إجراءات صيانة وإصلاح المبادل الحراري المصنوع من الجرافيت

في وحدات تصنيع الكلور القلوي وكلوريد الهيدروجين، تُستخدم مبادلات حرارية من الجرافيت لتبريد حمض الهيدروكلوريك، وتبريد غاز الكلور الرطب، واستعادة الحرارة من تخفيف حمض الكبريتيك؛ وتكون الوسائط المستخدمة عادةً أحماضًا قوية ذات درجة حرارة عالية. في مبادلات الجرافيت ذات الثقوب المتقاطعة، تُحفر قنوات متقاطعة في كتلة صلبة من الجرافيت، بينما تتكون مبادلات الجرافيت الأنبوبية من حزمة أنابيب مصنوعة من أنابيب وصفائح أنابيب من الجرافيت. تتمحور عملية صيانة كلا النوعين من الهياكل حول الفك والتنظيف والفحص والإصلاح وإعادة التجميع واختبار الضغط، على الرغم من اختلاف خطوات التشغيل المحددة. لا تقتصر عملية إصلاح مبادل حراري من الجرافيت على مجرد عملية تنظيف بسيطة؛ بل هي إجراء شامل يتضمن إعادة قياس الأبعاد، وتقييم انسدادات الأنابيب، وإصلاح أسطح منع التسرب - وهو ما يشكل جوهر إصلاح مبادلات الجرافيت الحرارية. تُظهر السجلات الفعلية من محطات الكلور القلوي الأوروبية أن فترة الصيانة الدورية للمبادلات الحرارية المصنوعة من الجرافيت تتراوح عادةً بين 2.5 و4 سنوات، وذلك تبعًا لدرجة حرارة المحلول الإلكتروليتي في خلايا التحليل الكهربائي وكمية رذاذ الحمض المُحمل. عند اختيار مُصنِّع جهاز التحليل الكهربائي ، من الضروري توضيح درجة حرارة غاز الكلور الخارج، ومحتوى رذاذ الحمض، ومحتوى الملح في المحلول القلوي عند التحميل الكامل. تُحدد هذه المعايير بشكل مباشر ما إذا كان المبادل الحراري المصنوع من الجرافيت يحتاج إلى صيانة شاملة كل 3 أو 5 سنوات. على الرغم من وجود اختلافات طفيفة في أحمال التصميم لخلايا التحليل الكهربائي اليابانية والألمانية، إلا أن قنوات الجرافيت تتآكل بسرعة أكبر في المحطات التي تعاني من ضعف التحكم في رذاذ الحمض؛ لذلك، يجب التحقق من رسومات المُصنِّع الأصلية قبل كل عملية صيانة للمبادل الحراري المصنوع من الجرافيت.

إجراءات صيانة المبادلات الحرارية الجرافيتية من النوع الكتلي والنوع الأنبوبي

تبدأ عملية الصيانة الشاملة لمبادل حراري من نوع الجرافيت ذي الكتلة بتفكيك كتلة الجرافيت. أولًا، قم بإزالة الرأسين العلوي والسفلي، ثم قم بفك براغي توصيل الغلاف لسحب أو دفع الغلاف الفولاذي عن كتلة الجرافيت كوحدة واحدة، وارفع كتلة الجرافيت إلى منطقة الصيانة. للتنظيف، أعطِ الأولوية لضخ الماء عالي الضغط لقنوات المعالجة والتبريد؛ ولإزالة الترسبات العنيدة، استخدم الغسيل الحمضي، مع الحرص الشديد على التحكم في تركيز الحمض ودرجة حرارته. بعد التنظيف، قم بإجراء فحوصات بصرية، واختبار اختراق الصبغة، واختبار الموجات فوق الصوتية، مع التركيز على الشقوق والثقوب عند تقاطعات القنوات. لا يمكن استبدال القنوات الفردية التالفة بشكل منفصل؛ بدلًا من ذلك، قم بسد عدد قليل من القنوات باستخدام معجون جرافيت مقاوم للأحماض وسدادات جرافيت. إذا أثرت الشقوق على كتلة تحمل الضغط بأكملها أو إذا تجاوزت نسبة القنوات المسدودة مواصفات الشركة المصنعة، فتابع مباشرةً باستبدال الكتلة بالكامل. يتم تسوية أسطح منع التسرب، ويتم استبدال حشية كتلة الجرافيت بالغلاف.

أثناء إعادة التجميع، تُشدّ المكونات بترتيب عكسي لعملية الفك، ثم تُجرى اختبارات الضغط الهيدروستاتيكي واختبارات منع تسرب الهواء - وهذا يُمثل عملية الدائرة المغلقة الكاملة اللازمة لإصلاح شامل لمبادل حراري من الجرافيت. تبدأ عمليات الصيانة الرئيسية لمبادلات حرارية من نوع الأنبوب والغطاء بسحب حزمة أنابيب الجرافيت. بعد إزالة الرؤوس، تُستخدم معدات رفع متخصصة أو آلة سحب قلب لاستخراج حزمة أنابيب الجرافيت بالكامل من الغطاء ببطء. نظرًا لهشاشة أنابيب الجرافيت العالية، يجب عدم إخراجها على أجزاء. بعد الانتهاء من سحب حزمة أنابيب الجرافيت، يجب تسجيل قوة الاستخراج؛ إذا كانت عالية بشكل غير طبيعي، فهذا يُشير إلى وجود ترسبات في الغطاء أو حواجز عالقة. بعد الاستخراج، تُجرى عملية تنظيف حزمة أنابيب الجرافيت بالضغط المائي على كل من السطحين الداخلي والخارجي للأنابيب، ويُنظف جانب الغطاء بشكل منفصل.

أثناء الفحص، قم بقياس سُمك الجدار، واختبار اختراق الصبغة، واختبار التيار الدوامي على كل أنبوب جرافيت على حدة. استخدم اختبار مرور الكرة لتحديد الانسدادات. إذا أمكن، قم بسد الأنابيب التالفة بسدادة جرافيتية عن طريق الضغط على سدادة جرافيتية مخروطية الشكل في طرف الأنبوب؛ في حال وجود عدة أنابيب تالفة أو تلف سطح منع التسرب في صفيحة الأنابيب، انتقل مباشرةً إلى استبدال حزمة الجرافيت، وهو إجراء أكثر موثوقية من استبدال الأنابيب واحدًا تلو الآخر. ينصب التركيز في إصلاح مانع التسرب في صفيحة الأنابيب على مانع التسرب بين أنبوب الجرافيت وصفيحة الأنابيب، باستخدام المادة اللاصقة الموصى بها من قبل الشركة المصنعة أو حلقات منع التسرب الجرافيتية المضغوطة.

أثناء إعادة التركيب، يجب إدخال حزمة الجرافيت في الغلاف ببطء لتجنب اصطدامها بالحواجز. وأخيرًا، يجب إجراء اختبار الضغط لإصلاح مبادل حراري من نوع الجرافيت لكلا النوعين من المعدات وفقًا للمعايير نفسها؛ فلا يجوز تخفيض المتطلبات لمجرد أن مبادلات الأنابيب والأغلفة الحرارية تحتوي على نقاط تسرب محتملة أقل، وإلا فمن المرجح أن يتطلب إصلاح مبادل الجرافيت إعادة العمل.

جدول ملخص المقارنة لنوعين من المبادلات الحرارية المصنوعة من الجرافيت

يُبيّن الجدول التالي المصطلحات المستخدمة في إجراءات الصيانة نفسها لكلا نوعي الهياكل جنبًا إلى جنب لتسهيل الربط بين أوامر العمل الميدانية والوثائق الإنجليزية. يُعدّ استخدام مصطلحي "الكتلة والثقوب" و"الأنابيب والغطاء" بشكل متبادل المصدر الأكثر شيوعًا للالتباس في "إصلاح مبادل حراري من الجرافيت"، مما يؤدي إلى طلب قطع غيار خاطئة. في الموقع، يُشار غالبًا إلى "تفكيك مبادل حراري من الجرافيت" ببساطة باسم "رفع الكتلة"، ويُطلق على "سحب حزمة الجرافيت" اسم "استخراج القلب"؛ ومع ذلك، يجب أن يستخدم أي أمر عمل لإصلاح مبادل حراري من الجرافيت المصطلحات الإنجليزية الكاملة.

الاحتياطات العامة لإصلاح المبادلات الحرارية المصنوعة من الجرافيت

سواءً كانت المبادلات الحرارية من نوع الكتلة والثقوب أو الأنبوب والغطاء، فإنّ أكبر المخاطر أثناء صيانتها تكمن في أحمال الصدمات والإجهاد الموضعي. يتميز الجرافيت بمقاومته للضغط، لكنه لا يقاوم الشد؛ لذا، يجب استخدام أحزمة رفع عريضة من النايلون أو دعامات متخصصة، ويُمنع منعًا باتًا تثبيت جسم الجرافيت مباشرةً بأسلاك فولاذية. يُعدّ اختيار مواد منع التسرب أكثر أهمية مما يُتصور؛ ففي البيئات التي تحتوي على حمض الهيدروكلوريك أو الكلور الرطب، يجب استخدام مطاطات فلورية أو حشيات مركبة مرنة من الجرافيت - ولا يُمكن استبدالها بحشيات مطاطية عادية. يجب إجراء اختبار الضغط الهيدروستاتيكي عند ضغط يتراوح بين 1.3 و1.5 ضعف ضغط التصميم الأصلي. يجب زيادة الضغط تدريجيًا، والحفاظ عليه لمدة 30 دقيقة على الأقل. يجب استخدام الماء المُحلى أو الماء منخفض الكلور في هذا الاختبار.

تشير الوثائق الفنية لشركة يورو كلور إلى أن دورة الصيانة الشاملة للمبادلات الحرارية الجرافيتية المستخدمة في تبريد غاز الكلور الرطب يجب تقييمها بناءً على محتوى رذاذ الحمض وتركيز الكلور الحر، وليس فقط على ساعات التشغيل. يذكر كل من دليلي صيانة ميرسن وإس جي إل أن اختبارات منع تسرب الغاز بعد الصيانة الشاملة للمبادلات الحرارية الجرافيتية أكثر أهمية من الاختبارات الهيدروستاتيكية؛ إذ يوصيان بالتحقق أولاً من وجود تسريبات دقيقة باستخدام النيتروجين عند ضغط منخفض يبلغ 0.2 ميجا باسكال قبل زيادة الضغط إلى ضغط الاختبار. عند إجراء إصلاحات للمبادلات الحرارية الجرافيتية، يجب أيضًا فحص الطلاء المقاوم للتآكل على الجدار الداخلي للغلاف والأنودات التضحية ، حيث غالبًا ما يتم إغفال التآكل على جانب الغلاف. يجب شد براغي الشفة بشكل متناظر على ثلاث مراحل وفقًا لمواصفات الشركة المصنعة؛ إذ يمكن أن يؤدي الشد الزائد إلى تشقق شفاه الجرافيت. تُظهر التجارب الميدانية أن أكثر أسباب فشل عمليات الصيانة شيوعًا هي تلف أنابيب الجرافيت نتيجةً للفك أثناء إزالة القلب، واختيار الحشيات بشكل غير صحيح، وبقاء الماء المتبقي دون تصريف كامل بعد اختبار الضغط، مما يؤدي إلى تشققات ناتجة عن التجمد في فصل الشتاء. عند اختيار مُصنِّع للخلايا الإلكتروليتية، أعطِ الأولوية للشركات التي تُقدِّم حدود التشغيل الكاملة للمبادلات الحرارية الجرافيتية وفترات الصيانة الموصى بها؛ وتجنَّب مندوبي المبيعات الذين يُقدِّمون بيانات استهلاك الطاقة فقط ويتجاهلون المشكلات المتعلقة برذاذ الحمض والترسبات الكلسية.

إجراءات الصيانة التفصيلية للمبادلات الحرارية المصنوعة من الجرافيت

كل خطوة من الخطوات التالية هي إجراء مُتحكم به في عملية إصلاح مبادل الجرافيت، ويجب عدم تخطيها. يُبين الجدول أدناه المصطلحات الإنجليزية الرئيسية لكل من نوعي المبادل ذي الكتلة والثقوب والأنابيب، مما يُسهل استخدامها مباشرةً عند إنشاء أوامر العمل وطلبات قطع الغيار. (بالنسبة للأجزاء المُستبدلة، يُمكنكم التواصل مع مُختص في إعادة تدوير المعادن الثمينة لفحصها والتأكد من خلوها من المعادن الثمينة).

قبل البدء بالمرحلة الصفرية من عملية إصلاح مبادل الجرافيت، يجب الحصول على تصريح عمل وتطبيق إجراءات العزل والتحذير. بعد تخفيف ضغط النظام، يتم تصريف الوسط وتطهيره بالنيتروجين حتى تجتاز اختبارات الكشف عن الغازات القابلة للاشتعال والسامة. عند إجراء عملية إصلاح مبادل الجرافيت، تتضمن المرحلة الأولى تفكيك الهيكل: بالنسبة للوحدات من نوع الكتلة والثقب، يتم أولاً إزالة الأغطية الطرفية، ثم دفع الغلاف للخارج، ورفع كتل الجرافيت. يكمن مفتاح تفكيك مبادل كتلة الجرافيت في تسجيل سمك الحشية الأصلي والمواقع النسبية للغلاف وكتل الجرافيت؛ وإلا فقد يحدث عدم محاذاة أثناء إعادة التجميع. بالنسبة لسحب حزمة الجرافيت من نوع الغلاف والأنبوب، يجب فحص حزمة الأنابيب للتأكد من التصاقها بالغلاف قبل سحب القلب؛ إذا لزم الأمر، يتم نقعها في الماء أو استخدام التسخين بالبخار لتليينها. تستخدم المرحلة الثانية من التنظيف نفاثات مياه عالية الضغط، حيث يتم التحكم في الضغط عادةً بين 500 و800 بار. يُمنع استخدام الفوهات الفولاذية في قنوات الجرافيت. يجب أن يشمل فحص المرحلة الثالثة قياسات الأبعاد والكشف عن الشقوق السطحية؛ بالنسبة لأنواع الأنابيب والغطاء، يجب ترقيم كل أنبوب جرافيت. خلال مرحلة إصلاح مبادل حراري من الجرافيت، تعتمد القرارات على عدد التسريبات ومخاطر تحمل الضغط؛ بالنسبة لأنواع الثقوب والفتحات، إذا كانت أكثر من 5% من القنوات مسدودة أو امتدت الشقوق عبر فتحات متعددة، يجب استبدال الوحدة بأكملها؛ بالنسبة لأنواع الأنابيب والغطاء، إذا كانت أكثر من 10% من الأنابيب مسدودة أو تضرر سطح إحكام صفيحة الأنابيب، يجب استبدال حزمة الأنابيب بأكملها. خلال المرحلة الخامسة (إعادة التجميع)، يكمن القلق الأكبر في التلامس الشديد بين كتل الجرافيت أو حزم الأنابيب والغطاء؛ يجب استخدام قضبان توجيه لتحديد الموضع. خلال المرحلة السادسة من إصلاح مبادل حراري من الجرافيت، يجب إجراء اختبار الضغط بشكل منفصل لاختبار الضغط الهيدروستاتيكي واختبار إحكام الهواء؛ لا يمكن لاختبار إحكام الهواء وحده أن يحل محل اختبار الضغط الهيدروستاتيكي.

بعد إتمام إصلاح مبادل حراري من الجرافيت، يُرجى تحديث سجلات الصيانة وأرشفة مواقع انسداد الأنابيب، والأرقام التسلسلية للأجزاء المستبدلة، ومنحنيات اختبار الضغط. لا يُقاس نجاح عملية إصلاح مبادل حراري من الجرافيت بنظافة سطح الجهاز، بل بعدم وجود تسريبات في جميع نقاط الإحكام خلال 48 ساعة من التسخين، وببقاء انخفاض الضغط ضمن النطاق التصميمي. عند اختيار مُصنِّع للخلايا الإلكتروليتية، أطلب منه تقديم سجلات لعمليات إصلاح مبادلات حرارية من الجرافيت من منشآت مماثلة في أوروبا أو أمريكا الشمالية، والتي تعمل بشكل مستمر لمدة ثلاث سنوات على الأقل. أولي اهتماماً خاصاً بكفاءة جهاز تنقية رذاذ الحمض والتغيرات في حموضة المحلول الأنودي، حيث تكشف هذه المؤشرات ما إذا كانت الخلية الإلكتروليتية متوافقة مع المعدات اللاحقة - وهذا هو العامل الأساسي في تمديد دورة إصلاح المبادل الحراري الجرافيتي.