FFKM- és FKM O-gyűrű megoldások gáz- és gőzturbinákban fellépő extrém hőhatásokra

A modern energiatermelés hatékonyságának folyamatos növelése vezetett a kombinált ciklusú gázturbinák (CCGT) és az új generációs gőzturbinák széles körű alkalmazásához. Ezek a gépek lenyűgöző hőhatékonysággal működnek, ám ez azzal jár, hogy a tömítőelemek számára néhány legkeményebb környezetet teremtik meg. A gázturbina kenőolaj-rendszereiben a hőmérséklet gyakran eléri a 150–180 °°C-ot a turbinküpen keresztül történő hőátadás (heat soak) miatt, míg a gőzturbina szelepszárai és nyomáscsökkentő tömítőrendszerei akár 300 °C feletti túlhevített gőznek is kitettek lehetnek °C. Ezekben a környezetekben a szokásos elasztomerek gyorsan meghibásodnak, ami olajszivárgáshoz, gőzszivárgáshoz, szennyeződéshez és kényszerített leállásokhoz vezet, amelyek jelentős pénzügyi büntetésekkel járnak.

A fluorokarbon (FKM) elasztomerek az első védelmi vonal a turbinák magas hőmérsékletű tömítésében. Kiváló hőállóságuk (legfeljebb 230 °C-ig) °A C időszakos) és kémiai ellenállásuk a szintetikus észteralapú turbinazsírok (pl. ISO VG 32, 46) szemben teszi őket a legtöbb statikus és dinamikus tömítés szabványos választásává a kenő- és vezérlőolaj-rendszerekben. Gyakori alkalmazási területek például az auxiliáris szivattyúk tengelytömítései, szűrőházakban és szelepműködtetőkben használt O-gyűrűk, valamint a látóüvegeken alkalmazott tömítőgyűrűk. Az AS109 szabvány gyakran előírja a közepes FKM összetételű anyagokat légi- és ipari turbinákhoz, így biztosítva egy alapvető teljesítményszintet. További mechanikai szilárdság érdekében a dinamikus tömítéseknél, amelyek ezeknek a forró olajoknak vannak kitéve, néha alternatívaként hidrogénezett nitril-gumi (HNBR) használatos, amely kiváló kopásállóságot és jó olajkompatibilitást nyújt kb. 150 °C-ig. °C.

Azonban a szélsőséges hőterületeken kizárólag perfluoroelasztomerek (FFKM), például a Kalrez® vagy a Chemraz®, elegendőek. Az FFKM alkatrészek nem egyszerűen javított FKM anyagok; teljesen más anyagcsoportot képviselnek, mivel teljesen fluorozott polimer szerkezetük van. Ez két különleges tulajdonságot biztosít számukra:

1. Folyamatos üzemelési hőmérséklet 300 °C felett °, így közvetlenül a gőzvezetékek és a forró gázáramlások közelében is működhetnek.

2. Gyakorlatilag ellenállók a vegyi anyagokkal szemben, beleértve az agresszív turbinazsírokat, hőátadó folyadékokat és folyamatgázokat, amelyek idővel lerontanák az FKM anyagot.

Alkalmazásuk nagyon célzott, mivel az áruk magas (gyakran az FKM árának 50–100-szerese). Fő alkalmazási helyeik:

· Gőzturbinák fő leállító- és szabályzó szelep tömítései: Közvetlenül ki vannak téve a nagynyomású, magas hőmérsékletű gőznek. Ezen a helyen bekövetkező szivárgás közvetlen hatással van a ciklus hatásfokára, valamint biztonsági kockázatot jelent.

· Gázturbinák tüzelőgáz-szelep tömítései: Forró tüzelőgáznak és esetleg agresszív vegyületek kondenzációjának vannak kitéve.

· Érzékelő- és műszerezési vezetékek tömítései, amelyek átmennek a forró turbinaházakon.

Az OEM-ek, például a GE, a Siemens és a Mitsubishi Power egyértelmű anyagmeghatározásokat nyújtanak ezekhez a kritikus helyekhez. A kiválasztási logikát a hibamód-, hatás- és kritikusságelemzés (FMECA) határozza meg. A mérnökök kockázati prioritási számot (RPN) rendelnek hozzá minden tömítési ponthoz a hiba súlyossága, bekövetkezésének valószínűsége és észlelhetősége alapján. Azoknál a pontoknál, ahol az RPN magas, az FFKM anyag kiváló teljesítménye indokolja az árát.

Ez az elv globálisan alkalmazásra kerül. Bahreinben, ahol a CCGT-erőművek alapterhelésű áramot szolgáltatnak egy magas környezeti hőmérsékletű sivatagi környezetben, a hűtés kevésbé hatékony, ami az olaj- és felületi hőmérsékletek növekedését eredményezi. A kritikus szelepszárakhoz az FFKM anyag megadása egy proaktív megbízhatósági befektetés. A Fülöp-szigeteken a geotermikus és szénalapú erőművekben, amelyek régi gőzturbinákkal működnek, sikeresen cserélték le az FFKM tömítéseket a krónikus gőrészecskék megállítására, javítva ezzel az erőmű hatékonyságát és a személyzet biztonságát. Az Egyesült Államokban a szivárgásokból (LDAR-programok) származó illékony szerves vegyületek (VOC) kibocsátására vonatkozó szigorú környezetvédelmi előírások miatt az FFKM anyag szivárgásmentes teljesítménye a szabadon szökő kibocsátások alkalmazásában gazdaságilag vonzóvá válik. A teljes tulajdonlási költség kiszámításánál nemcsak a tömítés árát, hanem a kiesett termelés, a javítási munkaerő és a környezetvédelmi előírások betartásának elkerült költségeit is figyelembe kell venni.