식품 및 음료 산업을 위한 스테인레스 스틸 소재의 선택

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유제품 및 기타 식품 가공 산업에서 스테인리스강을 사용하는 데 직면한 대부분의 문제는 열교환기 및 우물물과 같은 천연 표면수와 관련이 있습니다. 양조장과 마찬가지로 대부분의 식품 관련 산업에서는 증기로 가열하거나 물로 냉각하는 고온 매체를 자주 사용하는데, 이는 저온 살균 및 살균과 관련되어 응력 부식 균열과 같은 문제가 자주 발생합니다. 일반적으로 식품 가공은 다음과 같은 표준 스테인레스 스틸을 부식시키지 않습니다. AISI304 또는 316. 그러나 이 업계의 광범위한 가공 방법으로 인해 다양한 부식 실패가 발생합니다. 와 같은:

  • 스테인리스 스틸 우유 열 교환기의 침식/부식.
  • 고온에서 젖산 및 기타 유기산에 의해 균일한 부식이 발생합니다.
  • 지표수나 우물물에 의한 미생물 부식.
  • 응력 부식 균열, 주로 “염화물 균열”.
  • 진동으로 인한 부식 피로.

 

유제품 산업의 판형 열교환기의 경우 유청, 우유 및 공정수는 아래 표에 표시된 대로 1.4401 스테인리스 스틸로 제작된 판형 열교환기를 통해 처리됩니다.

제품 입구 온도, ℃  출구 온도, ℃ 압력
유청 30 10 중간
우유 7 30 높은
공정수 57 14 낮은

 

오염된 식품이 누출되는 것을 방지하기 위해 공정수의 압력은 가능한 한 낮게 유지됩니다. 누수는 압력점에서 얇은 판들이 서로 충돌할 때 발생하는데, 이는 압력점이 침식되어 부식된 후 얇은 단면에 피로균열이 발생하여 발생합니다. 단면에 대한 금속 조직 현미경 연구에 따르면 응력 부식 균열이 발생하지 않은 것으로 나타났습니다. 공정수 측에는 낮은 압력이 있고 압력 변동 및 유체 흐름 진동과 함께 이 쪽에서 침식/부식이 발생합니다. 판의 물리적 충돌을 피하는 방법은 압력과 압력 변동을 변경하거나 판 사이의 간격을 늘리는 것입니다.

 

우물물로 인한 미생물 부식

식품 산업에서는 일반적으로 우물물을 사용합니다. 우물물의 철분 함량은 꽤 높기 때문에 철 관련 박테리아를 활성화시켜 심각한 부식을 일으킬 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 수처리 방법 중 하나는 세척 및 헹굼 후 음식의 맛을 좋게 하고 포장 및 가공 장비의 부식을 방지하기 위해 우물물에서 철분을 제거하는 것입니다. 지표수와 우물물에는 호기성 및 혐기성 조건 모두에서 활성을 갖는 다양한 유형의 미생물이 포함되어 있습니다. 호기성 철 관련 박테리아는 철 이온을 산화시키는 반면, 혐기성 철 관련 박테리아는 철 이온을 감소시킵니다. 이 두 가지 반응은 궁극적으로 미생물 부식(MIC)으로 분류됩니다. 황산을 감소시키는 박테리아, 산을 생산하는 박테리아와 같은 다른 미생물도 물에서 활동할 수 있습니다. 동일한 생물막에서는 호기성 박테리아와 (아래) 혐기성 박테리아가 활동할 수 있습니다.

통조림 야채를 처리하기 위해 우물물을 사용할 때(저온살균 후 세척하고 냉각). 오랫동안 물이 흐르지 않는 곳에서는 316L로 제작된 배관은 물의 온도가 높아 6개월 이내에 물이 새게 됩니다. 우물물 자체는 차갑지만(10°C 미만), 우물물이 오랫동안 파이프에 고정되어 있으면 여름에 쉽게 30°C까지 올라갈 수 있습니다. 레지오넬라균에 비해 부식성 생물막은 더 높은 온도에서 더 높은 활성 속도로 형성되었습니다.

 

염소소독, 살균에 의한 공식(pitting) 부식

차아염소산나트륨은 스테인레스 스틸 장비를 세척하고 소독하는 데 일반적으로 사용됩니다. 차아염소산나트륨의 농도가 너무 높거나 세척 및 소독 시간이 너무 길면, 특히 온도가 25℃ 이상일 때 차아염소산나트륨이 스테인레스 스틸에 심각한 부식을 일으킬 수 있습니다.

 

응력 부식 파괴

60℃ 이상의 온도에서는 염화물 응력 부식 파괴의 위험이 있다. 냉간 변형, 인장 응력, 염화물 함량이 증가할수록 위험성은 높아진다. 어닐링을 하지 않은 냉간 변형 파이프와 비교하여 어닐링된 파이프는 염화물 응력 부식 파괴에 둔감합니다. 낙농 산업에 사용되는 직선 심 용접 강관의 외부는 제조 과정에서 굽힘으로 인해 단면의 인장 응력이 발생하기 때문에 염화물에 훨씬 더 민감합니다. 다른 응용 분야에서는 관형 열교환기가 염화물 응력 부식 균열을 일으킬 수 있습니다. 온도가 60°C를 초과하면 껍질의 한쪽 면에 염화물 응력 균열이 발생할 가능성이 더 높습니다. AISI 304 및 316은 이 문제에 민감하며 페라이트계 스테인리스강이 부식될 수 있는 설탕 증발기에 사용할 경우 응력 부식 균열의 위험이 있습니다. 대신 사용됩니다. 페라이트계 스테인리스강 AISI 441은 설탕 산업, 특히 AISI 439에서 널리 사용되었습니다. 실제 사용에서는 배관 선택이 304 스테인리스강과 439 스테인리스강으로 개발되었습니다. 304 스테인레스 스틸 짧은 파이프의 경우 439, 긴 파이프의 경우 439입니다.

304 스테인레스 스틸 : 파이프 길이가 3m 미만인 경우 스틸을 선택할 수 있습니다. 열팽창계수 304 스테인레스강은 1.8×10-2mm/m℃로 탄소강보다 훨씬 큽니다. 용기의 온도가 높으면 파이프의 열응력이 높아집니다. AISI 304 스테인레스 스틸 파이프는 공장에서 직선 심 용접 후 어닐링되었습니다.

439 스테인리스강: ASTM439는 최대 5m 길이의 증발기 또는 코일에 사용되는 티타늄 안정화 페라이트계 스테인리스강(17% ~ 19%Cr)입니다. 배관의 길이가 7m를 초과하고, 염화물 농도가 높으며, 냉간 변형 정도가 높을수록 응력 부식 파괴의 위험이 더 커집니다. AISI 439와 같은 페라이트계 스테인레스강에서는 응력부식파괴가 발생하지 않습니다. 틈새부식을 방지하기 위해 내식성과 위생상태가 허락한다면 일반적으로 쉘은 두꺼운 탄소강판, 내벽은 얇은 열교환기를 사용합니다. AISI439 강관. 이러한 방식으로 탄소강은 벽이 얇은 스테인레스 스틸 파이프에 음극 보호 기능을 제공할 수 있으며 설계 및 생산 비용을 줄이고 서비스 수명을 연장할 수 있습니다.