اختيار مادة الفولاذ المقاوم للصدأ لمصنع الجعة

يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ على نطاق واسع في صناعة الأغذية والمشروبات بسبب مقاومته لدرجات الحرارة العالية ومقاومته للتآكل وخصائصه الصحية. بالمقارنة مع المجالات الأخرى مثل إنتاج النفط والغاز، يتم تنظيف أوعية وأنابيب تخمير البيرة بانتظام باستخدام CIP (تنظيف الموقع). من أجل الحصول على أفضل نتائج التنظيف، تعد المعالجة الجيدة لأسطح الحاويات والأنابيب أمرًا بالغ الأهمية. منذ ستينيات القرن العشرين، غالبًا ما تستخدم عمليات تخمير البيرة الصناعية المستخدمة في تصنيع الحاويات والخزانات الفولاذ المقاوم للصدأ AISI 304، أو إيسي 316، والفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين 2205. مقاومة التآكل 2205 الفولاذ المقاوم للصدأ مشابه لذلك إيسي 304 في حين أن القوة أعلى، وليس من السهل إنتاج تكسير الكلوريد عندما تكون درجة الحرارة أعلى من 60 درجة مئوية. لا يؤدي الشعير المهروس والنبتة والبيرة إلى تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ، حتى عند نقطة الغليان. مع ذلك، الفولاذ المقاوم للصدأ المعالج على البارد يكون عرضة للتشقق بالكلوريد عند استخدامه بدرجة حرارة أعلى من 60 درجة مئوية. بشكل عام، لا يؤدي محلول التخمير أيضًا إلى تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ AISI 304. فقط في عملية تخمير البيرة باستخدام الماء العذب، يمكن اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ AISI 316 نظرًا لمحتوى الكلوريد العالي.

قد يحدث تشقق الكلوريد في الأنابيب والأوعية ذات الجدران الرقيقة بسبب قابليتها لإجهاد الشد. إذا حدث تسرب في الوعاء، فغالبًا ما يكون ذلك بسبب جودة اللحام دون المستوى المطلوب أو الحمل العالي. لا يؤدي التنظيف الميداني (CIP) إلى تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ، ولكن في ظل الظروف القاسية قد يتسبب في تشقق الكلوريد على الفولاذ المقاوم للصدأ مع درجة عالية من التشكيل البارد. آليات فشل تكسير التآكل والتآكل الإجهادي متشابهة. مثال على التآكل الكلالي في خزان التسكير هو فتح صندوق الحبوب. بعد هرسها وتسخينها، يتم فصل الحبوب عن النقيع وتفريغها من خلال فتحة حظيرة الحبوب. يؤدي التأثير والحمل العالي الناتج عن الحبوب المفرغة إلى حدوث شقوق تآكل الكلال على طول حافة اللحام في المنطقة المقابلة مباشرة لفوهة المستودع. يرجع التسرب في بعض الأماكن إلى الجودة الرديئة. قد تتشقق حاوية نقيع الشعير من الخارج إلى الداخل بسبب تكسير الكلوريد والإجهاد الحراري. إذا كان هناك إجهاد داخلي مرتفع أثناء لحام الأنابيب الحلزونية التي يتم تسخينها بالبخار، فقد يحدث تشقق في جميع أنحاء جدار الوعاء المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ.

حساسية الفولاذ المقاوم للصدأ

ايسي 304 أو 316 الفولاذ المقاوم للصدأ يحتوي على محتوى كربون <0.08% ويمكن حساسيته إذا تعرض لدرجة حرارة 500 ~ 800 درجة مئوية لفترة زمنية معينة، وهو ما قد يحدث أثناء اللحام. ولذلك فإن اللحام يسبب تحسس "المنطقة المتأثرة بالحرارة" على طول اللحام.

سيؤدي التحسس إلى تكوين كربيد الكروم عند حدود الحبوب، مما يؤدي إلى ضعف الكروم عند حدود الحبوب، ومن السهل التسبب في تآكل بين الحبيبات للفولاذ المقاوم للصدأ في حالة جدار الأنبوب السميك (BBB 0 2 ~ 3 مم). لتجنب هذا الموقف، غالبًا ما تختار "الفولاذ القابل للحام": مثل الفولاذ من الدرجة L، مثل 304 لتر، 316L، أي محتوى الكربون أقل من 0.03%؛ الفولاذ المثبت من التيتانيوم: 321,316 Ti.

 

المعالجة السطحية

بالنسبة لمقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ، تعد جودة اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة وخشونة السطح وحالة طبقة الأكسيد الواقية أمرًا مهمًا. تعتبر حالة سطح الفولاذ المقاوم للصدأ ذات أهمية خاصة لصناعة الأغذية والمشروبات وصناعة الأدوية. غالبًا ما تحدث مشاكل التآكل في مصانع الجعة بسبب ظروف السطح غير المستوية. أثناء التصنيع (اللحام، المعالجة الحرارية، الطحن، إلخ)، تتلف طبقة أكسيد الكروم الخاملة، مما يقلل من مقاومة التآكل. سيؤدي عدم كفاية الغاز الواقي المستخدم في لحام الفولاذ المقاوم للصدأ إلى تكوين لون ساخن. تتكون ألوان التقسية الحرارية المسامية هذه من أكاسيد مختلفة تميل إلى امتصاص الأيونات مثل أيونات الكلوريد، مما يقلل من مقاومة التآكل ويفشل في حماية المعدن الأساسي.

إذا كانت المواد الحرارية أو أنواع أخرى من الملوثات غير مقبولة، فيجب استخدام نوع من التشطيب المعدني لمعالجتها. يمكن أن يؤدي التخليل أو التخميل إلى إزالة طبقة الأكسيد القديمة، ولون الحرارة الخلفي والملوثات الأخرى، مما يسمح لفيلم أكسيد الكروم المنشط بالتعافي تمامًا. عملية التخليل الأكثر شيوعًا هي غمر أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ في محلول حمض مختلط من حمض النيتريك وحمض الهيدروفلوريك، والذي يمكن تحقيقه أيضًا عن طريق نظام الرش أو شطف الأنابيب. على الرغم من أن سطح الفولاذ المقاوم للصدأ يكون نشطًا بعد التخليل، إلا أنه يمكن تشكيل طبقة التخميل خلال 24 ساعة بسبب تفاعل الكروم مع الأكسجين الموجود في الهواء، ولكن في بعض الحالات، يتم تسهيل التخميل كيميائيًا باستخدام حمض النيتريك.

 

لحام

غالبًا ما تكون اللحامات والمناطق المتأثرة بالحرارة هي سبب التآكل. بالنسبة لمصانع الجعة والصناعات الغذائية الأخرى، تعتبر العيوب في اللحامات، مثل عدم الاختراق، ذات أهمية قصوى، مما يسبب مشاكل في النظافة والتعقيم. غالبًا ما يحدد المهندسون والمشترون ظروف اللحام غير المناسبة وإجراءات اللحام التي لا يمكن تنفيذها بشكل صحيح. والنتيجة هي اللحامات ذات الجودة الرديئة وظروف السطح في البناء التي يجب إكمالها.

تحدث إعادة التسخين الحراري بسبب امتصاص الضوء في طبقة الأكسيد الشفافة، وذلك بسبب اختلاف سمك طبقة الأكسيد. ونظرًا لأن الألوان لها معاملات انكسار مختلفة، فإن طبقة الأكسيد ذات المظهر الأزرق يمكنها فقط عكس الضوء الأزرق وامتصاص الضوء الآخر. تحتوي طبقات الأكسيد الأكثر سمكًا على ثقوب أكثر من طبقات الأكسيد الرقيقة الشفافة تمامًا، وبالتالي، فإن طبقات الأكسيد الأكثر سمكًا ستقلل من مقاومة التآكل وعدم التصاق الفولاذ المقاوم للصدأ. بالنسبة لمعظم المعايير، يعتبر لون القش الخفيف ذو الحرارة الخلفية مقبولا؛ جميع الألوان الأخرى ذات الحرارة الخلفية مثل الأحمر والأزرق غير مقبولة. صناعة الأدوية لا تسمح بالتلطيف الساخن.

يجب أن تكون هندسة اللحام منتظمة قدر الإمكان. اللحامات المؤهلة لن تلحق الضرر بالسطح المعدني للركيزة. غالبًا ما يبدأ التآكل داخل ثقب صغير في بداية/نهاية اللحام.

من الناحية النظرية، لا توجد ثقوب صغيرة أو ارتخاء أو نتوءات أخرى في البداية/النهاية. اختراق اللحام الجيد مهم جدا. يجب أن تكون الأنابيب متناظرة بشكل جيد ويجب أن يكون عرض اللحام ثابتًا.

 

خشونة السطح

تؤثر خشونة السطح على خصائص النظافة والتآكل للفولاذ المقاوم للصدأ. مقاومة التآكل للسطح المصقول كهربائيًا هي الأفضل، يليها السطح المصقول ميكانيكيًا. بشكل عام، صناعة البيرة وصناعة المواد الغذائية لا تفرض استخدام الأسطح المصقولة كهربائيا، ولكن هذه الأسطح، وبالتالي تحقيق ظروف صحية ممتازة وسهولة التنظيف. يتم تلدين معظم الأنابيب بشكل لامع أثناء التصنيع. نظرًا لأن عملية التلدين اللامعة تعمل على تحسين الجودة بشكل كبير، فإن عملية التخليل داخل هذه الأنابيب غالبًا لا يتم تنفيذها إلا إذا كان سطح المادة ذو لون خلفي شديد الحرارة أو ملوث بالحديد. غالبًا ما تحتوي صفائح الفولاذ المقاوم للصدأ على سطح 2B، وتتميز بأداء سطحي جيد. في مصانع الجعة، يتم استخدام أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ ذات الجدران الرقيقة والملحومة بشكل مستقيم بشكل شائع، مع تشطيبات 2B وأحيانًا تشطيب آخر (فرشاة أو ملمع) على السطح الخارجي. لا يتم استخدام الأنابيب المبثوقة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل شائع في مصانع الجعة؛ يتم استخدامها لأغراض الضغط العالي.