
|---|---|---|
| 目的 | 計画のための早期障害検出 | 壊滅的な被害を防ぐ |
| 応答時間 | 数時間から数週間 | 秒 |
| 閾値 | 下方（早期警告） | 高い（差し迫った危険） |
| アクション | 通知、作業指示 | 自動シャットダウン |
| 信頼性 | 正確さが重要 | フェイルセーフクリティカル |
| 冗長性 | オプション | 必須 |
統合
- 現代のシステムは両方の機能を兼ね備えている
- 同じセンサーが保護とCMに機能
- 異なる処理とアラームレベル
- 独立した保護経路とハードワイヤードな保護経路
保護パラメータ
振動
- シャフト変位: 近接プローブ測定、標準トリップ25ミル（635µm）pp
- ベアリングハウジング速度: 0.5～0.6インチ/秒（12～15 mm/秒）のトリップが標準
- 加速度： 高周波保護用
位置
- 軸方向の位置: 過度のシャフトの動きによるトリップ（スラストベアリングの故障）
- 差動膨張: ローターとケーシングの成長
- 偏心： ベアリングクリアランスにおけるローターの位置
温度
- ベアリング金属温度（通常110～120℃トリップ）
- ベアリングドレンオイル温度
- 巻線温度
投票と冗長性
2アウトオブ2（ANDロジック）
- 両方のセンサーが作動に同意する必要がある
- 単一センサーの故障による誤作動を防止
- リスク: 両方のセンサーが動作する必要がある (両方が故障した場合は保護されない)
3人中2人（多数）
- 3つのセンサーのうち2つが一致するとトリップが発生します
- 最高の信頼性（1 つのセンサーの故障を許容）
- より高価（センサー3個）
- 重要なアプリケーションに最適
バイパスとテスト
- テスト/メンテナンスのために個々のチャネルをバイパスする機能
- すべての保護チャネルを同時にバイパスすることはできません
- キーロックバイパスコントロール
- 一定時間後に自動バイパスリセット
テストとメンテナンス
機能テスト
- 定期的なシステム全体のテスト（四半期ごとから年ごと）
- 旅行条件をシミュレートする
- シャットダウンの実行を確認する
- すべての冗長チャネルをテストする
- 結果を文書化する
センサーのキャリブレーション
- 年間または仕様ごと
- トリップ設定点の検証
- システム応答時間テスト
- 校正記録を維持する
システムメンテナンス
- センサーを清潔に保ち、機能させる
- 電源を確認する
- リレーとアクチュエータの動作を確認する
- 必要に応じてソフトウェア/ファームウェアを更新する
機械保護システムは、危険な状態を検知すると自動的にシャットダウンすることで、壊滅的な機器故障を防ぐセーフティネットです。状態監視は計画的なメンテナンスのための早期警告を提供する一方、保護システムは即時の緊急対応を可能にするため、故障が深刻な運用、安全、または環境への影響をもたらす可能性のある重要なターボ機械や高価値回転機器には必須の安全機能となっています。.
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