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순수 또는 순수 증기 제약 시스템에는 발전기, 제어 밸브, 분배 파이프 또는 파이프라인, 열역학적 또는 평형 온도 조절 트랩, 압력 게이지, 감압기, 안전 밸브 및 체적 축적기가 포함됩니다.
이러한 부품의 대부분은 316L 스테인리스 스틸로 만들어졌으며, 불소중합체 개스킷(일반적으로 폴리테트라플루오로에틸렌, 테프론 또는 PTFE라고도 함)은 물론 반금속 또는 기타 탄성중합체 재료가 포함되어 있습니다.
이러한 부품은 사용 중 부식이나 열화에 취약하여 완성된 청정 증기(CS) 유틸리티의 품질에 영향을 미칩니다. 본 논문에 자세히 설명된 프로젝트에서는 네 가지 CS 시스템 사례 연구의 스테인리스강 시편을 평가하고, 공정 및 중요 엔지니어링 시스템에 대한 잠재적 부식 영향 위험을 평가하고, 응축수 내 미립자 및 금속을 검사했습니다.
부식된 배관 및 배수 시스템 구성품의 샘플을 채취하여 부식 부산물을 조사합니다. 9 각 사례별로 다양한 표면 상태를 평가했습니다. 예를 들어, 표준 블러시 및 부식 효과를 평가했습니다.
시각적 검사, 오제 전자 분광법(AES), 화학 분석을 위한 전자 분광법(ESCA), 주사 전자 현미경(SEM) 및 X선 광전자 분광법(XPS)을 사용하여 참조 샘플의 표면에 블러시 침전물이 있는지 평가했습니다.
이러한 방법을 사용하면 부식 및 침전물의 물리적 및 원자적 특성을 파악할 수 있으며 기술 유체 또는 최종 제품의 특성에 영향을 미치는 주요 요소를 결정할 수 있습니다.
스테인리스강의 부식 생성물은 다양한 형태를 가질 수 있는데, 예를 들어 표면의 산화철(갈색 또는 적색) 층(흑색 또는 회색) 아래 또는 위에 카민 산화철 층이 형성되는 경우입니다. 2. 하류로의 이동 가능성.
산화철 층(검은색)은 시간이 지남에 따라 침전물이 더욱 뚜렷해짐에 따라 두꺼워질 수 있으며, 이는 증기 멸균 후 멸균실, 장비 또는 용기 표면에 눈에 띄는 입자나 침전물에서 확인할 수 있습니다. 이러한 침전물들은 이동이 발생합니다. 응축수 시료에 대한 실험실 분석 결과, 슬러지의 분산 특성과 CS 용액 내 용해성 금속의 양이 확인되었습니다.
이러한 현상에는 여러 가지 이유가 있지만, 일반적으로 CS 생성기가 주요 원인입니다. 표면에서 붉은 산화철(갈색/적색)이 발견되고, CS 분배 시스템을 통해 천천히 이동하는 통풍구에서 산화철(검정/회색)이 발견되는 것은 드문 일이 아닙니다. 6
CS 분배 시스템은 여러 개의 사용 지점이 원격 지역이나 주 헤더 및 여러 분기 부 헤더의 끝부분에서 끝나는 분기형 구성입니다. 이 시스템에는 잠재적 부식 지점이 될 수 있는 특정 사용 지점에서 압력/온도 감소를 유도하는 데 도움이 되는 여러 개의 조절기가 포함될 수 있습니다.
부식은 트랩, 하류 배관/방출 배관 또는 응축수 헤더를 통해 흐르는 깨끗한 증기에서 응축수와 공기를 제거하기 위해 시스템의 다양한 지점에 설치된 위생 설계 트랩에서도 발생할 수 있습니다.
대부분의 경우, 녹 침전물이 트랩에 쌓여 상류로 자라 인접한 파이프라인이나 사용 지점 수집기를 넘어갈 가능성이 높습니다. 트랩이나 다른 구성 요소에 형성된 녹은 상류에서 볼 수 있으며 상류와 하류로 끊임없이 이동합니다.
일부 스테인리스강 부품은 델타 페라이트를 포함하여 중간에서 높은 수준의 다양한 금속 구조를 보입니다. 페라이트 결정은 1~5% 정도로 소량 존재하더라도 내식성을 저하시키는 것으로 알려져 있습니다.
페라이트는 오스테나이트 결정 구조만큼 내식성이 낮기 때문에 우선적으로 부식됩니다. 페라이트는 페라이트 프로브를 사용하면 정확하게 감지할 수 있고 자석을 사용하면 반정밀하게 감지할 수 있지만, 상당한 한계가 있습니다.
시스템 설정부터 초기 시운전, 새로운 CS 발전기 및 배전 파이프의 시동까지 부식에 영향을 미치는 요인은 여러 가지가 있습니다.
시간이 지남에 따라 이러한 부식성 원소는 철과 철의 혼합물과 만나거나, 결합하거나, 겹치면서 부식 생성물을 생성할 수 있습니다. 검은 그을음은 보통 발전기에서 먼저 발견되고, 그 후 발전기 배출 배관, 그리고 결국 CS 배전 시스템 전체에 나타납니다.
SEM 분석을 통해 표면 전체를 덮고 있는 결정 및 기타 입자로 덮인 부식 부산물의 미세 구조를 확인했습니다. 입자가 발견되는 배경 또는 기저 표면은 다양한 등급의 철(그림 1-3)부터 실리카/철, 모래, 유리질, 균질한 침전물(그림 4)과 같은 일반적인 시료까지 다양합니다. 스팀 트랩 벨로즈도 분석했습니다(그림 5-6).
AES 검사는 스테인리스강의 표면 화학 성분을 측정하고 내식성을 진단하는 데 사용되는 분석 방법입니다. 또한 부식으로 인해 표면이 열화됨에 따라 부동태 피막의 열화와 부동태 피막 내 크롬 농도 감소를 보여줍니다.
각 샘플 표면의 원소 구성을 특성화하기 위해 AES 스캔(깊이에 따른 표면 원소의 농도 프로파일)이 사용되었습니다.
SEM 분석 및 증강에 사용된 각 부위는 일반적인 영역의 정보를 제공하기 위해 신중하게 선정되었습니다. 각 연구는 최상단 몇 개의 분자층(층당 10Å로 추정)부터 금속 합금의 깊이(200~1000Å)까지의 정보를 제공했습니다.
루즈의 모든 지역에서 상당량의 철(Fe), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 산소(O), 탄소(C)가 기록되었습니다. AES 데이터와 결과는 사례 연구 섹션에 요약되어 있습니다.
초기 조건에 대한 AES 전체 결과는 표면의 Fe와 O(산화철) 농도가 비정상적으로 높고 Cr 함량이 낮은 시료에서 강한 산화가 발생함을 보여줍니다. 이러한 붉은색 침전물은 제품 및 제품과 접촉하는 표면을 오염시킬 수 있는 입자를 방출합니다.
블러시를 제거한 후, "패시베이션된" 샘플은 패시베이션 필름이 완전히 회복되었으며, Cr이 Fe보다 더 높은 농도 수준에 도달했고, Cr:Fe 표면 비율은 1.0~2.0 범위였으며, 산화철은 전반적으로 존재하지 않았습니다.
XPS/ESCA를 사용하여 다양한 거친 표면을 분석하여 Fe, Cr, 황(S), 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 인(P), 질소(N), O 및 C의 원소 농도와 스펙트럼 산화 상태를 비교했습니다(표 A).
Cr 함량은 부동태화층 근처부터 기본 합금에서 일반적으로 발견되는 낮은 값까지 뚜렷한 차이가 있습니다. 표면에서 발견되는 철과 크롬의 함량은 루즈(rouge) 증착물의 두께와 등급이 다름을 나타냅니다. XPS 검사 결과, 세척 및 부동태화 처리된 표면에 비해 거친 표면에서 Na, C 또는 Ca 함량이 증가하는 것으로 나타났습니다.
XPS 검사 결과, 철적(흑적)에서 높은 수준의 탄소(C)와 적색에서 Fe(x)O(y)(산화철)가 검출되었습니다. XPS 데이터는 적색 금속과 모재 금속을 모두 평가하기 때문에 부식 중 표면 변화를 이해하는 데 유용하지 않습니다. 결과를 정확하게 평가하려면 더 큰 시료를 이용한 추가 XPS 검사가 필요합니다.
이전 저자들은 XPS 데이터 평가에도 어려움을 겪었습니다. 10 제거 공정 중 현장 관찰 결과, 탄소 함량이 높으며 일반적으로 처리 과정에서 여과를 통해 제거되는 것으로 나타났습니다. 주름 제거 처리 전후에 촬영한 SEM 사진은 이러한 침전물로 인한 표면 손상(점식 및 다공성 포함)을 보여주며, 이는 부식에 직접적인 영향을 미칩니다.
수동화 후 XPS 결과는 수동화 필름이 재형성되었을 때 표면의 Cr:Fe 함량 비율이 훨씬 더 높아져 부식 속도와 표면에 미치는 다른 악영향이 감소되었음을 보여주었습니다.
쿠폰 샘플은 "원상" 표면과 부동태화 표면 사이의 Cr:Fe 비율이 상당히 증가한 것을 보여주었습니다. 초기 Cr:Fe 비율은 0.6에서 1.0 사이였으며, 후처리 부동태화 비율은 1.0에서 2.5 사이였습니다. 전해연마 및 부동태화 스테인리스강의 Cr:Fe 비율은 1.5에서 2.5 사이였습니다.
후처리를 거친 샘플에서 AES를 사용하여 측정한 Cr:Fe 비율의 최대 깊이는 3~16Å였습니다. 이는 Coleman2과 Roll9이 발표한 이전 연구 데이터와 유리하게 비교됩니다. 모든 샘플의 표면은 표준 수준의 Fe, Ni, O, Cr, C를 나타냈습니다. 또한 대부분의 샘플에서 낮은 수준의 P, Cl, S, N, Ca, Na가 발견되었습니다.
이러한 잔류물은 화학 세척제, 정제수 또는 전해연마에서 흔히 나타납니다. 추가 분석 결과, 오스테나이트 결정 표면과 그 자체의 여러 층에서 일부 실리콘 오염이 발견되었습니다. 원인은 물/증기의 실리카 함량, 기계적 연마제, 또는 CS 발생 셀의 용해 또는 에칭된 사이트글라스인 것으로 보입니다.
CS 시스템에서 발견되는 부식 생성물은 매우 다양한 것으로 보고됩니다. 이는 시스템의 다양한 조건과 밸브, 트랩 및 기타 부속품과 같은 다양한 구성 요소의 배치로 인해 부식성 조건 및 부식 생성물이 생성될 수 있기 때문입니다.
또한, 적절하게 부동태화되지 않은 교체 부품이 시스템에 도입되는 경우가 많습니다. 부식 생성물은 CS 발생기의 설계 및 수질에 의해 상당한 영향을 받습니다. 일부 유형의 발전기 세트는 재비기이고 다른 유형은 관형 플래셔입니다. CS 발생기는 일반적으로 깨끗한 증기에서 수분을 제거하기 위해 엔드 스크린을 사용하는 반면, 다른 발생기는 배플이나 사이클론을 사용합니다.
일부는 배수관과 그 위를 덮고 있는 붉은 철에 거의 단단한 철 녹청을 형성합니다. 이 막은 그 아래에 산화철이 섞인 검은 철막을 형성하고, 그을음 같은 붉은색의 두 번째 표면 현상을 만들어내는데, 이는 표면에서 쉽게 닦아낼 수 있습니다.
일반적으로 이 철분-그을음 같은 퇴적물은 철-적색 퇴적물보다 훨씬 더 뚜렷하고 이동성이 더 큽니다. 응축수 내 철의 산화 상태가 증가함에 따라, 분배관 하단 응축수 채널에서 생성된 슬러지는 철 슬러지 위에 산화철 슬러지를 포함합니다.
산화철 블러시는 응축수 수집기를 통과하여 배수구에서 눈에 띄게 되며, 표면층은 표면에서 쉽게 벗겨집니다. 수질은 블러시의 화학적 조성에 중요한 역할을 합니다.
탄화수소 함량이 높으면 립스틱에 그을음이 너무 많이 생기고, 실리카 함량이 높으면 실리카 함량이 높아져 매끄럽거나 윤기 나는 립스틱 층이 형성됩니다. 앞서 언급했듯이 수위 측정 유리도 부식되기 쉬워 이물질과 실리카가 시스템 내부로 유입될 수 있습니다.
이 건은 증기 시스템에서 입자를 형성하는 두꺼운 층을 형성할 수 있으므로 우려되는 문제입니다. 이러한 입자는 증기 표면이나 증기 살균 장비에 존재합니다. 다음 섹션에서는 약물의 잠재적 영향에 대해 설명합니다.
그림 7과 8의 있는 그대로의 주사전자현미경(SEM)은 케이스 1에서 2급 카민의 미결정 특성을 보여줍니다. 특히 조밀한 산화철 결정 매트릭스가 표면에 미립자 형태의 잔류물 형태로 형성되었습니다. 오염 제거 및 부동태화 처리된 표면은 부식 손상으로 인해 그림 9와 10에서 볼 수 있듯이 거칠고 약간 다공성인 표면 질감을 보였습니다.
그림 11의 NPP 스캔은 원래 표면에 무거운 산화철이 있는 초기 상태를 보여줍니다. 수동화되고 얼룩이 제거된 표면(그림 12)은 수동 필름의 Cr(빨간색 선) 함량이 Fe(검은색 선)보다 높아서 Cr:Fe 비율이 1.0 이상임을 나타냅니다. 수동화되고 얼룩이 제거된 표면(그림 12)은 수동 필름의 Cr(빨간색 선) 함량이 Fe(검은색 선)보다 높아서 Cr:Fe 비율이 1.0 이상임을 나타냅니다. Пассивированная и обесточенная поверхность (рис. 12) указывает на то, что пассивная пленка теперь имеет повышенное содержание Cr(красная линия) по сравненив с Fe(черная линия) при соотношении Cr:Fe > 1,0. 수동화되고 에너지가 제거된 표면(그림 12)은 수동 필름의 Cr(빨간색 선) 함량이 Fe(검은색 선)보다 증가했으며 Cr:Fe 비율이 1.0 이상임을 나타냅니다.钝化와去皱表면(图12)表明，钝化膜现에서 Cr(红线)含weight 高于Fe(黑线)，Cr:Fe比率> 1.0。 Cr(红线)含weight 高于Fe(黑线)，Cr:Fe 比率> 1.0。 Пассивированная и морчинистая поверхность (рис. 12) показывает, что пассивированная пленка теперь имеет bolее высокое содержание Cr(красная линия), чем Fe(черная линия), при соотношении Cr:Fe > 1,0. 수동화되고 주름진 표면(그림 12)은 수동화된 필름이 Cr:Fe 비율 > 1.0에서 Fe(검은색 선)보다 Cr 함량(빨간색 선)이 더 높다는 것을 보여줍니다.
80Å 미만의 얇은 수동화 크롬산화물 피막은 철 함량이 65% 이상인 기본 금속과 스케일층에서 생성되는 수백 옹스트롬 두께의 결정질 산화철 피막보다 보호성이 더 뛰어납니다.
부동태화 및 주름진 표면의 화학적 조성은 이제 부동태화된 연마 재료와 유사합니다. 사례 1의 침전물은 현장에서 형성될 수 있는 2급 침전물입니다. 침전물이 쌓이면 증기와 함께 이동하는 더 큰 입자가 형성됩니다.
이 경우, 표시된 부식은 심각한 결함이나 표면 품질 저하로 이어지지 않습니다. 정상적인 주름은 표면의 부식 효과를 줄이고 눈에 띄게 나타날 수 있는 입자의 강한 이동 가능성을 제거합니다.
그림 11에서 AES 결과는 표면 근처의 두꺼운 층이 Fe와 O의 함량이 더 높다는 것을 보여줍니다(각각 500Å의 산화철, 레몬색과 파란색 선). 이는 Fe, Ni, Cr, O의 도핑 수준으로 전환됩니다. Fe 농도(파란색 선)는 다른 금속의 농도보다 훨씬 높아 표면에서는 35%이지만 합금에서는 65% 이상으로 증가합니다.
표면에서 O 수준(밝은 녹색 선)은 합금에서 거의 50%에서 산화막 두께가 700Å가 넘으면서 거의 0으로 떨어집니다. Ni(짙은 녹색 선)와 Cr(빨간색 선) 수준은 표면에서는 극히 낮고(< 4%) 합금 깊이에서는 정상 수준(각각 11% 및 17%)으로 증가합니다. Ni(짙은 녹색 선)와 Cr(빨간색 선) 수준은 표면에서는 극히 낮고(< 4%) 합금 깊이에서는 정상 수준(각각 11% 및 17%)으로 증가합니다. Уровни Ni (темно-зеленая линия) и Cr (красная линия) чрезвычайно низки на поверхности (<4%) и увеличиваѕтся до нормального уровня (11% и 17% соответственно) в глубине сплава. Ni(짙은 녹색 선)와 Cr(빨간색 선)의 수준은 표면에서는 극히 낮고(<4%) 합금 깊숙이 들어가면 정상 수준(각각 11%와 17%)으로 증가합니다.표면의 Ni(深绿线) 및 Cr(红线) 平极低(< 4%), 而丸为 11% 와 17%).표면적 Ni(深绿线) 및 Cr(红线) 水平极低(< 4%), 而增加到歌常水平(分别咺11%) Уровни Ni (темно-зеленая линия) и Cr (красная линия) на поверхности чрезвычайно низки (<4%) и увеличиваятся до нормального уровня в глубине сплава (11% и 17% соответственно). 표면의 Ni(짙은 녹색 선)와 Cr(빨간색 선) 수치는 극히 낮고(<4%) 합금 깊숙이 들어가면 정상 수치로 증가합니다(각각 11%와 17%).
그림 12의 AES 이미지는 루즈(산화철) 층이 제거되고 부동태막이 복원된 것을 보여줍니다. 15Å 두께의 1차층에서 Cr 함량(빨간색 선)은 부동태막인 Fe 함량(검은색 선)보다 높습니다. 표면의 Ni 함량은 초기에 9%였으며, Cr 함량보다 60~70Å(±16%) 증가한 후 합금 함량인 200Å까지 증가했습니다.
2%에서 시작하여 탄소 수준(파란색 선)은 30Å에서 0으로 떨어집니다. Fe 수준은 처음에는 낮지만(< 15%) 나중에는 15Å에서 Cr 수준과 같아지고 150Å에서 합금 수준이 65% 이상으로 계속 증가합니다. Fe 수준은 처음에는 낮지만(< 15%) 나중에는 15Å에서 Cr 수준과 같아지고 150Å에서 합금 수준이 65% 이상으로 계속 증가합니다. Уровень Fe вначале низкий (< 15%), позже равен уровну Cr при 15 Å и продолжает увеличиваться до уровня сплава более 65% 150Å. Fe 수준은 처음에는 낮지만(< 15%) 나중에는 15Å에서 Cr 수준과 같아지고 150Å에서 합금 수준이 65% 이상으로 계속 증가합니다. Fe 량은 15% 미만이며, 15 Å 의 Cr 량, 150 Å 의 합금량은 65%입니다. Fe 량은 15% 미만이며, 15 Å 의 Cr 량, 150 Å 의 합금량은 65%입니다. Содержание Fe изначально низкое (< 15%), позже оно равняется содержания Cr при 15 Å и продолжает увеличиваться до содержания сплава bolее 65% 150Å. Fe 함량은 처음에는 낮지만(< 15%) 나중에는 15Å에서 Cr 함량과 같아지고 합금 함량이 150Å에서 65%를 넘을 때까지 계속 증가합니다.Cr 수준은 30Å에서 표면의 25%로 증가하고 합금에서는 17%로 감소합니다.
표면 근처의 높은 산소 농도(연한 녹색 선)는 120Å 깊이 이후 0으로 감소합니다. 이 분석은 잘 발달된 표면 부동태화막을 보여줍니다. 그림 13과 14의 SEM 사진은 표면의 1차 및 2차 산화철 층의 거칠고, 거칠며, 다공성인 결정 특성을 보여줍니다. 주름진 표면은 부분적으로 패인 거친 표면에 대한 부식의 영향을 보여줍니다(그림 18-19).
그림 13과 14에 나타난 부동태화되고 주름진 표면은 심한 산화를 견디지 ​​못합니다. 그림 15와 16은 금속 표면의 복원된 부동태화 피막을 보여줍니다.