Soluciones de juntas tóricas de FFKM y FKM para temperaturas extremas en turbinas de gas y de vapor

La búsqueda incansable de eficiencia en la generación eléctrica moderna ha llevado a la adopción generalizada de turbinas de gas de ciclo combinado (CCGT) y turbinas de vapor de clase avanzada. Estas máquinas operan con eficiencias térmicas impresionantes, pero esto conlleva el costo de crear algunos de los entornos más exigentes para los componentes de sellado. Las temperaturas en los sistemas de aceite lubricante de las turbinas de gas pueden alcanzar habitualmente los 150–180 °°C debido a la transferencia de calor desde la carcasa de la turbina, mientras que los vástagos de las válvulas y los sistemas de sellado de empaquetaduras de las turbinas de vapor pueden estar expuestos a vapor sobrecalentado a más de 300 °C. En estos entornos, los elastómeros estándar fallan rápidamente, lo que provoca fugas de aceite, fugas de vapor, contaminación y paradas forzadas con sanciones financieras astronómicas.

Los elastómeros de fluorocarbono (FKM) son la primera línea de defensa para el sellado a altas temperaturas en turbinas. Su excelente equilibrio entre resistencia al calor (hasta 230 °La resistencia intermitente al calor (C) y a la acción química de los aceites para turbinas a base de ésteres sintéticos (por ejemplo, ISO VG 32, 46) los convierte en la opción estándar para la mayoría de las juntas estáticas y dinámicas en los sistemas de lubricación y de aceite de control. Las aplicaciones habituales incluyen sellos de eje en bombas auxiliares, juntas tóricas (O-rings) en carcasas de filtros y actuadores de válvulas, y juntas en cristales de observación. La norma AS109 suele especificar compuestos comunes de FKM para aplicaciones aeroespaciales e industriales en turbinas, garantizando un nivel mínimo de rendimiento. Para lograr una mayor resistencia mecánica en sellos dinámicos expuestos a estos aceites calientes, a veces se utiliza como alternativa el nitrilo hidrogenado (HNBR), que ofrece una excelente resistencia a la abrasión y buena compatibilidad con aceites hasta aproximadamente 150 °C. °C. ¿ Qué?

Sin embargo, en las zonas de calor extremo, únicamente los perfluoroelastómeros (FFKM), como Kalrez® o Chemraz®, resultan adecuados. Las piezas de FFKM no son simplemente una versión mejorada de FKM; constituyen una categoría distinta de material, con una estructura polimérica totalmente fluorada. Esto les confiere dos propiedades excepcionales:

1. Temperaturas de funcionamiento continuo superiores a 300 °°C, lo que les permite funcionar en proximidad directa con tuberías de vapor y trayectorias de gases calientes.

2. Inercia virtual frente a productos químicos, incluidos aceites para turbinas agresivos, fluidos de transferencia de calor y gases de proceso que degradarían el FKM con el tiempo.

Su aplicación es muy específica debido a su costo (a menudo 50 a 100 veces superior al del FKM). Las ubicaciones clave incluyen:

· Sellos del vástago de las válvulas principales de cierre y de regulación de turbinas de vapor: expuestos directamente al vapor de alta presión y alta temperatura. Una fuga en este punto representa una pérdida directa de eficiencia del ciclo y un riesgo para la seguridad.

· Sellos de las válvulas de gas combustible de turbinas de gas: expuestos al gas combustible caliente y posiblemente a la condensación de compuestos agresivos.

· Sellos en las líneas de detección e instrumentación que atraviesan las carcasas calientes de las turbinas.

Los fabricantes de equipos originales (OEM) como GE, Siemens y Mitsubishi Power proporcionan especificaciones explícitas de materiales para estas ubicaciones críticas. La lógica de selección se basa en un análisis de modos de fallo, efectos y criticidad (FMECA). Los ingenieros asignan un número de prioridad de riesgo (RPN) a cada punto de sellado según la gravedad del fallo, la probabilidad de ocurrencia y la detectabilidad. Para los puntos con un RPN elevado, el rendimiento superior del FFKM justifica su costo.

Este principio se aplica a nivel mundial. En Baréin, donde las centrales de ciclo combinado de gas y vapor (CCGT) suministran energía de base en un entorno desértico con temperaturas ambientales elevadas, la refrigeración es menos eficaz, lo que provoca un aumento de las temperaturas del aceite y de las superficies. Especificar FFKM para los vástagos de válvulas críticas constituye una inversión proactiva en fiabilidad. En Filipinas, centrales geotérmicas y de carbón equipadas con turbinas de vapor antiguas han sustituido con éxito sus juntas originales por sellos de FFKM para detener fugas crónicas de vapor, mejorando así la eficiencia de la planta y la seguridad del personal. En Estados Unidos, las estrictas normativas medioambientales relativas a las emisiones de compuestos orgánicos volátiles (COV) procedentes de fugas (programas LDAR) hacen que el rendimiento libre de fugas del FFKM en aplicaciones de emisiones fugitivas resulte económicamente atractivo. El cálculo del costo total de propiedad debe tener en cuenta no solo el precio del sello, sino también los costos evitados derivados de la generación perdida, la mano de obra necesaria para las reparaciones y el cumplimiento de las normativas medioambientales.