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Zu den pharmazeutischen Systemen mit reinem oder reinem Dampf gehören Generatoren, Regelventile, Verteilungsrohre oder -pipelines, thermodynamische oder Gleichgewichtsthermostate, Druckmesser, Druckminderer, Sicherheitsventile und Volumenspeicher.
Die meisten dieser Teile bestehen aus Edelstahl 316 L und enthalten Fluorpolymerdichtungen (normalerweise Polytetrafluorethylen, auch bekannt als Teflon oder PTFE) sowie Halbmetalle oder andere Elastomermaterialien.
Diese Komponenten sind während des Betriebs anfällig für Korrosion oder Zersetzung, was die Qualität des fertigen Clean Steam (CS)-Systems beeinträchtigt. Das in diesem Artikel beschriebene Projekt evaluierte Edelstahlproben aus vier CS-System-Fallstudien, bewertete das Risiko potenzieller Korrosionsauswirkungen auf Prozess- und kritische technische Systeme und testete das Kondensat auf Partikel und Metalle.
Proben korrodierter Rohrleitungen und Komponenten von Verteilungssystemen werden platziert, um Korrosionsnebenprodukte zu untersuchen. 9 Für jeden Einzelfall wurden unterschiedliche Oberflächenbedingungen bewertet. Beispielsweise wurden Standard-Rostbildung und Korrosionseffekte bewertet.
Die Oberflächen der Referenzproben wurden mittels Sichtprüfung, Auger-Elektronenspektroskopie (AES), Elektronenspektroskopie zur chemischen Analyse (ESCA), Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) auf das Vorhandensein von Rouge-Ablagerungen untersucht.
Diese Methoden können die physikalischen und atomaren Eigenschaften von Korrosion und Ablagerungen aufdecken und die Schlüsselfaktoren bestimmen, die die Eigenschaften technischer Flüssigkeiten oder Endprodukte beeinflussen. eins
Korrosionsprodukte von Edelstahl können viele Formen annehmen, beispielsweise eine karminrote Schicht aus Eisenoxid (braun oder rot) auf der Oberfläche unter oder über der Schicht aus Eisenoxid (schwarz oder grau)2. Fähigkeit zur flussabwärts gerichteten Wanderung.
Die Eisenoxidschicht (schwarze Röte) kann sich mit der Zeit verdicken, da die Ablagerungen stärker werden. Dies ist an den sichtbaren Partikeln oder Ablagerungen auf den Oberflächen der Sterilisationskammer und der Geräte oder Behälter nach der Dampfsterilisation zu erkennen. Es kommt zu Migration. Laboranalysen von Kondensatproben zeigten den dispergierten Charakter des Schlamms und den Gehalt an löslichen Metallen in der CS-Flüssigkeit. vier
Obwohl es viele Gründe für dieses Phänomen gibt, ist der CS-Generator meist der Hauptverursacher. Es ist nicht ungewöhnlich, rotes Eisenoxid (braun/rot) auf Oberflächen und Eisenoxid (schwarz/grau) in Entlüftungsöffnungen zu finden, die langsam durch das CS-Verteilungssystem wandern.
Das CS-Verteilungssystem ist eine Verzweigungskonfiguration mit mehreren Verbrauchsstellen, die in abgelegenen Gebieten oder am Ende des Hauptverteilers und verschiedener Unterverteiler enden. Das System kann mehrere Regler enthalten, um an bestimmten Verbrauchsstellen, die potenzielle Korrosionsstellen darstellen können, eine Druck-/Temperaturreduzierung einzuleiten.
Korrosion kann auch in Ableitern in Hygieneausführung auftreten, die an verschiedenen Punkten im System angebracht sind, um Kondensat und Luft aus dem durch den Ableiter, die nachgeschalteten Rohrleitungen/Abflussrohre oder den Kondensatsammler strömenden Reindampf zu entfernen.
In den meisten Fällen ist eine Rückwanderung wahrscheinlich, wenn sich Rostablagerungen auf dem Siphon bilden und stromaufwärts in benachbarte Rohrleitungen oder Entnahmestellen hinein und darüber hinaus wachsen. Rost, der sich in Siphons oder anderen Komponenten bildet, ist stromaufwärts der Quelle sichtbar und wandert ständig stromabwärts und stromaufwärts.
Einige Edelstahlkomponenten weisen zudem verschiedene mittlere bis hohe Konzentrationen metallurgischer Strukturen auf, darunter Deltaferrit. Ferritkristalle verringern vermutlich die Korrosionsbeständigkeit, obwohl sie nur in Mengen von 1–5 % vorhanden sein können.
Ferrit ist zudem nicht so korrosionsbeständig wie die austenitische Kristallstruktur und korrodiert daher bevorzugt. Ferrite können mit einer Ferritsonde genau und mit einem Magneten halbwegs genau erkannt werden, es gibt jedoch erhebliche Einschränkungen.
Von der Systemeinrichtung über die Erstinbetriebnahme bis hin zur Inbetriebnahme eines neuen CS-Generators und der Verteilungsleitungen gibt es eine Reihe von Faktoren, die zur Korrosion beitragen:
Mit der Zeit können solche korrosiven Elemente Korrosionsprodukte bilden, wenn sie auf Eisen- und Eisenmischungen treffen, sich verbinden und mit diesen überlagern. Schwarzer Ruß tritt in der Regel zuerst im Generator auf, dann in den Generatorabflussrohren und schließlich im gesamten CS-Verteilungssystem.
Die SEM-Analyse wurde durchgeführt, um die Mikrostruktur der Korrosionsnebenprodukte sichtbar zu machen, die die gesamte Oberfläche mit Kristallen und anderen Partikeln bedecken. Der Untergrund, auf dem sich die Partikel befinden, variiert von verschiedenen Eisensorten (Abb. 1-3) bis hin zu üblichen Proben, nämlich Kieselsäure/Eisen, sandigen, glasartigen und homogenen Ablagerungen (Abb. 4). Auch die Faltenbälge des Kondensatableiters wurden analysiert (Abb. 5-6).
Die AES-Prüfung ist ein analytisches Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenchemie von Edelstahl und zur Diagnose seiner Korrosionsbeständigkeit. Sie zeigt außerdem die Verschlechterung der Passivschicht und die Abnahme der Chromkonzentration in der Passivschicht, wenn die Oberfläche durch Korrosion beschädigt wird.
Zur Charakterisierung der Elementzusammensetzung der Oberfläche jeder Probe wurden AES-Scans (Konzentrationsprofile von Oberflächenelementen über die Tiefe) verwendet.
Jeder für die SEM-Analyse und -Erweiterung verwendete Standort wurde sorgfältig ausgewählt, um Informationen aus typischen Regionen zu liefern. Jede Studie lieferte Informationen von den obersten Molekülschichten (schätzungsweise 10 Å pro Schicht) bis zur Tiefe der Metalllegierung (200–1000 Å).
In allen Regionen von Rouge wurden signifikante Mengen an Eisen (Fe), Chrom (Cr), Nickel (Ni), Sauerstoff (O) und Kohlenstoff (C) nachgewiesen. AES-Daten und -Ergebnisse werden im Abschnitt Fallstudie beschrieben.
Die Gesamtergebnisse der AES unter den Ausgangsbedingungen zeigen, dass Proben mit ungewöhnlich hohen Konzentrationen von Fe und O (Eisenoxiden) und niedrigem Cr-Gehalt an der Oberfläche eine starke Oxidation aufweisen. Diese rötliche Ablagerung führt zur Freisetzung von Partikeln, die das Produkt und die produktberührenden Oberflächen verunreinigen können.
Nachdem die Röte entfernt worden war, zeigten die „passivierten“ Proben eine vollständige Wiederherstellung des passiven Films, wobei Cr höhere Konzentrationen als Fe erreichte, mit einem Cr:Fe-Oberflächenverhältnis von 1,0 bis 2,0 und einer allgemeinen Abwesenheit von Eisenoxid.
Verschiedene raue Oberflächen wurden mithilfe von XPS/ESCA analysiert, um die Elementkonzentrationen und spektralen Oxidationsstufen von Fe, Cr, Schwefel (S), Calcium (Ca), Natrium (Na), Phosphor (P), Stickstoff (N) sowie O und C zu vergleichen (Tabelle A).
Es gibt einen deutlichen Unterschied im Cr-Gehalt von Werten nahe der Passivierungsschicht bis hin zu niedrigeren Werten, die typischerweise in Basislegierungen vorkommen. Die auf der Oberfläche gefundenen Eisen- und Chromwerte repräsentieren unterschiedliche Dicken und Grade von Rouge-Ablagerungen. XPS-Tests zeigten einen Anstieg von Na, C oder Ca auf rauen Oberflächen im Vergleich zu gereinigten und passivierten Oberflächen.
XPS-Tests zeigten außerdem hohe C-Werte in Eisenrot (Schwarzrot) sowie Fe(x)O(y) (Eisenoxid) in Rot. XPS-Daten sind nicht geeignet, um Oberflächenveränderungen während der Korrosion zu verstehen, da sie sowohl das Rotmetall als auch das Grundmetall bewerten. Zur korrekten Auswertung der Ergebnisse sind zusätzliche XPS-Tests mit größeren Proben erforderlich.
Auch frühere Autoren hatten Schwierigkeiten bei der Auswertung der XPS-Daten. 10 Feldbeobachtungen während des Entfernungsprozesses zeigten, dass der Kohlenstoffgehalt hoch ist und üblicherweise während der Verarbeitung durch Filtration entfernt wird. REM-Mikrofotografien, die vor und nach der Faltenentfernungsbehandlung aufgenommen wurden, veranschaulichen die durch diese Ablagerungen verursachten Oberflächenschäden, darunter Lochfraß und Porosität, die sich direkt auf die Korrosion auswirken.
Die XPS-Ergebnisse nach der Passivierung zeigten, dass das Cr:Fe-Gehaltsverhältnis auf der Oberfläche viel höher war, als der Passivierungsfilm neu gebildet wurde, wodurch die Korrosionsrate und andere nachteilige Auswirkungen auf die Oberfläche reduziert wurden.
Die Couponproben zeigten einen signifikanten Anstieg des Cr:Fe-Verhältnisses zwischen der Ist- und der passivierten Oberfläche. Die anfänglichen Cr:Fe-Verhältnisse lagen im Bereich von 0,6 bis 1,0, während die Passivierungsverhältnisse nach der Behandlung zwischen 1,0 und 2,5 lagen. Die Werte für elektropolierte und passivierte Edelstähle liegen zwischen 1,5 und 2,5.
In den nachbearbeiteten Proben lag die maximale Tiefe des Cr:Fe-Verhältnisses (ermittelt mittels AES) zwischen 3 und 16 Å. Sie schneiden im Vergleich zu Daten aus früheren Studien von Coleman2 und Roll9 gut ab. Die Oberflächen aller Proben wiesen Standardwerte für Fe, Ni, O, Cr und C auf. Die meisten Proben wiesen zudem geringe Werte für P, Cl, S, N, Ca und Na auf.
Diese Rückstände sind typisch für chemische Reinigungsmittel, gereinigtes Wasser oder Elektropolitur. Bei weiterer Analyse wurden Siliziumverunreinigungen auf der Oberfläche und in verschiedenen Ebenen des Austenitkristalls selbst festgestellt. Die Ursache scheint der Siliziumgehalt des Wassers/Dampfes, mechanische Polituren oder gelöste oder geätzte Schaugläser in der CS-Erzeugungszelle zu sein.
Die in CS-Systemen gefundenen Korrosionsprodukte variieren Berichten zufolge stark. Dies liegt an den unterschiedlichen Bedingungen dieser Systeme und der Platzierung verschiedener Komponenten wie Ventilen, Fallen und anderem Zubehör, die zu korrosiven Bedingungen und Korrosionsprodukten führen können.
Darüber hinaus werden häufig Ersatzteile in das System eingeführt, die nicht ordnungsgemäß passiviert sind. Korrosionsprodukte werden auch maßgeblich durch die Konstruktion des CS-Generators und die Wasserqualität beeinflusst. Einige Generatorentypen sind Reboiler, andere Rohrverdampfer. CS-Generatoren verwenden typischerweise Endsiebe, um Feuchtigkeit aus dem Reindampf zu entfernen, während andere Generatoren Leitbleche oder Zyklone verwenden.
Einige erzeugen eine fast feste Eisenpatina im Verteilungsrohr und dem es bedeckenden roten Eisen. Der Prallblock bildet einen schwarzen Eisenfilm mit einer darunterliegenden Eisenoxidschicht und erzeugt ein zweites Oberflächenphänomen in Form einer Rußschicht, die sich leichter von der Oberfläche abwischen lässt.
Diese eisenrußartige Ablagerung ist in der Regel deutlich ausgeprägter als die eisenrote und beweglichere. Aufgrund der erhöhten Oxidationsstufe des Eisens im Kondensat weist der im Kondensatkanal am Boden des Verteilerrohrs entstehende Schlamm auf der Oberseite des Eisenschlamms Eisenoxidschlamm auf.
Die Eisenoxidschicht passiert den Kondensatsammler, wird im Abfluss sichtbar und die oberste Schicht lässt sich leicht von der Oberfläche abreiben. Die Wasserqualität spielt eine wichtige Rolle für die chemische Zusammensetzung der Schicht.
Ein höherer Kohlenwasserstoffgehalt führt zu zu viel Ruß im Lippenstift, während ein höherer Kieselsäuregehalt zu einer glatten oder glänzenden Lippenstiftschicht führt. Wie bereits erwähnt, neigen Wasserstandsanzeiger außerdem zur Korrosion, wodurch Schmutz und Kieselsäure in das System gelangen können.
Die Pistole ist in Dampfsystemen ein Problem, da sich dicke Schichten bilden können, die Partikel bilden. Diese Partikel befinden sich auf Dampfoberflächen oder in Dampfsterilisationsgeräten. Die folgenden Abschnitte beschreiben mögliche Arzneimittelwirkungen.
Die Ist-REMs in Abbildung 7 und 8 zeigen die mikrokristalline Beschaffenheit von Karmin der Klasse 2 im Fall 1. Auf der Oberfläche bildete sich eine besonders dichte Matrix aus Eisenoxidkristallen in Form eines feinkörnigen Rückstands. Dekontaminierte und passivierte Oberflächen wiesen Korrosionsschäden auf, die zu einer rauen und leicht porösen Oberflächenstruktur führten, wie in Abbildung 9 und 10 dargestellt.
Der NPP-Scan in Abb. 11 zeigt den Ausgangszustand der ursprünglichen Oberfläche mit starker Eisenoxidbedeckung. Die passivierte und entrougte Oberfläche (Abbildung 12) zeigt, dass der passive Film jetzt einen erhöhten Cr-Gehalt (rote Linie) über dem Fe-Gehalt (schwarze Linie) bei einem Cr:Fe-Verhältnis von > 1,0 aufweist. Die passivierte und entrougte Oberfläche (Abbildung 12) zeigt, dass der passive Film jetzt einen erhöhten Cr-Gehalt (rote Linie) über dem Fe-Gehalt (schwarze Linie) bei einem Cr:Fe-Verhältnis von > 1,0 aufweist. Die passive und obligatorische Regelung (Risk. 12) weist darauf hin, dass die passivische Haftungsausschlussfrist eine höhere Rechtslage als Cr (grüne Linie) darstellt сравнению с Fe (Schwarze Linie) bei niedrigen Temperaturen Cr:Fe > 1,0. Die passivierte und stromlose Oberfläche (Abb. 12) zeigt, dass der passive Film nun einen erhöhten Cr-Gehalt (rote Linie) im Vergleich zu Fe (schwarze Linie) bei einem Verhältnis von Cr:Fe > 1,0 aufweist.Der Wert von Cr:Fe beträgt > 1,0. Cr (Partikel) und Fe (Partikel), Cr:Fe-Wert > 1,0. Die passive und morsche Verpflegung (Risk. 12) verlangt, dass die passivierte Verklebungsdauer mehr als ein Drittel Cr (grüne Linie) beträgt, ab Fe (schwarz Linien), bei niedrigen Temperaturen Cr:Fe > 1,0. Die passivierte und faltige Oberfläche (Abb. 12) zeigt, dass der passivierte Film nun einen höheren Cr-Gehalt (rote Linie) als Fe (schwarze Linie) bei einem Cr:Fe-Verhältnis > 1,0 aufweist.
Ein dünnerer (< 80 Å) passivierender Chromoxidfilm bietet einen besseren Schutz als ein Hunderte von Angström dicker kristalliner Eisenoxidfilm aus einem unedlen Metall und einer Zunderschicht mit einem Eisengehalt von über 65 %.
Die chemische Zusammensetzung der passivierten und gewellten Oberfläche ist nun mit passivierten polierten Materialien vergleichbar. Das Sediment im Fall 1 ist ein Sediment der Klasse 2, das sich vor Ort bilden kann. Bei der Ansammlung bilden sich größere Partikel, die mit dem Dampf wandern.
In diesem Fall führt die gezeigte Korrosion nicht zu gravierenden Mängeln oder einer Verschlechterung der Oberflächenqualität. Eine normale Faltenbildung reduziert die korrosive Wirkung auf die Oberfläche und verhindert die Möglichkeit einer starken Partikelwanderung, die sichtbar werden könnte.
In Abbildung 11 zeigen die AES-Ergebnisse, dass dicke Schichten nahe der Oberfläche höhere Konzentrationen von Fe und O aufweisen (500 Å Eisenoxid; zitronengrüne bzw. blaue Linien), die in dotierte Konzentrationen von Fe, Ni, Cr und O übergehen. Die Fe-Konzentration (blaue Linie) ist viel höher als bei jedem anderen Metall und steigt von 35 % an der Oberfläche auf über 65 % in der Legierung.
An der Oberfläche sinkt der O-Gehalt (hellgrüne Linie) von fast 50 % in der Legierung auf fast Null bei einer Oxidfilmdicke von mehr als 700 Å. Die Ni- (dunkelgrüne Linie) und Cr-Werte (rote Linie) sind an der Oberfläche extrem niedrig (< 4 %) und steigen in der Legierungstiefe auf normale Werte (11 % bzw. 17 %) an. Die Ni- (dunkelgrüne Linie) und Cr-Werte (rote Linie) sind an der Oberfläche extrem niedrig (< 4 %) und steigen in der Legierungstiefe auf normale Werte (11 % bzw. 17 %) an. Ni (grüne Linien) und Cr (grüne Linien) haben eine geringe Leistung (<4 %) und werden auf normale Werte erhöht (11 % und 17 %). в globine splava. Die Ni- (dunkelgrüne Linie) und Cr-Werte (rote Linie) sind an der Oberfläche extrem niedrig (<4 %) und steigen tief in der Legierung auf normale Werte (11 % bzw. 17 %) an.表面的Ni (深绿线) und Cr (红线)水平极低（< 4 %）, nur 11 % bis 17 %.表面的Ni (深绿线) und Cr (红线)水平极低（< 4 %）, 11 % Ni (grüne Linien) und Cr (grüne Linien) werden mit weniger als 4 % bewertet und auf die normale Lebensdauer im Leerlauf übertragen (11 % und 17 %). nicht korrekt). Die Ni- (dunkelgrüne Linie) und Cr-Werte (rote Linie) sind an der Oberfläche extrem niedrig (<4 %) und steigen tief in der Legierung auf normale Werte an (11 % bzw. 17 %).
Das AES-Bild in Abb. 12 zeigt, dass die Rouge-Schicht (Eisenoxid) entfernt und die Passivierungsschicht wiederhergestellt wurde. In der 15 Å starken Primärschicht ist der Cr-Gehalt (rote Linie) höher als der Fe-Gehalt (schwarze Linie), der eine passive Schicht darstellt. Der Ni-Gehalt an der Oberfläche betrug zunächst 9 %, stieg dann um 60–70 Å über den Cr-Gehalt (± 16 %) und erreichte dann den Legierungsgehalt von 200 Å.
Beginnend bei 2 % sinkt der Kohlenstoffgehalt (blaue Linie) bei 30 Å auf Null. Der Fe-Gehalt ist zunächst niedrig (< 15 %), entspricht später dem Cr-Gehalt bei 15 Å und steigt weiter auf den Legierungsgehalt von über 65 % bei 150 Å an. Der Fe-Gehalt ist zunächst niedrig (< 15 %), entspricht später dem Cr-Gehalt bei 15 Å und steigt weiter auf den Legierungsgehalt von über 65 % bei 150 Å an. Das Fe-Gehalt ist niedrig (< 15 %), danach ist Cr bei 15 Å gefärbt und wird bis zu 65 % bei 150 Å erhöht. Der Fe-Gehalt ist zunächst niedrig (< 15 %), entspricht später dem Cr-Gehalt bei 15 Å und steigt weiter auf über 65 % Legierungsgehalt bei 150 Å an. Fe (< 15 %), ca. 15 Å und 15 % Cr, ca. 150 Å, ca. 65 %的合金含量. Fe (< 15 %), ca. 15 Å und 15 % Cr, ca. 150 Å, ca. 65 %的合金含量. Der Fe-Gehalt ist immer niedrig (< 15 %), sobald der Gehalt an Cr bei 15 Å erreicht ist, und er reicht bis zum Verzehr von mehr als 65 % 150 Å. Der Fe-Gehalt ist zunächst gering (< 15 %), später entspricht er dem Cr-Gehalt bei 15 Å und steigt weiter an, bis der Legierungsgehalt bei 150 Å über 65 % liegt.Der Cr-Gehalt steigt bei 30 Å auf 25 % der Oberfläche und sinkt in der Legierung auf 17 %.
Der erhöhte Sauerstoffgehalt nahe der Oberfläche (hellgrüne Linie) sinkt nach einer Tiefe von 120 Å auf Null. Diese Analyse zeigte eine gut entwickelte Oberflächenpassivierung. Die REM-Aufnahmen in Abbildung 13 und 14 zeigen die raue, poröse kristalline Beschaffenheit der ersten und zweiten Eisenoxidschicht. Die faltige Oberfläche zeigt die Auswirkungen der Korrosion auf eine teilweise narbige, raue Oberfläche (Abbildungen 18-19).
Die in den Abbildungen 13 und 14 gezeigten passivierten und faltigen Oberflächen halten starker Oxidation nicht stand. Die Abbildungen 15 und 16 zeigen einen wiederhergestellten Passivierungsfilm auf einer Metalloberfläche.