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I sistemi farmaceutici a vapore puro o puro includono generatori, valvole di controllo, tubi o condotte di distribuzione, trappole termostatiche termodinamiche o di equilibrio, manometri, riduttori di pressione, valvole di sicurezza e accumulatori volumetrici.
La maggior parte di questi componenti è realizzata in acciaio inossidabile 316 L e contiene guarnizioni in fluoropolimero (tipicamente politetrafluoroetilene, noto anche come Teflon o PTFE), nonché materiali semimetallici o altri materiali elastomerici.
Questi componenti sono soggetti a corrosione o degrado durante l'uso, il che influisce sulla qualità del vapore pulito (CS) prodotto. Il progetto descritto in questo articolo ha valutato campioni di acciaio inossidabile provenienti da quattro casi studio di sistemi CS, ha valutato il rischio di potenziali impatti della corrosione sui processi e sui sistemi ingegneristici critici e ha effettuato test per la presenza di particolato e metalli nel condensato.
Campioni di tubazioni corrose e componenti del sistema di distribuzione vengono posizionati per studiare i sottoprodotti della corrosione. 9 Per ogni caso specifico, sono state valutate diverse condizioni superficiali. Ad esempio, sono stati valutati gli effetti standard di arrossamento e corrosione.
Le superfici dei campioni di riferimento sono state valutate per la presenza di depositi di blush mediante ispezione visiva, spettroscopia di elettroni Auger (AES), spettroscopia elettronica per analisi chimica (ESCA), microscopia elettronica a scansione (SEM) e spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS).
Questi metodi possono rivelare le proprietà fisiche e atomiche della corrosione e dei depositi, nonché determinare i fattori chiave che influenzano le proprietà dei fluidi tecnici o dei prodotti finali.
I prodotti di corrosione dell'acciaio inossidabile possono assumere molte forme, come uno strato carminio di ossido di ferro (marrone o rosso) sulla superficie al di sotto o al di sopra dello strato di ossido di ferro (nero o grigio)2. Capacità di migrare a valle.
Lo strato di ossido di ferro (rossore nero) può ispessirsi nel tempo man mano che i depositi diventano più pronunciati, come evidenziato dalle particelle o dai depositi visibili sulle superfici della camera di sterilizzazione e delle apparecchiature o dei contenitori dopo la sterilizzazione a vapore, si verifica una migrazione. L'analisi di laboratorio dei campioni di condensato ha mostrato la natura dispersa del fango e la quantità di metalli solubili nel fluido CS. quattro
Sebbene vi siano molte ragioni per questo fenomeno, il generatore CS è solitamente il principale responsabile. Non è raro trovare ossido di ferro rosso (marrone/rosso) sulle superfici e ossido di ferro (nero/grigio) nelle prese d'aria che migra lentamente attraverso il sistema di distribuzione CS. 6
Il sistema di distribuzione CS è una configurazione ramificata con molteplici punti di utilizzo che terminano in aree remote o all'estremità del collettore principale e di vari collettori secondari di diramazione. Il sistema può includere diversi regolatori per favorire la riduzione di pressione/temperatura in punti di utilizzo specifici che potrebbero rappresentare potenziali punti di corrosione.
La corrosione può verificarsi anche nelle trappole igieniche posizionate in vari punti del sistema per rimuovere la condensa e l'aria dal vapore pulito che scorre attraverso la trappola, le tubazioni a valle/di scarico o il collettore di condensa.
Nella maggior parte dei casi, è probabile che si verifichi una migrazione inversa quando i depositi di ruggine si accumulano sulla trappola e crescono a monte, raggiungendo e oltre le condotte adiacenti o i collettori del punto di utilizzo; la ruggine che si forma nelle trappole o in altri componenti può essere osservata a monte della sorgente con una migrazione costante a valle e a monte.
Alcuni componenti in acciaio inossidabile presentano anche vari livelli da moderati ad elevati di strutture metallurgiche, tra cui la ferrite delta. Si ritiene che i cristalli di ferrite riducano la resistenza alla corrosione, anche se possono essere presenti in percentuali minime, pari all'1-5%.
La ferrite non è resistente alla corrosione quanto la struttura cristallina austenitica, quindi tende a corrodersi più facilmente. Le ferriti possono essere rilevate con precisione tramite una sonda per ferrite e con una precisione più o meno elevata tramite un magnete, ma con notevoli limitazioni.
Dalla configurazione del sistema, passando per la messa in servizio iniziale e l'avvio di un nuovo generatore CS e delle relative tubazioni di distribuzione, sono numerosi i fattori che contribuiscono alla corrosione:
Nel tempo, elementi corrosivi come questi possono produrre prodotti di corrosione quando si incontrano, si combinano e si sovrappongono con miscele di ferro e ferro. La fuliggine nera è solitamente visibile prima nel generatore, poi compare nelle tubazioni di scarico del generatore e infine in tutto il sistema di distribuzione del CS.
È stata eseguita un'analisi SEM per rivelare la microstruttura dei sottoprodotti di corrosione che ricoprono l'intera superficie con cristalli e altre particelle. Lo sfondo o la superficie sottostante su cui si trovano le particelle varia da vari gradi di ferro (Fig. 1-3) a campioni comuni, ovvero depositi di silice/ferro, sabbiosi, vetrosi e omogenei (Fig. 4). Sono stati analizzati anche i soffietti della trappola per il vapore (Fig. 5-6).
Il test AES è un metodo analitico utilizzato per determinare la composizione chimica superficiale dell'acciaio inossidabile e diagnosticarne la resistenza alla corrosione. Permette inoltre di osservare il deterioramento del film passivante e la diminuzione della concentrazione di cromo al suo interno, man mano che la superficie si deteriora a causa della corrosione.
Per caratterizzare la composizione elementare della superficie di ciascun campione, sono state utilizzate scansioni AES (profili di concentrazione degli elementi superficiali in funzione della profondità).
Ciascun sito utilizzato per l'analisi e l'amplificazione SEM è stato accuratamente selezionato per fornire informazioni provenienti da regioni tipiche. Ogni studio ha fornito informazioni dai primi strati molecolari (stimati a 10 angstrom [Å] per strato) fino alla profondità della lega metallica (200–1000 Å).
Quantità significative di ferro (Fe), cromo (Cr), nichel (Ni), ossigeno (O) e carbonio (C) sono state rilevate in tutte le regioni di Rouge. I dati e i risultati dell'analisi spettrometrica di emissione atomica (AES) sono descritti nella sezione dedicata al caso di studio.
I risultati complessivi dell'analisi AES per le condizioni iniziali mostrano che si verifica una forte ossidazione sui campioni con concentrazioni insolitamente elevate di Fe e O (ossidi di ferro) e un basso contenuto di Cr sulla superficie. Questo deposito rossastro provoca il rilascio di particelle che possono contaminare il prodotto e le superfici a contatto con esso.
Dopo la rimozione dello strato superficiale, i campioni "passivati" hanno mostrato un completo recupero del film passivo, con il Cr che ha raggiunto livelli di concentrazione superiori a quelli del Fe, con un rapporto superficiale Cr:Fe compreso tra 1,0 e 2,0 e un'assenza complessiva di ossido di ferro.
Sono state analizzate diverse superfici ruvide utilizzando XPS/ESCA per confrontare le concentrazioni elementari e gli stati di ossidazione spettrale di Fe, Cr, zolfo (S), calcio (Ca), sodio (Na), fosforo (P), azoto (N), O e C (tabella A).
Si osserva una netta differenza nel contenuto di Cr tra i valori prossimi allo strato di passivazione e i valori inferiori tipicamente riscontrati nelle leghe di base. I livelli di ferro e cromo rilevati sulla superficie rappresentano spessori e gradi differenti di depositi di ruggine. Le analisi XPS hanno evidenziato un aumento di Na, C o Ca sulle superfici ruvide rispetto alle superfici pulite e passivate.
Le analisi XPS hanno inoltre mostrato alti livelli di C nel rosso ferro (nero) e di Fe(x)O(y) (ossido di ferro) nel rosso. I dati XPS non sono utili per comprendere i cambiamenti superficiali durante la corrosione perché valutano sia il metallo rosso che il metallo di base. Sono necessarie ulteriori analisi XPS con campioni più grandi per valutare correttamente i risultati.
Anche gli autori precedenti hanno avuto difficoltà a valutare i dati XPS. 10 Osservazioni sul campo durante il processo di rimozione hanno mostrato che il contenuto di carbonio è elevato e viene solitamente rimosso mediante filtrazione durante la lavorazione. Le micrografie SEM scattate prima e dopo il trattamento di rimozione delle rughe illustrano il danno superficiale causato da questi depositi, tra cui vaiolatura e porosità, che influiscono direttamente sulla corrosione.
I risultati dell'analisi XPS dopo la passivazione hanno mostrato che il rapporto Cr:Fe sulla superficie era molto più elevato quando il film di passivazione si riformava, riducendo così la velocità di corrosione e altri effetti negativi sulla superficie.
I campioni di prova hanno mostrato un aumento significativo del rapporto Cr:Fe tra la superficie "allo stato iniziale" e la superficie passivata. I rapporti Cr:Fe iniziali testati erano compresi tra 0,6 e 1,0, mentre i rapporti di passivazione post-trattamento variavano da 1,0 a 2,5. I valori per gli acciai inossidabili elettrolucidati e passivati ​​sono compresi tra 1,5 e 2,5.
Nei campioni sottoposti a post-elaborazione, la profondità massima del rapporto Cr:Fe (determinata mediante AES) variava da 3 a 16 Å. Questi valori sono in buon accordo con i dati di studi precedenti pubblicati da Coleman2 e Roll.9 Le superfici di tutti i campioni presentavano livelli standard di Fe, Ni, O, Cr e C. Nella maggior parte dei campioni sono stati riscontrati anche bassi livelli di P, Cl, S, N, Ca e Na.
Questi residui sono tipici dei detergenti chimici, dell'acqua purificata o dell'elettrolucidatura. Ulteriori analisi hanno rivelato una contaminazione da silicio sulla superficie e a diversi livelli del cristallo di austenite stesso. La fonte sembra essere il contenuto di silice nell'acqua/vapore, i lucidanti meccanici o il vetro di ispezione disciolto o inciso nella cella di generazione CS.
È stato riscontrato che i prodotti di corrosione presenti nei sistemi CS variano notevolmente. Ciò è dovuto alle diverse condizioni operative di questi sistemi e al posizionamento di vari componenti, come valvole, sifoni e altri accessori, che possono generare condizioni corrosive e prodotti di corrosione.
Inoltre, spesso nel sistema vengono introdotti componenti di ricambio non adeguatamente passivati. Anche la progettazione del generatore CS e la qualità dell'acqua influenzano significativamente la formazione di prodotti di corrosione. Alcuni tipi di gruppi elettrogeni sono a ribollitore, mentre altri sono a evaporazione tubolare. I generatori CS utilizzano in genere griglie terminali per rimuovere l'umidità dal vapore pulito, mentre altri generatori utilizzano deflettori o cicloni.
Alcuni producono una patina di ferro quasi solida nel tubo di distribuzione e nel ferro rosso che lo ricopre. Il blocco deflettore forma una pellicola di ferro nera con una sfumatura di ossido di ferro sottostante e crea un secondo fenomeno sulla superficie superiore sotto forma di una sfumatura fuligginosa che è più facile da pulire dalla superficie.
Di norma, questo deposito di fuliggine ferruginosa è molto più pronunciato di quello rosso ferroso ed è più mobile. A causa dell'aumento dello stato di ossidazione del ferro nel condensato, il fango generato nel canale di condensazione sul fondo del tubo di distribuzione presenta uno strato di fango di ossido di ferro sopra il fango ferroso.
L'alone di ossido di ferro attraversa il collettore di condensa, diventa visibile nello scarico e lo strato superficiale si stacca facilmente. La qualità dell'acqua gioca un ruolo importante nella composizione chimica di questo alone.
Un contenuto più elevato di idrocarburi si traduce in una quantità eccessiva di fuliggine nel rossetto, mentre un contenuto più elevato di silice si traduce in una maggiore presenza di silice, con conseguente formazione di uno strato di rossetto liscio o lucido. Come accennato in precedenza, anche gli indicatori di livello dell'acqua sono soggetti a corrosione, consentendo a detriti e silice di entrare nel sistema.
La pistola rappresenta un problema negli impianti a vapore, poiché può formare strati spessi che costituiscono particelle. Queste particelle sono presenti sulle superfici a vapore o nelle apparecchiature di sterilizzazione a vapore. Le sezioni seguenti descrivono i possibili effetti del farmaco.
Le immagini SEM "As-Is" nelle Figure 7 e 8 mostrano la natura microcristallina del carminio di classe 2 nel caso 1. Sulla superficie si è formata una matrice particolarmente densa di cristalli di ossido di ferro sotto forma di residuo a grana fine. Le superfici decontaminate e passivate hanno mostrato danni da corrosione che hanno determinato una texture superficiale ruvida e leggermente porosa, come mostrato nelle Figure 9 e 10.
La scansione NPP in figura 11 mostra lo stato iniziale della superficie originale con un forte strato di ossido di ferro. La superficie passivata e derugata (Figura 12) indica che il film passivo ora ha un contenuto di Cr elevato (linea rossa) rispetto al Fe (linea nera) con un rapporto Cr:Fe > 1,0. La superficie passivata e derugata (Figura 12) indica che il film passivo ora ha un contenuto di Cr elevato (linea rossa) rispetto al Fe (linea nera) con un rapporto Cr:Fe > 1,0. La passività e la sicurezza passiva (ris. 12) si riferiscono a ciò che il piano passivo ha in mente содержание Cr (красная linea) con Fe (linea nera) con Cr:Fe > 1,0. La superficie passivata e de-energizzata (Fig. 12) indica che il film passivo ora presenta un contenuto maggiore di Cr (linea rossa) rispetto a Fe (linea nera) con un rapporto Cr:Fe > 1,0.钝化和去皱表面（图12）表明,钝化膜现在的Cr（红线）含量高于Fe（黑线）,Cr:Fe 比率> 1.0. Cr（红线）含量高于Fe（黑线） ，Cr:Fe 比率> 1.0. La passività e la sicurezza passiva (ris. 12) si verificano quando il piano passivo è più grande высокое содержание Cr (linea di tessitura), чем Fe (linea di tessitura), per cui Cr:Fe > 1,0. La superficie passivata e rugosa (Fig. 12) mostra che il film passivato ora ha un contenuto di Cr (linea rossa) maggiore di quello di Fe (linea nera) con un rapporto Cr:Fe > 1,0.
Un film passivante di ossido di cromo più sottile (< 80 Å) offre una protezione maggiore rispetto a un film di ossido di ferro cristallino spesso centinaia di angstrom, formato da un metallo di base e da uno strato di scaglia con un contenuto di ferro superiore al 65%.
La composizione chimica della superficie passivata e rugosa è ora paragonabile a quella di materiali passivati ​​e lucidati. Il sedimento nel caso 1 è un sedimento di classe 2, in grado di formarsi in situ; con l'accumulo, si formano particelle più grandi che migrano con il vapore.
In questo caso, la corrosione mostrata non porterà a gravi difetti o al deterioramento della qualità della superficie. La normale formazione di rughe ridurrà l'effetto corrosivo sulla superficie ed eliminerà la possibilità di una forte migrazione di particelle che potrebbero diventare visibili.
Nella Figura 11, i risultati AES mostrano che gli strati spessi vicino alla superficie presentano livelli più elevati di Fe e O (500 Å di ossido di ferro; linee verde limone e blu, rispettivamente), che passano a livelli di drogaggio di Fe, Ni, Cr e O. La concentrazione di Fe (linea blu) è molto più alta di quella di qualsiasi altro metallo, aumentando dal 35% in superficie a oltre il 65% nella lega.
In superficie, il livello di O (linea verde chiaro) passa da quasi il 50% nella lega a quasi zero in corrispondenza di uno spessore del film di ossido superiore a 700 Å. I livelli di Ni (linea verde scuro) e Cr (linea rossa) sono estremamente bassi in superficie (< 4%) e aumentano fino a raggiungere livelli normali (rispettivamente 11% e 17%) in profondità nella lega. I livelli di Ni (linea verde scuro) e Cr (linea rossa) sono estremamente bassi in superficie (< 4%) e aumentano fino a raggiungere livelli normali (rispettivamente 11% e 17%) in profondità nella lega. I risultati Ni (linea a bassa densità) e Cr (linea a forma di cuore) hanno una scarsa produttività (<4%) e si rivelano così crescita normale (11% e 17% соответственно) in глубине сплава. I livelli di Ni (linea verde scuro) e Cr (linea rossa) sono estremamente bassi in superficie (<4%) e aumentano fino a raggiungere livelli normali (rispettivamente 11% e 17%) in profondità nella lega.表面的Ni (深绿线) e Cr (红线)水平极低（< 4%）, il 11% e il 17%）.表面的Ni (深绿线) e 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% I risultati Ni (linea di bassa qualità) e Cr (linea di carta) sui livelli di svantaggio (<4%) e sono rivelati da educazione normale alla gliblin сплава (11% e 17% in realtà). I livelli di Ni (linea verde scuro) e Cr (linea rossa) in superficie sono estremamente bassi (<4%) e aumentano fino a raggiungere livelli normali in profondità nella lega (rispettivamente 11% e 17%).
L'immagine AES in fig. 12 mostra che lo strato di rosso (ossido di ferro) è stato rimosso e il film di passivazione è stato ripristinato. Nello strato primario di 15 Å, il livello di Cr (linea rossa) è più alto del livello di Fe (linea nera), che è un film passivo. Inizialmente, il contenuto di Ni sulla superficie era del 9%, aumentando di 60–70 Å al di sopra del livello di Cr (± 16%), e poi aumentando fino al livello della lega di 200 Å.
Partendo dal 2%, il livello di carbonio (linea blu) scende a zero a 30 Å. Il livello di Fe è inizialmente basso (< 15%) e successivamente pari al livello di Cr a 15 Å e continua ad aumentare fino al livello della lega, superiore al 65% a 150 Å. Il livello di Fe è inizialmente basso (< 15%) e successivamente pari al livello di Cr a 15 Å e continua ad aumentare fino al livello della lega, superiore al 65% a 150 Å. Il valore Fe è inferiore a 15% (< 15%), il valore Cr è superiore a 15 anni e il prodotto viene prodotto tramite un'applicazione di controllo oltre il 65% a 150 anni. Il livello di Fe è inizialmente basso (< 15%), in seguito eguaglia il livello di Cr a 15 Å e continua ad aumentare fino a raggiungere un livello di lega superiore al 65% a 150 Å. Fe (< 15%)的合金含量. Fe (< 15%)的合金含量. La concentrazione di Fe è bassa (< 15 %), la concentrazione di Cr è inferiore a 15 anni e viene prodotta completare la cooperazione più del 65% при 150 Å. Il contenuto di Fe è inizialmente basso (< 15%), in seguito eguaglia il contenuto di Cr a 15 Å e continua ad aumentare fino a quando il contenuto di lega supera il 65% a 150 Å.I livelli di Cr aumentano fino al 25% della superficie a 30 Å e diminuiscono al 17% nella lega.
L'elevato livello di O vicino alla superficie (linea verde chiaro) diminuisce a zero dopo una profondità di 120 Å. Questa analisi ha dimostrato un film di passivazione superficiale ben sviluppato. Le immagini SEM nelle figure 13 e 14 mostrano la natura cristallina ruvida, irregolare e porosa del primo e del secondo strato di ossido di ferro superficiale. La superficie rugosa mostra l'effetto della corrosione su una superficie ruvida parzialmente butterata (Figure 18-19).
Le superfici passivate e rugose mostrate nelle figure 13 e 14 non resistono a una forte ossidazione. Le figure 15 e 16 mostrano un film di passivazione ripristinato su una superficie metallica.