Hoe test je het overspeed-bewakingssysteem van een turbine?

Een turbine is ontwikkeld om een maximaal aantal omwentelingen per minuut (rpm) te halen, waarbij de schoepen van een turbine een enorme snelheid kunnen bereiken. Dit mag niet overschreden worden omdat er dan teveel belasting op de constructie van de turbine komt te staan. Wanneer dit wel overschreden wordt, wordt dit overspeed genoemd; de turbine maakt teveel omwentelingen per minuut. Overspeed in een turbine kan leiden tot zeer gevaarlijke situaties. Dergelijke situaties kunnen catastrofale gevolgen hebben voor werknemers, het milieu en de fabriek. Een (overspeed) bewakingssysteem dient de turbine te laten afslaan voordat de turbine in overspeed treedt.

Het bewakingssysteem moet periodiek getest worden zodat het zeker is dat het systeem een adequate reactiesnelheid heeft, indien dit nodig is. Daarbij wordt dit gesteld door verschillende normeringen in de proces industrie:

  • IEC 62061 – Functional Safety
  • IEC 61511 – Functional Safety van veiligheidssystemen in de proces industrie
  • IEC 61508 – Functional Safety van elektrische/elektronische/programmeerbare veiligheidssystemen

Hierdoor kunnen (catastrofale) ongevallen voorkomen worden. De frequentie waarbinnen deze tests worden uitgevoerd is afhankelijk van de applicatie. Dit staat vaak door de fabrikant voorgeschreven in de handleiding van het systeem. Een risico kan echter nooit volledig weggenomen worden. Risico beperking vindt plaats volgens het ALARP-principe, ofwel as low as reasonably practicable. Dit betekent dat het risico zo laag moet zijn als redelijkerwijs mogelijk is.

Het doel van testen is om te zorgen dat de kans dat een bewakingssysteem niet werkt wanneer een ingreep nodig is zoveel mogelijk beperkt wordt. Dit zogeheten Probability of Failure on Demand (PFD) moet zo veel mogelijk beperkt worden, tot een tolereerbaar risico. Door de veiligheid- en alarm functies van het systeem met een vooraf vastgestelde regelmaat te testen, kan een bedrijf aantonen dat zij er alles aan doet om te zorgen voor state-of-the-art veiligheid. Hiermee voldoet een bedrijf aan de wettelijke verplichting om zo veel mogelijk risico-beperkende veiligheidsmaatregelen te treffen en de normeringen met betrekking tot machinebewaking (IEC 61511, IEC 61508 & IEC 62061). Daarnaast draagt een veilige werkomgeving bij aan een positieve bedrijfscultuur.

Safety Integrity Level (SIL)

Het Safety Integrity Level (SIL) maakt onderdeel uit van Functional Safety. Bij SIL gecertificeerd bewakingssysteem wordt altijd rekening gehouden met het maximaal acceptabele risicofactor. Hoe hoog dit tolereerbare risico is, is afhankelijk van het SIL niveau, wat weer afhankelijk is van de applicatie. Hoe hoger het SIL niveau, des te lager het tolereerbare risico is. Een hoger SIL niveau is echter niet altijd beter. Om een bepaald SIL niveau te behouden dienen de functionaliteiten van de volledige loop getest te worden. Dit kan gedaan worden door het uitvoeren van verschillende proof tests.

Lees hier meer over het behoud van SIL.

Overspeed bewakingssysteem testen

Het testen van een overspeed bewakingssysteem kan op verschillende manier gebeuren. Er kan sprake zijn van elektronisch overspeed testen en mechanisch overspeed testen. Er is een voorkeur voor elektronische bewaking boven mechanische bewaking om twee hoofdredenen:

  • Bij mechanisch testen kan het testen alleen worden uitgevoerd wanneer de machine buiten bedrijf is. Dit levert (onnodig) hoge kosten op. Elektronisch testen stelt de gebruiker in staat om de machines te testen tijdens bedrijf.
  • Bij mechanisch testen moet de turbine daadwerkelijk in overspeed worden gebracht, wat een onveilige situatie creëert. Wanneer blijkt dat het overspeed bewakingssysteem niet werkt, kan dit tot ernstige ongevallen leiden. Dit was het geval bij de Duvha energiecentrale in Zuid-Afrika, waarbij tijdens het testen de turbine in overspeed werd gebracht en na vier seconden ontplofte (zie onderstaande afbeeldingen).

turbine overspeed

overspeed turbine

turbine overspeed

Elektronische overspeed bewaking stelt de gebruiker in staat om tijdens bedrijf overspeed te simuleren, waarmee het (kunstmatig) trippen van de turbine geverifieerd kan worden. Er bestaat equipment die het simuleren van overspeed mogelijk maakt, zodat overspeed bewakingssystemen getest kunnen worden.

IST 101 Frequency Generator

De IST 101 is een compacte 3-kanaals snelheidskalibrator dat ontwikkeld is door de specialisten van Istec voor het testen van machinebewaking. De tool is bedoeld om de functionaliteit van overspeed bewakingssystemen vast te stellen, gebaseerd op input van service engineers uit het veld. De meeste frequency generators hebben geen drie kanalen om alle functies te controleren met betrekking tot overspeed, underspeed, en versnelling, waar dit door de IST 101 wel wordt ondersteund. Door middel van verschillende testfuncties (2oo3, 3oo3, etc.) kan de IST 101 bijvoorbeeld een overspeed situatie simuleren om vervolgens te testen hoe het bewakingssysteem hierop reageert. Op deze manier hoeft er dus niet daadwerkelijk overspeed gecreëerd te worden en worden gevaarlijke situaties vermeden. Bovendien kunnen deze testen plaatsvinden tijdens bedrijf omdat het bewakingssysteem kunstmatig reageert en niet daadwerkelijk de turbine uitschakelt. Hierdoor kunnen een hoop kosten worden bespaard, heeft de gebruiker veel controle over de situatie, en kunnen gevaren worden vermeden.

Lees hier meer: IST 101 Frequency Generator

IST 101 Probe Adapter

De IST 101 Probe Adapter is ontwikkeld om de speedsensoren op hun functie te testen. De Probe Adapter kan aangesloten worden op de IST 101 Frequency Generator. Zowel analoge als digitale speedsensoren kunnen getest worden door de IST 101 Probe Adapter. De IST 101 Probe Adapter werkt als een 3-kanaals digitaal poolwiel. De adapter maakt het, samen met de Frequency Generator, mogelijk om een gehele loop (inclusief speedsensoren) te testen. Het is op deze wijze dus mogelijk om een full proof test uit te voeren waarmee een bepaald SIL niveau behouden kan worden. Het vermijdt tevens een groot aantal gevaarlijke situaties die zich voordoen bij een mechanische test. Een relatief kleine investering ten opzichte van de risico’s die andere methoden met zich meebrengen. Tevens zorgt de draagbaarheid van zowel de Frequency Generator als de Probe Adapter voor gemakkelijk gebruik. Een accu maakt de Frequency Generator onafhankelijk van stroomtoevoer tijdens het gebruik. De tools zijn energiezuinig, wat ze geschikt maken voor langdurig gebruik.

Lees hier meer: IST 101 probe adapter


Kennis & cases

Op ons kennisblog plaatsen we informatieve artikelen en leerzame case-studies met betrekking tot procesinstrumentatie, condition monitoring, trillingsmetingen en machinebewaking.

Het belang van machinebewaking bij industriële machines.

Het belang van machinebewaking

Het is erg belangrijk dat machines/installaties in een fabriek operationeel zijn. Zeker in het geval dat een fabriek dag en nacht in bedrijf dient te zijn. Een ongeplande stilstand is…