Für eine 20 %ige Flusssäurelösung (HF) bei 40–60 Grad beträgt die maximal zulässige Strömungsgeschwindigkeit, um die Erosion einer 2 mm dicken PFA-Wand unter 0,1 mm/Jahr zu halten, 1,5–2,0 m/s. Im Gegensatz zu Quarzsandschlämmen enthält HF selbst keine festen Partikel; es ist eine Flüssigkeit. Die Erosion einer reinen Flüssigkeit (ohne Feststoffe) ist unabhängig von der Geschwindigkeit vernachlässigbar, da keine Partikel auf die Oberfläche treffen. Die Sorge ist Erosion durchfeste Partikeldie in der HF-Lösung vorhanden sein können (z. B. Metallfluoride, Kieselsäure aus Glasauflösung). Wenn die HF sauber ist (keine Feststoffe), kann die Strömungsgeschwindigkeit bis zu 5 m/s ohne messbare Erosion betragen. Wenn das HF suspendierte Feststoffe enthält (typisch für Beizbäder, in denen Metallfluoride ausfallen), folgt die Erosionsrate den gleichen Regeln wie für jede Schleifmittelaufschlämmung (siehe Artikel Nr. 72). Bei sauberer 20 %iger HF liegt die Grenze nicht in der Erosion, sondern in der chemischen Permeation. Bei HF mit Feststoffen begrenzen Sie die Geschwindigkeit auf 1,5–2,0 m/s für eine Erosion von 0,1 mm/Jahr.
Erosion vs. chemische Permeation im HF-Betrieb
| Parameter | Saubere 20 %ige HF (keine Feststoffe) | 20 % HF + 1 % Feststoffe (z. B. CaF₂, MgF₂) |
|---|---|---|
| Dominanter Abbaumechanismus | Permeation (chemisch) | Erosion + Permeation |
| Permeationsrate (2 mm, 60 Grad) | 0,5–1,0 g/m²·Tag | 0,5–1,0 g/m²·Tag (unverändert) |
| Erosionsrate bei 2 m/s (mm/Jahr) | <0.01 (negligible) | 0.08–0.12 |
| Erosionsrate bei 3 m/s | <0.01 | 0.20–0.30 |
| Erosionsrate bei 4 m/s | <0.01 | 0.40–0.60 |
| Maximale Geschwindigkeit für 0,1 mm/Jahr Erosion | >10 m/s | 1.8–2.2 m/s |
Partikelerosion in HF-Beizbädern
Beim Beizen von Stahl mit HF (für Edelstahl) enthält das Bad gelöste Eisen- und Chromfluoride. Einige können als feine Partikel (1–10 µm) ausfallen. Diese Partikel können PFA bei hohen Geschwindigkeiten zerfressen. Die Erosionsrate für 5 µm-Partikel ist geringer als für 100 µm-Partikel (siehe Artikel #72). Bei Partikeln unter 10 µm beträgt die Erosionsrate 0,01–0,05 mm/Jahr bei 2 m/s – vernachlässigbar. Bei größeren Partikeln (durch vorgeschaltete Ablagerungen oder Glasverunreinigungen) kann die Erosion erheblich sein.
Maximale Geschwindigkeit für saubere HF (keine Feststoffe)
| HF-Konzentration | Temperatur (Grad) | Dominante Kleidung | Maximale Geschwindigkeit (m/s) | Begrenzender Faktor |
|---|---|---|---|---|
| 20% | 40 | Durchdringung | Keine Begrenzung (Permeation unabhängig von der Geschwindigkeit) | Wandstärke |
| 20% | 60 | Durchdringung | Keine Begrenzung | Wandstärke |
| 20% | 80 | Durchdringung | Keine Begrenzung | Wandstärke (Korrosion) |
| 30% | 60 | Durchdringung | Keine Begrenzung | - |
| 50% | 60 | Durchdringung | Keine Begrenzung | - |
Bei sauberem HF hat die Geschwindigkeit keinen Einfluss auf die Permeation. Die Permeation wird durch den Konzentrationsgradienten und nicht durch die Strömungsgeschwindigkeit gesteuert. Dadurch kann die Heizung bei jeder Geschwindigkeit (bis zu 5–10 m/s) ohne erosiven Verschleiß betrieben werden.
Maximale Geschwindigkeit für HF mit suspendierten Feststoffen
| Partikeltyp | Partikelgröße (µm) | Konzentration (Gew.%) | Maximale Geschwindigkeit für 0,1 mm/Jahr (m/s) | Notizen |
|---|---|---|---|---|
| CaF₂ (weich) | 10–50 | 0.5% | 3.5–4.0 | Geringe Erosion |
| CaF₂ | 100–200 | 0.5% | 2.0–2.5 | Mäßig |
| Kieselsäure (Glas) | 10–50 | 0.1% | 2.0–2.5 | Harte Partikel |
| Silizium | 100–200 | 0.1% | 1.2–1.5 | Hohe Erosion |
| Metallfluoride (gemischt) | 5–30 | 1% | 2.5–3.0 | Typisch für Beizbäder |
Feldbeispiel
In einer Beizlinie für Edelstahl wurden 20 % HF bei 55 Grad mit 0,5–1 % suspendierten Metallfluoriden (5–20 µm) verwendet. Der PFA-Heizer (2 mm Wand) wurde mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 3 m/s betrieben. Nach 2 Jahren wurde eine Wandstärke von 1,7 mm gemessen (Erosion 0,15 mm/Jahr – über dem Zielwert von 0,1 mm). Die Anlage reduzierte die Strömungsgeschwindigkeit auf 2 m/s. Die Erosion sank auf 0,08 mm/Jahr. Die Anlage installierte außerdem einen Absetzbehälter zur Entfernung von Feststoffen, wodurch die Konzentration auf 0,2 % reduziert wurde. Bei 2 m/s und 0,2 % Feststoffen kam es zu Erosion<0.05 mm/year.
Erkennung von Erosion im HF-Betrieb
Ultraschall-Dickenmessung(siehe Artikel #46) alle 6 Monate.
Sichtprüfung: HF darf keine sichtbaren Spuren auf PFA hinterlassen (keine Verfärbung). Dicke messen.
Auf Lochfraß prüfen: HF verursacht häufig Lochfraß und keine gleichmäßige Erosion. Suchen Sie nach kleinen Grübchen (0,5–2 mm Durchmesser).
Designempfehlungen für den HF-Dienst
| HF-Typ | Empfohlene maximale Geschwindigkeit | Wandstärke | Inspektionsintervall |
|---|---|---|---|
| Sauberes HF (keine Feststoffe) | Keine Begrenzung (bis zu 5 m/s) | 2,0 mm | Alle 2 Jahre (Permeation) |
| HF mit<0.5% soft solids | 2.5 m/s | 2,0–2,5 mm | Jährlich |
| HF mit 0,5–1 % weichen Feststoffen | 2.0 m/s | 2,5 mm | Alle 6 Monate |
| HF with >1 % weiche Feststoffe | 1.5 m/s | 3,0 mm | Alle 6 Monate |
| HF mit allen harten Feststoffen (Kieselsäure) | 1.0–1.5 m/s | 3,0 mm | Alle 3 Monate |
Fazit: Bei sauberer HF mit 20 % ist die Geschwindigkeit kein Erosionsproblem; Bei HF mit Feststoffen auf 1,5–2,0 m/s begrenzen
Für eine saubere 20 %ige HF-Lösung (keine suspendierten Feststoffe) wird die maximal zulässige Strömungsgeschwindigkeit für eine 2 mm dicke PFA-Wand nicht durch Erosion begrenzt; selbst bei 10 m/s ist die Erosion vernachlässigbar (<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.
