За 20% раствор флуороводоничне киселине (ХФ) на 40–60 степени, максимална дозвољена брзина протока за одржавање ерозије 2 мм ПФА зида испод 0,1 мм/годишње је 1,5–2,0 м/с. За разлику од силицијум песка, сам ХФ не садржи чврсте честице; то је течност. Ерозија из чисте течности (без чврстих материја) је занемарљива без обзира на брзину јер нема честица које би удариле на површину. Забринутост је ерозија одчврсте честицекоји могу бити присутни у раствору ХФ (нпр. метални флуориди, силицијум диоксид од растварања стакла). Ако је ХФ чист (без чврстих материја), брзина протока може бити до 5 м/с без мерљиве ерозије. Ако ХФ садржи суспендоване чврсте материје (типично у купатилима за кисељење где се таложе метални флуориди), стопа ерозије следи иста правила као и за било коју абразивну суспензију (видети Члан #72). За чисте 20% ХФ, граница није ерозија већ хемијска пермеација. За ВФ са чврстим материјама, ограничите брзину на 1,5–2,0 м/с за ерозију од 0,1 мм/годишње.
Ерозија у односу на хемијску пермеацију у ХФ служби
| Параметар | Чисти 20% ХФ (без чврстих материја) | 20% ХФ + 1% чврстих материја (нпр. ЦаФ₂, МгФ₂) |
|---|---|---|
| Доминантни механизам деградације | Пермеација (хемијска) | Ерозија + прожимање |
| Брзина пропусности (2 мм, 60 степени) | 0,5–1,0 г/м²·дан | 0,5–1,0 г/м²·дан (непромењено) |
| Брзина ерозије при 2 м/с (мм/год.) | <0.01 (negligible) | 0.08–0.12 |
| Брзина ерозије при 3 м/с | <0.01 | 0.20–0.30 |
| Брзина ерозије на 4 м/с | <0.01 | 0.40–0.60 |
| Максимална брзина за ерозију од 0,1 мм/годишње | >10 m/s | 1.8–2.2 m/s |
Ерозија честица у ХФ купатилима за кисељење
Код кисељења челика са ХФ (за нерђајући челик), купатило садржи растворене флуориде гвожђа и хрома. Неки се могу таложити као фине честице (1–10 µм). Ове честице могу еродирати ПФА при великим брзинама. Стопа ерозије за честице од 5 µм је нижа него за честице од 100 µм (видети члан #72). За честице испод 10 µм, стопа ерозије је 0,01–0,05 мм/годишње при 2 м/с – занемарљива. За веће честице (од узводног каменца или контаминације стаклом), ерозија може бити значајна.
Максимална брзина за чист ХФ (без чврстих материја)
| ХФ концентрација | Температура (степен) | Доминант Веар | Макс. брзина (м/с) | Лимитирајући фактор |
|---|---|---|---|---|
| 20% | 40 | Прожимање | Нема ограничења (пропусност независно од брзине) | Дебљина зида |
| 20% | 60 | Прожимање | Нема ограничења | Дебљина зида |
| 20% | 80 | Прожимање | Нема ограничења | Дебљина зида (корозија) |
| 30% | 60 | Прожимање | Нема ограничења | - |
| 50% | 60 | Прожимање | Нема ограничења | - |
За чист ХФ, брзина не утиче на пермеацију. Пермеацију покреће градијент концентрације, а не брзина протока. Дакле, грејач може да ради било којом брзином (до 5-10 м/с) без ерозивног хабања.
Максимална брзина за ВФ са суспендованим чврстим материјама
| Партицле Типе | Величина честице (µм) | Концентрација (теж.%) | Максимална брзина за 0,1 мм/годишње (м/с) | Напомене |
|---|---|---|---|---|
| ЦаФ₂ (меки) | 10–50 | 0.5% | 3.5–4.0 | Ниска ерозија |
| ЦаФ₂ | 100–200 | 0.5% | 2.0–2.5 | Умерено |
| Силицијум (стакло) | 10–50 | 0.1% | 2.0–2.5 | Тврде честице |
| Силица | 100–200 | 0.1% | 1.2–1.5 | Висока ерозија |
| Метални флуориди (мешани) | 5–30 | 1% | 2.5–3.0 | Типично за купке за кисељење |
Пример поља
Линија за кисељење од нерђајућег челика користила је 20% ХФ на 55 степени са 0,5–1% суспендованих металних флуорида (5–20 µм). ПФА грејач (2 мм зид) је радио при брзини протока од 3 м/с. После 2 године, измерена је дебљина зида на 1,7 мм (ерозија 0,15 мм/годишње – изнад циља од 0,1 мм). Постројење је смањило брзину протока на 2 м/с. Ерозија је пала на 0,08 мм/год. Постројење је такође поставило резервоар за таложење за уклањање чврстих материја, смањујући концентрацију на 0,2%. При 2 м/с и 0,2% чврстих материја, дошло је до ерозије<0.05 mm/year.
Детекција ерозије у ВФ служби
Ултразвучно мерење дебљине(види члан #46) сваких 6 месеци.
Визуелни преглед: ХФ можда неће оставити видљиве трагове на ПФА (без промене боје). Измерите дебљину.
Проверите да ли има удубљења: ХФ често узрокује питтинг, а не равномерну ерозију. Потражите мале рупице (пречника 0,5-2 мм).
Препоруке за дизајн за ВФ сервис
| ХФ Типе | Препоручена максимална брзина | Валл Тхицкнесс | Интервал инспекције |
|---|---|---|---|
| Чисти ХФ (без чврстих материја) | Без ограничења (до 5 м/с) | 2,0 мм | Сваке 2 године (прожимање) |
| ХФ са<0.5% soft solids | 2.5 m/s | 2,0–2,5 мм | Годишње |
| ХФ са 0,5–1% меких чврстих материја | 2.0 m/s | 2,5 мм | Сваких 6 месеци |
| HF with >1% меке чврсте материје | 1.5 m/s | 3,0 мм | Сваких 6 месеци |
| ХФ са било којом тврдом материјом (силицијум диоксид) | 1.0–1.5 m/s | 3,0 мм | Свака 3 месеца |
Закључак: За чисте 20% ХФ, брзина није проблем ерозије; За ВФ са чврстим материјама, ограничење на 1,5–2,0 м/с
За чист 20% ХФ раствор (без суспендованих чврстих материја), максимална дозвољена брзина протока за зид од 2 мм ПФА није ограничена ерозијом; чак и при 10 м/с, ерозија је занемарљива (<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.
