We gebruiken cookies om uw ervaring te verbeteren. Door verder te bladeren op deze site, gaat u akkoord met ons gebruik van cookies. Aanvullende informatie.
Farmaceutische systemen met zuivere stoom omvatten generatoren, regelkleppen, distributieleidingen of -pijpleidingen, thermodynamische of evenwichtsthermostatische vallen, drukmeters, drukregelaars, veiligheidsventielen en volumetrische accumulatoren.
De meeste van deze onderdelen zijn gemaakt van roestvrij staal 316 L en bevatten fluorpolymeerpakkingen (meestal polytetrafluorethyleen, ook bekend als Teflon of PTFE), evenals halfmetalen of andere elastische materialen.
Deze componenten zijn gevoelig voor corrosie of degradatie tijdens gebruik, wat de kwaliteit van de voltooide Clean Steam (CS)-installatie beïnvloedt. Het project dat in dit artikel wordt beschreven, evalueerde roestvrijstalen monsters uit vier casestudies van CS-systemen, beoordeelde het risico van mogelijke corrosie-effecten op proces- en kritieke technische systemen en testte op deeltjes en metalen in condensaat.
Er worden monsters van gecorrodeerde leiding- en distributiesysteemcomponenten geplaatst om corrosiebijproducten te onderzoeken. 9 Voor elk specifiek geval werden verschillende oppervlaktecondities geëvalueerd. Zo werden bijvoorbeeld standaardblozen en corrosie-effecten geëvalueerd.
De oppervlakken van de referentiemonsters werden beoordeeld op de aanwezigheid van bloosafzettingen met behulp van visuele inspectie, Auger-elektronenspectroscopie (AES), elektronenspectroscopie voor chemische analyse (ESCA), scanning elektronenmicroscopie (SEM) en röntgenfoto-elektronenspectroscopie (XPS).
Met deze methoden kunnen de fysieke en atomaire eigenschappen van corrosie en afzettingen worden onthuld, evenals de sleutelfactoren die de eigenschappen van technische vloeistoffen of eindproducten beïnvloeden.
Corrosieproducten van roestvast 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). Mogelijkheid om stroomafwaarts te migreren.
De ijzeroxidelaag (zwarte waas) kan na verloop van tijd dikker worden naarmate de afzettingen duidelijker worden, zoals blijkt uit zichtbare deeltjes of afzettingen op de oppervlakken van de sterilisatiekamer en apparatuur of containers. Na stoomsterilisatie treedt er migratie op. Laboratoriumanalyse van condensaatmonsters toonde de verspreide aard van het slib en de hoeveelheid oplosbare metalen in de CS-vloeistof aan.
Hoewel er vele oorzaken voor dit fenomeen zijn, is de CS-generator meestal de belangrijkste veroorzaker. Het is niet ongebruikelijk om rood ijzeroxide (bruin/rood) op oppervlakken aan te treffen en ijzeroxide (zwart/grijs) in ventilatieopeningen die langzaam door het CS-distributiesysteem migreren. 6
Het CS-distributiesysteem is een vertakkende configuratie met meerdere gebruikspunten die eindigen op afgelegen gebieden of aan het einde van de hoofdleiding en diverse vertakkende subleidingen. Het systeem kan een aantal regelaars bevatten om druk-/temperatuurverlaging te initiëren op specifieke gebruikspunten die potentiële corrosiepunten kunnen zijn.
Corrosie kan ook optreden in hygiënisch ontworpen condenspotten die op verschillende punten in het systeem zijn geplaatst om condensaat en lucht te verwijderen uit de schone stoom die door de condenspot, de stroomafwaartse leidingen/afvoerleidingen of de condensaatverdeler stroomt.
In de meeste gevallen is er sprake van omgekeerde migratie als roestafzettingen zich ophopen op de condenspot en zich stroomopwaarts uitbreiden naar en voorbij aangrenzende pijpleidingen of verzamelpunten van het gebruikspunt. Roest die ontstaat in condenspotten of andere onderdelen is stroomopwaarts van de bron zichtbaar, met constante migratie stroomafwaarts en stroomopwaarts.
Sommige roestvrijstalen componenten vertonen ook diverse matige tot hoge niveaus van metallurgische structuren, waaronder deltaferriet. Ferrietkristallen zouden de corrosieweerstand verminderen, ook al zijn ze soms maar in 1-5% aanwezig.
Ferriet is ook minder corrosiebestendig dan de austenitische kristalstructuur, waardoor het bij voorkeur corrodeert. Ferrieten kunnen nauwkeurig worden gedetecteerd met een ferrietsonde en semi-nauwkeurig met een magneet, maar er zijn aanzienlijke beperkingen.
Vanaf de installatie van het systeem, via de eerste inbedrijfstelling en 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, zich verbinden met en overlappen met mengsels van ijzer en ijzer. Zwarte roet is meestal eerst zichtbaar in de generator, vervolgens in de afvoerleidingen van de generator en uiteindelijk in het gehele CS-distributiesysteem.
Er werd een SEM-analyse 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 worden aangetroffen, varieert van verschillende ijzersoorten (Fig. 1-3) tot gangbare monsters, namelijk silica/ijzer, zanderige, glasachtige en homogene afzettingen (Fig. 4). De balgen van de condenspot werden ook geanalyseerd (Fig. 5-6).
AES-testen zijn een analytische methode die wordt gebruikt om de oppervlaktechemie van roestvast staal te bepalen en de corrosieweerstand ervan te diagnosticeren. Het toont ook de verslechtering van de passieve film en de afname van de chroomconcentratie in de passieve film 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 verstrekken over typische regio's. Elke studie 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 de casestudy.
De algehele AES-resultaten voor de initiële omstandigheden laten zien dat er sterke oxidatie optreedt op monsters met ongewoon hoge concentraties Fe en O (ijzeroxiden) en een laag Cr-gehalte op het oppervlak. Deze roodachtige afzetting resulteert in het vrijkomen van deeltjes die het product en de oppervlakken die ermee in contact komen, kunnen verontreinigen.
Nadat de blos was verwijderd, vertoonden de ‘gepassiveerde’ monsters een volledig herstel van de passieve film, waarbij Cr hogere concentratieniveaus 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 XPS/ESCA om elementconcentraties en spectrale oxidatietoestanden van Fe, Cr, zwavel (S), calcium (Ca), natrium (Na), fosfor (P), stikstof (N) en O. en C te vergelijken (tabel A).
Er is een duidelijk verschil in het Cr-gehalte, van waarden dicht bij de passiveringslaag tot lagere waarden die doorgaans in basislegeringen worden aangetroffen. De ijzer- en chroomgehaltes op het oppervlak vertegenwoordigen verschillende diktes en gradaties van rouge-afzettingen. XPS-tests hebben een toename van Na, C of Ca op ruwe oppervlakken aangetoond in vergelijking met gereinigde en gepassiveerde oppervlakken.
XPS-testen toonden ook hoge concentraties C aan in ijzerrood (zwart) en Fe(x)O(y) (ijzeroxide) in rood. XPS-gegevens zijn niet bruikbaar voor het begrijpen van oppervlakteveranderingen tijdens corrosie, omdat ze zowel het rode metaal als het basismetaal evalueren. Aanvullende XPS-testen met grotere monsters zijn vereist om de resultaten correct te evalueren.
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 door middel van filtratie tijdens de verwerking wordt verwijderd. SEM-microfoto's, gemaakt vóór en na de rimpelverwijderingsbehandeling, illustreren de oppervlakteschade die door deze afzettingen wordt veroorzaakt, waaronder putcorrosie en porositeit, die direct van invloed zijn op corrosie.
De XPS-resultaten na passivering lieten zien dat de Cr:Fe-verhouding op het oppervlak veel hoger was toen de passiveringsfilm 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 "as is"-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 roestvast staal liggen tussen 1,5 en 2,5.
In de monsters die nabewerking ondergingen, varieerde de maximale diepte van de Cr:Fe-verhouding (vastgesteld met behulp van AES) van 3 tot 16 Å. Deze komen gunstig overeen met gegevens uit eerdere studies gepubliceerd door Coleman2 en Roll. 9 De oppervlakken van alle monsters hadden standaardgehaltes aan Fe, Ni, O, Cr en C. Lage gehaltes aan P, Cl, S, N, Ca en Na werden ook in de meeste monsters aangetroffen.
Deze residuen zijn typisch voor chemische reinigingsmiddelen, gezuiverd water of elektrolytisch polijsten. Na verdere analyse werd enige siliciumverontreiniging aangetroffen op het oppervlak en op verschillende niveaus van 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.
Corrosieproducten in CS-systemen variëren sterk. Dit komt door de wisselende omstandigheden in deze systemen en de plaatsing van verschillende componenten, zoals kleppen, sifons en andere accessoires, die kunnen leiden tot corrosieve omstandigheden en corrosieproducten.
Bovendien worden er vaak vervangende componenten 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 typen generatorsets zijn reboilers, terwijl andere buisvormige flashers zijn. CS-generatoren gebruiken doorgaans eindschermen om vocht uit schone stoom te verwijderen, terwijl andere generatoren gebruikmaken van schotten of cyclonen.
Sommige produceren een bijna solide ijzerpatina in de verdeelbuis en het rode ijzer dat deze bedekt. ​​Het geblokte blok vormt een zwarte ijzerfilm met een ijzeroxidelaag eronder en creëert een tweede oppervlakteverschijnsel in de vorm van een roetachtige laag die gemakkelijker van het oppervlak te vegen is.
Deze ijzerhoudende roetachtige afzetting is doorgaans veel sterker aanwezig dan de ijzerrode afzetting en is mobieler. Door de verhoogde oxidatietoestand van het ijzer in het condensaat vormt zich in het condensaatkanaal onderin de distributieleiding ijzeroxideslib bovenop het ijzerslib.
De ijzeroxide-blos passeert de condenswateropvangbak, wordt zichtbaar in de afvoer en de bovenste laag is gemakkelijk van het oppervlak te wrijven. De waterkwaliteit speelt een belangrijke rol in de chemische samenstelling van de blush.
Een hoger koolwaterstofgehalte resulteert in te veel roet in lippenstift, terwijl een hoger silicagehalte resulteert in een hoger silicagehalte, wat resulteert in een gladde of glanzende lippenstiftlaag. Zoals eerder vermeld, zijn peilglazen ook gevoelig voor corrosie, waardoor vuil en silica in het systeem kunnen komen.
Het pistool is een reden tot bezorgdheid in stoomsystemen, omdat er dikke lagen kunnen ontstaan ​​die deeltjes vormen. Deze deeltjes bevinden zich op stoomoppervlakken of in stoomsterilisatieapparatuur. De volgende paragrafen beschrijven mogelijke effecten van geneesmiddelen.
De As-Is SEM's in figuur 7 en 8 tonen de microkristallijne aard van klasse 2 karmijn in geval 1. Een bijzonder dichte matrix van ijzeroxidekristallen vormde zich op het oppervlak in de vorm van een fijnkorrelig residu. Gedecontamineerde en gepassiveerde oppervlakken vertoonden corrosieschade, resulterend in een ruwe en licht poreuze oppervlaktetextuur, zoals weergegeven in figuur 9 en 10.
De NPP-scan in figuur 11 toont de begintoestand van het oorspronkelijke oppervlak met zwaar ijzeroxide erop. Het gepassiveerde en van rouge ontdane oppervlak (figuur 12) geeft aan dat de passieve film nu een verhoogd Cr-gehalte (rode lijn) heeft boven het Fe-gehalte (zwarte lijn) bij een Cr:Fe-verhouding van > 1,0. Het gepassiveerde en van rouge ontdane oppervlak (figuur 12) geeft aan dat de passieve film nu een verhoogd Cr-gehalte (rode lijn) heeft boven het Fe-gehalte (zwarte lijn) bij een Cr:Fe-verhouding van > 1,0. Het apparaat en het apparaat kunnen op de juiste manier worden weergegeven (12) повышенное содержание Cr Cr:Fe > 1,0. Het gepassiveerde en spanningsloze oppervlak (fig. 12) geeft aan dat de passieve film nu een verhoogd Cr-gehalte (rode lijn) heeft ten opzichte van Fe (zwarte lijn) bij een verhouding van Cr:Fe > 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 van een basismetaal en een schaallaag met een ijzergehalte van meer dan 65%.
De chemische samenstelling van het gepassiveerde en gekreukelde 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, ontstaan ​​er grotere deeltjes die met de stoom mee migreren.
In dit geval zal de getoonde corrosie niet leiden tot ernstige gebreken of verslechtering van de oppervlaktekwaliteit. Normale plooivorming vermindert de corrosieve werking op het oppervlak en elimineert de mogelijkheid van sterke migratie van zichtbare deeltjes.
Uit Figuur 11 blijkt uit de AES-resultaten dat dikke lagen dicht bij het oppervlak hogere niveaus van Fe en O bevatten (500 Å ijzeroxide; respectievelijk citroengroene en blauwe lijnen), die overgaan in gedoteerde niveaus van Fe, Ni, Cr en O. De Fe-concentratie (blauwe lijn) is veel hoger dan die van enig ander metaal, en neemt toe van 35% aan het oppervlak tot meer dan 65% in de legering.
Aan het oppervlak daalt het O-niveau (lichtgroene lijn) van bijna 50% in de legering naar bijna nul bij een oxidelaagdikte van meer dan 700 Å. De Ni- (donkergroene lijn) en Cr- (rode lijn) gehaltes zijn extreem laag aan het oppervlak (< 4%) en stijgen naar normale niveaus (respectievelijk 11% en 17%) naarmate de legering dieper komt. De Ni- (donkergroene lijn) en Cr- (rode lijn) gehaltes zijn extreem laag aan het oppervlak (< 4%) en stijgen naar normale niveaus (respectievelijk 11% en 17%) naarmate de legering dieper komt. 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 gehaltes van Ni (donkergroene lijn) en Cr (rode lijn) zijn extreem laag aan het oppervlak (<4%) en stijgen tot normale niveaus (respectievelijk 11% en 17%) diep 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 gehaltes van Ni (donkergroene lijn) en Cr (rode lijn) aan het oppervlak zijn extreem laag (<4%) en stijgen tot normale niveaus diep in de legering (respectievelijk 11% en 17%).
De AES-afbeelding in figuur 12 laat zien dat de rouge (ijzeroxide)laag is verwijderd en de passiveringsfilm is hersteld. In de primaire laag van 15 Å is het Cr-gehalte (rode lijn) hoger dan het Fe-gehalte (zwarte lijn), wat een passieve film is. Aanvankelijk bedroeg het Ni-gehalte aan het oppervlak 9%, nam dit toe met 60-70 Å boven het Cr-gehalte (± 16%) en steeg vervolgens tot het legeringsniveau van 200 Å.
Vanaf 2% daalt het koolstofgehalte (blauwe lijn) naar nul bij 30 Å. Het Fe-gehalte is in eerste instantie laag (< 15%) en later gelijk aan het Cr-gehalte bij 15 Å en blijft stijgen tot het legeringsniveau van meer dan 65% bij 150 Å. Het Fe-gehalte is in eerste instantie laag (< 15%) en later gelijk aan het Cr-gehalte bij 15 Å en blijft stijgen 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 Fe-gehalte is in eerste instantie laag (< 15%), bereikt later het Cr-gehalte bij 15 Å en blijft stijgen tot ruim 65% van het legeringsniveau 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 % per 150 Å. Het Fe-gehalte is in het begin laag (< 15%), bereikt later het Cr-gehalte bij 15 Å en blijft toenemen totdat het legeringsgehalte meer dan 65% bedraagt ​​bij 150 Å.Het Cr-gehalte neemt toe tot 25% van het oppervlak bij 30 Å en neemt af tot 17% in de legering.
Het verhoogde O-niveau nabij het oppervlak (lichtgroene lijn) daalt tot nul na een diepte van 120 Å. Deze analyse toonde een goed ontwikkelde oppervlaktepassiveringsfilm aan. De SEM-foto's in figuur 13 en 14 tonen de ruwe, ruwe en poreuze kristallijne aard van de eerste en tweede ijzeroxidelaag aan het oppervlak. Het gerimpelde oppervlak toont het effect van corrosie op een gedeeltelijk gepit ruw oppervlak (figuren 18-19).
De gepassiveerde en gerimpelde oppervlakken in figuur 13 en 14 zijn niet bestand tegen ernstige oxidatie. Figuur 15 en 16 tonen een herstelde passiveringsfilm op een metaaloppervlak.