20-prosenttiselle fluorivetyhappoliuokselle (HF) 40–60 asteessa suurin sallittu virtausnopeus 2 mm:n PFA-seinän eroosion pitämiseksi alle 0,1 mm/vuosi on 1,5–2,0 m/s. Toisin kuin piidioksidihiekkalietteet, HF itsessään ei sisällä kiinteitä hiukkasia; se on nestettä. Eroosio puhtaasta nesteestä (ilman kiinteitä aineita) on mitätöntä nopeudesta riippumatta, koska pintaan ei osu hiukkasia. Huoli on eroosio alkaenkiinteitä hiukkasiajoita voi olla HF-liuoksessa (esim. metallifluoridit, lasin liukenemisesta peräisin oleva piidioksidi). Jos HF on puhdas (ei kiintoaineita), virtausnopeus voi olla jopa 5 m/s ilman mitattavaa eroosiota. Jos HF sisältää suspendoituneita kiintoaineita (tyypillistä peittauskylvyissä, joissa metallifluorideja saostuu), eroosionopeus noudattaa samoja sääntöjä kuin minkä tahansa hiomalietteen (katso artikla #72). Puhtaalle 20 % HF:lle rajana ei ole eroosio vaan kemiallinen läpäisy. Kiinteitä aineita sisältäville HF:lle rajoita nopeus 1,5–2,0 m/s 0,1 mm/vuosi eroosiolle.
Eroosio vs. kemiallinen läpäisy HF-palvelussa
| Parametri | Puhdas 20 % HF (ei kiintoaineita) | 20 % HF + 1 % kiintoaineita (esim. CaF₂, MgF₂) |
|---|---|---|
| Hallitseva hajoamismekanismi | Läpäisy (kemiallinen) | Eroosio + läpäisy |
| Läpäisynopeus (2 mm, 60 astetta) | 0,5–1,0 g/m²·päivä | 0,5–1,0 g/m²·päivä (muuttumaton) |
| Eroosionopeus nopeudella 2 m/s (mm/vuosi) | <0.01 (negligible) | 0.08–0.12 |
| Eroosionopeus 3 m/s | <0.01 | 0.20–0.30 |
| Eroosionopeus 4 m/s | <0.01 | 0.40–0.60 |
| Suurin nopeus 0,1 mm/vuosi eroosiolle | >10 m/s | 1.8–2.2 m/s |
Hiukkaseroosio HF-peittauskylvyissä
Teräksen peittauksessa HF:llä (ruostumattomalle teräkselle) kylpy sisältää liuennutta rautaa ja kromifluorideja. Jotkut voivat saostua hienoina hiukkasina (1–10 µm). Nämä hiukkaset voivat syövyttää PFA:ta suurilla nopeuksilla. Eroosionopeus 5 µm hiukkasilla on pienempi kuin 100 µm hiukkasilla (katso artikkeli #72). Alle 10 µm:n hiukkasilla eroosionopeus on 0,01–0,05 mm/vuosi nopeudella 2 m/s – merkityksetön. Suurempien hiukkasten kohdalla (joka on peräisin ylävirran mittakaavasta tai lasikontaminaatiosta) eroosio voi olla merkittävää.
Maksiminopeus puhtaalle HF:lle (ei kiintoaineita)
| HF-pitoisuus | Lämpötila ( aste ) | Hallitseva kuluminen | Suurin nopeus (m/s) | Rajoitustekijä |
|---|---|---|---|---|
| 20% | 40 | Läpäisy | Ei rajaa (läpäisy nopeudesta riippumaton) | Seinän paksuus |
| 20% | 60 | Läpäisy | Ei rajaa | Seinän paksuus |
| 20% | 80 | Läpäisy | Ei rajaa | Seinän paksuus (korroosio) |
| 30% | 60 | Läpäisy | Ei rajaa | - |
| 50% | 60 | Läpäisy | Ei rajaa | - |
Puhtaalla HF:llä nopeus ei vaikuta läpäisyyn. Läpäisyä ohjaa pitoisuusgradientti, ei virtausnopeus. Lämmitin voi siis toimia millä tahansa nopeudella (jopa 5-10 m/s) ilman kulumista.
Suurin nopeus HF:lle suspendoituneiden kiinteiden aineiden kanssa
| Partikkelityyppi | Partikkelikoko (µm) | Pitoisuus (paino-%) | Suurin nopeus 0,1 mm/vuosi (m/s) | Huomautuksia |
|---|---|---|---|---|
| CaF₂ (pehmeä) | 10–50 | 0.5% | 3.5–4.0 | Alhainen eroosio |
| CaF₂ | 100–200 | 0.5% | 2.0–2.5 | Kohtalainen |
| Piidioksidi (lasi) | 10–50 | 0.1% | 2.0–2.5 | Kovia hiukkasia |
| Piidioksidi | 100–200 | 0.1% | 1.2–1.5 | Korkea eroosio |
| Metallifluoridit (sekalaiset) | 5–30 | 1% | 2.5–3.0 | Tyypillinen peittauskylpyihin |
Esimerkki kentästä
Ruostumattoman teräksen peittauslinjassa käytettiin 20 % HF 55 asteessa ja 0,5–1 % suspendoituja metallifluorideja (5–20 µm). PFA-lämmitin (2 mm seinä) toimi 3 m/s virtausnopeudella. Kahden vuoden kuluttua seinämän paksuudeksi mitattiin 1,7 mm (eroosio 0,15 mm/vuosi – yli 0,1 mm tavoite). Laitos laski virtausnopeuden 2 m/s:iin. Eroosio laski 0,08 mm/vuosi. Tehdas asensi myös selkeytyssäiliön kiintoaineiden poistamiseksi, mikä pienensi pitoisuuden 0,2 prosenttiin. Nopeudella 2 m/s ja 0,2 % kiintoainepitoisuudella eroosio tapahtui<0.05 mm/year.
Eroosion havaitseminen HF-palvelussa
Ultraääni paksuuden mittaus(katso artikla #46) kuuden kuukauden välein.
Silmämääräinen tarkastus: HF ei saa jättää näkyviä jälkiä PFA:han (ei värimuutoksia). Mittaa paksuus.
Tarkista kuoppaus: HF aiheuttaa usein kuoppia, ei tasaista eroosiota. Etsi pieniä kuoppia (halkaisija 0,5–2 mm).
Suunnittelusuositukset HF-palvelulle
| HF tyyppi | Suositeltu maksiminopeus | Seinän paksuus | Tarkastusväli |
|---|---|---|---|
| Puhdas HF (ei kiintoaineita) | Ei rajoitusta (jopa 5 m/s) | 2,0 mm | 2 vuoden välein (läpäisy) |
| HF kanssa<0.5% soft solids | 2.5 m/s | 2,0-2,5 mm | Vuosittain |
| HF, jossa on 0,5–1 % pehmeitä kiintoaineita | 2.0 m/s | 2,5 mm | 6 kuukauden välein |
| HF with >1 % pehmeitä kiintoaineita | 1.5 m/s | 3,0 mm | 6 kuukauden välein |
| HF kovien kiintoaineiden kanssa (piidioksidi) | 1.0–1.5 m/s | 3,0 mm | 3 kuukauden välein |
Johtopäätös: Clean 20 % HF:lle Velocity ei ole eroosion aiheuttaja; Kiinteitä aineita sisältävälle HF:lle raja 1,5–2,0 m/s
Puhtaalle 20-prosenttiselle HF-liuokselle (ei suspendoituneita kiintoaineita) suurin sallittu virtausnopeus 2 mm:n PFA-seinämälle ei rajoita eroosiota; jopa 10 m/s:ssa eroosio on mitätön (<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.
