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Les systèmes pharmaceutiques à vapeur pure ou pure comprennent des générateurs, des vannes de régulation, des tuyaux ou canalisations de distribution, des purgeurs thermostatiques thermodynamiques ou d'équilibre, des manomètres, des réducteurs de pression, des soupapes de sécurité et des accumulateurs volumétriques.
La plupart de ces pièces sont fabriquées en acier inoxydable 316 L et contiennent des joints en fluoropolymère (généralement du polytétrafluoroéthylène, également connu sous le nom de Téflon ou PTFE), ainsi que des matériaux semi-métalliques ou autres matériaux élastomères.
Ces composants sont sensibles à la corrosion ou à la dégradation pendant leur utilisation, ce qui affecte la qualité de la vapeur propre (VSP) finie. Le projet détaillé dans cet article a évalué des échantillons d'acier inoxydable issus de quatre études de cas de systèmes VSP, évalué le risque d'impact potentiel de la corrosion sur les procédés et les systèmes d'ingénierie critiques, et testé la présence de particules et de métaux dans les condensats.
Des échantillons de tuyauteries et de composants de réseaux de distribution corrodés ont été prélevés afin d'étudier les sous-produits de la corrosion. 9 Pour chaque cas spécifique, différents états de surface ont été évalués. Par exemple, les effets standards de rougissement et de corrosion ont été évalués.
Les surfaces des échantillons de référence ont été évaluées pour la présence de dépôts de blush à l'aide d'une inspection visuelle, d'une spectroscopie d'électrons Auger (AES), d'une spectroscopie électronique pour analyse chimique (ESCA), d'une microscopie électronique à balayage (MEB) et d'une spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS).
Ces méthodes peuvent révéler les propriétés physiques et atomiques de la corrosion et des dépôts, ainsi que déterminer les facteurs clés qui affectent les propriétés des fluides techniques ou des produits finis.
Les produits de corrosion de l'acier inoxydable peuvent prendre de nombreuses formes, comme une couche carmin d'oxyde de fer (brun ou rouge) sur la surface en dessous ou au-dessus de la couche d'oxyde de fer (noir ou gris)2. Capacité à migrer en aval.
La couche d'oxyde de fer (blush noir) peut s'épaissir avec le temps à mesure que les dépôts deviennent plus prononcés, comme en témoignent les particules ou les dépôts visibles sur les surfaces de la chambre de stérilisation et des équipements ou conteneurs après stérilisation à la vapeur ; il y a migration. L'analyse en laboratoire d'échantillons de condensat a révélé la nature dispersée des boues et la quantité de métaux solubles dans le fluide CS.
Bien que les causes de ce phénomène soient multiples, le générateur de CS en est généralement le principal responsable. Il n'est pas rare de trouver de l'oxyde de fer rouge (brun/rouge) sur les surfaces et de l'oxyde de fer (noir/gris) dans les évents qui migrent lentement dans le réseau de distribution de CS.
Le système de distribution CS est une configuration en dérivation avec plusieurs points d'utilisation aboutissant à des zones éloignées ou à l'extrémité du collecteur principal et de plusieurs sous-collecteurs de dérivation. Le système peut inclure plusieurs régulateurs pour faciliter la réduction de pression/température à des points d'utilisation spécifiques susceptibles de présenter des risques de corrosion.
La corrosion peut également se produire dans les purgeurs de conception hygiénique qui sont placés à différents points du système pour éliminer le condensat et l'air de la vapeur propre circulant à travers le purgeur, la tuyauterie en aval/la tuyauterie de décharge ou le collecteur de condensat.
Dans la plupart des cas, la migration inverse est probable lorsque des dépôts de rouille s'accumulent sur le piège et se développent en amont et au-delà des canalisations adjacentes ou des collecteurs de point d'utilisation ; la rouille qui se forme dans les pièges ou d'autres composants peut être observée en amont de la source avec une migration constante en aval et en amont.
Certains composants en acier inoxydable présentent également des structures métallurgiques de niveaux modérés à élevés, notamment la ferrite delta. On pense que les cristaux de ferrite réduisent la résistance à la corrosion, même s'ils ne sont présents qu'à hauteur de 1 à 5 %.
La ferrite n'est pas aussi résistante à la corrosion que la structure cristalline austénitique ; elle se corrode donc préférentiellement. Les ferrites peuvent être détectées avec précision à l'aide d'une sonde en ferrite et avec une précision relative à l'aide d'un aimant, mais elles présentent des limites importantes.
Depuis la configuration du système, en passant par la mise en service initiale et le démarrage d'un nouveau générateur CS et de la tuyauterie de distribution, un certain nombre de facteurs contribuent à la corrosion :
Au fil du temps, ces éléments corrosifs peuvent produire des produits de corrosion lorsqu'ils se rencontrent, se combinent et se superposent à des mélanges de fer et de fer. La suie noire apparaît généralement d'abord dans le générateur, puis dans la tuyauterie de refoulement du générateur et, finalement, dans tout le réseau de distribution de la CS.
Une analyse MEB a été réalisée pour révéler la microstructure des sous-produits de corrosion recouvrant toute la surface de cristaux et autres particules. La surface sous-jacente sur laquelle se trouvent les particules varie de différentes nuances de fer (Fig. 1-3) à des échantillons courants, à savoir des dépôts de silice/fer, sableux, vitreux et homogènes (Fig. 4). Les soufflets des purgeurs de vapeur ont également été analysés (Fig. 5-6).
Le test AES est une méthode analytique utilisée pour déterminer la composition chimique de surface de l'acier inoxydable et diagnostiquer sa résistance à la corrosion. Il permet également de détecter la détérioration du film passif et la diminution de sa concentration en chrome à mesure que la surface se dégrade sous l'effet de la corrosion.
Pour caractériser la composition élémentaire de la surface de chaque échantillon, des scans AES (profils de concentration des éléments de surface sur la profondeur) ont été utilisés.
Chaque site utilisé pour l'analyse et l'augmentation MEB a été soigneusement sélectionné afin de fournir des informations sur des régions typiques. Chaque étude a fourni des informations sur les couches moléculaires supérieures (estimées à 10 Å par couche) jusqu'à la profondeur de l'alliage métallique (200–1 000 Å).
Des quantités importantes de fer (Fe), de chrome (Cr), de nickel (Ni), d'oxygène (O) et de carbone (C) ont été enregistrées dans toutes les régions de Rouge. Les données et résultats de l'AES sont présentés dans la section « Étude de cas ».
Les résultats globaux de l'AES pour les conditions initiales montrent qu'une forte oxydation se produit sur les échantillons présentant des concentrations inhabituellement élevées de Fe et d'O (oxydes de fer) et une faible teneur en Cr en surface. Ce dépôt rougeâtre entraîne la libération de particules susceptibles de contaminer le produit et les surfaces en contact avec celui-ci.
Après l'élimination du blush, les échantillons « passivés » ont montré une récupération complète du film passif, le Cr atteignant des niveaux de concentration plus élevés que le Fe, avec un rapport de surface Cr:Fe allant de 1,0 à 2,0 et une absence globale d'oxyde de fer.
Différentes surfaces rugueuses ont été analysées à l'aide de XPS/ESCA pour comparer les concentrations élémentaires et les états d'oxydation spectraux de Fe, Cr, soufre (S), calcium (Ca), sodium (Na), phosphore (P), azote (N) et O. et C (tableau A).
Il existe une nette différence de teneur en chrome, entre les valeurs proches de la couche de passivation et les valeurs plus faibles généralement observées dans les alliages de base. Les teneurs en fer et en chrome observées en surface correspondent à différentes épaisseurs et teneurs en dépôts de rouge. Les tests XPS ont montré une augmentation des teneurs en Na, C ou Ca sur les surfaces rugueuses par rapport aux surfaces nettoyées et passivées.
Les tests XPS ont également révélé des concentrations élevées de C dans le rouge ferreux (noir) et de Fe(x)O(y) (oxyde de fer) dans le rouge. Les données XPS ne sont pas utiles pour comprendre les changements de surface lors de la corrosion, car elles évaluent à la fois le métal rouge et le métal de base. Des tests XPS supplémentaires sur des échantillons plus grands sont nécessaires pour évaluer correctement les résultats.
Les auteurs précédents ont également eu des difficultés à évaluer les données XPS. 10 Les observations sur le terrain pendant le processus d'élimination ont montré que la teneur en carbone est élevée et est généralement éliminée par filtration pendant le traitement. Les micrographies SEM prises avant et après le traitement d'élimination des rides illustrent les dommages de surface causés par ces dépôts, notamment les piqûres et la porosité, qui affectent directement la corrosion.
Les résultats XPS après passivation ont montré que le rapport de teneur en Cr:Fe sur la surface était beaucoup plus élevé lorsque le film de passivation était reformé, réduisant ainsi le taux de corrosion et d'autres effets néfastes sur la surface.
Les échantillons de coupons ont montré une augmentation significative du rapport Cr:Fe entre la surface « en l'état » et la surface passivée. Les rapports Cr:Fe initiaux testés se situaient entre 0,6 et 1,0, tandis que les rapports de passivation après traitement variaient entre 1,0 et 2,5. Les valeurs pour les aciers inoxydables électropolis et passivés se situent entre 1,5 et 2,5.
Français Dans les échantillons soumis au post-traitement, la profondeur maximale du rapport Cr:Fe (établi à l'aide d'AES) variait de 3 à 16 Å. Ils se comparent favorablement aux données d'études précédentes publiées par Coleman2 et Roll. 9 Les surfaces de tous les échantillons présentaient des niveaux standard de Fe, Ni, O, Cr et C. De faibles niveaux de P, Cl, S, N, Ca et Na ont également été trouvés dans la plupart des échantillons.
Ces résidus sont typiques des nettoyants chimiques, de l'eau purifiée ou de l'électropolissage. Après une analyse plus approfondie, une contamination au silicium a été détectée en surface et à différents niveaux du cristal d'austénite lui-même. La source semble être la teneur en silice de l'eau/vapeur, des produits de polissage mécaniques ou un regard dissous ou gravé dans la cellule de génération de CS.
Les produits de corrosion présents dans les systèmes CS sont très variables. Cela est dû aux conditions variables de ces systèmes et à l'emplacement des différents composants, tels que les vannes, les purgeurs et autres accessoires, qui peuvent entraîner des conditions corrosives et des produits de corrosion.
De plus, des composants de remplacement mal passivés sont souvent introduits dans le système. La conception du générateur CS et la qualité de l'eau ont également une incidence significative sur les produits de corrosion. Certains types de générateurs sont des rebouilleurs, tandis que d'autres sont des vaporisateurs flash tubulaires. Les générateurs CS utilisent généralement des écrans terminaux pour éliminer l'humidité de la vapeur propre, tandis que d'autres utilisent des chicanes ou des cyclones.
Certains forment une patine de fer presque solide sur le tuyau de distribution et le fer rouge qui le recouvre. Le bloc déflecteur forme un film de fer noir recouvert d'une couche d'oxyde de fer, créant ainsi une seconde couche superficielle, plus facile à essuyer.
En règle générale, ce dépôt ferrugineux-suie est beaucoup plus prononcé que le dépôt ferreux-rouge et plus mobile. En raison de l'état d'oxydation élevé du fer dans le condensat, les boues générées dans le canal de condensat, au fond du tuyau de distribution, présentent des boues d'oxyde de fer sur les boues de fer.
La couche superficielle d'oxyde de fer traverse le collecteur de condensats, devient visible dans le drain et s'enlève facilement de la surface. La qualité de l'eau joue un rôle important dans la composition chimique de la couche superficielle.
Une teneur élevée en hydrocarbures entraîne une quantité excessive de suie dans le rouge à lèvres, tandis qu'une teneur élevée en silice entraîne une teneur plus élevée en silice, ce qui donne une couche de rouge à lèvres lisse ou brillante. Comme mentionné précédemment, les voyants de niveau d'eau sont également sujets à la corrosion, ce qui permet aux débris et à la silice de pénétrer dans le système.
Le pistolet est une source de préoccupation dans les systèmes à vapeur, car il peut former d'épaisses couches qui forment des particules. Ces particules sont présentes sur les surfaces de vapeur ou dans les équipements de stérilisation à la vapeur. Les sections suivantes décrivent les effets possibles du médicament.
Les MEB « tels quels » des figures 7 et 8 montrent la nature microcristalline du carmin de classe 2 dans le cas 1. Une matrice particulièrement dense de cristaux d'oxyde de fer s'est formée à la surface sous forme de résidu fin. Les surfaces décontaminées et passivées présentaient des dommages dus à la corrosion, donnant une texture rugueuse et légèrement poreuse, comme le montrent les figures 9 et 10.
Le scan NPP de la fig. 11 montre l'état initial de la surface d'origine avec de l'oxyde de fer lourd dessus. La surface passivée et dépolie (Figure 12) indique que le film passif a maintenant une teneur en Cr (ligne rouge) élevée au-dessus du Fe (ligne noire) à un rapport Cr:Fe > 1,0. La surface passivée et dépolie (Figure 12) indique que le film passif a maintenant une teneur en Cr (ligne rouge) élevée au-dessus du Fe (ligne noire) à un rapport Cr:Fe > 1,0. L'état passif et l'état de fonctionnement (article 12) vous permettent de savoir si l'action passive est actuellement en cours de gestion Cr (ligne de recouvrement) pour la concentration de Fe (ligne de recouvrement) avec Cr:Fe > 1,0. La surface passivée et désénergisée (Fig. 12) indique que le film passif a maintenant une teneur accrue en Cr (ligne rouge) par rapport à Fe (ligne noire) dans un rapport Cr:Fe > 1,0.Cr:Fe 比率> 1.0. Cr（红线）含量高于Fe（黑线），Cr:Fe 比率> 1.0。 La puissance passive et mordante (article 12) indique que la propriété passive est bien plus saine que Cr (Красная линия), чем Fe (черная линия), при соотношении Cr:Fe > 1,0. La surface passivée et ridée (Fig. 12) montre que le film passivé a maintenant une teneur en Cr (ligne rouge) plus élevée que celle en Fe (ligne noire) à un rapport Cr:Fe > 1,0.
Un film d'oxyde de chrome passivant plus fin (< 80 Å) est plus protecteur qu'un film d'oxyde de fer cristallin de plusieurs centaines d'angströms d'épaisseur provenant d'un métal de base et d'une couche de tartre avec une teneur en fer de plus de 65 %.
La composition chimique de la surface passivée et ridée est désormais comparable à celle des matériaux polis passivés. Le sédiment du cas 1 est un sédiment de classe 2 susceptible de se former in situ ; à mesure qu'il s'accumule, des particules plus grosses se forment et migrent avec la vapeur.
Dans ce cas, la corrosion visible n'entraînera pas de défauts graves ni de détérioration de la qualité de surface. Un plissement normal réduira l'effet corrosif sur la surface et éliminera le risque de forte migration de particules potentiellement visibles.
Dans la figure 11, les résultats de l'AES montrent que les couches épaisses près de la surface ont des niveaux plus élevés de Fe et d'O (500 Å d'oxyde de fer ; lignes vert citron et bleues, respectivement), passant à des niveaux dopés de Fe, Ni, Cr et O. La concentration en Fe (ligne bleue) est beaucoup plus élevée que celle de tout autre métal, passant de 35 % à la surface à plus de 65 % dans l'alliage.
En surface, le niveau d'O (ligne vert clair) passe de près de 50 % dans l'alliage à presque zéro pour une épaisseur de film d'oxyde supérieure à 700 Å. Les niveaux de Ni (ligne vert foncé) et de Cr (ligne rouge) sont extrêmement faibles à la surface (< 4 %) et augmentent jusqu'à des niveaux normaux (11 % et 17 %, respectivement) à la profondeur de l'alliage. Les niveaux de Ni (ligne vert foncé) et de Cr (ligne rouge) sont extrêmement faibles à la surface (< 4 %) et augmentent jusqu'à des niveaux normaux (11 % et 17 %, respectivement) à la profondeur de l'alliage. Les taux de Ni (ligne thermique) et Cr (ligne rouge) sont très faibles en termes de pauvreté (<4%) et s'étendent à l'énergie normale (11% et 17% сооответственно) в глубине сплава. Les niveaux de Ni (ligne vert foncé) et de Cr (ligne rouge) sont extrêmement faibles à la surface (< 4 %) et augmentent jusqu'à des niveaux normaux (11 % et 17 % respectivement) en profondeur dans l'alliage.表面的Ni（深绿线） et Cr（红线）水平极低（< 4%），而在合金深度处增加到正常水平（分别为11% et 17%）。表面的Ni（深绿线） et Cr（红线）水平极低（< 4%），而在合金深度处增加到歌常水平（分别咺11% Уровни Ni (темно-зеленая линия) и Cr (красная линия) на поверхности чрезвычайно низки (<4%) и увеличиваются нормального уровня в глубине сплава (11% et 17% соответственно). Les niveaux de Ni (ligne vert foncé) et de Cr (ligne rouge) à la surface sont extrêmement faibles (< 4 %) et augmentent jusqu'à des niveaux normaux en profondeur dans l'alliage (11 % et 17 % respectivement).
L'image AES de la figure 12 montre que la couche rouge (oxyde de fer) a été retirée et que le film de passivation a été restauré. Dans la couche primaire de 15 Å, la teneur en Cr (ligne rouge) est supérieure à celle en Fe (ligne noire), qui constitue un film passif. Initialement, la teneur en Ni en surface était de 9 %, augmentant de 60 à 70 Å au-dessus de la teneur en Cr (± 16 %), puis atteignant la teneur en alliage de 200 Å.
À partir de 2 %, le niveau de carbone (ligne bleue) tombe à zéro à 30 Å. Le niveau de Fe est initialement faible (< 15 %) puis égal au niveau de Cr à 15 Å et continue d'augmenter jusqu'au niveau de l'alliage à plus de 65 % à 150 Å. Le niveau de Fe est initialement faible (< 15 %) puis égal au niveau de Cr à 15 Å et continue d'augmenter jusqu'au niveau de l'alliage à plus de 65 % à 150 Å. Уровень Fe вначале низкий (< 15%), позже равен уровню Cr при 15 Å и продолжает увеличиваться до уровня сплава более 65% при 150 Å. Le niveau de Fe est initialement faible (< 15%), puis égalise le niveau de Cr à 15 Å et continue d'augmenter jusqu'à plus de 65% du niveau d'alliage à 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 时继续增加到超过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 时继续增加到超过65%的合金含量。 Le Fe est très faible (< 15 %), il suffit de le prendre en charge pour le Cr pendant 15 ans et il est autorisé à utiliser l'eau potable. plus 65 % à partir de 150 Å. La teneur en Fe est initialement faible (< 15%), puis elle égale la teneur en Cr à 15 Å et continue d'augmenter jusqu'à ce que la teneur en alliage soit supérieure à 65% à 150 Å.Les niveaux de Cr augmentent jusqu'à 25 % de la surface à 30 Å et diminuent jusqu'à 17 % dans l'alliage.
Le niveau élevé d'O près de la surface (ligne vert clair) diminue jusqu'à zéro après une profondeur de 120 Å. Cette analyse a démontré un film de passivation de surface bien développé. Les photographies MEB des figures 13 et 14 montrent la nature cristalline rugueuse, rugueuse et poreuse des première et deuxième couches d'oxyde de fer de surface. La surface ridée montre l'effet de la corrosion sur une surface rugueuse partiellement piquée (figures 18-19).
Les surfaces passivées et ridées illustrées aux figures 13 et 14 ne résistent pas à une oxydation sévère. Les figures 15 et 16 montrent un film de passivation restauré sur une surface métallique.