تم تصميم التوربين ليصل إلى الحد الأقصى لعدد الدورات في الدقيقة (rpm)، حيث يمكن لشفرات التوربين أن تصل إلى سرعات هائلة. يجب عدم تجاوز هذا الحد، لأنه سيضع ضغطًا مفرطًا على هيكل التوربين. وعند تجاوز هذا الحد، يُسمى ذلك «السرعة الزائدة»؛ أي أن التوربين يقوم بعدد دورات أكبر من اللازم في الدقيقة. يمكن أن تؤدي السرعة الزائدة في التوربين إلى مواقف خطيرة للغاية. ويمكن أن تكون لهذه المواقف عواقب كارثية على الموظفين والبيئة والمصنع. يجب أن يقوم نظام مراقبة (السرعة الزائدة) بإيقاف تشغيل التوربين قبل أن يدخل في حالة السرعة الزائدة.
يجب اختبار نظام المراقبة بشكل دوري لضمان أن لديه سرعة استجابة كافية عند الحاجة. وهذا أمر تفرضه معايير مختلفة في صناعة العمليات:
- IEC 62061 – السلامة الوظيفية
- IEC 61511 – السلامة الوظيفية لأنظمة السلامة في صناعة المعالجة
- IEC 61508 – السلامة الوظيفية لأنظمة السلامة الكهربائية/الإلكترونية/القابلة للبرمجة
وهذا يمنع وقوع الحوادث (الكارثية). وتعتمد وتيرة إجراء هذه الاختبارات على التطبيق، وغالبًا ما تحددها الشركة المصنعة في دليل النظام. ومع ذلك، لا يمكن أبدًا القضاء على المخاطر تمامًا. ويتم التخفيف من المخاطر وفقًا لمبدأ ALARP، أو «أدنى مستوى ممكن عمليًا»، مما يعني أن المخاطر يجب أن تكون عند أدنى مستوى يمكن تحقيقه بشكل معقول.
الغرض من الاختبار هو ضمان تقليل احتمالية فشل نظام المراقبة عند الحاجة إلى التدخل إلى أدنى حد ممكن. يجب تقليل ما يُسمى «احتمال الفشل عند الطلب» (PFD) إلى مستوى مخاطر مقبول. من خلال اختبار وظائف السلامة والإنذار للنظام بتردد محدد مسبقًا، يمكن للشركة أن تثبت أنها تبذل كل ما في وسعها لضمان أحدث مستويات السلامة. وهذا يضمن الامتثال للمتطلبات القانونية المتمثلة في تنفيذ أكبر عدد ممكن من تدابير السلامة للحد من المخاطر، وكذلك الامتثال للمعايير المتعلقة بمراقبة الآلات (IEC 61511 و IEC 61508 و IEC 62061). بالإضافة إلى ذلك، تساهم بيئة العمل الآمنة في تكوين ثقافة مؤسسية إيجابية.
مستوى سلامة النظم (SIL)
يُعد مستوى سلامة التكامل (SIL) جزءًا من السلامة الوظيفية. في نظام المراقبة المعتمد وفقًا لمعيار SIL، يتم دائمًا أخذ عامل المخاطرة الأقصى المقبول في الاعتبار. ويعتمد مدى ارتفاع هذه المخاطرة المقبولة على مستوى SIL، الذي يعتمد بدوره على التطبيق. فكلما ارتفع مستوى SIL، انخفضت المخاطرة المقبولة. ومع ذلك، فإن مستوى SIL الأعلى ليس دائمًا أفضل. للحفاظ على مستوى معين من SIL، يجب اختبار وظائف الحلقة بأكملها. ويمكن القيام بذلك عن طريق إجراء اختبارات إثبات متنوعة.
اختبار نظام مراقبة السرعة الزائدة
يمكن إجراء اختبار نظام مراقبة السرعة الزائدة بطرق متنوعة. يمكن أن يكون هناك اختبار إلكتروني للسرعة الزائدة واختبار ميكانيكي للسرعة الزائدة. وهناك تفضيل للاختبار الإلكتروني على الاختبار الميكانيكي لسببين رئيسيين:
- لا يمكن إجراء الاختبارات الميكانيكية إلا عندما تكون الآلة متوقفة عن العمل، مما يترتب عليه تكاليف عالية (غير ضرورية). أما الاختبارات الإلكترونية فتسمح للمستخدم باختبار الآلات أثناء تشغيلها.
- في الاختبارات الميكانيكية، يجب فعليًّا دفع التوربين إلى السرعة الزائدة، مما يخلق موقفًا غير آمن. إذا فشل نظام مراقبة السرعة الزائدة، فقد يؤدي ذلك إلى حوادث خطيرة. كان هذا هو الحال في محطة دوفا لتوليد الطاقة في جنوب أفريقيا، حيث تم دفع التوربين إلى السرعة الزائدة أثناء الاختبار وانفجر بعد أربع ثوانٍ (انظر الصور أدناه).
تتيح المراقبة الإلكترونية للسرعة الزائدة للمستخدم محاكاة السرعة الزائدة أثناء التشغيل، مما يسمح بالتحقق من التعطل (الاصطناعي) للتوربين. توجد معدات تتيح محاكاة السرعة الزائدة، مما يسمح باختبار أنظمة مراقبة السرعة الزائدة.
مولد التردد IST 101
جهاز IST 101 هو جهاز معايرة سرعة مدمج ذو 3 قنوات طوره متخصصو Istec لاختبار مراقبة الآلات. تم تصميم الأداة للتحقق من وظائف أنظمة مراقبة السرعة الزائدة، بناءً على مدخلات من مهندسي الخدمة الميدانية. تفتقر معظم مولدات التردد إلى ثلاث قنوات لفحص جميع الوظائف المتعلقة بالسرعة الزائدة والسرعة المنخفضة والتسارع، لكن جهاز IST 101 يدعم هذه الوظائف. من خلال وظائف اختبار متنوعة (2oo3، 3oo3، إلخ)، يمكن لجهاز IST 101، على سبيل المثال، محاكاة حالة السرعة الزائدة ثم اختبار كيفية استجابة نظام المراقبة. وبهذه الطريقة، لا داعي لخلق حالة سرعة زائدة فعلية، مما يتيح تجنب المواقف الخطرة. علاوة على ذلك، يمكن إجراء هذه الاختبارات أثناء التشغيل، حيث يتفاعل نظام المراقبة بشكل مصطنع ولا يقوم فعليًّا بإيقاف تشغيل التوربين. وهذا يوفر تكاليف كبيرة، ويمنح المستخدم مزيدًا من التحكم في الموقف، ويتجنب المخاطر.
محول مسبار IST 101
تم تصميم محول المسبار IST 101 لاختبار مستشعرات السرعة. يمكن توصيل محول المسبار بمولد التردد IST 101. يمكن اختبار كل من مستشعرات السرعة التناظرية والرقمية باستخدام محول المسبار IST 101. يعمل محول المجس IST 101 كعجلة قطبية رقمية ذات 3 قنوات. وبالاشتراك مع مولد التردد، يتيح المحول اختبار حلقة كاملة (بما في ذلك مستشعرات السرعة). وهذا يسمح بإجراء اختبار شامل للتحقق، مما يضمن الحفاظ على مستوى معين من SIL. كما أنه يتجنب العديد من المواقف الخطرة التي تنشأ أثناء الاختبارات الميكانيكية. وهو استثمار صغير نسبيًا مقارنة بالمخاطر المرتبطة بالطرق الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، تضمن قابلية نقل كل من مولد التردد ومحول المجس سهولة الاستخدام. وتجعل البطارية مولد التردد مستقلاً عن مصدر الطاقة أثناء الاستخدام. وتتميز هذه الأدوات بكفاءتها في استهلاك الطاقة، مما يجعلها مناسبة للاستخدام على المدى الطويل.
