Procedimiento de mantenimiento y revisión del intercambiador de calor de grafito

En las unidades de síntesis de cloro-álcali y cloruro de hidrógeno, se utilizan intercambiadores de calor de grafito para enfriar ácido clorhídrico, enfriar gas cloro húmedo y recuperar el calor de la dilución de ácido sulfúrico; los fluidos involucrados suelen ser ácidos fuertes a alta temperatura. En los intercambiadores de calor de grafito de bloques perforados, se taladran canales que se cruzan en un bloque sólido de grafito, mientras que los intercambiadores de calor de grafito de carcasa y tubos consisten en un haz de tubos formado por tubos y placas tubulares de grafito. La lógica de mantenimiento para ambos tipos de estructuras gira en torno al desmontaje, la limpieza, la inspección, la reparación, el reensamblaje y las pruebas de presión, aunque los pasos operativos específicos difieren. La revisión de un intercambiador de calor de grafito no es simplemente un proceso de limpieza; es un procedimiento integral que incluye la remedición de las dimensiones, la evaluación de obstrucciones en los tubos y la reparación de las superficies de sellado, lo que constituye el núcleo de la reparación de intercambiadores de calor de grafito. Los registros reales de las plantas europeas de cloro-álcali muestran que el intervalo de revisión para los intercambiadores de calor de grafito suele ser de 2,5 a 4 años, dependiendo de la temperatura del anolito en las celdas de electrólisis y la cantidad de niebla ácida arrastrada. Al seleccionar un fabricante de electrolizadores , es fundamental aclarar la temperatura del gas cloro de salida, el contenido de niebla ácida y el contenido de sal en la solución cáustica a plena carga. Estos parámetros determinan directamente si un intercambiador de calor de grafito requiere una revisión completa cada 3 o 5 años. Si bien existen ligeras diferencias en las cargas de diseño de las celdas de electrólisis japonesas y alemanas, los canales de bloques de grafito se corroen más rápidamente en plantas con un control deficiente de la niebla ácida; por lo tanto, los planos originales del fabricante deben verificarse antes de cada revisión del intercambiador de grafito.

Procedimientos de mantenimiento para intercambiadores de calor de grafito de tipo bloque y de tipo carcasa y tubos.

Una revisión completa de un intercambiador de calor de grafito de tipo bloque comienza con el desmontaje del bloque de grafito. Primero, retire las tapas superior e inferior, luego afloje los pernos de conexión de la carcasa para separarla del bloque de grafito como una sola unidad y eleve el bloque de grafito al área de mantenimiento. Para la limpieza, priorice el chorro de agua a alta presión de los canales de proceso y de enfriamiento; para la incrustación persistente, utilice lavado con ácido, pero controle estrictamente la concentración y la temperatura del ácido. Después de la limpieza, realice inspecciones visuales, pruebas de penetración de tinte y pruebas ultrasónicas, centrándose en grietas y penetraciones en las intersecciones de los canales. Los canales individuales dañados no se pueden reemplazar por separado; en su lugar, realice taponamiento de canales en un número reducido de canales utilizando masilla de grafito resistente al ácido y tapones de grafito. Si las grietas afectan a todo el bloque de presión o si la proporción de canales taponados excede las especificaciones del fabricante, proceda directamente con el reemplazo completo del bloque. Las superficies de sellado se lijan y se reemplaza la junta entre el bloque de grafito y la carcasa.

Durante el reensamblaje, los componentes se aprietan en el orden inverso al desmontaje, seguido de pruebas hidrostáticas y de estanqueidad al aire; esto constituye el proceso completo de circuito cerrado requerido para una reparación integral de un intercambiador de calor de grafito. Las revisiones generales de los intercambiadores de calor de grafito de carcasa y tubos comienzan con la extracción del haz de grafito. Después de retirar los cabezales, utilice equipos de elevación especializados o una máquina de extracción de núcleos para extraer lentamente todo el haz de tubos de grafito de la carcasa. Debido a la alta fragilidad de los tubos de grafito, no deben extraerse por secciones. Después de completar la extracción del haz de grafito, se debe registrar la fuerza de extracción; si es anormalmente alta, esto indica incrustaciones en la carcasa o deflectores atascados. Después de la extracción, realice un chorro de agua a presión en el interior y el exterior de los tubos del haz de grafito y limpie el lado de la carcasa por separado.

Durante la inspección, realice mediciones del espesor de la pared, pruebas de penetración de tinte y pruebas de corrientes de Foucault en cada tubo de grafito individualmente. Utilice una prueba de paso de bola para detectar obstrucciones. Si es factible, realice tapones de grafito en los tubos dañados individualmente presionando un tapón cónico de grafito en el extremo del tubo; si hay varios tubos dañados o la superficie de sellado de la placa tubular está dañada, proceda directamente con el reemplazo del haz de grafito, que es más confiable que reemplazar los tubos uno por uno. El enfoque de la reparación del sellado de la placa tubular se centra en el sellado entre el tubo de grafito y la placa tubular, utilizando el adhesivo recomendado por el fabricante o anillos de sellado de grafito comprimido.

Durante la reinstalación, el haz de grafito debe reinsertarse lentamente en la carcasa para evitar dañar los deflectores. Finalmente, las pruebas de presión para la revisión del intercambiador de calor de grafito de ambos tipos de equipos deben realizarse según las mismas normas; los requisitos no deben reducirse simplemente porque los intercambiadores de calor de carcasa y tubos tengan menos puntos de fuga potenciales, ya que de lo contrario la reparación del intercambiador de calor de grafito probablemente requerirá una revisión.

Tabla comparativa de dos tipos de intercambiadores de calor de grafito

La siguiente tabla presenta la terminología de los mismos procedimientos de mantenimiento en ambos tipos de estructuras, una al lado de la otra, para facilitar la comparación entre las órdenes de trabajo in situ y la documentación en inglés. La principal fuente de confusión en la revisión de intercambiadores de grafito es el uso indistinto de los términos para las configuraciones de "bloque y orificio" y "carcasa y tubos", lo que lleva a solicitar repuestos incorrectos. In situ, el desmontaje del intercambiador de bloques de grafito se suele denominar simplemente "elevación de bloques", y la extracción del haz de grafito se denomina "extracción del núcleo"; sin embargo, cualquier orden de trabajo para la reparación de un intercambiador de calor de grafito debe utilizar la terminología completa en inglés.

Precauciones generales para la revisión de intercambiadores de calor de grafito

Ya sean de tipo bloque-perforado o de carcasa-tubo, los mayores riesgos durante la revisión de un intercambiador de calor de grafito son las cargas de choque y las tensiones localizadas. El grafito es resistente a la compresión pero no a la tensión; por lo tanto, deben utilizarse eslingas de nailon anchas o soportes especializados para el izamiento, y está estrictamente prohibido asegurar directamente el cuerpo de grafito con cables de acero. La selección de los materiales de sellado es más crítica de lo que se podría pensar; en entornos con ácido clorhídrico o cloro húmedo, deben utilizarse elastómeros fluorados o juntas de compuesto de grafito flexible; las juntas de caucho comunes no son un sustituto. Las pruebas hidrostáticas deben realizarse a una presión de 1,3 a 1,5 veces la presión de diseño original. La presión debe incrementarse lentamente y mantenerse durante al menos 30 minutos. Para la prueba debe utilizarse agua desalinizada o agua con bajo contenido de cloro.

Los documentos técnicos de Euro Chlor indican que el ciclo de revisión de los intercambiadores de calor de grafito utilizados en la refrigeración de gas de cloro húmedo debe evaluarse en función del contenido de niebla ácida y la concentración de cloro libre, en lugar de basarse únicamente en las horas de funcionamiento. Tanto los manuales de mantenimiento de Mersen como los de SGL mencionan que las pruebas de estanqueidad al gas tras la revisión de un intercambiador de calor de grafito son más importantes que las pruebas hidrostáticas; recomiendan comprobar primero si hay microfugas utilizando nitrógeno a baja presión (0,2 MPa) antes de aumentar la presión hasta la de prueba. Al realizar reparaciones en intercambiadores de calor de grafito, también se debe inspeccionar el revestimiento anticorrosión de la pared interior de la carcasa y los ánodos de sacrificio , ya que la corrosión en el lado de la carcasa suele pasarse por alto. Los pernos de las bridas deben apretarse simétricamente en tres etapas según las especificaciones del fabricante; un apriete excesivo puede provocar el agrietamiento de las bridas de grafito. La experiencia práctica demuestra que las causas más comunes de fallas en la revisión son los daños a los tubos de grafito causados por el uso de palancas durante la extracción del núcleo, la selección incorrecta de juntas y el agua residual que no se drena completamente después de la prueba de presión, lo que provoca grietas por congelación en invierno. Al seleccionar un fabricante de celdas electrolíticas, priorice aquellos que puedan proporcionar límites operativos completos para los intercambiadores de calor de grafito e intervalos de revisión recomendados; evite a los representantes de ventas que solo proporcionan datos de consumo de energía y eluden los problemas relacionados con la niebla ácida y la incrustación.

Procedimientos detallados de mantenimiento para intercambiadores de calor de grafito

Cada uno de los siguientes pasos es una acción controlada en el proceso de reacondicionamiento del intercambiador de grafito y no debe omitirse. La tabla a continuación enumera los términos clave en inglés para los tipos de intercambiadores de bloques y orificios y de carcasa y tubos, lo que facilita su uso directo al crear órdenes de trabajo y solicitudes de repuestos. (Para las piezas reemplazadas, puede contactar a un reciclador de metales preciosos para que las analice).

Antes de comenzar la Fase 0 de la Revisión del Intercambiador de Grafito, se debe obtener un permiso de trabajo y se deben implementar los procedimientos de bloqueo/etiquetado. Después de despresurizar el sistema, drene el medio y purgue con nitrógeno hasta que las pruebas de detección de gases combustibles y tóxicos sean satisfactorias. Al realizar la Revisión del Intercambiador de Grafito, la Fase 1 implica el desmontaje de la estructura: para unidades de tipo bloque y orificio, primero retire las tapas de los extremos, luego empuje la carcasa y levante los bloques de grafito; la clave para el desmontaje del Intercambiador de Bloque de Grafito es registrar el espesor original de la junta y las posiciones relativas de la carcasa y los bloques de grafito; de lo contrario, puede ocurrir una desalineación durante el reensamblaje. Para la extracción del haz de grafito de tipo carcasa y tubos, el haz de tubos debe inspeccionarse para verificar la adhesión a la carcasa antes de extraer el núcleo; si es necesario, sumérjalo en agua o use calentamiento con vapor para aflojarlo. La limpieza de la Etapa 2 utiliza chorros de agua a alta presión, con una presión generalmente controlada entre 500 y 800 bar; no se deben usar boquillas de acero en los canales de grafito. La inspección de la etapa 3 debe incluir mediciones dimensionales y detección de grietas superficiales; para los tipos de carcasa y tubos, cada tubo de grafito debe estar numerado. Durante la etapa de reparación de una revisión del intercambiador de grafito, las decisiones dependen del número de fugas y riesgos de presión; para los tipos de bloques y orificios, si más del 5 % de los canales están bloqueados o las grietas abarcan varios orificios, se debe reemplazar la unidad completa; para los tipos de carcasa y tubos, si más del 10 % de los tubos están bloqueados o la superficie de sellado de la placa tubular está dañada, se debe reemplazar todo el haz de tubos. Durante la etapa 5 (reensamblaje), la mayor preocupación es el contacto duro entre los bloques de grafito o los haces de tubos y la carcasa; se deben usar varillas guía de posicionamiento. Durante la etapa 6 de la revisión del intercambiador de calor de grafito, se deben realizar pruebas de presión por separado para la estanqueidad hidrostática y de aire; la prueba de estanqueidad de aire por sí sola no puede sustituir a la prueba hidrostática.

Después de completar la reparación del intercambiador de calor de grafito, actualice los registros de mantenimiento y archive las ubicaciones de los tapones de los tubos, los números de serie de las piezas reemplazadas y las curvas de prueba de presión. El éxito de una revisión del intercambiador de calor de grafito se determina en última instancia no por cuán limpia parezca la superficie del equipo, sino por la ausencia de fugas en todos los puntos de sellado dentro de las 48 horas posteriores al calentamiento y por las caídas de presión que se mantienen dentro del rango de diseño. Después de completar la reparación del intercambiador de calor de grafito, actualice el registro de mantenimiento y archive las ubicaciones de los tubos obstruidos, los números de serie de las piezas reemplazadas y las curvas de prueba de presión. El éxito de una revisión del intercambiador de calor de grafito se determina en última instancia no por cuán limpia esté la superficie del equipo, sino por si todos los puntos de sellado permanecen libres de fugas durante 48 horas después del calentamiento y si la caída de presión se mantiene dentro del rango de diseño. Al seleccionar un fabricante de celdas electrolíticas, les exijo que proporcionen registros de revisiones de intercambiadores de calor de grafito de instalaciones similares en Europa o América del Norte que hayan estado en operación continua durante al menos tres años. Presto especial atención a la eficiencia del depurador de niebla ácida y a los cambios en la acidez del anolito, ya que estos indicadores revelan si la celda electrolítica es compatible con los equipos posteriores, y este es el factor fundamental para prolongar el ciclo de revisión del intercambiador de calor de grafito.