Dalam 20% asid fosforik (H₃PO₄) pada suhu tinggi (80–120 darjah ), ion fluorida (F⁻) yang berasal daripada kekotoran atau bantuan pemprosesan tambahan mempercepatkan degradasi sarung pemanas PFA dengan ketara. Fluorida menyerang antara muka logam PFA-dengan meresap melalui polimer dan menghakis teras logam (Incoloy atau titanium) dengan asid hidrofluorik (HF) yang terbentuk secara in situ. Kepekatan ion fluorida maksimum yang dibenarkan untuk memastikan pemanas PFA beroperasi selama 3 tahun (kira-kira 25,000 jam perkhidmatan berterusan) ialah 50 ppm pada 80 darjah, 20 ppm pada 100 darjah, dan 5 ppm pada 120 darjah. Melebihi had ini, kakisan{16}}yang dipertingkatkan meresap membawa kepada kerosakan tanah atau kegagalan teras dalam masa 6–18 bulan. Untuk mandian asid fosforik yang digunakan dalam rawatan logam atau pengeluaran baja, mengawal tahap fluorida adalah penting untuk jangka hayat pemanas.
Mekanisme Serangan Fluorida dalam Asid Fosforik
Asid fosforik itu sendiri adalah ringan kepada PFA pada suhu sehingga 120 darjah. Walau bagaimanapun, ion fluorida (selalunya hadir sebagai HF atau asid fluorosilicic daripada pemprosesan batu fosfat) adalah sangat agresif. Molekul HF meresap melalui dinding PFA (lihat Artikel #35) lebih cepat daripada H₃PO₄ kerana saiznya yang kecil (diameter kinetik 0.26 nm). Sebaik sahaja HF mencapai teras logam (Incoloy atau titanium), ia dengan cepat melarutkan lapisan oksida pasif, menyebabkan kakisan pitting. Titanium lebih tahan terhadap HF berbanding Incoloy, tetapi kedua-duanya mengalami serangan pada kepekatan fluorida melebihi 10–20 ppm pada 100 darjah . Produk kakisan (fluorida logam) mempunyai isipadu yang lebih besar daripada logam asal, mewujudkan tekanan dalaman yang melepuh dan memecahkan sarung PFA dari dalam.
Kesan sinergi adalah kritikal: larutan H₃PO₄ 20% mengekalkan kepekatan proton (H⁺) yang tinggi yang mempercepatkan resapan HF dengan mengplastikan PFA. Kehadiran fluorida pada kepekatan serendah 10 ppm menggandakan kadar resapan spesies asid berbanding dengan-asid fosforik bebas fluorida.
Kepekatan Fluorida Maksimum yang Dibenarkan untuk Hayat 3 Tahun (25,000 jam)
| Suhu Operasi (darjah) | Maks F⁻ (ppm) untuk Hayat 3 Tahun | Jangkaan Jangka Hayat Pemanas pada Had Berganda (tahun) | Mod Kegagalan | Bahan Teras yang Disyorkan |
|---|---|---|---|---|
| 80 | 50 | 1.0–1.5 | Pitting teras | Incoloy 825 |
| 90 | 30 | 0.8–1.2 | melepuh | Incoloy atau Titanium |
| 100 | 20 | 0.5–1.0 | Melepuh + merekah | Titanium Gred 2 |
| 110 | 10 | 0.3–0.6 | Hakisan teras yang cepat | Titanium Gred 2 |
| 120 | 5 | 0.2–0.4 | Risiko kegagalan serta-merta | Tidak disyorkan |
Had ini menganggap dinding PFA 2 mm dan rendaman berterusan. Untuk dinding yang lebih tebal (2.5–3.0 mm), kepekatan fluorida yang dibenarkan meningkat sebanyak 30–50% kerana laluan resapan yang lebih panjang mengurangkan kadar ketibaan HF.
Data Medan daripada Penyejat Asid Fosforik
Loji kepekatan asid fosforik beroperasi pada 100 darjah dengan 20% H₃PO₄ mengandungi 25–35 ppm F⁻. Pemanas PFA (dinding 2 mm, teras Incoloy) gagal setiap 8–12 bulan. Analisis metalurgi mendedahkan lubang teruk teras Incoloy. Dalam loji yang sama, gelung penukar haba dengan langkah penyingkiran fluorida (menambah kapur untuk mendakan CaF₂) mengurangkan F⁻ kepada 8 ppm. Hayat pemanas dilanjutkan kepada 28 bulan (hampir dengan 3 tahun yang diramalkan pada 10 ppm). Kilang itu kini mengekalkan F⁻ di bawah 15 ppm dan menggunakan teras titanium untuk margin tambahan.
Pemantauan dan Mitigasi
Untuk-operasi pemanas PFA jangka panjang dalam 20% asid fosforik, laksanakan jadual pemantauan fluorida (setiap minggu menggunakan ion-elektrod terpilih) dan pastikan kepekatan di bawah had 3 tahun. Jika fluorida melebihi had, tiga tindakan pembetulan tersedia:
Tambah agen pemendakan(kalsium karbonat atau kapur) untuk membentuk CaF₂ tidak larut, yang dikeluarkan melalui penapisan. Ini mengurangkan F⁻ daripada 50 ppm kepada 5–10 ppm.
Beralih kepada dinding PFA yang lebih tebal(3.0 mm). Untuk kepekatan F⁻ yang sama, dinding 3 mm menggandakan masa kepada kakisan teras kerana resapan HF adalah berkadar songsang dengan ketebalan.
Gunakan teras titaniumdengan rintangan yang lebih tinggi terhadap HF. Titanium Gred 7 (Pd-alloy) berprestasi lebih baik daripada Gred 2 dalam fluorida-yang mengandungi asid.
Kesimpulan: 20 ppm F⁻ pada 100 darjah adalah Had untuk Hayat 3 Tahun
Untuk memastikan pemanas PFA beroperasi selama 3 tahun dalam mandian asid fosforik 20% pada 100 darjah, kepekatan ion fluorida maksimum yang dibenarkan ialah 20 ppm. Pada 80 darjah, had meningkat kepada 50 ppm; pada 120 darjah, ia turun kepada 5 ppm. Fluorida mempercepatkan resapan HF dan kakisan teras, memendekkan hayat pemanas secara mendadak. Pemantauan tetap dan penyingkiran fluorida (melalui pemendakan kapur) adalah penting untuk{11}}kebolehpercayaan jangka panjang. Untuk aplikasi dengan fluorida yang tidak dapat dielakkan, nyatakan dinding PFA yang lebih tebal (2.5–3.0 mm) dan teras titanium. Asid fosforik mungkin ringan, tetapi fluorida boleh membawa maut. Kawal fluorida, dan pemanas bertahan. Abaikan, dan kegagalan menyusul dalam beberapa bulan.
