نستخدم ملفات تعريف الارتباط لتحسين تجربتك. بمواصلة تصفح هذا الموقع، فإنك توافق على استخدامنا لملفات تعريف الارتباط. معلومات إضافية.
تشتمل أنظمة الأدوية البخارية النقية أو النقية على المولدات وصمامات التحكم وأنابيب التوزيع أو خطوط الأنابيب والمصائد الحرارية الديناميكية أو المتوازنة ومقاييس الضغط ومخفضات الضغط وصمامات الأمان والمراكم الحجمية.
تتكون معظم هذه الأجزاء من الفولاذ المقاوم للصدأ 316 L وتحتوي على حشوات فلورو بوليمر (عادةً بولي تترافلورو إيثيلين، المعروف أيضًا باسم تفلون أو PTFE)، بالإضافة إلى مواد شبه معدنية أو مواد مرنة أخرى.
هذه المكونات عرضة للتآكل أو التلف أثناء الاستخدام، مما يؤثر على جودة مرافق البخار النظيف (CS) النهائية. قيّم المشروع المفصل في هذه المقالة عينات من الفولاذ المقاوم للصدأ من أربع دراسات حالة لأنظمة البخار النظيف، وقيّم مخاطر آثار التآكل المحتملة على العمليات والأنظمة الهندسية الحيوية، واختبر الجسيمات والمعادن في المكثفات.
وُضعت عينات من الأنابيب المتآكلة ومكونات أنظمة التوزيع لدراسة نواتج التآكل الثانوية. 9 لكل حالة محددة، تم تقييم ظروف سطحية مختلفة. على سبيل المثال، تم تقييم آثار التآكل والاحمرار القياسيين.
تم تقييم أسطح العينات المرجعية بحثًا عن وجود رواسب أحمر الخدود باستخدام التفتيش البصري، مطيافية أوجيه الإلكترونية (AES)، مطيافية الإلكترون للتحليل الكيميائي (ESCA)، المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) ومطيافية الأشعة السينية الضوئية الإلكترونية (XPS).
يمكن لهذه الطرق الكشف عن الخصائص الفيزيائية والذرية للتآكل والرواسب، فضلاً عن تحديد العوامل الرئيسية التي تؤثر على خصائص السوائل التقنية أو المنتجات النهائية.
يمكن أن تتخذ منتجات التآكل في الفولاذ المقاوم للصدأ أشكالًا عديدة، مثل طبقة كارمين من أكسيد الحديد (بني أو أحمر) على السطح أسفل أو فوق طبقة أكسيد الحديد (أسود أو رمادي)2. القدرة على الانتقال إلى مجرى النهر.
قد تزداد طبقة أكسيد الحديد (اللون الأسود) سماكةً بمرور الوقت مع ازدياد وضوح الرواسب، كما يتضح من الجسيمات أو الرواسب المرئية على أسطح حجرة التعقيم والمعدات أو الحاويات بعد التعقيم بالبخار، حيث يحدث هجرة. أظهر التحليل المختبري لعينات المكثفات طبيعة الرواسب المشتتة وكمية المعادن القابلة للذوبان في سائل CS.
على الرغم من وجود أسباب عديدة لهذه الظاهرة، إلا أن مُولِّد غاز CS هو المُساهم الرئيسي عادةً. ليس من غير المألوف العثور على أكسيد الحديد الأحمر (البني/الأحمر) على الأسطح وأكسيد الحديد (الأسود/الرمادي) في فتحات التهوية التي تنتقل ببطء عبر نظام توزيع غاز CS. 6
نظام توزيع CS هو نظام متفرع بنقاط استخدام متعددة تنتهي في مناطق نائية أو عند نهاية الموصل الرئيسي ومختلف الموصلات الفرعية. قد يتضمن النظام عددًا من المنظمات للمساعدة في بدء خفض الضغط/درجة الحرارة في نقاط استخدام محددة قد تكون نقاط تآكل محتملة.
يمكن أن يحدث التآكل أيضًا في مصائد التصميم الصحية الموضوعة في نقاط مختلفة في النظام لإزالة المكثفات والهواء من البخار النظيف المتدفق عبر المصيدة أو الأنابيب السفلية/أنابيب التفريغ أو رأس المكثفات.
في معظم الحالات، من المرجح أن يكون الهجرة العكسية حيث تتراكم رواسب الصدأ على المصيدة وتنمو في اتجاه المنبع إلى خطوط الأنابيب المجاورة أو مجمعات نقاط الاستخدام وما بعدها؛ يمكن رؤية الصدأ الذي يتكون في المصائد أو المكونات الأخرى في اتجاه المنبع من المصدر مع الهجرة المستمرة إلى أسفل وإلى أعلى.
تُظهر بعض مكونات الفولاذ المقاوم للصدأ أيضًا مستوياتٍ مُتفاوتة من الهياكل المعدنية، تتراوح بين المتوسطة والعالية، بما في ذلك دلتا فيريت. ويُعتقد أن بلورات الفريت تُقلل من مقاومة التآكل، على الرغم من أنها قد تكون موجودة بنسبة تتراوح بين 1% و5% فقط.
الفريت ليس مقاومًا للتآكل بقدر البنية البلورية الأوستنيتية، لذا فهو يتآكل بشكل تفضيلي. يمكن الكشف عن الفريت بدقة باستخدام مسبار الفريت، ودقة شبه كاملة باستخدام المغناطيس، ولكن هناك قيود كبيرة.
من إعداد النظام، وحتى التشغيل الأولي، وبدء تشغيل مولد CS جديد وأنابيب التوزيع، هناك عدد من العوامل التي تساهم في التآكل:
مع مرور الوقت، يمكن أن تُنتج هذه العناصر المسببة للتآكل نواتج تآكل عند التقاءها واندماجها وتداخلها مع خليط من الحديد والحديد. عادةً ما يظهر السخام الأسود أولًا في المولد، ثم في أنابيب تصريف المولد، وصولًا إلى نظام توزيع غاز ثاني أكسيد الكربون.
أُجري تحليل المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) للكشف عن البنية الدقيقة لنواتج التآكل الثانوية التي تغطي السطح بالكامل بالبلورات والجسيمات الأخرى. وتتنوع الخلفية أو السطح السفلي الذي توجد عليه الجسيمات بين درجات مختلفة من الحديد (الشكل 1-3) وعينات شائعة، وهي رواسب السيليكا/الحديد، والرمل، والزجاج، والمتجانسة (الشكل 4). كما حُللت منفاخات مصيدة البخار (الشكل 5-6).
اختبار AES هو طريقة تحليلية تُستخدم لتحديد التركيب الكيميائي لسطح الفولاذ المقاوم للصدأ وتشخيص مقاومته للتآكل. كما يُظهر تدهور الطبقة الخارجية وانخفاض تركيز الكروم فيها مع تدهور السطح بسبب التآكل.
لتحديد التركيب العنصري لسطح كل عينة، تم استخدام مسوحات AES (ملفات تعريف تركيز العناصر السطحية على العمق).
تم اختيار كل موقع مُستخدم لتحليل المجهر الإلكتروني الماسح وزيادته بعناية لتوفير معلومات من المناطق النموذجية. قدّمت كل دراسة معلومات من الطبقات الجزيئية القليلة العليا (المُقدّرة بـ 10 أنغستروم لكل طبقة) إلى عمق سبيكة المعدن (200-1000 أنغستروم).
سُجِّلت كميات كبيرة من الحديد (Fe)، والكروم (Cr)، والنيكل (Ni)، والأكسجين (O)، والكربون (C) في جميع مناطق روج. بيانات ونتائج AES مُفصَّلة في قسم دراسة الحالة.
تُظهر نتائج AES الإجمالية للظروف الأولية حدوث أكسدة قوية في العينات ذات التركيزات العالية غير المعتادة من Fe وO (أكاسيد الحديد) ومحتوى منخفض من الكروم على السطح. يؤدي هذا الرواسب المحمرّة إلى إطلاق جزيئات قد تلوث المنتج والأسطح الملامسة له.
بعد إزالة الاحمرار، أظهرت العينات "المُخمَّدة" تعافيًا كاملاً للفيلم السلبي، مع وصول الكروم إلى مستويات تركيز أعلى من الحديد، مع نسبة سطح Cr:Fe تتراوح من 1.0 إلى 2.0 وغياب عام لأكسيد الحديد.
تم تحليل الأسطح الخشنة المختلفة باستخدام XPS/ESCA لمقارنة التركيزات العنصرية وحالات الأكسدة الطيفية لـ Fe وCr والكبريت (S) والكالسيوم (Ca) والصوديوم (Na) والفوسفور (P) والنيتروجين (N) وO وC (الجدول أ).
هناك فرق واضح في محتوى الكروم بين القيم القريبة من طبقة التخميل والقيم الأقل شيوعًا في السبائك الأساسية. تمثل مستويات الحديد والكروم الموجودة على السطح سماكات ودرجات مختلفة من رواسب الروج. أظهرت اختبارات XPS زيادة في الصوديوم والكربون والكالسيوم على الأسطح الخشنة مقارنةً بالأسطح المُنظفة والمُخمّدة.
أظهرت اختبارات XPS أيضًا مستويات عالية من الكربون في الحديد الأحمر (الأسود)، بالإضافة إلى Fe(x)O(y) (أكسيد الحديد) في الأحمر. لا تُفيد بيانات XPS في فهم التغيرات السطحية أثناء التآكل، لأنها تُقيّم كلاً من المعدن الأحمر والمعدن الأساسي. يتطلب الأمر إجراء اختبارات XPS إضافية على عينات أكبر لتقييم النتائج بدقة.
واجه الباحثون السابقون أيضًا صعوبة في تقييم بيانات XPS. 10 أظهرت الملاحظات الميدانية أثناء عملية الإزالة ارتفاع محتوى الكربون، وعادةً ما يُزال بالترشيح أثناء المعالجة. توضح صور المجهر الإلكتروني الماسح المأخوذة قبل وبعد معالجة إزالة التجاعيد الضرر السطحي الناجم عن هذه الرواسب، بما في ذلك التآكل والنقر.
أظهرت نتائج XPS بعد التخميل أن نسبة محتوى Cr:Fe على السطح كانت أعلى بكثير عندما تم إعادة تشكيل فيلم التخميل، وبالتالي تقليل معدل التآكل والآثار الضارة الأخرى على السطح.
أظهرت عينات القسائم زيادةً ملحوظةً في نسبة الكروم إلى الحديد بين السطح "كما هو" والسطح المُخمَّد. تراوحت نسب الكروم إلى الحديد الأولية بين 0.6 و1.0، بينما تراوحت نسب التخميل بعد المعالجة بين 1.0 و2.5. وتتراوح قيم الفولاذ المقاوم للصدأ المصقول كهربائيًا والمخمَّد بين 1.5 و2.5.
في العينات التي خضعت للمعالجة اللاحقة، تراوح أقصى عمق لنسبة الكروم إلى الحديد (التي حُددت باستخدام AES) بين 3 و16 أنجستروم. وتُقارن هذه النتائج بشكل إيجابي مع بيانات دراسات سابقة نشرتها كولمان2 ورول. 9 احتوت أسطح جميع العينات على مستويات قياسية من الحديد والنيكل والأكسجين والكروم والكربون. كما وُجدت مستويات منخفضة من الفسفور والكلور والكبريت والنيتروجين والكالسيوم والصوديوم في معظم العينات.
هذه البقايا نموذجية للمنظفات الكيميائية، أو الماء النقي، أو التلميع الكهربائي. وبعد إجراء تحليل أعمق، عُثر على بعض تلوث السيليكون على السطح وعلى مستويات مختلفة من بلورة الأوستينيت نفسها. ويبدو أن المصدر هو محتوى السيليكا في الماء/البخار، أو مواد التلميع الميكانيكية، أو زجاج الرؤية المذاب أو المحفور في خلية توليد غاز ثاني أكسيد الكربون.
تشير التقارير إلى أن نواتج التآكل في أنظمة CS تختلف اختلافًا كبيرًا. ويعود ذلك إلى اختلاف ظروف هذه الأنظمة وتركيب مكونات مختلفة، مثل الصمامات والمصائد والملحقات الأخرى، مما قد يؤدي إلى ظروف تآكل ونواتج تآكل.
بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما تُضاف مكونات بديلة إلى النظام دون معالجة كافية. كما تتأثر نواتج التآكل بشكل كبير بتصميم مولد CS وجودة المياه. بعض أنواع المولدات عبارة عن غلايات إعادة، بينما بعضها الآخر عبارة عن ومضات أنبوبية. تستخدم مولدات CS عادةً حواجز طرفية لإزالة الرطوبة من البخار النظيف، بينما تستخدم مولدات أخرى حواجز أو أعاصير.
بعضها يُنتج طبقة حديدية شبه صلبة في أنبوب التوزيع، ويغطيها الحديد الأحمر. تُشكّل الكتلة المُعقّدة طبقة حديدية سوداء، أسفلها طبقة من أكسيد الحديد الأحمر، وتُشكّل ظاهرة سطحية علوية ثانية على شكل طبقة دخانية يسهل إزالتها.
عادةً ما يكون هذا الرواسب الشبيهة بالسخام الحديدي أكثر وضوحًا من الرواسب الحمراء الحديدية، وأكثر حركة. ونظرًا لزيادة حالة أكسدة الحديد في المكثف، فإن الحمأة المتولدة في قناة المكثف أسفل أنبوب التوزيع تحتوي على حمأة أكسيد الحديد فوق حمأة الحديد.
يمرّ أحمر الخدود بأكسيد الحديد عبر مجمع المكثفات، ويصبح مرئيًا في المصرف، وتُزال الطبقة العلوية بسهولة عن السطح. وتلعب جودة المياه دورًا مهمًا في التركيب الكيميائي لأحمر الخدود.
يؤدي ارتفاع محتوى الهيدروكربونات إلى تراكم السخام في أحمر الشفاه، بينما يؤدي ارتفاع محتوى السيليكا إلى زيادة محتوى السيليكا، مما ينتج عنه طبقة ناعمة أو لامعة من أحمر الشفاه. وكما ذكرنا سابقًا، فإن زجاج رؤية مستوى الماء معرض أيضًا للتآكل، مما يسمح بدخول الشوائب والسيليكا إلى النظام.
يُثير استخدام المسدس قلقًا في أنظمة البخار، إذ قد تتشكل طبقات سميكة تُشكّل جزيئات. تتواجد هذه الجزيئات على أسطح البخار أو في أجهزة التعقيم بالبخار. توضح الأقسام التالية الآثار المحتملة للدواء.
تُظهر مجاهر المسح الإلكتروني الماسح (SEMs) كما هي في الشكلين 7 و8 الطبيعة البلورية الدقيقة للكارمين من الفئة 2 في الحالة 1. تكوّنت مصفوفة كثيفة للغاية من بلورات أكسيد الحديد على السطح على شكل بقايا دقيقة الحبيبات. أظهرت الأسطح المُطهّرة والمُخمّدة تلفًا ناتجًا عن التآكل، مما أدى إلى ملمس سطح خشن ومسامي قليلاً، كما هو موضح في الشكلين 9 و10.
يظهر مسح NPP في الشكل 11 الحالة الأولية للسطح الأصلي مع وجود أكسيد الحديد الثقيل عليه. يشير السطح المخفف والمُزال منه الرواسب (الشكل 12) إلى أن الفيلم السلبي يحتوي الآن على محتوى مرتفع من الكروم (الخط الأحمر) فوق الحديد (الخط الأسود) بنسبة > 1.0 Cr:Fe. يشير السطح المخفف والمُزال منه الرواسب (الشكل 12) إلى أن الفيلم السلبي يحتوي الآن على محتوى مرتفع من الكروم (الخط الأحمر) فوق الحديد (الخط الأسود) بنسبة > 1.0 Cr:Fe. يشير العازل والأعلى جودة (الريس. 12) إلى أن الطبقة السلبية توفر ضمانًا أفضل Cr (الأحمر) الخط) من خلال Fe (الخط الأسود) من خلال Cr:Fe > 1,0. يشير السطح الخامل ومنزوع الطاقة (الشكل 12) إلى أن الفيلم السلبي يحتوي الآن على محتوى متزايد من الكروم (الخط الأحمر) مقارنة بالحديد (الخط الأسود) بنسبة Cr:Fe > 1.0.يمكن أن يتم إرجاعها إلى 12 ذرة، ثم تحلل Cr Cr Cr Cr Cr Cr 1.0. Cr(红线)含量高于Fe(黑线)،Cr:Fe 比率> 1.0. يُظهر العازل والمنشأ العلوي (الريس. 12) أن طبقة العازلة تحتوي على قدر كبير من الموافقة الكروم (الخط الأحمر)، مع الحديد (الخط الأسود)، مع Cr:Fe > 1,0. يوضح السطح المتخمر والمتجعد (الشكل 12) أن الفيلم المتخمر يحتوي الآن على نسبة Cr (الخط الأحمر) أعلى من Fe (الخط الأسود) عند نسبة Cr:Fe > 1.0.
يعتبر فيلم أكسيد الكروم السلبي الرقيق (< 80 Å) أكثر حماية من فيلم أكسيد الحديد البلوري بسمك مئات الأنجستروم من معدن أساسي وطبقة مقياس تحتوي على نسبة حديد تزيد عن 65٪.
أصبح التركيب الكيميائي للسطح المُخمَّد والمُجعَّد الآن مماثلاً للمواد المُخمَّدة المصقولة. الرواسب في الحالة 1 هي رواسب من الفئة 2 قابلة للتكوين في الموقع؛ ومع تراكمها، تتكون جزيئات أكبر تنتقل مع البخار.
في هذه الحالة، لن يؤدي التآكل الموضح إلى عيوب خطيرة أو تدهور في جودة السطح. فالتجعد الطبيعي يُقلل من التأثير التآكلي على السطح، ويمنع احتمالية هجرة الجزيئات بقوة والتي قد تصبح مرئية.
في الشكل 11، تظهر نتائج AES أن الطبقات السميكة بالقرب من السطح تحتوي على مستويات أعلى من Fe وO (500 Å من أكسيد الحديد؛ خطوط خضراء ليمونية وزرقاء على التوالي)، والانتقال إلى مستويات مشوبة من Fe وNi وCr وO. تركيز Fe (الخط الأزرق) أعلى بكثير من أي معدن آخر، حيث يزداد من 35% على السطح إلى أكثر من 65% في السبائك.
على السطح، يتراوح مستوى O (الخط الأخضر الفاتح) من حوالي 50% في السبائك إلى ما يقرب من الصفر عند سمك فيلم أكسيد يزيد عن 700 Å. مستويات النيكل (الخط الأخضر الداكن) والكروم (الخط الأحمر) منخفضة للغاية على السطح (<4%) وترتفع إلى مستويات طبيعية (11% و17% على التوالي) عند عمق السبائك. مستويات النيكل (الخط الأخضر الداكن) والكروم (الخط الأحمر) منخفضة للغاية على السطح (<4%) وترتفع إلى مستويات طبيعية (11% و17% على التوالي) عند عمق السبائك. Уровни Ni (Уемно-зеленая линия) و Cr (الخط الأحمر) تتميز بتخفيضات طفيفة على العمق (<4٪) وترتفع إلى مستوى عادي (11٪ و 17٪) بشكل رائع) في الكلمة الذهبية. مستويات النيكل (الخط الأخضر الداكن) والكروم (الخط الأحمر) منخفضة للغاية على السطح (<4%) وترتفع إلى مستويات طبيعية (11% و17% على التوالي) في عمق السبائك.يحتوي على النيكل (النيكل) والكروم (النيكل) على أقل من 4%، وينتج عنه نسبة أقل من 11% و17%).يحتوي على النيكل (النيكل) والكروم (النيكل) على أقل من 4%، وينتج عنه نسبة أقل من 11% Уровни Ni (Уемно-зеленая линия) و Cr (خط krasnaya) على نسبة سماكة عالية (<4%) وتتطور إلى مستوى جيد من التألق الطبيعي إجابة (11% و 17% مقبولة). مستويات النيكل (الخط الأخضر الداكن) والكروم (الخط الأحمر) على السطح منخفضة للغاية (<4%) وترتفع إلى مستويات طبيعية في عمق السبائك (11% و17% على التوالي).
تُظهر صورة AES في الشكل 12 إزالة طبقة أكسيد الحديد الأحمر واستعادة غشاء التخميل. في الطبقة الأولية ذات الـ 15 أنجستروم، يكون مستوى الكروم (الخط الأحمر) أعلى من مستوى الحديد (الخط الأسود)، وهو غشاء تخميلي. في البداية، كان محتوى النيكل على السطح 9%، ثم زاد بمقدار 60-70 أنجستروم فوق مستوى الكروم (± 16%)، ثم ارتفع إلى مستوى السبائك 200 أنجستروم.
بدءًا من 2%، ينخفض ​​مستوى الكربون (الخط الأزرق) إلى الصفر عند 30 Å. يكون مستوى Fe منخفضًا في البداية (< 15%) ثم يصبح مساويًا لمستوى Cr عند 15 Å ويستمر في الارتفاع إلى مستوى السبائك بأكثر من 65% عند 150 Å. يكون مستوى Fe منخفضًا في البداية (< 15%) ثم يصبح مساويًا لمستوى Cr عند 15 Å ويستمر في الارتفاع إلى مستوى السبائك بأكثر من 65% عند 150 Å. Уровень Fe вначале низкий (< 15%), позде равен уровню Cr عند 15 Å وتزيد من تألقك حتى 65% عند 150 أ. يكون مستوى Fe منخفضًا في البداية (< 15%)، ثم يساوي مستوى Cr عند 15 Å ويستمر في الارتفاع إلى أكثر من 65% من مستوى السبائك عند 150 Å. Fe 含量最初很低(< 15%)،后来在15 Å 时等于Cr 含量،并在150 Å 时继续增加، 65% 的合金含量. Fe 含量最初很低(< 15%)،后来在15 Å 时等于Cr 含量،并在150 Å 时继续增加، 65% 的合金含量. содерание Fe изначально незкое (< 15 %), позде оно равняется содеранию Cr праи 15 Å ويستمر في التألق حتى содерания сплава أكثر من 65 % إلى 150 أ. يكون محتوى الحديد منخفضًا في البداية (< 15٪)، ثم يساوي لاحقًا محتوى الكروم عند 15 Å ويستمر في الزيادة حتى يصبح محتوى السبائك أكثر من 65٪ عند 150 Å.ترتفع مستويات الكروم إلى 25% من السطح عند 30 Å وتنخفض إلى 17% في السبائك.
ينخفض ​​مستوى الأكسجين المرتفع قرب السطح (الخط الأخضر الفاتح) إلى الصفر بعد عمق ١٢٠ أنغستروم. أظهر هذا التحليل غشاء تخميل سطحي متطورًا. تُظهر صور المجهر الإلكتروني الماسح في الشكلين ١٣ و١٤ الطبيعة البلورية الخشنة والمسامية لطبقتي أكسيد الحديد السطحيتين الأولى والثانية. يُظهر السطح المتجعد تأثير التآكل على سطح خشن مُنقَر جزئيًا (الشكلان ١٨-١٩).
الأسطح المُخمَّدة والمتجعدة الموضحة في الشكلين ١٣ و١٤ لا تتحمل الأكسدة الشديدة. يُظهر الشكلان ١٥ و١٦ طبقة تخميل مُرمَّمة على سطح معدني.