FFKM- och FKM-O-ring-lösningar för extrema temperaturer i gasturbiner och ångturbiner

Den oböjliga strävan efter effektivitet inom modern kraftproduktion har lett till omfattande användning av kombicykelgasturbiner (CCGT) och avancerade ångturbiner. Dessa maskiner arbetar med imponerande termiska verkningsgrader, men detta sker på bekostnad av att skapa vissa av de mest krävande miljöerna för tätningskomponenter. Temperaturerna i smörjoljesystemen för gasturbiner kan regelbundet nå 150–180 °°C på grund av värmeöverföring från turbinhuset, medan ventilstammar och packningsystem för ångturbiner kan utsättas för överhettad ånga vid temperaturer över 300 °C. I dessa miljöer misslyckas standardelastomerer snabbt, vilket leder till oljeläckage, ångläckage, föroreningar och tvingade frånkopplingar med förbluffande ekonomiska påföljder.

Fluorkarbon (FKM)-elastomerer är den första försvarslinjen för tätning vid höga temperaturer i turbiner. Deras utmärkta balans av värmetålig egenskap (upp till 230 °C-intermittent) och kemisk motstånd mot syntetiska esterbaserade turbinoljor (t.ex. ISO VG 32, 46) gör dem till standardvalet för de flesta statiska och dynamiska tätningsringar i smörj- och styröljesystemen. Vanliga tillämpningar inkluderar axeltätningsringar på hjälppumpar, O-ringar i filterhus och ventilställdon samt packningar på inspektionsrutor. Standarden AS109 specificerar ofta vanliga FKM-sammansättningar för luftfarts- och industriella turbinapplikationer, vilket säkerställer en grundläggande prestandanivå. För ökad mekanisk hållfasthet i dynamiska tätningsringar som utsätts för dessa heta oljor används ibland hydrogenerat nitrilgummi (HNBR) som ett alternativ, vilket erbjuder överlägsen slitfasthet och god oljekompatibilitet upp till ca 150 °C.

För extremt heta zoner räcker dock endast perfluoroelastomerer (FFKM), såsom Kalrez® eller Chemraz®,. FFKM-delar är inte bara förbättrade FKM-material; de utgör en helt annan materialklass med en fullständigt fluoriserad polymerstruktur. Detta ger dem två exceptionella egenskaper:

1. Kontinuerliga drifttemperaturer över 300 °°C, vilket gör att de kan fungera i direkt närhet av ångledningar och varma gasvägar.

2. Virtuell inertitet mot kemikalier, inklusive aggressiva turbinoljor, värmeförmedlingsvätskor och processgaser som skulle försämra FKM med tiden.

Deras användning är mycket målgruppsanpassad på grund av kostnaden (ofta 50–100 gånger högre än för FKM). Viktiga placeringar inkluderar:

· Stopp- och reglerventilens axeltätningar för ångturbiner: Direkt utsatta för högtrycksånga vid hög temperatur. En läcka här innebär en direkt förlust av cykelfördelning och en säkerhetsrisk.

· Bränslegasventiltätningar för gasturbiner: Utsatta för het bränslegas och möjlig kondensation av aggressiva föreningar.

· Tätningar på mätnings- och instrumenteringsledningar som går genom heta turbinhus.

OEM:er som GE, Siemens och Mitsubishi Power ger explicita materialspecifikationer för dessa kritiska platser. Urvalskriterierna drivs av en analys av felmoder, effekter och kritikalitet (FMECA). Ingenjörer tilldelar varje tätningspunkt ett riskprioritetsnummer (RPN) baserat på felens allvarlighetsgrad, sannolikheten för att felet uppstår och möjligheten att upptäcka felet. För punkter med ett högt RPN motiverar FFKMs överlägsna prestanda dess kostnad.

Denna princip tillämpas globalt. I Bahrain, där CCGT-anläggningar tillhandahåller baslastkraft i en ökenmiljö med hög omgivningstemperatur, är kylningen mindre effektiv, vilket leder till högre olje- och ytemperaturer. Att specificera FFKM för kritiska ventilaxlar är en proaktiv investering i pålitlighet. På Filippinerna har geotermiska och koleldade anläggningar med äldre ångturbiner framgående eftermonterat FFKM-tätningar för att stoppa kroniska ångläckningar, vilket förbättrar anläggningens verkningsgrad och personalens säkerhet. I USA gör strikta miljöregler avseende utsläpp av flyktiga organiska föreningar (VOC) från läckage (LDAR-program) FFKMs läckfria prestanda i tillämpningar för flyktiga utsläpp ekonomiskt attraktiv. Beräkningen av total ägandekostnad måste ta hänsyn till inte bara tätningspriset, utan även de undvikta kostnaderna för förlorad elproduktion, reparationarbete och efterlevnad av miljökrav.