Quy trình bảo trì và đại tu bộ trao đổi nhiệt bằng than chì

Trong các nhà máy tổng hợp clo-kiềm và hydro clorua, bộ trao đổi nhiệt bằng than chì được sử dụng để làm mát axit clohydric, làm mát khí clo ẩm và thu hồi nhiệt từ quá trình pha loãng axit sulfuric; môi chất liên quan thường là các axit mạnh, nhiệt độ cao. Trong bộ trao đổi nhiệt bằng than chì dạng khối rỗng, các kênh giao nhau được khoan vào một khối than chì đặc, trong khi bộ trao đổi nhiệt bằng than chì dạng ống và vỏ bao gồm một bó ống được tạo thành từ các ống than chì và các tấm ống. Quy trình bảo trì cho cả hai loại cấu trúc đều xoay quanh việc tháo rời, làm sạch, kiểm tra, sửa chữa, lắp ráp lại và kiểm tra áp suất, mặc dù các bước vận hành cụ thể khác nhau. Việc đại tu bộ trao đổi nhiệt bằng than chì không chỉ đơn thuần là một quá trình làm sạch; mà là một quy trình toàn diện bao gồm đo lại kích thước, đánh giá sự tắc nghẽn ống và sửa chữa các bề mặt làm kín - đây là phần cốt lõi của việc sửa chữa bộ trao đổi nhiệt bằng than chì. Hồ sơ thực tế từ các nhà máy clo-kiềm ở châu Âu cho thấy khoảng thời gian đại tu bộ trao đổi nhiệt bằng than chì thường là từ 2,5 đến 4 năm, tùy thuộc vào nhiệt độ chất điện phân trong các tế bào điện phân và lượng sương axit lẫn trong đó. Khi lựa chọn nhà sản xuất thiết bị điện phân , điều cần thiết là phải làm rõ nhiệt độ khí clo đầu ra, hàm lượng sương axit và hàm lượng muối trong dung dịch kiềm ở tải trọng tối đa. Các thông số này quyết định trực tiếp liệu bộ trao đổi nhiệt bằng than chì có cần được đại tu hoàn toàn sau mỗi 3 hoặc 5 năm hay không. Mặc dù có sự khác biệt nhỏ về tải trọng thiết kế của các thiết bị điện phân Nhật Bản và Đức, nhưng các kênh khối than chì bị ăn mòn nhanh hơn ở các nhà máy có hệ thống kiểm soát sương axit kém; do đó, cần phải kiểm tra bản vẽ của nhà sản xuất gốc trước mỗi lần đại tu bộ trao đổi nhiệt bằng than chì.

Quy trình bảo trì cho bộ trao đổi nhiệt than chì dạng khối và dạng ống lồng

Việc đại tu bộ trao đổi nhiệt than chì dạng khối bắt đầu bằng việc tháo rời khối than chì. Đầu tiên, tháo các đầu trên và dưới, sau đó nới lỏng các bu lông nối vỏ để kéo hoặc đẩy vỏ thép ra khỏi khối than chì như một khối duy nhất, và nâng khối than chì ra khu vực bảo trì. Để làm sạch, ưu tiên sử dụng tia nước áp lực cao để làm sạch các kênh dẫn và làm mát; đối với cặn bám cứng đầu, sử dụng phương pháp rửa bằng axit, nhưng phải kiểm soát chặt chẽ nồng độ và nhiệt độ axit. Sau khi làm sạch, tiến hành kiểm tra bằng mắt thường, kiểm tra bằng chất thẩm thấu màu và kiểm tra siêu âm, tập trung vào các vết nứt và sự xuyên thủng tại các điểm giao nhau của kênh. Các kênh bị hỏng riêng lẻ không thể được thay thế riêng lẻ; thay vào đó, hãy bịt kín một số ít kênh bằng cách sử dụng chất trám than chì chống axit và các nút than chì. Nếu các vết nứt ảnh hưởng đến toàn bộ khối chịu áp lực hoặc nếu tỷ lệ các kênh bị bịt kín vượt quá thông số kỹ thuật của nhà sản xuất, hãy tiến hành thay thế toàn bộ khối. Các bề mặt làm kín được mài phẳng, và gioăng giữa khối than chì và vỏ được thay thế.

Trong quá trình lắp ráp lại, các bộ phận được siết chặt theo thứ tự ngược lại so với khi tháo rời, sau đó tiến hành kiểm tra độ kín thủy tĩnh và độ kín khí – đây là quy trình khép kín hoàn chỉnh cần thiết cho việc sửa chữa toàn diện bộ trao đổi nhiệt than chì. Việc đại tu lớn các bộ trao đổi nhiệt than chì dạng ống lồng bắt đầu bằng việc kéo bó than chì. Sau khi tháo các đầu, sử dụng thiết bị nâng chuyên dụng hoặc máy kéo lõi để từ từ kéo toàn bộ bó ống than chì ra khỏi vỏ. Do độ giòn cao của ống than chì, chúng không được cạy ra từng phần. Sau khi hoàn thành việc kéo bó than chì, cần ghi lại lực kéo; nếu lực này cao bất thường, điều đó cho thấy có cặn bám trong vỏ hoặc các vách ngăn bị kẹt. Sau khi kéo ra, tiến hành làm sạch bó than chì bằng tia nước áp lực cao cả bên trong và bên ngoài các ống, và làm sạch riêng phía vỏ.

Trong quá trình kiểm tra, hãy thực hiện đo độ dày thành ống, kiểm tra bằng chất thẩm thấu màu và kiểm tra dòng điện xoáy trên từng ống than chì riêng lẻ. Sử dụng phương pháp kiểm tra bằng bi để xác định tắc nghẽn. Nếu khả thi, hãy bịt kín các ống than chì bị hư hỏng bằng cách ấn nút than chì hình nón vào đầu ống; nếu có nhiều ống bị hư hỏng hoặc bề mặt làm kín của tấm ống bị hư hỏng, hãy tiến hành thay thế trực tiếp bó than chì, phương pháp này đáng tin cậy hơn so với việc thay thế từng ống một. Trọng tâm của việc sửa chữa mối hàn tấm ống là mối hàn giữa ống than chì và tấm ống, sử dụng chất kết dính hoặc vòng đệm than chì nén được nhà sản xuất khuyến nghị.

Trong quá trình lắp đặt lại, bó than chì phải được đưa vào vỏ từ từ để tránh va chạm với các vách ngăn. Cuối cùng, việc kiểm tra áp suất đối với việc đại tu bộ trao đổi nhiệt than chì của cả hai loại thiết bị phải được tiến hành theo cùng một tiêu chuẩn; các yêu cầu không được hạ thấp chỉ vì bộ trao đổi nhiệt dạng ống lồng có ít điểm rò rỉ tiềm tàng hơn, nếu không việc sửa chữa bộ trao đổi nhiệt than chì có thể sẽ phải làm lại.

Bảng tóm tắt so sánh hai loại bộ trao đổi nhiệt bằng than chì.

Bảng sau liệt kê thuật ngữ cho cùng một quy trình bảo trì trong cả hai loại cấu trúc cạnh nhau để tạo điều kiện thuận lợi cho việc đối chiếu giữa các lệnh công việc tại chỗ và tài liệu tiếng Anh. Nguồn gây nhầm lẫn phổ biến nhất trong “Đại tu bộ trao đổi nhiệt than chì” là việc sử dụng lẫn lộn các thuật ngữ cho cấu hình “khối và lỗ” và “vỏ và ống”, dẫn đến việc đặt mua sai phụ tùng thay thế. Tại chỗ, “Tháo dỡ bộ trao đổi nhiệt than chì dạng khối” thường được gọi đơn giản là “nâng khối”, và “Kéo bó than chì” được gọi là “lấy lõi”; tuy nhiên, bất kỳ lệnh công việc sửa chữa bộ trao đổi nhiệt than chì nào cũng phải sử dụng đầy đủ thuật ngữ tiếng Anh.

Các biện pháp phòng ngừa chung khi đại tu bộ trao đổi nhiệt bằng than chì

Dù là loại tản nhiệt dạng khối và lỗ hay dạng ống và vỏ, rủi ro lớn nhất trong quá trình đại tu bộ trao đổi nhiệt bằng than chì là tải trọng va đập và ứng suất cục bộ. Than chì chịu được nén nhưng không chịu được kéo; do đó, phải sử dụng dây cáp nylon rộng hoặc các giá đỡ chuyên dụng để nâng, và tuyệt đối cấm dùng dây cáp thép để cố định trực tiếp thân than chì. Việc lựa chọn vật liệu làm kín quan trọng hơn nhiều so với tưởng tượng; trong môi trường có axit clohydric hoặc clo ẩm, phải sử dụng chất đàn hồi flo hóa hoặc gioăng composite than chì dẻo – không thể thay thế bằng gioăng cao su thông thường. Thử nghiệm thủy tĩnh nên được tiến hành ở áp suất gấp 1,3 đến 1,5 lần áp suất thiết kế ban đầu. Áp suất phải được tăng từ từ và duy trì trong ít nhất 30 phút. Phải sử dụng nước khử muối hoặc nước có hàm lượng clo thấp cho thử nghiệm.

Các tài liệu kỹ thuật của Euro Chlor chỉ ra rằng chu kỳ đại tu cho bộ trao đổi nhiệt bằng than chì được sử dụng trong hệ thống làm mát khí clo ướt nên được đánh giá dựa trên hàm lượng sương axit và nồng độ clo tự do, chứ không chỉ dựa trên số giờ hoạt động. Cả sổ tay bảo trì của Mersen và SGL đều đề cập rằng các thử nghiệm độ kín khí sau khi đại tu bộ trao đổi nhiệt bằng than chì quan trọng hơn các thử nghiệm thủy tĩnh; họ khuyến nghị trước tiên kiểm tra rò rỉ nhỏ bằng khí nitơ ở áp suất thấp 0,2 MPa trước khi tăng áp suất lên áp suất thử nghiệm. Khi thực hiện sửa chữa bộ trao đổi nhiệt bằng than chì, lớp phủ chống ăn mòn trên thành trong của vỏ và các cực dương hy sinh cũng phải được kiểm tra, vì sự ăn mòn phía vỏ thường bị bỏ qua. Các bu lông mặt bích nên được siết chặt đối xứng theo ba giai đoạn theo thông số kỹ thuật của nhà sản xuất; siết quá chặt có thể làm nứt các mặt bích than chì. Kinh nghiệm thực tế cho thấy các nguyên nhân phổ biến nhất gây ra hỏng hóc khi đại tu là hư hỏng các ống than chì do cạy trong quá trình tháo lõi, lựa chọn gioăng không chính xác và nước còn sót lại không được xả hết sau khi thử nghiệm áp suất, dẫn đến nứt do đóng băng vào mùa đông. Khi lựa chọn nhà sản xuất thiết bị điện phân, hãy ưu tiên những nhà sản xuất có thể cung cấp đầy đủ thông số vận hành cho bộ trao đổi nhiệt bằng than chì và khoảng thời gian bảo dưỡng được khuyến nghị; tránh những đại diện bán hàng chỉ cung cấp dữ liệu về mức tiêu thụ điện năng và bỏ qua các vấn đề liên quan đến sương axit và đóng cặn.

Quy trình bảo trì chi tiết cho bộ trao đổi nhiệt bằng than chì

Mỗi bước sau đây là một thao tác được kiểm soát trong quy trình đại tu bộ trao đổi nhiệt than chì và không được bỏ qua. Bảng dưới đây liệt kê các thuật ngữ tiếng Anh chính cho cả hai loại bộ trao đổi nhiệt dạng khối và lỗ cũng như dạng ống và vỏ, được đặt cạnh nhau, giúp thuận tiện cho việc sử dụng trực tiếp khi tạo lệnh công việc và yêu cầu phụ tùng thay thế. (Đối với các bộ phận được thay thế, bạn có thể liên hệ với một cơ sở tái chế kim loại quý để kiểm tra xem chúng có chứa kim loại quý hay không.)

Trước khi bắt đầu Giai đoạn 0 của việc Đại tu Bộ trao đổi nhiệt than chì, phải xin giấy phép làm việc và thực hiện các quy trình khóa/gắn thẻ. Sau khi giảm áp suất hệ thống, xả môi chất và sục khí nitơ cho đến khi các thử nghiệm phát hiện khí dễ cháy và khí độc đạt yêu cầu. Khi thực hiện Đại tu Bộ trao đổi nhiệt than chì, Giai đoạn 1 bao gồm việc tháo rời cấu trúc: đối với các thiết bị kiểu khối và lỗ, trước tiên hãy tháo các nắp cuối, sau đó đẩy vỏ ra và nâng các khối than chì ra; Điều quan trọng khi tháo rời Bộ trao đổi nhiệt khối than chì là ghi lại độ dày gioăng ban đầu và vị trí tương đối của vỏ và các khối than chì; nếu không, có thể xảy ra sai lệch trong quá trình lắp ráp lại. Đối với việc Kéo bó than chì kiểu vỏ và ống, phải kiểm tra độ bám dính của bó ống vào vỏ trước khi kéo lõi; nếu cần, hãy ngâm trong nước hoặc sử dụng gia nhiệt bằng hơi nước để làm lỏng nó. Làm sạch Giai đoạn 2 sử dụng tia nước áp suất cao, với áp suất thường được kiểm soát trong khoảng từ 500 đến 800 bar; không được sử dụng vòi phun thép trong các kênh than chì. Kiểm tra Giai đoạn 3 phải bao gồm các phép đo kích thước và phát hiện vết nứt trên bề mặt; Đối với loại ống lồng, mỗi ống than chì phải được đánh số. Trong giai đoạn sửa chữa khi đại tu bộ trao đổi nhiệt than chì, các quyết định phụ thuộc vào số lượng rò rỉ và rủi ro chịu áp suất; đối với loại khối và lỗ, nếu hơn 5% kênh bị tắc hoặc vết nứt trải rộng qua nhiều lỗ, toàn bộ thiết bị phải được thay thế; đối với loại ống lồng, nếu hơn 10% ống bị tắc hoặc bề mặt làm kín của tấm ống bị hư hỏng, toàn bộ bó ống phải được thay thế. Trong giai đoạn 5 (lắp ráp lại), mối quan ngại lớn nhất là sự tiếp xúc chặt chẽ giữa các khối than chì hoặc bó ống và vỏ; phải sử dụng các thanh dẫn hướng định vị. Trong giai đoạn 6 của việc đại tu bộ trao đổi nhiệt than chì, phải tiến hành kiểm tra áp suất riêng biệt cho độ kín thủy tĩnh và độ kín khí; chỉ kiểm tra độ kín khí không thể thay thế cho kiểm tra thủy tĩnh.

Sau khi hoàn thành việc sửa chữa bộ trao đổi nhiệt bằng than chì, hãy cập nhật hồ sơ bảo trì và lưu trữ vị trí tắc ống, số sê-ri của các bộ phận đã thay thế và đường cong thử nghiệm áp suất. Sự thành công của việc đại tu bộ trao đổi nhiệt bằng than chì cuối cùng không được quyết định bởi bề mặt thiết bị trông sạch sẽ như thế nào, mà bởi việc không có rò rỉ tại tất cả các điểm làm kín trong vòng 48 giờ sau khi làm nóng và liệu độ giảm áp suất có nằm trong phạm vi thiết kế hay không. Sau khi hoàn thành việc sửa chữa bộ trao đổi nhiệt bằng than chì, hãy cập nhật hồ sơ bảo trì và lưu trữ vị trí các ống bị tắc, số sê-ri của các bộ phận đã thay thế và đường cong thử nghiệm áp suất. Sự thành công của việc đại tu bộ trao đổi nhiệt bằng than chì cuối cùng không được quyết định bởi bề mặt thiết bị sạch sẽ như thế nào, mà bởi việc tất cả các điểm làm kín có còn kín nước trong vòng 48 giờ sau khi làm nóng hay không và liệu độ giảm áp suất có nằm trong phạm vi thiết kế hay không. Khi lựa chọn nhà sản xuất tế bào điện phân, tôi yêu cầu họ cung cấp hồ sơ về việc đại tu bộ trao đổi nhiệt bằng than chì từ các hệ thống tương tự ở Châu Âu hoặc Bắc Mỹ đã hoạt động liên tục ít nhất ba năm. Tôi đặc biệt chú ý đến hiệu quả của thiết bị lọc sương axit và sự thay đổi độ axit của dung dịch điện phân, vì những chỉ số này cho thấy liệu tế bào điện phân có tương thích với thiết bị phía sau hay không — và đây là yếu tố cơ bản trong việc kéo dài chu kỳ bảo dưỡng bộ trao đổi nhiệt bằng than chì.