פתרונות טבעות O מסוג FFKM ו-FKM לאיטום בדרישות קיצוניות של חום בטורבינות גז וסטם

השאיפה האינטנסיבית לייעול בדור המודרני של ייצור חשמל הביאה לאמצה רחבה של טורבינות גז מחזורי שילוב (CCGT) וטורבינות אדים מדור חדש. מכונות אלו פועלות ביעילות תרמית מרשים, אך מחיר זה הוא יצירת סביבות הקשות ביותר לרכיבי איטום. הטמפרטורות במערכות שמן השמירה של טורבינות הגז עלולות להגיע באופן רגיל ל-150–180 °מעלות צלזיוס בעקבות ספיגת חום מגוף הטורבינה, בעוד שגזעי השסתומים ומערכות האיטום של המפרידים בטורבינות אדים עלולים להיחשף לאדים מחוממים יתר על המידה בטמפרטורות שמעל 300 °מעלות צלזיוס. באיזורים אלו, אלסטומרים סטנדרטיים נכשלים במהירות, מה שמוביל לדליפות שמן, דליפות אדים, זיהום ולתחלות עצירה כפייה עם עונשים פיננסיים כבדים.

אלסטומרים פלואורוקרבניים (FKM) הם קו ההגנה הראשון לאיטום בטמפרטורות גבוהות בטורבינות. האיזון המمتاز שלהם בין התנגדות לחום (עד 230 °הסיבתיות המרבית של חומרים אלו (למשל, סיבתיות מדורגת מסוג C) והתנגדות כימית לשמנים טורביניים מבוססי אסטר סינטטי (למשל, ISO VG 32, 46) הופכת אותם לבחירה הסטנדרטית לרוב החתימות הסטטיות והדינמיות במערכות שמן השמנים ובמערכות שמן הבקרה. יישומים נפוצים כוללים חתימות ציר על משאבות עזר, O-rings בגופי מסננים ובמנועי שסתומים, וכן חתימות על זכוכיות תצפית. התקן AS109 מציין לעיתים קרובות תרכובות FKM נפוצות ליישומים טורביניים באווירונאוטיקה ותעשייה, ומבטיח רמה בסיסית של ביצועים. לשם עמידות מכנית מוגברת בחתימות דינמיות הנחשפות לשמנים חמים אלו, משתמשים לעיתים קרובות בניטריל מוחדר (HNBR) כחלופה, אשר מציע עמידות מעולה לשחיקה ותאימות טובה לשמנים עד כ-150 °°C.

עם זאת, באזורים של חום קיצוני, רק פרוּאוֹרוֹאלאסטומרים (FFKM), כגון Kalrez® או Chemraz®, מתאימים. חלקים מסוג FFKM אינם פשוט שיפור על FKM; הם שייכים למחלקת חומרים שונה לחלוטין, עם מבנה פולימרי מלא פלואור. עובדה זו מעניקה להם שתי תכונות י Sobrenaturalיות:

1. טמפרטורות הפעלה רציפות מעל 300 °מֵעַל, מה שמאפשר להן לפעול בקרבה ישירה לקווי אדים ונתיבי גז חמים.

2. התנגדות וירטואלית לכימיקלים, כולל שמן טורבינה אגרסיבי, נוזלי העברת חום וגזי תהליך שיפגעו ב-FKM לאורך זמן.

ההתקנה שלהם מוגבלת מאוד בגלל המחיר (לעיתים קרובות 50–100 פעמים יקר יותר מאשר FKM). המיקומים העיקריים הם:

· חגורות איטום של ציר השסתום הראשי והשליטה של טורבינת אדים: חשופות ישירות לאדים בטמפרטורה גבוהה וללחץ גבוה. דליפה כאן מהווה אובדן ישיר ביעילות המחזור וסיכון לביטחון.

· חגורות איטום של שסתום הגז הדלק של טורבינת גז: חשופות לגז דלק חם ואפשרות להיווצרות קondenסציה של תרכובות אגרסיביות.

· חגורות איטום על קווי מדידה ומדידות שחדירים לגוף הטורבינה החם.

יצרנים מקוריים (OEMs) כמו GE, Siemens ו-Mitsubishi Power מספקים مواصفות חומרים מפורשות למקומות החשובים הללו. הלוגיקה לבחירת החומר נובעת מאנליזת תבניות כשל, השפעות וקריטיות (FMECA). המהנדסים מוקצים מספר עדיפות סיכון (RPN) לכל נקודת איטום על סמך חומרת הכשל, הסבירות להתרחשותו והיכולת לגילויו. עבור נקודות עם RPN גבוה, הביצועים הרגילים של FFKM מצדיקים את עלותם.

עיקרון זה מיושם ברחבי העולם. בבחריין, שם תחנות CCGT מספקות חשמל לעומס בסיס בסביבה מדברית בטמפרטורת סביבה גבוהה, הקירור פחות יעיל, מה שמעלה את טמפרטורות הנפט והשטח. ציון FFKM עבור גבעולי שסתומים קריטיים הוא השקעה פרואקטיבית באמינות. בפיליפינים, תחנות גיאותרמיות ופחמיות עם טורבינות קיטור ישנות יותר שדרגו בהצלחה אטמי FFKM כדי לעצור דליפות קיטור כרוניות, ולשפר את יעילות התחנה ובטיחות הצוות. בארה"ב, תקנות סביבתיות מחמירות הנוגעות לפליטות תרכובות אורגניות נדיפות (VOC) מדליפות (תוכניות LDAR) הופכות את הביצועים נטולי הדליפות של FFKM ביישומי פליטות נמלטות לאטרקטיביים כלכלית. חישוב עלות הבעלות הכוללת חייב לקחת בחשבון לא רק את מחיר האטם, אלא גם את העלות שנמנעה של אובדן ייצור, עבודת תיקון ועמידה בתקנות סביבתיות.