FFKM- ja FKM-O-renkaat ratkaisuina erittäin korkeaan lämpötilaan kaasu- ja höyryturbiineissa

Nykyisen sähköntuotannon tehokkuuden jatkuva parantaminen on johtanut yhdistettyjen kiertoprosessien kaasuturbiinien (CCGT) ja edistyneiden luokkien höyryturbiinien laajalle leviämiseen. Nämä koneet toimivat hämmästyttävän korkealla lämpötehokkuudella, mutta tämä saavutetaan hintana, joka aiheuttaa tiukimmat mahdolliset olosuhteet tiivistyskomponenteille. Kaasuturbiinien voiteluöljyjärjestelmien lämpötilat voivat säännöllisesti nousta 150–180 °C:seen turbiinikotelon lämmön vaikutuksesta, kun taas höyryturbiinien venttiilivarteen ja tiivistysjärjestelmiin voi kohdistua yli 300 °C:n ylikuumennettua höyryä. °°C:n ylikuumennettua höyryä. °C. Nämä alueet tuhoavat standardielastomeerit nopeasti, mikä johtaa öljyn vuotamiseen, höyryn vuotamiseen, saastumiseen ja pakollisiin pysähtelyihin, joista aiheutuu järkyttäviä taloudellisia seuraamuksia.

Fluorikarboni-elastomeerit (FKM) ovat ensimmäinen puolustuslinja korkean lämpötilan tiivistämisessä turbiineissa. Niillä on erinomainen tasapaino lämmönkestävyydessä (enintään 230 °C-väliaikainen) ja kemiallinen kestävyys synteettisiin esteripohjaisiin turbiiniöljyihin (esim. ISO VG 32, 46) tekevät niistä yleisimmän valinnan useimmille staattisille ja dynaamisille tiivistöille voitelu- ja ohjausöljyjärjestelmissä. Tyypillisiä sovelluksia ovat akselitiivistimet apukoneissa, O-renkaat suodatinkoteloissa ja venttiilien toimilaitteissa sekä tiivistyslevyt katkolaseissa. AS109-standardi määrittelee usein yleisiä FKM-seoksia ilmailu- ja teollisuusturbiinisovelluksiin, mikä takaa perustason suorituskykyä. Lisämekaanista lujuutta dynaamisille tiivistöille, jotka altistuvat näille kuumille öljyille, käytetään joskus vaihtoehtoisena vetytetettyä nitriliä (HNBR), joka tarjoaa paremman kulutuskestävyyden ja hyvän öljy-yhteensopivuuden noin 150 °C:n lämpötilaan saakka. °C. Se on

Kuitenkin äärimmäisen kuumille alueille riittävät ainoastaan perfluoroelastomeerit (FFKM), kuten Kalrez® tai Chemraz®. FFKM-osat eivät ole pelkästään parannettuja FKM-materiaaleja; ne muodostavat eri materiaaliluokan täysin fluoroidun polymeerirakenteen ansiosta. Tämä antaa niille kaksi poikkeuksellista ominaisuutta:

1. Jatkuvat käyttölämpötilat yli 300 °C, mikä mahdollistaa niiden käytön suoraan höyryputkien ja kuumien kaasuvirtojen läheisyydessä. °C, mikä mahdollistaa niiden käytön suoraan höyryputkien ja kuumien kaasuvirtojen läheisyydessä.

2. Kemikaalien suhteen lähes täydellinen inerttisuus, mukaan lukien aggressiiviset turbiinivoiteluöljyt, lämmönsiirtynesteet ja prosessikaasut, jotka heikentäisivät FKM-materiaalia ajan myötä.

Niiden käyttö on erityisen kohdennettua kustannusten takia (usein 50–100-kertaiset verrattuna FKM-materiaaliin). Tärkeimmät käyttöpaikat ovat:

· Höyryturbiinin pääsulku- ja säätöventtiilin varren tiivisteet: Suoraan alttiina korkeapaineiselle ja korkealämpöiselle höyrylle. Tässä paikassa tapahtuva vuoto merkitsee suoraa kierron hyötysuhteen laskua ja turvallisuusriskiä.

· Kaasuturbiinin polttoainesulkuventtiilin tiivisteet: Altis kuumalle polttoainesuulle ja mahdollisille aggressiivisten yhdisteiden kondensoitumisille.

· Tuntemis- ja mittauslinjojen tiivisteet, jotka kulkevat kuumien turbiinikuorten läpi.

OEM-valmistajat, kuten GE, Siemens ja Mitsubishi Power, antavat näille kriittisille paikoille selkeät materiaalimäärittelyt. Valintalogiikka perustuu vianmuodon, vaikutusten ja kriittisyysanalyysiin (FMECA). Insinöörit antavat jokaiselle tiivistepisteelle riskiprioriteettiluvun (RPN) perustuen vian vakavuuteen, sen esiintymistodennäköisyyteen ja havaittavuuteen. Korkean RPN:n saaneissa pisteissä FFKM-materiaalin parempi suorituskyky oikeuttaa sen korkeamman hinnan.

Tätä periaatetta sovelletaan maailmanlaajuisesti. Bahrainissa, jossa CCGT-voimalaitokset tuottavat peruskuormaa korkeassa ympäristölämpötilassa sijaitsevassa aavikkoalueella, jäähdytys on vähemmän tehokasta, mikä nostaa öljyn ja pinnan lämpötiloja. FFKM-materiaalin määrittely kriittisille venttiilivarsille on ennaltaehkäisevä luotettavuusinvestointi. Filippiineillä geoterminen ja hiilipohjainen voimalaitos, jossa on vanhoja höyryturbiineja, on onnistuneesti päivittänyt FFKM-tiivistykset estääkseen kroonisia höyryvuotoja, mikä parantaa voimalaitoksen hyötysuhdetta ja henkilökunnan turvallisuutta. Yhdysvalloissa tiukat ympäristövaatimukset haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC) päästöistä vuotojen kautta (LDAR-ohjelmat) tekevät FFKM:n vuotamattoman suorituskyvyn vuotavien päästöjen sovelluksissa taloudellisesti houkuttelevaksi. Kokonaishintalaskelmassa on otettava huomioon paitsi tiivistyksen hinta, myös menetetyn sähköntuotannon, korjaustyön ja ympäristövaatimusten noudattamisen kustannusten välttäminen.