Używamy plików cookie, aby ulepszyć Twoje wrażenia. Kontynuując przeglądanie tej witryny, wyrażasz zgodę na używanie przez nas plików cookie. Dodatkowe informacje.
Do systemów farmaceutycznych wykorzystujących parę czystą lub czystą zaliczają się 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 z fluoropolimeru (zwykle politetrafluoroetylenu, znanego również jako teflon lub PTFE), a także półmetalu lub innych materiałów elastomerowych.
Elementy te są podatne na korozję lub degradację podczas użytkowania, co wpływa na jakość gotowego produktu w postaci czystej pary (CS). W ramach projektu opisanego w niniejszym artykule dokonano oceny próbek stali nierdzewnej z czterech studiów przypadków systemów CS, oceniono ryzyko potencjalnego wpływu korozji na procesy i krytyczne systemy inżynieryjne, a także przetestowano kondensat pod kątem obecności cząstek stałych i metali.
Próbki skorodowanych rurociągów i elementów systemu dystrybucyjnego umieszczano w celu zbadania produktów ubocznych korozji. 9 Dla każdego konkretnego przypadku oceniano inny stan powierzchni. Na przykład, oceniano standardowe efekty korozji i zmatowienia.
Powierzchnie próbek referencyjnych oceniono pod kątem obecności osadów rumieniowych za pomocą kontroli wizualnej, spektroskopii elektronowej Augera (AES), spektroskopii elektronowej do analizy chemicznej (ESCA), skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) i rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronów (XPS).
Metody te pozwalają na ujawnienie fizycznych i atomowych właściwości korozji i osadów, a także na 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 pod lub nad warstwą tlenku żelaza (czarną lub szarą). Zdolność do migracji w dół strumienia.
Warstwa tlenku żelaza (czarny rumieniec) może z czasem gęstnieć, w miarę jak osady stają się bardziej widoczne, o czym świadczą widoczne cząstki lub osady na powierzchniach komory sterylizacyjnej oraz urządzeń lub pojemników po sterylizacji parowej. Występuje migracja. Analiza laboratoryjna próbek kondensatu wykazała rozproszony charakter osadu oraz ilość metali rozpuszczalnych w płynie CS.
Chociaż istnieje wiele przyczyn tego zjawiska, generator CS jest zazwyczaj głównym sprawcą. Nierzadko zdarza się, że na powierzchniach znajduje się czerwony tlenek żelaza (brązowo-czerwony), a w otworach wentylacyjnych tlenek żelaza (czarno-szary), który powoli migruje przez system dystrybucji CS. 6
System dystrybucji CS to konfiguracja rozgałęziona z wieloma punktami poboru, które kończą się w odległych obszarach lub na końcu głównego kolektora i różnymi podkolejami. System może zawierać szereg regulatorów, które pomagają w inicjowaniu redukcji ciśnienia/temperatury w określonych punktach poboru, które mogą być potencjalnymi punktami korozji.
Korozja może wystąpić również w syfonach o higienicznej konstrukcji, które są umieszczane w różnych punktach systemu w celu usuwania kondensatu i powietrza z przepływającej przez syfon czystej pary, rurociągi za syfonem/rurociągi wylotowe 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 sąsiednimi rurociągami lub kolektorami w punktach poboru; rdza, która tworzy się w pułapkach lub innych elementach, jest widoczna przed źródłem i stale migruje w dół i w górę rzeki.
Niektóre elementy ze stali nierdzewnej wykazują również umiarkowane lub wysokie poziomy struktur metalurgicznych, w tym ferrytu delta. Uważa się, że kryształy ferrytu zmniejszają odporność na korozję, nawet jeśli ich obecność wynosi zaledwie 1–5%.
Ferryt nie jest również tak odporny na korozję jak struktura krystaliczna austenitu, dlatego będzie ulegał korozji w pierwszej kolejności. Ferryty można dokładnie wykryć sondą ferrytową i częściowo precyzyjnie za pomocą magnesu, ale istnieją istotne 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 biegiem czasu, takie elementy korozyjne mogą wytwarzać produkty korozji, gdy stykają się, łączą i nakładają na mieszaniny żelaza i żelaza. Czarna sadza zwykle pojawia się najpierw w generatorze, następnie w rurach wylotowych generatora, a ostatecznie w całym systemie dystrybucji CS.
Przeprowadzono analizę SEM w celu ujawnienia mikrostruktury produktów korozji pokrywających całą powierzchnię kryształami i innymi cząstkami. Tło lub powierzchnia, na której znajdują się cząstki, jest zróżnicowana – od różnych gatunków żelaza (rys. 1-3) po typowe próbki, takie jak osady krzemionkowo-żelazowe, piaszczyste, szkliste i jednorodne (rys. 4). Przeanalizowano również miechy odwadniaczy (rys. 5-6).
Badanie AES to metoda analityczna służąca do określania składu chemicznego powierzchni stali nierdzewnej i diagnozowania jej odporności na korozję. Pozwala ona również na zaobserwowanie pogorszenia jakości warstwy pasywnej i spadku stężenia chromu w warstwie pasywnej w miarę pogarszania się stanu powierzchni na skutek korozji.
Aby scharakteryzować skład pierwiastkowy powierzchni każdej próbki, zastosowano skany AES (profile stężeń pierwiastków powierzchniowych na głębokości).
Każde miejsce użyte do analizy i augmentacji SEM zostało starannie wybrane, aby dostarczyć informacji z typowych regionów. Każde badanie dostarczyło informacji od 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 części poświęconej studium przypadku.
Ogólne wyniki AES dla warunków początkowych pokazują, że silne utlenianie występuje w próbkach o nietypowo wysokich stężeniach Fe i O (tlenków żelaza) i niskiej zawartości Cr na powierzchni. Ten rudawy osad powoduje uwalnianie cząstek, które mogą zanieczyścić produkt i powierzchnie mające z nim kontakt.
Po usunięciu nalotu „pasywowane” próbki wykazały całkowitą regenerację warstwy pasywnej, przy czym Cr osiągnął wyższe stężenia niż Fe, przy stosunku powierzchni Cr:Fe wynoszącym od 1,0 do 2,0 i całkowitym braku tlenku żelaza.
Różne szorstkie powierzchnie analizowano przy użyciu XPS/ESCA w celu porównania stężeń pierwiastków i spektralnych stopni utlenienia Fe, Cr, siarki (S), wapnia (Ca), sodu (Na), fosforu (P), azotu (N) oraz O i C (tabela A).
Wyraźna jest różnica w zawartości Cr między wartościami bliskimi warstwie pasywacyjnej a niższymi wartościami typowymi dla stopów bazowych. Poziomy żelaza i chromu na powierzchni odpowiadają różnym grubościom i stopniom rdzy. Testy XPS wykazały wzrost zawartości Na, C lub Ca na powierzchniach chropowatych w porównaniu z powierzchniami oczyszczonymi i pasywowanymi.
Badania XPS wykazały również wysoki poziom C w czerwieni żelazowej (czarnej) oraz Fe(x)O(y) (tlenku żelaza) w czerwieni. Dane XPS nie są przydatne do zrozumienia zmian powierzchni zachodzących w wyniku korozji, ponieważ oceniają zarówno metal czerwony, jak i metal bazowy. Do prawidłowej oceny wyników wymagane są dodatkowe badania XPS z użyciem większych próbek.
Poprzedni autorzy również mieli trudności z oceną danych XPS. 10 Obserwacje terenowe podczas procesu usuwania wykazały, że zawartość węgla jest wysoka i zazwyczaj jest usuwana przez filtrację podczas obróbki. Mikroskopijne zdjęcia SEM wykonane przed i po procesie 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 pozwoliło na zmniejszenie szybkości korozji i innych niekorzystnych efektów na powierzchni.
Próbki próbek wykazały znaczny wzrost stosunku Cr:Fe między powierzchnią „w stanie surowym” a powierzchnią pasywowaną. Początkowe stosunki Cr:Fe mierzono w zakresie od 0,6 do 1,0, natomiast po obróbce pasywacyjnej w zakresie od 1,0 do 2,5. Wartości dla stali nierdzewnych elektropolerowanych i pasywowanych mieszczą się w zakresie od 1,5 do 2,5.
W próbkach poddanych postprocessingowi, maksymalna głębokość stosunku Cr:Fe (określona za pomocą AES) wahała się od 3 do 16 Å. Wyniki te wypadają korzystnie w porównaniu z danymi z poprzednich badań opublikowanych przez Colemana2 i Rolla9. Powierzchnie wszystkich próbek charakteryzowały się standardowymi poziomami Fe, Ni, O, Cr i C. W większości próbek stwierdzono również niskie poziomy P, Cl, S, N, Ca i Na.
Pozostałości te są typowe dla chemicznych środków czyszczących, wody oczyszczonej 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 komorze generacyjnej CS.
Produkty korozji występujące w systemach CS charakteryzują się dużym zróżnicowaniem. Wynika to ze zróżnicowanych warunków panujących w tych systemach oraz rozmieszczenia różnych komponentów, takich jak zawory, syfony i inne akcesoria, co może prowadzić do powstawania warunków korozyjnych i produktów korozji.
Ponadto do systemu często wprowadzane są komponenty zamienne, które nie zostały odpowiednio spasywowane. Na produkty korozji istotny wpływ ma również konstrukcja generatora CS oraz jakość wody. Niektóre typy agregatów prądotwórczych to reboilery, a inne to odgazowywacze rurowe. Generatory CS zazwyczaj wykorzystują sita końcowe do usuwania wilgoci z czystej pary, podczas gdy inne generatory wykorzystują deflektory lub cyklony.
Niektóre z nich wytwarzają niemal stałą, żelazną patynę w rurze rozdzielczej i pokrywającym ją czerwonym żelazem. Blok z przegrodami tworzy czarną warstwę żelaza z nalotem tlenku żelaza pod spodem i powoduje zjawisko drugiej górnej powierzchni w postaci sadzy, którą łatwiej zetrzeć.
Z reguły ten osad żelazisto-sadzowy jest znacznie bardziej widoczny niż osad żelazisto-czerwony i bardziej mobilny. Ze względu na wyższy stopień utlenienia żelaza w kondensacie, osad powstający w kanale kondensatu na dnie rury rozdzielczej zawiera osad tlenku żelaza na powierzchni osadu żelazowego.
Tlenek żelaza przepływa przez kolektor kondensatu, staje się widoczny w odpływie, a jego wierzchnia warstwa łatwo ściera się z powierzchni. Jakość wody odgrywa istotną rolę w składzie chemicznym rumienia.
Wyższa zawartość węglowodorów powoduje nadmiar sadzy w szmince, podczas gdy wyższa zawartość krzemionki powoduje jej wzrost, co skutkuje gładką lub błyszczącą warstwą szminki. Jak wspomniano wcześniej, wzierniki poziomu wody są również podatne na korozję, co umożliwia przedostawanie się zanieczyszczeń i krzemionki do systemu.
Pistolet jest powodem do obaw w systemach parowych, ponieważ może tworzyć grube warstwy, które tworzą cząsteczki. Cząsteczki te są obecne na powierzchniach parowych lub w urządzeniach do sterylizacji parowej. W poniższych sekcjach opisano możliwe skutki uboczne leków.
Zdjęcia SEM „As-Is” na rysunkach 7 i 8 pokazują mikrokrystaliczną naturę karminu klasy 2 w przypadku 1. Na powierzchni utworzyła się szczególnie gęsta matryca kryształów tlenku żelaza w postaci drobnoziarnistego osadu. Odkażone i pasywowane powierzchnie wykazywały uszkodzenia korozyjne, skutkujące szorstką i lekko porowatą teksturą powierzchni, jak pokazano na rysunkach 9 i 10.
Skan elektrowni jądrowej na rys. 11 przedstawia początkowy stan oryginalnej powierzchni z dużą ilością tlenku żelaza. Pasywowana i odrdzewiana powierzchnia (rysunek 12) wskazuje, że warstwa pasywna ma teraz wyższą zawartość Cr (czerwona linia) niż Fe (czarna linia) przy stosunku Cr:Fe > 1,0. Pasywowana i odrdzewiana powierzchnia (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 warstwa 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 krystaliczna warstwa 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 ze składem chemicznym pasywowanych materiałów polerowanych. Osad w przypadku 1 to osad klasy 2, który może powstawać in situ; w miarę jego akumulacji tworzą się większe cząsteczki, które migrują wraz z parą.
W tym przypadku widoczna korozja nie doprowadzi do poważnych wad ani pogorszenia jakości powierzchni. Normalne marszczenie zmniejszy efekt korozji na powierzchni i wyeliminuje możliwość silnej migracji cząstek, które mogłyby stać się widoczne.
Na rysunku 11 wyniki AES pokazują, że grube warstwy w pobliżu 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 każdego innego metalu, wzrastając od 35% na powierzchni do ponad 65% w stopie.
Na powierzchni poziom O (jasnozielona linia) waha się 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 normalnego poziomu (odpowiednio 11% i 17%) na głębokości stopu. Poziomy Ni (ciemnozielona linia) i Cr (czerwona linia) są wyjątkowo niskie na powierzchni (< 4%) i wzrastają do normalnego poziomu (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%) i wzrasta do normalnego poziomu (odpowiednio 11% i 17%) w głębi stopu.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 przywrócona. W warstwie pierwotnej o grubości 15 Å, poziom Cr (czerwona linia) jest wyższy niż poziom Fe (czarna linia), który stanowi warstwę pasywną. Początkowo zawartość Ni na powierzchni wynosiła 9%, wzrastając o 60–70 Å ponad poziom Cr (± 16%), a następnie do poziomu stopowego 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 poziomu stopu, przekraczając 65% przy 150 Å. Początkowo zawartość Fe jest niska (< 15%), później równa się zawartości Cr przy 15 Å i dalej wzrasta do poziomu stopu, przekraczając 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 % при 150 Å. Początkowo zawartość Fe jest niska (< 15%), później jest równa zawartości Cr przy 15 Å i nadal rośnie, aż zawartość stopu przekroczy 65% ​​przy 150 Å.Przy 30 Å poziom Cr wzrasta do 25% powierzchni, a w stopie spada do 17%.
Podwyższony poziom O przy powierzchni (jasnozielona linia) spada do zera po głębokości 120 Å. Analiza wykazała dobrze rozwiniętą warstwę pasywacji powierzchni. Zdjęcia SEM na rysunkach 13 i 14 pokazują szorstką, porowatą i porowatą strukturę krystaliczną pierwszej i drugiej warstwy tlenku żelaza. Pomarszczona powierzchnia wskazuje na wpływ korozji na częściowo wżerową, chropowatą powierzchnię (rysunki 18–19).
Pasywowane i pomarszczone powierzchnie pokazane na rysunkach 13 i 14 nie są odporne na silne utlenianie. Rysunki 15 i 16 przedstawiają odtworzoną warstwę pasywacyjną na powierzchni metalu.