Řešení O-kroužků z FFKM a FKM pro extrémní teploty v plynových a parních turbínách

Neustálý závod o zvýšení účinnosti v moderní výrobě elektrické energie vedl k širokému nasazení kombinovaných cyklů s plynovými turbínami (CCGT) a pokročilých parních turbín. Tyto stroje dosahují úžasných tepelných účinností, avšak za cenu vytvoření některých z nejnáročnějších provozních podmínek pro těsnicí komponenty. Teploty v mazacích systémech plynových turbín se kvůli tepelnému přenosu z tělesa turbíny běžně pohybují v rozmezí 150–180 °°C, zatímco hřídele ventilů a systémy těsnění u parních turbín mohou být vystaveny přehřáté páře přesahující 300 °C. °C. V těchto oblastech standardní elastomery rychle selhávají, což vede k únikům oleje, únikům páry, kontaminaci a nutným odstávkám s ohromnými finančními sankcemi.

Fluorouhlíkové (FKM) elastomery jsou první obrannou linií pro těsnění za vysokých teplot v turbínách. Jejich vynikající rovnováha tepelné odolnosti (až 230 °C průběžné) a chemická odolnost vůči syntetickým esterovým turbínovým olejům (např. ISO VG 32, 46) činí tyto materiály standardní volbou pro většinu statických i dynamických těsnění v mazacích a řídicích olejových systémech. Mezi běžné aplikace patří hřídelová těsnění na pomocných čerpadlech, O-kroužky v pouzdrech filtrů a pohonech ventilů, stejně jako těsnění na pozorovacích sklech. Norma AS109 často stanovuje běžné sloučeniny FKM pro letecké a průmyslové turbínové aplikace, čímž zajišťuje základní úroveň výkonu. Pro dodatečnou mechanickou pevnost dynamických těsnění vystavených těmto horkým olejům se někdy používá jako alternativa hydrogenovaný nitril (HNBR), který nabízí vyšší odolnost proti opotřebení a dobrou kompatibilitu s oleji až do teploty přibližně 150 °C. °C.

Pro extrémní teplotní zóny však postačují pouze perfluoroelastomery (FFKM), např. Kalrez® nebo Chemraz®. Součásti z FFKM nejsou pouhým vylepšením FKM, nýbrž představují zcela jinou třídu materiálů se zcela fluorovanou polymerní strukturou. To jim poskytuje dvě výjimečné vlastnosti:

1. Spojité provozní teploty nad 300 °°C, což jim umožňuje fungovat přímo v blízkosti parních potrubí a horkých proudů plynu.

2. Téměř dokonalá odolnost vůči chemikáliím, včetně agresivních turbínových olejů, kapalin pro přenos tepla a procesních plynů, které by postupně degradovaly materiál FKM.

Jejich použití je z důvodu nákladů (často 50 až 100krát vyšších než u FKM) velmi specifické. Klíčová místa zahrnují:

· Těsnění hřídelí hlavní uzavírací a regulační ventilu parní turbíny: Přímo vystavena vysokotlaké a vysokoteplotní páře. Únik zde představuje přímou ztrátu účinnosti cyklu a bezpečnostní riziko.

· Těsnění ventilů palivového plynu plynové turbíny: Vystavena horkému palivovému plynu a možné kondenzaci agresivních sloučenin.

· Těsnění na měřicích a instrumentačních potrubích prorážejících horké turbínové pláště.

Výrobci originálního vybavení (OEM), jako jsou GE, Siemens a Mitsubishi Power, poskytují pro tato kritická místa výslovné specifikace materiálů. Logika výběru je založena na analýze režimů poruch, jejich důsledků a kritičnosti (FMECA). Inženýři přiřazují každému těsnicímu místu číslo rizikové priority (RPN) na základě závažnosti poruchy, pravděpodobnosti jejího výskytu a detekovatelnosti. U míst s vysokým RPN ospravedlňuje náklady vynikající výkon materiálu FFKM.

Tento princip se uplatňuje globálně. V Bahrajnu, kde elektrárny s kombinovaným cyklem plynové turbíny a parní turbíny (CCGT) zajišťují základní výrobu elektrické energie v pouštním prostředí s vysokou teplotou okolního vzduchu, je chlazení méně účinné, což zvyšuje teplotu oleje i povrchovou teplotu. Specifikace materiálu FFKM pro kritické hřídele uzavíracích ventilů představuje preventivní investici do spolehlivosti. Na Filipínách byly geotermální a uhelné elektrárny se staršími parními turbínami úspěšně modernizovány instalací těsnění z materiálu FFKM, čímž byly odstraněny chronické úniky páry a zlepšena účinnost elektrárny i bezpečnost personálu. Ve Spojených státech přísné environmentální předpisy týkající se emisí летuchých organických sloučenin (VOC) z úniků (programy LDAR – Leak Detection and Repair) činí bezúnikový výkon materiálu FFKM v aplikacích zabránění únikům (fugitive emissions) ekonomicky výhodným. Při výpočtu celkových nákladů na vlastnictví (TCO) je nutné zohlednit nejen cenu těsnění, ale také náklady, které se podaří ušetřit díky předejmutí ztrát výroby elektrické energie, pracovních nákladů na opravy a nákladů na dodržování environmentálních předpisů.