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[其他] 关于红锈的几点认识

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发表于 2017-1-11 20:55:30 | 显示全部楼层 |阅读模式
制药用水系统管道经常出现红锈现象,最近根据网上学到的知识,做了一些提炼、总结。
有关红锈的几点认识
一、表现形式
   在制药用水系统,特别是注射用水系统及纯蒸汽系统管路,管道内壁与刚开始组装时,有很大的颜色上的变化,不是银灰色的金属色,而是红色,称之为红锈现象,如图1
1
    红锈似乎是位置(设备)特异性,因为它有各种形态和结构。红锈有多种颜色,包括:橘色、淡红色、红色、红褐色、紫色、蓝色、灰色和黑色等,如图2
2
二、主要成分
红锈膜的主要成分是三价的铁氧化物,但它也可能含有不同形式的铁、铬和镍。通过俄歇电子能谱仪(俄歇电子能谱仪是测量试样俄歇电子能量的电子能谱仪。适用于表面元素分析,对原子序数较小的元素灵敏度高。),发现红锈膜外层富含碳,在下层富含铁和氧,肯能是氧化铁。
三、形成的原因
   红锈形成以及增殖的确切的机理是未知的。因为该现象出现在能提供最多的腐蚀环境的系统中,有人认为不锈钢的低分子量的离子(如铁)被拉到金属表面,溶解并再沉积在整个系统中。也有人认为红锈可能是自然界胶体性质的外部污染,这种胶体一旦存在于系统就可以均匀沉积。
    我认为不锈钢在高温、氧气的条件下,表面发生反应,导致表面腐蚀,形成铁氧化合物的可能性更大一点。比如,纯蒸汽管道内壁的红锈,因为纯蒸汽制备时是以纯化水为原水,而纯化水制备时经反渗透过滤,水中的胶体已被去除,又何来胶体呢!
   下面介绍形成铁氧化合物的成因:
   首先,我们看一下不锈钢的材料成分表,如下:
在上表中,L表示不锈钢的碳含量很低,有利于确保自动氩弧焊成型质量,但其实成分中主要还都是铁。
不锈钢中Fe含量最高,那么,在有水,水中和有氧气的水系统管道中,势必后形成一定的微化学反应:
这张图是红锈的机理之一,虽然它不是业内唯一的解释理论,但比较形象,就是在反应初期形成了氢氧化亚铁,而随着进一步反应,会形成FeO,三氧化二铁和四氧化三铁,同时,不同的氧化铁化合物,其颜色也有差异。
(在金属腐蚀理论中,有很多的腐蚀原理。腐蚀可通过其自身的形成方式来进行分类;分类的基础是腐蚀金属的表现和造成腐蚀的原因,常见的腐蚀有均匀腐蚀、电化学腐蚀、缝隙腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀裂纹和晶间腐蚀。可能各种腐蚀间都会有一些差异,但我们只要记住有腐蚀就好了,红锈,气蚀也是一种腐蚀后的现象,刚开始,我们的管道是抛光度很好的,使用一段时间后,会发生腐蚀带来的红锈现象。)
四、主要影响
红锈,到底有哪些危害呢?从风险分析的不同角度可以总结出以下四个方面的影响,见图3
3
(纯化水与注射用水都有性状的检查(虽然在国外属于产品水,不测),注射用水和纯化水是原料,如果有大量红锈颗粒,可能是个很麻烦的事情,有几个工况,需要尤为关注:1、无菌原料药的结晶罐工段;2、洗瓶机;3 、产品本身与Fe元素反应。另外一个问题,为什么红锈广泛存在,但我们在做无菌制剂时,它为什么没有带来严重的质量缺陷?很简单,因为我们有终端过滤器,它的本意是过滤微生物,实际上也做了一个补充功能,过滤颗粒物。)
五、如何规避。
红锈在实际生产实践过程中,经常会出现,想要完全避免,几乎不可能,但我们可以制造、维护方面进行有效控制,降低红锈危害的风险。
1、控制管道表面光洁度
如果表面粗糙,肯定容易滋生微生物,因为微生物的平均粒径时1um,同时,如果粗糙,钝化时效果也不会很好,未来很容易钝化层失效,红锈大量滋生,所以,给大家的建议,有微生物荷载控制的流体工艺,例如水系统,配液和CIp,抛光度不高于0.6um,有微生物荷载控制的系统,可排尽是必须的要求,也就是坡度,重力下排口等需求。
2、控制管道介质温度
首先,红锈与温度关系非常大,同一个施工队,同样的材料,为什么纯化水红锈不明显,注射用水很明显?因为,从化学反应速率来说,铁素与氢氧根反应,生成氢氧化亚铁,氢氧根离子浓度越高,反应速率越快,因此,往往WFI比较糟糕。25度常温,大家都知道水的pH为7,也就是氢根与氢氧根的乘积为10的-14次方,100度的沸水,氢根与氢氧根的乘积为55倍的10的-14次方,那么,在80度左右时的WFI,同样的状态,简单估计,可能反应速率会是常温纯化水的6-7倍。(水温长期在85℃以上更易于红锈形成。)
2、做好管道表面钝化,投入运行后也要定期清洗、钝化。
很多人都在关注生物膜,其实生物膜肯定是红锈的一个衍生出来的问题,我给大家看一张图:
上图左边是刚钝化后的管道,钝化膜厚度1-2.5nm,铬铁比1.5,好的钝化,除了用内窥镜看外表面成型外,更科学的量化依据是测定铬铁比,从直观来讲,三氧化二铬代表的是钝化层,三氧化二铁代表的是红锈,所以,铬铁比大,说明钝化层占优势,铬铁比小,说明红锈占上风。目前,工程上采用的多是内窥镜检测方法,这个也可以判断个大概。如下图:
这是内窥镜检查的一个图片,可以看到,焊接质量好的话,钝化后才能效果好,所以,焊接质量不好的不锈钢焊缝,不可能控制红锈的滋生。任何一个严重焊接质量点,都是红锈的源泉。
    系统投入运行后,可依据红锈问题的严重性确定使用磷酸、柠檬酸、草酸和柠檬酸铵类。草酸溶液用于最差的生锈情况。用草酸冲洗后,必须要用硝酸钝化。(通常先用1%的氢氧化钠溶液进行碱洗,可去除管道内生物膜,新安装管道还有脱脂的功效,使得后续酸洗过程中铬氧化合物更易形成;碱洗冲净后,在用8%的硝酸溶液进行酸洗。)
六、有关文献描述
12010药品GMP指南《厂房设施与设备》第213页提到有关红锈的描述。
2、在ASME BPEISPE上有对红锈分类的介绍。

本帖被以下淘专辑推荐:

发表于 2017-1-11 20:57:18 | 显示全部楼层
图呢
表呢



发表于 2017-1-11 22:35:38 | 显示全部楼层
谢谢分享
发表于 2017-1-11 23:11:01 | 显示全部楼层
发表于 2017-1-12 01:44:24 | 显示全部楼层
请补充完整呗
发表于 2017-1-12 08:01:40 | 显示全部楼层
发表于 2017-1-12 09:04:09 | 显示全部楼层
谢谢整理总结,学习
发表于 2017-1-12 09:57:02 | 显示全部楼层
请补充完整呗
发表于 2017-1-12 11:16:51 | 显示全部楼层
LZ图呢? 图呢?
发表于 2017-1-12 11:28:42 | 显示全部楼层
其实,这些都是一些理论数据,真正的红锈生成原因是一个多方面因素综合造成的,只是说WFI的高温时其中比较重要的因素而已,我们在系统使用的时候尽量去降低这个因素发生的可能性,还有比如材料情况、灭菌次数、停产次数、循环泵的能力、清洗球的能力……
需要我们在使用中不断的收集信息,找到它,规避它;
给大家一个照片,看一下她的严重程度。
IV000171.JPG

点评

dingkaiwang  这种锈还比较好除  详情 回复 发表于 2017-1-12 12:53
发表于 2017-1-12 12:53:32 | 显示全部楼层
yayi98 发表于 2017-1-12 11:28
其实,这些都是一些理论数据,真正的红锈生成原因是一个多方面因素综合造成的,只是说WFI的高温时其中比较 ...

这种锈还比较好除
发表于 2017-1-12 13:01:10 | 显示全部楼层
红锈目前国内不是太重视
发表于 2017-1-12 20:43:38 | 显示全部楼层
发表于 3 天前 | 显示全部楼层
整理得不错!
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