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Os sistemas farmacêuticos de vapor puro ou puro incluem geradores, válvulas de controle, tubulações ou oleodutos de distribuição, purgadores termodinâmicos ou termostáticos de equilíbrio, manômetros, redutores de pressão, válvulas de segurança e acumuladores volumétricos.
A maioria dessas peças é feita de aço inoxidável 316 L e contém juntas de fluoropolímero (normalmente politetrafluoroetileno, também conhecido como Teflon ou PTFE), bem como materiais semimetálicos ou outros materiais elastoméricos.
Esses componentes são suscetíveis à corrosão ou degradação durante o uso, o que afeta a qualidade do produto final de Vapor Limpo (CS). O projeto detalhado neste artigo avaliou amostras de aço inoxidável de quatro estudos de caso de sistemas CS, avaliou o risco de potenciais impactos de corrosão em sistemas de processo e de engenharia críticos e testou a presença de partículas e metais no condensado.
Amostras de tubulações e componentes do sistema de distribuição corroídos são colocadas para investigar subprodutos da corrosão. 9 Para cada caso específico, diferentes condições de superfície foram avaliadas. Por exemplo, foram avaliados os efeitos de corrosão e de blush padrão.
As superfícies das amostras de referência foram avaliadas quanto à presença de depósitos de blush usando inspeção visual, espectroscopia eletrônica Auger (AES), espectroscopia eletrônica para análise química (ESCA), microscopia eletrônica de varredura (SEM) e espectroscopia fotoeletrônica de raios X (XPS).
Esses métodos podem revelar as propriedades físicas e atômicas da corrosão e dos depósitos, bem como determinar os principais fatores que afetam as propriedades dos fluidos técnicos ou dos produtos finais.
Os produtos de corrosão do aço inoxidável podem assumir diversas formas, como uma camada carmim de óxido de ferro (marrom ou vermelho) na superfície, abaixo ou acima da camada de óxido de ferro (preto ou cinza)2. Capacidade de migrar para jusante.
A camada de óxido de ferro (tonalidade preta) pode engrossar com o tempo, à medida que os depósitos se tornam mais pronunciados, como evidenciado por partículas ou depósitos visíveis nas superfícies da câmara de esterilização e equipamentos ou recipientes após a esterilização a vapor, quando há migração. A análise laboratorial de amostras de condensado mostrou a natureza dispersa do lodo e a quantidade de metais solúveis no fluido CS. 4
Embora existam muitas razões para esse fenômeno, o gerador de CS é geralmente o principal responsável. Não é incomum encontrar óxido de ferro vermelho (marrom/vermelho) em superfícies e óxido de ferro (preto/cinza) em aberturas que migram lentamente pelo sistema de distribuição de CS. 6
O sistema de distribuição CS é uma configuração ramificada com múltiplos pontos de uso que terminam em áreas remotas ou no final do coletor principal e vários subcoletores de derivação. O sistema pode incluir diversos reguladores para ajudar a iniciar a redução de pressão/temperatura em pontos específicos de uso que podem ser potenciais pontos de corrosão.
A corrosão também pode ocorrer em purgadores de projeto higiênico que são colocados em vários pontos do sistema para remover o condensado e o ar do vapor limpo que flui através do purgador, da tubulação a jusante/de descarga ou do coletor de condensado.
Na maioria dos casos, a migração reversa é provável quando depósitos de ferrugem se acumulam na armadilha e crescem rio acima e além de tubulações adjacentes ou coletores de ponto de uso; a ferrugem que se forma em armadilhas ou outros componentes pode ser vista rio acima da fonte, com migração constante rio abaixo e rio acima.
Alguns componentes de aço inoxidável também apresentam níveis moderados a altos de estruturas metalúrgicas, incluindo ferrita delta. Acredita-se que os cristais de ferrita reduzem a resistência à corrosão, embora possam estar presentes em apenas 1% a 5%.
A ferrita também não é tão resistente à corrosão quanto a estrutura cristalina austenítica, portanto, ela sofrerá corrosão preferencialmente. As ferritas podem ser detectadas com precisão com uma sonda de ferrita e com semiprecisão com um ímã, mas existem limitações significativas.
Desde a configuração do sistema, passando pelo comissionamento inicial e a inicialização de um novo gerador de CS e tubulação de distribuição, há uma série de fatores que contribuem para a corrosão:
Com o tempo, elementos corrosivos como esses podem produzir produtos de corrosão ao se encontrarem, combinarem e se sobreporem a misturas de ferro e ferro. A fuligem preta geralmente é vista primeiro no gerador, depois aparece na tubulação de descarga do gerador e, eventualmente, em todo o sistema de distribuição de CS.
A análise por MEV foi realizada para revelar a microestrutura dos subprodutos da corrosão que cobrem toda a superfície com cristais e outras partículas. O fundo ou superfície subjacente sobre a qual as partículas são encontradas varia de vários graus de ferro (Fig. 1-3) a amostras comuns, como sílica/ferro, areia, vítreo e depósitos homogêneos (Fig. 4). Os foles do purgador de vapor também foram analisados ​​(Fig. 5-6).
O teste AES é um método analítico usado para determinar a química da superfície do aço inoxidável e diagnosticar sua resistência à corrosão. Ele também mostra a deterioração da película passiva e a diminuição da concentração de cromo na película passiva à medida que a superfície se deteriora devido à corrosão.
Para caracterizar a composição elementar da superfície de cada amostra, foram utilizadas varreduras AES (perfis de concentração de elementos de superfície ao longo da profundidade).
Cada local utilizado para análise e aumento por MEV foi cuidadosamente selecionado para fornecer informações de regiões típicas. Cada estudo forneceu informações desde as camadas moleculares superiores (estimadas em 10 angstroms [Å] por camada) até a profundidade da liga metálica (200–1000 Å).
Quantidades significativas de ferro (Fe), cromo (Cr), níquel (Ni), oxigênio (O) e carbono (C) foram registradas em todas as regiões de Rouge. Os dados e resultados do AES são descritos na seção de estudo de caso.
Os resultados gerais da AES para as condições iniciais mostram que ocorre forte oxidação em amostras com concentrações anormalmente altas de Fe e O (óxidos de ferro) e baixo teor de Cr na superfície. Esse depósito avermelhado resulta na liberação de partículas que podem contaminar o produto e as superfícies em contato com ele.
Após a remoção do blush, as amostras “passivadas” apresentaram recuperação completa do filme passivo, com o Cr atingindo níveis de concentração mais altos que o Fe, com uma relação de superfície Cr:Fe variando de 1,0 a 2,0 e ausência geral de óxido de ferro.
Várias superfícies rugosas foram analisadas usando XPS/ESCA para comparar concentrações elementares e estados de oxidação espectral de Fe, Cr, enxofre (S), cálcio (Ca), sódio (Na), fósforo (P), nitrogênio (N) e O e C (tabela A).
Há uma clara diferença no teor de Cr entre valores próximos à camada de passivação e valores mais baixos, tipicamente encontrados em ligas de base. Os níveis de ferro e cromo encontrados na superfície representam diferentes espessuras e graus de depósitos de rugosidade. Testes de XPS demonstraram um aumento de Na, C ou Ca em superfícies rugosas em comparação com superfícies limpas e passivadas.
Testes de XPS também mostraram altos níveis de C no vermelho ferroso (preto), bem como Fe(x)O(y) (óxido de ferro) no vermelho. Os dados de XPS não são úteis para a compreensão das alterações superficiais durante a corrosão, pois avaliam tanto o metal vermelho quanto o metal base. Testes adicionais de XPS com amostras maiores são necessários para avaliar adequadamente os resultados.
Autores anteriores também tiveram dificuldade em avaliar dados de XPS. 10 Observações de campo durante o processo de remoção mostraram que o teor de carbono é alto e geralmente é removido por filtração durante o processamento. Micrografias de MEV obtidas antes e depois do tratamento de remoção de rugas ilustram os danos superficiais causados ​​por esses depósitos, incluindo corrosão por pites e porosidade, que afetam diretamente a corrosão.
Os resultados do XPS após a passivação mostraram que a relação de teor de Cr:Fe na superfície foi muito maior quando o filme de passivação foi reformado, reduzindo assim a taxa de corrosão e outros efeitos adversos na superfície.
As amostras de cupom apresentaram um aumento significativo na relação Cr:Fe entre a superfície "como está" e a superfície passivada. As relações Cr:Fe iniciais foram testadas na faixa de 0,6 a 1,0, enquanto as relações de passivação pós-tratamento variaram de 1,0 a 2,5. Os valores para aços inoxidáveis ​​eletropolidos e passivados situam-se entre 1,5 e 2,5.
Nas amostras submetidas ao pós-processamento, a profundidade máxima da razão Cr:Fe (estabelecida por AES) variou de 3 a 16 Å. Esses dados se comparam favoravelmente aos de estudos anteriores publicados por Coleman2 e Roll.9 As superfícies de todas as amostras apresentaram níveis padrão de Fe, Ni, O, Cr e C. Baixos níveis de P, Cl, S, N, Ca e Na também foram encontrados na maioria das amostras.
Esses resíduos são típicos de produtos de limpeza químicos, água purificada ou eletropolimento. Após análises mais aprofundadas, foi encontrada alguma contaminação por silício na superfície e em diferentes níveis do próprio cristal de austenita. A fonte parece ser o teor de sílica da água/vapor, polimentos mecânicos ou visor dissolvido ou corroído na célula de geração de CS.
Os produtos de corrosão encontrados em sistemas de CS variam bastante. Isso se deve às condições variáveis ​​desses sistemas e à localização de diversos componentes, como válvulas, purgadores e outros acessórios, que podem levar a condições corrosivas e produtos de corrosão.
Além disso, componentes de reposição que não são devidamente passivados são frequentemente introduzidos no sistema. Os produtos de corrosão também são significativamente afetados pelo projeto do gerador de CS e pela qualidade da água. Alguns tipos de grupos geradores são refervedores, enquanto outros são flashers tubulares. Os geradores de CS normalmente usam telas de proteção para remover a umidade do vapor limpo, enquanto outros geradores usam defletores ou ciclones.
Alguns produzem uma pátina de ferro quase sólida no tubo de distribuição e no ferro vermelho que o cobre. O bloco defletor forma uma película de ferro preta com uma camada de óxido de ferro por baixo, criando um segundo fenômeno na superfície superior, na forma de uma camada de fuligem, mais fácil de remover.
Via de regra, esse depósito semelhante a fuligem ferruginosa é muito mais pronunciado do que o vermelho-ferroso e é mais móvel. Devido ao aumento do estado de oxidação do ferro no condensado, a lama gerada no canal de condensado na parte inferior da tubulação de distribuição apresenta lama de óxido de ferro sobre a lama de ferro.
O óxido de ferro passa pelo coletor de condensado, fica visível no ralo e a camada superior é facilmente removida da superfície. A qualidade da água desempenha um papel importante na composição química do óxido de ferro.
Um alto teor de hidrocarbonetos resulta em muita fuligem no batom, enquanto um alto teor de sílica resulta em um alto teor de sílica, resultando em uma camada lisa ou brilhante. Como mencionado anteriormente, os visores de nível de água também são propensos à corrosão, permitindo a entrada de detritos e sílica no sistema.
A pistola é um motivo de preocupação em sistemas de vapor, pois pode formar camadas espessas que formam partículas. Essas partículas estão presentes em superfícies de vapor ou em equipamentos de esterilização a vapor. As seções a seguir descrevem os possíveis efeitos dos medicamentos.
Os MEVs "As-Is" nas Figuras 7 e 8 mostram a natureza microcristalina do carmim classe 2 no caso 1. Uma matriz particularmente densa de cristais de óxido de ferro formou-se na superfície na forma de um resíduo de granulação fina. As superfícies descontaminadas e passivadas apresentaram danos por corrosão, resultando em uma textura superficial áspera e ligeiramente porosa, como mostrado nas Figuras 9 e 10.
A varredura NPP na fig. 11 mostra o estado inicial da superfície original com óxido de ferro pesado sobre ela. A superfície passivada e desoxidada (Figura 12) indica que o filme passivo agora tem um teor elevado de Cr (linha vermelha) acima do Fe (linha preta) em uma proporção Cr:Fe > 1,0. A superfície passivada e desoxidada (Figura 12) indica que o filme passivo agora tem um teor elevado de Cr (linha vermelha) acima do Fe (linha preta) em uma proporção Cr:Fe > 1,0. Пассивированная и обесточенная поверхность (ris. 12) указывает на то, что пассивная пленка теперь имеет повышенное содержание Cr (linha de linha) por сравнению com Fe (linha de linha) por соотношении Cr:Fe > 1,0. A superfície passivada e desenergizada (Fig. 12) indica que o filme passivo agora tem um conteúdo maior de Cr (linha vermelha) em comparação com Fe (linha preta) em uma proporção de 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 (ris. 12) показывает, что пассивированная пленка теперь имеет более высокое содержание Cr (красная линия), чем Fe (черная линия), при соотношении Cr:Fe > 1,0. A superfície passivada e enrugada (Fig. 12) mostra que o filme passivado agora tem um teor de Cr (linha vermelha) maior do que Fe (linha preta) em uma proporção Cr:Fe > 1,0.
Uma película de óxido de cromo passivante mais fina (< 80 Å) é mais protetora do que uma película de óxido de ferro cristalino com centenas de angstroms de espessura de um metal base e camada de incrustação com um teor de ferro de mais de 65%.
A composição química da superfície passivada e enrugada é agora comparável à dos materiais polidos passivados. O sedimento no caso 1 é um sedimento de classe 2, capaz de se formar in situ; à medida que se acumula, formam-se partículas maiores que migram com o vapor.
Neste caso, a corrosão observada não levará a defeitos graves ou deterioração da qualidade da superfície. O enrugamento normal reduzirá o efeito corrosivo na superfície e eliminará a possibilidade de forte migração de partículas que possam se tornar visíveis.
Na Figura 11, os resultados do AES mostram que camadas espessas perto da superfície têm níveis mais altos de Fe e O (500 Å de óxido de ferro; linhas verde-limão e azul, respectivamente), passando para níveis dopados de Fe, Ni, Cr e O. A concentração de Fe (linha azul) é muito maior do que a de qualquer outro metal, aumentando de 35% na superfície para mais de 65% na liga.
Na superfície, o nível O (linha verde claro) vai de quase 50% na liga a quase zero em uma espessura de filme de óxido de mais de 700 Å. Os níveis de Ni (linha verde escura) e Cr (linha vermelha) são extremamente baixos na superfície (< 4%) e aumentam para níveis normais (11% e 17%, respectivamente) na profundidade da liga. Os níveis de Ni (linha verde escura) e Cr (linha vermelha) são extremamente baixos na superfície (< 4%) e aumentam para níveis normais (11% e 17%, respectivamente) na profundidade da liga. Уровни Ni (темно-зеленая линия) и Cr (красная линия) чрезвычайно низки на поверхности (<4%) и увеличиваются до aumento normal (11% e 17% соответственно) no dispositivo de distribuição. Os níveis de Ni (linha verde escura) e Cr (linha vermelha) são extremamente baixos na superfície (<4%) e aumentam para níveis normais (11% e 17% respectivamente) nas profundezas da liga.表面的Ni（深绿线）和Cr（红线）水平极低（< 4%.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) e Cr (красная линия) на поверхности чрезвычайно низки (<4%) и увеличиваются до operação normal na globalização сплава (11% e 17% соответственно). Os níveis de Ni (linha verde escura) e Cr (linha vermelha) na superfície são extremamente baixos (<4%) e aumentam para níveis normais nas profundezas da liga (11% e 17% respectivamente).
A imagem AES na Fig. 12 mostra que a camada de rouge (óxido de ferro) foi removida e o filme de passivação foi restaurado. Na camada primária de 15 Å, o teor de Cr (linha vermelha) é maior que o de Fe (linha preta), que é um filme passivo. Inicialmente, o teor de Ni na superfície era de 9%, aumentando em 60–70 Å acima do teor de Cr (± 16%) e, em seguida, atingindo o nível de liga de 200 Å.
Começando em 2%, o nível de carbono (linha azul) cai para zero em 30 Å. O nível de Fe é inicialmente baixo (< 15%) e posteriormente igual ao nível de Cr em 15 Å e continua a aumentar até o nível de liga em mais de 65% em 150 Å. O nível de Fe é inicialmente baixo (< 15%) e posteriormente igual ao nível de Cr em 15 Å e continua a aumentar até o nível de liga em mais de 65% em 150 Å. Уровень Fe вначале низкий (< 15%), позже равен уровню Cr por 15 Å и продолжает увеличиваться до уровня сплава более 65% por 150 Å. O nível de Fe é inicialmente baixo (< 15%), depois se iguala ao nível de Cr em 15 Å e continua a aumentar para mais de 65% do nível de liga em 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 por 15 Å и продолжает увеличиваться para a sociedade, o aumento é de 65% por 150 Å. O teor de Fe é inicialmente baixo (< 15%), depois se iguala ao teor de Cr em 15 Å e continua a aumentar até que o teor de liga seja superior a 65% em 150 Å.Os níveis de Cr aumentam para 25% da superfície a 30 Å e diminuem para 17% na liga.
O nível elevado de O próximo à superfície (linha verde-claro) diminui para zero após uma profundidade de 120 Å. Esta análise demonstrou uma película de passivação superficial bem desenvolvida. As fotografias SEM nas Figuras 13 e 14 mostram a natureza cristalina rugosa, rugosa e porosa da primeira e segunda camadas de óxido de ferro da superfície. A superfície enrugada mostra o efeito da corrosão em uma superfície rugosa parcialmente corroída (Figuras 18-19).
As superfícies passivadas e enrugadas mostradas nas Figuras 13 e 14 não resistem à oxidação severa. As Figuras 15 e 16 mostram uma película de passivação restaurada em uma superfície metálica.