Мы используем файлы cookie для улучшения вашего опыта. Продолжая просмотр этого сайта, вы соглашаетесь на использование нами файлов cookie. Дополнительная информация.
Чистые или паровые фармацевтические системы включают генераторы, регулирующие клапаны, распределительные трубы или трубопроводы, термодинамические или равновесные термостатические ловушки, манометры, редукторы давления, предохранительные клапаны и объемные аккумуляторы.
Большинство этих деталей изготовлены из нержавеющей стали марки 316 L и содержат фторполимерные прокладки (обычно политетрафторэтилен, также известный как тефлон или ПТФЭ), а также полуметаллические или другие эластомерные материалы.
Эти компоненты подвержены коррозии или деградации во время использования, что влияет на качество готовой утилиты чистого пара (CS). Проект, подробно описанный в этой статье, оценил образцы нержавеющей стали из четырех тематических исследований систем CS, оценил риск потенциального воздействия коррозии на технологические и критически важные инженерные системы, а также проверил наличие частиц и металлов в конденсате.
Образцы корродированных трубопроводов и компонентов распределительной системы помещаются для исследования побочных продуктов коррозии. 9 Для каждого конкретного случая оценивались различные состояния поверхности. Например, оценивались стандартные эффекты румянца и коррозии.
Поверхности контрольных образцов оценивались на наличие отложений мути с помощью визуального осмотра, электронной оже-спектроскопии (ОЭС), электронной спектроскопии для химического анализа (ЭСХА), сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС).
Эти методы позволяют выявить физические и атомные свойства коррозии и отложений, а также определить ключевые факторы, влияющие на свойства технических жидкостей или конечных продуктов.
Продукты коррозии нержавеющей стали могут принимать различные формы, например, карминовый слой оксида железа (коричневый или красный) на поверхности под или над слоем оксида железа (черный или серый)2. Способность мигрировать вниз по течению.
Слой оксида железа (черный румянец) может со временем утолщаться, поскольку отложения становятся более выраженными, о чем свидетельствуют частицы или отложения, видимые на поверхностях стерилизационной камеры и оборудования или контейнеров после стерилизации паром, происходит миграция. Лабораторный анализ образцов конденсата показал дисперсную природу шлама и количество растворимых металлов в жидкости CS. четыре
Хотя существует много причин для этого явления, генератор CS обычно является основным фактором. Нередко можно обнаружить красный оксид железа (коричневый/красный) на поверхностях и оксид железа (черный/серый) в вентиляционных отверстиях, которые медленно мигрируют через систему распределения CS. 6
Система распределения CS представляет собой разветвленную конфигурацию с несколькими точками использования, заканчивающимися в удаленных областях или в конце главного коллектора и различных ответвлений-подколлекторов. Система может включать ряд регуляторов, помогающих инициировать снижение давления/температуры в определенных точках использования, которые могут быть потенциальными точками коррозии.
Коррозия также может возникнуть в конденсатоотводчиках гигиенической конструкции, которые размещаются в различных точках системы для удаления конденсата и воздуха из протекающего через конденсатоотводчик чистого пара, трубопровода ниже по потоку/выпускного трубопровода или коллектора конденсата.
В большинстве случаев обратная миграция вероятна, когда отложения ржавчины скапливаются на ловушке и распространяются вверх по течению в соседние трубопроводы или коллекторы точек потребления и за их пределы; ржавчину, которая образуется в ловушках или других компонентах, можно увидеть выше по течению от источника с постоянной миграцией вниз и вверх по течению.
Некоторые компоненты из нержавеющей стали также демонстрируют различные уровни металлургических структур от умеренных до высоких, включая дельта-феррит. Считается, что кристаллы феррита снижают коррозионную стойкость, даже если они могут присутствовать в количестве всего 1–5%.
Феррит также не так устойчив к коррозии, как аустенитная кристаллическая структура, поэтому он будет преимущественно корродировать. Ферриты можно точно обнаружить с помощью ферритового зонда и полуточно с помощью магнита, но есть существенные ограничения.
Начиная с настройки системы, первоначального ввода в эксплуатацию и запуска нового генератора CS и распределительного трубопровода, существует ряд факторов, способствующих коррозии:
Со временем такие коррозионные элементы могут производить продукты коррозии, когда они встречаются, объединяются и накладываются друг на друга со смесями железа и железа. Черная сажа обычно сначала появляется в генераторе, затем она появляется в выпускном трубопроводе генератора и в конечном итоге во всей системе распределения CS.
Анализ SEM был выполнен для выявления микроструктуры побочных продуктов коррозии, покрывающих всю поверхность кристаллами и другими частицами. Фон или подстилающая поверхность, на которой находятся частицы, варьируется от различных сортов железа (рис. 1-3) до обычных образцов, а именно кремниевых/железных, песчаных, стекловидных, однородных отложений (рис. 4). Также были проанализированы сильфоны пароотводчиков (рис. 5-6).
Тестирование AES — это аналитический метод, используемый для определения химии поверхности нержавеющей стали и диагностики ее коррозионной стойкости. Он также показывает ухудшение пассивной пленки и снижение концентрации хрома в пассивной пленке по мере ухудшения поверхности из-за коррозии.
Для характеристики элементного состава поверхности каждого образца использовались AES-сканы (профили концентрации поверхностных элементов по глубине).
Каждый участок, используемый для анализа и аугментации SEM, был тщательно выбран для предоставления информации из типичных регионов. Каждое исследование предоставляло информацию от нескольких верхних молекулярных слоев (оцениваемых в 10 ангстрем [Å] на слой) до глубины металлического сплава (200–1000 Å).
Значительные количества железа (Fe), хрома (Cr), никеля (Ni), кислорода (O) и углерода (C) были зарегистрированы во всех регионах Ружа. Данные и результаты AES изложены в разделе исследования случая.
Общие результаты AES для начальных условий показывают, что сильное окисление происходит на образцах с необычно высокими концентрациями Fe и O (оксидов железа) и низким содержанием Cr на поверхности. Этот красноватый осадок приводит к выделению частиц, которые могут загрязнять продукт и поверхности, контактирующие с продуктом.
После удаления мути «пассивированные» образцы продемонстрировали полное восстановление пассивной пленки, при этом Cr достигал более высоких уровней концентрации, чем Fe, с поверхностным соотношением Cr:Fe в диапазоне от 1,0 до 2,0 и полным отсутствием оксида железа.
Различные шероховатые поверхности были проанализированы с помощью XPS/ESCA для сравнения элементных концентраций и спектральных степеней окисления Fe, Cr, серы (S), кальция (Ca), натрия (Na), фосфора (P), азота (N), а также O и C (таблица A).
Существует четкая разница в содержании Cr от значений, близких к слою пассивации, до более низких значений, обычно встречающихся в базовых сплавах. Уровни железа и хрома, обнаруженные на поверхности, представляют собой различную толщину и степень румяных отложений. Тесты XPS показали увеличение Na, C или Ca на шероховатых поверхностях по сравнению с очищенными и пассивированными поверхностями.
Тестирование XPS также показало высокие уровни C в железном красном (черном) красном, а также Fe(x)O(y) (оксид железа) в красном. Данные XPS бесполезны для понимания изменений поверхности во время коррозии, поскольку они оценивают как красный металл, так и основной металл. Для надлежащей оценки результатов требуются дополнительные тесты XPS с более крупными образцами.
Предыдущие авторы также испытывали трудности с оценкой данных XPS. 10 Полевые наблюдения в процессе удаления показали, что содержание углерода высокое и обычно удаляется фильтрацией во время обработки. Микрофотографии SEM, сделанные до и после обработки по удалению морщин, иллюстрируют повреждения поверхности, вызванные этими отложениями, включая питтинг и пористость, которые напрямую влияют на коррозию.
Результаты РФЭС после пассивации показали, что соотношение содержания Cr:Fe на поверхности было намного выше при повторном формировании пассивирующей пленки, что снижало скорость коррозии и других неблагоприятных воздействий на поверхность.
Образцы купонов показали значительное увеличение соотношения Cr:Fe между поверхностью «как есть» и пассивированной поверхностью. Начальные соотношения Cr:Fe были протестированы в диапазоне от 0,6 до 1,0, в то время как коэффициенты пассивации после обработки варьировались от 1,0 до 2,5. Значения для электрополированных и пассивированных нержавеющих сталей составляют от 1,5 до 2,5.
В образцах, подвергнутых постобработке, максимальная глубина соотношения Cr:Fe (установленная с помощью AES) составила от 3 до 16 Å. Они выгодно отличаются от данных предыдущих исследований, опубликованных Coleman2 и Roll. 9 Поверхности всех образцов имели стандартные уровни Fe, Ni, O, Cr и C. Низкие уровни P, Cl, S, N, Ca и Na также были обнаружены в большинстве образцов.
Эти остатки типичны для химических очистителей, очищенной воды или электрополировки. При дальнейшем анализе было обнаружено некоторое загрязнение кремнием на поверхности и на разных уровнях самого кристалла аустенита. Источником, по-видимому, является содержание кремния в воде/паре, механических полировках или растворенном или протравленном смотровом стекле в ячейке генерации CS.
Сообщается, что продукты коррозии, обнаруженные в системах CS, сильно различаются. Это связано с различными условиями этих систем и размещением различных компонентов, таких как клапаны, ловушки и другие принадлежности, которые могут привести к коррозионным условиям и продуктам коррозии.
Кроме того, в систему часто вводятся сменные компоненты, которые не пассивированы должным образом. На продукты коррозии также существенное влияние оказывает конструкция генератора CS и качество воды. Некоторые типы генераторных установок представляют собой ребойлеры, а другие — трубчатые испарители. Генераторы CS обычно используют концевые экраны для удаления влаги из чистого пара, в то время как другие генераторы используют перегородки или циклоны.
Некоторые производят почти сплошную железную патину в распределительной трубе и красное железо, покрывающее ее. Перегородчатый блок образует черную железную пленку с румянцем оксида железа под ней и создает второе явление верхней поверхности в виде сажистого румянца, который легче стирать с поверхности.
Как правило, этот железисто-сажистый осадок гораздо более выражен, чем железно-красный, и более подвижен. Из-за повышенной степени окисления железа в конденсате, шлам, образующийся в конденсатном канале в нижней части распределительной трубы, имеет шлам оксида железа поверх шлама железа.
Румяна из оксида железа проходят через конденсатосборник, становятся видимыми в сливе, а верхний слой легко стирается с поверхности. Качество воды играет важную роль в химическом составе румян.
Более высокое содержание углеводородов приводит к слишком большому количеству сажи в помаде, в то время как более высокое содержание кремния приводит к более высокому содержанию кремния, что приводит к гладкому или глянцевому слою помады. Как упоминалось ранее, смотровые стекла уровня воды также подвержены коррозии, что позволяет мусору и кремнию попадать в систему.
Пистолет вызывает беспокойство в паровых системах, поскольку могут образовываться толстые слои, которые формируют частицы. Эти частицы присутствуют на паровых поверхностях или в оборудовании для паровой стерилизации. В следующих разделах описываются возможные эффекты лекарств.
СЭМ «как есть» на рисунках 7 и 8 показывают микрокристаллическую природу кармина класса 2 в случае 1. Особенно плотная матрица кристаллов оксида железа образовалась на поверхности в виде мелкозернистого остатка. Дезактивированные и пассивированные поверхности показали коррозионные повреждения, что привело к грубой и слегка пористой текстуре поверхности, как показано на рисунках 9 и 10.
Сканирование АЭС на рис. 11 показывает начальное состояние исходной поверхности с тяжелым оксидом железа на ней. Пассивированная и очищенная от ржавчины поверхность (рисунок 12) показывает, что пассивная пленка теперь имеет повышенное содержание Cr (красная линия) по сравнению с Fe (черная линия) при соотношении Cr:Fe > 1,0. Пассивированная и очищенная от ржавчины поверхность (рисунок 12) показывает, что пассивная пленка теперь имеет повышенное содержание Cr (красная линия) по сравнению с Fe (черная линия) при соотношении Cr:Fe > 1,0. Пассивированная и обесточенная поверхность (рис. 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. Пассивированная и обесточенная поверхность (рис. 12) показывает, что пассивная пленка теперь имеет повышенное содержание Cr (красная линия) по сравнению с Fe (черная линия) при соотношении 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。 Пассивная и морщинистая поверхность (рис. 12) показывает, что пассивная пленка теперь имеет более высокое содержание Cr (красная линия), чем Fe (черная линия), при сохранении Cr:Fe > 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.
Более тонкая (< 80 Å) пассивирующая пленка оксида хрома обеспечивает большую защиту, чем кристаллическая пленка оксида железа толщиной в сотни ангстрем от основного металла и слоя окалины с содержанием железа более 65%.
Химический состав пассивированной и морщинистой поверхности теперь сопоставим с пассивированными полированными материалами. Осадок в случае 1 представляет собой осадок класса 2, способный образовываться in situ; по мере его накопления образуются более крупные частицы, которые мигрируют с паром.
В этом случае коррозия, которая проявляется, не приведет к серьезным дефектам или ухудшению качества поверхности. Обычное сморщивание уменьшит коррозионное воздействие на поверхность и исключит возможность сильной миграции частиц, которые могут стать видимыми.
На рисунке 11 результаты AES показывают, что толстые слои вблизи поверхности имеют более высокие уровни Fe и O (500 Å оксида железа; лимонно-зеленая и синяя линии соответственно), переходящие в легированные уровни Fe, Ni, Cr и O. Концентрация Fe (синяя линия) намного выше, чем у любого другого металла, увеличиваясь с 35% на поверхности до более чем 65% в сплаве.
На поверхности уровень O (светло-зеленая линия) колеблется от почти 50% в сплаве до почти нуля при толщине оксидной пленки более 700 Å. Уровни Ni (темно-зеленая линия) и Cr (красная линия) чрезвычайно низки на поверхности (<4%) и увеличиваются до нормальных значений (11% и 17% соответственно) на глубине сплава. Уровни Ni (темно-зеленая линия) и Cr (красная линия) чрезвычайно низки на поверхности (<4%) и увеличиваются до нормальных значений (11% и 17% соответственно) на глубине сплава. Уровни Ni (темно-зеленая линия) и Cr (красная линия) чрезвычайно низки на поверхности (<4%) и продолжаются до нормального уровня (11% и 17% соответственно) в Европейском сплаве. Уровни Ni (темно-зеленая линия) и Cr (красная линия) чрезвычайно низки на поверхности (<4%) и увеличиваются до нормальных значений (11% и 17% соответственно) в глубине сплава.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 (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 низкие (<4%) и продолжаются до нормального уровня в техническом анализе (11% и 17% соответственно). Уровни Ni (темно-зеленая линия) и Cr (красная линия) на поверхности чрезвычайно низки (<4%) и увеличиваются до нормальных значений в глубине сплава (11% и 17% соответственно).
Изображение AES на рис. 12 показывает, что слой ржавчины (оксида железа) был удален, а пассивирующая пленка восстановлена. В первичном слое 15 Å уровень Cr (красная линия) выше уровня Fe (черная линия), который является пассивной пленкой. Первоначально содержание Ni на поверхности составляло 9%, увеличиваясь на 60–70 Å выше уровня Cr (± 16%), а затем увеличиваясь до уровня сплава 200 Å.
Начиная с 2%, уровень углерода (синяя линия) падает до нуля при 30 Å. Уровень Fe изначально низкий (<15%), а затем равен уровню Cr при 15 Å и продолжает увеличиваться до уровня сплава более 65% при 150 Å. Уровень Fe изначально низкий (<15%), а затем равен уровню Cr при 15 Å и продолжает увеличиваться до уровня сплава более 65% при 150 Å. Уровень Fe вначале был низким (< 15%), позже следовал за Cr при 15 Å и продолжал достигать уровня сплава более 65% при 150 Å. Уровень Fe изначально низкий (<15%), затем он равен уровню Cr при 15 Å и продолжает расти до уровня сплава более 65% при 150 Å. Fe 含量最初很低(< 15%), 后来在15 Å и Cr 含量, 并在150 Å примерно 65%的合金含量。 Fe 含量最初很低(< 15%), 后来在15 Å и Cr 含量, 并在150 Å примерно 65%的合金含量。 Содержание Fe изначально низкое (< 15 %), позже оно выравнивается по содержанию Cr при 15 Å и продолжает доходить до содержания сплава более 65 % при 150 Å. Содержание Fe изначально низкое (<15%), затем оно сравняется с содержанием Cr при 15 Å и продолжает увеличиваться до тех пор, пока содержание сплава не превысит 65% при 150 Å.Уровень Cr увеличивается до 25% поверхности при 30 Å и уменьшается до 17% в сплаве.
Повышенный уровень O вблизи поверхности (светло-зеленая линия) снижается до нуля после глубины 120 Å. Этот анализ продемонстрировал хорошо развитую пленку пассивации поверхности. Фотографии SEM на рисунках 13 и 14 показывают грубую, шероховатую и пористую кристаллическую природу поверхностных 1-го и 2-го слоев оксида железа. Морщинистая поверхность показывает эффект коррозии на частично изрытой шероховатой поверхности (рисунки 18-19).
Пассивированные и сморщенные поверхности, показанные на рисунках 13 и 14, не выдерживают сильного окисления. На рисунках 15 и 16 показана восстановленная пассивирующая пленка на металлической поверхности.