En la producción de cloro-álcali y productos químicos básicos, el horno de síntesis de ácido clorhídrico (horno de HCl) desempeña un papel fundamental en la síntesis de cloruro de hidrógeno gaseoso a partir de cloro e hidrógeno producidos por electrólisis ; su producto se utiliza directamente en la producción de PVC, ácido clorhídrico y productos derivados del cloruro. A nivel internacional, existen dos diseños principales: hornos de síntesis de grafito y hornos de síntesis de acero con camisa de agua. Los primeros están representados por unidades de combustión inferior o superior de fabricantes como Mersen, SGL Carbon y Wilk-Graphite, mientras que los segundos se utilizan principalmente en plantas de tamaño pequeño y mediano. Los hornos de grafito suelen operar a temperaturas superiores a 1500 °C, y en condiciones especiales de operación, pueden alcanzar los 2500 °C. El quemador (quemador de HCl) está montado en la parte inferior con la llama dirigida hacia arriba, y se instala un disco de seguridad en la parte superior del horno; en caso de sobrepresión, el gas se libera de forma segura hacia arriba.
El entorno operativo para este tipo de equipo es extremadamente hostil. El HCl es altamente corrosivo para los metales en presencia de agua. Si bien los componentes de grafito son resistentes a la corrosión, son muy susceptibles a los daños mecánicos; el grafito impregnado debe someterse a un proceso de impregnación completo para resistir la corrosión por HCl en todo el rango de concentraciones y temperaturas. Por lo tanto, realizar un mantenimiento regular del horno de HCl es esencial para garantizar su funcionamiento a largo plazo. El ciclo de mantenimiento suele ser de 36 a 48 meses, pero los quemadores a menudo requieren inspecciones más frecuentes: si la proporción de hidrógeno a cloro se desvía, puede formarse una mezcla explosiva en su interior. En una planta química en Francia, la condensación en la tubería de hidrógeno provocó una disminución en el caudal de hidrógeno, lo que conllevó una acumulación excesiva de cloro dentro del horno, que finalmente resultó en una explosión durante el reinicio. Basándonos en estas experiencias reales, hemos actualizado nuestro plan de mantenimiento y reparación para quemadores de hornos de HCl. Las siguientes secciones detallarán las tres fases: Pasos de mantenimiento del horno de HCl, Pasos de desmontaje/desmantelamiento del horno de HCl y Pasos de desensamblaje del horno de HCl.
Los preparativos para el mantenimiento del horno de HCl se desarrollan en tres fases. Los preparativos técnicos incluyen la revisión de los registros del mantenimiento anterior y el análisis de los síntomas de falla actuales para determinar la lista de reemplazo de componentes como el cabezal de combustión, las secciones de grafito y las membranas a prueba de explosiones. Los preparativos de materiales incluyen la verificación de las especificaciones de los tubos cortos de grafito, las juntas de PTFE expandido y los discos de ruptura; las juntas para el cuerpo del horno de grafito suelen tener 5 mm de espesor y 15 mm de ancho. Los preparativos de seguridad y aislamiento del proceso son primordiales: después de vaciar el horno, se purga nitrógeno en el horno hasta que los niveles de oxígeno y gas combustible cumplan con los estándares; se instalan bridas ciegas en las tuberías de cloro e hidrógeno; y el trabajo solo puede comenzar después de que se hayan cerrado todas las líneas de alimentación.
Al entrar en la fase de Desmontaje e Inspección, primero retire el visor para comprobar si hay daños en el cristal, luego retire el cabezal del quemador para inspeccionar si el tubo concéntrico está obstruido o quemado; si la corrosión en el extremo del tubo interior supera los 20 mm de longitud, la pieza debe sustituirse. A continuación, retire el disco de ruptura; se debe instalar un nuevo disco de ruptura en cada ciclo de mantenimiento, y cualquier disco que muestre deformación o corrosión no debe reinstalarse. La tubería de gas HCl debe inspeccionarse para detectar obstrucciones y corrosión, y las válvulas, los caudalímetros y los termómetros deben comprobarse para asegurar su correcto funcionamiento. El objetivo principal de la inspección del cuerpo del horno es la medición del espesor de la pared; las áreas por debajo del espesor de diseño deben repararse o sustituirse, y la desviación de nivelación de la base del horno debe controlarse dentro de los 3 mm.
La reparación y el reemplazo constituyen la fase más crítica. Al reinstalar el cabezal del quemador, la desviación de verticalidad no debe exceder 1 mm. Si aparecen pequeñas grietas en la sección de grafito, se pueden volver a unir; sin embargo, en caso de agrietamiento extenso, se debe reemplazar la sección completa. Si las caras de las bridas están dañadas, deben tornearse para restaurarlas; los bloques de grafito con acumulación severa de incrustaciones en sus superficies exteriores deben someterse a un lavado con ácido. La corrosión localizada en la carcasa de acero al carbono se puede lijar y volver a soldar, pero se debe confirmar la integridad del revestimiento; de lo contrario, la penetración de HCl en la capa de la camisa puede causar agrietamiento por corrosión bajo tensión. La fase de reensamblaje y puesta en marcha completa secuencialmente la reinstalación, la alineación, las pruebas de presión y fugas, y la aceptación del encendido. La reparación especial del horno de grafito implica un tratamiento especializado para hornos de grafito, que incluye la unión, el reemplazo de secciones de grafito, el torneado de las caras de las bridas y el lavado con ácido para eliminar las incrustaciones.
| Paso | Operación principal | Detalles clave |
|---|---|---|
| Preparación | Aislamiento técnico, material, de seguridad y de procesos | Purga de nitrógeno verificada; tubería de HCl sellada con papel absorbente |
| Desmontaje e inspección | Retirada de mirillas, cabezales de quemadores, membranas antiexplosivas y tuberías de HCl. | Reemplace los extremos interiores de las tuberías donde la corrosión supere los 20 mm. |
| Reparación y reemplazo | Reparación del cuerpo del horno, reparación de la sección de grafito, reemplazo de juntas y pernos. | Verticalidad del cabezal del quemador ≤ 1 mm |
| Reensamblaje y puesta en marcha | Reinstalación, alineación, prueba de presión y fugas, prueba de funcionamiento | Los discos de ruptura deben reemplazarse después de cada mantenimiento. |
| Reparación especial de horno de grafito | Unión, sustitución de la sección de grafito, torneado de la cara de la brida | Lavado ácido de la incrustación de la superficie externa |
El primer paso para la eliminación del horno de HCl es el apagado y el aislamiento. Después de reducir gradualmente el flujo de gas hacia el horno, cierre primero el suministro de cloro, seguido del suministro de hidrógeno, y purgue con nitrógeno hasta que el sistema cumpla con los criterios de aceptación. Despresurice y enfríe el sistema por debajo de los niveles normales de operación. Después de desconectar las tuberías de cloro e hidrógeno, instale bridas ciegas con abrazaderas para bridas. Desconecte la tubería de PVC que va desde la salida superior de HCl del horno hasta el absorbedor de primera etapa e instale una brida ciega para evitar interferir con las operaciones de izamiento posteriores. Después de desconectar la brida que conecta el enfriador de grafito al horno de síntesis, levante todo el enfriador y trasládelo a un área segura.
La extracción de tuberías y equipos auxiliares debe realizarse de arriba hacia abajo y de afuera hacia adentro: primero se retiran las líneas eléctricas y de instrumentación, seguidas de las válvulas y las tuberías de proceso, y finalmente el equipo en sí. Al cortar y retirar las escaleras y plataformas superiores del horno, preste atención a la gestión de trabajos en caliente en áreas con riesgo de explosión. El izamiento y la elevación constituyen la fase de mayor riesgo en la extracción de un horno de HCl. Cuando una planta determinada desmanteló un horno de síntesis de 16 metros de altura y 37 toneladas métricas, se realizó un estudio exhaustivo del entorno de trabajo antes del desmantelamiento y se formuló un plan para identificar los riesgos potenciales elemento por elemento. El personal técnico brindó orientación completa durante todo el proceso, y personal de seguridad especializado supervisó in situ todos los trabajos en altura, trabajos en caliente y operaciones de elevación. Una vez retirados todos los pernos y bridas de la base de las tuberías auxiliares, el cuerpo del horno se izó de forma segura con la ayuda de una grúa. Se implementaron controles de seguridad durante todo el proceso; los permisos de trabajo, las zonas de acceso restringido, los permisos de trabajo en caliente y la detección de gases fueron obligatorios.
El desmontaje del horno de HCl comienza con el desmantelamiento por secciones. Primero, retire los tubos cortos de grafito que conectan el cuerpo del horno de acero con el cuerpo del horno de grafito; tenga cuidado al retirar la ranura de sellado. Solo después de retirar los tubos cortos se pueden desmontar las bridas de conexión en la sección superior del cuerpo del horno de acero. Una vez que el cuerpo del horno de acero se eleva y se coloca en el suelo, el cuerpo del horno de grafito se desmonta sección por sección de arriba a abajo. La fuerza de elevación debe controlarse cuidadosamente durante la extracción de cada sección de grafito. Si bien el grafito impregnado es resistente a la corrosión, tiene poca resistencia a los impactos mecánicos y las colisiones pueden causar fácilmente grietas.
La numeración y el registro son pasos del proceso de desmontaje que a menudo se pasan por alto, pero que tienen un impacto práctico significativo. Inmediatamente después de retirar cada sección de grafito, numérela y dibuje un esquema, anotando la orientación de la cara de la brida y la ubicación de la superficie de sellado. Sin una numeración y un registro adecuados, si las secciones se vuelven a ensamblar en el orden u orientación incorrectos, las caras de las bridas no se alinearán y el sello fallará. La inspección y la reparación se realizan sección por sección durante el desmontaje, centrándose en revisar las superficies internas y externas de los bloques de grafito para detectar poros de escoria, fugas y grietas, así como las caras de las bridas para detectar picaduras de corrosión. Los bloques de grafito con una acumulación severa de incrustaciones requieren lavado con ácido; las grietas pequeñas se pueden reparar con adhesivo, mientras que aquellos con grietas pasantes o daños extensos deben reemplazarse.
Durante el mantenimiento del enfriador de grafito, también se deben revisar las aberturas de las tuberías para detectar obstrucciones; la temperatura de salida del horno de síntesis generalmente oscila entre 450 y 500 °C. Si la temperatura de entrada del enfriador cae por debajo del punto de rocío del cloruro de hidrógeno (108,65 °C), el HCl se condensará en una solución ácida que corroerá las tuberías; por el contrario, las temperaturas excesivamente altas acortarán la vida útil del enfriador de grafito. Mantener este rango de temperatura es un aspecto clave del mantenimiento del horno de HCl que a menudo se pasa por alto, pero que influye significativamente en la vida útil del equipo. Una vez finalizada la inspección de desmontaje, todos los componentes se devuelven a sus ubicaciones de almacenamiento designadas según sus números de serie, a la espera de su reinstalación o desguace.
Durante el mantenimiento y el desmantelamiento del horno de HCl, es posible que se recuperen algunos componentes de metales preciosos que hayan fallado; puede ponerse en contacto con una empresa de reciclaje de metales preciosos para que los reciclen.
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