Soluções de juntas tóricas de FFKM e FKM para altas temperaturas extremas em turbinas a gás e a vapor

A busca incansável por eficiência na geração moderna de energia levou à ampla adoção de turbinas a gás de ciclo combinado (CCGT) e turbinas a vapor de classe avançada. Essas máquinas operam com eficiências térmicas impressionantes, mas isso tem como custo a criação de alguns dos ambientes mais agressivos para componentes de vedação. Temperaturas nos sistemas de óleo lubrificante de turbinas a gás podem rotineiramente atingir 150–180 °°C devido à transferência de calor proveniente da carcaça da turbina, enquanto hastes de válvulas de turbinas a vapor e sistemas de vedação de gaxetas podem ser expostos a vapor superaquecido acima de 300 °C. Nessas áreas, elastômeros convencionais falham rapidamente, causando vazamentos de óleo, vazamentos de vapor, contaminação e paradas forçadas com penalidades financeiras astronômicas.

Elastômeros de fluoro-carbono (FKM) são a primeira linha de defesa para vedação em altas temperaturas em turbinas. Seu excelente equilíbrio entre resistência ao calor (até 230 °C intermitente) e resistência química a óleos de turbina à base de éster sintético (por exemplo, ISO VG 32, 46) tornam-nos a escolha padrão para a maioria das juntas estáticas e dinâmicas nos sistemas de lubrificação e óleo de controle. Aplicações comuns incluem vedação de eixos em bombas auxiliares, O-rings em carcaças de filtros e atuadores de válvulas, bem como juntas em vidros de observação. O padrão AS109 frequentemente especifica compostos comuns de FKM para aplicações aeroespaciais e industriais em turbinas, garantindo um nível básico de desempenho. Para maior resistência mecânica em juntas dinâmicas expostas a esses óleos quentes, o Nitrila Hidrogenado (HNBR) é por vezes utilizado como alternativa, oferecendo excelente resistência à abrasão e boa compatibilidade com óleos até cerca de 150 °°C.

No entanto, nas zonas de calor extremo, apenas os perfluoroelastômeros (FFKM), como o Kalrez® ou o Chemraz®, são adequados. As peças em FFKM não são meramente uma versão aprimorada de FKM; tratam-se de um material de classe distinta, com uma estrutura polimérica totalmente fluorada. Isso confere-lhes duas propriedades excepcionais:

1. Temperaturas de operação contínua acima de 300 °°C, permitindo que funcionem em proximidade direta com tubulações de vapor e trajetórias de gases quentes.

2. Inércia virtual a produtos químicos, incluindo óleos agressivos para turbinas, fluidos de transferência de calor e gases de processo que degradariam o FKM ao longo do tempo.

Sua aplicação é altamente específica devido ao custo (frequentemente 50 a 100 vezes superior ao do FKM). Os locais principais incluem:

· Selos dos eixos das válvulas principais de parada e controle de turbinas a vapor: expostos diretamente ao vapor de alta pressão e alta temperatura. Um vazamento nesse ponto representa uma perda direta de eficiência do ciclo e um risco à segurança.

· Selos das válvulas de gás combustível de turbinas a gás: expostos ao gás combustível quente e possivelmente à condensação de compostos agressivos.

· Selos em linhas de sensores e instrumentação que atravessam carcaças quentes de turbinas.

Fabricantes de equipamentos originais (OEMs), como GE, Siemens e Mitsubishi Power, fornecem especificações explícitas de materiais para esses locais críticos. A lógica de seleção é orientada por uma Análise de Modos de Falha, Efeitos e Criticidade (FMECA). Os engenheiros atribuem um número de prioridade de risco (RPN) a cada ponto de vedação com base na gravidade da falha, na probabilidade de ocorrência e na detectabilidade. Para pontos com um RPN elevado, o desempenho superior do FFKM justifica seu custo.

Este princípio é aplicado globalmente. No Bahrein, onde usinas CCGT fornecem energia de base em um ambiente desértico com temperaturas ambientes elevadas, o resfriamento é menos eficaz, elevando as temperaturas do óleo e das superfícies. Especificar FFKM para hastes críticas de válvulas representa um investimento proativo em confiabilidade. Nas Filipinas, usinas geotérmicas e a carvão com turbinas a vapor mais antigas conseguiram, com sucesso, substituir retroativamente as vedações por FFKM para eliminar vazamentos crônicos de vapor, melhorando a eficiência da usina e a segurança do pessoal. Nos Estados Unidos, regulamentações ambientais rigorosas relativas às emissões de compostos orgânicos voláteis (COV) provenientes de vazamentos (programas LDAR) tornam o desempenho livre de vazamentos do FFKM em aplicações de emissões fugitivas economicamente atrativo. O cálculo do custo total de propriedade deve levar em conta não apenas o preço da vedação, mas também os custos evitados decorrentes da geração perdida, da mão de obra para reparos e do cumprimento das exigências ambientais.