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純粋または純粋な蒸気製薬システムには、発電機、制御バルブ、分配パイプまたはパイプライン、熱力学的または平衡サーモスタットトラップ、圧力計、減圧器、安全弁、および容積アキュムレーターが含まれます。
これらの部品のほとんどは 316 L ステンレス鋼で作られており、フッ素ポリマー ガスケット (通常はテフロンまたは PTFE としても知られるポリテトラフルオロエチレン) および半金属またはその他のエラストマー材料が含まれています。
これらのコンポーネントは使用中に腐食や劣化の影響を受けやすく、完成したクリーン スチーム (CS) ユーティリティの品質に影響します。この記事で詳述するプロジェクトでは、4 つの CS システムのケーススタディからステンレス鋼の試験片を評価し、プロセスおよび重要なエンジニアリング システムに対する潜在的な腐食の影響のリスクを評価し、凝縮水中の微粒子と金属についてテストしました。
腐食副生成物を調査するために、腐食した配管と配電システムのコンポーネントのサンプルが配置されます。9 それぞれの特定のケースについて、異なる表面状態が評価されました。たとえば、標準的なブラッシュ効果と腐食効果が評価されました。
参照サンプルの表面は、目視検査、オージェ電子分光法 (AES)、化学分析用電子分光法 (ESCA)、走査型電子顕微鏡 (SEM)、および X 線光電子分光法 (XPS) を使用して、赤面堆積物の存在について評価されました。
これらの方法は、腐食や堆積物の物理的および原子的特性を明らかにし、工業用流体や最終製品の特性に影響を与える重要な要素を決定することができます。一
ステンレス鋼の腐食生成物は、酸化鉄層 (黒色または灰色) の下または上の表面にある酸化鉄のカーミン層 (茶色または赤色) など、さまざまな形をとることがあります2。下流に移行する機能。
蒸気滅菌後の滅菌チャンバーおよび機器または容器の表面に粒子または堆積物が見られることからわかるように、堆積物がより顕著になるにつれて、時間の経過とともに酸化鉄層 (黒色の赤み) が厚くなり、移行が発生します。凝縮液サンプルの実験室分析では、CS 流体中のスラッジの分散性質と可溶性金属の量が示されました。四
この現象には多くの理由がありますが、通常は CS ジェネレーターが主な原因です。CS 分配システム内をゆっくりと移動する、表面の赤色酸化鉄 (茶色/赤色) や通気口の酸化鉄 (黒色/灰色) が見つかることは珍しいことではありません。6
CS 配信システムは、リモート エリア、またはメイン ヘッダーとさまざまなブランチ サブヘッダーの終わりで終了する複数の使用ポイントを備えた分岐構成です。このシステムには、潜在的な腐食点となる可能性のある特定の使用点で圧力/温度の低下を開始するのに役立つ多数の調整器が含まれる場合があります。
腐食は、トラップ、下流配管/排出配管、または凝縮水ヘッダーを流れるきれいな蒸気から凝縮水と空気を除去するためにシステム内のさまざまな場所に配置された衛生設計のトラップでも発生する可能性があります。
ほとんどの場合、逆移行は、錆の堆積物がトラップ上に蓄積し、上流で隣接するパイプラインまたは使用時点のコレクターまで成長する場合に発生する可能性があります。トラップやその他のコンポーネントで形成される錆は、発生源の上流で見られ、下流と上流への絶え間ない移動が見られます。
一部のステンレス鋼コンポーネントは、デルタ フェライトなど、中程度から高レベルのさまざまな冶金構造を示します。フェライト結晶は、たとえ 1 ～ 5% しか存在しないとしても、耐食性を低下させると考えられています。
また、フェライトはオーステナイト結晶構造ほど耐食性がないため、優先的に腐食します。フェライトは、フェライト プローブを使用すると正確に、磁石を使用するとほぼ正確に検出できますが、重大な制限があります。
システムのセットアップから初期試運転、新しい CS 発電機と分配配管の起動に至るまで、腐食の原因となる要因は数多くあります。
時間の経過とともに、このような腐食性元素は、鉄と鉄の混合物と出会い、結合し、重なり合うと腐食生成物を生成する可能性があります。黒いすすは通常、最初に発電機内に見られ、次に発電機の排出配管内に現れ、最終的には CS 分配システム全体に現れます。
SEM 分析を実行して、結晶やその他の粒子で表面全体を覆う腐食副生成物の微細構造を明らかにしました。粒子が発見されるバックグラウンドまたは下にある表面は、さまざまなグレードの鉄 (図 1 ～ 3) から一般的なサンプル、つまりシリカ/鉄、砂質、ガラス質、均質な堆積物 (図 4) までさまざまです。スチームトラップベローズも解析しました（図5-6）。
AES 試験は、ステンレス鋼の表面化学を測定し、耐食性を診断するために使用される分析方法です。また、腐食による表面の劣化に伴う不動態皮膜の劣化と不動態皮膜中のクロム濃度の減少も示しています。
各サンプルの表面の元素組成を特徴付けるために、AES スキャン (深さにわたる表面元素の濃度プロファイル) が使用されました。
SEM 分析と拡張に使用される各サイトは、典型的な地域からの情報を提供するために慎重に選択されています。各研究では、上部の数分子層 (1 層あたり 10 オングストローム [Å] と推定) から金属合金の深さ (200 ～ 1000 Å) までの情報が得られました。
ルージュのすべての地域で、大量の鉄 (Fe)、クロム (Cr)、ニッケル (Ni)、酸素 (O)、および炭素 (C) が記録されています。AES データと結果については、ケーススタディのセクションで概説します。
初期条件の全体的な AES 結果は、Fe および O (酸化鉄) の濃度が異常に高く、表面の Cr 含有量が低いサンプルで強い酸化が発生することを示しています。この赤みがかった堆積物により粒子が放出され、製品や製品と接触する表面を汚染する可能性があります。
ブラッシュを除去した後、「不動態化」サンプルは不動態皮膜の完全な回復を示し、Cr は Fe よりも高い濃度レベルに達し、Cr:Fe 表面比は 1.0 ～ 2.0 の範囲であり、酸化鉄は全体的に存在しませんでした。
XPS/ESCA を使用してさまざまな粗面を分析し、Fe、Cr、硫黄 (S)、カルシウム (Ca)、ナトリウム (Na)、リン (P)、窒素 (N)、O および C の元素濃度とスペクトル酸化状態を比較しました (表 A)。
Cr 含有量には、不動態化層に近い値からベース合金に通常見られる低い値まで明らかな違いがあります。表面に見られる鉄とクロムのレベルは、赤紫色の堆積物の厚さとグレードの違いを表します。XPS テストでは、洗浄および不動態化された表面と比較して、粗い表面では Na、C、または Ca が増加することが示されています。
XPS テストでは、赤色の Fe(x)O(y) (酸化鉄) だけでなく、アイアンレッド (黒色) の赤色にも高レベルの C が検出されました。XPS データは赤い金属と卑金属の両方を評価するため、腐食中の表面変化を理解するのには役に立ちません。結果を適切に評価するには、より大きなサンプルを使用した追加の XPS テストが必要です。
以前の著者も XPS データを評価するのに苦労していました。10 除去プロセス中の現場観察では、炭素含有量が高く、通常は処理中にろ過によって除去されることが示されています。しわ除去処理の前後に撮影された SEM 顕微鏡写真は、腐食に直接影響を与える、孔食や気孔など、これらの堆積物によって引き起こされる表面損傷を示しています。
不動態化後の XPS 結果は、不動態化膜を再形成すると表面の Cr:Fe 含有率がはるかに高くなり、それによって腐食速度や表面へのその他の悪影響が減少することを示しました。
クーポンサンプルでは、​​「そのままの」表面と不動態化された表面の間で Cr:Fe 比が大幅に増加していることがわかりました。初期の Cr:Fe 比は 0.6 ～ 1.0 の範囲でテストされましたが、処理後の不動態化比は 1.0 ～ 2.5 の範囲でした。電解研磨および不動態化処理されたステンレス鋼の値は 1.5 ～ 2.5 です。
後処理を受けたサンプルでは、​​Cr:Fe 比の最大深さ (AES を使用して確立) は 3 ～ 16 Åの範囲でした。これらは、Coleman2 と Roll によって発表された以前の研究のデータと比較して優れています。すべてのサンプルの表面には、標準レベルの Fe、Ni、O、Cr、C が含まれていました。ほとんどのサンプルでは、​​低レベルの P、Cl、S、N、Ca、Na も検出されました。
これらの残留物は、化学洗浄剤、精製水、または電解研磨に典型的に見られます。さらに分析したところ、オーステナイト結晶自体の表面およびさまざまなレベルにシリコン汚染がいくつか見つかりました。原因は、CS 生成セル内の水/蒸気、機械研磨剤、または溶解またはエッチングされた覗き窓に含まれるシリカ含有量であると考えられます。
CS システムで見つかる腐食生成物は、大きく異なることが報告されています。これは、これらのシステムのさまざまな状態や、腐食状態や腐食生成物を引き起こす可能性のあるバルブ、トラップ、その他の付属品などのさまざまなコンポーネントの配置によるものです。
さらに、適切にパッシベーションされていない交換コンポーネントがシステムに導入されることもよくあります。腐食生成物は、CS 発生装置の設計や水質によっても大きく影響されます。発電機セットにはリボイラーのタイプもあれば、管状フラッシャーのタイプもあります。CS 発生器は通常、エンド スクリーンを使用してきれいな蒸気から水分を除去しますが、他の発生器はバッフルまたはサイクロンを使用します。
配水管内にほぼ固体の鉄の緑青が生じ、それを赤い鉄が覆うものもあります。バッフルブロックは黒い鉄の膜を形成し、その下に酸化鉄の赤面が形成され、表面を拭き取りやすくするすすのような赤面の形で第 2 の上面現象を引き起こします。
一般に、この鉄の煤のような堆積物は、鉄色の堆積物よりもはるかに顕著であり、より動きやすいです。凝縮水中の鉄の酸化状態が増加するため、配水管の底部の凝縮水路で生成されるスラッジには、鉄スラッジの上に酸化鉄スラッジが乗っています。
酸化鉄のブラッシュは凝縮水コレクターを通過し、排水管で目に見えるようになり、表面の最上層は簡単にこすり落とされます。水質はチークの化学組成に重要な役割を果たします。
炭化水素含有量が高くなると口紅中の煤が多くなりすぎるが、シリカ含有量が高くなるとシリカ含有量が高くなり、結果として滑らかなまたは光沢のある口紅層が得られる。前述したように、水位サイトグラスも腐食しやすく、破片やシリカがシステムに侵入する可能性があります。
粒子を形成する厚い層が形成される可能性があるため、ガンは蒸気システムでは懸念の原因となります。これらの粒子は蒸気表面または蒸気滅菌装置内に存在します。次のセクションでは、考えられる薬の影響について説明します。
図 7 および 8 の現状の SEM は、ケース 1 のクラス 2 カーミンの微結晶の性質を示しています。酸化鉄結晶の特に高密度のマトリックスが、細粒残留物の形で表面に形成されました。除染および不動態化処理された表面には腐食損傷が見られ、図 9 および 10 に示すように、粗くてわずかに多孔質の表面テクスチャが発生しました。
図のNPPスキャン。図１１は、その上に重酸化鉄を有する元の表面の初期状態を示す。 不動態化され、ルージが除去された表面 (図 12) は、不動態皮膜の Cr:Fe 比が 1.0 以上で、Fe (黒線) よりも高い Cr (赤線) 含有量を持っていることを示しています。 不動態化され、ルージが除去された表面 (図 12) は、不動態皮膜の Cr:Fe 比が 1.0 以上で、Fe (黒線) よりも高い Cr (赤線) 含有量を持っていることを示しています。 Пассивированная и обесточенная поверхность (рис. 12) указывает на то, что пассивная пленка теперь имеет повыгенное сод Cr (красная линия) は сравнению с Fe (черная линия) は Cr:Fe > 1,0 です。 不動態化され通電されていない表面 (図 12) は、Cr:Fe > 1.0 の比率で、不動態皮膜の Cr (赤線) の含有量が Fe (黒線) に比べて増加していることを示しています。表面のメッキおよび脱塩（図１２）は、メッキ膜に存在するＣｒ（線）含有量がＦｅ（線）よりも高く、Ｃｒ：Ｆｅ比＞１．０であることを示している。 Cr（線）含有量がFe（線）より高く、Cr:Fe比> 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 соотновении Cr:Fe > 1,0。 不動態化されしわのある表面 (図 12) は、Cr:Fe 比 > 1.0 で不動態化膜の Cr 含有量 (赤線) が Fe (黒線) よりも高いことを示しています。
薄い (< 80 Å) 不動態化酸化クロム膜は、鉄含有量が 65% 以上の卑金属とスケール層からなる厚さ数百オングストロームの結晶酸化鉄膜よりも保護力が高くなります。
不動態化され、しわが寄った表面の化学組成は、不動態化された研磨された材料と同等になります。ケース 1 の堆積物は、現場で形成できるクラス 2 の堆積物です。蓄積すると、より大きな粒子が形成され、蒸気とともに移動します。
この場合、示されている腐食は重大な欠陥や表面品質の劣化にはつながりません。通常のしわは、表面への腐食効果を軽減し、目に見える可能性のある粒子の強い移動の可能性を排除します。
図 11 では、AES の結果は、表面近くの厚い層に高レベルの Fe と O (酸化鉄 500 Å、それぞれレモン緑と青の線) が含まれ、Fe、Ni、Cr、O のドープ レベルに移行していることを示しています。Fe 濃度 (青線) は他の金属よりもはるかに高く、表面の 35% から合金中で 65% 以上に増加しています。
表面では、O レベル (薄緑色の線) が合金のほぼ 50% から、酸化膜の厚さが 700 Å を超えるとほぼゼロになります。 Ni (濃い緑色の線) と Cr (赤色の線) のレベルは、表面 (< 4%) では非常に低く、合金の深さでは通常のレベル (それぞれ 11% と 17%) に増加します。 Ni (濃い緑色の線) と Cr (赤色の線) のレベルは、表面 (< 4%) では非常に低く、合金の深さでは通常のレベル (それぞれ 11% と 17%) に増加します。 Уровни Ni (темно-зеленая линия) и Cr (красная линия) чрезвычайно низки на поверхности (<4%) и увеличиваются до нормальног о уровня (11% и 17% соответственно) в глубине сплава. Ni (濃い緑色の線) と Cr (赤色の線) のレベルは、表面 (<4%) では非常に低く、合金の深部では通常のレベル (それぞれ 11% と 17%) に増加します。表面のNi（深線）およびCr（線）レベルは非常に低い（<4%）が、合金の深さでは正常レベル（それぞれ11%および17%）に増加しています。表面のNi（深線）とCr（線）のレベルは非常に低い（< 4%）が、合金の深さでは歌常レベル（それぞれ11%）に増加 Уровни Ni (темно-зеленая линия) и Cr (красная линия) на поверхности чрезвычайно низки (<4%) и увеличиваются до нормальног о уровня в глубине сплава (11% и 17% соответственно)。 表面の Ni (濃い緑色の線) と Cr (赤色の線) のレベルは非常に低く (<4%)、合金の深部では通常のレベルに増加します (それぞれ 11% と 17%)。
図のAES画像。図１２は、紅（酸化鉄）層が除去され、不動態膜が回復したことを示している。15Åのプライマリ層では、Crレベル（赤線）がFeレベル（黒線）よりも高く、これは不動態膜です。当初、表面の Ni 含有量は 9% で、Cr レベル (± 16%) より 60 ～ 70 Å 増加し、その後 200 Å の合金レベルまで増加しました。
2% から開始すると、炭素レベル (青線) は 30 Å でゼロに低下します。 Fe レベルは最初は低く (< 15%)、その後 15 Å で Cr レベルと等しくなり、150 Å で 65% 以上の合金レベルまで増加し続けます。 Fe レベルは最初は低く (< 15%)、その後 15 Å で Cr レベルと等しくなり、150 Å で 65% 以上の合金レベルまで増加し続けます。 Уровень Fe вначале низкий (< 15%), позже равен уровню Cr при 15 Å и продолжает увеличиваться до уровня сплава более 65 % 150 Å。 Fe レベルは最初は低く (< 15%)、後に 15 Å で Cr レベルと等しくなり、150 Å で 65% を超える合金レベルまで増加し続けます。 Fe 含有量は最初は非常に低く (< 15%)、その後 15 オングストロームで Cr 含有量と等しくなり、150 オングストロームで 65% を超える合金含有量に増加し続けました。 Fe 含有量は最初は非常に低く (< 15%)、その後 15 オングストロームで Cr 含有量と等しくなり、150 オングストロームで 65% を超える合金含有量に増加し続けました。 Содержание Fe изначально низкое (< 15 %), позже оно равняется содержанию Cr при 15 Å и продолжает увеличиваться до с 65 % 150 Å を保証します。 Fe 含有量は最初は低く (< 15%)、その後 15 Å で Cr 含有量と等しくなり、合金含有量が 150 Åで 65% を超えるまで増加し続けます。Cr レベルは 30 Å で表面の 25% に増加し、合金内では 17% に減少します。
表面近くの上昇した O レベル (薄緑色の線) は、深さが 120 Å になるとゼロに減少します。この分析により、表面不動態膜が十分に発達していることが実証されました。図 13 および 14 の SEM 写真は、表面の第 1 および第 2 酸化鉄層の粗く、粗く、多孔質の結晶質の性質を示しています。しわのある表面は、部分的に穴が開いた粗い表面の腐食の影響を示しています (図 18、19)。
図 13 および 14 に示す不動態化され、しわが寄った表面は、激しい酸化に耐えることができません。図 15 と 16 は、金属表面上の修復された不動態膜を示しています。