Rủi ro của việc trộn các vật liệu ống gia nhiệt khác nhau trong một đường ống tuần hoàn là gì?

# Những mối nguy hiểm tiềm ẩn liên quan đến việc kết hợp nhiều vật liệu ống gia nhiệt khác nhau trong một đường ống tuần hoàn là gì? Để giảm chi phí mua sắm, nhiều nhà máy lên men kết hợp các thành phần gia nhiệt bằng thép không gỉ 316, titan, lót PFA{1}} và thạch anh trong một vòng tuần hoàn trung bình duy nhất. Tuy nhiên, họ không nhận ra rằng sự tiếp xúc giữa các vật liệu dẫn điện khác nhau sẽ tạo ra các tế bào điện, và các vật liệu không tương thích cũng gây ra xói mòn hóa học và tắc nghẽn đường ống. Sự ăn mòn gia tăng, ô nhiễm môi trường và hư hỏng thiết bị đột ngột là một trong vô số mối nguy hiểm tiềm ẩn mà hệ thống vật liệu hỗn hợp gây ra. Bảng sau đây mô tả mức độ nghiêm trọng của rủi ro khi kết hợp vật liệu hỗn hợp phổ biến.|Kết hợp vật liệu hỗn hợp|Cơ chế nguy hiểm cốt lõi|Hiệu suất thất bại có thể nhìn thấy|Mức độ rủi ro|Kế hoạch khắc phục được đề xuất|| ----|----|----|----|----|| thép không gỉ 316 + phụ kiện bằng thép cacbon trần|Ăn mòn điện, làm hòa tan cực dương thép cacbon|Rỉ sét nghiêm trọng tại các điểm tiếp xúc, mối hàn inox|Cực|Thay thế toàn bộ thành phần thép carbon bằng thép không gỉ 316|| Thép không gỉ titan + 316 loại 2|Tế bào điện khác biệt, màng titan bị hư hỏng|Thế năng bề mặt titan giảm liên tục, biến màu trắng đục|Cao|Lắp toàn bộ ống cách ly PTFE tại tất cả các mối nối|| Ống thạch anh + ống kim loại không có đệm đệm|Sự giãn nở nhiệt không khớp, nứt ứng suất cơ học|Vết nứt nhỏ ở mối nối ren thạch anh, rò rỉ chất lỏng|Cao|Lắp gioăng đàn hồi PTFE cho tất cả các mối nối kim loại thạch anh|| Lò sưởi lót PFA + đường ống kim loại trần|Lớp phủ bị mài mòn, ô nhiễm ion kim loại|Lột lớp phủ cục bộ, phát hiện ion sắt trong dịch lên men|Trung bình|Gắn bộ lọc phía trước để giảm sự cọ rửa của hạt|Rủi ro nghiêm trọng nhất liên quan đến ống gia nhiệt bằng kim loại hỗn hợp là ăn mòn điện. Thế điện cực độc đáo hiện diện trong môi trường lên men dẫn điện và dung dịch làm sạch nước cho các kim loại khác nhau. Khi hai vật liệu kim loại được kết nối trực tiếp, kim loại có điện thế thấp hơn đóng vai trò là cực dương hy sinh và hòa tan nhanh chóng, trong khi vật liệu có điện thế cao hơn sẽ bị xói mòn ion tập trung tại các điểm tiếp xúc. Mặc dù không có fluoride trong môi trường, màng thụ động TiO₂ nhạy cảm của titan vẫn liên tục bị tấn công khi thép không gỉ 316 và titan dùng chung một đường ống. Trong vòng ba tháng vận hành hỗn hợp, các chỉ số thấp bất thường trên bề mặt titan sẽ được ghi lại thông qua việc quét điện thế hàng quý. Một nguy cơ chết người khác phát sinh khi thạch anh được kết hợp với đường ống kim loại do sự giãn nở nhiệt không khớp. Thạch anh có hệ số giãn nở nhiệt quá thấp, trong khi thép không gỉ giãn nở đáng kể trong chu kỳ gia nhiệt. Trong trường hợp không có miếng đệm cách ly đàn hồi, sự luân phiên nóng-lạnh lặp đi lặp lại dẫn đến hình thành các vết nứt vi mô vô hình trên thạch anh do lực căng đùn mạnh ở các sợi kết nối. Cuối cùng, ống bị vỡ đột ngột và môi trường nuôi cấy trong bể bị mất hoàn toàn là kết quả của sự giãn nở nhanh chóng của các vết nứt nhỏ này trong quá trình dao động nhiệt độ. Sự mài mòn cơ học và tính không tương thích hóa học cũng được quan sát thấy trong các vòng vật liệu hỗn hợp. Lớp phủ PFA mềm sẽ bị bong ra bởi các thành bên trong của ống dẫn kim loại cứng trong quá trình lưu thông trung bình tốc độ cao, đặc biệt khi các hạt sợi nấm rắn có trong môi trường. Chất nền bằng thép carbon bị rỉ sét và giải phóng tạp chất kim loại khi lớp phủ bị cạo qua, dẫn đến không đạt tiêu chuẩn kiểm tra độ tinh khiết của GMP và cản trở sự phát triển của biến dạng. Trong khi đó, rỉ sét bong ra từ các phần kim loại bị ăn mòn bám vào bề mặt của ống thạch anh, dẫn đến hình thành các chất mang màng sinh học cứng đầu khó loại bỏ bằng phương pháp làm sạch CIP truyền thống. Giải pháp cơ bản để loại bỏ cơ bản các rủi ro về nguyên liệu hỗn hợp trong hệ thống tuần hoàn gia nhiệt lên men là áp dụng một thiết kế nguyên liệu thống nhất. Các dây chuyền dược phẩm sinh học có hàm lượng clorua cao sử dụng các vòng titan hoàn toàn, quá trình lên men thực phẩm nói chung sử dụng các đường ống thép không gỉ 316 hoàn chỉnh và các quy trình chứa florua sử dụng các mạch thạch anh độc lập được cách ly hoàn toàn với thiết bị kim loại. Các phụ kiện cách ly hoàn toàn bằng PTFE phải được lắp đặt giữa mọi mối nối vật liệu khác nhau để cắt các vòng tế bào điện dẫn điện nếu không thể tránh được các vật liệu hỗn hợp do giới hạn của thiết bị hiện có. Miếng đệm đệm đàn hồi là bắt buộc đối với các kết nối thạch anh-kim loại. Các đội bảo trì phải kết hợp việc kiểm tra mối nối vật liệu hỗn hợp vào các hạng mục giám sát hàng tháng của họ, tập trung vào các giá trị bất thường tiềm ẩn, hư hỏng lớp phủ và hiện tượng đóng băng sợi thạch anh. Giải pháp lâu dài và đáng tin cậy nhất để ngăn ngừa rủi ro ăn mòn chồng chéo và hư hỏng cơ học do vật liệu ống gia nhiệt hỗn hợp tạo ra là tách biệt hoàn toàn các đường ống tuần hoàn vật liệu khác nhau.