In der Chloralkali- und Basischemikalienproduktion spielt der Salzsäure-Syntheseofen (HCl-Ofen) eine zentrale Rolle bei der Synthese von Chlorwasserstoffgas aus elektrolytisch erzeugtem Chlor und Wasserstoff . Das erzeugte Gas wird direkt zur Herstellung von PVC, Salzsäure und nachfolgenden Chloridprodukten verwendet. International sind zwei Bauarten weit verbreitet: Graphit-Syntheseöfen und wassergekühlte Stahl-Syntheseöfen. Erstere werden durch unten oder oben befeuerte Anlagen von Herstellern wie Mersen, SGL Carbon und Wilk-Graphite repräsentiert, während letztere vorwiegend in kleinen und mittleren Anlagen eingesetzt werden. Graphitöfen arbeiten typischerweise bei Temperaturen über 1.500 °C, unter speziellen Betriebsbedingungen können Temperaturen bis zu 2.500 °C erreichen. Der Brenner (HCl-Brenner) ist unten montiert, die Flamme ist nach oben gerichtet, und oben am Ofen befindet sich eine Sicherheitsberstscheibe; im Falle eines Überdrucks wird das Gas sicher nach oben abgeleitet.
Die Betriebsbedingungen für diese Anlagen sind extrem rau. Salzsäure (HCl) ist in Gegenwart von Wasser stark korrosiv gegenüber Metallen. Graphitbauteile sind zwar korrosionsbeständig, aber sehr anfällig für mechanische Beschädigungen. Imprägnierter Graphit muss daher vollständig imprägniert werden, um der Salzsäurekorrosion über den gesamten Konzentrations- und Temperaturbereich standzuhalten. Regelmäßige Wartung von Salzsäureöfen ist daher unerlässlich für deren langfristigen Betrieb. Der Wartungszyklus beträgt üblicherweise 36 bis 48 Monate, Brenner erfordern jedoch oft häufigere Inspektionen. Weicht das Wasserstoff-Chlor-Verhältnis ab, kann sich im Brenner ein explosives Gemisch bilden. In einem Chemiewerk in Frankreich führte Kondensation in der Wasserstoffleitung zu einem Rückgang des Wasserstoffdurchflusses, was eine übermäßige Chloransammlung im Ofen und schließlich eine Explosion beim Wiederanfahren zur Folge hatte. Basierend auf diesen praktischen Erfahrungen haben wir unseren Wartungs- und Reparaturplan für Salzsäureofenbrenner aktualisiert. In den folgenden Abschnitten werden die drei Phasen detailliert beschrieben: Wartungsschritte für den HCl-Ofen, Schritte zur Entfernung/zum Abriss des HCl-Ofens und Schritte zur Demontage des HCl-Ofens.
Die Vorbereitungen für die Wartung des HCl-Ofens erfolgen in drei Schritten. Die technischen Vorbereitungen umfassen die Überprüfung der Aufzeichnungen der vorherigen Wartung und die Analyse der aktuellen Fehlersymptome, um die Liste der zu ersetzenden Komponenten wie Brennkopf, Graphitsegmente und explosionsgeschützte Membranen zu erstellen. Die Materialvorbereitungen beinhalten die Überprüfung der Spezifikationen von Graphit-Kurzrohren, expandierten PTFE-Dichtungen und Berstscheiben; die Dichtungen für den Graphit-Ofenkörper sind typischerweise 5 mm dick und 15 mm breit. Sicherheits- und Prozessisolierungsmaßnahmen haben höchste Priorität: Nach der Entleerung des Ofens wird Stickstoff eingeleitet, bis die Sauerstoff- und Brenngaskonzentrationen den Normen entsprechen; Blindflansche werden an den Chlor- und Wasserstoffleitungen installiert; und die Arbeiten dürfen erst beginnen, nachdem alle Zuleitungen abgesperrt wurden.
Beim Übergang in die Demontage- und Inspektionsphase wird zunächst das Schauglas auf Beschädigungen geprüft. Anschließend wird der Brennerkopf demontiert, um zu prüfen, ob das konzentrische Rohr verstopft oder durchgebrannt ist. Bei Korrosion von mehr als 20 mm Länge am Ende des Innenrohrs muss dieses ausgetauscht werden. Danach wird die Berstscheibe entfernt. Bei jeder Wartung muss eine neue Berstscheibe eingesetzt werden. Berstscheiben mit Verformungen oder Korrosion dürfen nicht wiederverwendet werden. Die HCl-Gasleitung wird auf Verstopfungen und Korrosion geprüft. Ventile, Durchflussmesser und Temperaturmessgeräte werden auf ihre einwandfreie Funktion überprüft. Der Schwerpunkt der Ofenkörperinspektion liegt auf der Wandstärkenmessung. Bereiche unterhalb der Sollstärke müssen repariert oder ersetzt werden. Die Abweichung der Ofenbasis von der Ebenheit darf maximal 3 mm betragen.
Die Reparatur und der Austausch sind die kritischste Phase. Beim Wiedereinbau des Brennerkopfes darf die Abweichung von der Vertikalität 1 mm nicht überschreiten. Kleinere Risse im Graphitbereich können nachgeklebt werden; bei großflächigen Rissen muss der gesamte Bereich jedoch ausgetauscht werden. Beschädigte Flanschflächen müssen abgedreht werden, um sie wiederherzustellen; Graphitblöcke mit starker Zunderbildung an den Außenflächen müssen einer Säurebehandlung unterzogen werden. Lokalisierte Korrosion am Kohlenstoffstahlmantel kann abgeschliffen und neu verschweißt werden, die Unversehrtheit der Auskleidung muss jedoch sichergestellt sein; andernfalls kann das Eindringen von Salzsäure in die Mantelschicht zu Spannungsrisskorrosion führen. Die Phase der Wiedermontage und Inbetriebnahme umfasst nacheinander die Wiedermontage, die Ausrichtung, die Druck- und Dichtheitsprüfung sowie die Zündabnahme. Die Spezialreparatur von Graphitöfen beinhaltet eine spezielle Behandlung, einschließlich Nachkleben, Austausch von Graphitbereichen, Abdrehen der Flanschflächen und Säurebehandlung zur Zunderentfernung.
| Schritt | Kernbetrieb | Wichtige Details |
|---|---|---|
| Vorbereitung | Technische, materielle, sicherheitstechnische und verfahrenstechnische Isolation | Stickstoffspülung bestätigt; HCl-Leitung abgewischt |
| Demontage und Inspektion | Ausbau von Schaugläsern, Brennerköpfen, explosionsgeschützten Membranen und HCl-Leitungen | Die inneren Rohrenden müssen ersetzt werden, wenn die Korrosion 20 mm überschreitet. |
| Reparatur und Austausch | Ofengehäusereparatur, Reparatur der Graphitdichtung, Austausch von Dichtungen und Schrauben | Vertikalität des Brennerkopfes ≤ 1 mm |
| Wiederzusammenbau und Inbetriebnahme | Neuinstallation, Ausrichtung, Druck- und Dichtigkeitsprüfung, Probelauf | Berstscheiben müssen nach jeder Wartung ausgetauscht werden. |
| Spezialreparatur für Graphitöfen | Verkleben, Graphitabschnittsaustausch, Flanschflächendrehen | Säurewäsche der äußeren Oberflächenschicht |
Der erste Schritt beim Ausbau des HCl-Ofens ist die Abschaltung und Isolierung. Nachdem der Gasstrom in den Ofen schrittweise reduziert wurde, wird zuerst die Chlorzufuhr, dann die Wasserstoffzufuhr abgestellt und mit Stickstoff gespült, bis das System die Abnahmekriterien erfüllt. Das System wird drucklos gemacht und auf unter den normalen Betriebsdruck abgekühlt. Nach dem Trennen der Chlor- und Wasserstoffleitungen werden Blindflansche mit Flanschschellen montiert. Das PVC-Rohr, das vom oberen HCl-Auslass des Ofens zum Absorber der ersten Stufe führt, wird getrennt und mit einem Blindflansch versehen, um Behinderungen bei nachfolgenden Hebevorgängen zu vermeiden. Nach dem Trennen des Flansches, der den Graphitkühler mit dem Syntheseofen verbindet, wird der gesamte Kühler angehoben und an einen sicheren Ort gebracht.
Die Demontage von Rohrleitungen und Hilfseinrichtungen sollte von oben nach unten und von außen nach innen erfolgen: Zuerst werden die elektrischen Leitungen und Instrumentierungsleitungen entfernt, gefolgt von Ventilen und Prozessleitungen und schließlich dem Ofen selbst. Beim Abtrennen und Entfernen der oberen Leitern und Plattformen des Ofens ist auf die Einhaltung der Sicherheitsvorschriften für Heißarbeiten in explosionsgefährdeten Bereichen zu achten. Das Heben und Tragen stellt die risikoreichste Phase bei der Demontage eines HCl-Ofens dar. Als ein bestimmtes Werk einen 16 Meter hohen und 37 Tonnen schweren Syntheseofen demontierte, wurde vor Beginn der Demontage eine umfassende Untersuchung des Arbeitsumfelds durchgeführt und ein Plan zur Identifizierung potenzieller Risiken für jeden einzelnen Arbeitsschritt erstellt. Technisches Personal gab während des gesamten Prozesses umfassende Anweisungen, und speziell geschultes Sicherheitspersonal überwachte vor Ort alle Arbeiten in der Höhe, Heißarbeiten und Hebevorgänge. Nachdem alle Befestigungsschrauben und Flansche der Hilfsleitungen entfernt worden waren, wurde der Ofenkörper mithilfe eines Krans sicher herausgehoben. Während des gesamten Prozesses wurden Sicherheitsmaßnahmen umgesetzt; Arbeitsgenehmigungen, Sperrzonen, Heißarbeitsgenehmigungen und Gasdetektion waren obligatorisch.
Die Demontage des HCl-Ofens beginnt mit der abschnittsweisen Demontage. Zuerst werden die kurzen Graphitrohre entfernt, die den Stahl- mit dem Graphitofenkörper verbinden. Dabei ist beim Entfernen der Dichtungsnut Vorsicht geboten. Erst nach dem Entfernen der kurzen Rohre können die Verbindungsflansche am oberen Teil des Stahlofenkörpers demontiert werden. Nachdem der Stahlofenkörper angehoben und auf dem Boden abgestellt wurde, wird der Graphitofenkörper Abschnitt für Abschnitt von oben nach unten demontiert. Die Hebekraft muss beim Entfernen jedes Graphitabschnitts sorgfältig kontrolliert werden. Obwohl imprägnierter Graphit korrosionsbeständig ist, weist er eine geringe Beständigkeit gegenüber mechanischen Einwirkungen auf, und Stöße können leicht zu Rissen führen.
Nummerierung und Dokumentation sind Schritte im Demontageprozess, die leicht übersehen werden, aber eine erhebliche praktische Bedeutung haben. Nummerieren Sie jedes Graphitsegment unmittelbar nach dem Entfernen und fertigen Sie eine Skizze an, in der Sie die Ausrichtung der Flanschfläche und die Position der Dichtfläche vermerken. Ohne korrekte Nummerierung und Dokumentation passen die Flanschflächen nicht zusammen, wenn die Segmente in der falschen Reihenfolge oder Ausrichtung wieder zusammengebaut werden, und die Dichtung versagt. Inspektion und Reparatur erfolgen segmentweise während der Demontage. Dabei wird besonders auf die Prüfung der Innen- und Außenflächen der Graphitblöcke auf Schlackenporen, Leckagen und Risse sowie der Flanschflächen auf Korrosionsnarben geachtet. Graphitblöcke mit starker Zunderbildung müssen mit Säure behandelt werden; kleine Risse können mit Klebstoff repariert werden, während durchgehende Risse oder großflächige Beschädigungen ersetzt werden müssen.
Bei der Wartung des Graphitkühlers müssen auch die Rohröffnungen auf Verstopfungen überprüft werden – die Austrittstemperatur des Syntheseofens liegt üblicherweise zwischen 450 und 500 °C. Fällt die Eintrittstemperatur des Kühlers unter den Taupunkt von Chlorwasserstoff (108,65 °C), kondensiert dieser zu einer sauren Lösung, die die Rohrleitungen korrodiert. Umgekehrt verkürzen zu hohe Temperaturen die Lebensdauer des Graphitkühlers. Die Einhaltung dieses Temperaturbereichs ist ein wichtiger, oft übersehener, aber die Lebensdauer der Anlage maßgeblich beeinflussender Aspekt der Wartung von Chlorwasserstofföfen. Nach Abschluss der Demontageinspektion werden alle Komponenten anhand ihrer Seriennummern an ihren vorgesehenen Lagerplätzen eingelagert und warten dort auf den Wiedereinbau oder die Verschrottung.
Bei der Wartung und Demontage des HCl-Ofens können einige defekte Edelmetallkomponenten zurückgewonnen werden; Sie können sich an ein Edelmetallrecyclingunternehmen wenden , um diese recyceln zu lassen.
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