食品および飲料産業用のステンレス鋼材料の選択

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乳製品やその他の食品加工産業でのステンレス鋼の使用が直面する課題のほとんどは、熱交換器と井戸水などの自然の地表水に関連しています。 醸造所と同様に、ほとんどの食品関連産業は、蒸気で加熱または水で冷却される高温媒体を頻繁に使用します。これは、低温殺菌および滅菌に関連しているため、応力腐食割れなどの問題が発生することがよくあります。 一般的に、食品加工は次のような標準的なステンレス鋼を腐食しません アイシックスナム または316。ただし、この業界の幅広い処理方法は、さまざまな腐食障害を引き起こします。 といった：

  • ステンレス鋼のミルク熱交換器のエロージョン/コロージョン。
  • 高温での乳酸やその他の有機酸による均一な腐食。
  • 地表水または井戸水によって引き起こされる微生物腐食。
  • 応力腐食割れ、主に「塩化物割れ」。
  • 振動による腐食疲労。

 

乳製品業界のプレート式熱交換器の場合、ホエー、ミルク、およびプロセス水は、下の表に示すように、1.4401ステンレス鋼製のプレート式熱交換器で処理されます。

製品 入口温度、℃  出口温度、℃ 圧力
ホエー 30 10 M
ミルク 7 30 ハイ
プロセス水 57 14 ロー

 

汚染された食品の漏れを防ぐために、プロセス水の圧力は可能な限り低く保たれています。 漏れは、圧力点で薄いプレートが互いに衝突するときに発生します。これは、圧力点が侵食されて腐食した後の薄い断面の疲労亀裂によって引き起こされます。 断面の金属組織顕微鏡研究は、応力腐食割れが発生していないことを示しています。 低圧はプロセスの水側にあるため、圧力変動と流体の流れの振動と相まって、この側でエロージョン/コロージョンが発生します。 プレートの物理的な衝突を回避する方法は、圧力と圧力変動を変更するか、プレート間の間隔を広げることです。

 

井戸水による微生物腐食

食品業界は通常、井戸水を使用しています。 井戸水中の鉄含有量は非常に高く、鉄関連のバクテリアを活性化し、深刻な腐食を引き起こす可能性があります。 一般的に使用される水処理方法のXNUMXつは、食品の味を良くし、洗浄およびすすぎ後の包装および処理装置の腐食を回避するために、井戸水から鉄を除去することです。 地表水と井戸水には、好気性と嫌気性の両方の条件で活動する多くの種類の微生物も含まれています。 好気性鉄関連細菌は鉄イオンを酸化し、嫌気性鉄関連細菌は鉄イオンを還元します。 これらのXNUMXつの反応は、最終的に微生物腐食（MIC）として分類されます。 硫酸還元細菌、酸生成細菌などの他の微生物も水中で活性である可能性があります。 同じバイオフィルムでは、好気性細菌と（下の）嫌気性細菌が活動している可能性があります。

缶詰の野菜を処理するために井戸水を使用する場合（低温殺菌後は洗い流して冷やす）。 長時間水が流れない場所では、水温が高いため、316L製のパイプは10ヶ月以内に漏れます。 井戸水自体は冷たい（30°C未満）が、パイプ内で長期間静止していると、夏には簡単にXNUMX°Cに上昇する可能性があります。 レジオネラ菌と比較して、腐食性のバイオフィルムは、より高い温度でより高い活性率で形成されました。

 

塩素消毒と滅菌による孔食

次亜塩素酸ナトリウムは、ステンレス鋼機器の洗浄と消毒に一般的に使用されます。 次亜塩素酸ナトリウムの濃度が高すぎる場合、または洗浄と消毒の時間が長すぎる場合、次亜塩素酸ナトリウムは、特に温度が25℃を超えると、ステンレス鋼の深刻な腐食を引き起こします。

 

応力腐食割れ

60°Cを超える温度では、塩化物応力腐食割れのリスクがあります。冷間変形、引張応力、および塩化物含有量が増加すると、リスクが増加します。 焼きなましなしの冷間変形パイプと比較して、焼きなましパイプは塩化物応力腐食割れの影響を受けません。 乳業で使用されるストレートシーム溶接鋼管の外側は、製造プロセス中の曲げによって引き起こされるセクションの引張応力のために、塩化物に対してはるかに敏感です。 他の用途では、管状熱交換器が塩化物応力腐食割れの原因となる場合があります。 温度が60°Cを超えると、シェルの片側に塩化物応力亀裂が発生する可能性が高くなります。AISI304および316はこの問題に敏感であり、フェライト系ステンレス鋼が使用できる砂糖蒸発器で使用すると、応力腐食割れのリスクがあります。代わりに使用してください。 フェライト系ステンレス鋼AISI441は、砂糖業界、特にAISI 439で広く使用されています。実際の使用では、配管の選択は304ステンレス鋼と439ステンレス鋼で開発されています。 304ステンレス鋼 短いパイプの場合は439、長いパイプの場合はXNUMX。

304ステンレス鋼：パイプの長さが3メートル未満の場合に鋼を選択できます。 の熱膨張係数 304 ステンレス鋼は1.8×10-2mm / m℃で、炭素鋼よりもはるかに大きいです。 容器が高温になると、パイプの熱応力が高くなります。 AISI 304ステンレス鋼パイプは、工場でストレートシーム溶接後に焼きなましされました。

439ステンレス鋼：ASTM439は、長さ17 mまでの蒸発器またはコイルに使用されるチタン安定化フェライト系ステンレス鋼（19％〜5％Cr）です。 パイプの長さが7mを超え、塩化物の濃度が高く、冷間変形の程度が高い場合、応力腐食割れのリスクが高くなります。 AISI 439などのフェライト系ステンレス鋼では応力腐食割れは発生しません。隙間腐食を防ぐため、耐食性と衛生状態が許せば、通常、シェルが厚い炭素鋼板で内壁が薄い熱交換器を使用します。 AISI439鋼管。 このように、炭素鋼は薄肉ステンレス鋼管に陰極防食法を提供し、設計と製造のコストを削減し、耐用年数を延ばすことができます。