Понимание систем защиты оборудования
Защита оборудования — также называемая защитой оборудования или машинной защитой — относится к системам мониторинга и управления, которые автоматически обнаруживают опасные условия эксплуатации (вибрация превышение безопасных пределов, повышенная температура, аномальное давление) и выполняют защитные действия (сигнализация, затем автоматическое отключение) для предотвращения катастрофического повреждения оборудования, угрозы безопасности или выбросов в окружающую среду. По своей конструкции эти системы ставят во главу угла предотвращение ущерба, а не поддержание производства, и они построены с учетом принципа отказоустойчивости: неисправность датчика или потеря питания приводят машину к безопасной остановке, а не позволяют ей продолжать работать вслепую.
Защита оборудования намеренно отличается от мониторинг состояния. Мониторинг состояния отслеживает состояние оборудования для планирования технического обслуживания, выдавая ранние предупреждения в течение нескольких недель или месяцев. Система защиты обеспечивает немедленное реагирование на чрезвычайные ситуации, выполняя автоматическое отключение в течение нескольких секунд при превышении критического порога. Эти две системы дополняют друг друга: одна позволяет выиграть время на планирование, другая - предотвратить взрыв, но они отвечают разным требованиям.
1. Компоненты системы защиты
Датчики (стационарно установленные)
- Датчики приближения измерение смещения вала относительно подшипника.
- Акселерометры установлены на корпусах подшипников.
- Датчики температуры (ТДС и термопары).
- Преобразователи давления и расхода.
- Датчики осевого положения следят за упорным концом.
- Как правило, избыточны: два или три датчика на каждый измеряемый параметр.
Оборудование для мониторинга
- Специальный процессор системы защиты.
- Обработка сигналов в реальном времени.
- Логика голосования (2 из 2 или 2 из 3).
- Релейные выходы, подающие команду на отключение.
- Хранится отдельно от DCS/PLC, поэтому его целостность не зависит от сети управления процессом.
Логика отключения и исполнительные механизмы
- Жестко подключенные цепи отключения - не только программное обеспечение.
- Электромагнитные клапаны для отключения турбин.
- Автоматические выключатели для отключения двигателей.
- Отказоустойчивая конструкция: потеря питания приводит к отключению.
2. Стандарт API 670
Требования к турбомашинам
API 670 является промышленным стандартом для систем защиты оборудования:
- Является обязательным для турбомашин мощностью более 10 000 л.с.
- Указывает типы и количество датчиков.
- Определяет логику голосования и резервирование.
- Устанавливает время тревоги и задержки срабатывания.
- Требуется, чтобы система была независима от управления процессом.
Типовая конфигурация датчика в соответствии с API 670
- Радиальная вибрация: два комплекта бесконтактных датчиков XY — по четыре датчика на подшипник — фиксирующих положение вала радиальная вибрация.
- Осевое положение: два датчика осевого смещения.
- Кейфазор: два фазовая ссылка датчики.
- Температура подшипников: два температурных датчика на каждый подшипник.
- Итого: Обычно 12-20 каналов на машину.
3. Защита и мониторинг состояния
| Аспект | Мониторинг состояния | Система защиты |
|---|---|---|
| Цель | Раннее выявление неисправностей для планирования | Предотвращение катастрофического повреждения |
| Время отклика | От часов до недель | Секунды |
| Пороги | Нижний (ранний уровень предупреждения) | Повышенная (непосредственная опасность) |
| Действия | Уведомления, заявки на выполнение работ | Автоматическое отключение |
| Ориентация на надежность | Точность | Безотказная работа |
| Избыточность | Необязательный | Обязательный |
Интеграция
- Современные установки сочетают обе функции в одной платформе.
- Одни и те же датчики могут одновременно выполнять функции защиты и контроля состояния.
- Каждая функция использует свою собственную обработку и уровни тревоги.
- Пути защиты остаются независимыми и жестко подключенными независимо от этого.
4. Параметры защиты
Вибрация
- Смещение вала: Измерение бесконтактным датчиком, при этом типичный ход составляет около 25 мил (635 µm) от пика до пика.
- Скорость вращения корпуса подшипника: Обычно скорость движения составляет примерно 0,5-0,6 дюйма в секунду (12-15 мм/с).
- Ускорение: используется для высокочастотной защиты.
Установить эти цифры разумно - значит соотнести их с признанными зонами интенсивности вибрации; это современная общая рекомендация, ISO 20816-1 (который заменил ISO 10816-1), задает логику сигнализации и аварийного отключения, тогда как предельные значения для конкретных машин находятся в соответствующих частях серии ISO 20816 — например, ISO 20816-3 (ранее ISO 10816-3) для распространенных промышленных машин, а для паровых турбин и генераторов — отдельный Калькулятор предельных уровней вибрации ISO 20816-2 превращает эти зоны в конкретные значения.
Позиция
- Осевое положение: поездки при чрезмерном движении вала, что является классическим признаком упорный подшипник поломке.
- Дифференциальное расширение: рост ротора по сравнению с ростом корпуса.
- Эксцентриситет: положение ротора в пределах зазор подшипника, полезно для обнаружения термический изгиб вала на медленном ходу.
Температура
- Температура металла подшипника (обычно 110-120°C).
- Температура сливного масла подшипника.
- Температура обмоток двигателей и генераторов — система контроля температуры подшипников генератора помогает установить реалистичные границы.
5. Голосование и резервирование
2-из-2 (логика AND)
- Оба датчика должны совпасть, прежде чем машина сработает.
- Предотвращает ложные срабатывания, вызванные отказом одного датчика.
- Опасность: оба датчика должны быть исправны - нет защиты, если оба не работают.
2 из 3 (большинство голосов)
- Согласование любых двух из трех датчиков приводит к отключению.
- Наилучшая надежность, так как допускает выход из строя одного датчика.
- Дороже (три датчика).
- Предпочтение отдается критическое оборудование.
Обход и тестирование
- Отдельные каналы могут быть отключены для тестирования или обслуживания.
- Все защитные каналы не могут быть обойдены одновременно.
- Элементы управления байпасом закрываются на ключ.
- Байпасы автоматически сбрасываются через заданное время.
6. Тестирование и техническое обслуживание
Функциональное тестирование
- Периодическое тестирование всей системы, от одного раза в квартал до одного раза в год.
- Смоделируйте условия поездки.
- Проверьте отключение действительно выполняется.
- Задействуйте все избыточные каналы.
- Документируйте результаты.
Калибровка датчиков
- Ежегодно или в соответствии со спецификацией оборудования.
- Проверьте уставка отключения.
- Проверьте общее время отклика системы.
- Поддерживать калибровка записи.
Обслуживание системы
- Следите за чистотой и работоспособностью датчиков.
- Проверьте источники питания.
- Проверьте работу реле и привода.
- При необходимости обновляйте программное обеспечение и микропрограммы.
7. Место портативной диагностики рядом с системой защиты
Постоянно установленная система защиты подскажет вам что машина находится в опасности и отключает ее; она редко сообщает вам почему. Ответ на вопрос о первопричине можно получить с помощью портативной диагностики. Когда срабатывание защиты фиксирует увеличение смещения вала или вибрации подшипника, инженер проводит диагностику с помощью портативного двухканального анализатора, такого как Balanset-1A, размер 1× перемещение, амплитуды и фазы в собственных подшипниках машины, чтобы отличить дисбаланс от несоосности или люфта, и, если причиной является дисбаланс, устранить его на месте и проверить результат до возвращения агрегата в эксплуатацию. Таким образом мониторинг вибрации, защита и портативная балансировка образуют непрерывный процесс: защита предотвращает поломку, мониторинг состояния прогнозирует ее, а полевая диагностика устраняет ее.
Системы защиты оборудования — это система безопасности, которая предотвращает катастрофические отказы, автоматически отключая оборудование при возникновении опасных условий. В то время как мониторинг состояния обеспечивает раннее предупреждение, которое способствует плановому техническому обслуживанию, системы защиты обеспечивают немедленное реагирование в чрезвычайных ситуациях, что делает их обязательными для критически важных турбомашин и дорогостоящего вращающегося оборудования, где отказ может привести к серьезным последствиям для эксплуатации, безопасности или окружающей среды.
