ガスおよび蒸気タービン向け極端な高温環境対応FFKMおよびFKMオーリングソリューション

現代の発電分野における効率性への絶え間ない追求は、複合サイクルガスタービン（CCGT）および先進クラスの蒸気タービンの広範な採用を促しました。これらの機器は驚異的な熱効率で運転されますが、その代償として、シール部品にとって最も過酷な環境のいくつかが生み出されています。ガスタービンの潤滑油システム内の温度は、タービン外殻からの熱浸透により、通常150–180 °℃に達します。一方、蒸気タービンのバルブステムおよびグランドシールシステムは、300℃を超える過熱蒸気にさらされることがあります。 °C. これらの分野では、標準のエラストマーが急速に劣化し、オイル漏れ、スチーム漏れ、汚染、および莫大な金銭的損失を伴う強制停止を引き起こします。

フルオロカーボン（FKM）エラストマーは、タービンにおける高温シールングに対する第一線の防御手段です。その優れた耐熱性（最大230℃）とバランスの取れた特性により、 °C（間欠的）および合成エステル系タービン油（例：ISO VG 32、46）に対する耐薬品性により、これらは潤滑油および制御油システムにおける静的・動的シールのほとんどで標準的な選択肢となっています。一般的な用途には、補助ポンプのシャフトシール、フィルタハウジングおよびバルブアクチュエータ内のOリング、および観察窓用ガスケットが含まれます。航空宇宙および産業用タービン用途においては、AS109規格がしばしば一般的なFKM化合物を規定しており、性能の最低基準を保証しています。また、これらの高温油にさらされる動的シールにおいてさらに優れた機械的強度を必要とする場合、水素添加ニトリルゴム（HNBR）が代替材料として使用されることがあります。HNBRは優れた耐摩耗性と、約150℃までの良好な油適合性を提供します。 °C について

ただし、極端な高温領域では、カレーズ®（Kalrez®）やケムラーズ®（Chemraz®）などのパーフルオロエラストマー（FFKM）のみが十分な性能を発揮します。FFKM部品は単に改良されたFKMではなく、完全フッ素化ポリマー構造を持つ別のクラスの材料です。これにより、以下の2つの卓越した特性が得られます：

1. 連続使用温度が300℃を超える。 °これにより、蒸気配管や高温ガス流路の直近で機能することが可能である。

2. 激しいタービン油、熱伝達流体、および時間の経過とともにFKMを劣化させるプロセスガスを含む、化学薬品に対する実質的な耐薬品性。

コストが非常に高いため（通常、FKMの50～100倍）、その適用は極めて限定的である。主な適用部位は以下のとおりである：

· 蒸気タービン主停止弁および制御弁のバルブ軸シール：高圧・高温蒸気に直接曝される。この部位での漏れは、サイクル効率の直接的な損失および安全上の危険を意味する。

· ガスタービン燃料ガス弁シール：高温燃料ガスおよび攻撃性化合物の凝縮にさらされる可能性がある。

· 高温タービンケーシングを貫通する検出・計測用配管のシール。

GE、Siemens、Mitsubishi PowerなどのOEMは、これらの重要部位に対して明確な材料仕様を提供しています。選定ロジックは、故障モード・影響・重大度分析（FMECA）に基づいています。エンジニアは、各シール部の故障の重大度、発生確率、および検出可能性をもとに、リスク優先度数（RPN）を割り当てます。RPNが高くなる部位では、FFKMの優れた性能がそのコストを正当化します。

この原則は世界中で適用されています。バーレーンでは、CCGT発電所が高温多湿な砂漠環境下でベースロード電力を供給しており、冷却効率が低下し、オイル温度および表面温度が上昇します。重要なバルブステムにFFKMを指定することは、信頼性向上のための積極的な投資です。フィリピンでは、地熱および石炭火力発電所において、老朽化した蒸気タービンにFFKMシールを後付け改造することで、長年にわたる蒸気漏れを解消し、発電所の効率と作業員の安全性を向上させることに成功しています。米国では、漏れから生じる揮発性有機化合物（VOC）排出に関する厳格な環境規制（LDARプログラム）により、逃逸排出用途におけるFFKMの完全な密閉性能が、経済的にも魅力的となっています。総所有コスト（TCO）の算出には、シール自体の価格だけでなく、発電損失による収益減、修理作業の人件費、および環境規制遵守に要するコストの回避分も含めて検討する必要があります。