FFKM- og FKM-O-ring-løsninger for ekstrem varme i gass- og dampeturbiner

Den uavbrutte jakten på effektivitet i moderne kraftproduksjon har ført til bred anvendelse av kombisyslemgass-turbiner (CCGT) og avanserte dampeturbiner. Disse maskinene oppnår imponerende termiske virkningsgrader, men dette skjer på bekostning av å skape noen av de mest krevende miljøene for tettningskomponenter. Temperaturer i smøresystemene til gass-turbiner kan vanligvis nå 150–180 °°C som følge av varmeopptak fra turbinhuset, mens ventilstammer og tettingsystemer for pakninger i dampeturbiner kan utsettes for overhetet damp ved over 300 °C. I disse områdene svikter standardelastomerer raskt, noe som fører til oljelkkasjer, damplekasjer, forurensning og tvungne stopp med enorme økonomiske konsekvenser.

Fluorkarbon (FKM)-elastomerer er første forsvarslinje for tetting ved høy temperatur i turbiner. Deres utmerkede balanse mellom varmebestandighet (opp til 230 °C-intermittent) og kjemisk motstandsdyktighet mot syntetiske esterbaserte turbinoljer (f.eks. ISO VG 32, 46) gjør dem til standardvalget for de fleste statiske og dynamiske tetninger i smøresystemer og kontrolloljesystemer. Typiske anvendelser inkluderer akseltetninger på hjelpepumper, O-ringar i filterhus og ventilstyringsenheter samt pakninger på inspeksjonsruter. Standarden AS109 angir ofte vanlige FKM-sammensetninger for luftfarts- og industrielle turbinanvendelser, noe som sikrer et grunnleggende nivå av ytelse. For økt mekanisk styrke i dynamiske tetninger som utsettes for disse varme oljene, brukes hydrogenert nitrilgummi (HNBR) noen ganger som alternativ, og tilbyr bedre slitasjemotstand og god oljekompatibilitet opp til ca. 150 °C.

For ekstreme varmesoner er imidlertid bare perfluorelastomerer (FFKM), som Kalrez® eller Chemraz®, egnet. FFKM-deler er ikke bare forbedrede FKM-materialer; de utgjør en helt annen materieklasse med en fullstendig fluorert polymerstruktur. Dette gir dem to overordnede egenskaper:

1. Kontinuerlige driftstemperaturer over 300 °°C, noe som gjør at de kan fungere i direkte nærhet av dampledninger og varme gassbaner.

2. Virtuell inertitet overfor kjemikalier, inkludert aggressive turbinoljer, varmeoverføringsvæsker og prosessgasser som vil bryte ned FKM med tiden.

Bruken deres er svært målrettet på grunn av kostnadene (ofte 50–100 ganger høyere enn FKM). Sentrale plasseringer inkluderer:

· Hovedstopp- og regulerventilspaktklerker for dampturbiner: Direkte utsatt for damp under høyt trykk og høy temperatur. En lekkasje her medfører en direkte tap av sykluseffektivitet og en sikkerhetsrisiko.

· Klerker for brenngassventiler i gasturbiner: Utsatt for varm brenngass og mulig kondensering av aggressive forbindelser.

· Klerker på måle- og instrumenteringsledninger som går gjennom varme turbinhus.

OEM-er som GE, Siemens og Mitsubishi Power gir eksplisitte materiellspesifikasjoner for disse kritiske områdene. Valglogikken styres av en analyse av feilmodus, virkninger og kritikalitet (FMECA). Ingeniører tilordner et risikoprioritetsnummer (RPN) til hvert tetningspunkt basert på alvorlighetsgraden av feilen, sannsynligheten for at den oppstår og muligheten for å oppdage den. For punkter med et høyt RPN rettferdiggjør den overlegne ytelsen til FFKM kostnaden.

Dette prinsippet anvendes globalt. I Bahrain, der CCGT-anlegg leverer grunnlastkraft i en ørkenmiljø med høy omgivelsestemperatur, er kjøling mindre effektiv, noe som fører til høyere olje- og overflatetemperaturer. Å spesifisere FFKM for kritiske ventilstenger er en proaktiv investering i pålitelighet. På Filippinene har geotermiske og kullfyrte anlegg med eldre dampturbiner vellykket ettermontert FFKM-tettinger for å stanse kroniske damplekkasjer, noe som forbedrer anleggets effektivitet og personellens sikkerhet. I USA gjør strenge miljøreguleringer angående utslipp av flyktige organiske forbindelser (VOC) fra lekkasjer (LDAR-programmer) FFKMs lekkasjefrie ytelse i tilfeller av uønsket utslipp økonomisk attraktiv. Beregningen av totalkostnaden for eierskap må ta hensyn til ikke bare tettingsprisen, men også de unngåtte kostnadene knyttet til tapte kraftproduksjon, reparasjonsarbeid og overholdelse av miljøkrav.