FFKM- og FKM-O-ring-løsninger til ekstrem varme i gas- og dampeturbiner

Den uafbrudte jagt på effektivitet inden for moderne kraftproduktion har ført til en bred anvendelse af kombinerede cyklus-gasmåler (CCGT) og avancerede dampmåler. Disse maskiner opnår imponerende termiske virkningsgrader, men dette sker på bekostning af at skabe nogle af de mest krævende miljøer for tætningskomponenter. Temperaturerne i gasmålerens smøresystem kan regelmæssigt nå 150–180 °°C p.g.a. varmeoverførsel fra turbinens kappe, mens dampmålerens ventilaksler og pakningsanordninger til tætning kan udsættes for overhedet damp ved over 300 °C. I disse områder svigter standardelastomere hurtigt, hvilket fører til olieudlæb, dampudlæb, forurening og tvungne stop med ødelæggende økonomiske konsekvenser.

Fluorcarbon (FKM)-elastomere er den første forsvarslinje for tætning ved høje temperaturer i turbineanlæg. Deres fremragende balance mellem varmebestandighed (op til 230 °C-intermittent) og kemisk modstandsdygtighed over for syntetiske esterbaserede turbinolier (f.eks. ISO VG 32, 46) gør dem til standardvalget for de fleste statiske og dynamiske tætninger i smøresystemer og styreoliesystemer. Almindelige anvendelsesområder omfatter akseltætninger på hjælpepumper, O-ringe i filterhuse og ventilaktuatorer samt pakninger på synsglas. Standarden AS109 specificerer ofte almindelige FKM-sammensætninger til luftfarts- og industrielle turbinanvendelser og sikrer dermed en basisniveau af ydeevne. For ekstra mekanisk styrke i dynamiske tætninger, der udsættes for disse varme olie, anvendes hydrogeniseret nitrilgummi (HNBR) nogle gange som alternativ, da det tilbyder fremragende slidmodstand og god oliekompabilitet op til ca. 150 °C °C.

For ekstreme højtemperaturområder er kun perfluoroelastomerer (FFKM), såsom Kalrez® eller Chemraz®, egnet. FFKM-dele er ikke blot forbedrede FKM-materialer; de udgør en helt anden materialeklasse med en fuldstændig fluorineret polymerstruktur. Dette giver dem to overordnede egenskaber:

1. Kontinuerlige driftstemperaturer over 300 °°C, hvilket gør dem i stand til at fungere i direkte nærhed af dampledninger og varme gasveje.

2. Virtuel inertitet over for kemikalier, herunder aggressive turbinolier, varmeoverførselsvæsker og procesgasser, som vil nedbryde FKM med tiden.

Deres anvendelse er meget målrettet på grund af omkostningerne (ofte 50–100 gange så høje som for FKM). Nøgleplaceringer omfatter:

· Dampturbinens hovedstop- og reguleringsventilstangtætninger: Direkte udsat for damp under højt tryk og høj temperatur. En utæthed her medfører en direkte tab af cykluseffektivitet og udgør en sikkerhedsrisiko.

· Gasturbinens brændstofgasventiltætninger: Udsat for varm brændstofgas og mulig kondensering af aggressive forbindelser.

· Tætninger på føler- og instrumenteringsledninger, der trænger igennem varme turbinhuse.

OEM'er som GE, Siemens og Mitsubishi Power angiver eksplicitte materialekrav for disse kritiske placeringer. Valglogikken styres af en analyse af fejlmåde, virkninger og kritikalitet (FMECA). Ingeniører tildeler hvert tætningspunkt et risikoprioritetsnummer (RPN) baseret på fejlens alvorlighed, sandsynligheden for forekomst og detektionsmuligheden. For punkter med et højt RPN retfærdiggør FFKM's overlegne ydeevne dets omkostninger.

Dette princip anvendes globalt. I Bahrain, hvor CCGT-anlæg leverer basebelastningskraft i en ørkenmiljø med høj omgivende temperatur, er kølingen mindre effektiv, hvilket fører til højere olie- og overfladetemperaturer. At specificere FFKM til kritiske ventilaksler er en proaktiv investering i pålidelighed. På Filippinerne har geotermiske og kulbaserede kraftværker med ældre damp-turbiner succesfuldt eftermonteret FFKM-tætninger for at standse kroniske damplækkager, hvilket forbedrer anlæggets effektivitet og personale sikkerheden. I USA gør strenge miljøregler vedrørende udslip af flygtige organiske forbindelser (VOC) fra lækkager (LDAR-programmer) FFKMs lækkefrie ydeevne i tilfælde af uønskede udslip økonomisk attraktiv. Beregningen af den samlede ejerskabsomkostning skal tage højde for ikke kun tætningsprisen, men også de undgåede omkostninger forbundet med tabt elproduktion, reparationer og overholdelse af miljøkrav.