Używamy plików cookie, aby poprawić Twoje doświadczenia. Kontynuując przeglądanie tej witryny, zgadzasz się na używanie przez nas plików cookie. Dodatkowe informacje.
Do systemów farmaceutycznych wykorzystujących czystą parę należą generatory, zawory regulacyjne, rury lub rurociągi dystrybucyjne, termostatyczne lub równowagowe pułapki termostatyczne, manometry, reduktory ciśnienia, zawory bezpieczeństwa i akumulatory objętościowe.
Większość tych części wykonana jest ze stali nierdzewnej 316 L i zawiera uszczelki fluoropolimerowe (zwykle z politetrafluoroetylenu, znanego również jako teflon lub PTFE), a także półmetaliczne lub inne materiały elastomerowe.
Te komponenty są podatne na korozję lub degradację podczas użytkowania, co wpływa na jakość gotowego urządzenia Clean Steam (CS). Projekt szczegółowo opisany w tym artykule oceniał próbki stali nierdzewnej z czterech studiów przypadków systemów CS, oceniał ryzyko potencjalnego wpływu korozji na procesy i krytyczne systemy inżynieryjne oraz testował obecność cząstek stałych i metali w kondensacie.
Próbki skorodowanych elementów rurociągów i systemów dystrybucyjnych umieszczane są w celu zbadania produktów ubocznych korozji. 9 W każdym konkretnym przypadku oceniano różne stany powierzchni. Na przykład oceniano standardowe efekty rumieńca i korozji.
Powierzchnie próbek referencyjnych poddano ocenie pod kątem obecności osadów rumieńców za pomocą kontroli wizualnej, spektroskopii elektronowej Augera (AES), spektroskopii elektronowej do analizy chemicznej (ESCA), skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) i rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronowej (XPS).
Metody te pozwalają na ujawnienie fizycznych i atomowych właściwości korozji i osadów, a także określenie kluczowych czynników wpływających na właściwości płynów technicznych lub produktów końcowych.
Produkty korozji stali nierdzewnej mogą przybierać różne formy, takie jak karminowa warstwa tlenku żelaza (brązowa lub czerwona) na powierzchni poniżej lub powyżej warstwy tlenku żelaza (czarnej lub szarej)2. Zdolność do migracji w dół.
Warstwa tlenku żelaza (czarny rumieniec) może z czasem gęstnieć, ponieważ osady stają się bardziej widoczne, o czym świadczą widoczne cząstki lub osady na powierzchniach komory sterylizacyjnej i sprzętu lub pojemników po sterylizacji parowej, występuje migracja. Analiza laboratoryjna próbek kondensatu wykazała rozproszony charakter osadu i ilość rozpuszczalnych metali w płynie CS. cztery
Chociaż istnieje wiele przyczyn tego zjawiska, generator CS jest zwykle głównym czynnikiem. Nie jest rzadkością znalezienie czerwonego tlenku żelaza (brązowy/czerwony) na powierzchniach i tlenku żelaza (czarny/szary) w otworach wentylacyjnych, które powoli migrują przez system dystrybucji CS. 6
System dystrybucji CS to rozgałęziona konfiguracja z wieloma punktami użytkowania kończącymi się w odległych obszarach lub na końcu głównego nagłówka i różnymi podnagłówkami rozgałęzień. System może obejmować szereg regulatorów, które pomagają zainicjować redukcję ciśnienia/temperatury w określonych punktach użytkowania, które mogą być potencjalnymi punktami korozji.
Korozja może również wystąpić w syfonach o higienicznej konstrukcji, które umieszczane są w różnych punktach systemu w celu usuwania kondensatu i powietrza z czystej pary przepływającej przez syfon, rurociągi za nim/odpływowe lub kolektor kondensatu.
W większości przypadków migracja wsteczna jest prawdopodobna, gdy osady rdzy gromadzą się na pułapce i rozrastają się w górę rzeki do i poza sąsiednie rurociągi lub kolektory w punktach poboru; rdzę, która tworzy się w pułapkach lub innych elementach, można zaobserwować przed źródłem i stale migruje w dół i w górę rzeki.
Niektóre elementy ze stali nierdzewnej wykazują również różne umiarkowane do wysokich poziomów struktur metalurgicznych, w tym ferryt delta. Uważa się, że kryształy ferrytu zmniejszają odporność na korozję, nawet jeśli mogą być obecne w ilości zaledwie 1–5%.
Ferryt nie jest również tak odporny na korozję jak struktura krystaliczna austenitu, więc będzie preferencyjnie korodował. Ferryty można dokładnie wykryć za pomocą sondy ferrytowej i półdokładnie za pomocą magnesu, ale istnieją znaczne ograniczenia.
Począwszy od konfiguracji systemu, poprzez początkowe uruchomienie i uruchomienie nowego generatora CS i rurociągów dystrybucyjnych, istnieje szereg czynników, które przyczyniają się do korozji:
Z czasem elementy korozyjne, takie jak te, mogą wytwarzać produkty korozji, gdy spotykają się, łączą i nakładają się na mieszanki żelaza i żelaza. Czarna sadza jest zwykle najpierw widoczna w generatorze, następnie pojawia się w rurach wylotowych generatora i ostatecznie w całym systemie dystrybucji CS.
Wykonano analizę SEM w celu ujawnienia mikrostruktury produktów korozji pokrywających całą powierzchnię kryształami i innymi cząstkami. Tło lub powierzchnia podstawowa, na której znajdują się cząstki, waha się od różnych gatunków żelaza (rys. 1-3) do powszechnych próbek, mianowicie krzemionki/żelaza, piasku, szkła, osadów jednorodnych (rys. 4). Przeanalizowano również miechy odwadniaczy pary (rys. 5-6).
Badanie AES jest metodą analityczną stosowaną do określania chemii powierzchni stali nierdzewnej i diagnozowania jej odporności na korozję. Pokazuje również pogorszenie się warstwy pasywnej i spadek stężenia chromu w warstwie pasywnej w miarę pogarszania się powierzchni z powodu korozji.
Aby scharakteryzować skład pierwiastkowy powierzchni każdej próbki, wykorzystano skany AES (profile stężeń pierwiastków powierzchniowych na głębokości).
Każde miejsce użyte do analizy SEM i augmentacji zostało starannie wybrane, aby dostarczyć informacji z typowych regionów. Każde badanie dostarczyło informacji z kilku górnych warstw molekularnych (szacowanych na 10 angstremów [Å] na warstwę) do głębokości stopu metalu (200–1000 Å).
Znaczne ilości żelaza (Fe), chromu (Cr), niklu (Ni), tlenu (O) i węgla (C) odnotowano we wszystkich regionach Rouge. Dane i wyniki AES przedstawiono w sekcji studium przypadku.
Ogólne wyniki AES dla warunków początkowych pokazują, że silne utlenianie występuje w próbkach o niezwykle wysokich stężeniach Fe i O (tlenków żelaza) i niskiej zawartości Cr na powierzchni. Ten rumiany osad powoduje uwalnianie cząstek, które mogą zanieczyścić produkt i powierzchnie mające kontakt z produktem.
Po usunięciu rumieńca „pasywowane” próbki wykazały całkowite odzyskanie pasywnej warstwy, przy czym Cr osiągnął wyższe poziomy stężenia niż Fe, przy stosunku powierzchni Cr:Fe wynoszącym od 1,0 do 2,0 i ogólnym braku tlenku żelaza.
Różne szorstkie powierzchnie analizowano przy użyciu XPS/ESCA, aby porównać stężenia pierwiastków i widmowe stopnie utlenienia Fe, Cr, siarki (S), wapnia (Ca), sodu (Na), fosforu (P), azotu (N) oraz O i C (tabela A).
Istnieje wyraźna różnica w zawartości Cr od wartości zbliżonych do warstwy pasywacyjnej do niższych wartości typowo występujących w stopach bazowych. Poziomy żelaza i chromu znalezione na powierzchni reprezentują różne grubości i stopnie osadów rdzy. Testy XPS wykazały wzrost Na, C lub Ca na szorstkich powierzchniach w porównaniu z powierzchniami oczyszczonymi i pasywowanymi.
Testy XPS wykazały również wysoki poziom C w czerwieni żelaznej (czarnej) oraz Fe(x)O(y) (tlenku żelaza) w czerwieni. Dane XPS nie są przydatne do zrozumienia zmian powierzchni podczas korozji, ponieważ oceniają zarówno czerwony metal, jak i metal bazowy. Aby właściwie ocenić wyniki, wymagane są dodatkowe testy XPS z większymi próbkami.
Poprzedni autorzy mieli również trudności z oceną danych XPS. 10 Obserwacje terenowe podczas procesu usuwania wykazały, że zawartość węgla jest wysoka i jest zwykle usuwana przez filtrację podczas przetwarzania. Mikrofotografie SEM wykonane przed i po zabiegu usuwania zmarszczek ilustrują uszkodzenia powierzchni spowodowane przez te osady, w tym wżery i porowatość, które bezpośrednio wpływają na korozję.
Wyniki analizy XPS po pasywacji wykazały, że stosunek zawartości Cr:Fe na powierzchni był znacznie wyższy po ponownym utworzeniu powłoki pasywacyjnej, co zmniejszyło szybkość korozji i innych niekorzystnych efektów na powierzchni.
Próbki kuponowe wykazały znaczny wzrost stosunku Cr:Fe między powierzchnią „jak jest” a powierzchnią pasywowaną. Początkowe stosunki Cr:Fe testowano w zakresie od 0,6 do 1,0, podczas gdy stosunki pasywacji po obróbce wahały się od 1,0 do 2,5. Wartości dla elektropolerowanych i pasywowanych stali nierdzewnych wynoszą od 1,5 do 2,5.
W próbkach poddanych post-processingowi maksymalna głębokość stosunku Cr:Fe (ustalona przy użyciu AES) mieściła się w zakresie od 3 do 16 Å. Wypadają one korzystnie w porównaniu z danymi z poprzednich badań opublikowanych przez Colemana2 i Rolla. 9 Powierzchnie wszystkich próbek miały standardowe poziomy Fe, Ni, O, Cr i C. W większości próbek stwierdzono również niskie poziomy P, Cl, S, N, Ca i Na.
Te pozostałości są typowe dla chemicznych środków czyszczących, oczyszczonej wody lub elektropolerowania. Po dalszej analizie stwierdzono pewne zanieczyszczenie krzemem na powierzchni i na różnych poziomach samego kryształu austenitu. Źródłem wydaje się być zawartość krzemionki w wodzie/parze, środki do polerowania mechanicznego lub rozpuszczone lub wytrawione szkło kontrolne w ogniwie generacyjnym CS.
Zgłaszano, że produkty korozji występujące w systemach CS znacznie się różnią. Wynika to ze zróżnicowanych warunków tych systemów i rozmieszczenia różnych komponentów, takich jak zawory, pułapki i inne akcesoria, które mogą prowadzić do warunków korozyjnych i produktów korozji.
Ponadto do systemu często wprowadzane są komponenty zamienne, które nie są odpowiednio pasywowane. Produkty korozji są również znacząco dotknięte przez konstrukcję generatora CS i jakość wody. Niektóre typy agregatów prądotwórczych to reboilery, podczas gdy inne to rurowe odbłyśniki. Generatory CS zazwyczaj wykorzystują ekrany końcowe do usuwania wilgoci z czystej pary, podczas gdy inne generatory wykorzystują przegrody lub cyklony.
Niektóre wytwarzają niemal stałą żelazną patynę w rurze dystrybucyjnej i czerwonym żelazie ją pokrywającym. Przegrodowy blok tworzy czarną warstwę żelaza z rumieńcem tlenku żelaza pod spodem i tworzy drugie zjawisko górnej powierzchni w postaci sadzy, którą łatwiej zetrzeć z powierzchni.
Z reguły ten osad żelazisto-sadzowy jest znacznie bardziej widoczny niż osad żelazisto-czerwony i jest bardziej mobilny. Ze względu na zwiększony stopień utlenienia żelaza w kondensacie, osad wytworzony w kanale kondensatu na dnie rury dystrybucyjnej ma osad tlenku żelaza na szczycie osadu żelazowego.
Rumieniec tlenku żelaza przechodzi przez kolektor kondensatu, staje się widoczny w odpływie, a górna warstwa jest łatwo ścierana z powierzchni. Jakość wody odgrywa ważną rolę w składzie chemicznym rumieni.
Wyższa zawartość węglowodorów powoduje zbyt dużo sadzy w szmince, podczas gdy wyższa zawartość krzemionki powoduje wyższą zawartość krzemionki, co skutkuje gładką lub błyszczącą warstwą szminki. Jak wspomniano wcześniej, wizjery poziomu wody są również podatne na korozję, co pozwala na przedostawanie się zanieczyszczeń i krzemionki do systemu.
Pistolet jest powodem do obaw w systemach parowych, ponieważ mogą tworzyć się grube warstwy, które tworzą cząsteczki. Cząsteczki te są obecne na powierzchniach parowych lub w urządzeniach do sterylizacji parowej. W poniższych sekcjach opisano możliwe skutki działania leku.
Zdjęcia SEM As-Is na rysunkach 7 i 8 pokazują mikrokrystaliczną naturę karminu klasy 2 w przypadku 1. Szczególnie gęsta matryca kryształów tlenku żelaza utworzyła się na powierzchni w postaci drobnoziarnistego osadu. Odkażone i pasywowane powierzchnie wykazały uszkodzenia korozyjne, co spowodowało szorstką i lekko porowatą teksturę powierzchni, jak pokazano na rysunkach 9 i 10.
Skan elektrowni jądrowej na rys. 11 przedstawia początkowy stan oryginalnej powierzchni z ciężką warstwą tlenku żelaza. Powierzchnia pasywowana i odrdzewiana (rysunek 12) wskazuje, że warstwa pasywna ma teraz wyższą zawartość Cr (czerwona linia) niż Fe (czarna linia) przy stosunku Cr:Fe > 1,0. Powierzchnia pasywowana i odrdzewiana (rysunek 12) wskazuje, że warstwa pasywna ma teraz wyższą zawartość Cr (czerwona linia) niż Fe (czarna linia) przy stosunku Cr:Fe > 1,0. Пассивированная и обесточенная поверхность (ryc. 12) указывает на то, что пассивная пленка теперь имеет повышенное содержание Cr (красная линия) по сравнению с Fe (черная линия) при соотношении Cr:Fe > 1,0. Pasywowana i odenergetyzowana powierzchnia (rys. 12) wskazuje, że warstwa pasywna ma teraz zwiększoną zawartość Cr (czerwona linia) w porównaniu do Fe (czarna linia) przy stosunku 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. Пассивированная и морщинистая поверхность (рис. 12) показывает, что пассивированная пленка теперь имеет более высокое содержание Cr (красная линия), чем Fe (черная линия), при соотношении Cr:Fe > 1,0. Pasywowana i pomarszczona powierzchnia (rys. 12) pokazuje, że pasywowana powłoka ma teraz wyższą zawartość Cr (czerwona linia) niż Fe (czarna linia) przy stosunku Cr:Fe > 1,0.
Cieńsza (< 80 Å) pasywująca warstwa tlenku chromu zapewnia lepszą ochronę niż warstwa krystalicznego tlenku żelaza o grubości setek angstremów wykonana z metalu bazowego i warstwy zgorzeliny o zawartości żelaza przekraczającej 65%.
Skład chemiczny pasywowanej i pomarszczonej powierzchni jest obecnie porównywalny do pasywowanych materiałów polerowanych. Osad w przypadku 1 jest osadem klasy 2, który może powstawać in situ; w miarę jego gromadzenia się tworzą się większe cząsteczki, które migrują wraz z parą.
W tym przypadku korozja widoczna nie doprowadzi do poważnych wad ani pogorszenia jakości powierzchni. Normalne marszczenie zmniejszy efekt korozji na powierzchni i wyeliminuje możliwość silnej migracji cząstek, które mogą stać się widoczne.
Na rysunku 11 wyniki AES pokazują, że grube warstwy blisko powierzchni mają wyższe poziomy Fe i O (500 Å tlenku żelaza; odpowiednio linie cytrynowozielone i niebieskie), przechodząc w domieszkowane poziomy Fe, Ni, Cr i O. Stężenie Fe (niebieska linia) jest znacznie wyższe niż w przypadku jakiegokolwiek innego metalu i wzrasta od 35% na powierzchni do ponad 65% w stopie.
Na powierzchni poziom O (jasnozielona linia) spada od prawie 50% w stopie do niemal zera przy grubości warstwy tlenku wynoszącej ponad 700 Å. Poziomy Ni (ciemnozielona linia) i Cr (czerwona linia) są wyjątkowo niskie na powierzchni (< 4%) i wzrastają do poziomów normalnych (odpowiednio 11% i 17%) na głębokości stopu. Poziomy Ni (ciemnozielona linia) i Cr (czerwona linia) są wyjątkowo niskie na powierzchni (< 4%) i wzrastają do poziomów normalnych (odpowiednio 11% i 17%) na głębokości stopu. Уровни Ni (темно-зеленая линия) и Cr (красная линия) чрезвычайно низки на поверхности (<4%) и увеличиваются до нормального уровня (11% i 17% соответственно) в глубине сплава. Zawartość Ni (ciemnozielona linia) i Cr (czerwona linia) jest wyjątkowo niska na powierzchni (<4%), a w głębi stopu wzrasta do poziomu normalnego (odpowiednio 11% i 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正常水平（分别为11% 和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% Уровни Ni (темно-зеленая линия) и Cr (красная линия) на поверхности чрезвычайно низки (<4%) и увеличиваются до нормального уровня в глубине сплава (11% i 17% соответственно). Poziomy Ni (ciemnozielona linia) i Cr (czerwona linia) na powierzchni są wyjątkowo niskie (<4%) i wzrastają do normalnego poziomu w głębi stopu (odpowiednio 11% i 17%).
Obraz AES na rys. 12 pokazuje, że warstwa rdzy (tlenku żelaza) została usunięta, a warstwa pasywacyjna została przywrócona. W warstwie pierwotnej 15 Å poziom Cr (czerwona linia) jest wyższy niż poziom Fe (czarna linia), który jest warstwą pasywną. Początkowo zawartość Ni na powierzchni wynosiła 9%, wzrastając o 60–70 Å ponad poziom Cr (± 16%), a następnie wzrastając do poziomu stopu 200 Å.
Zaczynając od 2%, poziom węgla (niebieska linia) spada do zera przy 30 Å. Początkowo zawartość Fe jest niska (< 15%), później równa się zawartości Cr przy 15 Å i dalej wzrasta do zawartości stopu przekraczającej 65% przy 150 Å. Początkowo zawartość Fe jest niska (< 15%), później równa się zawartości Cr przy 15 Å i dalej wzrasta do zawartości stopu przekraczającej 65% przy 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. Początkowo zawartość Fe jest niska (< 15%), później zrównuje się z zawartością Cr przy 15 Å i dalej wzrasta, aż do ponad 65% zawartości stopu przy 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 и продолжает увеличиваться до содержания сплава более 65 % za 150 Å. Początkowo zawartość Fe jest niska (< 15%), później równa się zawartości Cr przy 15 Å i nadal rośnie, aż zawartość stopu przekroczy 65% ​​przy 150 Å.Przy 30 Å poziom chromu wzrasta do 25% powierzchni, a w stopie spada do 17%.
Podwyższony poziom O w pobliżu powierzchni (jasnozielona linia) spada do zera po głębokości 120 Å. Ta analiza wykazała dobrze rozwiniętą warstwę pasywacji powierzchni. Fotografie SEM na rysunkach 13 i 14 pokazują szorstką, chropowatą i porowatą naturę krystaliczną pierwszej i drugiej warstwy tlenku żelaza na powierzchni. Pomarszczona powierzchnia pokazuje wpływ korozji na częściowo wżerową szorstką powierzchnię (rysunki 18-19).
Pasywowane i pomarszczone powierzchnie pokazane na rysunkach 13 i 14 nie wytrzymują silnego utleniania. Rysunki 15 i 16 pokazują odtworzoną warstwę pasywacyjną na powierzchni metalu.