ما هو الحد الأقصى المسموح به لتركيز أيون الفلورايد في حمام حمض الفوسفوريك بنسبة 20% للحفاظ على تشغيل سخان PFA لمدة 3 سنوات؟
ترك رسالة
تعمل أيونات الفلورايد (F⁻) الناتجة عن الشوائب أو مساعدات المعالجة الأخرى على تسريع تحلل أغلفة سخان PFA بشكل كبير في 20% من حمض الفوسفوريك (H₃PO₄) عند درجات حرارة عالية (80-120 درجة). من خلال اختراق البوليمر وتآكل القلب المعدني (التيتانيوم أو الإينكولوي) بحمض الهيدروفلوريك (HF) المنتج في الموقع، يستهدف الفلورايد الواجهة المعدنية PFA-. لكي يظل سخان PFA فعالاً لمدة ثلاث سنوات (حوالي 25000 ساعة من التشغيل المستمر)، فإن الحد الأقصى المسموح به لتركيز أيون الفلورايد هو 50 جزء في المليون عند 80 درجة، و20 جزء في المليون عند 100 درجة، و5 جزء في المليون عند 120 درجة. وفي غضون ستة إلى ثمانية عشر شهرًا،-يؤدي التآكل المعزز للتخلل فوق هذه الحدود إلى حدوث أخطاء أرضية أو فشل أساسي. يعد التحكم في مستويات الفلورايد أمرًا بالغ الأهمية لطول عمر السخان في حمامات حمض الفوسفوريك المستخدمة لإنتاج الأسمدة أو معالجة المعادن.
آلية هجوم الفلورايد بحمض الفوسفوريك
عند درجات حرارة تصل إلى 120 درجة، حمض الفوسفوريك ليس ضارًا بـ PFA. من ناحية أخرى، تعتبر أيونات الفلوريد شديدة العدوانية، وكثيرًا ما توجد على شكل HF أو حمض الفلوروسيليك من معالجة صخور الفوسفات. بسبب حجمها الصغير (القطر الحركي 0.26 نانومتر)، تمر جزيئات HF عبر جدار PFA بسرعة أكبر من H₃PO₄ (انظر المادة رقم 35). ينتج التآكل الناتج عن الذوبان السريع لطبقة الأكسيد السلبي في HF بمجرد وصولها إلى قلب المعدن (التيتانيوم أو الإينكولوي). على الرغم من تعرض كلاهما للهجوم بتركيزات الفلورايد من 10-20 جزء في المليون عند 100 درجة، فإن التيتانيوم أكثر مقاومة لـ HF من Incoloy. يحدث في غمد PFA ظهور بثور وكسور من الداخل بسبب الضغط الداخلي الناتج عن منتجات التآكل (فلوريدات المعدن)، والتي يكون حجمها أكبر من المعدن الأصلي.
يعد التأثير التآزري أمرًا بالغ الأهمية: من خلال تلدين PFA، يحافظ محلول 20% H3PO4 على تركيز عالٍ من البروتونات (H⁺)، مما يسرع من اختراق HF. بالمقارنة مع حمض الفوسفوريك- الخالي من الفلورايد، يتضاعف معدل تغلغل أنواع الأحماض عند وجود الفلورايد بتركيزات منخفضة تصل إلى 10 جزء في المليون.
الحد الأقصى لتركيز الفلورايد المسموح به لمدة -ثلاث سنوات (25000 ساعة)
درجة حرارة التشغيل (درجة) الحد الأقصى لدرجة F (جزء في المليون) لمدة 3 سنوات عمر السخان المتوقع عند مضاعفة الحد (سنوات)وضع الفشل المادة الأساسية المقترحة 80 50 1.0–1.5 تأليب اللب Incoloy 825 90 30 0.8–1.2 تقرحات Incoloy أو التيتانيوم 100 20 0.5–1.0 تقرحات + تكسير درجة التيتانيوم 2 110 10 0.3–0.6 تآكل اللب السريع درجة التيتانيوم 2 120 5 0.2–0.4خطر الفشل الفوريلا ينصح به
وتستند هذه الحدود على الغمر المستمر وجدار PFA 2 مم. نظرًا لأن قناة الانتشار الأطول تقلل من معدل وصول التردد العالي، فإن تركيز الفلورايد المسموح به يرتفع بنسبة 30-50% للجدران الأكثر سمكًا (2.5-3.0 مم).
معلومات ميدانية من مبخرات حمض الفوسفوريك
كل ثمانية إلى اثني عشر شهرًا، تفشل سخانات PFA (جدار 2 مم، قلب إنكولوي) في مصنع تركيز حمض الفوسفوريك الذي يعمل عند 100 درجة مع 20٪ H3PO4 يحتوي على 25-35 جزء في المليون F⁻. يحتوي قلب Incoloy على تأليب كبير، وفقًا للاختبارات المعدنية. تم تخفيض F⁻ إلى 8 جزء في المليون في نفس المصنع باستخدام حلقة مبادل حراري مع خطوة إزالة الفلورايد (إضافة الجير لترسيب CaF₂). تمت زيادة عمر السخان إلى 28 شهرًا (حوالي 3 سنوات المتوقعة عند 10 جزء في المليون). يستخدم المصنع حاليًا نوى التيتانيوم لهامش إضافي ويحافظ على F⁻ أقل من 15 جزء في المليون.
المراقبة والتخفيض
أنشئ جدولًا أسبوعيًا لمراقبة الفلورايد باستخدام قطب كهربائي انتقائي للأيونات -واحافظ على التركيزات أقل من حدود الثلاث سنوات-لتشغيل سخان PFA على المدى الطويل- في حمض الفوسفوريك بنسبة 20%. تتوفر ثلاثة تدابير علاجية في حالة تجاوز مستويات الفلورايد الحد الأقصى:
لتكوين CaF₂ غير قابل للذوبان، قم بإضافة عامل ترسيب (الجير أو كربونات الكالسيوم)، والذي يتم بعد ذلك ترشيحه. ونتيجة لذلك، ينخفض F⁻ من 50 جزء في المليون إلى 5-10 جزء في المليون.
التغيير إلى جدار PFA الذي يبلغ سمكه 3.0 مم. نظرًا لأن اختراق HF يرتبط عكسيًا بالسمك، فإن الجدار الذي يبلغ سمكه 3 مم يضاعف وقت تآكل القلب لنفس تركيز F⁻.
استفد من نواة التيتانيوم الأكثر مقاومة للتردد العالي. في الفلورايد-الذي يحتوي على أحماض، يتفوق التيتانيوم من الدرجة 7 (سبائك Pd-) على الدرجة 2.
في الختام، الحد الأقصى لمدة ثلاث-سنوات هو 20 جزء في المليون F⁻ عند 100 درجة.
الحد الأقصى المسموح به لتركيز أيون الفلورايد لسخان PFA الذي يعمل في حمام حمض الفوسفوريك بنسبة 20% عند 100 درجة لمدة ثلاث سنوات هو 20 جزء في المليون. يزيد الحد إلى 50 جزء في المليون عند 80 درجة وينخفض إلى 5 جزء في المليون عند 120 درجة. يقلل الفلورايد بشكل كبير من عمر السخان عن طريق تسريع تغلغل التردد العالي والتآكل الأساسي. لتحقيق الاعتمادية-على المدى الطويل، تعد المراقبة المنتظمة والتخلص من الفلورايد (عن طريق ترسيب الجير) أمرًا بالغ الأهمية. استخدم نوى التيتانيوم وجدران PFA الأكثر سمكًا (2.5-3.0 مم) للتطبيقات التي لا يمكن تجنب الفلورايد فيها. الفلورايد مميت، ولكن حمض الفوسفوريك يمكن أن يكون غير ضار. يعيش السخان إذا تم التحكم في الفلورايد. إذا تجاهلت ذلك، فسوف يحدث الفشل في غضون أشهر.
