Λύσεις O-Ring FFKM και FKM για Υψηλές Θερμοκρασίες σε Αεριοστρόβιλους και Ατμοστρόβιλους

Η αδιάκοπη αναζήτηση απόδοσης στη σύγχρονη παραγωγή ενέργειας οδήγησε στην ευρεία υιοθέτηση συνδυασμένων κύκλων αεριοστροβίλων (CCGT) και προηγμένων ατμοστροβίλων. Αυτές οι μηχανές λειτουργούν με εκπληκτικά υψηλές θερμικές αποδόσεις, αλλά αυτό έρχεται με το κόστος της δημιουργίας ορισμένων από τα πιο επιβαρυντικά περιβάλλοντα για τα στοιχεία σφράγισης. Οι θερμοκρασίες στα συστήματα λιπάνσεως αεριοστροβίλων μπορούν να φτάνουν συνήθως τους 150–180 °°C λόγω θερμικής απορρόφησης από το περίβλημα του αεριοστροβίλου, ενώ οι ράβδοι βαλβίδων ατμοστροβίλων και τα συστήματα σφράγισης γλάντζων μπορεί να εκτίθενται σε υπέρθερμο ατμό με θερμοκρασία άνω των 300 °Γ. Σε αυτούς τους τομείς, τα τυπικά ελαστομερή αποτυγχάνουν γρήγορα, με αποτέλεσμα διαρροές λαδιού, διαρροές ατμού, μόλυνση και εξαναγκασμένες διακοπές λειτουργίας, που συνεπάγονται εντυπωσιακές οικονομικές κυρώσεις.

Τα ελαστομερή φθοροϋδρογονανθράκων (FKM) αποτελούν την πρώτη γραμμή άμυνας για τη σφράγιση υψηλής θερμοκρασίας στις τουρμπίνες. Η εξαιρετική τους ισορροπία αντοχής στη θερμότητα (έως 230 °C) °Η διακοπτόμενη (C) και η χημική αντοχή τους σε συνθετικά εστερικά λάδια τουρμπίνας (π.χ. ISO VG 32, 46) τα καθιστούν την προτιμώμενη επιλογή για την πλειοψηφία των στατικών και δυναμικών σφραγίδων στα συστήματα λιπάνσεως και ελέγχου λαδιού. Συνηθισμένες εφαρμογές περιλαμβάνουν σφραγίδες άξονα σε βοηθητικές αντλίες, δακτυλίους O-σχήματος σε περιβλήματα φίλτρων και ενεργοποιητές βαλβίδων, καθώς και παρεμβύσματα σε γυάλινα παραθυράκια παρατήρησης. Το πρότυπο AS109 καθορίζει συχνά τις κοινές συνθέσεις FKM για εφαρμογές σε αεροδιαστημικούς και βιομηχανικούς τούρμπινες, διασφαλίζοντας ένα ελάχιστο επίπεδο απόδοσης. Για επιπλέον μηχανική αντοχή σε δυναμικές σφραγίδες που εκτίθενται σε αυτά τα ζεστά λάδια, χρησιμοποιείται ενίοτε ως εναλλακτική λύση το Υδρογονωμένο Νιτρίλιο (HNBR), το οποίο προσφέρει ανώτερη αντίσταση στην απόσβηση και καλή συμβατότητα με λάδια έως περίπου 150 °C. °Γ.

Ωστόσο, για τις ζώνες εξτρεμιστικής θερμότητας, επαρκούν μόνο οι Περφθοροελαστομερείς (FFKM), όπως τα Kalrez® ή τα Chemraz®. Τα εξαρτήματα FFKM δεν αποτελούν απλώς βελτιωμένες εκδόσεις FKM· ανήκουν σε διαφορετική κατηγορία υλικού με πλήρως φθοριούχη πολυμερή δομή. Αυτό τους παρέχει δύο εξαιρετικές ιδιότητες:

1. Συνεχής λειτουργική θερμοκρασία πάνω από 300 °°C, επιτρέποντάς τους να λειτουργούν σε άμεση γειτνίαση με ατμοσωλήνες και διαδρόμους ζεστού αερίου.

2. Σχεδόν ανεπηρέαστοι από χημικές ουσίες, συμπεριλαμβανομένων των επιθετικών λιπαντικών για τουρμπίνες, των υγρών μεταφοράς θερμότητας και των αερίων διεργασιών, τα οποία θα προκαλούσαν σταδιακή φθορά του FKM με τον καιρό.

Η εφαρμογή τους είναι εξαιρετικά εξειδικευμένη λόγω του κόστους τους (συχνά 50–100 φορές υψηλότερο από αυτό του FKM). Οι βασικές τοποθεσίες περιλαμβάνουν:

· Στεγανοποιήσεις των ράβδων βαλβίδων κύριας διακοπής και ελέγχου ατμοστροβίλων: Εκτίθενται άμεσα σε ατμό υψηλής πίεσης και υψηλής θερμοκρασίας. Μια διαρροή σε αυτό το σημείο συνεπάγεται άμεση απώλεια απόδοσης του κύκλου και κινδύνου για την ασφάλεια.

· Στεγανοποιήσεις βαλβίδων καυσίμου αερίου για αεριοστροβίλους: Εκτίθενται σε ζεστό καύσιμο αέριο και πιθανή συμπύκνωση επιθετικών ενώσεων.

· Στεγανοποιήσεις σε γραμμές αισθητήρων και οργάνων που διαπερνούν τα ζεστά περιβλήματα των τουρμπινών.

Οι κατασκευαστές πρωτογενούς εξοπλισμού (OEM) όπως η GE, η Siemens και η Mitsubishi Power παρέχουν σαφείς προδιαγραφές υλικών για αυτές τις κρίσιμες θέσεις. Η λογική επιλογής καθορίζεται από μια Ανάλυση Τρόπων Αποτυχίας, Επιπτώσεων και Κρισιμότητας (FMECA). Οι μηχανικοί αναθέτουν έναν αριθμό προτεραιότητας κινδύνου (RPN) σε κάθε σημείο σφράγισης βάσει της σοβαρότητας της αποτυχίας, της πιθανότητας εμφάνισής της και της δυνατότητας ανίχνευσής της. Για τα σημεία με υψηλό RPN, η ανώτερη απόδοση του FFKM δικαιολογεί το κόστος του.

Αυτή η αρχή εφαρμόζεται παγκοσμίως. Στο Μπαχρέιν, όπου οι εγκαταστάσεις CCGT παρέχουν βασική ισχύ σε ένα ερημικό περιβάλλον με υψηλή θερμοκρασία περιβάλλοντος, η ψύξη είναι λιγότερο αποτελεσματική, με αποτέλεσμα να αυξάνονται οι θερμοκρασίες του λαδιού και των επιφανειών. Η επιλογή FFKM για τους κρίσιμους άξονες βαλβίδων αποτελεί μια προληπτική επένδυση στην αξιοπιστία. Στις Φιλιππίνες, γεωθερμικές και ανθρακοκαύσιμες εγκαταστάσεις με παλαιότερους ατμοστρόβιλους έχουν επιτύχει με επιτυχία την αναβάθμιση των σφραγίδων FFKM για τη διακοπή χρόνιων διαρροών ατμού, βελτιώνοντας την απόδοση της εγκατάστασης και την ασφάλεια του προσωπικού. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, οι αυστηροί περιβαλλοντικοί κανονισμοί σχετικά με τις εκπομπές πτητικών οργανικών ενώσεων (VOC) από διαρροές (προγράμματα LDAR) καθιστούν την απόλυτα στεγανή απόδοση του FFKM σε εφαρμογές φυγόρροιας εκπομπής οικονομικά ελκυστική. Ο υπολογισμός του συνολικού κόστους κατοχής πρέπει να λαμβάνει υπόψη όχι μόνο την τιμή της σφραγίδας, αλλά και το κόστος που αποφεύγεται λόγω απώλειας παραγωγής, εργατικού κόστους για επισκευές και συμμόρφωσης προς τους περιβαλλοντικούς κανονισμούς.