Chúng tôi sử dụng cookie để cải thiện trải nghiệm của bạn. Bằng cách tiếp tục duyệt trang web này, bạn đồng ý với việc chúng tôi sử dụng cookie. Thông tin bổ sung.
Hệ thống dược phẩm hơi nước tinh khiết hoặc nguyên chất bao gồm máy phát điện, van điều khiển, ống phân phối hoặc đường ống, bẫy nhiệt động hoặc cân bằng, đồng hồ đo áp suất, bộ giảm áp suất, van an toàn và bình tích áp.
Hầu hết các bộ phận này được làm bằng thép không gỉ 316L và chứa gioăng fluoropolymer (thường là polytetrafluoroethylene, còn gọi là Teflon hoặc PTFE), cũng như vật liệu bán kim loại hoặc vật liệu đàn hồi khác.
Các thành phần này dễ bị ăn mòn hoặc xuống cấp trong quá trình sử dụng, ảnh hưởng đến chất lượng của tiện ích Clean Steam (CS) đã hoàn thiện. Dự án được trình bày chi tiết trong bài viết này đã đánh giá các mẫu thép không gỉ từ bốn nghiên cứu điển hình về hệ thống CS, đánh giá rủi ro về tác động ăn mòn tiềm ẩn đối với quy trình và các hệ thống kỹ thuật quan trọng, đồng thời thử nghiệm các hạt và kim loại trong chất ngưng tụ.
Các mẫu đường ống bị ăn mòn và các thành phần hệ thống phân phối được đặt để nghiên cứu các sản phẩm phụ của quá trình ăn mòn. 9 Đối với mỗi trường hợp cụ thể, các điều kiện bề mặt khác nhau đã được đánh giá. Ví dụ, các hiệu ứng đỏ mặt và ăn mòn tiêu chuẩn đã được đánh giá.
Bề mặt của các mẫu tham chiếu được đánh giá sự hiện diện của cặn hồng bằng cách kiểm tra trực quan, quang phổ điện tử Auger (AES), quang phổ điện tử để phân tích hóa học (ESCA), kính hiển vi điện tử quét (SEM) và quang phổ điện tử tia X (XPS).
Các phương pháp này có thể tiết lộ các tính chất vật lý và nguyên tử của sự ăn mòn và cặn bẩn, cũng như xác định các yếu tố chính ảnh hưởng đến các tính chất của chất lỏng kỹ thuật hoặc sản phẩm cuối cùng.
Sản phẩm ăn mòn của thép không gỉ có thể có nhiều dạng, chẳng hạn như lớp oxit sắt màu đỏ thẫm (nâu hoặc đỏ) trên bề mặt bên dưới hoặc bên trên lớp oxit sắt (đen hoặc xám)2. Khả năng di chuyển về hạ lưu.
Lớp oxit sắt (màu đen) có thể dày lên theo thời gian khi các cặn lắng trở nên rõ rệt hơn, bằng chứng là các hạt hoặc cặn lắng có thể nhìn thấy trên bề mặt của buồng khử trùng và thiết bị hoặc thùng chứa sau khi khử trùng bằng hơi nước, có sự di chuyển. Phân tích trong phòng thí nghiệm các mẫu ngưng tụ cho thấy bản chất phân tán của bùn và lượng kim loại hòa tan trong chất lỏng CS. bốn
Mặc dù có nhiều lý do cho hiện tượng này, máy phát CS thường là tác nhân chính. Không hiếm khi thấy oxit sắt đỏ (nâu/đỏ) trên bề mặt và oxit sắt (đen/xám) trong các lỗ thông hơi di chuyển chậm qua hệ thống phân phối CS. 6
Hệ thống phân phối CS là cấu hình phân nhánh với nhiều điểm sử dụng kết thúc ở các khu vực xa xôi hoặc ở cuối đường ống chính và nhiều đường ống nhánh phụ khác nhau. Hệ thống có thể bao gồm một số bộ điều chỉnh để giúp khởi tạo giảm áp suất/nhiệt độ tại các điểm sử dụng cụ thể có thể là điểm ăn mòn tiềm ẩn.
Ăn mòn cũng có thể xảy ra trong các bẫy thiết kế vệ sinh được đặt tại nhiều điểm khác nhau trong hệ thống để loại bỏ nước ngưng tụ và không khí khỏi luồng hơi nước sạch chảy qua bẫy, đường ống hạ lưu/đường ống xả hoặc ống góp nước ngưng tụ.
Trong hầu hết các trường hợp, hiện tượng di chuyển ngược có thể xảy ra khi các cặn gỉ tích tụ trên bẫy và phát triển ngược dòng vào và ra khỏi các đường ống liền kề hoặc các bộ thu gom tại điểm sử dụng; rỉ sét hình thành trong bẫy hoặc các thành phần khác có thể được nhìn thấy ở thượng nguồn với quá trình di chuyển liên tục theo hạ lưu và thượng nguồn.
Một số thành phần thép không gỉ cũng thể hiện nhiều mức độ cấu trúc kim loại từ trung bình đến cao, bao gồm delta ferit. Người ta tin rằng tinh thể ferit làm giảm khả năng chống ăn mòn, mặc dù chúng có thể chỉ có ở mức 1–5%.
Ferrite cũng không có khả năng chống ăn mòn như cấu trúc tinh thể austenit, do đó nó sẽ bị ăn mòn nhiều hơn. Ferrite có thể được phát hiện chính xác bằng đầu dò ferrite và bán chính xác bằng nam châm, nhưng có những hạn chế đáng kể.
Từ khâu thiết lập hệ thống, thông qua quá trình vận hành ban đầu và khởi động máy phát CS và đường ống phân phối mới, có một số yếu tố góp phần gây ra sự ăn mòn:
Theo thời gian, các thành phần ăn mòn như thế này có thể tạo ra các sản phẩm ăn mòn khi chúng gặp nhau, kết hợp và chồng lên nhau với hỗn hợp sắt và sắt. Bồ hóng đen thường được nhìn thấy đầu tiên trong máy phát điện, sau đó xuất hiện trong đường ống xả máy phát điện và cuối cùng là trong toàn bộ hệ thống phân phối CS.
Phân tích SEM được thực hiện để tiết lộ cấu trúc vi mô của các sản phẩm phụ ăn mòn bao phủ toàn bộ bề mặt bằng tinh thể và các hạt khác. Nền hoặc bề mặt bên dưới mà các hạt được tìm thấy thay đổi từ nhiều loại sắt khác nhau (Hình 1-3) đến các mẫu thông thường, cụ thể là silica/sắt, cát, thủy tinh, các lớp lắng đọng đồng nhất (Hình 4). Các ống thổi bẫy hơi cũng được phân tích (Hình 5-6).
Kiểm tra AES là phương pháp phân tích được sử dụng để xác định thành phần hóa học bề mặt của thép không gỉ và chẩn đoán khả năng chống ăn mòn của nó. Nó cũng cho thấy sự xuống cấp của lớp màng thụ động và sự giảm nồng độ crom trong lớp màng thụ động khi bề mặt xuống cấp do ăn mòn.
Để mô tả thành phần nguyên tố của bề mặt mỗi mẫu, người ta đã sử dụng quét AES (hồ sơ nồng độ của các nguyên tố bề mặt theo độ sâu).
Mỗi vị trí được sử dụng để phân tích SEM và tăng cường đã được lựa chọn cẩn thận để cung cấp thông tin từ các vùng điển hình. Mỗi nghiên cứu cung cấp thông tin từ một vài lớp phân tử trên cùng (ước tính ở mức 10 angstrom [Å] cho mỗi lớp) đến độ sâu của hợp kim kim loại (200–1000 Å).
Một lượng đáng kể sắt (Fe), crom (Cr), niken (Ni), oxy (O) và cacbon (C) đã được ghi nhận ở tất cả các khu vực của Rouge. Dữ liệu và kết quả AES được nêu trong phần nghiên cứu trường hợp.
Kết quả AES tổng thể cho các điều kiện ban đầu cho thấy quá trình oxy hóa mạnh xảy ra trên các mẫu có nồng độ Fe và O (oxit sắt) cao bất thường và hàm lượng Cr thấp trên bề mặt. Lớp cặn đỏ này dẫn đến việc giải phóng các hạt có thể làm ô nhiễm sản phẩm và các bề mặt tiếp xúc với sản phẩm.
Sau khi lớp phủ được loại bỏ, các mẫu “thụ động” cho thấy lớp phủ thụ động được phục hồi hoàn toàn, với Cr đạt nồng độ cao hơn Fe, với tỷ lệ bề mặt Cr:Fe dao động từ 1,0 đến 2,0 và nhìn chung không có oxit sắt.
Nhiều bề mặt gồ ghề khác nhau đã được phân tích bằng XPS/ESCA để so sánh nồng độ nguyên tố và trạng thái oxy hóa quang phổ của Fe, Cr, lưu huỳnh (S), canxi (Ca), natri (Na), phốt pho (P), nitơ (N), O và C (bảng A).
Có sự khác biệt rõ ràng về hàm lượng Cr từ các giá trị gần lớp thụ động hóa đến các giá trị thấp hơn thường thấy trong hợp kim cơ bản. Mức độ sắt và crom tìm thấy trên bề mặt biểu thị độ dày và cấp độ khác nhau của các lớp phủ đỏ. Các thử nghiệm XPS đã chỉ ra sự gia tăng Na, C hoặc Ca trên các bề mặt thô so với các bề mặt đã được làm sạch và thụ động hóa.
Thử nghiệm XPS cũng cho thấy mức C cao trong sắt đỏ (đen) đỏ cũng như Fe(x)O(y) (oxit sắt) trong màu đỏ. Dữ liệu XPS không hữu ích để hiểu những thay đổi bề mặt trong quá trình ăn mòn vì nó đánh giá cả kim loại đỏ và kim loại cơ bản. Cần thử nghiệm XPS bổ sung với các mẫu lớn hơn để đánh giá kết quả đúng cách.
Các tác giả trước đây cũng gặp khó khăn trong việc đánh giá dữ liệu XPS. 10 Các quan sát thực địa trong quá trình loại bỏ đã chỉ ra rằng hàm lượng carbon cao và thường được loại bỏ bằng cách lọc trong quá trình xử lý. Các ảnh chụp SEM được chụp trước và sau khi xử lý loại bỏ nếp nhăn minh họa cho thiệt hại bề mặt do các chất lắng đọng này gây ra, bao gồm cả rỗ và xốp, ảnh hưởng trực tiếp đến sự ăn mòn.
Kết quả XPS sau khi thụ động hóa cho thấy tỷ lệ hàm lượng Cr:Fe trên bề mặt cao hơn nhiều khi lớp thụ động được hình thành lại, do đó làm giảm tốc độ ăn mòn và các tác động bất lợi khác lên bề mặt.
Các mẫu phiếu giảm giá cho thấy tỷ lệ Cr:Fe giữa bề mặt "nguyên trạng" và bề mặt thụ động tăng đáng kể. Tỷ lệ Cr:Fe ban đầu được thử nghiệm trong khoảng từ 0,6 đến 1,0, trong khi tỷ lệ thụ động sau xử lý dao động từ 1,0 đến 2,5. Các giá trị đối với thép không gỉ được đánh bóng điện và thụ động nằm trong khoảng từ 1,5 đến 2,5.
Trong các mẫu được xử lý sau, độ sâu tối đa của tỷ lệ Cr:Fe (được thiết lập bằng AES) dao động từ 3 đến 16 Å. Chúng so sánh thuận lợi với dữ liệu từ các nghiên cứu trước đây do Coleman2 và Roll công bố. 9 Bề mặt của tất cả các mẫu đều có mức chuẩn của Fe, Ni, O, Cr và C. Mức thấp của P, Cl, S, N, Ca và Na cũng được tìm thấy trong hầu hết các mẫu.
Những cặn bã này là đặc trưng của chất tẩy rửa hóa học, nước tinh khiết hoặc đánh bóng điện hóa. Sau khi phân tích sâu hơn, một số tạp chất silic đã được tìm thấy trên bề mặt và ở các mức độ khác nhau của tinh thể austenit. Nguồn gốc có vẻ là hàm lượng silic trong nước/hơi nước, chất đánh bóng cơ học hoặc kính quan sát hòa tan hoặc khắc trong ô tạo CS.
Các sản phẩm ăn mòn được tìm thấy trong hệ thống CS được báo cáo là rất khác nhau. Điều này là do các điều kiện khác nhau của các hệ thống này và vị trí của các thành phần khác nhau như van, bẫy và các phụ kiện khác có thể dẫn đến các điều kiện ăn mòn và các sản phẩm ăn mòn.
Ngoài ra, các thành phần thay thế thường được đưa vào hệ thống mà không được thụ động hóa đúng cách. Các sản phẩm ăn mòn cũng bị ảnh hưởng đáng kể bởi thiết kế của máy phát điện CS và chất lượng nước. Một số loại bộ máy phát điện là lò đun sôi lại trong khi những loại khác là lò đốt dạng ống. Máy phát điện CS thường sử dụng màn chắn cuối để loại bỏ độ ẩm khỏi hơi nước sạch, trong khi các máy phát điện khác sử dụng các tấm chắn hoặc lốc xoáy.
Một số sản phẩm tạo ra lớp gỉ sắt gần như rắn chắc trong đường ống phân phối và lớp sắt đỏ bao phủ nó. Khối chắn tạo thành lớp màng sắt đen với lớp oxit sắt bên dưới và tạo ra hiện tượng bề mặt trên thứ hai dưới dạng lớp bồ hóng dễ lau sạch bề mặt hơn.
Theo quy luật, cặn giống như muội sắt này rõ rệt hơn nhiều so với cặn sắt đỏ và di động hơn. Do trạng thái oxy hóa tăng lên của sắt trong nước ngưng tụ, bùn được tạo ra trong kênh nước ngưng tụ ở đáy ống phân phối có bùn oxit sắt ở trên bùn sắt.
Phấn má oxit sắt đi qua bộ thu nước ngưng tụ, hiện rõ trong ống thoát nước và lớp trên cùng dễ dàng được chà xát khỏi bề mặt. Chất lượng nước đóng vai trò quan trọng trong thành phần hóa học của phấn má.
Hàm lượng hydrocarbon cao hơn dẫn đến quá nhiều muội than trong son môi, trong khi hàm lượng silica cao hơn dẫn đến hàm lượng silica cao hơn, tạo ra lớp son môi mịn hoặc bóng. Như đã đề cập trước đó, kính quan sát mực nước cũng dễ bị ăn mòn, cho phép các mảnh vụn và silica xâm nhập vào hệ thống.
Súng là nguyên nhân gây lo ngại trong hệ thống hơi nước vì các lớp dày có thể hình thành tạo thành các hạt. Các hạt này có trên bề mặt hơi nước hoặc trong thiết bị khử trùng bằng hơi nước. Các phần sau đây mô tả các tác dụng có thể xảy ra của thuốc.
SEM As-Is trong Hình 7 và 8 cho thấy bản chất vi tinh thể của carmine loại 2 trong trường hợp 1. Một ma trận đặc biệt dày đặc của các tinh thể oxit sắt hình thành trên bề mặt dưới dạng cặn mịn. Các bề mặt được khử nhiễm và thụ động hóa cho thấy hư hỏng do ăn mòn dẫn đến kết cấu bề mặt thô và hơi xốp như thể hiện trong Hình 9 và 10.
Quét NPP trong hình 11 cho thấy trạng thái ban đầu của bề mặt ban đầu có oxit sắt nặng trên đó. Bề mặt thụ động và mất màu (Hình 12) cho thấy lớp màng thụ động hiện có hàm lượng Cr (đường màu đỏ) cao hơn Fe (đường màu đen) ở tỷ lệ Cr:Fe > 1,0. Bề mặt thụ động và mất màu (Hình 12) cho thấy lớp màng thụ động hiện có hàm lượng Cr (đường màu đỏ) cao hơn Fe (đường màu đen) ở tỷ lệ 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. Bề mặt thụ động và mất năng lượng (Hình 12) cho thấy lớp màng thụ động hiện có hàm lượng Cr (đường màu đỏ) tăng lên so với Fe (đường màu đen) theo tỷ lệ 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. Bề mặt thụ động và nhăn nheo (Hình 12) cho thấy lớp màng thụ động hiện có hàm lượng Cr (đường màu đỏ) cao hơn Fe (đường màu đen) ở tỷ lệ Cr:Fe > 1,0.
Lớp màng oxit crom thụ động mỏng hơn (< 80 Å) có khả năng bảo vệ tốt hơn lớp màng oxit sắt tinh thể dày hàng trăm angstrom từ lớp kim loại cơ bản và lớp cặn có hàm lượng sắt hơn 65%.
Thành phần hóa học của bề mặt thụ động và nhăn nheo hiện nay tương đương với vật liệu đánh bóng thụ động. Trầm tích trong trường hợp 1 là trầm tích loại 2 có khả năng hình thành tại chỗ; khi tích tụ, các hạt lớn hơn được hình thành và di chuyển cùng với hơi nước.
Trong trường hợp này, sự ăn mòn được thể hiện sẽ không dẫn đến các khuyết tật nghiêm trọng hoặc làm giảm chất lượng bề mặt. Sự nhăn nheo bình thường sẽ làm giảm tác động ăn mòn trên bề mặt và loại bỏ khả năng di chuyển mạnh của các hạt có thể nhìn thấy được.
Trong Hình 11, kết quả AES cho thấy các lớp dày gần bề mặt có mức Fe và O cao hơn (500 Å oxit sắt; lần lượt là các đường màu xanh lá cây và xanh lam chanh), chuyển sang mức pha tạp Fe, Ni, Cr và O. Nồng độ Fe (đường màu xanh lam) cao hơn nhiều so với bất kỳ kim loại nào khác, tăng từ 35% ở bề mặt lên hơn 65% trong hợp kim.
Trên bề mặt, mức O (đường màu xanh lá cây nhạt) tăng từ gần 50% trong hợp kim lên gần bằng không ở độ dày màng oxit hơn 700 Å. Mức Ni (đường màu xanh lá cây đậm) và Cr (đường màu đỏ) cực kỳ thấp ở bề mặt (< 4%) và tăng lên mức bình thường (lần lượt là 11% và 17%) ở độ sâu hợp kim. Mức Ni (đường màu xanh lá cây đậm) và Cr (đường màu đỏ) cực kỳ thấp ở bề mặt (< 4%) và tăng lên mức bình thường (lần lượt là 11% và 17%) ở độ sâu hợp kim. Уровни Ni (темно-зеленая линия) và Cr (красная линия) чрезвычайно низки на поверхности (<4%) và увеличиваются до нормального уровня (11% và 17% соответственно) và глубине сплава. Nồng độ Ni (đường màu xanh lá cây đậm) và Cr (đường màu đỏ) cực kỳ thấp ở bề mặt (<4%) và tăng lên mức bình thường (lần lượt là 11% và 17%) sâu trong hợp kim.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) và Cr (красная линия) на поверхности чрезвычайно низки (<4%) và увеличиваются до không có gì đáng chú ý ở глубине tỷ lệ cược (11% và 17% tỷ lệ ủng hộ). Nồng độ Ni (đường màu xanh lá cây đậm) và Cr (đường màu đỏ) ở bề mặt cực kỳ thấp (<4%) và tăng lên mức bình thường sâu trong hợp kim (lần lượt là 11% và 17%).
Hình ảnh AES trong hình 12 cho thấy lớp rouge (oxit sắt) đã được loại bỏ và lớp thụ động đã được phục hồi. Trong lớp chính 15 Å, mức Cr (đường màu đỏ) cao hơn mức Fe (đường màu đen), đây là lớp thụ động. Ban đầu, hàm lượng Ni trên bề mặt là 9%, tăng 60–70 Å so với mức Cr (± 16%), sau đó tăng lên mức hợp kim là 200 Å.
Bắt đầu ở mức 2%, mức carbon (đường màu xanh) giảm xuống 0 ở mức 30 Å. Mức Fe ban đầu thấp (< 15%) và sau đó bằng mức Cr ở 15 Å và tiếp tục tăng lên mức hợp kim ở mức hơn 65% ở 150 Å. Mức Fe ban đầu thấp (< 15%) và sau đó bằng mức Cr ở 15 Å và tiếp tục tăng lên mức hợp kim ở mức hơn 65% ở 150 Å. Уровень Fe вначале низкий (< 15%), позже равен уровню Cr при 15 Å và продолжает увеличиваться до уровня сплава 65% đến 150 Å. Mức Fe ban đầu thấp (< 15%), sau đó bằng mức Cr ở mức 15 Å và tiếp tục tăng lên mức hợp kim trên 65% ở mức 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 và продолжает увеличиваться до содержания сплава 65 % khoảng 150 Å. Hàm lượng Fe ban đầu thấp (< 15%), sau đó bằng hàm lượng Cr ở 15 Å và tiếp tục tăng cho đến khi hàm lượng hợp kim đạt trên 65% ở 150 Å.Nồng độ Cr tăng lên 25% bề mặt ở 30 Å và giảm xuống 17% trong hợp kim.
Mức O cao gần bề mặt (đường màu xanh lá cây nhạt) giảm xuống bằng không sau độ sâu 120 Å. Phân tích này chứng minh một lớp thụ động bề mặt phát triển tốt. Các bức ảnh SEM trong hình 13 và 14 cho thấy bản chất tinh thể thô, nhám và xốp của lớp oxit sắt thứ nhất và thứ hai trên bề mặt. Bề mặt nhăn nheo cho thấy tác động của sự ăn mòn trên bề mặt thô có rỗ một phần (Hình 18-19).
Các bề mặt bị thụ động hóa và nhăn nheo được thể hiện trong hình 13 và 14 không chịu được quá trình oxy hóa nghiêm trọng. Hình 15 và 16 cho thấy lớp thụ động hóa được phục hồi trên bề mặt kim loại.