Noções básicas de bombas de alimentação de caldeira

As bombas de alimentação de caldeiras (BFPs) consistem em alimentar um gerador de vapor (por exemplo, caldeira) com uma quantidade de água de alimentação correspondente à quantidade de vapor gerado. Os parâmetros operacionais (vazão, altura manométrica, temperatura) da água de alimentação da caldeira são calculados por um projetista de caldeiras.

Hoje, quase todos os BFPs são bombas centrífugas. A construção de BFPs em relação à potência do eixo, material, tipos de bomba e acionamento são regidos pelos desenvolvimentos ocorridos na tecnologia de energia. A tendência em usinas de energia de combustível fóssil é continuamente em direção a unidades de blocos de energia maiores.

Até 1950, a pressão média de descarga dos BFPs estava na região de 200 bar. Em 1955, subiu para 400 bar. Os fluxos de massa estavam na região de 350 toneladas por hora (t/h) em 1950 e subiram para 2.500 t/h (4.000 t/h) em usinas convencionais. Os BFPs operam em temperaturas de 160 C a 180 C e, em casos excepcionais, até mais altas.

Os BFPs foram construídos com aços não ligados durante a década de 1950. Desde então, 13% a 14% mudaram para aço cromado (A743 Gr. CA6NM). Essa mudança de materiais tornou-se necessária pela introdução de novos processos de tratamento de água de alimentação. O desenvolvimento de aços cromados de alta resistência e resistentes à corrosão com características de operação de emergência abriu caminho para o atual BFP com velocidades de 5.000 a 6.000 rotações por minuto (rpm). A taxa de fluxo dos BFPs aumentou com o aumento das saídas do bloco de energia. Os atuais BFPs de carga total para trens de força tradicionais de 750 megawatts (MW) são construídos com quatro a cinco estágios, com pressão de estágio de até 80 bar.

Motores elétricos (motores assíncronos) são usados ​​para acionar as bombas de alimentação. O ajuste de velocidade de um BFP acionado eletricamente é possível por vários meios, incluindo o uso de acoplamento fluido, inversor de frequência variável (VFD) no motor e caixas de engrenagens. Se uma planta tiver vapor abundante disponível, uma turbina a vapor também pode ser usada para a unidade acionadora. Em vários casos, são utilizadas turbinas de condensação que operam a 5.000 a 6.000 rpm. No entanto, o uso de turbina a vapor do tipo condensado aumenta a necessidade de equipamentos no trem. É imprescindível a utilização de trocador de calor, bomba de extração de condensado ou similar para o uso eficaz da unidade.

Se for necessário um BFP para alta pressão e alta rotação, é necessária uma bomba de reforço. Nesse caso, é difícil atingir a altura líquida de sucção positiva adequada disponível (NPSHa) e a bomba de reforço atende ao requisito. Para reduzir a altura líquida de sucção positiva necessária (NPSHr), é possível selecionar as bombas que fazem o primeiro estágio (sucção) como sucção dupla. O NPSH é mais significativo apenas no estágio de sucção.

Existem dois tipos de construção mais utilizados para aplicação BFP. Uma é uma bomba do tipo barril multiestágio, que é definida como uma bomba do tipo entre mancais (BB) 5 de acordo com o American Petroleum Institute (API) 610. A outra é uma bomba multiestágio de seção de anel que é definida como uma bomba do tipo BB4. No entanto, uma bomba de seção anelar não atende aos critérios da API 610, tornando-se uma exceção. Em alguns casos, também podem ser usadas bombas multiestágios bipartidas axiais. É definida como uma bomba tipo BB3 sob API 610.

Bombas do tipo barril são usadas para projetos de alta pressão, mas isso pode variar de acordo com o usuário. Devido a algumas vantagens sobre as bombas de seção de anel, os usuários da planta tendem a preferir usar bombas do tipo barril, embora seja um alto investimento no início. Se uma bomba barril precisar ser retirada para reparos, o rotor deve ser substituído, mas as carcaças (barril) podem permanecer no lugar com a tubulação de sucção e descarga. Isso é importante em relação à disponibilidade para serviço do backup de energia, se não houver bomba 100% em espera instalada.

As carcaças das bombas de BFPs devem ser consideradas sob dois pontos de vista: a espessura da parede deve ser sustentável de um lado para satisfazer o requisito de carga de pressão e o outro lado precisa se adaptar à variação temporária de temperatura que surge.

As carcaças dos barris são geralmente feitas de aço forjado dúctil, e todas as superfícies em contato com a água de alimentação são revestidas com o material austenítico pelo processo de cladding. Para soldar a carcaça da bomba na tubulação, uma peça intermediária compatível para soldagem na tubulação e a carcaça da bomba é soldada nos ramais de sucção e descarga da bomba. A tampa das bombas de barril é vedada pelo achatamento de uma junta espiral de metal celular (vedação).