注射用水及纯蒸汽不锈钢管道红斑知识文档格式.docx
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倘若此种保护膜因某种腐蚀原因而受到损伤，且又处于铬与氧无法结合处，不锈钢就会开始产生“红斑”。
可以说，“红斑”是腐蚀的证明，“红斑”常出现在腐蚀区域，而发生在注射水或纯蒸汽系统中的各种腐蚀包括：
（1）化学物质引起的腐蚀，在自然界很常见。
常见的例子是低pH、烈性清洁和保护物质引起的腐蚀；
（2）麻点腐蚀，通常由氯化物引起；
（3）裂缝腐蚀，比如在垫圈下面；
（4）电化学腐蚀，与不同金属间电极电位有关，也可以发生在焊接的边缘，由于过量的热能作用改变了金属的晶相组织从而改变了性质，使其不再是所谓的“不锈钢”；
（5）应力腐蚀开裂，通常发生在高氯环境中，尤其是高温时；
（6）颗粒间的腐蚀，比如说敏感的焊接区；
（7）接触腐蚀，环境中异物沉降引起的表面腐蚀，比如摩擦粒子、油污等；
（8）侵蚀性腐蚀，尤其是在涡凹泵和高流速区域，比如阀门或喷嘴口；
（9）局部生物效应引起的腐蚀，通常发生在沉淀物或生物膜处。
2.2不锈钢在不同阶段可诱发产生“红斑”原因
2.2.1不锈钢的材质和品质
前面提到，制药行业中注射水系统和纯蒸汽系统一般都是采用奥氏体不锈钢，奥氏体不锈钢含有少量的硫，工厂在金属冷却过程中会生成硫化镁包含物，麻点腐蚀就与其有关。
由于包含物与其他金属冷却速率的不同，使得包含物周围的铬被消耗，使其不再是不锈钢。
为了降低多孔性，工厂有时候会加入铝，不锈钢表面铝的痕迹就成了腐蚀发生的位置。
清洁和浸泡可以除去不锈钢表面的包含物和污染物，在表面形成富含铬的保护膜，在组装时对保护膜的破坏也造成了腐蚀的发生。
同时，工厂也详细阐明了不锈钢的组成内容应符合已建立的标准，比如ASTM、ASME或等价的标准。
这些标准都是很久以前建立的，其每种组成成分都允许有一定的变动范围，这个范围反映了标准建立时不锈钢组成控制的技术能力，现代的技术允许那些贵重的金属控制在一个较低的要求，这些金属正是不锈钢中抗腐蚀的主要承担者，通常，表面铬/铁的比例越高，耐腐蚀性越好。
2.2.2工程施工安装
不锈钢管路的组装步骤，如配置、修剪、焊接、机械抛光及研磨均会损坏在工厂形成的保护膜，造成表面污染。
研磨工具或周围环境中的小粒子可能会使不锈钢表面形成接触腐蚀点，除非在清洁中除掉。
在热影响区焊接会产生氧化物。
这些区域和其他金属有着不同的冶金学性质，宜造成电化学腐蚀。
敏感焊接区也易于发生颗粒间腐蚀。
2.2.3管道使用环境
主要有以下两个因素：
（1）饮用水pH值。
经过单级反渗透或离子交换系统（比如弱酸床）所得的饮用水可能会有低的pH值，使得在蒸馏器的进水端和纯蒸汽发生器处产生“红斑”；
（2）饮用水中的氯。
在引起腐蚀的各种原因中，氯可能是最具破坏性的，因其导致应力腐蚀开裂。
尽管“红斑”会出现在应力腐蚀开裂区域内，但“红斑”问题也成了微不足道的小问题，因为应力腐蚀开裂会导致大规模的破坏，需将受损区域替换。
操作温度越高，侵蚀的程度和速度就越快，受影响区域的不锈钢变得易碎，焊接也不能修复裂缝，加热会使裂缝更加延伸，焊接也会加重裂缝。
若应力腐蚀开裂是局部的，将其成功修复的方法就是将受损区域整体切掉，直到原始的金属露出来，将新的部分接上去。
有些误认为饮用水中氯的含量在0.3～0.5mg/L或更低，就不需要去考虑了。
事实是任何能检测到的氯进入小的裂缝并聚集形成强酸度的小室，导致形成小的麻点。
当受影响区域持续浸没在水中，长时间暴露在氯中，麻点就会变深变大，最后肉眼可观察到。
当该区域湿了又干，就会在水面上方的管壁上、分配管道上，小的麻点就会变成裂缝。
裂缝继续蔓延扩大至出现类似的分支。
因此在制药行业制水过程中氯应该在前处理系统中被除去，通常的办法是活性碳过滤或注入硫酸氢钠。
2.2.4侵蚀—腐蚀
侵蚀—腐蚀，水系统的某些区域易发生这类腐蚀，它可产生大量“红斑”。
产生“红斑”的典型例子是：
（1）泵的涡凹及成腔作用。
简单的说成腔作用就是在泵抽吸的地方由于低压形成小气泡。
这些气泡浮到表面并爆发，冲走了小的金属离子，这些粒子腐蚀变成了“红斑”。
主要原因是不充分的泵NPSH，其应该在设计阶段就提出来；
（2）高流速。
在阀门和喷嘴处高的流速会妨碍耐腐蚀膜的形成。
另外，高流速会侵蚀表面并带走金属小粒子，其会腐蚀并转化为“红斑”。
值得注意的是，由侵蚀带走的金属粒子随水流分布到整个系统。
这类型的腐蚀比其他（如在敏感焊接区形成的“红斑”附着在表面）更能够延续红斑粒子的存在。
用医学打个比方，侵蚀引起的“红斑”就像传染病，其他的“红斑”则不会如此明显。
2.2.5管理维护过程
注射用水和纯蒸汽系统在使用期内都要经历维修、更换、清洁和保护，连到现有系统上的新管道和设备在连接前通常都要进行清洁和保护。
新的管道和零件上会产生许多摩擦的粒子和金属碎屑进入系统，因为在清洁中，加上去的部分不是独立的。
如果暴露时间、温度和浓度控制得不好，一些去“红斑”和清洁用的化学物质也会侵蚀不锈钢，通常这些条件也不易于控制。
由于系统结构，在有限的时间内冲刷所有的区域看起来很难。
就算是控制得好，也会有侵蚀发生。
这些化学物质的例子有草酸和双氟化铵。
经过化学物质的清洗，不锈钢表面很难维持它原来的电镀和抛光。
3“红斑”的除去
同时，一些化学物质和配方可除去“红斑”，其效果取决于化学物质或配方的类型、浓度、温度、暴露时间、方法（冲刷/浸泡、喷洗、循环等）。
3.1除去“红斑”的化学物质
（1）磷酸：
十分有效，不侵蚀金属，整体效果最好。
通常作为清洁和保护剂，考虑到效能和不侵蚀不锈钢，磷酸可能是最好的选择；
（2）柠檬酸：
作用慢，操作安全，对硬结的“红斑”没有作用；
（3）草酸：
非常有效，作用快，适用于最严重的“红斑”，会腐蚀不锈钢，应控制好暴露时间。
用草酸清洗过，应进行保护；
（4）柠檬酸铁铵：
类似于柠檬酸，通常用作保护剂；
（5）清洁公司的专利配方：
配方取决于问题的严重程度。
磷酸、草酸和螯合剂通常是配方的组成部分，螯合剂通常是EDTA。
3.2“红斑”的除去方法
（1）根据设备的类型、结构或被清洗的部位来选择下列方法或方法的组合：
循环、单线路间歇性水流、喷刷、冲洗、储罐浸泡、擦拭；
（2）
（2）清洁后漂洗表面。
水的各种指标
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2009-12-229:
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何谓水的电导、电阻率
电阻率
水的导电性能，与水的电阻值大小有关，电阻值大，导电性能差，电阻值小，导电性能就良好。
根据欧姆定律，在水温一定的情况下，水的电阻值R大小与电极的垂直截面积F成反比，与电极之间的距离L成正比：
R=ρΩL/F式中ρ为电阻率，或称比电阻。
电阻的单位为欧姆（欧，代号Ω），或用微欧（μΩ），1Ω等于106μΩ电阻率的国际制（SI）单位为欧米（Ω.M）。
如果电极的截面积F做成1CM2，那么电阻值就等于电阻率。
水的电阻率的大小，与水中含盐量的多少，水中离子浓度、离子的电荷数以及离子的运动速度有关。
因此，纯净的水电率很大，超纯水电阻率就更大。
水越纯，电阻率越大。
电导
由于水中含有各种溶解盐类，并以离子的形态存在。
当水中插入一对电极时，通电之后，在电场的作用下，带电的离子就产生一定方向的移动，水中阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，使水溶液起导电作用。
水的导电能力的强弱程程度，就称为电导度S（或称电导）。
电导度反映了水中含盐量的多少，是水的纯净程度的一个重要指标。
水越纯净，含盐量越少，电阻越大，电导度越小。
超纯水几乎不能导电。
电导的大小等于电阻的倒数，即：
S=1/R。
由于水中含有各种溶解盐类，并以离子的形式存在。
当水中插入一对电极时，通电之后，在电场的作用下，带电的离子就产生一定方向的移动。
水中阴离子移向阳极，使水溶液起导电作用，水的导电能力的强弱程度，就称为电导（或电导度），用G表示。
电导反映了水中含盐量的多少，是水的纯净程度的一个重要指标，水越纯净，含盐量越少，电阻越大，电导越小，超纯水几乎不能导电。
电导是电阻的倒数，即G＝L/R式中R—电阻，单位欧姆（Ω）
G—电导，单位西门子（S）
1S＝103mS＝106uS
因R＝ρL/F（见49题），代入上式，则得到：
G＝IF/（ρL）对于一对固定电极来讲，二极间的距离不变，电极面积也不变，因此L与F为一个常数。
令：
J＝L/F，J就称为电极常数，可得到G＝I2/（ρJ）＝KI/J式中：
K=1/ρ就称为电导率，单位为S/cm。
1S/cm＝103mS/cm＝106uS/cm。
电导率K的意义就是截面积为lcm2，长度为lcm的导体的电导。
当电导常数J=1时，电导率就等于电导，电导率是不同电解质溶液导电能力的表现。
电导率K，电导G，电阻率ρ三者之间的关系如下：
K＝JG＝I/ρ式中J为电极常数，例如：
电导率为O.1uS/cm的高纯水，其电阻率应为：
ρ＝I/K＝1/0.1×
106＝10MΩcm
水质概述
水是地球上分布最广的一种资源，水遍布海洋、河流、冰川、地下、大气中，同时水也是万物之源，我们生活、工农业生产、绿化、工艺生产都需要用水，同时随着科学的发展水处理技术已经成为一个独立的科学分支，这章主要介绍水的特性及其应用。
1.1水资源的分布
地球上海洋和陆地上的液态水和固态水构成了一个连续的圈层，覆盖着3/4以上的地球表面，海洋、河流、湖泊、地下水、冰川、积雪和土壤水和大气水等水体中总量共约1.4x1019m3，如果将其平铺在地球表面上,水层厚度可达到约3000m深，其中海水、咸湖水、地下咸水占总水量的98%，冰川、积雪约占总水量的1.7%，可供开发利用的淡只占总水量的0.3%，约为4x1019m3，因而淡水是有限的宝贵资源。
1.2水的特性
水的分子式为H2O，相对分子质量为18.015，常温下是无色、无味、无臭的透明液体，纯水几乎不导电。
水有以下几种特点：
1） 水的状态 水在常温下有气液固三态，水的融点为0℃，沸点100℃；
2） 水的密度 水的密度是3.98℃时最大，为1g/m3,高于或低于此温度时,其密度都小于1g/m3;
3） 水的比热容 几乎在所有的液体和固体物质中,水的比热容是最大,同时有很大的蒸汽热和溶解热。
4） 水的溶解能力 水有很大的介电常数，溶解能力极强，是一种很好的溶剂，溶于水中的物持可以进行许多化学反应，而且能与许多金属的氧化物、非金属氧化物及活泼金属产生化合作用。
5） 水的电导 因为水是一种很弱的电解质，能电离出少量的氢和氢氧根离子，所以即使理想的纯水也有一定的导电能力，这种导电能力常用电导率来表示，25℃时纯水的电阻率为18.3MΩ。
6） 水的化学性质 水能与金属和非金属作用放出氢，还能与许多金属和非金属的氧化物反应生成碱或酸。
1.3天然水体的物质组成
天然水体在自然循环运动中，无时不与大气、土壤、岩石、各种矿物质、动植物等接触。
由于水是一种很强的溶剂，极易与各种物质混杂，所以天然水体是含有许多溶解性和非溶解性的物质、组成成分又非常复杂的一种综合体。
1.3.1 水中杂质的分类
从水的净化和处理的需要，假定水中的物质均呈球形，并按其直径大小分成悬浮物、胶体和溶解物质三大类：
1） 悬浮物
颗粒最大的为悬浮物质，粒径约在10-4mm以上，肉眼可见。
这些微粒主要是由泥沙、粘土、原生动物、藻类、细菌以及有机物等组成；
2） 胶体
其次为胶体物质，粒径在10-4~10-6mm。
胶体是许多离子和分子的集合物。
天然水中的无机矿物质胶体主要是铁、铝和硅的化合物，有机胶体物质主要是腐殖质；
3） 溶解物质
颗粒最小的是离子和分子，称为溶解物质，粒径[10-6mm，主要是溶解于水中的以低分子存在的溶解盐类的各种离子和气体。
1.3.2 天然水中的杂质对水质的影响
1） 悬浮物质：
泥沙、粘土：
使水浑浊、产生粘泥
藻类及原生动物：
使水有色度、有臭味、浑浊并产生粘泥
细菌：
致病、产生粘泥、产生腐蚀
其它不溶物质：
产生沉积
2） 胶体物质
溶胶（如硅胶）：
致使结垢
高分子化合物（如腐殖酸胶体等）：
使水浑浊、产生吸附和沉积
3） 溶解物质：
HCO3-、CO32-、OH-：
使水具有形成碳酸盐垢的倾向，例如碳酸钙、碳酸镁。
SO42-：
使水具有形成硫酸盐垢的倾向,例如硫酸钙、硫酸钡。
Cl-：
产生金属腐蚀。
F-：
过量可致病。
Ca2+、Mg2+：
可能形成结垢。
Fe3+、Mn2+：
产生气味，腐蚀金属，并可能形成氢氧化物沉淀。
CO2：
降低水的pH。
O2：
腐蚀金属。
1.4常用的水质指标
1.4.1 毫克/升（ppm）
毫克/升是表示水中某种物质含量多少的单位。
水的单位体积常用升表示，而水中含有的物质的量通常采用克来表示。
由于一升水的体积通常为1000克，故1毫克/升的杂质相当于水中含有百万分之一份杂质，故单位ppm在表示水中杂质时与此相当。
1.4.2 含盐量、电导率
水的含盐量（也称矿化度）是表示水中所含盐类的数量。
由于溶解盐类在水中一般以离子的形式存在，也可以表示为水中各种阳离和阴离子的量的和，其单位是mg/L。
由于溶解盐类在水中多以阴离子和阳离子形态存在。
当水中插入一对通电电极时，在电场作用下，带电离子会产生定向移动，使水具有导电的性质，导电性能的强弱就用电导率来表示，其单位是μs/cm。
水的含盐量越大，一般说来，电导率也越大，但由于不同的离子导电性能和质量均不同，故含盐量与电导率并无严格的对应关系。
1.4.3 水的浑浊度
水中存在的悬浮及胶体状态的微粒使水产生浑浊，其浑浊的程度称为浑浊度。
生活饮用水的浑浊度规定不可超过5度。
1.4.4 水的硬度
水中的钙离子与镁离子同一些阴离子结合在一些，在水加热或浓缩时可能形成水垢。
水中的钙与镁的含量和就是水的硬度。
用mmol/L表示。
通常也表示成等分子数量的CaCO3的质量浓度，单位为mg/LCaCO3。
1.4.5水的碱度
水的碱度是指水中能够接受[H+]与强酸进行中和反应的物质含量。
在天然水中，碱度主要由HCO3-的盐类组成。
单位为mmol/L。
1.4.6水的pH值
水的pH值是表示水中氢离子浓度的负对数值，表示为
pH=-Lg[H+]
氢离子的浓度是水的酸碱性的标志，当H+的浓度为10-7mol/L时，水呈中性。
H+越多，水的酸性越强，反之水的碱性越强。
对应pH表示即为当pH为7时，水呈中性。
当pH为0-7时，水呈酸性，为7-14时，水呈碱性。
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