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Reine oder reine Dampf-Pharmazeutikasysteme umfassen Generatoren, Regelventile, Verteilerrohre oder -leitungen, thermodynamische oder Gleichgewichtsthermostate, Manometer, Druckminderer, Sicherheitsventile und volumetrische Akkumulatoren.
Die meisten dieser Teile bestehen aus Edelstahl 316L und enthalten Dichtungen aus Fluorpolymeren (typischerweise Polytetrafluorethylen, auch bekannt als Teflon oder PTFE) sowie halbmetallische oder andere elastomere Materialien.
Diese Komponenten sind im Betrieb anfällig für Korrosion oder Materialermüdung, was die Qualität des aufbereiteten Reindampfes beeinträchtigt. Das in diesem Artikel beschriebene Projekt untersuchte Edelstahlproben aus vier Fallstudien von Reindampfsystemen, bewertete das Risiko potenzieller Korrosionsauswirkungen auf Prozess- und kritische technische Systeme und analysierte Kondensat auf Partikel und Metalle.
Proben korrodierter Rohrleitungen und Komponenten von Verteilungssystemen wurden platziert, um Korrosionsnebenprodukte zu untersuchen.⁹ Für jeden Einzelfall wurden unterschiedliche Oberflächenzustände bewertet. Beispielsweise wurden Standard-Anlauffarben und Korrosionseffekte untersucht.
Die Oberflächen der Referenzproben wurden mittels visueller Inspektion, Auger-Elektronen-Spektroskopie (AES), Elektronenspektroskopie für chemische Analysen (ESCA), Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) auf das Vorhandensein von Rötungsablagerungen untersucht.
Diese Methoden können die physikalischen und atomaren Eigenschaften von Korrosion und Ablagerungen aufzeigen sowie die Schlüsselfaktoren bestimmen, die die Eigenschaften technischer Flüssigkeiten oder Endprodukte beeinflussen.
Korrosionsprodukte von Edelstahl können viele Formen annehmen, wie zum Beispiel eine karminrote Eisenoxidschicht (braun oder rot) auf der Oberfläche unterhalb oder oberhalb der Eisenoxidschicht (schwarz oder grau)2. Fähigkeit zur Migration stromabwärts.
Die Eisenoxidschicht (schwarzer Belag) kann sich mit der Zeit verdicken, da die Ablagerungen deutlicher werden, was sich durch sichtbare Partikel oder Ablagerungen auf den Oberflächen der Sterilisationskammer und der Geräte oder Behälter nach der Dampfsterilisation zeigt; es findet eine Migration statt. Laboranalysen von Kondensatproben zeigten die disperse Natur des Schlamms und die Menge an löslichen Metallen in der CS-Flüssigkeit.
Obwohl es viele Gründe für dieses Phänomen gibt, ist der CS-Generator in der Regel der Hauptverursacher. Es ist nicht ungewöhnlich, rotes Eisenoxid (braun/rot) auf Oberflächen und Eisenoxid (schwarz/grau) in Lüftungsöffnungen zu finden, das langsam durch das CS-Verteilungssystem wandert.⁶
Das CS-Verteilungssystem ist verzweigt und verfügt über mehrere Entnahmestellen, die entweder in entfernten Bereichen oder am Ende des Hauptverteilers und verschiedener Abzweigverteiler enden. Das System kann mehrere Regler umfassen, um Druck- und Temperaturreduzierungen an potenziellen Korrosionsstellen einzuleiten.
Korrosion kann auch in hygienisch konstruierten Kondensatableitern auftreten, die an verschiedenen Stellen im System platziert sind, um Kondensat und Luft aus dem durch den Ableiter, die nachgelagerten Rohrleitungen/Abflussleitungen oder den Kondensatverteiler strömenden Reindampf zu entfernen.
In den meisten Fällen ist eine Rückwanderung wahrscheinlich, bei der sich Rostablagerungen an der Falle bilden und stromaufwärts in und über angrenzende Rohrleitungen oder Verbrauchsstellen hinauswachsen; Rost, der sich in Fallen oder anderen Komponenten bildet, kann stromaufwärts der Quelle beobachtet werden, mit einer ständigen Migration stromabwärts und stromaufwärts.
Einige Edelstahlbauteile weisen zudem verschiedene, mittlere bis hohe Anteile an metallurgischen Strukturen auf, darunter Deltaferrit. Ferritkristalle beeinträchtigen vermutlich die Korrosionsbeständigkeit, selbst wenn ihr Anteil nur 1–5 % beträgt.
Ferrit ist zudem weniger korrosionsbeständig als die austenitische Kristallstruktur und korrodiert daher bevorzugt. Ferrite lassen sich mit einer Ferritsonde präzise und mit einem Magneten einigermaßen genau nachweisen, jedoch bestehen erhebliche Einschränkungen.
Von der Systemeinrichtung über die Erstinbetriebnahme bis hin zur Inbetriebnahme eines neuen CS-Generators und der zugehörigen Verteilungsleitungen gibt es eine Reihe von Faktoren, die zur Korrosion beitragen:
Mit der Zeit können korrosive Elemente wie diese Korrosionsprodukte bilden, wenn sie mit Eisen- und Eisengemischen in Kontakt kommen, sich mit diesen verbinden und überlappen. Schwarzer Ruß tritt üblicherweise zuerst im Generator auf, dann in den Generatorauslassleitungen und schließlich im gesamten CS-Verteilungssystem.
Mithilfe von Rasterelektronenmikroskopie (REM) wurde die Mikrostruktur der Korrosionsnebenprodukte untersucht, 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 gängigen Proben, nämlich Siliziumdioxid/Eisen, sandigen, glasartigen und homogenen Ablagerungen (Abb. 4). Auch die Kondensatableiter wurden analysiert (Abb. 5–6).
Die AES-Prüfung ist eine Analysemethode zur Bestimmung der Oberflächenchemie von Edelstahl und zur Diagnose seiner Korrosionsbeständigkeit. Sie zeigt auch die Verschlechterung der Passivschicht und die Abnahme der Chromkonzentration in der Passivschicht infolge der korrosionsbedingten Oberflächenschädigung.
Zur Charakterisierung der elementaren Zusammensetzung der Oberfläche jeder Probe wurden AES-Scans (Konzentrationsprofile der Oberflächenelemente über die Tiefe) verwendet.
Jeder für die SEM-Analyse und -Vergrößerung verwendete Standort wurde sorgfältig ausgewählt, um Informationen aus typischen Bereichen zu liefern. Jede Studie lieferte Informationen von den obersten Moleküllagen (geschätzt auf 10 Ångström pro Lage) 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. Die AES-Daten und -Ergebnisse werden im Abschnitt „Fallstudie“ beschrieben.
Die Gesamtergebnisse der AES-Analyse unter den Ausgangsbedingungen zeigen, dass auf Proben mit ungewöhnlich hohen Konzentrationen an Fe und O (Eisenoxide) und niedrigem Cr-Gehalt an der Oberfläche eine starke Oxidation auftritt. Diese rötliche Ablagerung führt zur Freisetzung von Partikeln, die das Produkt und damit in Kontakt stehende Oberflächen verunreinigen können.
Nach dem Entfernen der Rötung zeigten die „passivierten“ Proben eine vollständige Wiederherstellung des Passivfilms, wobei Cr höhere Konzentrationswerte als Fe erreichte, mit einem Cr:Fe-Oberflächenverhältnis von 1,0 bis 2,0 und einem völligen Fehlen von Eisenoxid.
Verschiedene raue Oberflächen wurden mittels XPS/ESCA analysiert, um die Elementkonzentrationen und spektralen Oxidationsstufen von Fe, Cr, Schwefel (S), Calcium (Ca), Natrium (Na), Phosphor (P), Stickstoff (N), O und C zu vergleichen (Tabelle A).
Der Chromgehalt variiert deutlich zwischen Werten nahe der Passivierungsschicht und den niedrigeren Werten, die typischerweise in Basismetalllegierungen vorkommen. Die an der Oberfläche gefundenen Eisen- und Chromkonzentrationen spiegeln unterschiedliche Dicken und Qualitäten der Rauheitsablagerungen wider. XPS-Untersuchungen ergaben einen Anstieg von Natrium, Kohlenstoff und Calcium auf rauen Oberflächen im Vergleich zu gereinigten und passivierten Oberflächen.
XPS-Untersuchungen zeigten zudem hohe C-Werte im roten Eisen (schwarz) sowie hohe Fe(x)O(y)-Werte (Eisenoxid) im roten Eisen. XPS-Daten sind jedoch nicht geeignet, um Oberflächenveränderungen während der Korrosion zu verstehen, da sie sowohl das rote Metall als auch das Grundmetall erfassen. Um die Ergebnisse korrekt zu bewerten, sind weitere XPS-Untersuchungen mit größeren Proben erforderlich.
Auch frühere Autoren hatten Schwierigkeiten bei der Auswertung von XPS-Daten.¹⁰ Feldbeobachtungen während des Entfernungsprozesses haben gezeigt, dass der Kohlenstoffgehalt hoch ist und üblicherweise durch Filtration während der Verarbeitung entfernt wird. SEM-Aufnahmen vor und nach der Faltenentfernung veranschaulichen die durch diese Ablagerungen verursachten Oberflächenschäden, darunter Lochfraß und Porosität, die die Korrosion direkt beeinflussen.
Die XPS-Ergebnisse nach der Passivierung zeigten, dass das Cr:Fe-Gehaltsverhältnis an der Oberfläche viel höher war, wenn sich der Passivierungsfilm neu gebildet hatte. Dadurch wurden die Korrosionsrate und andere negative Einflüsse auf die Oberfläche verringert.
Die Proben zeigten einen signifikanten Anstieg des Cr:Fe-Verhältnisses zwischen der unbehandelten und der passivierten Oberfläche. Die anfänglichen Cr:Fe-Verhältnisse lagen im Bereich von 0,6 bis 1,0, während die nach der Passivierung ermittelten Verhältnisse 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 (bestimmt mittels AES) zwischen 3 und 16 Å. Diese Werte stimmen gut mit Daten aus früheren Studien von Coleman² und Roll⁹ überein. Die Oberflächen aller Proben wiesen Standardkonzentrationen an Fe, Ni, O, Cr und C auf. In den meisten Proben wurden außerdem geringe Konzentrationen an P, Cl, S, N, Ca und Na gefunden.
Diese Rückstände sind typisch für chemische Reinigungsmittel, Reinstwasser oder Elektropolierverfahren. Bei genauerer Analyse wurde eine Siliziumverunreinigung auf der Oberfläche und in verschiedenen Tiefen des Austenitkristalls selbst festgestellt. Die Quelle scheint der Siliziumdioxidgehalt des Wassers/Dampfes, mechanische Polierprozesse oder gelöstes bzw. geätztes Schauglas in der CS-Erzeugungszelle zu sein.
Die in CS-Systemen gefundenen Korrosionsprodukte variieren stark. Dies ist auf die unterschiedlichen Bedingungen in diesen Systemen und die Anordnung verschiedener Komponenten wie Ventile, Kondensatableiter und anderes Zubehör zurückzuführen, die zu korrosiven Bedingungen und Korrosionsprodukten führen können.
Darüber hinaus werden häufig Ersatzteile in das System eingebaut, die nicht ordnungsgemäß passiviert sind. Korrosionsprodukte werden auch maßgeblich durch die Konstruktion des Kaltwassersatzes und die Wasserqualität beeinflusst. Einige Generatoren arbeiten mit Verdampfern, andere mit Rohrverdampfern. Kaltwassersatzgeneratoren verwenden typischerweise Endsiebe zur Entfernung von Feuchtigkeit aus dem Reindampf, während andere Generatoren Prallbleche oder Zyklone einsetzen.
Manche erzeugen eine fast durchgehende Eisenpatina im Verteilerrohr und dem es bedeckenden roten Eisen. Der Prallblock bildet einen schwarzen Eisenfilm mit einer darunterliegenden Eisenoxidschicht und erzeugt ein zweites Oberflächenphänomen in Form einer rußigen Schicht, die sich leichter abwischen lässt.
In der Regel ist diese eisenhaltige, rußartige Ablagerung deutlich ausgeprägter als die eisenrote und zudem mobiler. Aufgrund des erhöhten Oxidationsgrades des Eisens im Kondensat enthält der im Kondensatkanal am Boden des Verteilerrohrs entstehende Schlamm zusätzlich zum Eisenschlamm auch Eisenoxidschlamm.
Die Eisenoxid-Beläge gelangen durch den Kondensatabscheider, werden im Abfluss sichtbar und die oberste Schicht lässt sich leicht abreiben. Die Wasserqualität beeinflusst die chemische Zusammensetzung dieser Beläge maßgeblich.
Ein höherer Kohlenwasserstoffgehalt führt zu übermäßiger Rußbildung im Lippenstift, während ein höherer Siliziumdioxidgehalt eine glatte oder glänzende Lippenstiftschicht zur Folge hat. Wie bereits erwähnt, sind Wasserstandsanzeiger zudem korrosionsanfällig, wodurch Ablagerungen und Siliziumdioxid in das System gelangen können.
Die Spritze stellt in Dampfsystemen ein Problem dar, da sich dicke Schichten bilden können, aus denen Partikel entstehen. Diese Partikel lagern sich auf Dampfoberflächen oder in Dampfsterilisationsgeräten ab. In den folgenden Abschnitten werden mögliche Arzneimittelwirkungen beschrieben.
Die REM-Aufnahmen im Ist-Zustand in Abbildung 7 und 8 zeigen die mikrokristalline Struktur des Karmins der Klasse 2 in 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 (siehe Abbildungen 9 und 10).
Die NPP-Scanaufnahme in Abb. 11 zeigt den Ausgangszustand der ursprünglichen Oberfläche mit einer dicken Eisenoxidschicht. Die passivierte und entgaste Oberfläche (Abbildung 12) zeigt, dass der Passivfilm nun einen erhöhten Cr-Gehalt (rote Linie) über dem Fe-Gehalt (schwarze Linie) bei einem Cr:Fe-Verhältnis von > 1,0 aufweist. Die passivierte und entgaste Oberfläche (Abbildung 12) zeigt, dass der Passivfilm nun 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 Regelung eine zwingende Strafe für Cr (grüne Linie) darstellt сравнению с Fe (Schwarze Linie) bei niedrigen Temperaturen Cr:Fe > 1,0. Die passivierte und entladene Oberfläche (Abb. 12) zeigt, dass der Passivfilm 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 gewellte Oberfläche (Abb. 12) zeigt, dass der passivierte Film nun einen höheren Cr-Gehalt (rote Linie) als Fe-Gehalt (schwarze Linie) bei einem Cr:Fe-Verhältnis > 1,0 aufweist.
Ein dünnerer (< 80 Å) passivierender Chromoxidfilm bietet einen besseren Schutz als ein mehrere hundert Angström dicker kristalliner Eisenoxidfilm aus einem Grundmetall und einer Deckschicht mit einem Eisengehalt von mehr als 65%.
Die chemische Zusammensetzung der passivierten und gewellten Oberfläche ist nun mit der von passivierten, polierten Materialien vergleichbar. Das Sediment in Fall 1 ist ein Sediment der Klasse 2, das sich in situ bilden kann; mit zunehmender Ablagerung entstehen größere Partikel, die mit dem Dampf verdriftet werden.
In diesem Fall führt die dargestellte Korrosion nicht zu gravierenden Mängeln oder einer Verschlechterung der Oberflächenqualität. Normale Faltenbildung verringert die korrosive Wirkung auf die Oberfläche und verhindert eine starke Migration von Partikeln, die sichtbar werden könnten.
Abbildung 11 zeigt anhand der AES-Ergebnisse, dass dicke Schichten nahe der Oberfläche höhere Fe- und O-Konzentrationen 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 deutlich höher als die aller anderen Metalle 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 nahezu null bei einer Oxidschichtdicke 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 глубине сплава. Die Ni- (dunkelgrüne Linie) und Cr-Gehalte (rote Linie) sind an der Oberfläche extrem niedrig (<4%) und steigen in tieferen Schichten 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-Gehalte (rote Linie) an der Oberfläche sind extrem niedrig (<4%) und steigen in tieferen Schichten der Legierung auf normale Werte an (11% bzw. 17%).
Die AES-Aufnahme in Abb. 12 zeigt, dass die rote (Eisenoxid-)Schicht entfernt und der Passivierungsfilm wiederhergestellt wurde. In der 15 Å dicken Primärschicht ist der Chromgehalt (rote Linie) höher als der Eisengehalt (schwarze Linie), was auf einen Passivierungsfilm hindeutet. Der anfängliche Nickelgehalt an der Oberfläche betrug 9 % und stieg 60–70 Å über den Chromgehalt (± 16 %) an, bevor er auf den Legierungsgehalt von 200 Å anstieg.
Ausgehend von 2 % sinkt der Kohlenstoffgehalt (blaue Linie) bei 30 Å auf null. Der Fe-Gehalt ist anfänglich niedrig (< 15%) und 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 anfänglich niedrig (< 15%) und 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 anfänglich niedrig (< 15%), erreicht später bei 15 Å den Cr-Gehalt und steigt weiter auf über 65% Legierungsanteil 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 anfänglich niedrig (< 15%), später entspricht er dem Cr-Gehalt bei 15 Å und steigt weiter an, bis der Legierungsanteil bei 150 Å über 65% liegt.Der Cr-Gehalt steigt auf 25 % der Oberfläche bei 30 Å 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 belegt einen gut ausgebildeten Oberflächenpassivierungsfilm. Die REM-Aufnahmen in Abbildung 13 und 14 zeigen die raue, poröse und kristalline Struktur der ersten und zweiten Eisenoxidschicht. Die faltige Oberfläche (Abbildungen 18–19) verdeutlicht die Auswirkungen von Korrosion auf eine teilweise narbige, raue Oberfläche.
Die in Abbildung 13 und 14 dargestellten passivierten und gewellten Oberflächen sind nicht beständig gegen starke Oxidation. Abbildung 15 und 16 zeigen einen wiederhergestellten Passivierungsfilm auf einer Metalloberfläche.