Kokia yra didžiausia leistina fluoro jonų koncentracija 20 % fosforo rūgšties vonioje, kad PFA šildytuvas veiktų 3 metus?

Fluoro jonai (F⁻) iš priemaišų ar kitų apdorojimo priemonių labai pagreitina PFA šildytuvo apvalkalų skilimą 20% fosforo rūgštyje (H₃PO4) aukštoje temperatūroje (80–120 laipsnių). Prasiskverbdamas į polimerą ir koroduodamas metalinę šerdį (titaną arba Incoloy) vandenilio fluorido rūgštimi (HF), pagaminta in situ, fluoridas nusitaiko į PFA{4}}metalo sąsają. Kad PFA šildytuvas veiktų trejus metus (apie 25 000 valandų nepertraukiamo veikimo), didžiausia leistina fluorido jonų koncentracija yra 50 ppm esant 80 laipsnių, 20 ppm esant 100 laipsnių ir 5 ppm esant 120 laipsnių. Per šešis ar aštuoniolika mėnesių prasiskverbimas{15}}sustiprinta korozija, viršijanti šias ribas, sukelia įžeminimo gedimus arba šerdies gedimą. Fluoro kiekio kontrolė yra labai svarbi šildytuvo ilgaamžiškumui fosforo rūgšties voniose, naudojamose trąšoms gaminti arba metalui apdoroti.

Fosforo rūgšties fluoro atakos mechanizmas
Esant net 120 laipsnių temperatūrai, fosforo rūgštis nekenkia PFA. Kita vertus, fluoro jonai yra labai agresyvūs ir dažnai aptinkami kaip HF arba fluorsilicio rūgštis, gaunama apdorojant fosfato uolienas. Dėl mažo dydžio (kinetinis skersmuo 0,26 nm) HF molekulės greičiau praeina per PFA sienelę nei H3PO4 (žr. 35 straipsnį). Taškinė korozija atsiranda dėl to, kad HF greitai ištirpsta pasyvaus oksido sluoksnis, pasiekęs metalinę šerdį (titano arba Incoloy). Nors abu yra atakuojami esant 10–20 ppm fluoro koncentracijai 100 laipsnių kampu, titanas yra atsparesnis HF nei Incoloy. PFA apvalkalas pūslės ir lūžta iš vidaus dėl vidinio slėgio, kurį sukelia korozijos produktai (metalo fluoridai), kurių tūris didesnis nei originalaus metalo.

Sinerginis poveikis yra labai svarbus: plastifikuodamas PFA, 20% H3PO4 tirpalas išlaiko didelę protonų koncentraciją (H⁺), o tai pagreitina HF prasiskverbimą. Palyginti su fluoro -laisva fosforo rūgštimi, rūgščių rūšių prasiskverbimo greitis padvigubėja, kai fluoro koncentracija yra tik 10 ppm.

Didžiausia leistina fluoro koncentracija trejus{0}}gyvenimo metus (25 000 valandų)
Darbinė temperatūra ( laipsnis ) Maksimalus F laipsnis (ppm) 3 metų eksploatavimo trukmei Numatomas šildytuvo eksploatavimo laikas prie dvigubos ribos (metai) Gedimo režimas Siūloma pagrindinės medžiagos medžiaga 80 50 1.0–1,5 šerdies įdubimas Incoloy 825 90 30 0.8–1,2 pūslių atsiradimas Incoloy arba titano 100 20 0.5–0 titano įtrūkimas 100 20 0.5–1. 2 110 10 0.3–0,6 Greita šerdies korozija Titano klasė 2 120 5 0.2–0,4 Neatidėliotino gedimo rizikaNerekomenduojama
Šios ribos priklauso nuo nuolatinio panardinimo ir 2 mm PFA sienelės. Kadangi ilgesnis difuzijos kanalas sumažina HF atvykimo greitį, storesnėms sienoms (2,5–3,0 mm) leistina fluoro koncentracija padidėja 30–50%.

Fosforo rūgšties garintuvų lauko informacija
Kas aštuonis ar dvylika mėnesių PFA šildytuvai (2 mm sienelė, Incoloy šerdis) sugesdavo fosforo rūgšties koncentravimo gamykloje, kuri veikė 100 laipsnių temperatūroje su 20% H3PO4, turinčiu 25–35 ppm F⁻. Incoloy šerdyje, remiantis metalurginiais bandymais, buvo daug duobių. F⁻ buvo sumažintas iki 8 ppm toje pačioje gamykloje, naudojant šilumokaičio kilpą su fluoro pašalinimo pakopa (pridedant kalkių, kad nusodintų CaF2). Šildytuvo tarnavimo laikas buvo padidintas iki 28 mėnesių (beveik 3 metai, kai buvo numatyta 10 ppm). Šiuo metu gamykla naudoja titano šerdis, kad padidintų maržą ir F⁻ išlaiko žemiau 15 ppm.

Stebėjimas ir mažinimas
Sudarykite savaitės fluoro stebėjimo grafiką naudodami selektyvų jonų {{0}elektrodą ir palaikykite koncentraciją, mažesnę nei trejų- metų apribojimai, kad ilgalaikis -PFA šildytuvas veiktų naudojant 20 % fosforo rūgštį. Galimos trys taisomosios priemonės, jei fluoro kiekis viršija ribą:

Kad susidarytų netirpus CaF₂, įpilkite nusodinimo agento (kalkių arba kalcio karbonato), kuris tada filtruojamas. Dėl to F⁻ sumažėja nuo 50 ppm iki 5–10 ppm.

Pakeiskite į 3,0 mm storesnę PFA sienelę. Kadangi HF prasiskverbimas yra atvirkščiai susijęs su storiu, 3 mm sienelė padvigubina laiką iki šerdies korozijos esant tokiai pačiai F⁻ koncentracijai.

Naudokite titano šerdį, kuri yra atsparesnė HF. Fluoro -turinčiose rūgštyse 7 laipsnio titanas (su Pd-lydiniu) pranoksta 2 laipsnio našumą.

Apibendrinant galima pasakyti, kad trejų{0}} metų gyvenimo riba yra 20 ppm F⁻ esant 100 laipsnių.
Didžiausia leistina fluoro jonų koncentracija PFA šildytuvui, veikiančiam 20 % fosforo rūgšties vonioje 100 laipsnių temperatūroje trejus metus, yra 20 ppm. Riba padidėja iki 50 ppm 80 laipsnių kampu ir sumažėja iki 5 ppm esant 120 laipsnių. Fluoras žymiai sumažina šildytuvo tarnavimo laiką, nes pagreitina HF prasiskverbimą ir šerdies koroziją. Norint užtikrinti ilgalaikį{10}}patikimumą, labai svarbu reguliariai stebėti ir pašalinti fluorą (kalkių nusodinimu). Naudokite titano šerdis ir storesnes PFA sieneles (2,5–3,0 mm), kai negalima išvengti fluoro. Fluoras yra mirtinas, tačiau fosforo rūgštis gali būti nekenksminga. Šildytuvas gyvuoja, jei kontroliuojamas fluoro kiekis. Jei to nepaisysite, nesėkmė įvyks per kelis mėnesius.