اختيار مادة الفولاذ المقاوم للصدأ للأغذية والمشروبات الصناعية

ترتبط معظم التحديات التي تواجه استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ في صناعة الألبان وغيرها من الصناعات الغذائية بالمبادلات الحرارية والمياه السطحية الطبيعية مثل مياه الآبار. مثل مصانع الجعة ، غالبًا ما تستخدم معظم الصناعات المرتبطة بالأغذية وسائط ساخنة يتم تسخينها بالبخار أو تبريدها بالماء ، والتي ترتبط بالبسترة والتعقيم ، وبالتالي غالبًا ما تواجه مشكلات مثل تشققات التآكل الإجهادي. بشكل عام ، لا تتسبب معالجة الأغذية في تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ القياسي مثل AISI304 أو 316. ومع ذلك ، فإن النطاق الواسع من طرق المعالجة في هذه الصناعة يؤدي إلى العديد من حالات فشل التآكل المختلفة. مثل:

• التآكل / التآكل في المبادلات الحرارية للحليب المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ.
• التآكل المنتظم الناجم عن حمض اللاكتيك والأحماض العضوية الأخرى عند درجة حرارة عالية.
• التآكل الجرثومي الناجم عن المياه السطحية أو مياه الآبار.
• شروخ التآكل الإجهادي ، وخاصة "شقوق الكلوريد".
• إجهاد التآكل الناجم عن الاهتزاز.

 

بالنسبة للمبادلات الحرارية من نوع اللوحة في صناعة الألبان ، تتم معالجة مصل اللبن والحليب والمياه المعالجة من خلال المبادلات الحرارية اللوحية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ 1.4401 ، كما هو موضح في الجدول أدناه.

المنتجات	درجة حرارة المدخل ، ℃	درجة حرارة المخرج ， ℃	الضغط
مصل اللبن	30	10	متوسط
الحليب	7	30	مرتفع
معالجة المياه	57	14	منخفض

 

من أجل تجنب تسرب الطعام الملوث ، يتم الحفاظ على ضغط مياه العملية عند أدنى مستوى ممكن. يحدث التسرب عندما تتصادم الصفائح الرقيقة مع بعضها البعض عند نقطة الضغط ، والتي تحدث بسبب شقوق التعب في المقطع العرضي الرقيق بعد تآكل نقطة الضغط وتآكلها. تظهر الدراسة المجهرية المعدنية للقسم أنه لم يحدث صدع تآكل إجهادي. نظرًا لأن الضغط المنخفض يقع على جانب الماء في العملية ، مقترنًا بتقلبات الضغط واهتزازات تدفق السوائل ، يحدث التآكل / التآكل في هذا الجانب. تتمثل طريقة تجنب الاصطدام المادي للألواح في تغيير تذبذب الضغط والضغط أو زيادة التباعد بين الألواح.

 

التآكل الجرثومي الناجم عن مياه الآبار

عادة ما تستخدم صناعة الأغذية مياه الآبار. محتوى الحديد في مياه الآبار مرتفع جدًا ، مما قد ينشط البكتيريا المرتبطة بالحديد ويسبب تآكلًا شديدًا. تتمثل إحدى طرق معالجة المياه الشائعة الاستخدام في إزالة الحديد من مياه الآبار من أجل جعل مذاق الطعام أفضل ولتجنب تآكل معدات التعبئة والتغليف بعد التنظيف والشطف. تحتوي المياه السطحية ومياه الآبار أيضًا على عدد من أنواع الكائنات الحية الدقيقة النشطة في كل من الظروف الهوائية واللاهوائية. تعمل البكتيريا المرتبطة بالحديد الهوائية على أكسدة أيونات الحديد ، بينما تقلل البكتيريا المرتبطة بالحديد اللاهوائي أيونات الحديد. تم تصنيف هذين التفاعلين في النهاية على أنهما تآكل جرثومي (MIC). قد تكون الكائنات الحية الدقيقة الأخرى نشطة أيضًا في الماء مثل البكتيريا التي تقلل حمض الكبريتيك والبكتيريا المنتجة للحمض. في نفس الغشاء الحيوي ، قد تكون البكتيريا الهوائية والبكتيريا اللاهوائية (أدناه) نشطة.

عند استخدام مياه الآبار لمعالجة الخضروات المعلبة (شطف وبارد بعد البسترة). عندما لا تتدفق المياه لفترة طويلة ، فإن الأنابيب المصنعة من نوع 316L سوف تتسرب في غضون ستة أشهر بسبب ارتفاع درجة حرارة الماء. مياه البئر نفسها باردة (أقل من 10 درجات مئوية) ، ولكن يمكن أن ترتفع بسهولة إلى 30 درجة مئوية في الصيف إذا بقيت ثابتة في الأنبوب لفترة طويلة من الزمن. بالمقارنة مع الليجيونيلا ، تشكلت الأغشية الحيوية المسببة للتآكل بمعدلات نشاط أعلى عند درجات حرارة أعلى.

 

تأليب التآكل الناجم عن التطهير والتعقيم بالكلور

يستخدم هيبوكلوريت الصوديوم بشكل شائع في تنظيف وتطهير معدات الفولاذ المقاوم للصدأ. إذا كان تركيز هيبوكلوريت الصوديوم مرتفعًا جدًا أو كان وقت التنظيف والتطهير طويلًا جدًا ، فإن هيبوكلوريت الصوديوم سوف يسبب تآكلًا خطيرًا للفولاذ المقاوم للصدأ ، خاصة عندما تكون درجة الحرارة أعلى من 25 درجة مئوية.

 

كسر تآكل الإجهاد

هناك خطر حدوث كسر تآكل إجهاد الكلوريد عند درجات حرارة أعلى من 60 درجة مئوية مع زيادة التشوه البارد وإجهاد الشد ومحتوى الكلوريد ، يزداد الخطر. بالمقارنة مع الأنبوب المشوه على البارد بدون التلدين ، فإن الأنبوب الملدن غير حساس لكسر تآكل إجهاد الكلوريد. يكون الجزء الخارجي من الأنابيب الفولاذية الملحومة المستقيمة المستخدمة في صناعة الألبان أكثر حساسية للكلوريد ، بسبب ضغوط الشد في القسم الناتجة عن الانحناء أثناء عملية التصنيع. في تطبيقات أخرى ، قد تكون المبادلات الحرارية الأنبوبية مسؤولة عن تكسير إجهاد الكلوريد. من المرجح أن تتطور شقوق إجهاد الكلوريد على جانب واحد من الغلاف إذا تجاوزت درجة الحرارة 60 درجة مئوية. AISI 304 و 316 حساسان لهذه المشكلة وهناك خطر حدوث كسر تآكل إجهاد عند استخدامه في مبخرات السكر حيث يمكن للفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي يمكن استخدامها بدلا من ذلك. تم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ AISI 441 على نطاق واسع في صناعة السكر ، وخاصة AISI 439. في الاستخدام العملي ، تم تطوير اختيار الأنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ 304 و 439 من الفولاذ المقاوم للصدأ. 304 الفولاذ المقاوم للصدأ للأنابيب الأقصر و 439 للأنابيب الأطول.

الفولاذ المقاوم للصدأ 304: يمكن اختيار الفولاذ عندما يكون طول الأنبوب أقل من 3 أمتار. معامل التمدد الحراري لـ 304 الفولاذ المقاوم للصدأ 1.8 × 10-2 مم / م ℃ ، وهو أكبر بكثير من الفولاذ الكربوني. عندما يكون الوعاء في درجة حرارة عالية ، يكون الضغط الحراري للأنبوب مرتفعًا. تم تلدين أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ AISI 304 بعد اللحام المستقيم في المصنع.

439 الفولاذ المقاوم للصدأ: ASTM439 عبارة عن فولاذ مقاوم للصدأ من الحديد المقاوم للصدأ (17٪ ~ 19٪ Cr) يستخدم للمبخرات أو الملفات التي يصل طولها إلى 5 أمتار. يكون خطر كسر التآكل الإجهادي أكبر عندما يكون طول الأنبوب أكثر من 7 أمتار ، ويكون تركيز الكلوريد مرتفعًا ، وتكون درجة التشوه البارد عالية. لا يحدث كسر تآكل إجهاد في الفولاذ المقاوم للصدأ من الحديد مثل AISI 439. من أجل تجنب التآكل الشق ، إذا سمحت مقاومة التآكل والظروف الصحية ، يستخدم الناس عادة المبادل الحراري مع الغلاف عبارة عن لوح فولاذي كربوني سميك والجدار الداخلي رقيق السماكة أنبوب فولاذي AISI439. بهذه الطريقة ، يمكن أن يوفر الفولاذ الكربوني حماية كاثودية لأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ ذات الجدران الرقيقة ، ويمكنه تقليل تكلفة التصميم والإنتاج وإطالة عمر الخدمة.