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Os sistemas farmacêuticos de vapor puro incluem geradores, válvulas de controle, tubulações ou dutos de distribuição, purgadores termodinâmicos ou termostáticos de equilíbrio, manômetros, redutores de pressão, válvulas de segurança e acumuladores volumétricos.
A maioria dessas peças é feita de aço inoxidável 316L e contém juntas de fluoropolímero (normalmente politetrafluoroetileno, também conhecido como Teflon ou PTFE), bem como materiais semimetálicos ou outros materiais elastoméricos.
Esses componentes são suscetíveis à corrosão ou degradação durante o uso, o que afeta a qualidade do vapor limpo (VL) produzido. O projeto detalhado neste artigo avaliou amostras de aço inoxidável de quatro estudos de caso de sistemas de VL, analisou o risco de potenciais impactos da corrosão em processos e sistemas de engenharia críticos e realizou testes para detectar partículas e metais no condensado.
Amostras de tubulações corroídas e componentes do sistema de distribuição são colocadas para investigar os subprodutos da corrosão. 9 Para cada caso específico, diferentes condições de superfície foram avaliadas. Por exemplo, os efeitos da corrosão superficial e da formação de manchas foram avaliados.
As superfícies das amostras de referência foram avaliadas quanto à presença de depósitos de blush por meio de inspeção visual, espectroscopia de elétrons Auger (AES), espectroscopia eletrônica para análise química (ESCA), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS).
Esses métodos podem revelar as propriedades físicas e atômicas da corrosão e dos depósitos, bem como determinar os principais fatores que afetam as propriedades dos fluidos técnicos ou dos produtos finais.
Os produtos de corrosão do aço inoxidável podem assumir muitas formas, como uma camada carmim de óxido de ferro (marrom ou vermelho) na superfície abaixo ou acima da camada de óxido de ferro (preto ou cinza)2. Capacidade de migrar a jusante.
A camada de óxido de ferro (rubor preto) pode engrossar com o tempo à medida que os depósitos se tornam mais pronunciados, como evidenciado por partículas ou depósitos visíveis nas superfícies da câmara de esterilização e equipamentos ou recipientes após a esterilização a vapor, onde ocorre migração. A análise laboratorial de amostras de condensado mostrou a natureza dispersa da lama e a quantidade de metais solúveis no fluido CS.
Embora existam muitas razões para esse fenômeno, o gerador de CS geralmente é o principal responsável. Não é incomum encontrar óxido de ferro vermelho (marrom/avermelhado) em superfícies e óxido de ferro (preto/cinza) em aberturas que migram lentamente pelo sistema de distribuição de CS. 6
O sistema de distribuição CS possui uma configuração ramificada com múltiplos pontos de uso, terminando em áreas remotas ou no final do coletor principal e de vários subcoletores. O sistema pode incluir diversos reguladores para auxiliar na redução da pressão/temperatura em pontos de uso específicos que podem ser potenciais pontos de corrosão.
A corrosão também pode ocorrer em purgadores com design higiênico, que são colocados em vários pontos do sistema para remover o condensado e o ar do vapor limpo que flui através do purgador, da tubulação a jusante/tubulação de descarga ou do coletor de condensado.
Na maioria dos casos, a migração reversa é provável quando os depósitos de ferrugem se acumulam no coletor e crescem rio acima, atingindo e ultrapassando os dutos adjacentes ou os coletores de ponto de uso; a ferrugem que se forma nos coletores ou em outros componentes pode ser vista a montante da fonte, com migração constante rio abaixo e rio acima.
Alguns componentes de aço inoxidável também exibem vários níveis moderados a altos de estruturas metalúrgicas, incluindo ferrita delta. Acredita-se que os cristais de ferrita reduzem a resistência à corrosão, mesmo que estejam presentes em concentrações tão baixas quanto 1–5%.
A ferrita também não é tão resistente à corrosão quanto a estrutura cristalina austenítica, portanto, corroerá preferencialmente. As ferritas podem ser detectadas com precisão usando uma sonda específica para ferrita e com precisão parcial usando um ímã, mas existem limitações significativas.
Desde a configuração do sistema, passando pelo comissionamento inicial e o arranque de um novo gerador CS e tubagens de distribuição, existem vários fatores que contribuem para a corrosão:
Com o tempo, elementos corrosivos como esses podem produzir produtos de corrosão quando entram em contato, se combinam e se sobrepõem a misturas de ferro e ferro. A fuligem preta geralmente é vista primeiro no gerador, depois aparece na tubulação de descarga do gerador e, eventualmente, em todo o sistema de distribuição de CS.
A análise por MEV (Microscopia Eletrônica de Varredura) foi realizada para revelar a microestrutura dos subprodutos da corrosão que cobrem toda a superfície com cristais e outras partículas. A superfície de fundo ou subjacente na qual as partículas são encontradas varia de diferentes tipos de ferro (Fig. 1-3) a amostras comuns, como depósitos de sílica/ferro, arenosos, vítreos e homogêneos (Fig. 4). Os foles do purgador de vapor também foram analisados ​​(Fig. 5-6).
O teste AES é um método analítico utilizado para determinar a composição química da superfície do aço inoxidável e diagnosticar sua resistência à corrosão. Ele também mostra a deterioração da película passiva e a diminuição da concentração de cromo nessa película à medida que a superfície se deteriora devido à corrosão.
Para caracterizar a composição elementar da superfície de cada amostra, foram utilizadas varreduras AES (perfis de concentração de elementos superficiais em função da profundidade).
Cada local utilizado para análise e ampliação por MEV foi cuidadosamente selecionado para fornecer informações de regiões típicas. Cada estudo forneceu informações desde as primeiras camadas moleculares (estimadas em 10 angstroms [Å] por camada) até a profundidade da liga metálica (200–1000 Å).
Quantidades significativas de ferro (Fe), cromo (Cr), níquel (Ni), oxigênio (O) e carbono (C) foram registradas em todas as regiões de Rouge. Os dados e resultados da espectroscopia de emissão atômica (AES) estão descritos na seção de estudo de caso.
Os resultados gerais da análise por espectroscopia de emissão atômica (AES) para as condições iniciais mostram que ocorre forte oxidação em amostras com concentrações excepcionalmente altas de Fe e O (óxidos de ferro) e baixo teor de Cr na superfície. Esse depósito avermelhado resulta na liberação de partículas que podem contaminar o produto e as superfícies em contato com ele.
Após a remoção da camada superficial, as amostras "passivadas" apresentaram recuperação completa da película passiva, com o Cr atingindo níveis de concentração mais elevados do que o Fe, com uma relação superficial Cr:Fe variando de 1,0 a 2,0 e ausência geral de óxido de ferro.
Diversas superfícies rugosas foram analisadas usando XPS/ESCA para comparar as concentrações elementares e os estados de oxidação espectral de Fe, Cr, enxofre (S), cálcio (Ca), sódio (Na), fósforo (P), nitrogênio (N) e O e C (tabela A).
Existe uma clara diferença no teor de Cr, desde valores próximos à camada de passivação até valores mais baixos, tipicamente encontrados em ligas base. Os níveis de ferro e cromo encontrados na superfície representam diferentes espessuras e graus de depósitos de rugosidade. Testes XPS mostraram um aumento de Na, C ou Ca em superfícies rugosas em comparação com superfícies limpas e passivadas.
Os testes XPS também mostraram altos níveis de C no vermelho ferro (preto), bem como de Fe(x)O(y) (óxido de ferro) no vermelho. Os dados XPS não são úteis para entender as alterações superficiais durante a corrosão, pois avaliam tanto o metal vermelho quanto o metal base. Testes XPS adicionais com amostras maiores são necessários para avaliar os resultados adequadamente.
Autores anteriores também tiveram dificuldade em avaliar os dados de XPS. Observações de campo durante o processo de remoção mostraram que o teor de carbono é alto e geralmente é removido por filtração durante o processamento. Micrografias de MEV obtidas antes e depois do tratamento de remoção de rugas ilustram os danos superficiais causados ​​por esses depósitos, incluindo corrosão por pite e porosidade, que afetam diretamente a corrosão.
Os resultados de XPS após a passivação mostraram que a proporção de Cr:Fe na superfície era muito maior quando a película de passivação era reformada, reduzindo assim a taxa de corrosão e outros efeitos adversos na superfície.
As amostras de cupons mostraram um aumento significativo na relação Cr:Fe entre a superfície "como está" e a superfície passivada. As relações Cr:Fe iniciais testadas variaram de 0,6 a 1,0, enquanto as relações de passivação pós-tratamento variaram de 1,0 a 2,5. Os valores para aços inoxidáveis ​​eletropolidos e passivados estão entre 1,5 e 2,5.
Nas amostras submetidas a pós-processamento, a profundidade máxima da razão Cr:Fe (determinada por AES) variou de 3 a 16 Å. Esses valores são comparáveis ​​aos de estudos anteriores publicados por Coleman² e Roll.⁹ As superfícies de todas as amostras apresentaram níveis normais de Fe, Ni, O, Cr e C. Baixos níveis de P, Cl, S, N, Ca e Na também foram encontrados na maioria das amostras.
Esses resíduos são típicos de produtos de limpeza químicos, água purificada ou eletropolimento. Após análises adicionais, foi encontrada contaminação por silício na superfície e em diferentes níveis do próprio cristal de austenita. A origem parece ser o teor de sílica da água/vapor, polimentos mecânicos ou visor de nível dissolvido ou corroído na célula de geração de CS.
Os produtos de corrosão encontrados em sistemas de sifão variam bastante. Isso se deve às diferentes condições desses sistemas e à localização de vários componentes, como válvulas, purgadores e outros acessórios, que podem levar a condições corrosivas e à formação de produtos de corrosão.
Além disso, componentes de reposição que não são devidamente passivados são frequentemente introduzidos no sistema. Os produtos de corrosão também são significativamente afetados pelo projeto do gerador de vapor limpo e pela qualidade da água. Alguns tipos de grupos geradores são refervedores, enquanto outros são evaporadores tubulares. Os geradores de vapor limpo normalmente utilizam filtros de extremidade para remover a umidade do vapor limpo, enquanto outros geradores utilizam defletores ou ciclones.
Algumas produzem uma pátina de ferro quase sólida no tubo de distribuição e no ferro vermelho que o cobre. O bloco defletor forma uma película de ferro preta com um tom avermelhado de óxido de ferro por baixo, criando um segundo fenômeno na superfície na forma de uma camada fuliginosa que é mais fácil de limpar.
Em geral, esse depósito ferruginoso, semelhante à fuligem, é muito mais pronunciado e mais móvel do que o depósito vermelho-ferro. Devido ao aumento do estado de oxidação do ferro no condensado, o lodo gerado no canal de condensado na parte inferior do tubo de distribuição apresenta uma camada de óxido de ferro sobre o lodo de ferro.
A camada superficial de óxido de ferro passa pelo coletor de condensado, torna-se visível no ralo e a camada superior se desprende facilmente da superfície. A qualidade da água desempenha um papel importante na composição química dessa camada superficial.
Um teor mais elevado de hidrocarbonetos resulta em excesso de fuligem no batom, enquanto um teor mais elevado de sílica resulta em uma camada de batom lisa ou brilhante. Como mencionado anteriormente, os visores de nível de água também são propensos à corrosão, permitindo a entrada de detritos e sílica no sistema.
A pistola é motivo de preocupação em sistemas de vapor, pois podem se formar camadas espessas que geram partículas. Essas partículas ficam presentes nas superfícies expostas ao vapor ou nos equipamentos de esterilização a vapor. As seções a seguir descrevem os possíveis efeitos do medicamento.
As imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) da amostra original, mostradas nas Figuras 7 e 8, revelam a natureza microcristalina do carmim de classe 2 no caso 1. Uma matriz particularmente densa de cristais de óxido de ferro se formou na superfície, na forma de um resíduo de grãos finos. As superfícies descontaminadas e passivadas apresentaram danos por corrosão, resultando em uma textura superficial rugosa e ligeiramente porosa, como mostrado nas Figuras 9 e 10.
A imagem de varredura NPP na figura 11 mostra o estado inicial da superfície original com uma camada espessa de óxido de ferro sobre ela. A superfície passivada e limpa (Figura 12) indica que a película passiva agora apresenta um teor elevado de Cr (linha vermelha) acima do Fe (linha preta) em uma proporção Cr:Fe > 1,0. A superfície passivada e limpa (Figura 12) indica que a película passiva agora apresenta um teor elevado de Cr (linha vermelha) acima do Fe (linha preta) em uma proporção Cr:Fe > 1,0. Пассивированная и обесточенная поверхность (ris. 12) указывает на то, что пассивная пленка теперь имеет повышенное содержание Cr (красная линия) por сравнению с Fe (черная линия) при соотношении Cr:Fe > 1,0. A superfície passivada e desenergizada (Fig. 12) indica que o filme passivo agora tem um teor aumentado de Cr (linha vermelha) em comparação com Fe (linha preta) em uma proporção de 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 (ris. 12) показывает, что пассивированная пленка теперь имеет более высокое содержание Cr (красная линия), чем Fe (черная линия), при соотношении Cr:Fe > 1,0. A superfície passivada e enrugada (Fig. 12) mostra que o filme passivado agora tem um teor de Cr (linha vermelha) maior do que Fe (linha preta) em uma relação Cr:Fe > 1,0.
Uma película passivante de óxido de cromo mais fina (< 80 Å) é mais protetora do que uma película de óxido de ferro cristalino com centenas de angstroms de espessura, proveniente de uma camada de metal base e óxido com teor de ferro superior a 65%.
A composição química da superfície passivada e enrugada agora é comparável à de materiais polidos e passivados. O sedimento no caso 1 é um sedimento de classe 2, capaz de se formar in situ; à medida que se acumula, formam-se partículas maiores que migram com o vapor.
Neste caso, a corrosão observada não causará defeitos graves nem deterioração da qualidade da superfície. O enrugamento normal reduzirá o efeito corrosivo na superfície e eliminará a possibilidade de forte migração de partículas que possam se tornar visíveis.
Na Figura 11, os resultados da AES mostram que as camadas espessas próximas à superfície apresentam níveis mais elevados de Fe e O (500 Å de óxido de ferro; linhas verde-limão e azul, respectivamente), com uma transição para níveis dopados de Fe, Ni, Cr e O. A concentração de Fe (linha azul) é muito maior do que a de qualquer outro metal, aumentando de 35% na superfície para mais de 65% na liga.
Na superfície, o nível de O (linha verde clara) passa de quase 50% na liga para quase zero em uma espessura de filme de óxido superior a 700 Å. Os níveis de Ni (linha verde escura) e Cr (linha vermelha) são extremamente baixos na superfície (< 4%) e aumentam para níveis normais (11% e 17%, respectivamente) na profundidade da liga. Os níveis de Ni (linha verde escura) e Cr (linha vermelha) são extremamente baixos na superfície (< 4%) e aumentam para níveis normais (11% e 17%, respectivamente) na profundidade da liga. Уровни Ni (темно-зеленая линия) и Cr (красная линия) чрезвычайно низки на поверхности (<4%) и увеличиваются до aumento normal (11% e 17% соответственно) no dispositivo de distribuição. Os níveis de Ni (linha verde escura) e Cr (linha vermelha) são extremamente baixos na superfície (<4%) e aumentam para níveis normais (11% e 17%, respectivamente) em camadas mais profundas da liga.表面的Ni（深绿线）和Cr（红线）水平极低（< 4%.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) e Cr (красная линия) на поверхности чрезвычайно низки (<4%) и увеличиваются до operação normal na globalização сплава (11% e 17% соответственно). Os níveis de Ni (linha verde escura) e Cr (linha vermelha) na superfície são extremamente baixos (<4%) e aumentam para níveis normais em camadas mais profundas da liga (11% e 17%, respectivamente).
A imagem AES na figura 12 mostra que a camada de óxido de ferro (rouge) foi removida e a película de passivação foi restaurada. Na camada primária de 15 Å, o nível de Cr (linha vermelha) é superior ao nível de Fe (linha preta), que corresponde à película passiva. Inicialmente, o teor de Ni na superfície era de 9%, aumentando em 60–70 Å acima do nível de Cr (± 16%) e, em seguida, aumentando até o nível da liga em 200 Å.
Partindo de 2%, o nível de carbono (linha azul) cai para zero em 30 Å. O nível de Fe é inicialmente baixo (< 15%) e posteriormente iguala-se ao nível de Cr a 15 Å, continuando a aumentar até atingir o nível da liga, superior a 65%, a 150 Å. O nível de Fe é inicialmente baixo (< 15%) e posteriormente iguala-se ao nível de Cr a 15 Å, continuando a aumentar até atingir o nível da liga, superior a 65%, a 150 Å. Уровень Fe вначале низкий (< 15%), позже равен уровню Cr por 15 Å и продолжает увеличиваться до уровня сплава более 65% por 150 Å. O nível de Fe é inicialmente baixo (< 15%), depois iguala-se ao nível de Cr a 15 Å e continua a aumentar para um nível de liga superior a 65% a 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 por 15 Å и продолжает увеличиваться para a sociedade, o aumento é de 65% a 150 Å. O teor de Fe é inicialmente baixo (< 15%), depois iguala-se ao teor de Cr a 15 Å e continua a aumentar até que o teor da liga seja superior a 65% a 150 Å.Os níveis de Cr aumentam para 25% da superfície a 30 Å e diminuem para 17% na liga.
O nível elevado de O próximo à superfície (linha verde clara) diminui para zero após uma profundidade de 120 Å. Esta análise demonstrou uma película de passivação superficial bem desenvolvida. As micrografias de MEV nas figuras 13 e 14 mostram a natureza cristalina rugosa, áspera e porosa das 1ª e 2ª camadas de óxido de ferro da superfície. A superfície enrugada mostra o efeito da corrosão em uma superfície rugosa parcialmente corroída (Figuras 18-19).
As superfícies passivadas e enrugadas mostradas nas figuras 13 e 14 não resistem à oxidação severa. As figuras 15 e 16 mostram uma película de passivação restaurada em uma superfície metálica.