Używamy plików cookie, aby poprawić Twoje wrażenia.Kontynuując przeglądanie tej witryny, wyrażasz zgodę na używanie przez nas plików cookie.Dodatkowe informacje.
Farmaceutyczne systemy z czystą lub czystą parą obejmują generatory, zawory regulacyjne, rury lub rurociągi dystrybucyjne, odwadniacze termodynamiczne lub równowagowe, manometry, reduktory ciśnienia, zawory bezpieczeństwa i akumulatory objętościowe.
Większość tych części jest wykonana ze stali nierdzewnej 316 L i zawiera uszczelki z fluoropolimeru (zwykle z politetrafluoroetylenu, znanego również jako teflon lub PTFE), a także półmetal lub inne materiały elastomerowe.
Elementy te są podatne na korozję lub degradację podczas użytkowania, co wpływa na jakość gotowego narzędzia Clean Steam (CS).W ramach projektu szczegółowo opisanego w tym artykule oceniono próbki stali nierdzewnej z czterech studiów przypadku systemu CS, oceniono ryzyko potencjalnego wpływu korozji na procesy i krytyczne systemy inżynieryjne oraz przetestowano pod kątem cząstek stałych i metali w kondensacie.
Próbki skorodowanych elementów rurociągów i instalacji dystrybucyjnych są umieszczane w celu zbadania produktów ubocznych korozji.9 Dla każdego konkretnego przypadku oceniono różne stany powierzchni.Na przykład oceniono standardowe efekty rumienia i korozji.
Powierzchnie próbek referencyjnych oceniono pod kątem obecności rumieńców za pomocą oględzin, spektroskopii elektronów Augera (AES), spektroskopii elektronów do analizy chemicznej (ESCA), skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) i rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronów (XPS).
Metody te mogą ujawnić fizyczne i atomowe właściwości korozji i osadów, a także określić kluczowe czynniki, które wpływają na właściwości płynów technicznych lub produktów końcowych.jeden
Produkty korozji stali nierdzewnej mogą przybierać różne formy, takie jak karminowa warstwa tlenku żelaza (brązowa lub czerwona) na powierzchni pod lub nad warstwą tlenku żelaza (czarnego lub szarego)2.Możliwość migracji w dół.
Warstwa tlenku żelaza (czarny rumieniec) może z czasem gęstnieć, ponieważ osady stają się bardziej wyraźne, o czym świadczą cząsteczki lub osady widoczne na powierzchniach komory sterylizacyjnej i sprzętu lub pojemników po sterylizacji parą wodną, ​​następuje migracja.Analiza laboratoryjna próbek kondensatu wykazała rozproszony charakter osadu oraz zawartość metali rozpuszczalnych w płynie CS.cztery
Chociaż istnieje wiele przyczyn tego zjawiska, zazwyczaj głównym czynnikiem przyczyniającym się do tego jest generator CS.Nierzadko można znaleźć czerwony tlenek żelaza (brązowy/czerwony) na powierzchniach i tlenek żelaza (czarny/szary) w otworach wentylacyjnych, które powoli migrują przez system dystrybucji CS.6
System dystrybucji CS jest rozgałęzioną konfiguracją z wieloma punktami użytkowania kończącymi się w odległych obszarach lub na końcu głównego nagłówka i różnych podnagłówków rozgałęzień.System może zawierać szereg regulatorów, które pomagają zainicjować redukcję ciśnienia/temperatury w określonych punktach użytkowania, które mogą być potencjalnymi punktami korozji.
Korozja może również wystąpić w odwadniaczach o higienicznej konstrukcji, które są umieszczane w różnych punktach systemu w celu usunięcia kondensatu i powietrza z czystej pary przepływającej przez odwadniacz, rurociągi wylotowe/przewody odprowadzające lub kolektor kondensatu.
W większości przypadków migracja wsteczna jest prawdopodobna, gdy osady rdzy gromadzą się na pułapce i rosną w górę rzeki do i poza sąsiednie rurociągi lub kolektory w punktach poboru;rdza, która tworzy się w pułapkach lub innych elementach, może być widoczna przed źródłem przy ciągłej migracji w dół i w górę rzeki.
Niektóre elementy ze stali nierdzewnej wykazują również różne średnie lub wysokie poziomy struktur metalurgicznych, w tym ferrytu delta.Uważa się, że kryształy ferrytu zmniejszają odporność na korozję, mimo że mogą występować w zaledwie 1–5%.
Ferryt nie jest również tak odporny na korozję jak austenityczna struktura krystaliczna, więc preferencyjnie koroduje.Ferryty można dokładnie wykryć za pomocą sondy ferrytowej i częściowo dokładnie za pomocą magnesu, ale istnieją znaczne ograniczenia.
Istnieje wiele czynników, które przyczyniają się do korozji, od konfiguracji systemu, przez wstępne uruchomienie, po uruchomienie nowego generatora CS i rurociągów dystrybucyjnych:
Z biegiem czasu korozyjne pierwiastki, takie jak te, mogą wytwarzać produkty korozji, gdy spotykają się, łączą i nakładają na siebie mieszaniny żelaza i żelaza.Czarna sadza jest zwykle widoczna najpierw w generatorze, następnie pojawia się w przewodach wylotowych generatora, a ostatecznie w całym systemie dystrybucji CS.
Przeprowadzono analizę SEM w celu ujawnienia mikrostruktury produktów ubocznych korozji pokrywających całą powierzchnię kryształami i innymi cząstkami.Tło lub powierzchnia pod spodem, na której znajdują się cząstki, waha się od różnych stopni żelaza (ryc. 1-3) do typowych próbek, a mianowicie krzemionki/żelaza, osadów piaszczystych, szklistych, jednorodnych (ryc. 4).Analizie poddano również mieszki odwadniacza (rys. 5-6).
Testy AES to metoda analityczna służąca do określania chemii powierzchni stali nierdzewnej i diagnozowania jej odporności na korozję.Pokazuje również niszczenie warstwy pasywnej i spadek stężenia chromu w warstwie pasywnej w miarę degradacji powierzchni w wyniku korozji.
Aby scharakteryzować skład pierwiastkowy powierzchni każdej próbki, zastosowano skany AES (profile stężenia pierwiastków powierzchniowych na głębokości).
Każda witryna wykorzystana do analizy SEM i rozszerzenia została starannie wybrana, aby zapewnić informacje z typowych regionów.Każde badanie dostarczyło informacji od kilku górnych warstw molekularnych (szacowanych na 10 angstremów [Å] na warstwę) do głębokości stopu metalu (200–1000 Å).
We wszystkich regionach Rouge odnotowano znaczne ilości żelaza (Fe), chromu (Cr), niklu (Ni), tlenu (O) i węgla (C).Dane i wyniki AES przedstawiono w sekcji studium przypadku.
Ogólne wyniki AES dla warunków początkowych pokazują, że silne utlenianie występuje na próbkach o niezwykle wysokich stężeniach Fe i O (tlenków żelaza) oraz niskiej zawartości Cr na powierzchni.Ten rudy osad powoduje uwalnianie cząstek, które mogą zanieczyścić produkt i powierzchnie mające kontakt z produktem.
Po usunięciu rumieńca „pasywowane” próbki wykazały całkowite odzyskanie warstwy pasywnej, z Cr osiągającym wyższe poziomy stężenia niż Fe, ze stosunkiem powierzchni Cr:Fe w zakresie od 1,0 do 2,0 i całkowitym brakiem tlenku żelaza.
Różne szorstkie powierzchnie analizowano za pomocą XPS/ESCA w celu porównania stężeń pierwiastków i spektralnych stopni utlenienia Fe, Cr, siarki (S), wapnia (Ca), sodu (Na), fosforu (P), azotu (N) i O. i C (tabela A).
Istnieje wyraźna różnica w zawartości Cr od wartości zbliżonych do warstwy pasywacyjnej do niższych wartości typowo spotykanych w stopach bazowych.Poziomy żelaza i chromu znalezione na powierzchni reprezentują różne grubości i stopnie osadów różu.Testy XPS wykazały wzrost zawartości Na, C lub Ca na chropowatych powierzchniach w porównaniu z powierzchniami oczyszczonymi i pasywowanymi.
Testy XPS wykazały również wysoki poziom C w czerwieni żelazowej (czarnej) oraz Fe(x)O(y) (tlenek żelaza) w czerwieni.Dane XPS nie są przydatne do zrozumienia zmian powierzchni podczas korozji, ponieważ oceniają zarówno czerwony metal, jak i metal nieszlachetny.Do prawidłowej oceny wyników wymagane są dodatkowe testy XPS z większymi próbkami.
Poprzedni autorzy również mieli trudności z oceną danych XPS.10 Obserwacje terenowe podczas procesu usuwania wykazały, że zawartość węgla jest wysoka i zwykle jest usuwana przez filtrację podczas przetwarzania.Mikrofotografie SEM wykonane przed i po zabiegu usuwania zmarszczek ilustrują uszkodzenia powierzchni spowodowane przez te osady, w tym wżery i porowatość, które bezpośrednio wpływają na korozję.
Wyniki XPS po pasywacji wykazały, że stosunek zawartości Cr:Fe na powierzchni był znacznie wyższy, gdy warstwa pasywacyjna została ponownie utworzona, zmniejszając w ten sposób szybkość korozji i inne niekorzystne skutki na powierzchni.
Próbki kuponowe wykazały znaczny wzrost stosunku Cr:Fe między powierzchnią „tak jak jest” a powierzchnią pasywowaną.Początkowe stosunki Cr:Fe badano w zakresie od 0,6 do 1,0, podczas gdy stosunki pasywacji po obróbce mieściły się w zakresie od 1,0 do 2,5.Wartości dla stali nierdzewnych elektropolerowanych i pasywowanych wynoszą od 1,5 do 2,5.
W próbkach poddanych post-processingowi maksymalna głębokość stosunku Cr:Fe (oznaczona metodą AES) wynosiła od 3 do 16 Å.Wypadają korzystnie w porównaniu z danymi z poprzednich badań opublikowanych przez Colemana2 i Rolla.9 Powierzchnie wszystkich próbek miały standardowe poziomy Fe, Ni, O, Cr i C. Niskie poziomy P, Cl, S, N, Ca i Na stwierdzono również w większości próbek.
Te pozostałości są typowe dla chemicznych środków czyszczących, oczyszczonej wody lub elektropolerowania.Po dalszej analizie stwierdzono pewne zanieczyszczenie krzemem na powierzchni i na różnych poziomach samego kryształu austenitu.Źródłem wydaje się być zawartość krzemionki w wodzie/parze, środkach do polerowania mechanicznego lub rozpuszczonych lub wytrawionych wziernikach w komórce generowania CS.
Produkty korozji występujące w systemach CS są bardzo zróżnicowane.Wynika to z różnych warunków tych systemów i rozmieszczenia różnych elementów, takich jak zawory, syfony i inne akcesoria, które mogą prowadzić do warunków korozyjnych i produktów korozji.
Ponadto do układu często wprowadzane są elementy zamienne, które nie są odpowiednio pasywowane.Istotny wpływ na produkty korozji ma również konstrukcja generatora CS i jakość wody.Niektóre typy agregatów prądotwórczych to reboilery, podczas gdy inne to rurowe flashery.Generatory CS zwykle wykorzystują ekrany końcowe do usuwania wilgoci z czystej pary, podczas gdy inne generatory wykorzystują przegrody lub cyklony.
Niektóre wytwarzają prawie solidną żelazną patynę w rurze dystrybucyjnej i pokrywającej ją czerwonej żelazie.Blok z przegrodami tworzy czarną warstwę żelaza z rumieńcem tlenku żelaza pod spodem i tworzy drugie zjawisko górnej powierzchni w postaci sadzy, którą łatwiej zetrzeć z powierzchni.
Z reguły ten żelazisty osad podobny do sadzy jest znacznie bardziej wyraźny niż żelazowo-czerwony i jest bardziej mobilny.Ze względu na wyższy stopień utlenienia żelaza w kondensacie, szlam generowany w kanale kondensatu na dnie rury dystrybucyjnej zawiera szlam tlenku żelaza na wierzchu szlamu żelaza.
Rumieniec tlenku żelaza przechodzi przez kolektor kondensatu, staje się widoczny w odpływie, a wierzchnią warstwę łatwo ściera się z powierzchni.Jakość wody odgrywa ważną rolę w składzie chemicznym różu.
Wyższa zawartość węglowodorów skutkuje zbyt dużą ilością sadzy w szmince, podczas gdy wyższa zawartość krzemionki skutkuje wyższą zawartością krzemionki, co skutkuje gładką lub błyszczącą warstwą szminki.Jak wspomniano wcześniej, wzierniki poziomu wody są również podatne na korozję, co umożliwia przedostawanie się zanieczyszczeń i krzemionki do układu.
Pistolet jest powodem do niepokoju w systemach parowych, ponieważ mogą tworzyć się grube warstwy, które tworzą cząstki.Cząsteczki te są obecne na powierzchniach parowych lub w urządzeniach do sterylizacji parowej.W poniższych sekcjach opisano możliwe skutki działania leku.
Obrazy SEM w stanie obecnym na rysunkach 7 i 8 pokazują mikrokrystaliczną naturę karminu klasy 2 w przypadku 1. Szczególnie gęsta matryca kryształów tlenku żelaza utworzyła się na powierzchni w postaci drobnoziarnistej pozostałości.Odkażone i pasywowane powierzchnie wykazały uszkodzenia spowodowane korozją, co skutkowało szorstką i lekko porowatą teksturą powierzchni, jak pokazano na rysunkach 9 i 10.
Skan NPP na ryc.11 przedstawia stan początkowy pierwotnej powierzchni z naniesionym na nią ciężkim tlenkiem żelaza. Pasywowana i oczyszczona powierzchnia (ryc. 12) wskazuje, że warstwa pasywna ma teraz podwyższoną zawartość Cr (czerwona linia) powyżej Fe (czarna linia) przy stosunku > 1,0 Cr:Fe. Pasywowana i oczyszczona powierzchnia (ryc. 12) wskazuje, że warstwa pasywna ma teraz podwyższoną zawartość Cr (czerwona linia) powyżej Fe (czarna linia) przy stosunku > 1,0 Cr:Fe. Пассивированная и обесточенная поверхность (ryc. 12) указывает на то, что пассивная пленка теперь имеет пов Cr:Fe > 1,0. Pasywowana i pozbawiona napięcia powierzchnia (ryc. 12) wskazuje, że warstwa pasywna ma teraz zwiększoną zawartość Cr (czerwona linia) w porównaniu z Fe (czarna linia) przy stosunku 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 (ryc. 12) показывает, что пассивированная пленка теперь имеет bol ее высокое содержание Cr (krasnaя линия), чем Fe (czarna линия), при соотношении Cr:Fe > 1,0. Pasywowana i pomarszczona powierzchnia (ryc. 12) pokazuje, że pasywowana folia ma teraz wyższą zawartość Cr (czerwona linia) niż Fe (czarna linia) przy stosunku Cr:Fe > 1,0.
Cieńsza (< 80 Å) pasywująca warstwa tlenku chromu zapewnia lepszą ochronę niż warstwa krystalicznego tlenku żelaza o grubości setek angstremów z metalu nieszlachetnego i warstwy zgorzeliny o zawartości żelaza powyżej 65%.
Skład chemiczny pasywowanej i pomarszczonej powierzchni jest obecnie porównywalny z pasywowanymi materiałami polerowanymi.Osad w przypadku 1 jest osadem klasy 2, który może powstać in situ;w miarę gromadzenia się tworzą się większe cząstki, które migrują wraz z parą.
W takim przypadku pokazana korozja nie doprowadzi do poważnych wad lub pogorszenia jakości powierzchni.Normalne marszczenie zmniejszy efekt korozji powierzchni i wyeliminuje możliwość silnej migracji cząstek, które mogą stać się widoczne.
Na rysunku 11 wyniki AES pokazują, że grube warstwy w pobliżu powierzchni mają wyższe poziomy Fe i O (500 Å tlenku żelaza; odpowiednio cytrynowozielone i niebieskie linie), przechodzące do domieszkowanych poziomów Fe, Ni, Cr i O. Stężenie Fe (niebieska linia) jest znacznie wyższe niż w przypadku jakiegokolwiek innego metalu i wzrasta od 35% na powierzchni do ponad 65% w stopie.
Na powierzchni poziom O (jasnozielona linia) zmienia się od prawie 50% w stopie do prawie zera przy grubości warstwy tlenku większej niż 700 Å. Poziomy Ni (ciemnozielona linia) i Cr (czerwona linia) są bardzo niskie na powierzchni (<4%) i wzrastają do normalnych poziomów (odpowiednio 11% i 17%) na głębokości stopu. Poziomy Ni (ciemnozielona linia) i Cr (czerwona linia) są bardzo niskie na powierzchni (<4%) i wzrastają do normalnych poziomów (odpowiednio 11% i 17%) na głębokości stopu. Уровни Ni (темно-зеленая линия) и Cr (красная линия) чрезвычайно низки на поверхности (<4%) i увеличиваются до норм ального уровня (11% i 17% соответственно) в глубине сплава. Poziomy Ni (ciemnozielona linia) i Cr (czerwona linia) są bardzo niskie na powierzchni (<4%) i wzrastają do normalnych poziomów (odpowiednio 11% i 17%) w głębi stopu.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% i 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) и Cr (красная линия) на поверхности чрезвычайно низки (<4%) i увеличиваются до норм ального уровня в глубине сплава (11% i 17% соответственно). Poziomy Ni (ciemnozielona linia) i Cr (czerwona linia) na powierzchni są bardzo niskie (<4%) i wzrastają do normalnych poziomów głęboko w stopie (odpowiednio 11% i 17%).
Obraz AES na ryc.12 pokazuje, że usunięto warstwę różu (tlenku żelaza) i przywrócono warstwę pasywacji.W warstwie pierwotnej 15 Å poziom Cr (czerwona linia) jest wyższy niż poziom Fe (czarna linia), która jest filmem pasywnym.Początkowo zawartość Ni na powierzchni wynosiła 9%, wzrastała o 60–70 Å powyżej poziomu Cr (± 16%), a następnie wzrastała do poziomu stopu 200 Å.
Począwszy od 2% poziom węgla (niebieska linia) spada do zera przy 30 Å. Poziom Fe jest początkowo niski (< 15%), a później równy poziomowi Cr przy 15 Å i nadal wzrasta do poziomu stopu na poziomie ponad 65% przy 150 Å. Poziom Fe jest początkowo niski (< 15%), a później równy poziomowi Cr przy 15 Å i nadal wzrasta do poziomu stopu na poziomie ponad 65% przy 150 Å. Уровень Fe вначале низкий (< 15%), позже равен уровню Cr при 15 Å и продолжает увеличиваться до уровня сплава б ponad 65% za 150 Å. Poziom Fe jest początkowo niski (< 15%), później dorównuje poziomowi Cr przy 15 Å i nadal wzrasta do ponad 65% poziomu stopu przy 150 Å. Fe 含量 最初 很 (<15%), ， 后来 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 (<15%), ， 后来 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 соderжанию Cr при 15 Å и продолжает увеличиватьс я до содержания сплава более 65 % при 150 Å. Zawartość Fe jest początkowo niska (< 15%), później dorównuje zawartości Cr przy 15 Å i nadal rośnie, aż zawartość stopu przekroczy 65% ​​przy 150 Å.Poziom Cr wzrasta do 25% powierzchni przy 30 Å i spada do 17% w stopie.
Podwyższony poziom O w pobliżu powierzchni (jasnozielona linia) spada do zera po głębokości 120 Å.Ta analiza wykazała dobrze rozwiniętą warstwę pasywacji powierzchni.Fotografie SEM na rysunkach 13 i 14 pokazują szorstką, szorstką i porowatą krystaliczną naturę pierwszej i drugiej warstwy tlenku żelaza na powierzchni.Pomarszczona powierzchnia pokazuje wpływ korozji na częściowo wżerową chropowatą powierzchnię (ryc. 18-19).
Pasywowane i pomarszczone powierzchnie pokazane na rysunkach 13 i 14 nie wytrzymują silnego utleniania.Ryciny 15 i 16 przedstawiają odrestaurowaną warstwę pasywacyjną na powierzchni metalowej.