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I sistemi farmaceutici a vapore puro o puro includono generatori, valvole di controllo, tubazioni o condotte di distribuzione, trappole termodinamiche o termostatiche di equilibrio, manometri, riduttori di pressione, valvole di sicurezza e accumulatori volumetrici.
La maggior parte di queste parti è realizzata in acciaio inossidabile 316 L e contiene guarnizioni in fluoropolimero (tipicamente politetrafluoroetilene, noto anche come Teflon o PTFE), nonché materiali semimetallici o altri materiali elastomerici.
Questi componenti sono soggetti a corrosione o degradazione durante l'uso, il che influisce sulla qualità del vapore pulito (CS) finale. Il progetto descritto in questo articolo ha valutato campioni di acciaio inossidabile provenienti da quattro casi di studio di sistemi CS, ha valutato il rischio di potenziali impatti di corrosione sui sistemi di processo e di ingegneria critica e ha testato la presenza di particolato e metalli nella condensa.
Campioni di tubazioni e componenti di sistemi di distribuzione corrosi vengono posizionati per studiare i sottoprodotti della corrosione. 9 Per ogni caso specifico, sono state valutate diverse condizioni superficiali. Ad esempio, sono stati valutati gli effetti standard di arrossamento e corrosione.
Le superfici dei campioni di riferimento sono state valutate per la presenza di depositi di sovracolorazione mediante ispezione visiva, spettroscopia elettronica Auger (AES), spettroscopia elettronica per analisi chimica (ESCA), microscopia elettronica a scansione (SEM) e spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS).
Questi metodi possono rivelare le proprietà fisiche e atomiche della corrosione e dei depositi, nonché determinare i fattori chiave che influenzano le proprietà dei fluidi tecnici o dei prodotti finali.
I prodotti della corrosione dell'acciaio inossidabile possono assumere diverse forme, come uno strato di ossido di ferro color carminio (marrone o rosso) sulla superficie, sotto o sopra lo strato di ossido di ferro (nero o grigio)2. Capacità di migrare a valle.
Lo strato di ossido di ferro (sfumatura nera) può ispessirsi nel tempo man mano che i depositi diventano più pronunciati, come evidenziato da particelle o depositi visibili sulle superfici della camera di sterilizzazione e delle apparecchiature o dei contenitori. Dopo la sterilizzazione a vapore, si verifica una migrazione. Analisi di laboratorio di campioni di condensa hanno mostrato la natura dispersa dei fanghi e la quantità di metalli solubili nel fluido CS.
Sebbene le cause di questo fenomeno siano molteplici, il generatore di CS è solitamente il principale responsabile. Non è raro trovare ossido di ferro rosso (marrone/rosso) sulle superfici e ossido di ferro (nero/grigio) nelle bocche che migrano lentamente attraverso il sistema di distribuzione del CS. 6
Il sistema di distribuzione CS è una configurazione diramata con più punti di utilizzo che terminano in aree remote o alla fine del collettore principale e di vari sottocollettori di diramazione. Il sistema può includere diversi regolatori per facilitare l'avvio della riduzione di pressione/temperatura in punti di utilizzo specifici che potrebbero essere potenziali punti di corrosione.
La corrosione può verificarsi anche nelle trappole di tipo igienico, posizionate in vari punti del sistema per rimuovere la condensa e l'aria dal vapore pulito che scorre attraverso la trappola, le tubazioni a valle/di scarico o il collettore della condensa.
Nella maggior parte dei casi, è probabile che si verifichi una migrazione inversa laddove i depositi di ruggine si accumulano sulla trappola e crescono a monte, all'interno e oltre le condutture adiacenti o i collettori del punto di utilizzo; la ruggine che si forma nelle trappole o in altri componenti può essere osservata a monte della fonte, con una migrazione costante verso valle e verso monte.
Alcuni componenti in acciaio inossidabile presentano anche livelli da moderati ad alti di strutture metallurgiche, tra cui la ferrite delta. Si ritiene che i cristalli di ferrite riducano la resistenza alla corrosione, sebbene possano essere presenti in concentrazioni anche solo dell'1-5%.
Inoltre, la ferrite non è resistente alla corrosione quanto la struttura cristallina austenitica, quindi tende a corrodersi. La ferrite può essere rilevata con precisione con una sonda in ferrite e in modo semi-preciso con un magnete, ma presenta notevoli limitazioni.
Dall'installazione del sistema, alla messa in servizio iniziale e all'avvio di un nuovo generatore CS e delle tubazioni di distribuzione, sono diversi i fattori che contribuiscono alla corrosione:
Nel tempo, elementi corrosivi come questi possono produrre prodotti di corrosione quando incontrano, si combinano e si sovrappongono a miscele di ferro e ferro. La fuliggine nera si osserva solitamente prima nel generatore, poi nelle tubazioni di scarico del generatore e infine in tutto il sistema di distribuzione del gas di scarico.
L'analisi SEM è stata eseguita per rivelare la microstruttura dei sottoprodotti della corrosione che ricoprono l'intera superficie con cristalli e altre particelle. Il fondo o la superficie sottostante su cui si trovano le particelle varia da vari gradi di ferro (Fig. 1-3) a campioni comuni, ovvero depositi silicei/ferrosi, sabbiosi, vetrosi e omogenei (Fig. 4). Sono stati analizzati anche i soffietti dello scaricatore di condensa (Fig. 5-6).
Il test AES è un metodo analitico utilizzato per determinare la chimica superficiale dell'acciaio inossidabile e diagnosticarne la resistenza alla corrosione. Mostra anche il deterioramento del film passivo e la diminuzione della concentrazione di cromo nel film passivo con il deterioramento della superficie dovuto alla corrosione.
Per caratterizzare la composizione elementare della superficie di ciascun campione, sono state utilizzate scansioni AES (profili di concentrazione degli elementi di superficie in profondità).
Ogni sito utilizzato per l'analisi SEM e l'aumento è stato accuratamente selezionato per fornire informazioni da regioni tipiche. Ogni studio ha fornito informazioni dai primi strati molecolari superiori (stimati a 10 Å per strato) fino alla profondità della lega metallica (200-1000 Å).
Quantità significative di ferro (Fe), cromo (Cr), nichel (Ni), ossigeno (O) e carbonio (C) sono state registrate in tutte le regioni di Rouge. I dati e i risultati dell'AES sono descritti nella sezione dedicata al caso di studio.
I risultati complessivi dell'AES per le condizioni iniziali mostrano che si verifica una forte ossidazione su campioni con concentrazioni insolitamente elevate di Fe e O (ossidi di ferro) e un basso contenuto di Cr in superficie. Questo deposito rossastro provoca il rilascio di particelle che possono contaminare il prodotto e le superfici a contatto con esso.
Dopo la rimozione del rossore, i campioni “passivati” hanno mostrato un recupero completo della pellicola passiva, con Cr che raggiunge livelli di concentrazione più elevati di Fe, con un rapporto di superficie Cr:Fe compreso tra 1,0 e 2,0 e un'assenza complessiva di ossido di ferro.
Sono state analizzate diverse superfici ruvide utilizzando XPS/ESCA per confrontare le concentrazioni elementari e gli stati di ossidazione spettrali di Fe, Cr, zolfo (S), calcio (Ca), sodio (Na), fosforo (P), azoto (N) e O e C (tabella A).
Si osserva una netta differenza nel contenuto di Cr, da valori prossimi allo strato di passivazione a valori inferiori, tipici delle leghe di base. I livelli di ferro e cromo presenti in superficie rappresentano diversi spessori e gradi di depositi grezzi. I test XPS hanno mostrato un aumento di Na, C o Ca su superfici grezze rispetto a superfici pulite e passivate.
I test XPS hanno inoltre mostrato elevati livelli di C nel rosso ferro (nero) e di Fe(x)O(y) (ossido di ferro) nel rosso. I dati XPS non sono utili per comprendere i cambiamenti superficiali durante la corrosione, poiché valutano sia il metallo rosso che quello base. Sono necessari ulteriori test XPS con campioni più ampi per valutare correttamente i risultati.
Anche gli autori precedenti hanno avuto difficoltà a valutare i dati XPS. 10 Le osservazioni sul campo durante il processo di rimozione hanno dimostrato che il contenuto di carbonio è elevato e viene solitamente rimosso tramite filtrazione durante la lavorazione. Le micrografie SEM acquisite prima e dopo il trattamento di rimozione delle pieghe illustrano i danni superficiali causati da questi depositi, tra cui vaiolatura e porosità, che influiscono direttamente sulla corrosione.
I risultati XPS dopo la passivazione hanno mostrato che il rapporto del contenuto di Cr:Fe sulla superficie era molto più elevato quando il film di passivazione veniva riformato, riducendo così il tasso di corrosione e altri effetti negativi sulla superficie.
I campioni di prova hanno mostrato un aumento significativo del rapporto Cr:Fe tra la superficie "tal quale" e quella passivata. I rapporti Cr:Fe iniziali sono stati testati nell'intervallo da 0,6 a 1,0, mentre i rapporti di passivazione post-trattamento variavano da 1,0 a 2,5. I valori per gli acciai inossidabili elettrolucidati e passivati ​​sono compresi tra 1,5 e 2,5.
Nei campioni sottoposti a post-processing, la profondità massima del rapporto Cr:Fe (determinata utilizzando AES) variava da 3 a 16 Å. Questi valori si confrontano favorevolmente con i dati di studi precedenti pubblicati da Coleman2 e Roll. 9 Le superfici di tutti i campioni presentavano livelli standard di Fe, Ni, O, Cr e C. Nella maggior parte dei campioni sono stati riscontrati anche bassi livelli di P, Cl, S, N, Ca e Na.
Questi residui sono tipici di detergenti chimici, acqua purificata o elettrolucidatura. Ulteriori analisi hanno evidenziato una certa contaminazione da silicio sulla superficie e a diversi livelli del cristallo di austenite stesso. La fonte sembra essere il contenuto di silice nell'acqua/vapore, nelle lucidature meccaniche o nel vetro spia disciolto o inciso nella cella di generazione del CS.
È stato segnalato che i prodotti di corrosione riscontrati nei sistemi CS variano notevolmente. Ciò è dovuto alle diverse condizioni di questi sistemi e al posizionamento di vari componenti come valvole, trappole e altri accessori che possono causare condizioni corrosive e la formazione di prodotti di corrosione.
Inoltre, spesso vengono introdotti nel sistema componenti di ricambio non adeguatamente passivati. I prodotti di corrosione sono inoltre significativamente influenzati dalla progettazione del generatore di vapore acqueo (CS) e dalla qualità dell'acqua. Alcuni tipi di gruppi elettrogeni sono ribollitori, mentre altri sono flasher tubolari. I generatori di vapore acqueo (CS) utilizzano in genere filtri terminali per rimuovere l'umidità dal vapore pulito, mentre altri generatori utilizzano deflettori o cicloni.
Alcuni producono una patina di ferro quasi solida nel tubo di distribuzione e nel ferro rosso che lo ricopre. Il blocco deflettore forma una pellicola di ferro nero con una patina di ossido di ferro sottostante e crea un secondo fenomeno superficiale, una patina fuligginosa più facile da rimuovere.
Di norma, questo deposito ferroso-fuliggineo è molto più pronunciato di quello rosso ferroso ed è più mobile. A causa dell'aumentato stato di ossidazione del ferro nel condensato, i fanghi generati nel canale di scarico della condensa sul fondo del tubo di distribuzione presentano fanghi di ossido di ferro sopra i fanghi di ferro.
Il fard di ossido di ferro passa attraverso il collettore di condensa, diventa visibile nello scarico e lo strato superficiale si stacca facilmente dalla superficie. La qualità dell'acqua gioca un ruolo importante nella composizione chimica del fard.
Un contenuto di idrocarburi più elevato provoca un'eccessiva presenza di fuliggine nel rossetto, mentre un contenuto di silice più elevato provoca un aumento della quantità di silice, con conseguente formazione di uno strato di rossetto liscio o lucido. Come accennato in precedenza, anche le spie di livello dell'acqua sono soggette a corrosione, consentendo l'ingresso di detriti e silice nel sistema.
La pistola è motivo di preoccupazione nei sistemi a vapore, poiché possono formarsi strati spessi che danno origine a particelle. Queste particelle sono presenti sulle superfici trattate con vapore o nelle apparecchiature di sterilizzazione a vapore. Le sezioni seguenti descrivono i possibili effetti del farmaco.
Le immagini SEM "as-is" nelle Figure 7 e 8 mostrano la natura microcristallina del carminio di classe 2 nel caso 1. Una matrice particolarmente densa di cristalli di ossido di ferro si è formata sulla superficie sotto forma di residuo a grana fine. Le superfici decontaminate e passivate hanno mostrato danni da corrosione, con conseguente struttura superficiale ruvida e leggermente porosa, come mostrato nelle Figure 9 e 10.
La scansione NPP nella figura 11 mostra lo stato iniziale della superficie originale con ossido di ferro pesante su di essa. La superficie passivata e sverniciata (Figura 12) indica che la pellicola passiva ha ora un contenuto di Cr elevato (linea rossa) rispetto al Fe (linea nera) con un rapporto Cr:Fe > 1,0. La superficie passivata e sverniciata (Figura 12) indica che la pellicola passiva ha ora un contenuto di Cr elevato (linea rossa) rispetto al Fe (linea nera) con un rapporto Cr:Fe > 1,0. La passività e la sicurezza passiva (ris. 12) si riferiscono a ciò che il piano passivo è in grado di fare содержание Cr (linea di ferro) in base a Fe (linea di ferro) con Cr:Fe > 1,0. La superficie passivata e de-energizzata (Fig. 12) indica che il film passivo ha ora un contenuto maggiore di Cr (linea rossa) rispetto a Fe (linea nera) con un rapporto 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. La passività e la sicurezza passiva (ris. 12) si verificano quando il piano passivo è più grande высокое содержание Cr (linea di tessitura), чем Fe (linea di tessitura), per cui Cr:Fe > 1,0. La superficie passivata e rugosa (Fig. 12) mostra che il film passivato ha ora un contenuto di Cr più elevato (linea rossa) rispetto a Fe (linea nera) con un rapporto Cr:Fe > 1,0.
Una pellicola di ossido di cromo passivante più sottile (< 80 Å) è più protettiva di una pellicola di ossido di ferro cristallino spessa centinaia di Ångstrom da uno strato di metallo di base e scaglie con un contenuto di ferro superiore al 65%.
La composizione chimica della superficie passivata e rugosa è ora paragonabile a quella dei materiali lucidati e passivati. Il sedimento nel caso 1 è un sedimento di classe 2, in grado di formarsi in situ; accumulandosi, si formano particelle più grandi che migrano con il vapore.
In questo caso, la corrosione mostrata non causerà gravi difetti o deterioramenti della qualità superficiale. La normale formazione di grinze ridurrà l'effetto corrosivo sulla superficie ed eliminerà la possibilità di una forte migrazione di particelle che potrebbero diventare visibili.
Nella Figura 11, i risultati AES mostrano che gli strati spessi vicino alla superficie presentano livelli più elevati di Fe e O (500 Å di ossido di ferro; rispettivamente linee verde limone e blu), che passano a livelli drogati di Fe, Ni, Cr e O. La concentrazione di Fe (linea blu) è molto più elevata rispetto a quella di qualsiasi altro metallo, aumentando dal 35% in superficie a oltre il 65% nella lega.
In superficie, il livello di O (linea verde chiaro) passa da quasi il 50% nella lega a quasi zero con uno spessore del film di ossido superiore a 700 Å. I livelli di Ni (linea verde scuro) e Cr (linea rossa) sono estremamente bassi in superficie (< 4%) e aumentano fino a livelli normali (rispettivamente 11% e 17%) nella profondità della lega. I livelli di Ni (linea verde scuro) e Cr (linea rossa) sono estremamente bassi in superficie (< 4%) e aumentano fino a livelli normali (rispettivamente 11% e 17%) nella profondità della lega. I risultati Ni (linea a bassa densità) e Cr (linea a forma di cuore) hanno una scarsa produttività (<4%) e si rivelano così crescita normale (11% e 17% соответственно) in глубине сплава. I livelli di Ni (linea verde scuro) e Cr (linea rossa) sono estremamente bassi in superficie (<4%) e aumentano fino a raggiungere livelli normali (rispettivamente 11% e 17%) in profondità nella lega.表面的Ni (深绿线) e Cr (红线)水平极低（< 4%）, il che significa 11% e 17%）.表面的Ni (深绿线) e 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% I risultati Ni (linea di bassa qualità) e Cr (linea di carta) sui livelli di svantaggio della pelle (<4%) e sono rivelati da educazione normale alla gliblin сплава (11% e 17% in realtà). I livelli di Ni (linea verde scuro) e Cr (linea rossa) in superficie sono estremamente bassi (<4%) e aumentano fino a raggiungere livelli normali in profondità nella lega (rispettivamente 11% e 17%).
L'immagine AES in figura 12 mostra che lo strato rosso (ossido di ferro) è stato rimosso e il film di passivazione è stato ripristinato. Nello strato primario da 15 Å, il livello di Cr (linea rossa) è superiore a quello di Fe (linea nera), che costituisce un film passivo. Inizialmente, il contenuto di Ni in superficie era del 9%, aumentando di 60-70 Å rispetto al livello di Cr (± 16%), per poi raggiungere il livello di lega di 200 Å.
A partire dal 2%, il livello di carbonio (linea blu) scende a zero a 30 Å. Il livello di Fe è inizialmente basso (< 15%) e successivamente uguale al livello di Cr a 15 Å e continua ad aumentare fino a raggiungere un livello di lega superiore al 65% a 150 Å. Il livello di Fe è inizialmente basso (< 15%) e successivamente uguale al livello di Cr a 15 Å e continua ad aumentare fino a raggiungere un livello di lega superiore al 65% a 150 Å. Il valore Fe è inferiore a 15% (< 15%), il valore Cr è superiore a 15 anni e il prodotto viene prodotto tramite un'applicazione di controllo oltre il 65% a 150 anni. Il livello di Fe è inizialmente basso (< 15%), in seguito eguaglia il livello di Cr a 15 Å e continua ad aumentare fino a superare il 65% del livello di lega a 150 Å. Fe (< 15%)的合金含量. Fe (< 15%)的合金含量. La concentrazione di Fe è bassa (< 15 %), la concentrazione di Cr è inferiore a 15 anni e viene prodotta completare la cooperazione più del 65% circa 150 Å. Il contenuto di Fe è inizialmente basso (< 15%), in seguito eguaglia il contenuto di Cr a 15 Å e continua ad aumentare fino a quando il contenuto di lega supera il 65% a 150 Å.I livelli di Cr aumentano al 25% della superficie a 30 Å e diminuiscono al 17% nella lega.
L'elevato livello di O in prossimità della superficie (linea verde chiaro) diminuisce fino a zero dopo una profondità di 120 Å. Questa analisi ha dimostrato un film di passivazione superficiale ben sviluppato. Le fotografie al microscopio elettronico a scansione (SEM) nelle figure 13 e 14 mostrano la natura cristallina ruvida, ruvida e porosa del primo e secondo strato di ossido di ferro superficiale. La superficie rugosa mostra l'effetto della corrosione su una superficie ruvida parzialmente punteggiata (Figure 18-19).
Le superfici passivate e rugose mostrate nelle figure 13 e 14 non resistono a un'ossidazione intensa. Le figure 15 e 16 mostrano un film di passivazione ripristinato su una superficie metallica.