API規格670は、過速度検出システムについてどのように規定していますか？

API規格670は業界標準であり、機械保護システム（MPS）の最低要件を規定しています。これには、軸の半径方向振動、ケーシング振動、軸の軸方向位置、軸の回転速度、ピストンロッドの落下量、位相基準、過速度、および機械の臨界温度の測定が含まれます。

本規格には、ハードウェア（センサーおよびシステム）、設置、文書化、および試験に関する要件が含まれています。本記事では、過速度に関する記述部分にのみ焦点を当て、本規格の範囲に限定して解説します。主な要素について説明します。

過速度の定義

過速度とは、蒸気タービンやガスタービンなどの回転機械の回転速度が、その設計限界値を超えた状態を指します。過速度事象による影響は、機械の種類やモデルによって異なります。過速度事象の持続時間や、設計限界値に対する過速度の程度も、その影響を決定づける重要な要素となります。

メーカーは通常、最大回転速度の超過に備えて設計段階で機械に一定の安全マージンを設けていますが、過速度事象が発生すると、急速かつ甚大な損傷が進行する可能性があります。これを防ぐためには、機械に過速度監視システムを装備することが重要です。

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電子式過速度検出

かつては、機械は機械式の過速度保護装置によって監視されていましたが、現在では電子式の過速度保護が標準となっています。そのため、API 670では電子式検知システムの要件のみを記述しており、それらを次のように定義しています：

電子式過速度検出システムは、速度センサー、電源、出力リレー、信号処理、およびアラーム／シャットダウン／整合性ロジックで構成されています。その機能は、シャフトの回転速度を継続的に測定し、過速度状態が検出された際に出力リレーを作動させることです。

ハードウェアとロジックの分離

API 670では、電子式過速度検出システムは過速度検出に専念しなければならないと規定されています。このシステムは他の監視・保護システムから隔離されなければならず、コンポーネントを共有することは許可されていません。これにより、システムの機能が検証可能であり、他のシステムに依存しないことが保証されます。

応答時間

API規格670が適用される機械向けの電子式過速度検出システムは、3つの独立した測定回路で構成されなければなりません。機械の安全性と稼働率を最大化するため、トリップ機能の作動には「3つ中2つ」の投票方式（2oo3）が採用されています。つまり、3つのセンサーのうち少なくとも2つが過速度を検出した場合、トリップ機能が作動します。

 

言うまでもなく、過速度事象発生時の応答時間は極めて重要です。API 670 では、システムが過速度を検知し、リレー出力を切り替えるまでに最大 40 ミリ秒を要する場合があると記載されています。なお、加速過程（ランプアップ）の影響により、40 ミリ秒ではローターが設計仕様を超える速度に達するのを防ぐには必ずしも十分ではない点に留意する必要があります。

以下のアクションは、この40ミリ秒以内に実行されなければなりません：

1. 3つの測定回路（チャンネル）はすべて、回転速度を測定します。
2. 測定値は、トリップ値として設定された値と個別に比較されます。
3. 投票構造により、過速度事象を検出した測定回路の数が決定されます。
4. 少なくとも2つのセンサーが過速度を検出した場合、出力リレーは切り替わる必要があります。

以下の図では、これらの手順が模式的に示されています：

電子式過速度検出システムの概略図。測定面に向けられた3つのセンサーが検出システムに接続されており、そこで投票処理が行われ、リレーが出力として機能する。

出典：API規格670

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SpeedSys

当社の哲学を体現するのが、回転機械向けのSIL認定過速度検出システム「SpeedSys」です。コンパクトなアーキテクチャにより、保護の中核となる層を提供します。技術的な 設置面積 が小さく、設置による影響も少ないため、幅広い用途において高度な保護を実現します。SpeedSysには2つのバージョンがあります。要求水準が比較的低いSIL 2アプリケーション向けの「SpeedSys 200」と、要求水準が高く重要なSIL 3アプリケーション向けの「SpeedSys 300」です。