За 20% разтвор на флуороводородна киселина (HF) при 40–60 градуса, максималната допустима скорост на потока за поддържане на ерозията на стена от 2 mm PFA под 0,1 mm/година е 1,5–2,0 m/s. За разлика от суспензиите от силициев пясък, самият HF не съдържа твърди частици; това е течност. Ерозията от чиста течност (без твърди вещества) е незначителна, независимо от скоростта, тъй като няма частици, които да въздействат на повърхността. Загрижеността е ерозия оттвърди частицикоито могат да присъстват в разтвора на HF (напр. метални флуориди, силициев диоксид от разтваряне на стъкло). Ако HF е чист (без твърди вещества), скоростта на потока може да бъде до 5 m/s без измерима ерозия. Ако HF съдържа суспендирани твърди частици (типично за бани за декапиране, където се утаяват метални флуориди), скоростта на ерозия следва същите правила като за всяка абразивна суспензия (вижте член #72). За чист 20% HF ограничението не е ерозия, а химическо проникване. За HF с твърди вещества, ограничете скоростта до 1,5–2,0 m/s за ерозия от 0,1 mm/година.
Ерозия срещу химическо проникване в HF услуга
| Параметър | Чист 20% HF (без твърди вещества) | 20% HF + 1% твърди вещества (напр. CaF₂, MgF₂) |
|---|---|---|
| Доминиращ механизъм на разграждане | Проникване (химическо) | Ерозия + проникване |
| Скорост на проникване (2 мм, 60 градуса) | 0,5–1,0 g/m²·ден | 0,5–1,0 g/m²·ден (непроменен) |
| Скорост на ерозия при 2 m/s (mm/година) | <0.01 (negligible) | 0.08–0.12 |
| Скорост на ерозия 3 m/s | <0.01 | 0.20–0.30 |
| Скорост на ерозия 4 m/s | <0.01 | 0.40–0.60 |
| Максимална скорост за ерозия от 0,1 mm/година | >10 m/s | 1.8–2.2 m/s |
Ерозия на частици във ваните за високочестотно ецване
При декапиране на стомана с HF (за неръждаема стомана), ваната съдържа разтворени железни и хромови флуориди. Някои могат да се утаят като фини частици (1–10 µm). Тези частици могат да разрушат PFA при високи скорости. Скоростта на ерозия за 5 µm частици е по-ниска отколкото за 100 µm частици (вижте член #72). За частици под 10 µm скоростта на ерозия е 0,01–0,05 mm/година при 2 m/s – незначителна. За по-големи частици (от нагар или замърсяване със стъкло), ерозията може да бъде значителна.
Максимална скорост за чист HF (без твърди вещества)
| HF концентрация | Температура (градус) | Доминиращо износване | Максимална скорост (m/s) | Ограничаващ фактор |
|---|---|---|---|---|
| 20% | 40 | Проникване | Без ограничение (проникване независимо от скоростта) | Дебелина на стената |
| 20% | 60 | Проникване | Без ограничение | Дебелина на стената |
| 20% | 80 | Проникване | Без ограничение | Дебелина на стената (корозия) |
| 30% | 60 | Проникване | Без ограничение | - |
| 50% | 60 | Проникване | Без ограничение | - |
За чист HF, скоростта не влияе на проникването. Проникването се задвижва от градиента на концентрацията, а не от скоростта на потока. Така че нагревателят може да работи при всякаква скорост (до 5–10 m/s) без ерозионно износване.
Максимална скорост за HF със суспендирани твърди вещества
| Тип на частиците | Размер на частиците (µm) | Концентрация (тегл.%) | Максимална скорост за 0,1 mm/година (m/s) | Бележки |
|---|---|---|---|---|
| CaF₂ (мек) | 10–50 | 0.5% | 3.5–4.0 | Ниска ерозия |
| CaF₂ | 100–200 | 0.5% | 2.0–2.5 | Умерен |
| Силициев диоксид (стъкло) | 10–50 | 0.1% | 2.0–2.5 | Твърди частици |
| Силициев диоксид | 100–200 | 0.1% | 1.2–1.5 | Висока ерозия |
| Метални флуориди (смесени) | 5–30 | 1% | 2.5–3.0 | Типично за вани за ецване |
Пример за поле
Линия за декапиране от неръждаема стомана използва 20% HF при 55 градуса с 0,5–1% суспендирани метални флуориди (5–20 µm). PFA нагревателят (2 mm стена) работи при скорост на потока 3 m/s. След 2 години дебелината на стената беше измерена на 1,7 mm (ерозия 0,15 mm/година – над целта от 0,1 mm). Инсталацията намали скоростта на потока до 2 m/s. Ерозията е спаднала до 0,08 mm/година. Заводът също така инсталира утаителен резервоар за отстраняване на твърди частици, намалявайки концентрацията до 0,2%. При 2 m/s и 0,2% твърди вещества се наблюдава ерозия<0.05 mm/year.
Откриване на ерозия в HF услуга
Ултразвуково измерване на дебелината(вижте член #46) на всеки 6 месеца.
Визуална проверка: HF може да не оставя видими следи върху PFA (без обезцветяване). Измерете дебелината.
Проверете за костилка: HF често причинява питинг, а не равномерна ерозия. Потърсете малки вдлъбнатини (диаметър 0,5–2 mm).
Препоръки за дизайн за HF услуга
| Тип HF | Препоръчителна максимална скорост | Дебелина на стената | Интервал на инспекция |
|---|---|---|---|
| Чист HF (без твърди вещества) | Без ограничение (до 5 m/s) | 2,0 мм | На всеки 2 години (проникване) |
| HF с<0.5% soft solids | 2.5 m/s | 2,0–2,5 мм | Ежегодно |
| HF с 0,5–1% меки твърди вещества | 2.0 m/s | 2,5 мм | На всеки 6 месеца |
| HF with >1% меки твърди вещества | 1.5 m/s | 3,0 мм | На всеки 6 месеца |
| HF с твърди твърди вещества (силициев диоксид) | 1.0–1.5 m/s | 3,0 мм | На всеки 3 месеца |
Заключение: За чист 20% HF, скоростта не е проблем за ерозията; За HF с твърди вещества, ограничение до 1,5–2,0 m/s
За чист 20% разтвор на HF (без суспендирани твърди вещества), максималната допустима скорост на потока за стена от 2 mm PFA не е ограничена от ерозия; дори при 10 m/s, ерозията е незначителна (<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.
