La scelta del materiale in acciaio inossidabile per l'industria alimentare e delle bevande

La maggior parte delle sfide affrontate dall'uso dell'acciaio inossidabile nelle industrie lattiero-casearie e in altre industrie di trasformazione alimentare sono legate agli scambiatori di calore e alle acque superficiali naturali come l'acqua di pozzo. Come i birrifici, la maggior parte delle industrie alimentari utilizza spesso fluidi caldi riscaldati dal vapore o raffreddati dall'acqua, che sono associati alla pastorizzazione e alla sterilizzazione, e quindi spesso incontrano problemi come crepe da corrosione da stress. In generale, la lavorazione degli alimenti non corrode l'acciaio inossidabile standard come AISI304 o 316. Tuttavia, l'ampia gamma di metodi di lavorazione in questo settore porta a molti diversi guasti per corrosione. Ad esempio:

• Erosione/corrosione negli scambiatori di calore del latte in acciaio inox.
• Corrosione uniforme causata da acido lattico e altri acidi organici ad alta temperatura.
• Corrosione microbica causata da acque di superficie o di pozzo.
• Crepe da tensocorrosione, principalmente “cricche da cloruro”.
• Fatica da corrosione causata da vibrazioni.

 

Per gli scambiatori di calore a piastre nell'industria casearia, siero di latte, latte e acqua di processo vengono elaborati attraverso scambiatori di calore a piastre in acciaio inossidabile 1.4401, come mostrato nella tabella seguente.

Prodotti	Temperatura di ingresso, ℃	Temperatura di uscita，℃	Pressione
Siero di latte	30	10	Medio
latte	7	30	Alta
Acqua di processo	57	14	Basso

 

Al fine di evitare perdite di cibo contaminato, la pressione dell'acqua di processo viene mantenuta quanto più bassa possibile. La perdita si verifica quando le lamiere sottili entrano in collisione l'una con l'altra nel punto di pressione, il che è causato da crepe da fatica nella sezione trasversale sottile dopo che il punto di pressione è stato eroso e corroso. Lo studio microscopico metallografico della sezione mostra che non si è verificata alcuna rottura per corrosione sotto sforzo. Poiché la bassa pressione si trova sul lato dell'acqua di processo, insieme alle fluttuazioni di pressione e alle vibrazioni del flusso del fluido, su questo lato si verificano fenomeni di erosione/corrosione. Il modo per evitare la collisione fisica delle piastre è modificare la pressione e la fluttuazione della pressione o aumentare la distanza tra le piastre.

 

Corrosione microbica causata dall'acqua di pozzo

L'industria alimentare utilizza solitamente l'acqua di pozzo. Il contenuto di ferro nell'acqua di pozzo è piuttosto elevato, il che può attivare i batteri legati al ferro e causare una grave corrosione. Uno dei metodi di trattamento dell'acqua comunemente usati è rimuovere il ferro dall'acqua di pozzo per migliorare il sapore degli alimenti ed evitare la corrosione delle apparecchiature di confezionamento e lavorazione dopo la pulizia e il risciacquo. L'acqua di superficie e quella di pozzo contengono anche una serie di tipi di microrganismi attivi sia in condizioni aerobiche che anaerobiche. I batteri aerobici ferro-correlati ossidano gli ioni ferro, mentre i batteri anaerobi ferro-correlati riducono gli ioni ferro. Queste due reazioni sono infine classificate come corrosione microbica (MIC). Altri microrganismi possono anche essere attivi nell'acqua come batteri che riducono l'acido solforico, batteri che producono acido. Nello stesso biofilm possono essere attivi batteri aerobi e (sotto) batteri anaerobi.

Quando si usa acqua di pozzo per trattare le verdure in scatola (lavare e raffreddare dopo la pastorizzazione). Dove l'acqua non scorre per lungo tempo, i tubi fabbricati in 316L perderanno entro sei mesi a causa dell'elevata temperatura dell'acqua. L'acqua stessa del pozzo è fredda (sotto i 10°C), ma può facilmente salire fino a 30°C in estate se rimane ferma nel tubo per un lungo periodo di tempo. Rispetto alla Legionella, i biofilm corrosivi si sono formati a tassi di attività più elevati a temperature più elevate.

 

Corrosione per vaiolatura causata dalla disinfezione e sterilizzazione con cloro

L'ipoclorito di sodio è comunemente usato nella pulizia e nella disinfezione delle attrezzature in acciaio inossidabile. Se la concentrazione di ipoclorito di sodio è troppo alta o il tempo di pulizia e disinfezione è troppo lungo, l'ipoclorito di sodio causerà una grave corrosione dell'acciaio inossidabile, specialmente quando la temperatura è superiore a 25 .

 

Frattura per corrosione sotto sforzo

Esiste il rischio di rottura per corrosione da stress da cloruro a temperature superiori a 60 ° C. Con l'aumento della deformazione a freddo, della sollecitazione di trazione e del contenuto di cloruro, il rischio aumenta. Rispetto al tubo deformato a freddo senza ricottura, il tubo ricotto è insensibile alla rottura per corrosione da stress da cloruro. L'esterno dei tubi di acciaio saldati a giunzione rettilinea utilizzati nell'industria lattiero-casearia è molto più sensibile al cloruro, a causa delle sollecitazioni di trazione nella sezione causate dalla flessione durante il processo di fabbricazione. In altre applicazioni, gli scambiatori di calore tubolari possono essere responsabili della tensocorrosione da cloruro. È più probabile che si sviluppino cricche da stress da cloruro su un lato del guscio se la temperatura supera i 60 ° C. AISI 304 e 316 sono sensibili a questo problema e c'è il rischio di rottura per corrosione da stress se utilizzati in evaporatori di zucchero dove gli acciai inossidabili ferritici possono essere usato invece. L'acciaio inossidabile ferritico AISI 441 è stato ampiamente utilizzato nell'industria dello zucchero, in particolare AISI 439. Nell'uso pratico, la scelta delle tubazioni è sviluppata in acciaio inossidabile 304 e acciaio inossidabile 439. Acciaio inossidabile 304 per tubi più corti e 439 per tubi più lunghi.

Acciaio inossidabile 304: l'acciaio può essere selezionato quando la lunghezza del tubo è inferiore a 3 metri. Il coefficiente di dilatazione termica di 304 l'acciaio inossidabile è 1.8 × 10-2 mm/m℃, che è molto più grande di quello dell'acciaio al carbonio. Quando il recipiente è ad alta temperatura, lo stress termico del tubo è elevato. I tubi in acciaio inossidabile AISI 304 sono stati ricotti dopo la saldatura continua in fabbrica.

Acciaio inossidabile 439: ASTM439 è un acciaio inossidabile ferritico stabilizzato al titanio (17% ~ 19%Cr) utilizzato per evaporatori o serpentine fino a 5 m di lunghezza. Il rischio di rottura per corrosione sotto sforzo è maggiore quando la lunghezza del tubo è superiore a 7 m, la concentrazione di cloruro è elevata e il grado di deformazione a freddo è elevato. Negli acciai inossidabili ferritici come l'AISI 439 non si verifica alcuna frattura da tensocorrosione. Al fine di evitare la corrosione interstiziale, se la resistenza alla corrosione e le condizioni sanitarie lo consentono, le persone solitamente utilizzano lo scambiatore di calore con il guscio in lamiera di acciaio al carbonio spesso e la parete interna è di spessore sottile Tubo in acciaio AISI439. In questo modo, l'acciaio al carbonio può fornire protezione catodica per il tubo in acciaio inossidabile a parete sottile e può ridurre i costi di progettazione e produzione e prolungare la durata.