Klumme: Hvornår skal man passivere rustfrie anlæg?
Passiveringen er en tidskrævende og dyr proces, og spørgsmålet rejser sig, om det i alle tilfælde er nødvendigt at gennemføre behandlingen? Og hvilke konsekvenser får det, hvis man udelader den.
Foto/Force Technology
Anlæg behandles kemisk for at opnå bedst mulig bestandighed
En række virksomheder i levnedsmiddelbranchen og mange farmaceutiske virksomheder har interne specifikationer, der kræver passivering med fx 20–25 procent salpetersyre, hvis der er udført arbejde på de lukkede processystemer, samt ved ibrugtagning af nybygninger. I specifikationerne skelnes der mellem dekontaminering (kemisk rensning) og passivering. Dekontaminering er som oftest baseret på en indledende affedtning med fx 2 procent NaOH og siden syrerensning med fx 10 procent citronsyre ved fx temperatur > 60 °C.
Hvad er passivering i forhold til stålets egenskaber?
Rustfri ståls gode korrosionsbestandighed skyldes et tyndt, kromrigt oxidoverfladelag, som reducerer nedbrydningen til et meget lavt niveau, der i praksis svarer til inaktiv korrosion. Man definerer stålet som passivt (i det givne miljø). Oxidlagets tykkelse er nogle få nanometer (milliontedel af en millimeter), og det er åbenlyst meget sårbart; blandt andet over for mekaniske skader som slid og ridser. Stålets bestandighed er derfor afhængig af, at kromoxiden gendannes spontant og meget hurtigt, inden stabile, aktive korrosionsangreb starter. Den type angreb vil typisk have form af grubetæring. For at forebygge dette skal stålet have gode såkaldte repassiveringsegenskaber.
Evnen til repassivering betyder derfor også, at stålet danner sit passivlag spontant på en overflade, hvor metallet er blotlagt - fx i forbindelse med fremstillingsprocesser som spåntagende bearbejdning, slibning, blankglødning, elektrolytisk polering eller bejdsning.
Dannelsen af det passiverende oxidlag starter øjeblikkeligt, såfremt der er adgang til ilt. Hvor hurtigt det går, før et stabilt passivlag er dannet, afhænger af forholdene; specielt iltmængden, fugtigheden og temperaturen. Denne første spontane fase forventes traditionelt at have et opbygningsforløb fra nogle få dage til en-to uger.
Passivering i praksis
Begrebet passivering er i praksis genstand for megen forvirring og hyppige diskussioner i blandt andet den farmaceutiske branche. Mindst to definitioner knytter sig til begrebet:
1. Passivering betegner den spontane dannelse af et kromrigt oxidlag (passivlaget) på overfladen af rustfri stål udsat for atmosfærisk luft og fugt.
2. Passivering betegner den kemiske proces, som fremmer og accelererer dannelse af nævnte passivlag.
Hvad angår den første definition, tages der udgangspunkt i, at der efter mekanisk bearbejdning, svejsning, elektropolering, bejdsning eller enhver anden proces, som fjerner passivlaget, som beskrevet ovenfor, spontant dannes et nyt passivlag på det rustfri stål.
Det ydre lag i den passiverende oxid skal ideelt set have et højt Cr/Fe-forhold. Uden nogen form for kemisk passiveringsbehandling vil oxidlaget dog være ganske tyndt, og sommetider ses misfarvningsfænomener som følge af ganske små forskelle i strukturen på det dannede oxidlag. Udsat for driftsmediet vil passivlaget typisk vokse yderligere i tykkelse og nå en ligevægtstilstand. Denne proces kan tage fra nogle få timer til nogle få uger - afhængigt af mediets egenskaber.
Når det drejer sig om den anden forståelse af begrebet passivering (kemisk acceleration af passivlagets dannelse) skal man være opmærksom på, at den kemiske behandling yderligere kan defineres på flere forskellige måder. Den klassiske definition indebærer behandling med salpetersyre i en koncentration på mindst 18 vægtprocent. Denne behandling indebærer en hurtig opbygning af passivlaget. Samtidig opnås et højt Cr/Fe-forhold. Flere standarder (ASTM, ASME-BPE) accepterer i dag mildere opløsninger som fx 3-10 procent citronsyre som passivering.
Kan man udelade salpetersyrepassivering?
Formålet med passivering i den bredeste fortolkning er at opnå en metallisk ren overflade fri for fremmede, lavere legerede elementer som fx jern, som kunne forstyrre eller forhindre det rustfri stål i selv at danne et godt passivlag. Sammenlignet med salpetersyre påvirker citronsyre hverken selve dannelsen og væksten af passivlaget eller Cr/Fe-forholdet. Funktionen er alene at sikre fjernelse af jernholdig forurening.
Hvad vil den korte anbefaling være?
Forholdene for rustfri stål i procesanlæg varierer stærkt i forhold til forskellige typer af anlæg og til, hvorvidt man taler om opbygning af nye anlæg. Man kan derfor ikke give en kort anbefaling for passiverings-behandlinger, som vil dække alle anvendelsesområder.
Accelereret passivering i salpetersyre (> 20 procent HNO3) må fortsat betragtes som en god og velafprøvet metode i den farmaceutiske industri. Der er dog omvendt ikke dokumentation for, at salpetersyrepassivering skulle have afgørende fordele sammenlignet med andre metoder på en i øvrigt ren overflade.
Det bør derfor bemærkes, at salpetersyrepassivering stadig kan have fordele i visse anlæg eller applikationer. Salpetersyrepassivering udføres som standardprocedure i umiddelbar forlængelse af bejdsning eller elektro-polering af rustfri beholdere med det formål at hindre pletter på de blanke, reflekterende overflader. I visse tilfælde gælder dette også for procesbeholdere, hvor accelereret dannelse af pletter/skjolde eller rouging kan forekomme som konsekvens af dampsterilisering eller umiddelbar kontakt til aggressive medier.
Salpetersyrepassivering medfører også en samtidig dekontaminering ved forureninger som jernholdige partikler og rustaflejringer i overfladen. Under andre forhold, hvor man har en fuldstændig metallisk ren ståloverflade, og hvor udstyret eller anlægget henstår under rene forhold i en periode på mindst en uges tid, kan alternative, typisk mere miljøvenlige behandlinger, anvendes.
Tjekliste
I et givent projekt kan man tage udgangspunkt i en tjekliste:
• Hvilke(t) rustfri(t) stål er specificeret?
• Hvilke(t) medie(r) skal anlægget udsættes for ved opstart og drift?
• Hvilke krav rummer den gældende specifikation og standard?
• Har alle overflader været beskyttet mod forureninger under lagring, fremstilling af delkomponenter, samling og slutlagring af udstyr?
• Er der gennemført processer, som blotlægger overfladen (slibning, elektropolering, maskin-bearbejdning, svejsning, bejdsning)?
• Skal udstyret henstå eller transporteres under beskyttede forhold frem til procesopstart, og har denne henstandstid en varighed på mere end 10–14 dage?
Ud fra svarene på disse spørgsmål kan den optimale kemiske efterbehandling specificeres. En tilpasset procedure giver mulighed for at opnå bedre korrosionsbestandighed og undgå unødig belastning af miljø og økonomi.
Svaret på artiklens spørgsmål er således, at den traditionelle salpetersyrepassivering kan udelades i tilfælde, hvor det på anden vis er sikret, at overfladerne er metallisk rene, og betingelserne er til stede for spontan passivering.
