Ми використовуємо файли cookie для покращення вашого досвіду. Продовжуючи перегляд цього сайту, ви погоджуєтеся на використання нами файлів cookie. Додаткова інформація.
Чисті або повністю парові фармацевтичні системи включають генератори, регулювальні клапани, розподільчі трубопроводи або трубопроводи, термодинамічні або рівноважні термостатичні пастки, манометри, редуктори тиску, запобіжні клапани та об'ємні акумулятори.
Більшість цих деталей виготовлені з нержавіючої сталі 316 L та містять фторполімерні прокладки (зазвичай політетрафторетилен, також відомий як тефлон або PTFE), а також напівметалеві або інші еластомерні матеріали.
Ці компоненти схильні до корозії або деградації під час використання, що впливає на якість готової системи очищення пари (CS). У проекті, детально описаному в цій статті, оцінювалися зразки нержавіючої сталі з чотирьох тематичних досліджень систем CS, оцінювався ризик потенційного корозійного впливу на технологічні та критично важливі інженерні системи, а також проводилися випробування на наявність твердих частинок і металів у конденсаті.
Зразки кородованих трубопроводів та компонентів розподільчих систем розміщуються для дослідження побічних продуктів корозії.9 Для кожного конкретного випадку оцінювалися різні стани поверхні. Наприклад, оцінювалися стандартні ефекти почервоніння та корозії.
Поверхні контрольних зразків оцінювали на наявність рум'яних відкладень за допомогою візуального огляду, оже-електронної спектроскопії (AES), електронної спектроскопії для хімічного аналізу (ESCA), скануючої електронної мікроскопії (SEM) та рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (XPS).
Ці методи можуть виявити фізичні та атомні властивості корозії та відкладень, а також визначити ключові фактори, що впливають на властивості технічних рідин або кінцевих продуктів.
Продукти корозії нержавіючої сталі можуть мати різні форми, такі як карміновий шар оксиду заліза (коричневого або червоного) на поверхні під або над шаром оксиду заліза (чорного або сірого)2. Здатність мігрувати вниз за течією.
Шар оксиду заліза (чорний рум'янець) може з часом потовщуватися, оскільки відкладення стають більш вираженими, про що свідчать частинки або відкладення, видимі на поверхнях стерилізаційної камери та обладнання або контейнерів після стерилізації парою, спостерігається міграція. Лабораторний аналіз зразків конденсату показав дисперсний характер осаду та кількість розчинних металів у рідині CS. чотири
Хоча існує багато причин цього явища, генератор CS зазвичай є основним фактором. Нерідко можна знайти червоний оксид заліза (коричневий/червоний) на поверхнях та оксид заліза (чорний/сірий) у вентиляційних отворах, які повільно мігрують через систему розподілу CS. 6
Розподільна система CS являє собою розгалужену конфігурацію з кількома точками використання, що закінчуються у віддалених районах або в кінці головного колектора та різних відгалужених підколекторів. Система може включати низку регуляторів, які допомагають ініціювати зниження тиску/температури в певних точках використання, що можуть бути потенційними точками корозії.
Корозія також може виникати в гігієнічних конденсатовідвідниках, які встановлюються в різних точках системи для видалення конденсату та повітря з чистої пари, що протікає через конденсатовідвідник, трубопровід нижче за течією/випускний трубопровід або конденсатовідвідний колектор.
У більшості випадків зворотна міграція ймовірна, коли відкладення іржі накопичуються на пастці та розростаються вище за течією в сусідні трубопроводи або колектори точок споживання та за їх межі; іржа, яка утворюється в пастках або інших компонентах, може спостерігатися вище за течією від джерела з постійною міграцією нижче за течією та вище за течією.
Деякі компоненти з нержавіючої сталі також демонструють різні рівні металургійних структур від помірного до високого, включаючи дельта-ферит. Вважається, що кристали фериту знижують корозійну стійкість, хоча вони можуть бути присутніми лише в 1–5%.
Ферит також не такий стійкий до корозії, як аустенітна кристалічна структура, тому він переважно піддається корозії. Ферити можна точно виявити за допомогою феритового зонда та напівточно за допомогою магніту, але є значні обмеження.
Від налаштування системи, через початкове введення в експлуатацію та запуск нового генератора CS та розподільчого трубопроводу, існує низка факторів, що сприяють корозії:
З часом такі корозійні елементи можуть утворювати продукти корозії, коли вони зустрічаються, поєднуються та перекриваються із сумішами заліза та заліза. Чорна сажа зазвичай спочатку з'являється в генераторі, потім у випускному трубопроводі генератора і, зрештою, по всій розподільчій системі CS.
Було проведено SEM-аналіз для виявлення мікроструктури побічних продуктів корозії, що покривають всю поверхню кристалами та іншими частинками. Фон або підстилаюча поверхня, на якій знаходяться частинки, варіюється від різних марок заліза (рис. 1-3) до поширених зразків, а саме: кремнезему/заліза, піщаних, склоподібних, однорідних відкладень (рис. 4). Також було проаналізовано сильфони конденсатовідвідника (рис. 5-6).
AES-тестування – це аналітичний метод, який використовується для визначення хімічного складу поверхні нержавіючої сталі та діагностики її корозійної стійкості. Він також показує погіршення стану пасивної плівки та зменшення концентрації хрому в ній у міру руйнування поверхні внаслідок корозії.
Для характеристики елементного складу поверхні кожного зразка використовувалися AES-скани (профілі концентрації поверхневих елементів за глибиною).
Кожна ділянка, що використовувалася для SEM-аналізу та доповнення, була ретельно відібрана для отримання інформації з типових областей. Кожне дослідження надало інформацію від кількох верхніх молекулярних шарів (оцінено в 10 ангстрем [Å] на шар) до глибини металевого сплаву (200–1000 Å).
Значна кількість заліза (Fe), хрому (Cr), нікелю (Ni), кисню (O) та вуглецю (C) була зареєстрована у всіх регіонах Руж. Дані та результати AES викладено в розділі тематичного дослідження.
Загальні результати AES для початкових умов показують, що сильне окислення відбувається на зразках з надзвичайно високою концентрацією Fe та O (оксидів заліза) та низьким вмістом Cr на поверхні. Цей рум'яний осад призводить до вивільнення частинок, які можуть забруднювати продукт та поверхні, що контактують з продуктом.
Після видалення рум'яна, «пасивовані» зразки показали повне відновлення пасивної плівки, при цьому Cr досяг вищих рівнів концентрації, ніж Fe, зі співвідношенням поверхні Cr:Fe від 1,0 до 2,0 та загальною відсутністю оксиду заліза.
Різні шорсткі поверхні були проаналізовані за допомогою рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (РФЕС/ЕСХА) для порівняння елементарних концентрацій та спектральних станів окислення Fe, Cr, сірки (S), кальцію (Ca), натрію (Na), фосфору (P), азоту (N), а також O та C (таблиця A).
Існує чітка різниця у вмісті Cr від значень, близьких до шару пасивації, до нижчих значень, типових для базових сплавів. Рівні заліза та хрому, виявлені на поверхні, відображають різну товщину та ступінь червоних відкладень. Рентгенофотоелектронний спектроскопічний аналіз (РФЕС) показав збільшення вмісту Na, C або Ca на шорстких поверхнях порівняно з очищеними та пасивованими поверхнями.
Рентгенофотоелектронний спектроскопічний аналіз (РФЕС) також показав високий рівень C у червоному залізі (чорному), а також Fe(x)O(y) (оксид заліза) у червоному. Дані РФЕС не корисні для розуміння змін поверхні під час корозії, оскільки вони оцінюють як червоний метал, так і основний метал. Для правильної оцінки результатів потрібні додаткові РФЕС-тестування з більшими зразками.
Попередні автори також мали труднощі з оцінкою даних рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (РФЕС).10 Польові спостереження під час процесу видалення показали, що вміст вуглецю високий і зазвичай видаляється фільтрацією під час обробки. Мікрофотографії СЕМ, зроблені до та після обробки для видалення зморшок, ілюструють пошкодження поверхні, спричинені цими відкладеннями, включаючи точкову утворення та пористість, які безпосередньо впливають на корозію.
Результати рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (РФЕС) після пасивації показали, що співвідношення вмісту Cr:Fe на поверхні було значно вищим після повторного формування пасиваційної плівки, що зменшило швидкість корозії та інших негативних наслідків для поверхні.
Зразки-купони показали значне збільшення співвідношення Cr:Fe між поверхнею «як є» та пасивованою поверхнею. Початкові співвідношення Cr:Fe були протестовані в діапазоні від 0,6 до 1,0, тоді як коефіцієнти пасивації після обробки коливалися від 1,0 до 2,5. Значення для електрополованих та пасивованих нержавіючих сталей становлять від 1,5 до 2,5.
У зразках, що пройшли постобробку, максимальна глибина співвідношення Cr:Fe (встановлена ​​за допомогою AES) коливалася від 3 до 16 Å. Це вигідно відрізняється від даних попередніх досліджень, опублікованих Коулманом2 та Роллом.9 Поверхні всіх зразків мали стандартні рівні Fe, Ni, O, Cr та C. Низькі рівні P, Cl, S, N, Ca та Na також були виявлені у більшості зразків.
Ці залишки типові для хімічних засобів для чищення, очищеної води або електрополірування. Після подальшого аналізу було виявлено деяке забруднення кремнієм на поверхні та на різних рівнях самого кристала аустеніту. Джерелом, ймовірно, є вміст кремнезему у воді/парі, механічні поліролі або розчинене чи протравлене оглядове скло в комірці для генерації CS.
Повідомляється, що продукти корозії, що містяться в системах CS, значно різняться. Це пов'язано з різними умовами цих систем та розміщенням різних компонентів, таких як клапани, конденсатовідвідні труби та інші аксесуари, які можуть призвести до корозійних умов та появи продуктів корозії.
Крім того, у систему часто вводяться запасні компоненти, які не пасивуються належним чином. На продукти корозії також суттєво впливає конструкція генератора CS та якість води. Деякі типи генераторних установок є ребойлерами, а інші - трубчастими спалахами. Генератори CS зазвичай використовують торцеві екрани для видалення вологи з чистої пари, тоді як інші генератори використовують перегородки або циклони.
Деякі утворюють майже суцільну залізну патину на розподільній трубі та червоному залізі, що її покриває. Перегородка утворює чорну залізну плівку з рум'янцем оксиду заліза під нею та створює друге поверхневе явище у вигляді сажистого рум'янцю, який легше стерти з поверхні.
Як правило, цей залізистий сажоподібний відклад набагато вираженіший, ніж залізо-червоний, і є більш рухливим. Через підвищений ступінь окислення заліза в конденсаті, шлам, що утворюється в конденсатному каналі внизу розподільчої труби, має поверх залізного шламу оксиду заліза.
Рум'янець оксиду заліза проходить через збірник конденсату, стає видимим у зливі, а верхній шар легко стирається з поверхні. Якість води відіграє важливу роль у хімічному складі рум'яна.
Вищий вміст вуглеводнів призводить до надмірної кількості сажі в губній помаді, тоді як вищий вміст кремнезему призводить до вищого вмісту кремнезему, що призводить до гладкого або глянцевого шару помади. Як згадувалося раніше, оглядові скла рівня води також схильні до корозії, що дозволяє сміттям та кремнезему потрапляти в систему.
Пістолет викликає занепокоєння в парових системах, оскільки можуть утворюватися товсті шари, що формують частинки. Ці частинки присутні на парових поверхнях або в обладнанні для парової стерилізації. У наступних розділах описано можливі наслідки впливу ліків.
СЕМ «як є» на рисунках 7 та 8 показують мікрокристалічну природу карміну 2 класу у випадку 1. На поверхні утворилася особливо щільна матриця кристалів оксиду заліза у вигляді дрібнозернистого залишку. Деконтаміновані та пасивовані поверхні показали корозійні пошкодження, що призвело до шорсткої та злегка пористої текстури поверхні, як показано на рисунках 9 та 10.
Сканування NPP на рис. 11 показує початковий стан вихідної поверхні з важким оксидом заліза на ній. Пасивована та видалена рум'янець поверхня (Рисунок 12) вказує на те, що пасивна плівка тепер має підвищений вміст Cr (червона лінія) порівняно з Fe (чорна лінія) при співвідношенні Cr:Fe > 1,0. Пасивована та видалена рум'янець поверхня (Рисунок 12) вказує на те, що пасивна плівка тепер має підвищений вміст Cr (червона лінія) порівняно з Fe (чорна лінія) при співвідношенні Cr:Fe > 1,0. Пассивована і обесточена поверхня (рис. 12) вказує на те, що пасивна плівка тепер має підвищений вміст Cr (червона лінія) у порівнянні з Fe (чорна лінія) за співвідношення Cr:Fe > 1,0. Пасивована та знеструмлена поверхня (рис. 12) вказує на те, що пасивна плівка тепер має підвищений вміст Cr (червона лінія) порівняно з Fe (чорна лінія) при співвідношенні 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. Пассивована і морщиниста поверхня (рис. 12) показує, що пассивована плівка тепер має більш високий вміст Cr (червона лінія), ніж Fe (чорна лінія), при співвідношенні Cr:Fe > 1,0. Пасивована та зморшкувата поверхня (рис. 12) показує, що пасивована плівка тепер має вищий вміст Cr (червона лінія), ніж Fe (чорна лінія) при співвідношенні Cr:Fe > 1,0.
Тонша (< 80 Å) пасивуюча плівка оксиду хрому має кращий захисний ефект, ніж кристалічна плівка оксиду заліза товщиною в сотні ангстремів з основного металу та шару окалини з вмістом заліза понад 65%.
Хімічний склад пасивованої та зморшкуватої поверхні тепер можна порівняти з пасивованими полірованими матеріалами. Осад у випадку 1 є осадом 2 класу, здатним утворюватися in situ; у міру його накопичення утворюються більші частинки, які мігрують з парою.
У цьому випадку виявлена ​​корозія не призведе до серйозних дефектів або погіршення якості поверхні. Звичайне зморщування зменшить корозійний вплив на поверхню та усуне можливість сильної міграції частинок, які можуть стати видимими.
На рисунку 11 результати AES показують, що товсті шари поблизу поверхні мають вищі рівні Fe та O (500 Å оксиду заліза; лимонно-зелена та синя лінії відповідно), переходячи до легованих рівнів Fe, Ni, Cr та O. Концентрація Fe (синя лінія) набагато вища, ніж у будь-якого іншого металу, збільшуючись від 35% на поверхні до понад 65% у сплаві.
На поверхні рівень O (світло-зелена лінія) змінюється від майже 50% у сплаві майже до нуля при товщині оксидної плівки понад 700 Å. Рівні Ni (темно-зелена лінія) та Cr (червона лінія) надзвичайно низькі на поверхні (< 4%) та зростають до нормальних рівнів (11% та 17% відповідно) на глибині сплаву. Рівні Ni (темно-зелена лінія) та Cr (червона лінія) надзвичайно низькі на поверхні (< 4%) та зростають до нормальних рівнів (11% та 17% відповідно) на глибині сплаву. Рівні Ni (темно-зелена лінія) і Cr (червона лінія) надзвичайно низькі на поверхні (<4%) і підвищуються до нормального рівня (11% і 17% відповідно) в глибині сплаву. Рівні Ni (темно-зелена лінія) та Cr (червона лінія) надзвичайно низькі на поверхні (<4%) та зростають до нормальних рівнів (11% та 17% відповідно) глибоко в сплаві.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% і 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% Рівні Ni (темно-зелена лінія) і Cr (червона лінія) на поверхні надзвичайно низькі (<4%) і підвищуються до нормального рівня в глибині сплаву (11% і 17% відповідно). Рівні Ni (темно-зелена лінія) та Cr (червона лінія) на поверхні надзвичайно низькі (<4%) та зростають до нормальних рівнів глибоко в сплаві (11% та 17% відповідно).
На зображенні AES на рис. 12 видно, що шар червоного (оксиду заліза) був видалений, а пасиваційна плівка відновлена. У первинному шарі товщиною 15 Å рівень Cr (червона лінія) вищий за рівень Fe (чорна лінія), що є пасивною плівкою. Спочатку вміст Ni на поверхні становив 9%, збільшуючись на 60–70 Å вище рівня Cr (± 16%), а потім збільшуючись до рівня сплаву 200 Å.
Починаючи з 2%, рівень вуглецю (синя лінія) падає до нуля при 30 Å. Рівень Fe спочатку низький (< 15%), а пізніше дорівнює рівню Cr при 15 Å та продовжує зростати до рівня сплаву понад 65% при 150 Å. Рівень Fe спочатку низький (< 15%), а пізніше дорівнює рівню Cr при 15 Å та продовжує зростати до рівня сплаву понад 65% при 150 Å. Рівень Fe спочатку низький (< 15%), пізніше рівень рівня Cr при 15 Å і продовжує збільшуватися до рівня сплаву понад 65% при 150 Å. Рівень заліза спочатку низький (< 15%), пізніше дорівнює рівню хрому при 15 Å і продовжує зростати до понад 65% рівня сплаву при 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。 Вміст Fe значно низький (< 15 %), але воно вирівнюється вмістом Cr при 15 Å і продовжує збільшуватися до вмісту сплаву понад 65 % при 150 Å. Вміст заліза спочатку низький (< 15%), пізніше він дорівнює вмісту хрому при 15 Å і продовжує зростати, доки вміст сплаву не перевищить 65% при 150 Å.Рівень Cr збільшується до 25% поверхні при 30 Å та зменшується до 17% у сплаві.
Підвищений рівень O поблизу поверхні (світло-зелена лінія) зменшується до нуля після глибини 120 Å. Цей аналіз продемонстрував добре розвинену плівку поверхневої пасивації. Фотографії SEM на рисунках 13 та 14 показують шорстку, грубу та пористу кристалічну природу поверхневих 1-го та 2-го шарів оксиду заліза. Зморшкувата поверхня демонструє вплив корозії на частково ямкову шорстку поверхню (рисунки 18-19).
Пасивовані та зморшкуваті поверхні, показані на рисунках 13 та 14, не витримують сильного окислення. На рисунках 15 та 16 показано відновлену пасиваційну плівку на металевій поверхні.