Процедура технического обслуживания и капитального ремонта графитового теплообменника

В установках синтеза хлора и хлористого водорода графитовые теплообменники используются для охлаждения соляной кислоты, охлаждения влажного газообразного хлора и рекуперации тепла от разбавления серной кислотой; в качестве среды обычно используются высокотемпературные сильные кислоты. В графитовых теплообменниках с блочными отверстиями пересекающиеся каналы просверливаются в сплошном блоке графита, тогда как кожухотрубные графитовые теплообменники состоят из пучка труб, образованного графитовыми трубами и трубными решетками. Логика технического обслуживания обоих типов конструкций основана на разборке, очистке, осмотре, ремонте, сборке и испытании под давлением, хотя конкретные этапы работы различаются. Капитальный ремонт графитового теплообменника — это не просто процесс очистки; это комплексная процедура, включающая повторное измерение размеров, оценку засоров труб и ремонт уплотнительных поверхностей — что составляет основу ремонта графитовых теплообменников. Фактические данные с европейских хлорщелочных заводов показывают, что интервал капитального ремонта графитовых теплообменников обычно составляет от 2,5 до 4 лет, в зависимости от температуры анолита в электролитических ячейках и количества уносимого кислотного тумана. При выборе производителя электролизеров крайне важно уточнить температуру выходящего хлора, содержание кислотного тумана и содержание солей в щелочном растворе при полной нагрузке. Эти параметры напрямую определяют, требуется ли полный капитальный ремонт графитового теплообменника каждые 3 или 5 лет. Хотя существуют небольшие различия в расчетных нагрузках японских и немецких электролитических ячеек, графитовые блочные каналы корродируют быстрее на предприятиях с плохим контролем кислотного тумана; поэтому перед каждым капитальным ремонтом графитового теплообменника необходимо проверять чертежи производителя.

Процедуры технического обслуживания графитовых теплообменников блочного и кожухотрубного типов.

Капитальный ремонт блочного графитового теплообменника начинается с демонтажа графитового блока. Сначала снимают верхнюю и нижнюю головки, затем ослабляют болты соединения корпуса, чтобы снять или сдвинуть стальной корпус с графитового блока целиком, и поднимают графитовый блок в зону технического обслуживания. Для очистки в первую очередь используют промывку технологическим и охлаждающим каналам водой под высоким давлением; для удаления стойких отложений применяют кислотную промывку, но строго контролируют концентрацию кислоты и температуру. После очистки проводят визуальный осмотр, капиллярный контроль и ультразвуковой контроль, уделяя особое внимание трещинам и проникновениям в местах пересечения каналов. Вышедшие из строя отдельные каналы нельзя заменить по отдельности; вместо этого выполняют герметизацию небольшого количества каналов с использованием кислотостойкой графитовой замазки и графитовых заглушек. Если трещины затрагивают весь несущий блок или если доля герметизированных каналов превышает спецификации производителя, следует сразу приступить к полной замене блока. Уплотнительные поверхности шлифуют, и заменяют прокладку между графитовым блоком и корпусом.

В процессе сборки компоненты затягиваются в обратном порядке по сравнению с разборкой, после чего проводятся гидростатические испытания и испытания на герметичность — это составляет полный замкнутый цикл, необходимый для комплексного ремонта графитового теплообменника. Капитальный ремонт кожухотрубных графитовых теплообменников начинается с извлечения графитового пучка. После снятия головок с помощью специального подъемного оборудования или машины для извлечения стержней медленно извлекают весь пучок графитовых трубок из кожуха. Из-за высокой хрупкости графитовых трубок их нельзя извлекать по частям. После завершения извлечения графитового пучка необходимо зафиксировать усилие извлечения; если оно аномально велико, это указывает на образование накипи в кожухе или заклинивание перегородок. После извлечения выполните гидроструйную очистку графитового пучка как с внутренней, так и с внешней стороны трубок, а кожуховую сторону очистите отдельно.

В ходе осмотра выполните измерение толщины стенок, капиллярный контроль и вихретоковый контроль каждой графитовой трубки по отдельности. Используйте тест с прохождением шарика для определения засоров. По возможности, выполните заглушку графитовых трубок в отдельных поврежденных трубках, вдавливая коническую графитовую пробку в конец трубки; если повреждено несколько трубок или повреждена уплотнительная поверхность трубной доски, сразу переходите к замене графитового пучка, что более надежно, чем замена трубок по одной. Основное внимание при ремонте уплотнения трубной доски уделяется уплотнению графитовой трубки относительно трубной доски с использованием рекомендованного производителем клея или спрессованных графитовых уплотнительных колец.

При повторной установке графитовый пучок необходимо медленно вставлять в корпус, чтобы избежать удара о перегородки. Наконец, испытание под давлением при капитальном ремонте графитового теплообменника обоих типов оборудования должно проводиться в соответствии с одними и теми же стандартами; требования не должны снижаться только потому, что кожухотрубные теплообменники имеют меньше потенциальных мест утечки, иначе ремонт графитового теплообменника, скорее всего, потребует переделки.

Сравнительная таблица двух типов графитовых теплообменников

В следующей таблице приведена терминология для одних и тех же процедур технического обслуживания в обоих типах конструкций, расположенная рядом, для облегчения сопоставления между рабочими заданиями на объекте и документацией на английском языке. Наиболее распространенной причиной путаницы в разделе «Капитальный ремонт графитового теплообменника» является взаимозаменяемое использование терминов для конфигураций «блочно-трубный» и «кожухотрубный», что приводит к заказу неправильных запасных частей. На объекте «Демонтаж графитового блочного теплообменника» часто просто называют «подъемом блока», а «извлечение графитового пучка» — «извлечением сердечника»; однако в любом рабочем задании на ремонт графитового теплообменника необходимо использовать полную терминологию на английском языке.

Общие меры предосторожности при капитальном ремонте графитовых теплообменников

Независимо от типа теплообменника — блочно-трубный или кожухотрубный — наибольший риск при капитальном ремонте графитового теплообменника представляют ударные нагрузки и локальные напряжения. Графит устойчив к сжатию, но не к растяжению; поэтому для подъема необходимо использовать широкие нейлоновые стропы или специальные опоры, и категорически запрещается непосредственно крепить графитовый корпус стальными тросами. Выбор уплотнительных материалов более важен, чем может показаться; в средах, содержащих соляную кислоту или влажный хлор, необходимо использовать фторированные эластомеры или гибкие графитовые композитные прокладки — обычные резиновые прокладки недопустимы. Гидростатические испытания следует проводить при давлении, в 1,3–1,5 раза превышающем исходное расчетное давление. Давление необходимо повышать медленно и поддерживать в течение как минимум 30 минут. Для испытаний следует использовать опресненную воду или воду с низким содержанием хлора.

В технических документах Euro Chlor указано, что цикл капитального ремонта графитовых теплообменников, используемых для охлаждения влажным хлором, следует оценивать на основе содержания кислотного тумана и концентрации свободного хлора, а не только по количеству отработанных часов. В руководствах по техническому обслуживанию Mersen и SGL упоминается, что испытания на герметичность после капитального ремонта графитового теплообменника более важны, чем гидростатические испытания; рекомендуется сначала проверить наличие микроутечек с помощью азота при низком давлении 0,2 МПа, прежде чем повышать давление до испытательного. При выполнении ремонта графитовых теплообменников необходимо также осмотреть антикоррозионное покрытие на внутренней стенке корпуса и жертвенные аноды , поскольку коррозия со стороны корпуса часто остается незамеченной. Болты фланцев следует затягивать симметрично в три этапа в соответствии со спецификациями производителя; чрезмерная затяжка может привести к растрескиванию графитовых фланцев. Опыт эксплуатации показывает, что наиболее распространенными причинами отказов при капитальном ремонте являются повреждение графитовых трубок в результате манипуляций при извлечении стержня, неправильный выбор прокладок и неполное удаление остаточной воды после испытания под давлением, что приводит к образованию трещин от замерзания зимой. При выборе производителя электролитических ячеек следует отдавать приоритет тем, кто может предоставить полные данные о рабочих параметрах графитовых теплообменников и рекомендуемые интервалы капитального ремонта; следует избегать торговых представителей, которые предоставляют только данные о потреблении электроэнергии и уклоняются от вопросов, связанных с кислотным туманом и образованием накипи.

Подробные инструкции по техническому обслуживанию графитовых теплообменников.

Каждый из следующих шагов является контролируемым действием в процессе капитального ремонта графитового теплообменника и не должен быть пропущен. В таблице ниже приведены ключевые английские термины для типов теплообменников «блок-трубка» и «кожухотрубка» рядом друг с другом, что удобно для непосредственного использования при создании рабочих заказов и запросов на запасные части. (Для замененных деталей вы можете обратиться в компанию по переработке драгоценных металлов для проведения анализа на содержание драгоценных металлов.)

Перед началом нулевого этапа капитального ремонта графитового теплообменника необходимо получить разрешение на работу и выполнить процедуры блокировки/маркировки. После сброса давления в системе необходимо слить рабочую среду и продуть систему азотом до тех пор, пока не будут пройдены тесты на обнаружение горючих и токсичных газов. При проведении капитального ремонта графитового теплообменника первый этап включает разборку конструкции: для теплообменников блочно-отверстий сначала снимите торцевые заглушки, затем вытолкните корпус и извлеките графитовые блоки; ключевым моментом при разборке графитового блочного теплообменника является фиксация исходной толщины прокладки и относительного положения корпуса и графитовых блоков; в противном случае при повторной сборке может произойти смещение. При извлечении графитового пучка трубчатого теплообменника необходимо проверить его адгезию к корпусу перед извлечением сердечника; при необходимости его следует замочить в воде или использовать паровой нагрев для разрыхления. На втором этапе очистки используются струи воды под высоким давлением, обычно контролируемым в диапазоне от 500 до 800 бар; Стальные патрубки не должны использоваться в графитовых каналах. На этапе 3 осмотра необходимо проводить измерения размеров и обнаружение поверхностных трещин; для кожухотрубных теплообменников каждая графитовая трубка должна быть пронумерована. На этапе ремонта при капитальном ремонте графитового теплообменника решения зависят от количества утечек и рисков, связанных с давлением; для теплообменников с блочными и перфорированными каналами, если более 5% каналов заблокированы или трещины охватывают несколько отверстий, необходимо заменить весь агрегат; для кожухотрубных теплообменников, если более 10% трубок заблокированы или повреждена уплотнительная поверхность трубной решетки, необходимо заменить весь трубный пучок. На этапе 5 (сборка) наибольшую опасность представляет жесткий контакт между графитовыми блоками или трубными пучками и корпусом; необходимо использовать направляющие стержни для позиционирования. На этапе 6 капитального ремонта графитового теплообменника необходимо отдельно провести испытания под давлением на гидростатическую и воздухонепроницаемость; одних только испытаний на воздухонепроницаемость недостаточно для замены гидростатических испытаний.

После завершения ремонта графитового теплообменника обновите записи о техническом обслуживании и заархивируйте места засорения трубок, серийные номера замененных деталей и кривые испытаний под давлением. Успех капитального ремонта графитового теплообменника в конечном итоге определяется не чистотой поверхности оборудования, а отсутствием утечек во всех точках уплотнения в течение 48 часов после нагрева и сохранением перепада давления в пределах расчетного диапазона. После завершения ремонта графитового теплообменника обновите записи о техническом обслуживании и заархивируйте места засорения трубок, серийные номера замененных деталей и кривые испытаний под давлением. Успех капитального ремонта графитового теплообменника в конечном итоге определяется не чистотой поверхности оборудования, а тем, остаются ли все точки уплотнения герметичными в течение 48 часов после нагрева и остается ли перепад давления в пределах расчетного диапазона. При выборе производителя электролитических ячеек я требую от них предоставления записей о капитальном ремонте графитовых теплообменников на аналогичных установках в Европе или Северной Америке, которые непрерывно эксплуатировались не менее трех лет. Я уделяю особое внимание эффективности скруббера кислотного тумана и изменениям кислотности анолита, поскольку эти показатели указывают на совместимость электролитической ячейки с последующим оборудованием — а это является основополагающим фактором для продления цикла капитального ремонта графитового теплообменника.