Za 20% rastvor fluorovodonične kiseline (HF) na 40–60 stepeni, maksimalna dozvoljena brzina protoka za održavanje erozije 2 mm PFA zida ispod 0,1 mm/godišnje je 1,5–2,0 m/s. Za razliku od silicijum pijeska, sam HF ne sadrži čvrste čestice; to je tečnost. Erozija iz čiste tečnosti (bez čvrstih materija) je zanemarljiva bez obzira na brzinu jer nema čestica koje bi udarile na površinu. Zabrinutost je erozija odčvrste česticekoji mogu biti prisutni u rastvoru HF (npr. metalni fluoridi, silicijum dioksid od rastvaranja stakla). Ako je HF čist (bez čvrstih materija), brzina protoka može biti do 5 m/s bez mjerljive erozije. Ako HF sadrži suspendirane čvrste tvari (tipično u kupatilima za kiseljenje gdje se talože metalni fluoridi), stopa erozije slijedi ista pravila kao i za bilo koju abrazivnu suspenziju (vidi članak #72). Za čiste 20% HF, granica nije erozija već hemijska permeacija. Za VF sa čvrstim materijama, ograničite brzinu na 1,5–2,0 m/s za eroziju od 0,1 mm/godišnje.
Erozija naspram hemijske permeacije u HF servisu
| Parametar | Čisti 20% HF (bez čvrstih materija) | 20% HF + 1% čvrstih materija (npr. CaF₂, MgF₂) |
|---|---|---|
| Dominantni mehanizam degradacije | Permeacija (hemijska) | Erozija + prožimanje |
| Brzina propusnosti (2 mm, 60 stepeni) | 0,5–1,0 g/m²·dan | 0,5–1,0 g/m²·dan (nepromijenjeno) |
| Brzina erozije pri 2 m/s (mm/god.) | <0.01 (negligible) | 0.08–0.12 |
| Brzina erozije na 3 m/s | <0.01 | 0.20–0.30 |
| Brzina erozije na 4 m/s | <0.01 | 0.40–0.60 |
| Maksimalna brzina za eroziju od 0,1 mm/god | >10 m/s | 1.8–2.2 m/s |
Erozija čestica u HF kupkama za kiseljenje
Kod kiseljenja čelika sa HF (za nerđajući čelik), kupka sadrži otopljene željezo i hrom fluoride. Neki se mogu taložiti kao fine čestice (1-10 µm). Ove čestice mogu erodirati PFA pri velikim brzinama. Brzina erozije za čestice od 5 µm je niža nego za čestice od 100 µm (vidi članak #72). Za čestice ispod 10 µm, stopa erozije je 0,01–0,05 mm/godišnje pri 2 m/s – zanemarljiva. Za veće čestice (od naslaga kamenca ili staklene kontaminacije), erozija može biti značajna.
Maksimalna brzina za čisti HF (bez čvrstih materija)
| HF koncentracija | Temperatura (stepen) | Dominant Wear | maksimalna brzina (m/s) | Limitirajući faktor |
|---|---|---|---|---|
| 20% | 40 | Prožimanje | Bez ograničenja (propusnost neovisna o brzini) | Debljina zida |
| 20% | 60 | Prožimanje | Nema ograničenja | Debljina zida |
| 20% | 80 | Prožimanje | Nema ograničenja | Debljina zida (korozija) |
| 30% | 60 | Prožimanje | Nema ograničenja | - |
| 50% | 60 | Prožimanje | Nema ograničenja | - |
Za čisti HF, brzina ne utječe na permeaciju. Permeaciju pokreće gradijent koncentracije, a ne brzina protoka. Dakle, grijač može raditi bilo kojom brzinom (do 5-10 m/s) bez erozivnog habanja.
Maksimalna brzina za VF sa suspendovanim čvrstim materijama
| Particle Type | Veličina čestice (µm) | Koncentracija (tež.%) | Maksimalna brzina za 0,1 mm/godišnje (m/s) | Bilješke |
|---|---|---|---|---|
| CaF₂ (meki) | 10–50 | 0.5% | 3.5–4.0 | Niska erozija |
| CaF₂ | 100–200 | 0.5% | 2.0–2.5 | Umjereno |
| Silicijum (staklo) | 10–50 | 0.1% | 2.0–2.5 | Tvrde čestice |
| Silica | 100–200 | 0.1% | 1.2–1.5 | Visoka erozija |
| Metalni fluoridi (mješoviti) | 5–30 | 1% | 2.5–3.0 | Tipično za kupke za kiseljenje |
Primjer polja
Linija za kiseljenje od nerđajućeg čelika koristila je 20% HF na 55 stepeni sa 0,5-1% suspendovanih metalnih fluorida (5-20 µm). PFA grijač (2 mm zid) je radio pri brzini protoka od 3 m/s. Nakon 2 godine, debljina zida je izmjerena na 1,7 mm (erozija 0,15 mm/god – iznad cilja od 0,1 mm). Postrojenje je smanjilo brzinu protoka na 2 m/s. Erozija je pala na 0,08 mm/god. Postrojenje je takođe instaliralo taložnik za uklanjanje čvrstih materija, smanjujući koncentraciju na 0,2%. Pri brzini od 2 m/s i 0,2% čvrstih materija došlo je do erozije<0.05 mm/year.
Detekcija erozije u VF službi
Ultrazvučno mjerenje debljine(vidi član #46) svakih 6 mjeseci.
Vizuelni pregled: HF možda neće ostaviti vidljive tragove na PFA (bez promjene boje). Izmjerite debljinu.
Provjerite ima li udubljenja: HF često uzrokuje pitting, a ne jednoliku eroziju. Potražite male rupice (0,5-2 mm prečnika).
Preporuke dizajna za VF servis
| HF Type | Preporučena maksimalna brzina | Wall Thickness | Interval inspekcije |
|---|---|---|---|
| Čisti HF (bez čvrstih materija) | Bez ograničenja (do 5 m/s) | 2,0 mm | Svake 2 godine (permeacija) |
| HF with<0.5% soft solids | 2.5 m/s | 2,0–2,5 mm | Godišnje |
| HF sa 0,5–1% mekih čvrstih materija | 2.0 m/s | 2,5 mm | Svakih 6 mjeseci |
| HF with >1% meke čvrste materije | 1.5 m/s | 3,0 mm | Svakih 6 mjeseci |
| HF sa bilo kojom tvrdom materijom (silicijum dioksid) | 1.0–1.5 m/s | 3,0 mm | Svaka 3 mjeseca |
Zaključak: Za čiste 20% HF, brzina nije problem erozije; Za VF sa čvrstim materijama, ograničenje na 1,5–2,0 m/s
Za čist 20% HF rastvor (bez suspendovanih čvrstih materija), maksimalna dozvoljena brzina protoka za zid od 2 mm PFA nije ograničena erozijom; čak i pri 10 m/s, erozija je zanemarljiva (<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.
