Die API-Norm 670 ist eine Industrienorm und beschreibt die Mindestanforderungen an ein Maschinenschutzsystem (MPS). Dazu gehört die Messung von radialen Wellenschwingungen, Gehäuseschwingungen, axialer Wellenposition, Wellendrehzahl, Kolbenstangenabfall, Phasenreferenz, Überdrehzahl und kritischen Maschinentemperaturen.
Die Norm enthält Anforderungen an die Hardware (Sensoren und Systeme), die Installation, die Dokumentation und die Prüfung. In diesem Artikel konzentrieren wir uns ausschließlich auf den Teil, der die Überdrehzahl beschreibt, und beschränken uns auf diese Norm. Die wichtigsten Elemente werden beschrieben.
Die Definition von Überdrehzahl
Eine Überdrehzahl tritt auf, wenn die Drehzahl einer rotierenden Maschine, z. B. einer Dampf- oder Gasturbine, ihre Auslegungsgrenzen überschreitet. Die Folgen einer Überdrehzahl sind je nach Maschinentyp und -modell unterschiedlich. Auch die Dauer des Überdrehzahlereignisses und der Grad der Überdrehzahl im Verhältnis zur Auslegungsgrenze sind für die Folgen entscheidend.
Auch wenn die Hersteller den Maschinen in der Regel einen gewissen Sicherheitsspielraum bei der Konstruktion im Hinblick auf die Überschreitung der maximalen Drehzahl einräumen, kann ein Überdrehzahlereignis zu einer schnellen und folgenschweren Schadensentwicklung führen. Um dies zu verhindern, ist es wichtig, die Maschine mit einem Überdrehzahlüberwachungssystem auszustatten.
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Elektronische Überdrehzahlerkennung
In der Vergangenheit wurden Maschinen durch einen mechanischen Überdrehzahlschutz überwacht, doch heute ist ein elektronischer Überdrehzahlschutz der Standard. Daher beschreibt die API 670 nur die Anforderungen an elektronische Erkennungssysteme und definiert sie wie folgt:
Ein elektronisches Überdrehzahlerkennungssystem besteht aus Drehzahlsensoren, Netzteilen, Ausgangsrelais, Signalverarbeitung und Alarm-/Abschalt-/Integritätslogik. Seine Funktion besteht darin, die Wellendrehzahl kontinuierlich zu messen und die Ausgangsrelais zu aktivieren, wenn ein Überdrehzahlzustand erkannt wird.
Getrennte Hardware und Logik
In der API 670 wird beschrieben, dass ein elektronisches Überdrehzahlerkennungssystem ausschließlich für die Erkennung von Überdrehzahlen bestimmt sein muss. Das System muss von anderen Überwachungs- und Schutzsystemen isoliert sein und darf keine Komponenten gemeinsam nutzen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Funktion des Systems überprüfbar und nicht von anderen Systemen abhängig ist.
Reaktionszeit
Ein elektronisches Überdrehzahlerkennungssystem für Maschinen, für die die API-Norm 670 gilt, muss aus drei unabhängigen Messkreisen bestehen. Um die Sicherheit und Verfügbarkeit der Maschine zu maximieren, wird zur Aktivierung der Auslösefunktion eine Zwei-von-drei-Abstimmung (2oo3) verwendet. Mit anderen Worten: Wenn mindestens zwei der drei Sensoren eine Überdrehzahl feststellen, wird die Auslösefunktion aktiviert.
Die Abstimmung steht im Zusammenhang mit der Architektur eines Reisesystems (1oo2, 2oo2, 2oo3, usw.). Sie kann definiert werden als die Mindestanzahl von "Pfaden", die von der Gesamtzahl der innerhalb der Architektur verfügbaren Pfade funktionieren sollten. Beispielsweise sollte bei einer 1oo2-Architektur mindestens ein Pfad funktionieren, während bei einer 2oo4-Architektur mindestens zwei Pfade funktionieren sollten.
Es versteht sich von selbst, dass die Reaktionszeit bei einem Überdrehzahlereignis sehr wichtig ist. In der API 670 wird beschrieben, dass das System bis zu 40 Millisekunden benötigen kann, um eine Überdrehzahl zu erkennen und die Relaisausgänge schalten zu lassen. Es ist anzumerken, dass 40 Millisekunden nicht immer schnell genug sind, um zu verhindern, dass der Rotor aufgrund des Hochlaufens eine Drehzahl erreicht, die über seinen Auslegungsspezifikationen liegt.
Innerhalb dieser 40 Millisekunden müssen die folgenden Aktionen stattfinden:
- Alle drei Messkreise (Kanäle) messen die Drehgeschwindigkeit.
- Die gemessenen Werte werden unabhängig voneinander mit dem eingestellten Auslösewert verglichen.
- Die Abstimmungsstruktur bestimmt, wie viele Messkreise ein Überdrehzahlereignis festgestellt haben.
- Wenn mindestens zwei der Sensoren eine Überdrehzahl festgestellt haben, sollte das Ausgangsrelais schalten.
In der folgenden Abbildung sind diese Schritte schematisch dargestellt:
Schematische Darstellung eines elektronischen Überdrehzahlerfassungssystems; drei auf die Messfläche gerichtete Sensoren, die an das Erfassungssystem angeschlossen sind, wo die Abstimmung mit einem Relais als Ausgang erfolgt.
Quelle: API-Norm 670
SpeedSys
Unsere Philosophie wird von SpeedSys erfüllt, einem SIL-bewerteten Überdrehzahlerkennungssystem für rotierende Maschinen. Es liefert die wichtigste Schutzschicht mit einer kompakten Architektur. Sein kleiner technischer Fußabdruck und die einfache Installation ermöglichen einen fortschrittlichen Schutz für eine breite Palette von Anwendungen. SpeedSys ist in zwei Versionen erhältlich. SpeedSys 200; für weniger anspruchsvolle SIL 2-Anwendungen und SpeedSys 300 für anspruchsvolle und kritische SIL 3-Anwendungen.
