2010/04/06 業界コラム 瀧本 孝治 API 670規格-Machinery Protection Systems-概要 vol.1 システム構成要素と非接触変位センサに対する要求仕様 新川電機株式会社 瀧本 孝治 センサテクノロジ営業統括本部 技術部...もっと見る センサテクノロジ営業統括本部 技術部 前回までのコラム「回転機械の状態監視」の中でも「API 670規格に準拠したセンサ」とか「API 670規格で規定された監視モニタ」など何度も登場した「API 670規格」に関して、その概要を説明します。 1.API 670規格とはAPI 670規格とはアメリカ石油協会(American Petroleum Institute)の規格で、石油精製、石油化学プラントにおける重要な回転機械の監視・保護機器に関する詳細な要求事項が示されたものであり、現在2000年12月発行の4th Editionが最新版として適用されています。この規格は表1のタイトルが示すように、当初非接触の軸振動と軸位置の監視システムに関するものでしたが、2nd Editionからケーシング振動やベアリング温度なども取り込み、4th Editionでは機械の保護に関する重要なパラメータとして回転数、オーバースピード検知、更に回転機械ではありませんがレシプロコンプレッサのピストンロッドドロップ監視なども取り込みタイトルを「Machinery Protection Systems」と改訂しています。 なお、API 670 5th Editionに関して2008年にTaskForceが招集され、現在、現行規格の改訂に関する討議が行なわれています。 表1. API 670規格 Edition Title Issue 1st Noncontacting Vibration and Axial Position Monitoring System 1976/06 2nd Vibration, Axial-Position, and Bearing-Temperature Monitoring Systems 1986/06 3rd 1993/11 4th Machinery Protection Systems 2000/12 2.適用範囲とシステム構成要素API 670 規格は以下の状態パラメータを監視している機械保護システム(Machinery Protection System)に対する最低限の要求事項をカバーしたものです。 軸振動 (Radial Shaft Vibration) ケーシング振動 (Casing Vibration) 軸位置 (Shaft Axial Position) 回転数 (Shaft Rotational Speed) ピストンロッドドロップ (Piston Rod Drop) 位相基準 (Phase Reference) オーバースピード (Overspeed) 温度 (Temperatures) API 670規格における機械保護システム(Machinery Protection System)とは図1に示すように、トランスデューサシステム(Transducer System)とモニタシステム(Monitor System)から構成されています。トランスデューサシステムはセンサ(Sensor)とケーブル、更に必要な場合にはシグナルコンディショナ(Signal Conditioner)とで構成されます。センサの種類としては、非接触変位センサ(Proximity Probe)、測温抵抗体(RTD)、熱電対(Thermocouple)、加速度センサ(Accelerometer)、および電磁ピックアップ(Magnetic Speed Sensor)が挙げられていますが、規格本文では非接触変位センサ、加速度センサおよび電磁ピックアップに対する要求仕様が掲載されています。特に、非接触変位センサに関しては詳細な要求仕様が述べられています。また、シグナルコンディショナとしては、非接触変位センサのための発振・復調器(Oscillator-Demodulator)※1のみが対応しており、その他のセンサに関してはシグナルコンディショナに相当するものはありません。 ※1発振・復調器(Oscillator-Demodulator)は、新川電機のVKシリーズおよびFKシリーズのドライバ(Driver)に相当する部分です。 図1. API 670規格で規定されている機械保護システム (Machinery Protection System)の構成要素※図1は、API Standard 670 Fourth Edition, December 2000の”Figure 1-Machinery Protection System”より転載しています。 モニタシステムは、信号処理(Signal Processing)、警報ロジック(Alarm/Shutdown Integrity Logic Processing)、電源(Power Supply)、表示(Display Indication)、入出力(Input/Output)、保護リレー(Protective Relay)の各機能ブロックから構成されたもので、状態監視項目に応じて、軸振動、軸位置、ケーシング振動、温度、ピストンロッドドロップ、回転数、オーバースピードが挙げられています。 API 670規格では、これらの各構成要素に対する機能、精度、寸法などの要求仕様や取り付け方法などに関して詳細に述べています。 3.非接触変位センサ(Proximity Probe)ここでは、トランスデューサシステムとして特に詳細に規定されている非接触変位センサ(Proximity Probe)に関して少し詳しく見ていきます。まず、主な要求仕様を表2にまとめてみました。 表2. 非接触変位センサ(Proximity Probe)に対する要求仕様 項目 API Standard 670, 4th Edition, 2000 Specifications スケールファクタ (ISF: Incremental Scale Factor) 7.87mV/μm ±±5%(試験温度) 7.87mV/μm ±10%(使用温度範囲) 直線性 (DSL:Deviation from Straight Line) 傾き7.87mV/μmの最近似直線からの偏差 ±25.4μm以内(試験温度) ±76μm以内(使用温度範囲) リニアレンジ (Linear Range) 2mm以上 使用温度範囲 センサ (Sensor) :-35℃~+120℃ 延長ケーブル (Extension Cable) :-35℃~+65℃ ドライバ (Oscillator-Demodulator) :-35℃~+65℃ 湿度 100% RH(ただし非浸漬、コネクタ保護時) 校正ターゲット材質 AISI 4140 steel(JIS SCM440相当) センサトップ径 標準 :φ7.6mm~φ8.3mm オプション :φ4.8mm~φ5.3mm センサネジ部 標準 :3/8-24UNFリバース・マウント オプション :3/8-24UNF,1/4-28UNF, :M10×1,M8×1 フレキシブルアーマオプション 標準 :フレキシブルアーマなし オプション :ステンレスフレキシブルアーマ付 センサケーブル長 1m(0.8m~1.3m) 延長ケーブル長 4m(3.6m以上) 電源 -24VDC この中で使われている、スケールファクタ(ISF: Incremental Scale Factor)、直線性(DSL: Deviation from Straight Line)、リニアレンジ(Linear Range)に関して図2を使って説明します。 図2. 非接触変位センサの精度に関する用語説明スケールファクタは、基準単位長さ当たりの出力変化(Δy/Δx)であり、API 670規格では基準単位長さを通常250μmとしてスケールファクタ基準値を7.87mV/μmと規定しています。また、実測スケールファクタの規定値に対する差であるスケールファクタ誤差を、7.87mV/μmの±5%と規定しています。このスケールファクタ誤差が振動計測時の精度に関与する値であり、[振動の読み値]×[スケールファクタ誤差]が測定誤差に対応します。例えば、振動測定値が100μmであったとすると、その誤差は±5μmということになります。(ここでは、振動モニタの変換精度は含んでいません。) API 670における直線性の定義は、傾き7.87mV/μmの最近似直線に対する実測データ(校正曲線)の偏差 d であり、±25.4μm以内と規定されています。これは軸位置計のような変位測定に対する精度に対応しています。これは測定値(軸位置の値)に係わらず、どの測定点においても最大±25.4μmの誤差を含む可能性があるということになります。 リニアレンジとは、上記のスケールファクタと直線性がAPI 670規格の規定値を満足する変位xの範囲のことであり、これが2mm以上あることが要求されています。 図3にFK-202Fトランスデューサの標準特性を示しています。この例では、変位0.25mm~2.25mmの範囲でスケールファクタ誤差と直線性が規定値を満足しており、この範囲がリニアレンジとなります。 図3. FK-202Fトランスデューサの標準特性例表2に示す通り、API 670規格では精度や機能だけでなく、センサの形状、ネジ部の寸法やケーブル長まで細かく規定されています。なお、API 670規格準拠の非接触変位センサとして適用されているトランスデューサシステムは、システムケーブル長5mと9mのものが一般的に使われていますが、API 670規格では[センサケーブル長1m]+[延長ケーブル長4m]のシステムケーブル長5mのシステムのみが規定されています。 さて、次回は図1の下半分に示すモニタシステムに関して説明します。 この記事に関するお問い合わせはこちら 問い合わせする 新川電機株式会社 瀧本 孝治さんのその他の記事 2014/09/09 業界コラム 分かりにくい用語とその意味 (13) バランス調整 / 不釣合い修正 2014/08/05 業界コラム 分かりにくい用語とその意味 (12) ハイスポットとヘビースポットの位相角 2014/07/08 業界コラム 分かりにくい用語とその意味 (11) 振動ベクトルとポーラ線図 2014/05/13 業界コラム 分かりにくい用語とその意味 (10) 同期サンプリングにおける設定 2014/04/08 業界コラム 分かりにくい用語とその意味 (9) 非同期サンプリングにおける設定 2014/03/11 業界コラム 分かりにくい用語とその意味 (8) 同期サンプリングと非同期サンプリング 2014/02/12 業界コラム 分かりにくい用語とその意味 (7) データ収集間隔/データ保存間隔 2014/01/14 業界コラム 分かりにくい用語とその意味 (6) サンプリング周波数 2013/12/10 業界コラム 分かりにくい用語とその意味 (5) 位相基準信号(フェーズマーカ) 2013/10/08 業界コラム 分かりにくい用語とその意味 (4) 軸振動センサのX-Y取付けでできること タック 川本䕃山 晶久万代 栄一郎中村 昌允久保田 信光藤 昭男内海 政春北原 美麗古川 怜吉田 健司園井 健二坂井 孝博堀田 智哉増本 健大西 徹弥安藤 真安藤 繁宋 欣光小川 貴弘小林 正生小畑 きいち山田 一山田 明岡本 浩和岡田 圭一島本 治川﨑 和寛後藤 一宏斉藤 好晴早川 美由紀杉田 美保子松下 修己松浦 謙一郎森本 吉春櫻井 栄男水野 勉瀧本 孝治熊谷 卓牧 昌次郎生田 幸士田中 正人田畑 和文神吉 博竹内 三保子米山 猛結城 宏信藤嶋 正彦西村 昌浩西田 麻美足立 正二金子 成彦長井 昭二青木 徹Steven D. Glaser 2021年2月2021年1月2020年12月2020年11月2020年10月2020年9月2020年8月2020年7月2020年6月2020年5月2020年4月2020年3月2020年2月2020年1月2019年12月2019年11月2019年10月2019年9月2019年8月2019年7月2019年6月2019年5月2019年4月2019年3月2019年2月2019年1月2018年12月2018年11月2018年10月2018年9月2018年8月2018年7月2018年6月2018年5月2018年4月2018年3月2018年2月2018年1月2017年12月2017年11月2017年10月2017年9月2017年8月2017年7月2017年6月2017年5月2017年4月2017年3月2017年2月2017年1月2016年12月2016年11月2016年10月2016年9月2016年8月2016年7月2016年6月2016年5月2016年4月2016年3月2016年2月2016年1月2015年12月2015年11月2015年10月2015年9月2015年8月2015年7月2015年6月2015年5月2015年4月2015年3月2015年2月2015年1月2014年12月2014年11月2014年10月2014年9月2014年8月2014年7月2014年6月2014年5月2014年4月2014年3月2014年2月2014年1月2013年12月2013年11月2013年10月2013年9月2013年8月2013年7月2013年6月2013年5月2013年4月2013年3月2013年2月2013年1月2012年12月2012年11月2012年10月2012年9月2012年8月2012年7月2012年6月2012年5月2012年4月2012年3月2012年2月2012年1月2011年12月2011年11月2011年10月2011年9月2011年8月2011年7月2011年6月2011年5月2011年4月2011年3月2011年2月2011年1月2010年12月2010年11月2010年10月2010年9月2010年8月2010年7月2010年6月2010年5月2010年4月2010年3月2010年2月2010年1月2009年12月