Procedimento de Manutenção e Revisão de Permutadores de Calor de Grafite

Nas unidades de síntese de cloro-álcali e cloreto de hidrogénio, os permutadores de calor de grafite são utilizados para arrefecer o ácido clorídrico, arrefecer o gás cloro húmido e recuperar o calor da diluição do ácido sulfúrico; os fluidos envolvidos são tipicamente ácidos fortes a altas temperaturas. Nos permutadores de calor de grafite com canais perfurados, os canais que se cruzam são perfurados num bloco sólido de grafite, enquanto os permutadores de calor de grafite de casco e tubos consistem num feixe tubular composto por tubos e placas tubulares de grafite. A lógica de manutenção para ambos os tipos de estruturas gira em torno da desmontagem, limpeza, inspeção, reparação, remontagem e teste de pressão, embora as etapas operacionais específicas sejam diferentes. Uma revisão completa de um permutador de calor de grafite não é meramente um processo de limpeza; em vez disso, é um procedimento abrangente que inclui a medição das dimensões, a avaliação de obstruções nos tubos e a reparação das superfícies de vedação — o que constitui o núcleo da reparação de permutadores de calor de grafite. Os registos reais das fábricas europeias de cloro-álcali mostram que o intervalo de revisão para os permutadores de calor de grafite é tipicamente de 2,5 a 4 anos, dependendo da temperatura do anólito nas células de eletrólise e da quantidade de névoa ácida retida. Ao selecionar um fabricante de eletrolisadores , é essencial esclarecer a temperatura do gás cloro à saída, o teor de névoa ácida e o teor de sal na solução cáustica a plena carga. Estes parâmetros determinam diretamente se um permutador de calor de grafite requer uma revisão completa a cada 3 ou 5 anos. Embora existam pequenas diferenças nas cargas de projeto das células de eletrólise japonesas e alemãs, os canais dos blocos de grafite corroem mais rapidamente em fábricas com um controlo inadequado da névoa ácida; por conseguinte, os desenhos originais do fabricante devem ser verificados antes de cada revisão do permutador de calor de grafite.

Procedimentos de manutenção para permutadores de calor de grafite do tipo bloco e do tipo casco e tubo

Uma revisão completa de um permutador de calor de grafite tipo bloco começa com a desmontagem do bloco de grafite. Primeiro, retire as tampas superior e inferior, depois desaperte os parafusos de ligação da caixa para puxar ou empurrar a caixa de aço para fora do bloco de grafite como uma única unidade e içe o bloco de grafite para a área de manutenção. Para a limpeza, priorize o jato de água de alta pressão nos canais de processo e de arrefecimento; para incrustações persistentes, utilize lavagem ácida, mas controle rigorosamente a concentração e a temperatura do ácido. Após a limpeza, realize inspeções visuais, testes de líquido penetrante e testes ultrassónicos, concentrando-se nas fissuras e penetrações nas intersecções dos canais. Os canais individuais danificados não podem ser substituídos separadamente; em vez disso, realize o tamponamento de um pequeno número de canais utilizando massa de grafite resistente a ácidos e tampões de grafite. Se as fissuras afetarem todo o bloco de suporte de pressão ou se a proporção de canais tamponados exceder as especificações do fabricante, proceda diretamente à substituição completa do bloco. As superfícies de vedação são retificadas e a junta de vedação entre o bloco de grafite e a caixa é substituída.

Durante a remontagem, os componentes são apertados na ordem inversa da desmontagem, seguida de testes hidrostáticos e de estanquicidade ao ar — este é o processo completo em circuito fechado necessário para uma reparação abrangente de permutadores de calor de grafite. Grandes revisões de permutadores de calor de grafite tipo casco e tubos começam com a extração do feixe de grafite. Após a remoção dos cabeçotes, utilize equipamento de elevação especializado ou uma máquina extratora de núcleos para extrair lentamente todo o feixe de tubos de grafite do casco. Devido à elevada fragilidade dos tubos de grafite, estes não devem ser removidos em secções. Após a conclusão da extração do feixe de grafite, a força de extração deve ser registada; se for anormalmente elevada, isso indica incrustações no casco ou obstrução das chicanas. Após a extração, realize a hidrojateamento do feixe de grafite tanto no interior como no exterior dos tubos e limpe o lado do casco separadamente.

Durante a inspeção, realize medições de espessura da parede, testes de líquido penetrante e testes de correntes parasitas em cada tubo de grafite individualmente. Utilize um teste de passagem de esferas para determinar obstruções. Se possível, realize o tamponamento dos tubos danificados pressionando um tampão cónico de grafite na extremidade do tubo; se existirem múltiplos tubos danificados ou se a superfície de vedação da placa tubular estiver danificada, proceda diretamente à substituição do feixe de grafite, que é mais fiável do que a substituição dos tubos um a um. O foco da reparação da vedação da placa tubular é a vedação tubo de grafite-placa tubular, utilizando o adesivo recomendado pelo fabricante ou anéis de vedação de grafite comprimido.

Durante a reinstalação, o feixe de grafite deve ser lentamente reinserido no casco para evitar impactos nos defletores. Por fim, o ensaio de pressão para a revisão do permutador de calor de grafite, em ambos os tipos de equipamento, deve ser realizado de acordo com as mesmas normas; os requisitos não devem ser reduzidos simplesmente porque os permutadores de calor de casco e tubos têm menos pontos de fuga potenciais, caso contrário, a reparação do permutador de calor de grafite provavelmente exigirá retrabalho.

Tabela Resumo Comparativa de Dois Tipos de Permutadores de Calor de Grafite

A tabela seguinte lista a terminologia para os mesmos procedimentos de manutenção em ambos os tipos de estruturas, lado a lado, para facilitar a consulta cruzada entre as ordens de serviço no local e a documentação em inglês. A fonte mais comum de confusão em "Revisão de Permutador de Calor de Grafite" é a utilização intercambiável dos termos para as configurações de "bloco e furo" e "casco e tubo", o que leva à encomenda de peças de substituição incorretas. No local, a "Desmontagem de Permutador de Calor de Bloco de Grafite" é frequentemente designada simplesmente por "içamento de bloco" e a "Remoção de Feixe de Grafite" é designada por "extração de núcleo"; no entanto, qualquer ordem de serviço de reparação de permutadores de calor de grafite deve utilizar a terminologia completa em inglês.

Precauções gerais para revisões de permutadores de calor de grafite

Quer se trate de permutadores de calor do tipo bloco-e-furo ou casco-e-tubo, os maiores riscos durante a revisão de um permutador de calor de grafite são as cargas de choque e as tensões localizadas. A grafite é resistente à compressão, mas não à tração; por conseguinte, devem ser utilizadas cintas de nylon largas ou suportes especializados para elevação, sendo estritamente proibido fixar diretamente o corpo de grafite com cabos de aço. A seleção dos materiais de vedação é mais crítica do que se imagina; em ambientes que envolvam ácido clorídrico ou cloro húmido, devem ser utilizados elastómeros fluorados ou juntas flexíveis de compósito de grafite — juntas de borracha comuns não podem ser utilizadas como substitutos. O ensaio hidrostático deve ser realizado com uma pressão de 1,3 a 1,5 vezes a pressão de projeto original. A pressão deve ser aumentada lentamente e mantida durante pelo menos 30 minutos. Deve ser utilizada água dessalinizada ou água com baixo teor de cloro para o teste.

Os documentos técnicos da Euro Chlor indicam que o ciclo de revisão para permutadores de calor de grafite utilizados no arrefecimento de gás cloro húmido deve ser avaliado com base no teor de névoa ácida e na concentração de cloro livre, e não apenas nas horas de funcionamento. Os manuais de manutenção da Mersen e da SGL referem que os testes de estanquicidade ao gás após a revisão de um permutador de calor de grafite são mais críticos do que os testes hidrostáticos; recomendam verificar primeiro a presença de microfugas utilizando azoto a uma baixa pressão de 0,2 MPa antes de aumentar a pressão para a pressão de ensaio. Ao realizar reparações em permutadores de calor de grafite, o revestimento anticorrosivo na parede interna do casco e os ânodos de sacrifício também devem ser inspecionados, uma vez que a corrosão no lado do casco é frequentemente negligenciada. Os parafusos dos flanges devem ser apertados simetricamente em três fases, de acordo com as especificações do fabricante; o aperto excessivo pode provocar fissuras nos flanges de grafite. A experiência no terreno demonstra que as causas mais comuns de falha na revisão geral são os danos nos tubos de grafite causados pela alavancagem durante a remoção do núcleo, a seleção incorreta das juntas e a drenagem incompleta da água residual após o teste de pressão, o que leva a fissuras induzidas pelo congelamento no inverno. Ao selecionar um fabricante de células eletrolíticas, dê prioridade àqueles que possam fornecer limites operacionais completos para permutadores de calor de grafite e intervalos de revisão recomendados; evite os representantes de vendas que apenas fornecem dados de consumo de energia e evitam questões relacionadas com a névoa ácida e as incrustações.

Procedimentos de manutenção detalhados para permutadores de calor de grafite

Cada uma das etapas seguintes é uma ação controlada no processo de revisão do permutador de calor de grafite e não deve ser ignorada. A tabela abaixo lista os principais termos em inglês para os tipos bloco-e-furo e casco-e-tubo lado a lado, facilitando a utilização direta na criação de ordens de serviço e pedidos de peças de substituição. (Para peças substituídas, pode contactar uma empresa de reciclagem de metais preciosos para que sejam testadas quanto à presença destes metais.)

Antes de iniciar a Fase 0 da revisão do permutador de calor de grafite, é necessário obter uma autorização de trabalho e implementar os procedimentos de bloqueio/etiquetagem. Após a despressurização do sistema, drene o fluido e purgue com azoto até que os testes de deteção de gases combustíveis e tóxicos sejam aprovados. Ao realizar a revisão do permutador de calor de grafite, a Fase 1 envolve a desmontagem da estrutura: para unidades do tipo bloco-e-furo, remova primeiro as tampas das extremidades, em seguida, empurre o casco para fora e içe os blocos de grafite. A chave para a desmontagem do permutador de calor de blocos de grafite é registar a espessura original da junta e as posições relativas do casco e dos blocos de grafite; caso contrário, poderá ocorrer desalinhamento durante a remontagem. Para a remoção do feixe de grafite do tipo casco-e-tubo, o feixe de tubos deve ser inspecionado quanto à aderência ao casco antes da remoção do núcleo; se necessário, mergulhe em água ou utilize aquecimento a vapor para o libertar. A limpeza da Fase 2 utiliza jatos de água de alta pressão, com uma pressão normalmente controlada entre 500 e 800 bar; bicos de aço não devem ser utilizados nos canais de grafite. A inspeção de Estágio 3 deve incluir medições dimensionais e deteção de fissuras superficiais; para permutadores de calor do tipo casco e tubo, cada tubo de grafite deve ser numerado. Durante a etapa de reparação de uma revisão geral de um permutador de calor de grafite, as decisões dependem do número de fugas e dos riscos de pressão; para permutadores do tipo bloco e furo, se mais de 5% dos canais estiverem bloqueados ou se as fissuras se estenderem por vários furos, toda a unidade deverá ser substituída; para permutadores do tipo casco e tubo, se mais de 10% dos tubos estiverem bloqueados ou se a superfície de vedação da placa tubular estiver danificada, todo o feixe tubular deve ser substituído. Durante o Estágio 5 (remontagem), a maior preocupação é o contacto firme entre os blocos de grafite ou feixes tubulares e o casco; devem ser utilizadas hastes guia de posicionamento. Durante o Estágio 6 da revisão geral do permutador de calor de grafite, os ensaios de pressão devem ser realizados separadamente quanto à estanquicidade hidrostática e ao ar; o teste de estanquicidade ao ar, por si só, não substitui o teste hidrostático.

Após concluir a reparação do permutador de calor de grafite, atualize os registos de manutenção e arquive os locais de obstrução dos tubos, os números de série das peças substituídas e as curvas de teste de pressão. O sucesso de uma revisão de um permutador de calor de grafite é, em última análise, determinado não pela aparência de limpeza da superfície do equipamento, mas pela ausência de fugas em todos os pontos de vedação no prazo de 48 horas após o aquecimento e pela manutenção da queda de pressão dentro do intervalo de projeto. Ao selecionar um fabricante de células eletrolíticas, exijo que forneçam registos de revisões de permutadores de calor de grafite de instalações semelhantes na Europa ou na América do Norte que estejam em funcionamento contínuo há pelo menos três anos. Presto especial atenção à eficiência do lavador de névoa ácida e às alterações da acidez do anólito, uma vez que estes indicadores revelam se a célula eletrolítica é compatível com os equipamentos subsequentes — e este é o fator fundamental para prolongar o ciclo de revisão do permutador de calor de grafite.