注射用水和純蒸汽系統(tǒng)紅銹的形成原因及處理方法

鄭光輝

（廣東怡翔制藥有限公司，廣東廣州511325）

注射用水和純蒸汽系統(tǒng)紅銹的形成原因及處理方法

鄭光輝

（廣東怡翔制藥有限公司，廣東廣州511325）

通過分析注射用水和純蒸汽系統(tǒng)紅銹產(chǎn)生的原因及紅銹的危害，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、設(shè)備管路選型、施工過程管路焊接的方式及紅銹處理方法進(jìn)行了闡述，找到了避免紅銹形成的方法，并提出了紅銹出現(xiàn)后的處理方案，為制藥企業(yè)解決此方面的問題提供了參考。

注射用水；純蒸汽；紅銹；原因；處理方法

0 引言

紅銹是在制藥用水制備和分配系統(tǒng)、純蒸汽系統(tǒng)以及配液系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)的一種現(xiàn)象，注射用水、純蒸汽以及配液系統(tǒng)管路在使用一段時(shí)間后會(huì)不同程度地出現(xiàn)“紅銹”現(xiàn)象。紅銹常發(fā)生在液體輸送泵的腔體內(nèi)部、衛(wèi)生級(jí)隔膜閥閥體及膜片、注射用水儲(chǔ)罐的罐體內(nèi)壁、不銹鋼管路的焊接點(diǎn)以及純蒸汽、配液系統(tǒng)管路的內(nèi)壁等處。采用白色絹布在其內(nèi)部進(jìn)行擦拭能夠看到微黃色或紅色的固體顆粒物，紅銹在一定程度上對(duì)整個(gè)系統(tǒng)和產(chǎn)品產(chǎn)生了嚴(yán)重的質(zhì)量隱患，一旦出現(xiàn)必須進(jìn)行消除處理，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

1 紅銹產(chǎn)生的原因

水是一種極弱的電解質(zhì)，在25 ℃時(shí)，水的離子積常數(shù)是1×1014，在100 ℃時(shí)，高溫水的離子積常數(shù)為1×1012，在高溫狀態(tài)下，水中的H+濃度和OH-濃度要高于在常溫狀態(tài)下的純化水，由于存在此種情況，在高溫狀態(tài)下，導(dǎo)致游離的鐵離子與水中的OH-發(fā)生反應(yīng)，最后脫水形成FeO，使得在高溫系統(tǒng)中產(chǎn)生紅銹。

因此，一般情況下注射用水、純蒸汽以及配液系統(tǒng)中產(chǎn)生紅銹的概率要遠(yuǎn)高于純化水系統(tǒng)。

2 紅銹的危害程度

按照紅銹的危害程度可以分為三個(gè)等級(jí)：

第一類紅銹表現(xiàn)為黃色或橘紅色，主要成分為FeO，在用水點(diǎn)出口處較容易找到。此類紅銹屬于國際工程難題，具有普遍性和易復(fù)發(fā)性等特點(diǎn)。

第二類紅銹表現(xiàn)為棕紅色或紅色，主要成分為Fe2O3，其主要依附在不銹鋼的內(nèi)表面處，常以蝕坑和縫隙腐蝕等形式出現(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)中采用的不銹鋼材料中Cr/Fe比例偏低時(shí)較容易發(fā)生，產(chǎn)生的原因主要是氯離子等鹵化物的侵蝕。

第三類紅銹主要表現(xiàn)為黑色或灰色，主要成分為Fe3O4，緊貼在管路的內(nèi)壁，這類主要在純蒸汽和注射用水系統(tǒng)中出現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)中采用的不銹鋼材料中Cr/Fe比例偏低時(shí)較容易發(fā)生。目前在注射用水制備及分配系統(tǒng)和純蒸汽分配系統(tǒng)中均采用含Cr/Fe比例較高且含有鉬元素的316L不銹鋼材質(zhì)的管材進(jìn)行配置。

3 避免紅銹出現(xiàn)的方法

3.1 合理設(shè)計(jì)，從源頭上控制

為避免紅銹的出現(xiàn)，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之初注重“質(zhì)量源于設(shè)計(jì)”的理念，采用合理的設(shè)計(jì)方案，從源頭上避免出現(xiàn)紅銹，可以采用以下方法：

（1）嚴(yán)格采用3D死角的設(shè)計(jì)原則，控制好殘留物對(duì)管路的影響，避免引起晶體腐蝕。

（2）采用材質(zhì)為316L不銹鋼的360°旋轉(zhuǎn)噴淋球，防止外源性的鐵離子脫落進(jìn)入到系統(tǒng)中。

（3）對(duì)潔凈泵的內(nèi)表面和管路的內(nèi)部光潔度進(jìn)行控制，Ra不高于0.6，且盡可能采用電解拋光。

（4）選擇大品牌有質(zhì)量保證的管材原材料，對(duì)不銹鋼管件的材質(zhì)報(bào)告形成系統(tǒng)的追溯文件體系，保證所選的316L材質(zhì)的不銹鋼的品質(zhì)和內(nèi)壁拋光度。

物聯(lián)網(wǎng)拓展了互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展的空間，推進(jìn)了智能運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展，促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代物流領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用，尤其是在新鮮水果蔬菜等要求較高運(yùn)輸環(huán)境的物流運(yùn)輸系統(tǒng)的應(yīng)用。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)輸系統(tǒng)，可促進(jìn)交通運(yùn)輸和現(xiàn)代物流的安全，使駕駛員能在復(fù)雜多變的交通環(huán)境中操縱、行駛，以求最大限度地減少道路交通事故的發(fā)生，不斷提高果蔬運(yùn)輸系統(tǒng)安全水平。

（5）與高溫介質(zhì)接觸部位的球閥選擇使用材質(zhì)為316L不銹鋼材質(zhì)的閥門，隔膜閥采用膜片為PVDF材質(zhì)的衛(wèi)生級(jí)隔膜閥。

3.2 把控施工過程，減少紅銹產(chǎn)生

對(duì)注射用水、純蒸汽及配液系統(tǒng)的施工控制主要表現(xiàn)為對(duì)焊接過程及原材料的控制，可采用如下方法：

（1）在管路和儲(chǔ)罐的焊接過程中，存在焊縫中易形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，因此對(duì)焊接技術(shù)要有特殊要求。

（2）嚴(yán)格按照經(jīng)過批準(zhǔn)的焊接操作規(guī)程進(jìn)行焊接。

鑒于以上的控制要求，施工過程的把控重點(diǎn)是對(duì)管路和儲(chǔ)罐的焊接過程控制。為了提高焊接質(zhì)量，采用氣體保護(hù)，即采用氬氣、二氧化碳等氣體隔絕氧氣，以保證焊接后形成完整的焊縫，減少焊接過程中氧氣的氧化，保證焊接后的表面光潔度。

具體的控制方法主要有以下幾種：

（1）人員的控制。焊工要經(jīng)過正規(guī)的培訓(xùn)，持證上崗，并且要具備至少半年以上的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，采用的焊接工藝要取得不同的焊接資質(zhì)證書，并注明等級(jí)。

（3）保護(hù)氣體的選擇。為避免管材焊接部位過度氧化，在焊接開始前必須要采用充足的保護(hù)氣體將管路或設(shè)備內(nèi)部的氧氣清空。目前市場(chǎng)在售使用的保護(hù)氣體純度一般為99.99％和99.999％兩種，當(dāng)采用99.999％濃度的氬氣進(jìn)行處理后往往能夠起到非常好的效果。在焊接時(shí)配合使用氧氣濃度檢測(cè)儀，更能夠有效地控制氧氣清空時(shí)間和管材的焊接質(zhì)量。

（4）焊接前的預(yù)處理。焊接前必須對(duì)表面的各種雜質(zhì)，如污漬、塵土等進(jìn)行處理，清潔處理好的管件焊接端面不得用手觸摸，只有經(jīng)過徹底清潔后的管件才被允許焊接。需要切割的管件不得出現(xiàn)斜角、毛刺等，一般經(jīng)過切割后的管件均要經(jīng)過倒角處理。

（5）焊接過程控制。操作時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行經(jīng)過批準(zhǔn)的焊接操作規(guī)程，按照焊接前繪制的焊點(diǎn)圖嚴(yán)格執(zhí)行，隨時(shí)整理自動(dòng)焊機(jī)的打印記錄及焊接記錄，保證焊接的過程可追溯。

（6）焊接結(jié)束后的檢查。焊接結(jié)束后，質(zhì)量部人員需對(duì)每個(gè)焊口的外壁和內(nèi)壁進(jìn)行檢查，對(duì)不符合要求的要重新進(jìn)行焊接處理。外觀檢查達(dá)到100％，手工焊達(dá)到100％內(nèi)窺鏡檢查，自動(dòng)焊要達(dá)到20％以上的內(nèi)窺鏡抽測(cè)檢查。同時(shí)在整個(gè)系統(tǒng)焊接完成后要盡快進(jìn)行酸洗鈍化。

3.3 日常運(yùn)行中進(jìn)行控制，避免紅銹出現(xiàn)

在系統(tǒng)的日常運(yùn)行中，為避免和減少紅銹的出現(xiàn)，可采用以下控制方式：

（1）降低注射用水循環(huán)系統(tǒng)的溫度使其保持在70～85 ℃進(jìn)行循環(huán)，溫度控制可在操作規(guī)程中進(jìn)行明確規(guī)定。

（2）氮?dú)庥兄诩t銹的快速產(chǎn)生，故除有特殊產(chǎn)品工藝要求外，盡量不要對(duì)儲(chǔ)存及分配系統(tǒng)采用氮封處理，在采用氮封處理后要對(duì)管路進(jìn)行檢查，如有異常要及時(shí)進(jìn)行處理，同時(shí)可以采用驗(yàn)證的方式進(jìn)行預(yù)測(cè)處理。

盡管紅銹的出現(xiàn)是不可避免的，但是對(duì)紅銹的控制應(yīng)盡量從設(shè)計(jì)、施工管控以及日常運(yùn)行上進(jìn)行把控，這在一定程度上可延長(zhǎng)紅銹產(chǎn)生的時(shí)間。的維護(hù)中可采用鈍化程度較弱的“檸檬酸法”。由于“硝酸法”在鈍化過程中危險(xiǎn)程度較高，所以在焊接處顏色較淡時(shí)，初次鈍化亦可采用“檸檬酸法”。同時(shí)在注射用水和純蒸汽系統(tǒng)中要嚴(yán)防氯離子對(duì)鈍化層的侵蝕。

目前有數(shù)據(jù)表明，濃度為15％的檸檬酸清洗試劑（CIP200）具有與17％的硝酸同樣的鈍化效果（圖1）。

圖1 15％的檸檬酸清洗試劑（CIP200）的鈍化效果

4 紅銹出現(xiàn)后的處理方法

采用適宜的酸洗鈍化方案對(duì)管路和儲(chǔ)罐進(jìn)行鈍化處理，使其在內(nèi)壁表面形成有效的鈍化膜，阻斷紅銹的生成，推薦鈍化周期為1～3年/次。

酸洗鈍化能夠有效提高不銹鋼的抗腐蝕能力，同時(shí)又能夠防止管路系統(tǒng)過快產(chǎn)生紅銹，目前主要使用的處理方法為“硝酸法”和“檸檬酸法”。傳統(tǒng)的處理方式是，在一般情況下系統(tǒng)的首次酸洗鈍化可以采用鈍化效果較好的“硝酸法”進(jìn)行處理，在日常

利用檸檬酸法鈍化能有效地去除紅銹，降低清洗鈍化過程的風(fēng)險(xiǎn)，簡(jiǎn)化了清洗流程，節(jié)省了清洗時(shí)間，所以，檸檬酸清洗試劑已經(jīng)廣泛應(yīng)用于純蒸汽系統(tǒng)、純化水與注射用水系統(tǒng)、配液系統(tǒng)的除銹和鈍化。

根據(jù)設(shè)備的類型、結(jié)構(gòu)和被清潔的部位來選擇下列方法或方法的組合：循環(huán)、單線路間歇性水流、噴刷、沖洗、儲(chǔ)罐浸泡、擦拭、清潔后漂洗表面。在處理的過程中要對(duì)其污染程度、清洗溶液選擇、清洗濃度、清洗方式和清洗時(shí)間進(jìn)行明確，確保清洗后的效果。

在鈍化處理完后要對(duì)鈍化效果進(jìn)行必要的檢測(cè)，根據(jù)紅銹產(chǎn)生的原因，如不銹鋼表面鈍化不完善或存有鐵離子污染時(shí)，目前常用的一種檢測(cè)方法為鐵銹測(cè)試法，俗稱“藍(lán)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)”，能夠很好地對(duì)鈍化效果進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)。

5 結(jié)語

對(duì)注射用水、純蒸汽及配液系統(tǒng)的紅銹控制和處理是一個(gè)復(fù)雜的過程，在整個(gè)的控制和處理過程中要從設(shè)計(jì)、日常運(yùn)行和處理方法上進(jìn)行全面監(jiān)控，企業(yè)要建立完善的紅銹預(yù)警機(jī)制，做好紅銹產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及早處理，避免紅銹出現(xiàn)，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

[1] 何國強(qiáng).制藥用水系統(tǒng)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[2] 朱宇.注射用水及純蒸汽系統(tǒng)不銹鋼管路“紅斑”的原因及處理[J].機(jī)電信息，2008（32）.

2015-09-13

鄭光輝（1979—），男，河北石家莊人，工程師，從事產(chǎn)品質(zhì)量和工藝管理工作。