نستخدم ملفات تعريف الارتباط لتحسين تجربتك. بمواصلة تصفح هذا الموقع، فإنك توافق على استخدامنا لملفات تعريف الارتباط. معلومات إضافية.
تشمل أنظمة المستحضرات الصيدلانية التي تعمل بالبخار النقي أو البخار النقي مولدات وصمامات تحكم وأنابيب توزيع أو خطوط أنابيب ومصائد حرارية ديناميكية حرارية أو مصائد حرارية متوازنة ومقاييس ضغط ومخفضات ضغط وصمامات أمان ومراكم حجمية.
معظم هذه الأجزاء مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ 316 L وتحتوي على حشيات من الفلوروبوليمر (عادةً ما تكون من البولي تترافلوروإيثيلين، والمعروف أيضًا باسم التفلون أو PTFE)، بالإضافة إلى مواد شبه معدنية أو مواد مطاطية أخرى.
تتعرض هذه المكونات للتآكل أو التلف أثناء الاستخدام، مما يؤثر على جودة نظام البخار النظيف النهائي. وقد قيّم المشروع المذكور في هذه المقالة عينات من الفولاذ المقاوم للصدأ من أربع دراسات حالة لأنظمة البخار النظيف، وقام بتقييم مخاطر تأثيرات التآكل المحتملة على العمليات والأنظمة الهندسية الحيوية، واختبر وجود الجسيمات والمعادن في المكثفات.
تم وضع عينات من الأنابيب المتآكلة ومكونات نظام التوزيع لدراسة نواتج التآكل. 9 في كل حالة على حدة، تم تقييم ظروف سطحية مختلفة. على سبيل المثال، تم تقييم تأثيرات التآكل والتغيرات اللونية القياسية.
تم تقييم أسطح العينات المرجعية للكشف عن وجود رواسب التبييض باستخدام الفحص البصري، وقياس طيف الإلكترون أوجيه (AES)، وقياس طيف الإلكترون للتحليل الكيميائي (ESCA)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، وقياس طيف الإلكترون الضوئي بالأشعة السينية (XPS).
يمكن لهذه الطرق أن تكشف عن الخصائص الفيزيائية والذرية للتآكل والترسبات، بالإضافة إلى تحديد العوامل الرئيسية التي تؤثر على خصائص السوائل التقنية أو المنتجات النهائية.
يمكن أن تتخذ منتجات تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ أشكالاً عديدة، مثل طبقة قرمزية من أكسيد الحديد (بني أو أحمر) على السطح أسفل أو فوق طبقة أكسيد الحديد (أسود أو رمادي) 2. القدرة على الهجرة باتجاه المصب.
قد تزداد سماكة طبقة أكسيد الحديد (الطبقة السوداء) بمرور الوقت مع ازدياد وضوح الترسبات، كما يتضح من الجزيئات أو الترسبات المرئية على أسطح حجرة التعقيم والمعدات أو الحاويات بعد التعقيم بالبخار، مما يشير إلى حدوث هجرة. أظهر التحليل المختبري لعينات المكثفات الطبيعة المتفرقة للحمأة وكمية المعادن الذائبة في سائل التعقيم بالبخار.
على الرغم من وجود أسباب عديدة لهذه الظاهرة، إلا أن مولد كبريتيد الكربون هو عادةً المساهم الرئيسي. ومن الشائع العثور على أكسيد الحديد الأحمر (بني/أحمر) على الأسطح وأكسيد الحديد (أسود/رمادي) في فتحات التهوية التي تنتقل ببطء عبر نظام توزيع كبريتيد الكربون. 6
نظام توزيع CS عبارة عن نظام متفرع ذو نقاط استخدام متعددة تنتهي في مناطق نائية أو في نهاية الخط الرئيسي وفروعه الفرعية. قد يشتمل النظام على عدد من منظمات الضغط للمساعدة في خفض الضغط/درجة الحرارة عند نقاط استخدام محددة قد تكون عرضة للتآكل.
يمكن أن يحدث التآكل أيضًا في مصائد التصميم الصحي التي توضع في نقاط مختلفة في النظام لإزالة المكثفات والهواء من البخار النظيف المتدفق عبر المصيدة، أو أنابيب التصريف/أنابيب التفريغ أو رأس المكثفات.
في معظم الحالات، يكون الانتقال العكسي محتملاً حيث تتراكم رواسب الصدأ على المصيدة وتنمو باتجاه المنبع إلى ما وراء خطوط الأنابيب المجاورة أو مجمعات نقطة الاستخدام؛ يمكن رؤية الصدأ الذي يتشكل في المصائد أو المكونات الأخرى في اتجاه المنبع من المصدر مع انتقال مستمر باتجاه المصب وعكس المنبع.
تُظهر بعض مكونات الفولاذ المقاوم للصدأ مستوياتٍ متفاوتة من البنى المعدنية، تتراوح بين المتوسطة والعالية، بما في ذلك دلتا الفريت. ويُعتقد أن بلورات الفريت تُقلل من مقاومة التآكل، على الرغم من أنها قد تتواجد بنسبة ضئيلة تتراوح بين 1 و5%.
الفريت ليس مقاومًا للتآكل مثل البنية البلورية الأوستنيتية، لذا فهو أكثر عرضة للتآكل. يمكن الكشف عن الفريت بدقة باستخدام مسبار خاص به، وبدقة متوسطة باستخدام مغناطيس، ولكن توجد قيود كبيرة على ذلك.
بدءًا من إعداد النظام، مرورًا بالتشغيل الأولي، وبدء تشغيل مولد CS جديد وأنابيب التوزيع، هناك عدد من العوامل التي تساهم في التآكل:
بمرور الوقت، يمكن أن تُنتج العناصر المُسببة للتآكل، مثل هذه، نواتج تآكل عند التقائها وتفاعلها وتداخلها مع مخاليط الحديد والحديد. عادةً ما يُلاحظ السخام الأسود أولاً في المولد، ثم يظهر في أنابيب تصريف المولد، وفي النهاية في جميع أنحاء نظام توزيع الكهرباء.
أُجري تحليل المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) للكشف عن البنية المجهرية لمنتجات التآكل الثانوية التي تغطي السطح بالكامل بالبلورات والجسيمات الأخرى. وتختلف الخلفية أو السطح الأساسي الذي توجد عليه الجسيمات من درجات مختلفة من الحديد (الشكل 1-3) إلى عينات شائعة، وهي رواسب السيليكا/الحديد، والرملية، والزجاجية، والمتجانسة (الشكل 4). كما تم تحليل منفاخ مصيدة البخار (الشكل 5-6).
يُعد اختبار مطيافية الإلكترونات الانتقائية (AES) طريقة تحليلية تُستخدم لتحديد التركيب الكيميائي لسطح الفولاذ المقاوم للصدأ وتشخيص مقاومته للتآكل. كما يُظهر هذا الاختبار تدهور طبقة الحماية وانخفاض تركيز الكروم فيها مع تدهور السطح نتيجة التآكل.
ولتحديد التركيب العنصري لسطح كل عينة، تم استخدام عمليات مسح AES (ملامح تركيز العناصر السطحية على عمق معين).
تم اختيار كل موقع مستخدم في تحليل المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) وتوسيع نطاقه بعناية لتوفير معلومات من مناطق نموذجية. وقد وفرت كل دراسة معلومات من الطبقات الجزيئية القليلة العليا (المقدرة بـ 10 أنغستروم لكل طبقة) إلى عمق سبيكة المعدن (200-1000 أنغستروم).
تم رصد كميات كبيرة من الحديد (Fe) والكروم (Cr) والنيكل (Ni) والأكسجين (O) والكربون (C) في جميع مناطق روج. وتُعرض بيانات ونتائج تحليل الانبعاث الذري (AES) في قسم دراسة الحالة.
تُظهر نتائج تحليل طيف الانبعاث الذري (AES) الإجمالية للظروف الأولية حدوث أكسدة قوية على العينات ذات التركيزات العالية غير المعتادة من الحديد والأكسجين (أكاسيد الحديد) ومحتوى الكروم المنخفض على السطح. ويؤدي هذا الترسب الأحمر إلى إطلاق جزيئات قد تُلوث المنتج والأسطح الملامسة له.
بعد إزالة الطبقة البيضاء، أظهرت العينات "المخمرة" استعادة كاملة للطبقة الخاملة، حيث وصل الكروم إلى مستويات تركيز أعلى من الحديد، بنسبة سطحية للكروم إلى الحديد تتراوح من 1.0 إلى 2.0 وغياب تام لأكسيد الحديد.
تم تحليل العديد من الأسطح الخشنة باستخدام XPS/ESCA لمقارنة التركيزات العنصرية وحالات الأكسدة الطيفية للحديد والكروم والكبريت (S) والكالسيوم (Ca) والصوديوم (Na) والفوسفور (P) والنيتروجين (N) والأكسجين والكربون (الجدول أ).
يوجد فرق واضح في محتوى الكروم، حيث تتراوح القيم من قريبة من طبقة التخميل إلى القيم المنخفضة الموجودة عادةً في السبائك الأساسية. وتمثل مستويات الحديد والكروم الموجودة على السطح سماكات ودرجات مختلفة من الرواسب الخشنة. وقد أظهرت اختبارات مطيافية الأشعة السينية الكهروضوئية (XPS) زيادة في الصوديوم أو الكربون أو الكالسيوم على الأسطح الخشنة مقارنةً بالأسطح النظيفة والمخملة.
أظهر اختبار مطيافية الأشعة السينية الكهروضوئية (XPS) مستويات عالية من الكربون في الحديد الأحمر (الأسود)، بالإضافة إلى أكسيد الحديد (Fe(x)O(y)) في اللون الأحمر. لا تُعدّ بيانات XPS مفيدة لفهم التغيرات السطحية أثناء التآكل لأنها تُقيّم كلاً من المعدن الأحمر والمعدن الأساسي. لذا، يلزم إجراء اختبارات XPS إضافية على عينات أكبر لتقييم النتائج بدقة.
واجه الباحثون السابقون صعوبةً في تقييم بيانات مطيافية الأشعة السينية الكهروضوئية (XPS). ١٠ أظهرت الملاحظات الميدانية أثناء عملية الإزالة أن محتوى الكربون مرتفع، وعادةً ما يُزال بالترشيح أثناء المعالجة. تُظهر صور المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) الملتقطة قبل وبعد معالجة إزالة التجاعيد الضرر السطحي الناجم عن هذه الرواسب، بما في ذلك التنقر والمسامية، والتي تؤثر بشكل مباشر على التآكل.
أظهرت نتائج XPS بعد التخميل أن نسبة محتوى Cr:Fe على السطح كانت أعلى بكثير عند إعادة تشكيل طبقة التخميل، مما أدى إلى تقليل معدل التآكل والآثار الضارة الأخرى على السطح.
أظهرت عينات الاختبار زيادة ملحوظة في نسبة الكروم إلى الحديد بين السطح غير المعالج والسطح المُخَمَّل. تراوحت نسب الكروم إلى الحديد الأولية بين 0.6 و1.0، بينما تراوحت نسب التخميل بعد المعالجة بين 1.0 و2.5. أما قيم الفولاذ المقاوم للصدأ المصقول كهربائياً والمُخَمَّل فتتراوح بين 1.5 و2.5.
في العينات التي خضعت للمعالجة اللاحقة، تراوح أقصى عمق لنسبة الكروم إلى الحديد (المحددة باستخدام مطيافية انبعاث الإلكترونات) بين 3 و16 أنغستروم. وتتوافق هذه النتائج بشكل جيد مع بيانات الدراسات السابقة التي نشرها كولمان ورول.⁹ احتوت أسطح جميع العينات على مستويات قياسية من الحديد والنيكل والأكسجين والكروم والكربون. كما وُجدت مستويات منخفضة من الفوسفور والكلور والكبريت والنيتروجين والكالسيوم والصوديوم في معظم العينات.
تُعدّ هذه البقايا نموذجية للمنظفات الكيميائية، أو الماء المُنقّى، أو التلميع الكهربائي. وبعد إجراء المزيد من التحليلات، تبيّن وجود بعض التلوث بالسيليكون على سطح بلورة الأوستنيت وفي مستويات مختلفة منها. ويبدو أن مصدر هذا التلوث هو محتوى السيليكا في الماء/البخار، أو مواد التلميع الميكانيكية، أو زجاج الرؤية المذاب أو المتآكل في خلية توليد CS.
تتفاوت نواتج التآكل الموجودة في أنظمة التآكل الكيميائي بشكل كبير. ويعود ذلك إلى اختلاف ظروف هذه الأنظمة ومواقع مكوناتها المختلفة، مثل الصمامات والمصائد وغيرها من الملحقات، مما قد يؤدي إلى ظروف تآكلية ونواتج تآكل.
بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما تُضاف إلى النظام مكونات بديلة غير مُعالجة بشكل صحيح. كما تتأثر نواتج التآكل بشكل كبير بتصميم مولد البخار النظيف وجودة المياه. بعض أنواع مجموعات المولدات عبارة عن مُسخّنات إعادة غليان، بينما البعض الآخر عبارة عن مُبخرات أنبوبية. تستخدم مولدات البخار النظيف عادةً شاشات طرفية لإزالة الرطوبة من البخار النظيف، بينما تستخدم مولدات أخرى حواجز أو فواصل إعصارية.
تُنتج بعض هذه القطع طبقةً حديديةً صلبةً تقريبًا في أنبوب التوزيع والحديد الأحمر الذي يغطيه. أما الكتلة ذات الحواجز فتُشكّل طبقةً حديديةً سوداء مع طبقةٍ من أكسيد الحديد تحتها، وتُحدث ظاهرةً سطحيةً ثانيةً على شكل طبقةٍ سوداء يسهل مسحها.
عادةً، يكون هذا الترسب الشبيه بالسخام الحديدي أكثر وضوحًا من الترسب الحديدي الأحمر، وأكثر قابليةً للحركة. ونظرًا لزيادة حالة أكسدة الحديد في المكثفات، فإن الحمأة المتكونة في قناة المكثفات أسفل أنبوب التوزيع تحتوي على حمأة أكسيد الحديد فوق حمأة الحديد.
يتسرب طلاء أكسيد الحديد عبر مُجمِّع التكثيف، ويصبح مرئيًا في المصرف، ويمكن إزالة الطبقة العلوية بسهولة عن السطح. وتلعب جودة المياه دورًا هامًا في التركيب الكيميائي لهذا الطلاء.
يؤدي ارتفاع نسبة الهيدروكربونات إلى زيادة السخام في أحمر الشفاه، بينما يؤدي ارتفاع نسبة السيليكا إلى زيادة نسبة السيليكا، مما ينتج عنه طبقة ناعمة أو لامعة من أحمر الشفاه. وكما ذُكر سابقًا، فإن نوافذ مراقبة مستوى الماء عرضة للتآكل، مما يسمح بدخول الشوائب والسيليكا إلى النظام.
يُعدّ مسدس البخار مصدر قلق في أنظمة البخار، إذ قد تتشكل طبقات سميكة منه تحتوي على جزيئات. تتواجد هذه الجزيئات على أسطح البخار أو في معدات التعقيم بالبخار. تتناول الأقسام التالية الآثار الدوائية المحتملة.
تُظهر صور المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) في الشكلين 7 و8 الطبيعة الميكروكريستالية لكارمين الفئة 2 في الحالة 1. وقد تشكلت على السطح مصفوفة كثيفة من بلورات أكسيد الحديد على شكل بقايا دقيقة الحبيبات. أما الأسطح المُزالة منها الملوثات والمُخَمَّلة، فقد أظهرت تلفًا ناتجًا عن التآكل، مما أدى إلى نسيج سطحي خشن ومسامي قليلاً، كما هو موضح في الشكلين 9 و10.
يوضح مسح NPP في الشكل 11 الحالة الأولية للسطح الأصلي مع وجود أكسيد الحديد الثقيل عليه. يشير السطح المخمل والمزال منه الزخرفة (الشكل 12) إلى أن طبقة التخميل تحتوي الآن على نسبة مرتفعة من الكروم (الخط الأحمر) فوق نسبة الحديد (الخط الأسود) عند نسبة > 1.0 Cr:Fe. يشير السطح المخمل والمزال منه الزخرفة (الشكل 12) إلى أن طبقة التخميل تحتوي الآن على نسبة مرتفعة من الكروم (الخط الأحمر) فوق نسبة الحديد (الخط الأسود) عند نسبة > 1.0 Cr:Fe. يشير العازل والأعلى جودة (الاحتمال 12) إلى أن الطبقة السلبية توفر ضمانًا أفضل Cr (الأحمر) الخط) من خلال Fe (الخط الأسود) من خلال Cr:Fe > 1,0. يشير السطح المخمّل والمنزوع الطاقة (الشكل 12) إلى أن الطبقة الخاملة تحتوي الآن على نسبة متزايدة 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. يُظهر السطح المُخَمَّل والمتجعد (الشكل 12) أن الفيلم المُخَمَّل يحتوي الآن على نسبة أعلى من الكروم (الخط الأحمر) مقارنة بالحديد (الخط الأسود) عند نسبة Cr:Fe > 1.0.
إن طبقة أكسيد الكروم الرقيقة (< 80 Å) التي تعمل على التخميل توفر حماية أكبر من طبقة أكسيد الحديد البلورية التي يبلغ سمكها مئات الأنجستروم من المعدن الأساسي وطبقة القشرة التي تحتوي على نسبة حديد تزيد عن 65٪.
أصبح التركيب الكيميائي للسطح المُخَمَّل والمُجعد الآن مماثلاً للمواد المصقولة المُخَمَّلة. أما الرواسب في الحالة الأولى فهي من النوع الثاني، وهي رواسب قادرة على التكوّن في الموقع؛ ومع تراكمها، تتكوّن جزيئات أكبر حجماً تنتقل مع البخار.
في هذه الحالة، لن يؤدي التآكل الظاهر إلى عيوب خطيرة أو تدهور في جودة السطح. سيقلل التجعد الطبيعي من تأثير التآكل على السطح ويمنع احتمالية انتقال الجزيئات بشكل كبير والتي قد تصبح مرئية.
في الشكل 11، تُظهر نتائج AES أن الطبقات السميكة القريبة من السطح تحتوي على مستويات أعلى من الحديد والأكسجين (500 أنجستروم من أكسيد الحديد؛ الخطوط الخضراء الليمونية والزرقاء، على التوالي)، وتتحول إلى مستويات مطعمة من الحديد والنيكل والكروم والأكسجين. تركيز الحديد (الخط الأزرق) أعلى بكثير من تركيز أي معدن آخر، حيث يزداد من 35% على السطح إلى أكثر من 65% في السبيكة.
على السطح، ينتقل مستوى الأكسجين (الخط الأخضر الفاتح) من حوالي 50% في السبيكة إلى الصفر تقريبًا عند سمك طبقة أكسيد يزيد عن 700 أنجستروم. تكون مستويات النيكل (الخط الأخضر الداكن) والكروم (الخط الأحمر) منخفضة للغاية على السطح (< 4٪) وتزداد إلى مستويات طبيعية (11٪ و 17٪ على التوالي) عند عمق السبيكة. تكون مستويات النيكل (الخط الأخضر الداكن) والكروم (الخط الأحمر) منخفضة للغاية على السطح (< 4٪) وتزداد إلى مستويات طبيعية (11٪ و 17٪ على التوالي) عند عمق السبيكة. 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. تكون مستويات النيكل (الخط الأخضر الداكن) والكروم (الخط الأحمر) منخفضة للغاية على السطح (<4%) وتزداد إلى مستويات طبيعية (11% و17% على التوالي) في أعماق السبيكة.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٪) وتزداد إلى مستويات طبيعية في أعماق السبيكة (11٪ و 17٪ على التوالي).
تُظهر صورة مطيافية الإلكترونات أوجيه (AES) في الشكل 12 إزالة طبقة أكسيد الحديد (الطبقة الحمراء) واستعادة طبقة التخميل. في الطبقة الأساسية بسمك 15 أنغستروم، يكون مستوى الكروم (الخط الأحمر) أعلى من مستوى الحديد (الخط الأسود)، وهو ما يُشير إلى طبقة التخميل. في البداية، كان محتوى النيكل على السطح 9%، ثم ازداد بمقدار 60-70 أنغستروم فوق مستوى الكروم (± 16%)، ثم ارتفع إلى مستوى السبيكة عند 200 أنغستروم.
ابتداءً من 2%، ينخفض ​​مستوى الكربون (الخط الأزرق) إلى الصفر عند 30 أنجستروم. يكون مستوى الحديد منخفضًا في البداية (< 15٪) ثم يصبح مساويًا لمستوى الكروم عند 15 أنجستروم ويستمر في الزيادة إلى مستوى السبيكة عند أكثر من 65٪ عند 150 أنجستروم. يكون مستوى الحديد منخفضًا في البداية (< 15٪) ثم يصبح مساويًا لمستوى الكروم عند 15 أنجستروم ويستمر في الزيادة إلى مستوى السبيكة عند أكثر من 65٪ عند 150 أنجستروم. Уровень Fe вначале низкий (< 15%), позде равен уровню Cr عند 15 Å وتزيد من تألقك حتى 65% عند 150 أ. يكون مستوى الحديد منخفضًا في البداية (< 15٪)، ثم يساوي مستوى الكروم عند 15 أنجستروم ويستمر في الزيادة إلى أكثر من 65٪ مستوى سبيكة عند 150 أنجستروم. 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 محتوى الكروم عند 15 أنجستروم ويستمر في الزيادة حتى يصبح محتوى السبيكة أكثر من 65٪ عند 150 أنجستروم.تزداد مستويات الكروم إلى 25% من السطح عند 30 أنجستروم وتنخفض إلى 17% في السبيكة.
ينخفض ​​مستوى الأكسجين المرتفع بالقرب من السطح (الخط الأخضر الفاتح) إلى الصفر بعد عمق 120 أنغستروم. أظهر هذا التحليل وجود طبقة تخميل سطحية متطورة. تُظهر صور المجهر الإلكتروني الماسح في الشكلين 13 و14 الطبيعة البلورية الخشنة والمسامية لطبقتي أكسيد الحديد السطحيتين الأولى والثانية. يُظهر السطح المتجعد تأثير التآكل على سطح خشن مُنقر جزئيًا (الشكلان 18 و19).
لا تتحمل الأسطح المُخَمَّلة والمُجعَّدة الموضحة في الشكلين 13 و14 الأكسدة الشديدة. ويُظهر الشكلان 15 و16 طبقة تخميل مُستعادة على سطح معدني.