Gaz ve buhar türbinlerinde aşırı sıcaklığa karşı FFKM ve FKM O-ring çözümleri

Modern güç üretiminde verimliliğe yönelik kararlı mücadele, birleşik çevrim gaz türbinlerinin (CCGT) ve ileri sınıf buhar türbinlerinin yaygın benimsenmesine yol açmıştır. Bu makineler, nefes kesici termal verimliliklerle çalışır; ancak bu durum, sızdırmazlık elemanları için en zorlu ortamlardan bazılarını yaratma bedeliyle gelir. Gaz türbini yağlama yağı sistemlerindeki sıcaklıklar, düzenli olarak 150-180 °°C'ye ulaşabilir; buna karşılık buhar türbini valf milleri ve salmastra sızdırmazlık sistemleri, 300 °C'nin üzerindeki aşırı ısıtılmış buharla temas edebilir. °Bu alanlarda standart elastomerler hızla başarısız olur ve bunun sonucunda yağ sızıntıları, buhar sızıntıları, kirlenme ve devasa mali cezalarla sonuçlanan zorunlu duruşlar meydana gelir.

Fluorokarbon (FKM) elastomerleri, türbinlerde yüksek sıcaklıkta sızdırmazlık uygulamaları için ilk savunma hattıdır. Bunlar, mükemmel ısı dayanımı (maksimum 230 °C ara kesimi) ve sentetik ester bazlı türbin yağlarına (örn. ISO VG 32, 46) kimyasal dirençleri, onları yağlama ve kontrol yağı sistemlerindeki çoğu sabit ve hareketli conta uygulaması için standart seçim haline getirir. Yaygın uygulamalar arasında yardımcı pompalardaki miller için conta elemanları, filtre muhafazaları ve valf aktüatörlerindeki O-ring’ler ile seyir camlarının contaları yer alır. AS109 standardı, havacılık ve endüstriyel türbin uygulamaları için yaygın FKM bileşimlerini sıklıkla belirtir ve böylece bir performans taban çizgisi sağlar. Bu sıcak yağlara maruz kalan hareketli conta uygulamalarında ek mekanik dayanım gerektiği durumlarda, bazen Hidrojene Edilmiş Nitril Kauçuk (HNBR) alternatif olarak kullanılır; bu malzeme, yaklaşık 150 °C’ye kadar iyi yağ uyumluluğu ve üstün aşınma direnci sunar. °C.

Ancak aşırı sıcaklık bölgeleri için yalnızca Kalrez® veya Chemraz® gibi Perfluoroelastomer (FFKM) malzemeler yeterlidir. FFKM parçaları, sadece geliştirilmiş FKM değildir; bunlar tamamen florlanmış bir polimer yapısına sahip olan farklı bir malzeme sınıfıdır. Bu yapı onlara iki üst düzey özelliği kazandırır:

1. Sürekli çalışma sıcaklıkları 300 °C üzeri °Bunların buhar hatları ve sıcak gaz yollarına doğrudan yakın bölgelerde çalışabilmesini sağlar.

2. Agresif türbin yağları, ısı transfer akışkanları ve zamanla FKM’yi bozan süreç gazları da dahil olmak üzere kimyasallara karşı neredeyse tam direnç.

Uygulamaları maliyet nedeniyle (genellikle FKM’nin 50-100 katı) oldukça hedef odaklıdır. Temel uygulama noktaları şunlardır:

· Buhar Türbini Ana Durdurma ve Kontrol Vanası Mil Contaları: Yüksek basınçlı ve yüksek sıcaklıklı buhara doğrudan maruz kalır. Bu noktada meydana gelen sızıntı, çevrim veriminde doğrudan kayba ve güvenlik riskine neden olur.

· Gaz Türbini Yakıt Gazı Vanası Contaları: Sıcak yakıt gazına ve agresif bileşenlerin yoğunlaşmasına maruz kalır.

· Sıcak türbin muhafazalarını delen ölçüm ve enstrümantasyon hatlarındaki contalar.

GE, Siemens ve Mitsubishi Power gibi OEM'ler bu kritik konumlar için açık malzeme spesifikasyonları sağlar. Seçim mantığı, Hata Türü, Etkileri ve Kritiklik Analizi (FMECA) ile belirlenir. Mühendisler, her sızdırmazlık noktasına, arızanın ciddiyeti, oluşma olasılığı ve tespit edilebilirliği temel alınarak bir risk öncelik numarası (RPN) atar. Yüksek RPN değerine sahip noktalar için FFKM malzemesinin üstün performansı, maliyetini haklı çıkarır.

Bu ilke küresel olarak uygulanmaktadır. Bahreyn'de, yüksek ortam sıcaklığına sahip çöl ortamında temel yük gücü sağlayan CCGT santrallerinde soğutma daha az etkili olmakta ve bu durum yağ ile yüzey sıcaklıklarını daha da yükseltmektedir. Kritik valf milleri için FFKM belirtmek, güvenilirliği önceden sağlama yönünde bir yatırım niteliğindedir. Filipinler’de, daha eski buhar türbinlerine sahip jeotermal ve kömürle çalışan santraller, kronik buhar sızıntılarını durdurmak amacıyla başarıyla FFKM conta sistemleriyle yenileme işlemi gerçekleştirmiş; bunun sonucunda santralin verimliliği artırılmış ve personel güvenliği sağlanmıştır. ABD’de, sızıntılardan kaynaklanan uçucu organik bileşik (VOC) emisyonlarına ilişkin katı çevre düzenlemeleri (LDAR programları), kaçak emisyon uygulamalarında FFKM’in sızdırmaz performansını ekonomik açıdan cazip kılmaktadır. Toplam sahip olma maliyeti hesaplaması, yalnızca conta fiyatını değil; aynı zamanda kaybedilen üretimden, tamir işçiliğinden ve çevre uyumluluğu yükümlülüklerinden kaynaklanan maliyetleri de dikkate almalıdır.