تتعرض الآلات الدوارة مثل التوربينات والمضخات والضواغط باستمرار لقوى ميكانيكية كبيرة. نظرًا لأن معظم هذه الماكينات ضرورية للعملية، يتم تنفيذ أنظمة مزودة بوظائف الحماية و/أو المراقبة لمنع الأعطال. في هذه المقالة، نسلط الضوء على بعض الأعطال الشائعة المتعلقة بالسرعة التي قد تحدث في الآلات الدوارة.
Speed الحماية
1. السرعة الزائدة
يتم تصميم بناء الماكينات الدوارة بحيث تتحمل سرعة دوران معينة، تعرف باسم سرعة البناء. عندما تحدث السرعة الزائدة، يدور عمود الماكينة بسرعة أكبر من قدرة هيكل الماكينة على التحمل. تزداد القوى أسيًا مع زيادة سرعة الدوران مما قد يتسبب في انفصال الأجزاء. قد يكون لذلك تأثير كارثي على كل من العملية والأفراد والبيئة. لذلك تظهر تحليلات المخاطر أنه من الضروري في معظم الحالات وجود نظام حماية من السرعة الزائدة. يمكن قياس سرعة الدوران (RPM) من خلال قياسات السرعة. يضمن نظام الحماية من السرعة الزائدة بقاء سرعة الدوران ضمن حدود معينة، لمنع حدوث أضرار للماكينة. إذا تم تجاوز القيم الحدية المحددة مسبقًا، يتم إيقاف تشغيل الماكينة على الفور (الشكل 1). يجب أن تحدث رحلات الماكينة هذه في إطار زمني قصير جدًا. وفقًا للمبادئ التوجيهية الحالية للماكينة (API 670)، يجب أن يكون لأنظمة الحماية من السرعة الزائدة وقت استجابة لا يزيد عن 40 مللي ثانية.
السرعة الزائدة هي أكبر مخاوف أي مشغل للآلات الدوارة. يمكن أن يؤدي عدم الاستجابة في الوقت المناسب أو تعطل نظام الحماية من السرعة الزائدة إلى انفصال شفرات التوربينات أو أجزاء الدوار. في أسوأ الحالات، قد تخترق هذه الأجزاء مبيت التوربينات مباشرةً، مما يعرض سلامة الأفراد للخطر ويسبب ضررًا كبيرًا للمعدات التي تعمل بالتوربينات.
2. التسارع
يمكن أن يؤدي التسارع السريع جدًا للماكينة الدوارة إلى دخول الماكينة الدوارة في السرعة الزائدة على الرغم من نظام الحماية من السرعة الزائدة الحالي، مما يتسبب في وضع خطير. اعتمادًا على سرعة التسارع، لن يؤدي إيقاف سائق الماكينة إلى انخفاض سرعة الدوران على الفور. بل قد تزداد السرعة بسبب القوى الرئيسية بعد وقت قصير من توقف السائق بالفعل. عندما ينطلق نظام الحماية من السرعة الزائدة عندما يتم الوصول إلى القيمة الحدية البالغة 110% من سرعة الدوران القصوى المسموح بها، يمكن أن تتسبب درجة معينة من التسارع في استمرار تجاوز السرعة المتراكمة للسرعة المسموح بها 110% (الشكل 2). بهذه الطريقة لا تزال الماكينة تصل إلى سرعة دوران حرجة، مع حدوث تلف نتيجة لذلك.
أثناء بدء تشغيل الماكينة الدوَّارة، اعتمادًا على الطاقة المتاحة، يجب حمايتها من التسارع. على عكس الحماية من السرعة الزائدة، فإن الحماية من التسارع لا تنظر فقط إلى عدد الدورات في الدقيقة، ولكن إلى زيادة عدد الدورات في الدقيقة خلال فترة زمنية محددة مسبقًا. عندما تكتشف مستشعرات السرعة زيادة مفرطة في التسارع، يقوم نظام الحماية بتعطيل التوربين.
عندما لا تكون الماكينة غير محمية من التسارع، فإنها ستظل تدخل في السرعة الزائدة. نظام الحماية من السرعة الزائدة غير قادر على إيقاف الماكينة في الوقت المناسب أثناء زيادة التسارع الزائد.
Speed المراقبة
3. الدوران العكسي
قد يحدث أن يؤدي الضغط الناتج عن العملية إلى دوران الضاغط في الاتجاه الخاطئ أثناء عدم تشغيل التوربين الذي يحرك هذا الضاغط. ويعرف هذا بالدوران العكسي. يمكن أن يحدث هذا الضغط بسبب عدم إغلاق صمام الشفط بشكل صحيح، مما يتسبب في حدوث تسرب. عند تشغيل التوربين أثناء هذه الحالة للضاغط، سيؤدي ذلك إلى حدوث تلف. إن الضغط الذي يتراكم نتيجة للدوران العكسي والضغط من التوربينات سوف يتعاكسان، مما قد يتسبب على سبيل المثال في تلف أداة التوصيل. وغالبًا ما يتعلق هذا الأمر بأضرار مالية، ولكنه لا يشكل خطرًا مباشرًا على الأفراد والبيئة.
4. التوقف التام/التقدم البطيء
من المهم أن تكون التوربينات متوقفة فعليًا قبل بدء أعمال turnaround أو التجديد. ففي النهاية، يمكن أن تتسبب الكتلة الهائلة للتوربين في مواقف خطيرة إذا بدأت أعمال الصيانة بينما لا يزال التوربين يدور ببطء. لمراقبة ذلك، يجب إجراء قياسات السرعة على مدى فترة أطول من قياسات السرعة العادية لأن التوربين يعمل بسرعة منخفضة جدًا أثناء عملية إيقاف تشغيله.
5. السرعة الزائدة
إن السرعة المنخفضة هي عكس السرعة الزائدة، ولكنها فشل أقل خطورة. للحفاظ على تشغيل العملية، يجب أن يحافظ التركيب على الحد الأدنى من RPM. لم يعد من الممكن تشغيل العملية مع انخفاض عدد الدورات في الدقيقة. على الرغم من أن السرعة المنخفضة غير مرغوب فيها للغاية بسبب تعطل عملية الإنتاج، إلا أنه ليس لها نفس التأثير الكارثي مثل السرعة الزائدة. يمكن تعيين القيم الحدية بحيث يتم تشغيل إنذار عند الوصول إلى الحد الأدنى للسرعة في الدقيقة للحفاظ على تشغيل العملية. يتيح ذلك للمشغل منع حدوث السرعة المنخفضة. يمكن أيضًا استخدام قياسات السرعة الناقصة للإشارة، على سبيل المثال، إلى إمكانية تشغيل محرك الهرولة.
أجهزة Istec
يُعد SpeedSys 200 نظامًا للحماية من السرعة الزائدة معتمدًا وفقًا لمعيار SIL 2. ويشكل التصميم القوي المزود بمراقبة ذاتية متقدمة، ومدخلات ومخرجات معزولة كهربائيًا، والاعتماد حسب التصميم، منتجًا راقيًا يبرز في السوق. التركيز على وظائف السلامة الأساسية يجعل النظام سهل الاستخدام والصيانة، مع فترات اختبار إثبات طويلة جدًّا.
لاختبار أنظمة الحماية من السرعة الزائدة والتحقق منها، طورت Istec مولد التردد IST-101. تقوم هذه الأداة بمحاكاة إشارات السرعة، مما يسمح باختبار وظيفة الرحلة لنظام الحماية بشكل كامل دون خلق حالة سرعة زائدة فعلية.
