Dans la production de chlore-soude et de produits chimiques de base, le four de synthèse d'acide chlorhydrique (four HCl) joue un rôle central dans la synthèse du chlorure d'hydrogène gazeux à partir de chlore et d'hydrogène produits par électrolyse . Sa production est directement utilisée dans la fabrication de PVC, d'acide chlorhydrique et de produits dérivés du chlorure. À l'échelle internationale, on distingue deux principaux modèles : les fours de synthèse en graphite et les fours de synthèse en acier à double enveloppe. Les premiers sont représentés par des unités à combustion par le bas ou par le haut, fabriquées par des entreprises telles que Mersen, SGL Carbon et Wilk-Graphite, tandis que les seconds sont principalement utilisés dans les petites et moyennes installations. Les fours en graphite fonctionnent généralement à des températures supérieures à 1 500 °C et, dans des conditions particulières, peuvent atteindre 2 500 °C. Le brûleur (brûleur HCl) est monté en bas, la flamme étant dirigée vers le haut. Un disque de rupture de sécurité est installé en haut du four ; en cas de surpression, le gaz est évacué en toute sécurité vers le haut.
L'environnement d'exploitation de ce type d'équipement est extrêmement difficile. L'acide chlorhydrique (HCl) est très corrosif pour les métaux en présence d'eau. Bien que les composants en graphite soient résistants à la corrosion, ils sont très sensibles aux dommages mécaniques ; le graphite imprégné doit subir un processus d'imprégnation complet pour résister à la corrosion par l'HCl sur toute la gamme de concentrations et de températures. Par conséquent, un entretien régulier des fours à HCl est essentiel pour garantir leur fonctionnement à long terme. Le cycle d'entretien est généralement de 36 à 48 mois, mais les brûleurs nécessitent souvent des inspections plus fréquentes : si le rapport hydrogène/chlore s'écarte, un mélange explosif peut se former à l'intérieur du brûleur. Dans une usine chimique française, la condensation dans la conduite d'hydrogène a provoqué une diminution du débit d'hydrogène, entraînant une accumulation excessive de chlore dans le four, ce qui a finalement conduit à une explosion lors du redémarrage. Forts de ces enseignements tirés de l'expérience, nous avons mis à jour notre plan d'entretien et de réparation des brûleurs de fours à HCl. Les sections suivantes détailleront les trois phases : étapes de maintenance du four HCl, étapes de retrait/démolition du four HCl et étapes de démontage du four HCl.
La préparation de la maintenance d'un four à HCl se déroule selon trois axes. La préparation technique consiste à examiner les rapports de maintenance précédents et à analyser les symptômes de la panne actuelle afin d'établir la liste des composants à remplacer, tels que la tête de combustion, les sections en graphite et les membranes antidéflagrantes. La préparation des matériaux comprend la vérification des spécifications des tubes courts en graphite, des joints en PTFE expansé et des disques de rupture ; les joints du corps du four en graphite ont généralement une épaisseur de 5 mm et une largeur de 15 mm. Les mesures de sécurité et d'isolation du procédé sont primordiales : après avoir vidé le four de son contenu, de l'azote y est injecté jusqu'à ce que les niveaux d'oxygène et de gaz combustibles soient conformes aux normes ; des brides pleines sont installées sur les conduites de chlore et d'hydrogène ; et les travaux ne peuvent commencer qu'après la fermeture de toutes les conduites d'alimentation.
Lors de la phase de démontage et d'inspection, retirez d'abord le voyant de niveau pour vérifier l'absence de dommages, puis retirez la tête de brûleur afin de contrôler si le tube concentrique est obstrué ou brûlé ; si la corrosion à l'extrémité du tube intérieur dépasse 20 mm de longueur, la pièce doit être remplacée. Ensuite, retirez le disque de rupture ; un nouveau disque de rupture doit être installé à chaque cycle de maintenance, et tout disque présentant une déformation ou de la corrosion ne doit pas être réinstallé. La conduite de gaz HCl doit être inspectée afin de détecter toute obstruction ou corrosion, et les vannes, les débitmètres et les thermomètres doivent être vérifiés pour s'assurer de leur bon fonctionnement. L'inspection du corps du four porte principalement sur la mesure de l'épaisseur des parois ; les zones dont l'épaisseur est inférieure à l'épaisseur nominale doivent être réparées ou remplacées, et l'écart de planéité de la base du four doit être inférieur à 3 mm.
La réparation et le remplacement constituent la phase la plus critique. Lors de la réinstallation de la tête de brûleur, l'écart de verticalité ne doit pas excéder 1 mm. Si de petites fissures apparaissent dans la section en graphite, elles peuvent être recollées ; toutefois, en cas de fissuration importante, la section entière doit être remplacée. Si les faces des brides sont endommagées, elles doivent être rectifiées ; les blocs de graphite présentant un encrassement important sur leur surface extérieure doivent être décapés à l'acide. La corrosion localisée sur l'enveloppe en acier au carbone peut être meulée et ressoudée, mais l'intégrité du revêtement doit être vérifiée ; sinon, la pénétration d'HCl dans la couche de revêtement peut provoquer des fissures de corrosion sous contrainte. La phase de réassemblage et de mise en service comprend successivement la réinstallation, l'alignement, les essais de pression et d'étanchéité, et la réception de l'allumage. La réparation spéciale des fours à graphite implique un traitement spécifique, incluant le recollage, le remplacement des sections en graphite, le rectification des faces des brides et le décapage à l'acide pour éliminer le tartre.
| Étape | Opérations principales | Détails clés |
|---|---|---|
| Préparation | Isolation technique, matérielle, de sécurité et de procédé | Purge à l'azote vérifiée ; canalisation d'HCl souillée |
| Démontage et inspection | Retrait des voyants, des têtes de brûleur, des membranes antidéflagrantes et des conduites d'acide chlorhydrique | Remplacer les extrémités des tuyaux intérieurs où la corrosion dépasse 20 mm. |
| Réparation et remplacement | Réparation du corps de fournaise, réparation de la section en graphite, remplacement des joints et des boulons | Verticalité de la tête de brûleur ≤ 1 mm |
| Réassemblage et mise en service | Réinstallation, alignement, tests de pression et d'étanchéité, essai de fonctionnement | Les disques de rupture doivent être remplacés après chaque maintenance. |
| Réparation spéciale de four à graphite | Collage, remplacement de la section en graphite, tournage de la face de bride | Lavage à l'acide des dépôts de surface externe |
La première étape du démontage du four HCl consiste à l'arrêter et à l'isoler. Après avoir réduit progressivement le débit de gaz entrant dans le four, coupez d'abord l'alimentation en chlore, puis celle en hydrogène, et purgez le système à l'azote jusqu'à ce qu'il réponde aux critères de réception. Dépressurisez et refroidissez le système en dessous de son niveau de fonctionnement normal. Après avoir déconnecté les conduites de chlore et d'hydrogène, installez des brides pleines à l'aide de colliers de serrage. Débranchez le tuyau en PVC reliant la sortie HCl supérieure du four à l'absorbeur du premier étage et installez une bride pleine afin de ne pas gêner les opérations de levage ultérieures. Après avoir déconnecté la bride reliant le refroidisseur en graphite au four de synthèse, levez l'ensemble du refroidisseur et déplacez-le vers une zone sécurisée.
Le démontage des tuyauteries et des équipements auxiliaires doit se faire de haut en bas, de l'extérieur vers l'intérieur : les lignes électriques et d'instrumentation sont retirées en premier, suivies des vannes et des tuyauteries de procédé, et enfin de l'équipement lui-même. Lors de la découpe et du démontage des échelles et des plateformes supérieures du four, une attention particulière doit être portée à la gestion des travaux à chaud dans les zones à risque d'explosion. Le levage et le hissage constituent la phase la plus risquée du démontage d'un four à HCl. Lors du démantèlement d'un four de synthèse de 16 mètres de haut et de 37 tonnes dans une usine, une étude complète de l'environnement de travail a été réalisée au préalable, et un plan a été élaboré pour identifier les risques potentiels élément par élément. Le personnel technique a fourni un encadrement complet tout au long du processus, et du personnel de sécurité dédié a supervisé sur place tous les travaux en hauteur, les travaux à chaud et les opérations de levage. Après le retrait de tous les boulons de fixation et des brides des tuyauteries auxiliaires, le corps du four a été hissé en toute sécurité à l'aide d'une grue. Des mesures de sécurité ont été mises en œuvre tout au long du processus : permis de travail, zones d'accès restreint, permis de travaux à chaud et détection de gaz étaient obligatoires.
Le démontage d'un four à HCl commence par un démontage par sections. Il faut d'abord retirer les courts tubes en graphite reliant le corps du four en acier au corps du four en graphite ; la gorge du joint d'étanchéité doit être retirée avec précaution. Ce n'est qu'après le retrait de ces courts tubes que les brides de raccordement de la partie supérieure du corps du four en acier peuvent être démontées. Une fois le corps du four en acier soulevé et posé au sol, le corps du four en graphite est démonté section par section, de haut en bas. La force de levage doit être soigneusement contrôlée lors du retrait de chaque section en graphite. Bien que le graphite imprégné soit résistant à la corrosion, il est peu résistant aux chocs mécaniques et les collisions peuvent facilement provoquer des fissures.
La numérotation et l'enregistrement sont des étapes du démontage souvent négligées, mais qui ont un impact pratique considérable. Immédiatement après le retrait de chaque section de graphite, numérotez-la et réalisez un schéma en indiquant l'orientation de la face de la bride et l'emplacement de la surface d'étanchéité. Sans une numérotation et un enregistrement corrects, si les sections sont remontées dans le mauvais ordre ou avec une mauvaise orientation, les faces des brides ne seront pas alignées et l'étanchéité sera compromise. L'inspection et la réparation sont effectuées section par section lors du démontage, en vérifiant attentivement les surfaces intérieure et extérieure des blocs de graphite afin de détecter la présence de porosités, de fuites et de fissures, ainsi que les faces des brides pour repérer les piqûres de corrosion. Les blocs de graphite fortement incrustés nécessitent un décapage à l'acide ; les petites fissures peuvent être réparées à l'aide d'un adhésif, tandis que ceux présentant des fissures traversantes ou des dommages importants doivent être remplacés.
Lors de la maintenance du refroidisseur en graphite, il est impératif de vérifier l'absence d'obstructions au niveau des orifices de tuyauterie. La température de sortie du four de synthèse se situe généralement entre 450 et 500 °C. Si la température d'entrée du refroidisseur descend en dessous du point de rosée du chlorure d'hydrogène (108,65 °C), ce dernier se condense en une solution acide qui corrode la tuyauterie. À l'inverse, des températures excessivement élevées réduisent la durée de vie du refroidisseur en graphite. Le maintien de cette plage de température est un aspect crucial de la maintenance du four à HCl, souvent négligé mais ayant un impact significatif sur la durée de vie de l'équipement. Une fois l'inspection de démontage terminée, tous les composants sont rangés à leur emplacement de stockage respectif, en fonction de leur numéro de série, en attendant leur réinstallation ou leur mise au rebut.
Lors de la maintenance et du démantèlement du four HCl, certains composants défectueux en métaux précieux peuvent être récupérés ; vous pouvez contacter une entreprise de recyclage des métaux précieux pour les faire recycler.
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