Nozioni di base sulle pompe di alimentazione delle caldaie

Le pompe di alimentazione caldaia (BFP) consistono nell'alimentare un generatore di vapore (es. caldaia) una quantità di acqua di alimento corrispondente alla quantità di vapore generato. I parametri operativi (flusso, prevalenza, temperatura) dell'acqua di alimentazione della caldaia sono calcolati da un progettista di caldaie.

Oggi quasi tutte le BFP sono pompe centrifughe. La costruzione dei BFP per quanto riguarda la potenza dell'albero, il materiale, i tipi di pompa e la trasmissione sono governati dagli sviluppi che hanno avuto luogo nella tecnologia energetica. La tendenza nelle centrali elettriche a combustibili fossili è sempre più orientata verso blocchi di potenza più grandi.

Fino al 1950, la pressione media di scarico dei BFP era intorno ai 200 bar. Nel 1955 era salita a 400 bar. Nel 1950 i flussi di massa erano dell'ordine di 350 tonnellate all'ora (t/h) e sono saliti a 2.500 t/h (4.000 t/h) nelle centrali elettriche convenzionali. I BFP funzionano a temperature comprese tra 160 C e 180 C e, in casi eccezionali, anche superiori.

I BFP furono costruiti con acciai non legati negli anni '50. Da allora, dal 13% al 14% ha fatto perno sull'acciaio al cromo (A743 Gr. CA6NM). Questo cambiamento nei materiali è stato reso necessario dall'introduzione di nuovi processi di trattamento dell'acqua di alimentazione. Lo sviluppo di acciai al cromo ad alta resistenza e resistenti alla corrosione con caratteristiche di funzionamento di emergenza ha aperto la strada all'attuale BFP con velocità da 5.000 a 6.000 rotazioni al minuto (rpm). La portata dei BFP è aumentata con l'aumento delle uscite dei blocchi di potenza. Gli odierni BFP a pieno carico per i tradizionali gruppi propulsori da 750 megawatt (MW) sono costruiti con quattro o cinque stadi, con pressione di stadio fino a 80 bar.

I motori elettrici (motori asincroni) vengono utilizzati per azionare le pompe di alimentazione. La regolazione della velocità di un BFP azionato elettricamente può essere ottenuta in diversi modi, tra cui l'utilizzo di accoppiamento fluido, azionamento a frequenza variabile (VFD) nel motore e nei riduttori. Se un impianto dispone di abbondante vapore, è possibile utilizzare anche una turbina a vapore come unità motrice. In molti casi vengono utilizzate turbine di condensazione che funzionano da 5.000 a 6.000 giri al minuto. Tuttavia, l'utilizzo di turbine a vapore del tipo a condensato aumenta il fabbisogno di apparecchiature nel treno. È essenziale utilizzare uno scambiatore di calore, una pompa per l'estrazione della condensa o simili per un utilizzo efficace dell'unità.

Se è necessario un BFP per alta pressione e regimi elevati, è necessaria una pompa booster. In tal caso, è difficile ottenere un'adeguata altezza di aspirazione positiva netta disponibile (NPSHa) e la pompa booster soddisfa il requisito. Per ridurre il battente netto richiesto (NPSHr), è possibile selezionare le pompe che realizzano il primo stadio (aspirazione) a doppia aspirazione. L'NPSH è più significativo solo nella fase di aspirazione.

Esistono due tipi di costruzione utilizzati principalmente per l'applicazione BFP. Una è una pompa di tipo a barile multistadio, definita come una pompa di tipo 5 tra cuscinetti (BB) secondo l'American Petroleum Institute (API) 610. L'altra è una pompa multistadio a sezione anulare definita come una pompa di tipo BB4. Tuttavia, una pompa a sezione anulare non soddisfa i criteri API 610, rendendola un'eccezione. In alcuni casi possono essere utilizzate anche pompe multistadio a divisione assiale. È definita come una pompa di tipo BB3 secondo API 610.

Le pompe del tipo a barile vengono utilizzate per progetti ad alta pressione, ma questo può variare a seconda dell'utente. A causa di alcuni vantaggi rispetto alle pompe a sezione anulare, gli utenti degli impianti tendono a preferire l'uso di pompe del tipo a barile, anche se all'inizio si tratta di un investimento elevato. Se è necessario smontare una pompa a botte per riparazioni, è necessario sostituire il rotore, ma gli involucri (barile) possono rimanere al loro posto con le tubazioni di aspirazione e di scarico. Questo è importante per quanto riguarda la disponibilità per il servizio dell'alimentazione di riserva, se non è installata una pompa di riserva al 100%.

I corpi pompa dei BFP devono essere considerati da due punti di vista: lo spessore della parete deve essere sostenibile da un lato per soddisfare i requisiti di carico di pressione e dall'altro lato deve adattarsi alla variazione temporanea di temperatura che si verifica.

Gli involucri dei fusti sono generalmente realizzati in acciaio forgiato duttile e tutte le superfici a contatto con l'acqua di alimentazione sono rivestite con materiale austenitico mediante processo di rivestimento. Per saldare il corpo pompa alla tubazione, sui rami di aspirazione e mandata della pompa viene saldato un pezzo intermedio reso compatibile per la saldatura sulla tubazione e sul corpo pompa. Il coperchio delle pompe a botte viene sigillato appiattendo una guarnizione a spirale metallica cellulare (sigillatura).