Voor een 20% waterstoffluoride (HF)-oplossing bij 40–60 graden is de maximaal toegestane stroomsnelheid om de erosie van een PFA-wand van 2 mm onder de 0,1 mm/jaar te houden 1,5–2,0 m/s. In tegenstelling tot silicazandslurries bevat HF zelf geen vaste deeltjes; het is een vloeistof. Erosie door een zuivere vloeistof (zonder vaste stoffen) is verwaarloosbaar, ongeacht de snelheid, omdat er geen deeltjes zijn die het oppervlak kunnen raken. De zorg is erosie vanvaste deeltjesdie aanwezig kunnen zijn in de HF-oplossing (bijv. metaalfluoriden, silica uit glasoplossing). Als de HF schoon is (geen vaste stoffen), kan de stroomsnelheid tot 5 m/s bedragen zonder meetbare erosie. Als de HF zwevende vaste stoffen bevat (typisch in beitsbaden waar metaalfluoriden neerslaan), volgt de erosiesnelheid dezelfde regels als voor elke schurende slurry (zie artikel #72). Voor schone 20% HF ligt de grens niet bij erosie, maar bij chemische permeatie. Voor HF met vaste stoffen, beperk de snelheid tot 1,5–2,0 m/s voor erosie van 0,1 mm/jaar.
Erosie versus chemische permeatie in HF-service
| Parameter | Schoon 20% HF (geen vaste stoffen) | 20% HF + 1% vaste stof (bijv. CaF₂, MgF₂) |
|---|---|---|
| Dominant degradatiemechanisme | Permeatie (chemisch) | Erosie + permeatie |
| Permeatiesnelheid (2 mm, 60 graden) | 0,5–1,0 g/m²·dag | 0,5–1,0 g/m²·dag (onveranderd) |
| Erosiesnelheid bij 2 m/s (mm/jaar) | <0.01 (negligible) | 0.08–0.12 |
| Erosiesnelheid bij 3 m/s | <0.01 | 0.20–0.30 |
| Erosiesnelheid bij 4 m/s | <0.01 | 0.40–0.60 |
| Maximale snelheid voor erosie van 0,1 mm/jaar | >10 m/s | 1.8–2.2 m/s |
Deeltjeserosie in HF-beitsbaden
Bij het beitsen van staal met HF (voor RVS) bevat het bad opgelost ijzer en chroomfluoriden. Sommige kunnen neerslaan in de vorm van fijne deeltjes (1–10 µm). Deze deeltjes kunnen PFA bij hoge snelheden eroderen. De erosiesnelheid voor deeltjes van 5 µm is lager dan voor deeltjes van 100 µm (zie artikel #72). Voor deeltjes kleiner dan 10 µm bedraagt de erosiesnelheid 0,01–0,05 mm/jaar bij 2 m/s – verwaarloosbaar. Voor grotere deeltjes (van stroomopwaartse schaal of glasverontreiniging) kan erosie aanzienlijk zijn.
Maximale snelheid voor schone HF (geen vaste stoffen)
| HF-concentratie | Temperatuur (graad) | Dominante slijtage | Maximale snelheid (m/s) | Beperkende factor |
|---|---|---|---|---|
| 20% | 40 | Permeatie | Geen limiet (permeatie onafhankelijk van snelheid) | Wanddikte |
| 20% | 60 | Permeatie | Geen limiet | Wanddikte |
| 20% | 80 | Permeatie | Geen limiet | Wanddikte (corrosie) |
| 30% | 60 | Permeatie | Geen limiet | - |
| 50% | 60 | Permeatie | Geen limiet | - |
Voor schone HF heeft de snelheid geen invloed op de permeatie. Permeatie wordt bepaald door de concentratiegradiënt, niet door de stroomsnelheid. De verwarmer kan dus op elke snelheid (tot 5–10 m/s) werken zonder erosieve slijtage.
Maximale snelheid voor HF met zwevende deeltjes
| Deeltjestype | Deeltjesgrootte (μm) | Concentratie (gew%) | Maximale snelheid voor 0,1 mm/jaar (m/s) | Opmerkingen |
|---|---|---|---|---|
| CaF₂ (zacht) | 10–50 | 0.5% | 3.5–4.0 | Lage erosie |
| CaF₂ | 100–200 | 0.5% | 2.0–2.5 | Gematigd |
| Silica (glas) | 10–50 | 0.1% | 2.0–2.5 | Harde deeltjes |
| Silica | 100–200 | 0.1% | 1.2–1.5 | Hoge erosie |
| Metaalfluoriden (gemengd) | 5–30 | 1% | 2.5–3.0 | Typisch voor beitsbaden |
Veldvoorbeeld
Een roestvrijstalen beitslijn gebruikte 20% HF bij 55 graden met 0,5–1% gesuspendeerde metaalfluoriden (5–20 µm). De PFA-verwarmer (2 mm wand) werkte met een stroomsnelheid van 3 m/s. Na 2 jaar werd de wanddikte gemeten op 1,7 mm (erosie 0,15 mm/jaar – boven de doelstelling van 0,1 mm). De installatie verminderde de stroomsnelheid tot 2 m/s. De erosie daalde tot 0,08 mm/jaar. De fabriek installeerde ook een bezinktank om vaste stoffen te verwijderen, waardoor de concentratie werd teruggebracht tot 0,2%. Bij 2 m/s en 0,2% vaste stof was erosie<0.05 mm/year.
Detectie van erosie in HF-service
Ultrasone diktemeting(zie artikel #46) elke 6 maanden.
Visuele inspectie: HF mag geen zichtbare sporen achterlaten op PFA (geen verkleuring). Meet de dikte.
Controleer op pitting: HF veroorzaakt vaak putjes, geen uniforme erosie. Zoek naar kleine putjes (0,5-2 mm diameter).
Ontwerpaanbevelingen voor HF-service
| HF-type | Aanbevolen maximale snelheid | Wanddikte | Inspectie-interval |
|---|---|---|---|
| Schone HF (geen vaste stoffen) | Geen limiet (tot 5 m/s) | 2,0 mm | Elke 2 jaar (permeatie) |
| HF met<0.5% soft solids | 2.5 m/s | 2,0–2,5 mm | Jaarlijks |
| HF met 0,5–1% zachte vaste stoffen | 2.0 m/s | 2,5 mm | Elke 6 maanden |
| HF with >1% zachte vaste stoffen | 1.5 m/s | 3,0 mm | Elke 6 maanden |
| HF met eventuele harde vaste stoffen (silica) | 1.0–1.5 m/s | 3,0 mm | Elke 3 maanden |
Conclusie: Voor schone 20% HF is snelheid geen erosieprobleem; Voor HF met vaste stoffen: limiet tot 1,5–2,0 m/s
Voor een schone 20% HF-oplossing (geen zwevende deeltjes) wordt de maximaal toegestane stroomsnelheid voor een 2 mm PFA-wand niet beperkt door erosie; zelfs bij 10 m/s is erosie verwaarloosbaar (<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.
