We gebruiken cookies om uw ervaring te verbeteren. Door verder te browsen op deze site, stemt u in met ons gebruik van cookies. Aanvullende informatie.
Farmaceutische systemen die werken met zuivere stoom omvatten generatoren, regelkleppen, verdeelleidingen of pijpleidingen, thermodynamische of evenwichtsthermostaten, drukmeters, drukregelaars, veiligheidskleppen en volumetrische accumulatoren.
De meeste van deze onderdelen zijn gemaakt van roestvrij staal 316L en bevatten fluorpolymeerpakkingen (meestal polytetrafluorethyleen, ook bekend als Teflon of PTFE), evenals halfmetalen of andere elastomere materialen.
Deze componenten zijn tijdens gebruik gevoelig voor corrosie of degradatie, wat de kwaliteit van het uiteindelijke Clean Steam (CS)-systeem beïnvloedt. In het project dat in dit artikel wordt beschreven, werden roestvrijstalen monsters uit vier CS-systeemcasestudies geëvalueerd, het risico van mogelijke corrosie-effecten op proces- en kritieke technische systemen beoordeeld en werd getest op de aanwezigheid van deeltjes en metalen in het condensaat.
Er worden monsters van gecorrodeerde leidingen en componenten van het distributiesysteem geplaatst om corrosiebijproducten te onderzoeken. 9 Voor elk specifiek geval werden verschillende oppervlaktecondities geëvalueerd. Zo werden bijvoorbeeld standaard blush- en corrosie-effecten beoordeeld.
De oppervlakken van de referentiemonsters werden beoordeeld op de aanwezigheid van aanslag door middel van visuele inspectie, Auger-elektronspectroscopie (AES), elektronspectroscopie voor chemische analyse (ESCA), scanningelektronenmicroscopie (SEM) en röntgenfoto-elektronspectroscopie (XPS).
Deze methoden kunnen de fysische en atomaire eigenschappen van corrosie en afzettingen onthullen, en tevens de belangrijkste factoren bepalen die de eigenschappen van technische vloeistoffen of eindproducten beïnvloeden.
Corrosieproducten van roestvrij staal kunnen vele vormen aannemen, zoals een karmijnrode laag ijzeroxide (bruin of rood) op het oppervlak onder of boven de laag ijzeroxide (zwart of grijs)². Het vermogen om stroomafwaarts te migreren.
De ijzeroxidelaag (zwarte aanslag) kan na verloop van tijd dikker worden naarmate de afzettingen duidelijker zichtbaar worden, zoals blijkt uit de deeltjes of afzettingen die na stoomsterilisatie zichtbaar zijn op de oppervlakken van de sterilisatiekamer en apparatuur of containers; er is sprake van migratie. Laboratoriumanalyse van condensaatmonsters toonde de verspreide aard van het slib en de hoeveelheid oplosbare metalen in de CS-vloeistof aan.
Hoewel er veel oorzaken voor dit fenomeen zijn, is de CS-generator meestal de belangrijkste boosdoener. Het is niet ongebruikelijk om rood ijzeroxide (bruin/rood) op oppervlakken en ijzeroxide (zwart/grijs) in ventilatieopeningen aan te treffen, dat zich langzaam door het CS-distributiesysteem verspreidt. 6
Het CS-distributiesysteem is een vertakkingssysteem met meerdere gebruikspunten die eindigen in afgelegen gebieden of aan het einde van de hoofdleiding en diverse aftakkingen. Het systeem kan een aantal regelaars bevatten om de druk/temperatuur te verlagen op specifieke gebruikspunten die mogelijk corrosiegevoelig zijn.
Corrosie kan ook optreden in hygiënisch ontworpen condenspotten die op verschillende punten in het systeem zijn geplaatst om condens en lucht te verwijderen uit de schone stoom die door de condenspot, de stroomafwaartse leidingen/afvoerleidingen of de condensverdeelbuis stroomt.
In de meeste gevallen is omgekeerde migratie waarschijnlijk, waarbij roestafzettingen zich ophopen in de opvangbak en stroomopwaarts groeien in en voorbij aangrenzende pijpleidingen of verdeelpunten; roest die zich vormt in opvangbakken of andere componenten kan stroomopwaarts van de bron worden waargenomen, met constante migratie stroomafwaarts en stroomopwaarts.
Sommige roestvrijstalen componenten vertonen ook verschillende matige tot hoge concentraties metallurgische structuren, waaronder deltaferriet. Men vermoedt dat ferrietkristallen de corrosiebestendigheid verminderen, zelfs als ze slechts in een concentratie van 1-5% aanwezig zijn.
Ferriet is ook minder corrosiebestendig dan de austenitische kristalstructuur, waardoor het bij voorkeur corrodeert. Ferrieten kunnen nauwkeurig worden gedetecteerd met een ferrietsonde en redelijk nauwkeurig met een magneet, maar er zijn aanzienlijke beperkingen.
Vanaf de systeemconfiguratie, via de eerste inbedrijfstelling, tot de opstart van een nieuwe CS-generator en distributieleidingen, zijn er een aantal factoren die bijdragen aan corrosie:
Na verloop van tijd kunnen corrosieve elementen zoals deze corrosieproducten produceren wanneer ze in contact komen met mengsels van ijzer en ijzer. Zwarte roet is meestal eerst zichtbaar in de generator, vervolgens in de persleiding van de generator en uiteindelijk in het gehele CS-distributiesysteem.
SEM-analyse werd uitgevoerd om de microstructuur van corrosiebijproducten te onthullen die het gehele oppervlak bedekken met kristallen en andere deeltjes. De achtergrond of het onderliggende oppervlak waarop de deeltjes zich bevinden, varieert van verschillende ijzersoorten (fig. 1-3) tot gangbare monsters, namelijk silica/ijzer, zandige, glasachtige en homogene afzettingen (fig. 4). De balg van de stoomafscheider werd ook geanalyseerd (fig. 5-6).
AES-testen zijn een analytische methode die wordt gebruikt om de oppervlaktechemie van roestvrij staal te bepalen en de corrosiebestendigheid ervan vast te stellen. De test toont ook de aantasting van de passiveringslaag en de afname van de chroomconcentratie in de passiveringslaag naarmate het oppervlak door corrosie verslechtert.
Om de elementaire samenstelling van het oppervlak van elk monster te karakteriseren, werden AES-scans (concentratieprofielen van oppervlakte-elementen over de diepte) gebruikt.
Elke locatie die voor SEM-analyse en -augmentatie is gebruikt, is zorgvuldig geselecteerd om informatie te verkrijgen uit representatieve gebieden. Elk onderzoek leverde informatie op van de bovenste paar moleculaire lagen (geschat op 10 Å per laag) tot de diepte van de metaallegering (200–1000 Å).
In alle regio's van Rouge zijn aanzienlijke hoeveelheden ijzer (Fe), chroom (Cr), nikkel (Ni), zuurstof (O) en koolstof (C) aangetroffen. AES-gegevens en -resultaten worden beschreven in het gedeelte over de casestudie.
De algemene AES-resultaten voor de begincondities tonen aan dat er sterke oxidatie optreedt bij monsters met ongebruikelijk hoge concentraties Fe en O (ijzeroxiden) en een laag Cr-gehalte aan het oppervlak. Deze roodbruine afzetting leidt tot het vrijkomen van deeltjes die het product en oppervlakken die ermee in contact komen, kunnen verontreinigen.
Nadat de waas was verwijderd, vertoonden de "gepassiveerde" monsters een volledig herstel van de passieve laag, waarbij Cr hogere concentraties bereikte dan Fe, met een Cr:Fe-oppervlakteverhouding variërend van 1,0 tot 2,0 en een algehele afwezigheid van ijzeroxide.
Verschillende ruwe oppervlakken werden geanalyseerd met behulp van XPS/ESCA om de elementconcentraties en spectrale oxidatietoestanden van Fe, Cr, zwavel (S), calcium (Ca), natrium (Na), fosfor (P), stikstof (N), O en C te vergelijken (tabel A).
Er is een duidelijk verschil in chroomgehalte, van waarden dicht bij de passiveringslaag tot lagere waarden die doorgaans in basislegeringen worden aangetroffen. De hoeveelheden ijzer en chroom die op het oppervlak worden aangetroffen, duiden op verschillende diktes en gradaties van roestafzettingen. XPS-testen hebben een toename van natrium, koolstof of calcium aangetoond op ruwe oppervlakken in vergelijking met gereinigde en gepassiveerde oppervlakken.
XPS-testen toonden ook hoge concentraties koolstof (C) in ijzerrood (zwart) en Fe(x)O(y) (ijzeroxide) in rood aan. XPS-gegevens zijn niet bruikbaar voor het begrijpen van oppervlakteveranderingen tijdens corrosie, omdat ze zowel het rode metaal als het basismetaal analyseren. Aanvullende XPS-testen met grotere monsters zijn nodig om de resultaten correct te kunnen beoordelen.
Eerdere auteurs hadden ook moeite met het evalueren van XPS-gegevens.¹⁰ Veldobservaties tijdens het verwijderingsproces hebben aangetoond dat het koolstofgehalte hoog is en meestal tijdens de verwerking door filtratie wordt verwijderd. SEM-microfoto's die vóór en na de rimpelverwijderingsbehandeling zijn genomen, illustreren de oppervlakteschade die door deze afzettingen wordt veroorzaakt, waaronder putcorrosie en porositeit, die rechtstreeks van invloed zijn op corrosie.
De XPS-resultaten na passivering toonden aan dat de Cr:Fe-verhouding aan het oppervlak veel hoger was toen de passiveringslaag opnieuw werd gevormd, waardoor de corrosiesnelheid en andere nadelige effecten op het oppervlak werden verminderd.
De couponmonsters vertoonden een significante toename in de Cr:Fe-verhouding tussen het onbehandelde oppervlak en het gepassiveerde oppervlak. De initiële Cr:Fe-verhoudingen werden getest in het bereik van 0,6 tot 1,0, terwijl de passiveringsverhoudingen na de behandeling varieerden van 1,0 tot 2,5. De waarden voor elektrolytisch gepolijst en gepassiveerd roestvrij staal liggen tussen 1,5 en 2,5.
In de monsters die nabewerkt werden, varieerde de maximale diepte van de Cr:Fe-verhouding (vastgesteld met behulp van AES) van 3 tot 16 Å. Deze waarden komen goed overeen met gegevens uit eerdere studies gepubliceerd door Coleman² en Roll.⁹ De oppervlakken van alle monsters vertoonden standaardniveaus van Fe, Ni, O, Cr en C. Lage niveaus van P, Cl, S, N, Ca en Na werden ook in de meeste monsters aangetroffen.
Deze resten zijn kenmerkend voor chemische reinigingsmiddelen, gezuiverd water of elektropolijsten. Bij nader onderzoek werd enige siliciumverontreiniging aangetroffen op het oppervlak en op verschillende niveaus in het austenietkristal zelf. De bron lijkt het silicagehalte van het water/de stoom, mechanische polijstmiddelen of opgelost of geëtst kijkglas in de CS-generatiecel te zijn.
De corrosieproducten die in CS-systemen worden aangetroffen, blijken sterk te variëren. Dit komt door de wisselende omstandigheden in deze systemen en de plaatsing van diverse componenten zoals kleppen, condenspotten en andere accessoires, die kunnen leiden tot corrosieve omstandigheden en corrosieproducten.
Daarnaast worden er vaak vervangende onderdelen in het systeem geïntroduceerd die niet goed gepassiveerd zijn. Corrosieproducten worden ook aanzienlijk beïnvloed door het ontwerp van de CS-generator en de waterkwaliteit. Sommige generatorsets zijn reboilers, terwijl andere buisvormige flashers zijn. CS-generatoren gebruiken doorgaans eindzeven om vocht uit schone stoom te verwijderen, terwijl andere generatoren schotten of cyclonen gebruiken.
Sommige vormen een bijna volledig ijzeren patina in de verdeelbuis en de rode ijzeren bekleding ervan. Het schotblok vormt een zwarte ijzerfilm met daaronder een ijzeroxide-aanslag en creëert een tweede verschijnsel aan het oppervlak in de vorm van een roetachtige aanslag die gemakkelijker van het oppervlak te verwijderen is.
Doorgaans is deze ijzerhoudende roetachtige afzetting veel prominenter aanwezig dan de ijzerrode afzetting en is deze ook beweeglijker. Door de verhoogde oxidatietoestand van het ijzer in het condensaat, bestaat het slib dat zich in het condensaatkanaal onderin de verdeelleiding vormt, uit ijzeroxideslib bovenop het ijzerslib.
De ijzeroxideaanslag loopt door de condenscollector, wordt zichtbaar in de afvoer en de bovenste laag kan gemakkelijk van het oppervlak worden afgewreven. De waterkwaliteit speelt een belangrijke rol in de chemische samenstelling van de aanslag.
Een hoger koolwaterstofgehalte resulteert in te veel roet in lippenstift, terwijl een hoger silicagehalte een gladde of glanzende lippenstiftlaag oplevert. Zoals eerder vermeld, zijn waterpeilglazen ook gevoelig voor corrosie, waardoor vuil en silica in het systeem terecht kunnen komen.
Het stoompistool vormt een risico in stoomsystemen, omdat er dikke lagen kunnen ontstaan ​​die deeltjes vormen. Deze deeltjes bevinden zich op stoomoppervlakken of in stoomsterilisatieapparatuur. In de volgende paragrafen worden mogelijke effecten van het geneesmiddel beschreven.
De SEM-afbeeldingen van de onbewerkte monsters in figuren 7 en 8 tonen het microkristallijne karakter van klasse 2 karmijn in geval 1. Op het oppervlak vormde zich een bijzonder dichte matrix van ijzeroxidekristallen in de vorm van een fijnkorrelig residu. Gedecontamineerde en gepassiveerde oppervlakken vertoonden corrosieschade, resulterend in een ruwe en licht poreuze oppervlaktestructuur, zoals weergegeven in figuren 9 en 10.
De NPP-scan in figuur 11 toont de begintoestand van het oorspronkelijke oppervlak met een dikke laag ijzeroxide erop. Het gepassiveerde en ontroeste oppervlak (Figuur 12) laat zien dat de passieve film nu een verhoogd Cr-gehalte (rode lijn) heeft ten opzichte van het Fe-gehalte (zwarte lijn) bij een Cr:Fe-verhouding van > 1,0. Het gepassiveerde en ontroeste oppervlak (Figuur 12) laat zien dat de passieve film nu een verhoogd Cr-gehalte (rode lijn) heeft ten opzichte van het Fe-gehalte (zwarte lijn) bij een Cr:Fe-verhouding van > 1,0. Het is mogelijk om dit te doen (vanaf 12) en dit is de beste manier om dit te doen повышенное содержание Cr (красная Cr:Fe > 1,0. Het gepassiveerde en energieloze oppervlak (Fig. 12) laat zien dat de passieve film nu een verhoogd gehalte aan Cr (rode lijn) heeft ten opzichte van Fe (zwarte lijn) bij een Cr:Fe-verhouding > 1,0.比率> 1,0。 Cr（红线）含量高于Fe（黑线），Cr:Fe 比率> 1,0。 Het is mogelijk om dit te doen (vanaf 12) en het is mogelijk om dit te doen более высокое содержание Cr (красная линия), чем Fe (черная линия), при соотношении Cr:Fe > 1,0. Het gepassiveerde en gerimpelde oppervlak (Fig. 12) laat zien dat de gepassiveerde film nu een hoger Cr-gehalte (rode lijn) heeft dan Fe (zwarte lijn) bij een Cr:Fe-verhouding > 1,0.
Een dunnere (< 80 Å) passiverende chroomoxidefilm biedt meer bescherming dan een honderden angstrom dikke kristallijne ijzeroxidefilm tegen een basismetaal en een schilferlaag met een ijzergehalte van meer dan 65%.
De chemische samenstelling van het gepassiveerde en gerimpelde oppervlak is nu vergelijkbaar met die van gepassiveerde, gepolijste materialen. Het sediment in geval 1 is een klasse 2-sediment dat in situ kan worden gevormd; naarmate het zich ophoopt, worden grotere deeltjes gevormd die met de stoom meedrijven.
In dit geval zal de getoonde corrosie niet leiden tot ernstige gebreken of verslechtering van de oppervlaktekwaliteit. Normale rimpeling vermindert het corrosieve effect op het oppervlak en sluit de mogelijkheid uit van sterke migratie van deeltjes die zichtbaar zouden kunnen worden.
In figuur 11 laten de AES-resultaten zien dat dikke lagen nabij het oppervlak hogere concentraties Fe en O bevatten (500 Å ijzeroxide; respectievelijk citroengroene en blauwe lijnen), die overgaan in gedoteerde concentraties van Fe, Ni, Cr en O. De Fe-concentratie (blauwe lijn) is veel hoger dan die van elk ander metaal, en stijgt van 35% aan het oppervlak tot meer dan 65% in de legering.
Aan het oppervlak daalt het zuurstofgehalte (lichtgroene lijn) van bijna 50% in de legering tot bijna nul bij een oxidefilmdikte van meer dan 700 Å. De Ni- (donkergroene lijn) en Cr- (rode lijn) -gehaltes zijn extreem laag aan het oppervlak (< 4%) en stijgen tot normale niveaus (respectievelijk 11% en 17%) op grotere diepte in de legering. De Ni- (donkergroene lijn) en Cr- (rode lijn) -gehaltes zijn extreem laag aan het oppervlak (< 4%) en stijgen tot normale niveaus (respectievelijk 11% en 17%) op grotere diepte in de legering. Ni (темно-зеленая линия) en Cr (красная линия) чрезвычайно низки op поверхности (<4%) en увеличиваются до нормального уровня (11% en 17% соответственно) in het apparaat. De concentraties van Ni (donkergroene lijn) en Cr (rode lijn) zijn extreem laag aan het oppervlak (<4%) en nemen toe tot normale niveaus (respectievelijk 11% en 17%) dieper in de legering.表面的Ni（深绿线）和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% en 17%）。表面的Ni（深绿线）和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% Ni (темно-зеленая линия) en Cr (красная линия) op поверхности чрезвычайно низки (<4%) en u kunt uw geld verdienen met uw geld сплава (11% en 17% соответственно). De concentraties van Ni (donkergroene lijn) en Cr (rode lijn) aan het oppervlak zijn extreem laag (<4%) en nemen toe tot normale niveaus dieper in de legering (respectievelijk 11% en 17%).
De AES-afbeelding in figuur 12 laat zien dat de rode laag (ijzeroxide) is verwijderd en de passiveringslaag is hersteld. In de primaire laag van 15 Å is het Cr-gehalte (rode lijn) hoger dan het Fe-gehalte (zwarte lijn), wat duidt op een passiveringslaag. Aanvankelijk was het Ni-gehalte aan het oppervlak 9%, dat met 60-70 Å boven het Cr-gehalte toenam (± 16%), en vervolgens steeg tot het legeringsniveau van 200 Å.
Vanaf 2% daalt het koolstofgehalte (blauwe lijn) tot nul bij 30 Å. Het Fe-gehalte is aanvankelijk laag (< 15%) en later gelijk aan het Cr-gehalte bij 15 Å, waarna het verder toeneemt tot het legeringsniveau van meer dan 65% bij 150 Å. Het Fe-gehalte is aanvankelijk laag (< 15%) en later gelijk aan het Cr-gehalte bij 15 Å, waarna het verder toeneemt tot het legeringsniveau van meer dan 65% bij 150 Å. Уровень Fe вначале низкий (< 15%), позже равен уровню Cr при 15 Å en продолжает увеличиваться до уровня сплава более 65% при 150 Å. Het ijzergehalte is aanvankelijk laag (< 15%), bereikt later hetzelfde niveau als het chroomgehalte bij 15 Å en blijft stijgen tot een legeringsgehalte van meer dan 65% bij 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。 Содержание Fe изначально низкое (< 15 %), позже оно равняется содержанию Cr при 15 Å en продолжает percentage van 65 % при 150 Å. Het ijzergehalte is aanvankelijk laag (< 15%), later is het gelijk aan het chroomgehalte bij 15 Å en blijft het toenemen totdat het legeringsgehalte meer dan 65% bedraagt ​​bij 150 Å.Het chroomgehalte stijgt tot 25% van het oppervlak bij 30 Å en daalt tot 17% in de legering.
Het verhoogde zuurstofgehalte nabij het oppervlak (lichtgroene lijn) daalt tot nul na een diepte van 120 Å. Deze analyse toonde een goed ontwikkelde passiveringslaag aan. De SEM-foto's in figuren 13 en 14 laten de ruwe, poreuze en kristallijne structuur van de eerste en tweede ijzeroxidelagen aan het oppervlak zien. Het gerimpelde oppervlak toont het effect van corrosie op een gedeeltelijk gecorrodeerd ruw oppervlak (figuren 18-19).
De gepassiveerde en gerimpelde oppervlakken die in figuren 13 en 14 worden getoond, zijn niet bestand tegen ernstige oxidatie. Figuren 15 en 16 tonen een herstelde passiveringslaag op een metalen oppervlak.