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力和工程服務（蘇州）有限公司
Lihe Facility Management (Suzhou) Co.,Ltd
由于純蒸汽系統(tǒng)的非循環(huán)性，除銹工作與注射用水系統(tǒng)相比較復雜，需要通過外接管路的方式，將純蒸汽系統(tǒng)臨時改變成完全循環(huán)或部分可循環(huán)的管網(wǎng)，以實現(xiàn)循環(huán)沖洗的目的。
純蒸汽系統(tǒng)的除銹方法有三種，分別是浸泡法、常規(guī)循環(huán)法、全管網(wǎng)循環(huán)法。
1浸泡法——以浸泡方式進行除銹再鈍化處理，它具有一定的除銹效果，但是除銹效果相對不理想。
2常規(guī)循環(huán)法——利用外接衛(wèi)生級軟管將可能與物料接觸的純蒸汽用點根據(jù)純蒸汽管網(wǎng)分布連接成為局部循環(huán)管路，使用腐蝕性較強的硝酸/氫氟酸除銹劑進行循環(huán)式清洗、酸洗除銹程序。但同時需要控制好清洗參數(shù)，否則使用強腐蝕性酸性試劑對Ⅲ類紅銹進行清洗去除，只能得到一時的除銹效果，卻難逃紅銹迅速復生和微生物指數(shù)超標的質量風險。
3全管網(wǎng)循環(huán)法——將純蒸汽系統(tǒng)的管網(wǎng)串聯(lián)起來，由于各處紅銹類別不同，要求除銹技術服務團隊具有較高的專業(yè)水平、對現(xiàn)場系統(tǒng)工藝的充分了解、充足多樣的物資儲備和強大的執(zhí)行能力。同時，使用專業(yè)配方的除銹劑在除銹過程中的效能要明顯優(yōu)于上述強腐蝕性酸性除銹劑。
在實現(xiàn)純蒸汽分配系統(tǒng)局部或全管網(wǎng)循環(huán)工藝的處理條件下，使用高效的專業(yè)配方除銹劑 (如CIP200) 所獲得的除銹及再鈍化效果均比使用硝酸 /氫氟酸等強腐蝕性酸性除銹劑有質的提升。專業(yè)配方試劑對紅銹中主要成分鐵元素的指向性包裹作用以及高效的不銹鋼表面富鉻層生長的促進作用，是普通除銹劑所無法比擬的。
與注射用水不同，純蒸汽系統(tǒng)為單向非循環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)運行溫度非常高，根據(jù)不同工藝理念設計的純蒸汽系統(tǒng)管道內存在不同量的冷凝水，這些特點使純蒸汽系統(tǒng)內部極易滋生高溫氧化環(huán)境下的腐蝕產(chǎn)物———Ⅲ類紅銹。
由于Ⅲ類紅銹構成復雜，包含以Fe3O4 為主要成分的鐵氧化物、鎳鉻氧化物以及復雜的碳化物等，因此目前金屬腐蝕研究領域尚未研發(fā)出針對Ⅲ類紅銹的有效清洗試劑。由于系統(tǒng)自身無法循環(huán)，浸泡清洗是純蒸汽分配系統(tǒng)傳統(tǒng)的清洗除銹方式。試劑在系統(tǒng)管道中浸泡，只能通過其自身的化學性質與管道內表面紅銹鐵氧化物等發(fā)生反應，除銹機制單一，不能充分地將溶解了的紅銹帶出系統(tǒng)。加之系統(tǒng)以較難去除的Ⅲ類紅銹為主，因此純蒸汽分配系統(tǒng)一直以來都是除銹再鈍化技術的難點。
通過外接管路的方式，將純蒸汽系統(tǒng)臨時改變成完全循環(huán)或部分可循環(huán)的管網(wǎng)，將實現(xiàn)除銹再鈍化劑在純蒸汽系統(tǒng)中的循環(huán)沖洗，在試劑自身化學除銹效力得以充分發(fā)揮的同時，還能通過湍流狀態(tài)的試劑在系統(tǒng)中可觀的機械沖刷作用將溶解在流體中的游離鐵帶出系統(tǒng)，使系統(tǒng)恢復清潔的狀態(tài)，為之后的鈍化處理提供良好潔凈的表面。
(1) 浸泡法
圖10.26為某制藥企業(yè)制劑車間純蒸汽分配系統(tǒng)以浸泡方式進行除銹再鈍化處理的除銹前后內窺鏡影像對比。
圖片拍攝部位為該純蒸汽系統(tǒng)純蒸汽發(fā)生器出口管路，由圖可以看出該處管路焊道及熱影響區(qū)有明顯的紅銹腐蝕現(xiàn)象，焊道上附著一層橘黃色銹蝕，懷疑為Ⅱ類紅銹，管道內壁整體也被紅銹覆蓋，且紅銹呈暗紫色，屬于典型的純蒸汽系統(tǒng)Ⅲ類紅銹。該純蒸汽系統(tǒng)由專業(yè)的除銹再鈍化服務執(zhí)行團隊負責處理，清洗、除銹及再鈍化處理的方式為浸泡處理。完成除銹和再鈍化處理后，進行內窺鏡除銹效果檢查發(fā)現(xiàn)，焊道表面的紅銹被洗去，焊道有金屬光澤；熱影響區(qū)區(qū)域最表層暗紫色Ⅲ類紅銹消失，管壁基質裸露，呈暗紅色。這是由于Ⅲ類紅銹的形成機理與鈍化膜類似，只是將鉻元素由基質滲出表面變?yōu)殍F元素的遷移，因此Ⅲ類紅銹是多層的與基質緊密附著的一層腐蝕性氧化皮。管壁上原有暗紫色紅銹腐蝕層變化不大，ASME BPE中曾指出，表面處理效果好的不銹鋼表面所滋生的紅銹比表面處理效果相對差的表面所滋生的更難去除。
據(jù)此，可以理解為管路焊道熱度影響區(qū)在焊接時其晶粒受熱作用影響晶核變大，晶粒發(fā)生再生長趨勢，但是由于急速的冷卻使不穩(wěn)定的晶粒組織結構致密度下降，導致該處區(qū)域已經(jīng)不再是奧氏體的晶體結構。該處滋生的紅銹的基體遠沒有管壁表面組織致密，因此紅銹反而相對更易除去。
總體來說，浸泡方式具有一定的除銹效果，但是除銹效果相對不理想。
(2) 常規(guī)循環(huán)法
圖10.27為某制藥企業(yè)純蒸汽分配系統(tǒng)以循環(huán)清洗方式進行除銹再鈍化處理的除銹前后內窺鏡影像對比。該處為制藥企業(yè)粉針生產(chǎn)車間配液室純蒸汽用點管路。
由圖可看出，該用點管道內表面已被紅銹全面覆蓋，紅銹呈暗紅色，屬于初期Ⅲ類紅銹腐蝕，圖中顯示焊道兩側熱影響區(qū)及管壁延伸方向是紅銹腐蝕較嚴重的區(qū)域，紅銹呈黑色，除銹難度比較大。除銹服務執(zhí)行團隊在對該套純蒸汽系統(tǒng)進行除銹再鈍化處理時，利用外接衛(wèi)生級軟管將可能與物料接觸的純蒸汽用點根據(jù)純蒸汽管網(wǎng)分布連接成為局部循環(huán)管路，使用腐蝕性較強的硝酸/氫氟酸除銹劑進行循環(huán)式清洗、酸洗除銹程序。
除銹再鈍化處理結束后，通過內窺鏡檢測發(fā)現(xiàn)，焊道及熱影響區(qū)紅銹被洗去，但是管路整體無金屬光澤，熱影響區(qū)區(qū)域表面粗糙，有明顯的腐蝕痕跡，這是由于氫氟酸通過其強腐蝕性和滲透性將包括紅銹腐蝕層和不銹鋼基質表層全部腐蝕后造成的。
由此可見，使用循環(huán)方式對非循環(huán)純蒸汽管路進行清洗除銹時，除銹效果要明顯好于浸泡方式，但是由于Ⅲ類紅銹除銹難度較大，可選除銹劑范圍局限除銹團隊或制藥企業(yè)工程部門進行除銹處理時通常會選擇硝酸和氫氟酸混合的方法，使用該混合試劑的除銹效果在循環(huán)方式下是可以保證的，但是這種混合試劑同時也會對不銹鋼表面造成不亞于紅銹現(xiàn)象的腐蝕侵害，而且如果配比及清洗參數(shù)的不當設定，還極有可能破壞不銹鋼管道的表面粗糙度。而過高的表面粗糙度意味著不銹鋼表面很難再形成致密的鈍化保護膜，同時也存在極大的微生物聚集風險。因此，使用強腐蝕性酸性試劑對Ⅲ類紅銹進行清洗去除，只能得到一時的除銹效果，卻難逃紅銹迅速復生和微生物指數(shù)超標的質量風險。
(3) 全管網(wǎng)循環(huán)法
圖10.28則為某制藥企業(yè)純蒸汽分配系統(tǒng)除銹效果對比案例。
該制藥企業(yè)要求除銹服務供應商對純蒸汽系統(tǒng)以全管網(wǎng)循環(huán)的方式進行除銹維護處理。純蒸汽分配系統(tǒng)實現(xiàn)全管網(wǎng)循環(huán)是一項復雜的小型工程，這要求除銹技術服務團隊具有較高的專業(yè)水平、對現(xiàn)場系統(tǒng)工藝的充分了解、充足多樣的物資儲備和強大的執(zhí)行能力。在將其系統(tǒng)通過多種管件進行改接串接后，待處理的純蒸汽系統(tǒng)實現(xiàn)了管網(wǎng)循環(huán)的工藝要求，并對其純蒸汽系統(tǒng)進行了循環(huán)式清洗、除銹和再鈍化處理，處理試劑為專業(yè)配方的堿性清洗試劑和酸性除銹再鈍化劑。
圖10.28顯示了除銹前后純蒸汽發(fā)生器出口同參照部位的影像對比，由對比可清晰看出，純蒸汽發(fā)生器出口管路內部在除銹前存在非常嚴重的Ⅲ類紅銹腐蝕現(xiàn)象。進行循環(huán)清洗和除銹再鈍化后，如圖10.28右圖所示，除焊道表面局部由于焊接熱作用導致的不可逆的材質品質降級外，管壁全面附著的紅銹基本被完全去除，且管壁呈現(xiàn)出金屬光澤。與上一案例中硝酸/氫氟酸除銹法相比，使用專業(yè)配方的除銹劑在除銹過程中的效能要明顯優(yōu)于上述強腐蝕性酸性除銹劑，這說明專業(yè)配方除銹劑的除銹機理與強腐蝕性酸通過強酸性和強滲透性除銹的機理有著本質的不同。同時，恢復金屬光澤的表面說明通過專業(yè)配方試劑的清洗、除銹處理后，管壁得到了徹底有效的潔凈處理，為專業(yè)配方試劑繼續(xù)的再鈍化處理提供了良好的實施環(huán)境。
通過以上多個純蒸汽分配系統(tǒng)除銹再鈍化服務案例的分析，可以看出純蒸汽分配系統(tǒng)循環(huán)式除銹再鈍化處理效果要明顯優(yōu)于浸泡方法的除銹再鈍化處理。這是因為流體以湍流狀態(tài)在管路中循環(huán)時能夠產(chǎn)生較強勁的表面沖刷力，及時將試劑通過化學效力溶解的紅銹中鐵離子帶出反應部位，并保證鐵離子在流體中始終處于游離狀態(tài)不再與表面發(fā)生結合，同時湍流狀態(tài)的試劑自身也可以通過機械作用對附著在表面的紅銹腐蝕層起到一定的物理分解作用。在實現(xiàn)純蒸汽分配系統(tǒng)局部或全管網(wǎng)循環(huán)工藝的處理條件下，使用高效的專業(yè)配方除銹劑 (如CIP200) 所獲得的除銹及再鈍化效果均比使用硝酸 /氫氟酸等強腐蝕性酸性除銹劑有質的提升。專業(yè)配方試劑對紅銹中主要成分鐵元素的指向性包裹作用以及高效的不銹鋼表面富鉻層生長的促進作用，是普通除銹劑所無法比擬的
