Kui suur on maksimaalne lubatud fluoriidioonide kontsentratsioon 20% fosforhappevannis, et PFA-soojendi töös püsiks 3 aastat?

Fluoriioonid (F⁻) lisanditest või muudest abiainetest kiirendavad kõrgel temperatuuril (80–120 kraadi) oluliselt PFA-soojendi kestade lagunemist 20% fosforhappes (H₃PO4). Tungides läbi polümeeri ja korrodeerides metallsüdamiku (titaan või Incoloy) in situ toodetud vesinikfluoriidhappega (HF), on fluoriid sihiks PFA{4}}metalli liidese. Selleks, et PFA-kütteseade püsiks töökorras kolm aastat (umbes 25 000 tundi pidevat töötamist), on maksimaalne lubatud fluoriidioonide kontsentratsioon 80 kraadi juures 50 ppm, 100 kraadi juures 20 ppm ja 120 kraadi juures 5 ppm. Kuue kuni kaheksateistkümne kuu jooksul põhjustab nende künniste ületav{15}}korrosioon maandusrikkeid või südamiku rikkeid. Fluoriiditaseme kontrollimine on väetiste tootmiseks või metalli töötlemiseks kasutatavates fosforhappevannides küttekeha pikaealisuse jaoks ülioluline.

Fosforhappe fluoriidi rünnakumehhanism
Temperatuuridel kuni 120 kraadi ei ole fosforhape PFA-le kahjulik. Fluoriioonid seevastu on äärmiselt agressiivsed ja neid leidub fosfaatkivimite töötlemisel sageli HF või fluoriränihappena. Oma väikese suuruse (kineetiline läbimõõt 0,26 nm) tõttu läbivad HF-molekulid PFA-seina kiiremini kui H3PO4 (vt artiklit 35). Punktkorrosioon tuleneb HF-i passiivse oksiidikihi kiirest lahustumisest, kui see jõuab metallsüdamikuni (titaan või Incoloy). Kuigi mõlemat rünnatakse fluoriidi kontsentratsiooniga 10–20 ppm 100 kraadi juures, on titaan HF-i suhtes vastupidavam kui Incoloy. PFA ümbris villib ja puruneb seestpoolt korrosiooniproduktide (metallifluoriidide) põhjustatud siserõhu tõttu, mille maht on suurem kui originaalmetallil.

Sünergistlik mõju on ülioluline: PFA plastifitseerimisega hoiab 20% H3PO4 lahus prootonite (H⁺) kõrge kontsentratsiooni, mis kiirendab HF läbitungimist. Võrreldes fluoriidivaba -fosforhappega on happeliikide läbitungimiskiirus kahekordistunud, kui fluoriidi kontsentratsioon on nii madal kui 10 ppm.

Maksimaalne lubatud fluoriidi kontsentratsioon kolmeks{0}}aastaseks elueaks (25 000 tundi)
Töötemperatuur ( kraad ) Maksimaalne F-kraad (ppm) 3-aastase eluea jaoks Eeldatav küttekeha eluiga kahekordse piiri juures (aastad) Rikkerežiim Soovitatav südamiku materjal 80 50 1.0–1,5 südamiku täkked Incoloy 825 90 30 0.8–1,2 villiline Incoloy või titaani graanul 100 20 0.5–1. 2 110 10 0.3–0,6 Kiire südamiku korrosioon Titaani klass 2 120 5 0.2–0,4 Vahetu rikke ohtPole soovitatav
Need piirid põhinevad pideval keelekümblusel ja 2 mm PFA seinal. Kuna pikem difusioonikanal alandab HF saabumiskiirust, tõuseb paksemate seinte (2,5–3,0 mm) puhul lubatud fluoriidi kontsentratsioon 30–50%.

Fosforhappe aurustite väljateave
Iga kaheksa kuni kaheteistkümne kuu järel ebaõnnestusid PFA-soojendid (2 mm sein, Incoloy südamik) fosforhappe kontsentreerimistehases, mis töötas 100 kraadi juures ja 20% H3PO4 sisaldas 25–35 ppm F⁻. Metallurgiliste testide kohaselt oli Incoloy südamikus märkimisväärne auk. F* alandati samas tehases 8 ppm-ni, kasutades soojusvaheti silmust koos fluoriidi eemaldamisetapiga (lubja lisamine CaF2 sadestamiseks). Küttekeha eluiga pikendati 28 kuuni (peaaegu eeldatud 3 aastat 10 ppm juures). Tehas kasutab praegu lisavaru saamiseks titaansüdamikke ja hoiab F⁻ alla 15 ppm.

Vaatlus ja vähendamine
Koostage iganädalane fluoriidi jälgimise ajakava, kasutades ioon-selektiivset elektroodi, ja hoidke kontsentratsioonid allpool kolme-aastast piirangut, et PFA-soojendi töötaks pikaajaliselt-20% fosforhappes. Kui fluoriidi tase ületab piiri, on saadaval kolm abinõu:

Lahustumatu CaF₂ tekitamiseks lisage sadestav aine (lubi või kaltsiumkarbonaat), mis seejärel filtreeritakse välja. Selle tulemusena langeb F⁻ 50 ppm-lt 5–10 ppm-le.

Vaheta PFA seina vastu, mis on 3,0 mm paksem. Kuna HF läbitung on pöördvõrdeline paksusega, kahekordistab 3 mm sein südamiku korrosioonini kuluvat aega sama F⁻ kontsentratsiooni korral.

Kasutage titaanist südamikku, mis on HF-i suhtes vastupidavam. Fluoriidi-sisaldavates hapetes ületab 7. klassi (Pd-legeeritud) titaan 2. klassi.

Kokkuvõttes on kolme{0}}aastase eluea piirang 20 ppm F⁻ 100 kraadi juures.
Maksimaalne lubatud fluoriidioonide kontsentratsioon PFA-soojendil, mis töötab 20% fosforhappevannis 100 kraadi juures kolm aastat, on 20 ppm. Piirang tõuseb 50 ppm-ni 80 kraadi juures ja väheneb 5 ppm-ni 120 kraadi juures. Fluoriid vähendab oluliselt küttekeha eluiga, kiirendades HF läbitungimist ja südamiku korrosiooni. Pikaajalise-töökindluse tagamiseks on regulaarne jälgimine ja fluoriidi eemaldamine (lubja sadestamise teel) ülioluline. Kasutage titaansüdamikke ja paksemaid PFA seinu (2,5–3,0 mm) rakendustes, kus fluoriidi ei saa vältida. Fluoriid on surmav, kuid fosforhape võib olla kahjutu. Kütteseade elab, kui fluori on kontrollitud. Kui te seda ignoreerite, tekib ebaõnnestumine mõne kuu pärast.