Riešenia O-krúžkov z FFKM a FKM pre extrémne vysoké teploty v plynových a parných turbínach

Neustále usilovanie o zvýšenie účinnosti v modernej výrobe elektrickej energie viedlo k širokému použitiu plynových turbín s kombinovaným cyklom (CCGT) a pokročilých parných turbín. Tieto stroje dosahujú úžasnú tepelnú účinnosť, avšak za cenu vytvorenia niektorých z najnáročnejších prostredí pre tesniace komponenty. Teploty v systémoch mazacieho oleja plynových turbín sa kvôli prenosu tepla z plášťa turbíny bežne dvíhajú na 150–180 °°C kvôli prenosu tepla z plášťa turbíny, zatiaľ čo hriadeľové tesnenia a tesniace systémy tesniacich krabičiek parných turbín môžu byť vystavené prehriatej pare pri teplotách vyšších ako 300 °C. V týchto oblastiach sa štandardné elastoméry rýchlo poškodia, čo vedie k únikom oleja, únikom pary, kontaminácii a núteným výpadkom s ohromnými finančnými sankciami.

Fluorouhlíkové (FKM) elastoméry predstavujú prvú obrannú líniu pri tesnení za vysokých teplôt v turbínach. Ich vynikajúca rovnováha tepelnej odolnosti (až do 230 °C prerušované) a chemická odolnosť voči syntetickým esterovým turbínovým olejom (napr. ISO VG 32, 46) ich robia štandardnou voľbou pre väčšinu statických a dynamických tesnení v mazacích a ovládacích olejových systémoch. Medzi bežné aplikácie patria tesniace kružnice na hriadeľoch pomocných čerpadiel, O-krúžky v puzdrách filtrov a pohonných zariadeniach ventilov, ako aj tesniace podložky na pozorovacích sklenkách. Štandard AS109 často špecifikuje bežné zlúčeniny FKM pre letecké a priemyselné turbínové aplikácie, čím zabezpečuje základnú úroveň výkonu. Pre dodatočnú mechanickú pevnosť dynamických tesnení vystavených týmto horúcim olejom sa niekedy používa ako alternatíva hydrogénovaný akrylonitril-butadiénový kaučuk (HNBR), ktorý ponúka vynikajúcu odolnosť proti opotrebovaniu a dobrú kompatibilitu s olejmi až do teploty približne 150 °C.

Avšak v oblastiach extrémneho tepla postačujú len perfluoroelastoméry (FFKM), napríklad Kalrez® alebo Chemraz®. Súčiastky z FFKM nie sú len vylepšené verzie FKM; ide o úplne inú triedu materiálu s plne fluorovanou polymérnou štruktúrou. To im poskytuje dve výnimočné vlastnosti:

1. Nepretržité prevádzkové teploty vyššie ako 300 °°C, čo im umožňuje fungovať priamo v blízkosti parných potrubí a horúčich plynových dráh.

2. Virtuálna odolnosť voči chemikáliám, vrátane agresívnych turbínových olejov, kvapalín na prenos tepla a technologických plynov, ktoré by postupne poškodzovali materiál FKM.

Ich použitie je veľmi špecifické z dôvodu nákladov (často 50–100-násobok nákladov na FKM). Kľúčové miesta použitia zahŕňajú:

· Tesnenia hriadeľov hlavných uzatváracích a regulačných ventilov parných turbín: Priamo vystavené vysokotlakovej a vysokoteplotej pare. Netesnosť v tomto mieste predstavuje priame zníženie účinnosti cyklu a bezpečnostné riziko.

· Tesnenia plynových prívodných ventilov plynových turbín: Vystavené horúčemu palivovému plynu a možnej kondenzácii agresívnych zlúčenín.

· Tesnenia na meracích a inštalačných vedeniach prechádzajúcich cez horúce obaly turbín.

Výrobcovia originálnych zariadení (OEM), ako sú GE, Siemens a Mitsubishi Power, poskytujú výslovné materiálové špecifikácie pre tieto kritické miesta. Logika výberu je riadená analýzou režimov poruchy, ich účinkov a kriticity (FMECA). Inžinieri priradia každému tesniacemu bodu číslo rizikovej priority (RPN) na základe závažnosti poruchy, pravdepodobnosti výskytu a možnosti jej odhalenia. Pre body s vysokým RPN sa vynikajúci výkon materiálu FFKM ospravedlňuje jeho vyššiu cenu.

Tento princíp sa uplatňuje globálne. V Bahrajne, kde elektráreň s kombinovaným cyklom na základové zaťaženie (CCGT) vyrába energiu v púštnom prostredí s vysokou teplotou okolia, je chladenie menej účinné, čo spôsobuje zvýšenie teploty oleja a povrchu. Špecifikácia materiálu FFKM pre kritické ventilové hriadele predstavuje preventívnu investíciu do spoľahlivosti. Na Filipínach úspešne prebehla retrofitačná výmena tesniacich prvkov z materiálu FFKM v geotermálnych a uhličitých elektrárňach so staršími parnými turbínami, čím sa odstránili chronické úniky pary a zvýšila sa účinnosť elektrárne aj bezpečnosť personálu. V USA prísne environmentálne predpisy týkajúce sa emisií летúcich organických látok (VOC) z únikov (programy LDAR – Leak Detection and Repair) robia bezúnikový výkon materiálu FFKM v aplikáciách na zamedzenie únikov ekonomicky výhodným. Pri výpočte celkových nákladov na vlastníctvo je potrebné zohľadniť nielen cenu tesniaceho prvku, ale aj náklady, ktoré sa tak vyhneme – straty výroby elektrickej energie, práca spojená s opravami a náklady na dodržiavanie environmentálnych predpisov.