עבור תמיסה של 20% חומצה הידרופלואורית (HF) ב-40-60 מעלות, מהירות הזרימה המרבית המותרת כדי לשמור על שחיקה של קיר PFA של 2 מ"מ מתחת ל-0.1 מ"מ לשנה היא 1.5-2.0 מ"ש. שלא כמו תמיסות חול סיליקה, HF עצמו אינו מכיל חלקיקים מוצקים; זה נוזל. שחיקה מנוזל טהור (ללא מוצקים) היא זניחה ללא קשר למהירות מכיוון שאין חלקיקים שיפגעו על פני השטח. החשש הוא שחיקה מחלקיקים מוצקיםשעשויים להיות נוכחים בתמיסת ה-HF (למשל, פלורידי מתכת, סיליקה מהמסת זכוכית). אם ה-HF נקי (ללא מוצקים), מהירות הזרימה יכולה להיות עד 5 m/s ללא שחיקה ניתנת למדידה. אם ה-HF מכיל מוצקים מרחפים (אופייני באמבטיות כבישה שבהן משקעים פלואורידים מתכתיים), קצב השחיקה עוקב אחר אותם כללים כמו לכל תרחיץ שוחק (ראה מאמר מס' 72). עבור נקי 20% HF, הגבול אינו שחיקה אלא חלחול כימי. עבור HF עם מוצקים, הגבל את המהירות ל-1.5-2.0 מ'/שנייה עבור שחיקה של 0.1 מ"מ לשנה.
שחיקה מול חלחול כימי בשירות HF
| פָּרָמֶטֶר | נקי 20% HF (ללא מוצקים) | 20% HF + 1% מוצקים (למשל, CaF₂, MgF₂) |
|---|---|---|
| מנגנון השפלה דומיננטי | חלחול (כימי) | שחיקה + חלחול |
| קצב חלחול (2 מ"מ, 60 מעלות) | 0.5–1.0 גרם למ"ר · יום | 0.5-1.0 גרם/מ"ר · יום (ללא שינוי) |
| קצב שחיקה ב-2 מ' לשנייה (מ"מ/שנה) | <0.01 (negligible) | 0.08–0.12 |
| קצב שחיקה ב-3 מ' לשנייה | <0.01 | 0.20–0.30 |
| קצב שחיקה ב-4 מ' לשנייה | <0.01 | 0.40–0.60 |
| מהירות מרבית לשחיקה של 0.1 מ"מ לשנה | >10 m/s | 1.8–2.2 m/s |
שחיקת חלקיקים באמבטיות כבישה HF
בכבישת פלדה עם HF (לנירוסטה), האמבט מכיל ברזל מומס וכרום פלואורידים. חלקם עשויים לנשור כחלקיקים עדינים (1-10 מיקרומטר). חלקיקים אלה יכולים לשחוק PFA במהירויות גבוהות. קצב השחיקה עבור חלקיקים של 5 מיקרומטר נמוך יותר מאשר עבור חלקיקים של 100 מיקרון (ראה מאמר מס' 72). עבור חלקיקים מתחת ל-10 מיקרומטר, קצב השחיקה הוא 0.01-0.05 מ"מ לשנה ב-2 מ"ש - זניח. עבור חלקיקים גדולים יותר (מקנה מידה במעלה הזרם או זיהום זכוכית), שחיקה יכולה להיות משמעותית.
מהירות מרבית עבור HF נקי (ללא מוצקים)
| ריכוז HF | טמפרטורה (מעלה) | לבוש דומיננטי | מהירות מרבית (מ/ש) | גורם מגביל |
|---|---|---|---|---|
| 20% | 40 | חלחול | ללא הגבלה (חלחול ללא תלות במהירות) | עובי דופן |
| 20% | 60 | חלחול | אין גבול | עובי דופן |
| 20% | 80 | חלחול | אין גבול | עובי דופן (קורוזיה) |
| 30% | 60 | חלחול | אין גבול | - |
| 50% | 60 | חלחול | אין גבול | - |
עבור HF נקי, המהירות אינה משפיעה על החדירה. החלחול מונע על ידי שיפוע ריכוז, לא מהירות זרימה. כך שהמחמם יכול לפעול בכל מהירות (עד 5-10 מ"ש) ללא בלאי שחיקה.
מהירות מרבית עבור HF עם מוצקים תלויים
| סוג חלקיקים | גודל חלקיקים (מיקרומטר) | ריכוז (Wt%) | מהירות מרבית עבור 0.1 מ"מ/שנה (מ/ש) | הערות |
|---|---|---|---|---|
| CaF₂ (רך) | 10–50 | 0.5% | 3.5–4.0 | שחיקה נמוכה |
| CaF₂ | 100–200 | 0.5% | 2.0–2.5 | לְמַתֵן |
| סיליקה (זכוכית) | 10–50 | 0.1% | 2.0–2.5 | חלקיקים קשים |
| סיליקה | 100–200 | 0.1% | 1.2–1.5 | שחיקה גבוהה |
| פלורידי מתכת (מעורבים) | 5–30 | 1% | 2.5–3.0 | אופייני לאמבטיות כבישה |
דוגמה לשדה
קו כבישה מנירוסטה השתמש ב-20% HF ב-55 מעלות עם 0.5-1% פלורידי מתכת מרחפים (5-20 מיקרומטר). מחמם PFA (קיר 2 מ"מ) הופעל במהירות זרימה של 3 מ"ש. לאחר שנתיים, עובי הדופן נמדד ב-1.7 מ"מ (שחיקה 0.15 מ"מ לשנה - מעל היעד של 0.1 מ"מ). המפעל הפחית את מהירות הזרימה ל-2 מ"ש. השחיקה ירדה ל-0.08 מ"מ לשנה. המפעל גם התקין מיכל שיקוע להסרת מוצקים, והפחתת הריכוז ל-0.2%. ב-2 m/s ו-0.2% מוצקים, שחיקה הייתה<0.05 mm/year.
זיהוי שחיקה בשירות HF
מדידת עובי אולטרסאונד(ראה מאמר מס' 46) כל 6 חודשים.
בדיקה חזותית: HF עשוי שלא להשאיר סימנים גלויים על PFA (ללא שינוי צבע). למדוד עובי.
בדוק אם יש פיתולים: HF גורם לעיתים קרובות לבור, לא לשחיקה אחידה. חפש בורות קטנים (קוטר 0.5-2 מ"מ).
המלצות עיצוב עבור שירות HF
| סוג HF | מהירות מקסימלית מומלצת | עובי קיר | מרווח בדיקה |
|---|---|---|---|
| HF נקי (ללא מוצקים) | ללא הגבלה (עד 5 מ' לשנייה) | 2.0 מ"מ | כל שנתיים (חלחול) |
| HF עם<0.5% soft solids | 2.5 m/s | 2.0-2.5 מ"מ | מדי שנה |
| HF עם 0.5-1% מוצקים רכים | 2.0 m/s | 2.5 מ"מ | כל 6 חודשים |
| HF with >1% מוצקים רכים | 1.5 m/s | 3.0 מ"מ | כל 6 חודשים |
| HF עם מוצקים קשים כלשהם (סיליקה) | 1.0–1.5 m/s | 3.0 מ"מ | כל 3 חודשים |
מסקנה: עבור נקי 20% HF, מהירות אינה חשש לשחיקה; עבור HF עם מוצקים, הגבל ל-1.5–2.0 מ'/שנייה
עבור תמיסה נקייה של 20% HF (ללא מוצקים מרחפים), מהירות הזרימה המרבית המותרת עבור קיר PFA של 2 מ"מ אינה מוגבלת על ידי שחיקה; אפילו ב-10 מ"ש, השחיקה זניחה (<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.
