Na produção de cloro-álcalis e de produtos químicos básicos, o forno de síntese de ácido clorídrico (forno de HCl) desempenha um papel central na síntese de gás cloreto de hidrogénio a partir de cloro e hidrogénio produzidos por eletrólise ; o seu produto é utilizado diretamente na produção de PVC, ácido clorídrico e produtos derivados do cloreto. Internacionalmente, existem dois modelos principais: fornos de síntese de grafite e fornos de síntese de aço com camisa de água. O primeiro é representado por unidades com combustão inferior ou superior, fabricadas por empresas como a Mersen, SGL Carbon e Wilk-Graphite, enquanto o segundo é utilizado principalmente em fábricas de pequena e média dimensão. Os fornos de grafite operam normalmente a temperaturas superiores a 1.500 °C e, em condições especiais de funcionamento, podem atingir os 2.500 °C. O queimador (queimador de HCl) é montado na parte inferior, com a chama direcionada para cima, e um disco de segurança de rutura é instalado no topo do forno; em caso de sobrepressão, o gás é libertado em segurança para cima.
O ambiente operacional para este tipo de equipamento é extremamente severo. O HCl é altamente corrosivo para os metais na presença de água. Embora os componentes de grafite sejam resistentes à corrosão, são altamente suscetíveis a danos mecânicos; a grafite impregnada deve passar por um processo de impregnação completo para suportar a corrosão por HCl em toda a gama de concentrações e temperaturas. Por conseguinte, a manutenção regular do forno de HCl é essencial para garantir o seu funcionamento a longo prazo. O ciclo de manutenção é normalmente de 36 a 48 meses, mas os queimadores requerem frequentemente inspeções mais frequentes — se a relação hidrogénio/cloro se desviar, pode formar-se uma mistura explosiva no interior do queimador. Numa fábrica química em França, a condensação na tubagem de hidrogénio provocou uma diminuição do caudal de hidrogénio, levando a uma acumulação excessiva de cloro dentro do forno, o que acabou por resultar numa explosão durante a reinicialização. Com base nestas lições práticas, atualizámos o nosso plano de manutenção/reparação para os queimadores de fornos de HCl. As secções seguintes irão detalhar as três fases: Etapas de Manutenção do Forno de HCl, Etapas de Remoção/Demolição do Forno de HCl e Etapas de Desmontagem do Forno de HCl.
Os preparativos para a manutenção do forno de HCl seguem três etapas. Os preparativos técnicos envolvem a revisão dos registos da manutenção anterior e a análise dos sintomas de falha atuais para determinar a lista de substituição de componentes como a cabeça de combustão, as secções de grafite e as membranas à prova de explosão. Os preparativos dos materiais envolvem a verificação das especificações dos tubos curtos de grafite, das juntas de PTFE expandido e dos discos de ruptura; as juntas para o corpo do forno de grafite têm tipicamente 5 mm de espessura e 15 mm de largura. Os preparativos de segurança e isolamento do processo são fundamentais — após o esvaziamento do forno, o azoto é injetado até que os níveis de oxigénio e gases combustíveis cumpram as normas; flanges cegas são instaladas nas tubagens de cloro e hidrogénio; e o trabalho só pode começar após o encerramento de todas as linhas de alimentação.
Ao entrar na fase de Desmontagem e Inspeção, retire primeiro o visor de nível para verificar se existem danos no vidro. De seguida, retire a cabeça do queimador para inspecionar se o tubo concêntrico está obstruído ou queimado; se a corrosão na extremidade do tubo interior exceder 20 mm de comprimento, a peça deverá ser substituída. Depois, retire o disco de ruptura; deve ser instalado um novo disco de rutura a cada ciclo de manutenção, e qualquer disco que apresente deformação ou corrosão não deve ser reinstalado. A tubagem de gás HCl deve ser inspecionada quanto a obstruções e corrosão, e as válvulas, os caudalímetros e os termómetros devem ser verificados para garantir o seu funcionamento adequado. O foco principal da inspeção do corpo do forno é a medição da espessura da parede; as áreas com espessura inferior à especificada devem ser reparadas ou substituídas, e o desvio de nivelamento da base do forno deve ser controlado com uma precisão de 3 mm.
A fase de Reparação e Substituição é a mais crítica. Ao reinstalar a cabeça do queimador, o desvio de verticalidade não deve exceder 1 mm. Se aparecerem pequenas fissuras na secção de grafite, estas podem ser coladas novamente; no entanto, em caso de fissuras extensas, toda a secção deve ser substituída. Se as faces dos flanges estiverem danificadas, devem ser torneadas para as restaurar; os blocos de grafite com acumulação severa de incrustações nas suas superfícies externas devem ser submetidos a lavagem ácida. A corrosão localizada na carcaça de aço carbono pode ser esmerilada e ressoldada, mas a integridade do revestimento deve ser confirmada; caso contrário, a penetração de HCl na camada da camisa pode provocar fissuras por corrosão sob tensão. A fase de Remontagem e Comissionamento completa sequencialmente a reinstalação, o alinhamento, os testes de pressão e de fugas e a aceitação da ignição. A Reparação Especial de Fornos de Grafite envolve o tratamento especializado para fornos de grafite, incluindo a colagem, a substituição de secções de grafite, o torneamento da face da flange e a lavagem ácida para remoção de incrustações.
| Degrau | Operação principal | Detalhes principais |
|---|---|---|
| Preparação | Isolamento técnico, de materiais, de segurança e de processos | Purga de azoto verificada; tubagem de HCl seca. |
| Desmontagem e Inspeção | Remoção de visores de nível, cabeças de queimadores, membranas à prova de explosão e tubagens de HCl. | Substitua as extremidades internas dos tubos onde a corrosão exceda 20 mm. |
| Reparação e Substituição | Reparação do corpo do forno, reparação da secção de grafite, substituição de juntas e parafusos | Verticalidade da cabeça do queimador ≤ 1 mm |
| Remontagem e Comissionamento | Reinstalação, alinhamento, teste de pressão e fugas, teste prático. | Os discos de ruptura devem ser substituídos após cada manutenção. |
| Reparação Especial de Forno de Grafite | Colagem, substituição da secção de grafite, torneamento da face do flange | Lavagem ácida da camada superficial exterior |
O primeiro passo na remoção do forno de HCl é o encerramento e isolamento. Após reduzir gradualmente o fluxo de gás para o forno, desligue primeiro o fornecimento de cloro, seguido do fornecimento de hidrogénio, e realize a purga com azoto até que o sistema cumpra os critérios de aceitação. Despressurize e arrefeça o sistema para níveis abaixo dos níveis normais de funcionamento. Após desligar as tubagens de cloro e hidrogénio, instale flanges cegas utilizando abraçadeiras. Desligue o tubo de PVC que vai da saída de HCl do topo do forno até ao absorvedor do primeiro estágio e instale um flange cego para evitar interferências nas operações de elevação subsequentes. Após desligar a flange que liga o refrigerador de grafite ao forno de síntese, içe todo o refrigerador e mova-o para uma área segura.
A remoção das tubagens e dos equipamentos auxiliares deve ser feita de cima para baixo, de fora para dentro: primeiro, são removidas as linhas elétricas e de instrumentação, seguindo-se as válvulas e tubagens de processo e, por fim, o próprio equipamento. Ao cortar e remover as escadas e plataformas do topo do forno, tenha em atenção a gestão de trabalhos a quente em zonas com risco de explosão. O içamento e a movimentação de cargas representam a fase de maior risco na remoção de um forno de HCl. Numa determinada fábrica, ao desmontar um forno de síntese com 16 metros de altura e 37 toneladas métricas, foi realizado um levantamento completo do ambiente de trabalho antes da desmontagem, tendo sido formulado um plano para identificar os potenciais riscos item a item. A equipa técnica forneceu orientação completa durante todo o processo, e pessoal de segurança dedicado supervisionou no local todos os trabalhos em altura, trabalhos a quente e operações de elevação. Após a remoção de todos os parafusos e flanges da base das tubagens auxiliares, o corpo do forno foi içado em segurança com o auxílio de uma grua. Os controlos de segurança foram implementados em todo o processo; permissões de trabalho, zonas de acesso restrito, permissões para trabalhos a quente e deteção de gases foram obrigatórias.
A desmontagem do forno de HCl inicia-se com a desmontagem seccional. Em primeiro lugar, retire os tubos curtos de grafite que ligam o corpo do forno de aço ao corpo do forno de grafite — deve ter cuidado ao remover a ranhura de vedação. Só após a remoção dos tubos curtos é que os flanges de ligação na secção superior do corpo do forno de aço podem ser desmontados. Depois de o corpo do forno de aço ser içado e colocado no chão, o corpo do forno de grafite é desmontado secção a secção, de cima para baixo. A força de elevação deve ser cuidadosamente controlada durante a remoção de cada secção de grafite. Embora o grafite impregnado seja resistente à corrosão, tem uma baixa resistência a impactos mecânicos e as colisões podem facilmente provocar fissuras.
A numeração e o registo são etapas do processo de desmontagem que podem ser facilmente negligenciadas, mas que têm um impacto prático significativo. Imediatamente após a remoção de cada secção de grafite, numere-a e faça um esboço, anotando a orientação da face do flange e a localização da superfície de vedação. Sem a numeração e o registo adequados, se as secções forem remontadas na ordem ou orientação errada, as faces dos flanges não se alinharão e a vedação falhará. A inspeção e reparação são realizadas secção a secção durante a desmontagem, com foco na verificação das superfícies internas e externas dos blocos de grafite quanto a poros de escória, fugas e fissuras, bem como nas faces dos flanges quanto a corrosão. Os blocos de grafite com acumulação severa de incrustações requerem lavagem ácida; pequenas fissuras podem ser reparadas com adesivo, enquanto que aqueles com fissuras passantes ou danos extensos devem ser substituídos.
Durante a manutenção do refrigerador de grafite, as aberturas dos tubos também devem ser verificadas quanto a obstruções — a temperatura de saída do forno de síntese situa-se geralmente entre os 450 e os 500 °C. Se a temperatura de entrada do arrefecedor descer abaixo do ponto de orvalho do cloreto de hidrogénio (108,65 °C), o HCl condensa-se numa solução ácida que corrói a tubagem; inversamente, temperaturas excessivamente elevadas reduzirão a vida útil do refrigerador de grafite. Manter esta gama de temperaturas é um aspeto fundamental da manutenção do forno de HCl que é muitas vezes negligenciado, mas que impacta significativamente a vida útil do equipamento. Após a inspeção de desmontagem, todos os componentes são devolvidos aos seus locais de armazenamento designados, de acordo com os seus números de série, aguardando reinstalação ou eliminação.
Durante a manutenção e desmontagem do forno de HCl, podem ser recuperados alguns componentes de metais preciosos danificados; pode contactar uma empresa de reciclagem de metais preciosos para que sejam reciclados.
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