La norma API 670 – sistemas de protección de máquinas
La norma API 670
La norma API 670, para sistemas de protección de máquinas hacer el Instituto Americano del Petróleo, es ampliamente reconocido en la industria y es utilizado activamente por reguladores y operadores en todo el mundo..
La norma API 670 describe los requisitos mínimos para un sistema de protección de máquinas (SPM) que mide la vibración del eje y la carcasa, posición del eje, velocidad de rotación del eje, caída del vástago del pistón, sobre velocidad, regreso (aumento) y / o temperaturas críticas de la máquina. Para reducir la probabilidad de malas interpretaciones., o API 670 también incluye instrucciones detalladas que se aplican al diseñar, aplicar, probar y mantener los sistemas de protección de la máquina.
Observación: este artículo hace referencia a la API 670, 52da edición (noviembre 2014) para resaltar y discutir algunas de las especificaciones generales de diseño descritas en la sección 4 esta norma. O negrita se utiliza para hacer referencia a las secciones correspondientes y los números de sección (4.X) se agregan cuando es útil.
Este artículo pertenece a una serie., el cual constituye el material de apoyo para el curso de análisis de vibraciones en turbomaquinaria. Los enlaces a los otros artículos se pueden encontrar aquí.
Historia del estándar API 670
Primera edición: junio de 1976
El desarrollo inicial de la API 670 fue impulsado por la necesidad de que los usuarios de máquinas especifiquen sondas de proximidad y sistemas de monitoreo preinstalados en sus paquetes de máquinas que se ajusten a los requisitos funcionales básicos, rendimiento e intercambiabilidad. Esto ayudó a garantizar que los sensores de un fabricante funcionaran con los sistemas de monitoreo de otro fabricante.. También aseguró que las longitudes de los cables de los sistemas de transductores, la configuración de la sonda, los diámetros de las puntas y los osciladores/demoduladores tenían un número limitado de permutaciones para ayudar a reducir los requisitos de repuestos. La primera edición solo cubría la vibración radial y las mediciones de posición axial. (impulso). No abarcaba la vibración absoluta (caja), temperatura del cojinete o cualquier otra medida introducida en ediciones posteriores de la norma.
Segunda edicion: junio de 1986
La segunda edición introdujo contenido relacionado con las mediciones de temperatura de los rodamientos..
Tercera edicion: noviembre 1993
un estándar separado (API 678) fue lanzado en mayo 1981 y sistemas de monitoreo de vibraciones cubiertos basados en acelerómetros. tan, durante un período, dos estándares API separados coexistieron – uno para sistemas basados en sondas de proximidad y otro para sistemas basados en acelerómetros (sísmicos). Los dos estándares tenían una superposición considerable y representaban esfuerzos redundantes para ser mantenidos.. El objetivo principal del grupo de trabajo de la tercera edición fue, por lo tanto, fusionar los dos estándares en un solo documento. consecuentemente, una API 678 fue retirado del uso con la publicación de la tercera edición de 670. La tercera edición también introdujo nuevos apéndices que cubren la documentación del proveedor y los requisitos de diseño., requisitos de documentación y pruebas de campo, Consideraciones de aplicación de acelerómetro y consideraciones de vibración de engranajes.
Cuarta edición: diciembre de 2000
La cuarta edición se centró en el contenido que se había vuelto obsoleto y asumió la tecnología analógica en lugar de la última tecnología digital. (como indicadores que ya no pueden ser bombillas físicas o LED). Introdujo opciones específicas para separar el sistema de protección de la máquina en subcomponentes funcionales más pequeños que pueden separarse físicamente entre sí (como un visor no integral), pero mantuvo un “sistema contiguo” por defecto. También introdujo la inclusión de instrumentos de detección de sobrevelocidad y mediciones de caída del vástago del pistón.. Los sensores se han ampliado para incluir captadores magnéticos para mediciones de velocidad., y se han agregado apéndices para las consideraciones de los multiplicadores de punto de referencia y los sistemas electrónicos de detección de exceso de velocidad. Los tipos de medidas cubiertas por la norma se han vuelto lo suficientemente largas como para que sea tedioso enumerarlas todas como parte del título.. tan, la norma se llamaba “Sistemas de protección de máquinas”.
Quinta edición: noviembre 2014
La quinta edición representa una revisión significativa de la norma y organiza el sistema de protección en subsistemas de la siguiente manera:
- Vibración/Posición/Temperatura/Caída de varilla (sección 7)
- Sistemas de detección de sobrevelocidad (sección 8)
- sistemas de detección de sobretensiones (sección 9)
- sistemas de parada de emergencia (punto 10)
- Elementos de tope final (10.8)
- otras entradas (10.7.2)
algunas secciones (1-6, 11, 12) ahora se refieren a todos estos subsistemas, mientras que otras secciones (7-10) solo afecta a subsistemas seleccionados, como se ha mencionado más arriba.
Los sistemas de detección de sobretensiones y parada de emergencia son completamente nuevos, como los archivos adjuntos K-Q. anexo no, por sí mismo, agrega un tutorial 50 páginas de control de estado; El Apéndice L agrega un tutorial sobre 20 Páginas de nivel de integridad de seguridad (SIL); y el Apéndice P agrega un tutorial sobre 10 páginas sobre el control de compresores alternativos. El recuento de páginas de otros archivos adjuntos nuevos se resume en la Tabla 1 en la página anterior. Además, se amplía sustancialmente el contenido normativo relacionado con el exceso de velocidad. A consecuencia, el recuento de páginas del estándar ha aumentado de 96 páginas de la Cuarta Edición para 244 páginas de la quinta edición. Además, el uso del color ahora está presente en las ilustraciones. Las ediciones anteriores del estándar se limitaban a ilustraciones en blanco y negro..
Una estrategia eficaz para un sistema de protección de máquinas
Ya sea en generación de energía, en la activación de equipos de proceso, en la compresión o bombeo de fluidos, La falla de los activos de producción críticos puede tener resultados catastróficos., costoso o simplemente requiere mucho tiempo. En general, las consideraciones más importantes son la seguridad del personal, la posibilidad de daños sustanciales a la máquina o pérdida de producción que provoque un impacto financiero. Para ayudar a prevenir este tipo de eventos, Se debe instalar un sistema de protección de máquinas con características y características. funciones apropiadas (4.11) para proteger la máquina y el medio ambiente que la rodea. El SPM debe generar alarmas (con niveles de alerta y peligro) en tiempo útil, cuando ocurren situaciones no deseadas, para que se puedan tomar acciones correctivas. En caso de alarmas de peligro (normalmente relacionado con la seguridad), Los SPM suelen utilizar un relé para activar un sistema de control de nivel del sistema., como por ejemplo, un sistema de control de turbina, para iniciar automáticamente una parada segura (“desarme”) la máquina.
Para una estrategia de protección de máquinas, sea efectivo, las mediciones deben ser precisas y fiables. consecuentemente, o API 670 enumera los requisitos para precisión (4.5) para diferentes cadenas de medida, en diferentes rangos de temperatura, para el funcionamiento normal del sistema o para pruebas. UNA confiabilidad (4.17) de la SPM, así como también sistema de seguridad, protecciones, autotestes mi diagnósticos (4.16), son otras consideraciones esenciales para un funcionamiento continuo e ininterrumpido, requerido por largos períodos de tiempo, en aplicaciones industriales.
El concepto de segregación en el estándar API 670
Independencia y separación de sistemas, componentes o piezas es un concepto de diseño importante que subyace a todo el estándar. Por ejemplo:
- UNA segregación (4.8) Requiere que el SPM esté completamente separado de cualquier otro sistema., como otro sistema de protección, sistemas de control o sistemas de monitoreo de condición (CMS).
- Dentro de la SPM, todos los bucles de protección de la máquina están normalmente cableados (aquí no se permite la comunicación inalámbrica) y las interconexiones con otros dispositivos en el bucle de parada automática de la máquina, se implementan a través de relés de salida del sistema (4.12).
- Un problema con una cadena de medición, El canal de entrada o el procesamiento de la señal no deben afectar a ningún otro canal.. Esto aplica a fuentes de alimentación del sistema (4.10), así como las fuentes de alimentación de sensores individuales. Para mitigar estos fallos, Los SPM suelen utilizar fuentes de alimentación redundantes (11).
- Tú enlaces de comunicación digital (4.13) para sistemas fuera de la SPM, como CMS, no debe afectar las funciones de protección de las máquinas. Esto también se aplica a las salidas analógicas con búfer ("crudo"), incluso en caso de cortocircuito en estas salidas.
- De la misma forma, una intercambialidade (4.6) implica que debe ser posible reemplazar física y eléctricamente los componentes del SPM in situ, sin dejar los requisitos de precisión de medición.
Requisitos ambientales del estándar API 670
Los sistemas de protección de máquinas a menudo se implementan en entornos industriales u otros entornos hostiles., donde se necesitan armarios de sistema específicos y requisitos medioambientales (4.9) para cumplir con diferentes clasificaciones de área. Estos entornos pueden implicar un desafío gamas de temperatura (4.1), humedad (4.2), condiciones de choque (4.3) y la necesidad de resistencia química (4.4). por lo tanto, cadenas de medida, en general, deben construirse con materiales resistentes a la corrosión. Aunque el cableado debe estar protegido por protectores rígidos y cajas de conexiones, como se describe en el cableado y su conducción (4.14), que también ayuda a minimizar los efectos de la interferencia electromagnética (EMI) se encuentra a menudo en entornos industriales. Los ejemplos incluyen la segregación de cables de señal y de alimentación o el uso de cables blindados..
Otros problemas eléctricos, como toma de tierra (4.15), puede afectar negativamente a las señales eléctricas. El impacto de una conexión a tierra incorrecta o faltante, varía en ruido e interferencia, al peor de los casos donde una fuga eléctrica a través del chasis, provoca daños en los componentes del instrumento o incluso lesiones a las personas.
Una API 670 también menciona la definición del proyecto y los requisitos de ejecución relacionados con el alcance de suministro y responsabilidad (4.7) que conciernen a las partes interesadas, desde proveedores de sistemas hasta propietarios.
Sistemas de protección de máquinas (MPS) y niveles de seguridad SIL – La perspectiva de la API 670
La seguridad operativa en las industrias de procesos siempre ha sido una prioridad. A medida que la industria de procesos entró en la era de las computadoras, surgieron nuevos problemas a medida que las fábricas se convertían a sistemas de control basados en computadora (Reemplazo de sus viejos controles eléctricos, neumática y electrónica). tan, el sector de procesos ha desarrollado una variedad de herramientas para resolver estos problemas, pero el rendimiento de la seguridad no siempre ha estado a la altura de las expectativas.
En este momento, estandarización de los sistemas de protección de máquinas (MPS), muchas veces según la API 670 – en línea con las normas internacionales de seguridad, como la CEI 61508 por CEI 61511 – juega un papel vital en la operación segura de varias instalaciones industriales.
CEI 61508: Seguridad funcional de los sistemas eléctricos/electrónicos/programables relacionados con la seguridad electrónica
CEI 61508 es un estándar internacional que cubre todo el ciclo de vida de seguridad de los sistemas de seguridad y está destinado a los proveedores de sistemas, fabricantes de equipos originales (OEM) y equipos utilizados en estos sistemas de seguridad. CEI 61508 es el estándar básico/fundamental de seguridad funcional y se aplica a todos los sectores.
CEI 61511: seguridad funcional – Sistemas instrumentados de seguridad para el sector de la industria de procesos
CEI 61511 es un estándar internacional que establece prácticas en ingeniería de sistemas que garantizan la seguridad de un proceso industrial utilizando instrumentación. CEI 61511 es una norma técnica destinada a aplicaciones de usuario final y es específica del sector de la industria de procesos.
Nota: CEI 61511 utiliza los mismos conceptos de ciclo de vida de seguridad y nivel de integridad de seguridad que IEC 61508, pero descrito en un lenguaje y contexto más específico para el sector.
API 670: Sistemas de protección de máquinas
Una API 670 es un estándar de la industria ampliamente reconocido que describe los requisitos mínimos para los sistemas de protección de máquinas (MPS) utilizando medidas como la vibración, posición, velocidad, caída del vástago del pistón, referencia de fase, sobrevelocidad y/o temperatura. Una API 670 incluye requisitos para sensores y hardware del sistema de monitoreo y cubre la especificación, adquisición, instalación, documentación y prueba de tales sistemas.
El objetivo principal de la norma IEC 61508/61511 es ayudar a asegurar el correcto diseño y uso de los sistemas instrumentados de seguridad (SIS) con niveles de integridad de seguridad (SIL) de manera sistemática para reducir el riesgo en un proceso a un nivel tolerable, siguiendo los procedimientos globales de ciclo de vida de seguridad de hardware y software y manteniendo la documentación asociada.
API 670 e IEC61508/61511
Una API 670 por CEI 61508/61511 se complementan mutuamente. de una manera simplista, el primero normaliza los requisitos para implementar el sistema de protección de máquinas, mientras que el segundo define un ciclo de vida de seguridad importante y completo, del concepto al diseño, funcionamiento y desactivación o eliminación del sistema instrumentado de seguridad (SIS) y sus elementos.
Es importante tener en cuenta que seguir un ciclo de vida de seguridad es la mejor manera de garantizar (y probar) cumplimiento de los requisitos de la CEI 61508/61511.
Identificación de los peligros
Al finalizar el diseño conceptual de un proceso industrial, se debe llevar a cabo una evaluación que consiste en la identificación de peligros y un análisis sistemático de riesgos. Durante esta evaluación, todos los peligros y riesgos para el personal o el medio ambiente se analizan individualmente.
El riesgo real que existe en ausencia de MPS se compara con el riesgo tolerable. Si el riesgo real es menor que el riesgo tolerable, por lo que no es necesario considerar un MPS como parte de un SIS. Si el riesgo real (sem MPS) exceder el riesgo tolerable, deben aplicarse métodos de reducción de riesgos – que suele incluir la instalación de un MPS que funciona como un SIS.
Nota: El grado requerido de reducción del riesgo se determina evaluando.
Análisis de riesgos y selección de SIL
Durante la evaluación, se deben determinar los riesgos asociados con cada peligro identificado, evaluado y comparado con el riesgo tolerable. Una vez más, este análisis de riesgo se lleva a cabo asumiendo que el sistema de seguridad (SIS o MPS) bajo revisión no está presente.
Según la norma IEC 61508/61511, la seguridad funcional clasifica el grado requerido de reducción de riesgos en cuatro niveles de integridad de seguridad: SIL 1, SIL 2, SIL 3 y SIL 4. Como se muestra en la siguiente tabla, cuanto mayor sea el nivel SIL, mayor es el grado de reducción del riesgo, menos probable es que un sistema funcione mal y, consecuentemente, cuanto mayor sea el nivel de seguridad asociado. Por ejemplo, un sistema de seguridad SIL 1 ofrece la menor cantidad de reducción de riesgo.
Nivel de integridad de la seguridad Factor de reducción del riesgo Probabilidad de falla a pedido
SIL 4 100.000 una 10.000 10-5 una 10-4
SIL 3 10.000 una 1.000 10-4 una 10-3
SIL 2 1.000 una 100 10-3 una 10-2
SIL 1 100 una 10 10-2 una 10-1
Demostración 1 una 4 de 4 Aperitivo
Nota: En la práctica, Sistemas de seguridad SIL 4 son tan complejos y costosos que no son económicamente viables. Para industrias de proceso, si un proceso es tan inherentemente riesgoso que se necesita un sistema SIL 4 para llevarte a un estado seguro, entonces probablemente haya un problema fundamental en el diseño del proceso mismo que necesita ser examinado!
requerimientos de seguridad
El siguiente paso en el ciclo de vida de la seguridad es desarrollar una especificación de requisitos de seguridad. (SRS). Este importante documento describe todos los aspectos del sistema de seguridad requerido, incluyendo el procedimiento de prueba y los criterios de aceptación para la prueba de validación SIS (MPS). SRS es fundamental para cumplir con los estándares de seguridad de una aplicación, por lo que los propietarios/operadores, los consultores y proveedores deben contribuir a su preparación de acuerdo con los requisitos de la instalación.
Nota: Las partes 1 mi 2 de la norma IEC 61511 describir con más detalle la instalación, puesta en marcha y validación de sistemas de seguridad. Una API 670 sugiere que, si un sistema de seguridad requiere SIL 2 o superior, cualquier sistema o equipo que no tenga certificación SIL 2 por un organismo de certificación independiente, como a Exida ou a TÜV, no debe ser considerado (API 670, 52da edición, Apêndice L, apartado L.6.7.2c).
Verificación SIL
Para cada etapa del proceso industrial, El SIS debe verificarse con el SRS. sin final, el SIS completo debe probarse de acuerdo con el procedimiento de prueba y los criterios de aceptación incluidos en el SRS. Si el sistema de seguridad no puede cumplir con todos los requisitos, el ciclo de vida de la seguridad debe comenzar de nuevo desde el principio para producir un SRS actualizado que refleje los cambios necesarios.
Es importante tener en cuenta que el simple uso de equipos y productos con certificaciones SIL no garantiza automáticamente el cumplimiento de SIL del sistema de seguridad.; sólo asegura la capacidad sistemática (CAROLINA DEL SUR) y tolerancia a fallas de hardware (HFT/votación (arquitectura)) necesario para cumplir con los requisitos SIL.
Consecuentemente, Los consultores/expertos experimentados siempre deben realizar la verificación SIL para cada función instrumentada de seguridad. (FIS) que es parte de un SIS. Esto incluye cálculos de la probabilidad promedio de falla bajo demanda (PFDavg) que se basan en información específica de la aplicación y las propiedades de seguridad de los elementos que componen el SIS, como la cobertura de prueba de prueba (PTC) y el intervalo de prueba de la prueba (PTI), el índice de seguridad del sitio, el tiempo de la mision, tiempo promedio de reparación (MTTR), etcétera, y no solo en base a las recomendaciones del proveedor. – y no simplemente en base a las recomendaciones del proveedor. Es por eso que la verificación de SIL es uno de los pasos más críticos en el ciclo de vida de la seguridad..
Una API 670 (52da edición, Apêndice L, apartado L.7.1.x) también define algunas responsabilidades del usuario final para ayudar a garantizar que se cumplan los requisitos de seguridad:
El usuario final tiene la responsabilidad general de la seguridad de su instalación. (solicitud).
La solicitud de cotización (RFQ) debe incluir detalles de cualquier requisito arquitectónico específico que se necesite, como uno de uno (1oo1) o dos de tres (2oo3).
Se llevará a cabo un análisis de riesgo para determinar el grado de reducción de riesgo requerido para cada circuito de protección. (FIS), preferentemente en colaboración con el fabricante/proveedor de la máquina.
La solicitud de cotización (RFQ) debe incluir detalles de pruebas aceptables e intervalos para cualquier prueba que afecte el proceso industrial (solicitud).
Se debe realizar una evaluación del nivel de rendimiento/integridad de la seguridad (SIL/PL) en base a los datos proporcionados por cada proveedor de sistemas y equipos para verificar que todo el circuito de protección (FIS) cumple con todos los requisitos de seguridad funcional.
Operación y mantenimiento del sistema de seguridad.
También es responsabilidad del usuario final asegurarse de que exista un equipo de gestión de seguridad adecuado para establecer procedimientos de operación y mantenimiento para cualquier sistema de seguridad.. Estos procedimientos suelen incluir revisiones de seguridad previas a la puesta en marcha., arranque seguro do SIS, Mantenimiento periódico y pruebas funcionales in situ.
Mientras que la API 670 oriental “Qué necesito”, una CEI 61508/61511 te guía desde “Qué puede ir mal” para “¿Cómo lo mantenemos protegido?”.
La norma API 670 – conclusión
Es importante comprender y apreciar los requisitos generales del estándar API. 670, descrito arriba, porque a API 670 es una de las normas internacionales más aplicadas para la protección de maquinaria..
Para un vibrómetro Meggitt, es fundamental que los productos y la instrumentación sean totalmente compatibles con API 670. Sin embargo, todos los involucrados en el proyecto, selección, instalación, El funcionamiento o la documentación de dichos sistemas pueden beneficiarse de esta importante referencia., que está lleno de conocimiento colectivo y buenas prácticas de ingeniería.
