โซลูชันโอ-ริงชนิด FFKM และ FKM สำหรับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงอย่างรุนแรงในกังหันก๊าซและกังหันไอน้ำ

การแสวงหาประสิทธิภาพอย่างไม่ลดละในการผลิตพลังงานสมัยใหม่ได้นำไปสู่การใช้งานกังหันก๊าซแบบไซเคิลผสม (CCGT) และกังหันไอน้ำระดับขั้นสูงอย่างแพร่หลาย แมชีนเหล่านี้ทำงานด้วยประสิทธิภาพเชิงความร้อนที่น่าทึ่ง แต่ก็มาพร้อมกับต้นทุนของการสร้างสภาพแวดล้อมที่รุนแรงที่สุดบางประการสำหรับชิ้นส่วนปิดผนึก อุณหภูมิในระบบหล่อลื่นน้ำมันของกังหันก๊าซสามารถสูงถึง 150–180 °°C ได้เป็นประจำเนื่องจากการถ่ายเทความร้อนจากเปลือกกังหัน ในขณะที่เพลาวาล์วและระบบปิดผนึกปลอกของกังหันไอน้ำอาจสัมผัสกับไอน้ำร้อนจัดที่มีอุณหภูมิเกิน 300 °ค. ในสภาพแวดล้อมเหล่านี้ ยางสังเคราะห์มาตรฐานจะเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้เกิดการรั่วของน้ำมัน การรั่วของไอน้ำ การปนเปื้อน และการหยุดเดินเครื่องแบบบังคับ ซึ่งก่อให้เกิดค่าใช้จ่ายทางการเงินที่สูงลิ่ว

ยางสังเคราะห์ฟลูออโรคาร์บอน (FKM) เป็นแนวป้องกันแรกสำหรับการปิดผนึกที่อุณหภูมิสูงในเทอร์ไบน์ ด้วยสมดุลที่ยอดเยี่ยมของความสามารถในการทนความร้อน (สูงสุดถึง 230 °ซี อินเทอร์มิทเทนต์) และความต้านทานทางเคมีต่อน้ำมันเทอร์ไบน์ชนิดเอสเตอร์สังเคราะห์ (เช่น ISO VG 32, 46) ทำให้วัสดุเหล่านี้เป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับซีลแบบคงที่และแบบเคลื่อนไหวเกือบทั้งหมดในระบบหล่อลื่นและระบบควบคุมน้ำมัน แอปพลิเคชันทั่วไปรวมถึงซีลเพลาบนปั๊มเสริม โอริง ในเรือนกรองและแอคทูเอเตอร์ของวาล์ว รวมทั้งจอยน์ต์บนกระจกสังเกตระดับของเหลว มาตรฐาน AS109 มักระบุสารประกอบ FKM ทั่วไปสำหรับการใช้งานในเทอร์ไบน์ด้านอวกาศและอุตสาหกรรม เพื่อให้มั่นใจถึงสมรรถนะขั้นต่ำ สำหรับความแข็งแรงเชิงกลเพิ่มเติมในซีลแบบเคลื่อนไหวที่สัมผัสกับน้ำมันร้อนเหล่านี้ อาจใช้ไฮโดรเจนเนตเต็ด ไนไตรล์ (HNBR) เป็นทางเลือกแทน โดยให้คุณสมบัติต้านการสึกหรอได้ดีเยี่ยมและเข้ากันได้ดีกับน้ำมันจนถึงอุณหภูมิประมาณ 150 °°C

อย่างไรก็ตาม ในโซนที่มีอุณหภูมิสูงสุดขั้ว วัสดุที่สามารถใช้งานได้เพียงอย่างเดียวคือ เพอร์ฟลูโอโรอีลาสโตเมอร์ (FFKM) เช่น Kalrez® หรือ Chemraz® เท่านั้น ชิ้นส่วน FFKM ไม่ใช่เพียงแค่ FKM ที่ปรับปรุงแล้ว แต่เป็นวัสดุอีกประเภทหนึ่งโดยสิ้นเชิง ซึ่งมีโครงสร้างพอลิเมอร์ที่ถูกฟลูออรีนเต็มรูปแบบ ส่งผลให้วัสดุชนิดนี้มีคุณสมบัติที่เหนือกว่าสองประการ:

1. อุณหภูมิในการทำงานอย่างต่อเนื่องสูงกว่า 300 องศาเซลเซียส °ทำให้สามารถใช้งานได้ใกล้กับท่อไอน้ำและเส้นทางการไหลของก๊ากร้อนโดยตรง

2. ความต้านทานต่อสารเคมีเกือบเทียบเท่ากับวัสดุชนิดอื่น รวมถึงน้ำมันสำหรับเทอร์ไบน์ที่รุนแรง ของเหลวรับความร้อน และก๊าซในกระบวนการ ซึ่งหากใช้วัสดุ FKM จะเสื่อมสภาพลงตามระยะเวลา

การประยุกต์ใช้งานมีความเฉพาะเจาะจงสูง เนื่องจากต้นทุนที่สูงมาก (มักสูงกว่าวัสดุ FKM ถึง 50–100 เท่า) ตำแหน่งหลักที่ใช้งาน ได้แก่:

· ซีลแท่งวาล์วควบคุมและวาล์วปิดหลักของเทอร์ไบน์ไอน้ำ: สัมผัสโดยตรงกับไอน้ำภายใต้ความดันสูงและอุณหภูมิสูง การรั่วซึมที่บริเวณนี้จะส่งผลให้ประสิทธิภาพของวงจรลดลงโดยตรง และก่อให้เกิดอันตรายต่อความปลอดภัย

· ซีลวาล์วก๊าซเชื้อเพลิงของเทอร์ไบน์ก๊าซ: สัมผัสกับก๊าซเชื้อเพลิงร้อน และอาจมีการควบแน่นของสารประกอบที่รุนแรง

· ซีลบนท่อสัญญาณและท่อสำหรับอุปกรณ์วัดต่างๆ ที่ผ่านเข้าไปในปลอกเทอร์ไบน์ร้อน

ผู้ผลิตรถยนต์ราย Original Equipment Manufacturer (OEM) อย่างเช่น GE, Siemens และ Mitsubishi Power ให้ข้อกำหนดวัสดุที่ชัดเจนสำหรับตำแหน่งสำคัญเหล่านี้ การเลือกวัสดุนั้นขึ้นอยู่กับการวิเคราะห์รูปแบบความล้มเหลว ผลกระทบ และความสำคัญ (Failure Mode, Effects, and Criticality Analysis: FMECA) วิศวกรจะกำหนดหมายเลขลำดับความเสี่ยง (Risk Priority Number: RPN) ให้กับแต่ละจุดซีล โดยพิจารณาจากความรุนแรงของความล้มเหลว ความน่าจะเป็นที่จะเกิดขึ้น และความสามารถในการตรวจจับความล้มเหลว สำหรับจุดที่มีค่า RPN สูง ประสิทธิภาพเหนือกว่าของวัสดุ FFKM จึงคุ้มค่ากับต้นทุนที่สูงกว่า

หลักการนี้ถูกนำไปใช้ทั่วโลก ที่ประเทศบาห์เรน ซึ่งโรงไฟฟ้าแบบ CCGT ทำหน้าที่จ่ายพลังงานพื้นฐาน (base-load power) ในสภาพแวดล้อมทะเลทรายที่มีอุณหภูมิแวดล้อมสูง การระบายความร้อนจึงมีประสิทธิภาพต่ำลง ส่งผลให้อุณหภูมิของน้ำมันและพื้นผิวเพิ่มสูงขึ้น การระบุวัสดุ FFKM สำหรับก้านวาล์วที่สำคัญจึงเป็นการลงทุนเชิงรุกเพื่อความน่าเชื่อถือของระบบ ที่ประเทศฟิลิปปินส์ โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพและโรงไฟฟ้าถ่านหินที่ใช้กังหันไอน้ำรุ่นเก่า ประสบความสำเร็จในการติดตั้งซีล FFKM เพิ่มเติม (retrofit) เพื่อยุติปัญหาการรั่วไหลของไอน้ำอย่างเรื้อรัง ซึ่งช่วยยกระดับประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้าและเพิ่มความปลอดภัยให้แก่บุคลากร ที่สหรัฐอเมริกา ข้อบังคับด้านสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวดเกี่ยวกับการปล่อยสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOC) จากการรั่วไหล (ภายใต้โครงการ LDAR) ทำให้สมรรถนะการไม่รั่วไหลของ FFKM ในการประยุกต์ใช้กับการรั่วไหลแบบไม่ตั้งใจ (fugitive emission) มีความน่าสนใจทางเศรษฐกิจอย่างมาก ในการคำนวณต้นทุนรวมตลอดอายุการใช้งาน (total cost of ownership) จำเป็นต้องพิจารณาไม่เพียงแต่ราคาของซีลเท่านั้น แต่ยังรวมถึงต้นทุนที่หลีกเลี่ยงได้จากการสูญเสียกำลังการผลิต การซ่อมบำรุงโดยแรงงาน และการปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมด้วย