Le brûleur HCl est un composant essentiel du four de synthèse d'acide chlorhydrique. Il assure le mélange précis du chlore gazeux et de l'hydrogène, puis leur combustion pour produire du chlorure d'hydrogène gazeux. Depuis 1960, plus de 600 unités de la série Mersen Sintaclor ont été installées dans le monde, avec des capacités individuelles allant de 2 à 180 tonnes par jour. La concentration en acide du produit peut atteindre 38 %, et la teneur en chlore libre est maintenue à moins de 1 ppm. La maintenance du brûleur HCl est déterminante pour la sécurité de fonctionnement du four de synthèse. Dans une usine chimique du Pont-de-Claix, en France, le débit d'hydrogène a diminué progressivement durant la nuit, provoquant la formation de glace et de condensation dans la canalisation, ce qui a entraîné l'extinction du brûleur. Après la purge du pare-flammes et le redémarrage du système par le personnel de maintenance, une surpression d'hydrogène a contraint les opérateurs à fermer partiellement la vanne d'alimentation. Le chlore gazeux non réagi s'est accumulé dans le brûleur, formant un mélange explosif avec l'hydrogène recirculé. Ce mélange s'est enflammé sous l'effet de l'électricité statique ou de la lumière du soleil, provoquant la rupture de la canalisation. Suite à cet incident, l'usine a renforcé l'isolation thermique des conduites d'alimentation en hydrogène et réévalué les seuils de sécurité en collaboration avec le fournisseur du brûleur. Cet article s'appuie sur le cadre de « Maintenance du four HCl » décrit dans les procédures de maintenance et de mise hors service du four de synthèse d'acide chlorhydrique, et se concentre sur les opérations spécifiques de « Dépose du brûleur HCl » et de « Démontage du brûleur HCl ».
La première étape de la maintenance d'un brûleur HCl consiste en la préparation et l'isolation. Après avoir vidé le four, on purge le système à l'azote jusqu'à ce que les niveaux d'oxygène et de gaz combustible atteignent les normes spécifiées. Les travaux ne peuvent commencer qu'après la pose de brides pleines sur les conduites de chlore et d'hydrogène. SGL Carbon recommande un contrôle de performance tous les 15 000 heures de fonctionnement ou tous les 3 ans, et un entretien régulier pour assurer la pérennité du brûleur, par démontage, nettoyage et réétanchéité tous les 25 000 heures ou tous les 5 ans. La pression d'alimentation en gaz des brûleurs Sintaclor est généralement maintenue entre 77 et 80 pouces de colonne d'eau ; tout écart par rapport à cette plage affecte directement l'efficacité de la combustion et la sécurité.
Lors du démontage et de l'inspection, retirez d'abord le voyant de niveau pour vérifier son intégrité, puis retirez la tête de brûleur afin d'inspecter les tubes concentriques. Le chlore circule dans le tube intérieur, tandis que l'hydrogène circule dans l'espace annulaire entre les tubes intérieur et extérieur. En raison de l'oxydation prolongée à haute température et de la corrosion par le chlore, les extrémités des tubes concentriques doivent être remplacées si leur longueur dépasse 20 mm. La pulvérisation de la tête de brûleur en graphite est un problème courant ; SGL confirme que la réaction entre le graphite et l'oxygène à haute température est inévitable et que la tête de brûleur en graphite doit généralement être remplacée après 2 à 3 ans de fonctionnement. La vérification de l'écartement de l'électrode d'allumage est tout aussi cruciale ; un écartement excessif peut entraîner un défaut d'allumage et doit être ajusté à environ 1,5 mm conformément aux spécifications du fabricant. Une fois les réparations et les remplacements effectués, procédez au remontage et à la mise en service. L'écart de verticalité de la tête du brûleur doit être limité à 1 mm, et l'écart de concentricité entre la buse métallique et l'ouverture de la brique ne doit pas non plus dépasser 1 mm.
La plupart des fours de synthèse industrielle d'HCl fonctionnant à combustion par flamme sont équipés de brûleurs ne contenant pas de métaux précieux ; leur fonctionnement repose principalement sur la résistance physique du graphite et du quartz. Cependant, dans des procédés spécialisés impliquant des réactions catalytiques, on utilise des catalyseurs à base de métaux précieux tels que le platine et le palladium. Par conséquent, lors de la maintenance des brûleurs d'HCl, il n'est généralement pas nécessaire de se préoccuper du recyclage ou du traitement particulier des métaux précieux .
Le retrait du brûleur HCl commence par l'arrêt et la mise hors tension. Réduisez progressivement le débit de gaz entrant dans le four, en coupant d'abord l'arrivée de chlore, puis celle d'hydrogène. Une fois la purge à l'azote effectuée conformément aux spécifications, relâchez la pression et laissez le système refroidir. Après avoir déconnecté les brides de la conduite chlore-hydrogène, installez des brides pleines. SGL recommande le démontage, le nettoyage et le réétanchéification au moins une fois tous les trois ans.
Lors du retrait des brides de raccordement, utilisez deux clés simultanément afin d'éviter d'endommager le corps du brûleur en exerçant une force unilatérale. Les surfaces d'étanchéité des joints en graphite sont extrêmement fragiles ; n'exercez aucune force directe sur les brides en graphite à l'aide d'un levier lors du démontage. Une fois le brûleur entièrement retiré du fond du four, transportez-le à l'aide d'un équipement de levage adapté. Maintenez-le à niveau pendant le levage afin d'éviter que les tubes concentriques ne se plient sous leur propre poids. Recouvrez immédiatement les surfaces exposées des brides avec des capuchons de protection pour prévenir tout dommage dû aux chocs.
La séquence de démontage du brûleur HCl est la suivante : tube concentrique, buse, électrode d’allumage, voyant et joint. Avant de retirer le tube concentrique, mesurez et notez sa longueur initiale ; remettez-le dans la même position lors du remontage. Lors du retrait de la buse, vérifiez que les orifices de pulvérisation ne sont pas obstrués ou usés ; les buses en graphite présentant des trous de scories ou des fissures doivent être remplacées. Si la partie isolante en céramique de l’électrode d’allumage présente des fissures ou des dépôts de carbone, remplacez-la immédiatement. Remplacez le voyant après chaque inspection de démontage, si nécessaire ; les joints ne doivent jamais être réutilisés. Numérotez et rangez tous les composants après leur démontage ; évitez tout contact direct entre les pièces en graphite et les outils en acier.
Après inspection, procédez au remontage et à l'alignement. L'écart vertical de la tête de brûleur ne doit pas dépasser 1 mm, et l'écart de concentricité entre le tube concentrique et l'axe du four doit également être inférieur à 1 mm. Mersen propose, en option dans son système Sintaclor, un diagnostic automatisé du brûleur et un diagnostic de combustion en ligne, permettant une surveillance en temps réel des conditions de combustion pendant le fonctionnement. Après remontage, effectuez un test d'étanchéité en pressurisant à l'azote jusqu'à la pression de service et en inspectant toutes les brides et surfaces d'étanchéité avec un détecteur de fuites. Une fois le test d'étanchéité réussi, procédez à l'allumage et à la mise en service. Commencez par introduire de l'azote pour purger la chambre du four, puis activez successivement l'hydrogène et le chlore, en observant la couleur de la flamme. Une flamme normale est blanc bleuâtre ; une flamme jaunâtre ou terne indique un déséquilibre du rapport hydrogène/chlore, qui doit être corrigé immédiatement. Après un allumage et une mise en service réussis, le système passe en fonctionnement normal.
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