Dla 20% roztworu kwasu fluorowodorowego (HF) o temperaturze 40–60 stopni maksymalna dopuszczalna prędkość przepływu pozwalająca na utrzymanie erozji 2 mm ściany PFA poniżej 0,1 mm/rok wynosi 1,5–2,0 m/s. W przeciwieństwie do zawiesin piasku krzemionkowego, sam HF nie zawiera cząstek stałych; to jest ciecz. Erozja spowodowana czystą cieczą (bez ciał stałych) jest znikoma niezależnie od prędkości, ponieważ nie ma cząstek, które mogłyby uderzyć w powierzchnię. Problemem jest erozjacząstki stałektóre mogą być obecne w roztworze HF (np. fluorki metali, krzemionka powstająca w wyniku rozpuszczania szkła). Jeśli HF jest czysty (bez ciał stałych), prędkość przepływu może wynosić do 5 m/s bez mierzalnej erozji. Jeśli HF zawiera zawieszone ciała stałe (typowe w kąpielach trawiących, w których wytrącają się fluorki metali), stopień erozji podlega tym samym zasadom, co w przypadku jakiejkolwiek zawiesiny ściernej (patrz artykuł #72). W przypadku czystego 20% HF granicą nie jest erozja, ale przenikanie chemiczne. W przypadku HF z ciałami stałymi prędkość należy ograniczyć do 1,5–2,0 m/s dla erozji 0,1 mm/rok.
Erozja a przenikanie chemiczne w służbie HF
| Parametr | Czysty 20% HF (bez ciał stałych) | 20% HF + 1% substancji stałych (np. CaF₂, MgF₂) |
|---|---|---|
| Dominujący mechanizm degradacji | Permeacja (chemiczna) | Erozja + przenikanie |
| Szybkość przenikania (2 mm, 60 stopni) | 0,5–1,0 g/m²·dzień | 0,5–1,0 g/m²·dzień (bez zmian) |
| Szybkość erozji przy 2 m/s (mm/rok) | <0.01 (negligible) | 0.08–0.12 |
| Szybkość erozji przy 3 m/s | <0.01 | 0.20–0.30 |
| Szybkość erozji przy 4 m/s | <0.01 | 0.40–0.60 |
| Maksymalna prędkość erozji 0,1 mm/rok | >10 m/s | 1.8–2.2 m/s |
Erozja cząstek w kąpielach trawiących HF
Podczas trawienia stali za pomocą HF (w przypadku stali nierdzewnej) kąpiel zawiera rozpuszczone fluorki żelaza i chromu. Niektóre mogą wytrącać się w postaci drobnych cząstek (1–10 µm). Cząsteczki te mogą powodować erozję PFA przy dużych prędkościach. Szybkość erozji cząstek o średnicy 5 µm jest mniejsza niż w przypadku cząstek o średnicy 100 µm (patrz Artykuł #72). Dla cząstek o średnicy poniżej 10 µm szybkość erozji wynosi 0,01–0,05 mm/rok przy 2 m/s – jest nieistotna. W przypadku większych cząstek (z kamienia poprzedzającego lub zanieczyszczenia szkła) erozja może być znacząca.
Maksymalna prędkość dla czystej HF (bez ciał stałych)
| Stężenie HF | Temperatura (stopnie) | Dominujące zużycie | Maksymalna prędkość (m/s) | Czynnik ograniczający |
|---|---|---|---|---|
| 20% | 40 | Przenikanie | Bez ograniczeń (przenikanie niezależne od prędkości) | Grubość ścianki |
| 20% | 60 | Przenikanie | Bez limitu | Grubość ścianki |
| 20% | 80 | Przenikanie | Bez limitu | Grubość ścianki (korozja) |
| 30% | 60 | Przenikanie | Bez limitu | - |
| 50% | 60 | Przenikanie | Bez limitu | - |
W przypadku czystej HF prędkość nie wpływa na przenikanie. Przenikanie zależy od gradientu stężeń, a nie od prędkości przepływu. Dzięki temu nagrzewnica może pracować z dowolną prędkością (do 5–10 m/s) bez zużycia erozyjnego.
Maksymalna prędkość dla HF z zawiesiną ciał stałych
| Typ cząstek | Rozmiar cząstek (µm) | Stężenie (% wag.) | Maksymalna prędkość dla 0,1 mm/rok (m/s) | Notatki |
|---|---|---|---|---|
| CaF₂ (miękki) | 10–50 | 0.5% | 3.5–4.0 | Niska erozja |
| CaF₂ | 100–200 | 0.5% | 2.0–2.5 | Umiarkowany |
| Krzemionka (szkło) | 10–50 | 0.1% | 2.0–2.5 | Twarde cząstki |
| Krzemionka | 100–200 | 0.1% | 1.2–1.5 | Wysoka erozja |
| Fluorki metali (mieszane) | 5–30 | 1% | 2.5–3.0 | Typowe dla kąpieli trawiących |
Przykład pola
W linii do trawienia stali nierdzewnej zastosowano 20% HF w temperaturze 55 stopni z 0,5–1% zawieszonymi fluorkami metali (5–20 µm). Grzejnik PFA (ścianka 2 mm) pracował przy prędkości przepływu 3 m/s. Po 2 latach zmierzono grubość ścianki na 1,7 mm (erozja 0,15 mm/rok – powyżej docelowej wartości 0,1 mm). Instalacja zmniejszyła prędkość przepływu do 2 m/s. Erozja spadła do 0,08 mm/rok. W zakładzie zainstalowano także osadnik do usuwania cząstek stałych, redukując stężenie do 0,2%. Przy 2 m/s i 0,2% substancji stałych erozja była<0.05 mm/year.
Wykrywanie erozji w służbie HF
Ultradźwiękowy pomiar grubości(patrz artykuł #46) co 6 miesięcy.
Kontrola wzrokowa: HF nie może pozostawiać widocznych śladów na PFA (bez przebarwień). Zmierz grubość.
Sprawdź, czy nie ma wżerów: HF często powoduje wżery, a nie równomierną erozję. Poszukaj małych pestek (o średnicy 0,5–2 mm).
Zalecenia projektowe dla usług HF
| Typ HF | Zalecana maksymalna prędkość | Grubość ścianki | Częstotliwość kontroli |
|---|---|---|---|
| Czysty HF (bez ciał stałych) | Bez limitu (do 5 m/s) | 2,0 mm | Co 2 lata (przenikanie) |
| HF z<0.5% soft solids | 2.5 m/s | 2,0–2,5 mm | Rocznie |
| HF z zawartością 0,5–1% miękkich substancji stałych | 2.0 m/s | 2,5 mm | Co 6 miesięcy |
| HF with >1% miękkich substancji stałych | 1.5 m/s | 3,0 mm | Co 6 miesięcy |
| HF z dowolnymi twardymi ciałami stałymi (krzemionka) | 1.0–1.5 m/s | 3,0 mm | Co 3 miesiące |
Wniosek: W przypadku czystego 20% HF prędkość nie stanowi problemu erozji; Dla HF z ciałami stałymi, ograniczyć do 1,5–2,0 m/s
W przypadku czystego roztworu 20% HF (bez zawieszonych cząstek stałych) maksymalna dopuszczalna prędkość przepływu dla ściany z PFA o grubości 2 mm nie jest ograniczona erozją; nawet przy 10 m/s erozja jest znikoma (<0.01 mm/year). The dominant failure mode is chemical permeation, which is independent of velocity. For HF containing suspended solids (metal fluorides, silica), erosion becomes significant. To keep erosion below 0.1 mm/year, limit flow velocity to 1.5–2.0 m/s for typical solids concentrations (0.5–1%). The presence of solids is the key factor. Clean HF is safe at high velocity. Dirty HF requires slower flow. Filter out solids, or slow down your pump. Your heater's thickness depends on it. Measure, filter, control. In HF, erosion is not from the acid itself, but from what it carries. Clean your acid, protect your heater. Your wall will thank you.
