Выбор материала из нержавеющей стали для пищевой промышленности и производства напитков

Большинство проблем, с которыми сталкивается использование нержавеющей стали в молочной и другой пищевой промышленности, связано с теплообменниками и природными поверхностными водами, такими как колодезная вода. Как и пивоваренные заводы, большинство отраслей пищевой промышленности часто используют горячие среды, которые нагреваются паром или охлаждаются водой, что связано с пастеризацией и стерилизацией, и поэтому часто сталкиваются с такими проблемами, как коррозионные трещины под напряжением. Как правило, пищевая промышленность не вызывает коррозию стандартной нержавеющей стали, такой как АИСИ304 или 316. Однако широкий спектр методов обработки в этой отрасли приводит к множеству различных коррозионных повреждений. Такой как:

• Эрозия/коррозия теплообменников молока из нержавеющей стали.
• Равномерная коррозия, вызванная молочной кислотой и другими органическими кислотами при высокой температуре.
• Микробная коррозия, вызванная поверхностными или колодезными водами.
• Коррозионные трещины под напряжением, преимущественно «хлоридные трещины».
• Коррозионная усталость, вызванная вибрацией.

 

В пластинчатых теплообменниках в молочной промышленности сыворотка, молоко и техническая вода обрабатываются с помощью пластинчатых теплообменников, изготовленных из нержавеющей стали 1.4401, как показано в таблице ниже.

Продукты	Температура на входе, ℃	Температура на выходе, ℃	Давление
сыворотка	30	10	Середина
Молоко	7	30	Высокий
Техническая вода	57	14	Низкий

 

Чтобы избежать утечки загрязненных пищевых продуктов, давление технологической воды поддерживается как можно более низким. Утечка возникает, когда тонкие пластины сталкиваются друг с другом в точке давления, что вызвано усталостными трещинами в тонком поперечном сечении после эрозии и коррозии точки давления. Металлографическое микроскопическое исследование шлифа показало, что коррозионных трещин под напряжением не возникло. Поскольку низкое давление наблюдается на стороне технологической воды в сочетании с колебаниями давления и вибрациями потока жидкости, на этой стороне происходит эрозия/коррозия. Способ избежать физического столкновения пластин — изменить давление и колебания давления или увеличить расстояние между пластинами.

 

Микробная коррозия, вызванная колодезной водой

В пищевой промышленности обычно используется колодезная вода. Содержание железа в колодезной воде довольно велико, что может активировать железородственные бактерии и вызвать сильную коррозию. Одним из широко используемых методов очистки воды является удаление железа из колодезной воды, чтобы улучшить вкус пищи и избежать коррозии упаковки и технологического оборудования после очистки и ополаскивания. Поверхностные и колодезные воды также содержат ряд видов микроорганизмов, активных как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Аэробные бактерии, родственные железу, окисляют ионы железа, тогда как анаэробные бактерии, родственные железу, восстанавливают ионы железа. Эти две реакции в конечном итоге классифицируются как микробная коррозия (МИК). В воде также могут быть активны другие микроорганизмы, такие как бактерии, восстанавливающие серную кислоту, бактерии, продуцирующие кислоту. В одной и той же биопленке могут быть активны аэробные бактерии и (ниже) анаэробные бактерии.

При использовании колодезной воды для обработки овощных консервов (после пастеризации промыть и остудить). Если вода не течет в течение длительного времени, трубы из стали 316L дадут течь в течение шести месяцев из-за высокой температуры воды. Сама колодезная вода холодная (ниже 10°С), но летом легко может подняться до 30°С, если она длительное время остается неподвижной в трубе. По сравнению с легионеллой, коррозионные биопленки образовывались с более высокой активностью при более высоких температурах.

 

Питтинговая коррозия, вызванная дезинфекцией и стерилизацией хлором

Гипохлорит натрия обычно используется для очистки и дезинфекции оборудования из нержавеющей стали. Если концентрация гипохлорита натрия слишком высока или время очистки и дезинфекции слишком велико, гипохлорит натрия вызовет серьезную коррозию нержавеющей стали, особенно при температуре выше 25 ℃.

 

Коррозионное разрушение под напряжением

Существует риск коррозионного разрушения под напряжением при хлоридах при температуре выше 60°С. По мере увеличения холодной деформации, растягивающих напряжений и содержания хлоридов риск увеличивается. По сравнению с холоднодеформированной трубой без отжига, отожженная труба нечувствительна к хлоридному коррозионному разрушению. Наружная поверхность прямошовных стальных труб, используемых в молочной промышленности, гораздо более чувствительна к хлоридам из-за растягивающих напряжений в сечении, вызванных изгибом в процессе производства. В других случаях трубчатые теплообменники могут быть причиной хлоридного коррозионного растрескивания под напряжением. Хлоридные трещины под напряжением с большей вероятностью развиваются на одной стороне корпуса, если температура превышает 60 ° C. AISI 304 и 316 чувствительны к этой проблеме, и существует риск коррозионного разрушения под напряжением при использовании в испарителях сахара, где ферритные нержавеющие стали могут вместо этого использовать. Ферритная нержавеющая сталь AISI 441 широко используется в сахарной промышленности, особенно AISI 439. При практическом использовании выбор труб осуществляется из нержавеющей стали 304 и нержавеющей стали 439. нержавеющая сталь 304 для более коротких труб и 439 для более длинных труб.

Нержавеющая сталь 304: сталь можно выбрать, если длина трубы менее 3 метров. Коэффициент теплового расширения 304 Нержавеющая сталь имеет плотность 1,8×10-2 мм/м℃, что намного больше, чем у углеродистой стали. Когда сосуд находится при высокой температуре, термическое напряжение трубы велико. Трубы из нержавеющей стали AISI 304 были отожжены после сварки прямым швом на заводе.

Нержавеющая сталь 439: ASTM439 представляет собой ферритную нержавеющую сталь, стабилизированную титаном (17% ~ 19%Cr), используемую для испарителей или змеевиков длиной до 5 м. Риск коррозионного разрушения под напряжением выше при длине трубы более 7 м, высокой концентрации хлоридов и высокой степени холодной деформации. В ферритных нержавеющих сталях, таких как AISI 439, коррозионное разрушение под напряжением не происходит. Чтобы избежать щелевой коррозии, если коррозионная стойкость и санитарные условия позволяют, люди обычно используют теплообменник с кожухом из толстой пластины из углеродистой стали и тонкой внутренней стенкой. Стальная труба AISI439. Таким образом, углеродистая сталь может обеспечить катодную защиту тонкостенных труб из нержавеющей стали, снизить затраты на проектирование и производство и продлить срок службы.