Lựa chọn vật liệu inox cho nhà máy bia

Thép không gỉ được sử dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm và đồ uống do khả năng chịu nhiệt độ cao, chống ăn mòn và vệ sinh. So với các lĩnh vực khác như sản xuất dầu khí, các bình và đường ống sản xuất bia thường xuyên được làm sạch bằng CIP (làm sạch tại chỗ). Để có được kết quả làm sạch tốt nhất, việc xử lý bề mặt tốt của thùng chứa và đường ống là rất quan trọng. Từ những năm 1960, quy trình sản xuất bia công nghiệp dùng để sản xuất thùng và thùng thường sử dụng thép không gỉ AISI 304, hoặc AISI 316và thép không gỉ song công 2205. Khả năng chống ăn mòn của 2205 thép không gỉ có thể so sánh được với AISI 304 trong khi cường độ cao hơn và không dễ tạo ra vết nứt clorua khi nhiệt độ cao hơn 60oC. Mạch nha nghiền, hèm và bia không ăn mòn thép không gỉ, ngay cả ở nhiệt độ sôi. Tuy nhiên, thép không gỉ gia công nguội dễ bị nứt clorua khi sử dụng trên 60oC. Nhìn chung dung dịch pha cũng không bị ăn mòn thép không gỉ AISI 304. Chỉ trong sản xuất bia sử dụng nước mềm mới có thể lựa chọn thép không gỉ AISI 316 do hàm lượng clorua cao.

Vết nứt clorua có thể xảy ra trong các ống và bình có thành mỏng do chúng dễ bị căng thẳng. Nếu bình bị rò rỉ thường là do chất lượng hàn không đạt tiêu chuẩn hoặc do tải trọng mỏi cao. CIP (làm sạch tại hiện trường) không ăn mòn thép không gỉ, nhưng trong điều kiện khắc nghiệt có thể gây ra vết nứt clorua trên thép không gỉ với mức độ tạo hình nguội cao. Cơ chế hư hỏng do ăn mòn mỏi và ăn mòn ứng suất là tương tự nhau. Một ví dụ về ăn mòn mỏi trong bể đường hóa là việc mở thùng đựng ngũ cốc. Sau khi nghiền và đun nóng, các hạt được tách ra khỏi vỏ và thải ra ngoài qua cửa kho chứa ngũ cốc. Tác động và tải trọng lớn từ hạt thải ra tạo ra các vết nứt ăn mòn mỏi dọc theo mép mối hàn ở khu vực đối diện trực tiếp với miệng kho. Rò rỉ ở một số nơi là do chất lượng kém. Hộp đựng dịch nha có thể bị nứt từ ngoài vào trong do nứt clorua và mỏi do nhiệt. Nếu có ứng suất hàn bên trong cao trong quá trình hàn ống xoắn ốc gia nhiệt bằng hơi nước, vết nứt có thể xảy ra trên khắp thành bình bằng thép không gỉ.

Độ nhạy của thép không gỉ

AISI 304 hoặc thép không gỉ 316 có hàm lượng carbon <0,08% và có thể bị nhạy cảm nếu tiếp xúc với nhiệt độ 500 ~ 800oC trong một khoảng thời gian nhất định, điều này có thể xảy ra trong quá trình hàn. Do đó, quá trình hàn gây ra sự nhạy cảm của “vùng chịu ảnh hưởng nhiệt” dọc theo mối hàn.

Sự nhạy cảm sẽ dẫn đến sự hình thành cacbua crom ở ranh giới hạt, dẫn đến crom kém ở ranh giới hạt, dễ gây ra sự ăn mòn giữa các hạt của thép không gỉ trong trường hợp thành ống dày (BBB 0 2 ~ 3 mm). Để tránh tình trạng này, người ta thường chọn “thép hàn”: chẳng hạn như thép mác L, chẳng hạn như 304L, 316L, hàm lượng cacbon nhỏ hơn 0,03%; Thép ổn định titan: 321.316 Ti.

 

Xử lý bề mặt

Đối với khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ, chất lượng mối hàn và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt, độ nhám bề mặt và tình trạng của lớp oxit bảo vệ là rất quan trọng. Tình trạng bề mặt của thép không gỉ đặc biệt quan trọng đối với ngành thực phẩm, đồ uống và dược phẩm. Vấn đề ăn mòn trong nhà máy bia thường xảy ra do điều kiện bề mặt không bằng phẳng. Trong quá trình chế tạo (hàn, xử lý nhiệt, mài…), lớp oxit crom thụ động bị hư hỏng, do đó làm giảm khả năng chống ăn mòn. Khi hàn inox không đủ khí bảo vệ sẽ dẫn đến hình thành màu ủ nóng. Những màu ủ nhiệt xốp này bao gồm nhiều loại oxit khác nhau có xu hướng hấp thụ các ion như ion clorua, làm giảm khả năng chống ăn mòn và không bảo vệ được kim loại cơ bản.

Nếu nhiệt hoặc các loại chất gây ô nhiễm khác không thể chấp nhận được thì phải sử dụng một số loại hoàn thiện bằng kim loại để giải quyết chúng. Tẩy hoặc thụ động có thể loại bỏ lớp oxit cũ, làm nóng lại màu và các chất gây ô nhiễm khác, do đó cho phép màng oxit crom thụ động phục hồi hoàn toàn. Quá trình tẩy rửa phổ biến nhất là ngâm các ống thép không gỉ vào dung dịch axit hỗn hợp axit nitric và axit hydrofluoric, cũng có thể được thực hiện bằng hệ thống phun hoặc rửa đường ống. Mặc dù bề mặt của thép không gỉ hoạt động sau khi tẩy, màng thụ động có thể được hình thành trong vòng 24 giờ do phản ứng của crom với oxy trong không khí, nhưng trong một số trường hợp, quá trình thụ động được tạo điều kiện thuận lợi về mặt hóa học bằng cách sử dụng axit nitric.

 

hàn

Các mối hàn và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt thường là nguyên nhân gây ra hiện tượng ăn mòn. Đối với các nhà máy bia và các ngành công nghiệp thực phẩm khác, các khuyết tật trong mối hàn, chẳng hạn như thiếu độ xuyên thấu, là cực kỳ quan trọng, gây ra các vấn đề về vệ sinh và khử trùng. Các kỹ sư và người mua thường xác định các điều kiện hàn và quy trình hàn không phù hợp và không thể thực hiện chính xác. Kết quả là các mối hàn có chất lượng kém và điều kiện bề mặt trong công trình phải được hoàn thiện.

Quá trình hâm nóng nhiệt là do ánh sáng bị hấp thụ vào lớp oxit trong suốt, do độ dày khác nhau của lớp oxit. Vì các màu có hệ số khúc xạ khác nhau nên lớp oxit trông có màu xanh lam chỉ có thể phản chiếu ánh sáng xanh và hấp thụ ánh sáng khác. Lớp oxit dày hơn có nhiều lỗ hơn lớp oxit mỏng trong suốt hoàn toàn, do đó, lớp oxit dày hơn sẽ làm giảm khả năng chống ăn mòn và không bám dính của thép không gỉ. Đối với hầu hết các tiêu chuẩn, màu rơm nhạt của nhiệt có thể chấp nhận được; Tất cả các màu phản nhiệt khác như đỏ và xanh đều không được chấp nhận. Ngành công nghiệp dược phẩm không cho phép ủ nóng.

Hình dạng của mối hàn phải càng đều đặn càng tốt. Các mối hàn đạt tiêu chuẩn sẽ không làm hỏng bề mặt kim loại của chất nền. Sự ăn mòn thường bắt đầu bên trong một lỗ kim nhỏ ở đầu/cuối mối hàn.

Về mặt lý thuyết, không có lỗ kim nhỏ, độ lỏng hoặc các va chạm khác ở đầu/cuối. Sự thâm nhập mối hàn tốt là rất quan trọng. Đường ống phải đối xứng tốt và chiều rộng của mối hàn phải cố định.

 

Độ nhám bề mặt

Độ nhám bề mặt ảnh hưởng đến đặc tính vệ sinh và ăn mòn của thép không gỉ. Khả năng chống ăn mòn của bề mặt được đánh bóng bằng điện là tốt nhất, tiếp theo là bề mặt được đánh bóng cơ học. Nhìn chung, ngành công nghiệp bia và công nghiệp thực phẩm không bắt buộc phải sử dụng các bề mặt được đánh bóng bằng điện, tuy nhiên các bề mặt như vậy sẽ đạt được điều kiện vệ sinh tuyệt vời và dễ dàng làm sạch. Hầu hết các đường ống đều được ủ sáng trong quá trình sản xuất. Bởi vì quá trình ủ sáng cải thiện đáng kể chất lượng, nên việc tẩy gỉ bên trong những ống như vậy thường không được thực hiện trừ khi bề mặt vật liệu có màu phản nhiệt nghiêm trọng hoặc bị nhiễm sắt. Tấm inox thường có bề mặt 2B, chúng có hiệu suất bề mặt tốt. Trong các nhà máy bia, ống thép không gỉ hàn thẳng, có thành mỏng được sử dụng phổ biến nhất, với lớp hoàn thiện 2B và đôi khi là lớp hoàn thiện khác (chải hoặc đánh bóng) ở bên ngoài. Ống ép đùn bằng thép không gỉ không được sử dụng phổ biến trong các nhà máy bia; chúng được sử dụng cho mục đích áp suất cao.