背景

近年來，注射用水系統(tǒng)產(chǎn)生的紅銹現(xiàn)象已經(jīng)被重視，通常該系統(tǒng)由316L不銹鋼及同等級奧氏體不銹鋼制的管件組成，紅銹生成后，這些重金屬氧化物（氧化鐵）顆粒在注射用水系統(tǒng)中形成及擴散進而導致對注射用水質(zhì)產(chǎn)生的污染，這種現(xiàn)象卻是上述幾種在線監(jiān)測設備不能檢測到的。通過實驗可知，電導測試也不能檢測到紅銹的生成與紅銹顆粒的遷移。

現(xiàn)今可以識別紅銹現(xiàn)象方法是目視檢查。通過目視檢查，可發(fā)現(xiàn)局部的附著在管壁上的紅銹膜或者在隔膜閥墊片上的紅銹沉積。然而，目視檢查的前提是需要將系統(tǒng)停運并拆除相應管件，綜合時間、效率等因素，這種檢測方法難以令人滿意。

紅銹的監(jiān)測理念

紅銹的形成很大程度改變了初始不銹鋼管壁鈍化膜的結(jié)構(gòu)，具有滲透性和腐蝕性的氧化鐵次生層附著在了不可滲透的穩(wěn)定的氧化鉻鈍化保護層上。

此圖形象說明了紅銹生成后管壁表面的變化，經(jīng)過電刨的不銹鋼管壁表面，保留有富鉻保護層，厚度2.5nm，鉻鐵比大于1.5，應用在注射用水中，鉻鐵比降至小于0.5，紅銹層附著在原有被破壞的富鉻層上，厚度達10-1000nm！

通過ESCA光電子能譜和俄歇電子能譜對紅銹次生層進行分析，該層主要由極難溶于水的二價鐵和三價鐵的氧化物顆粒構(gòu)成，此外，在該次生層中還發(fā)現(xiàn)了一定量的鉻、鎳和鉬元素。

根據(jù)目前為止的研究，紅銹次生層顆粒粒徑分布在0.01至5μm之間，因此是可視的。通過過濾器或精密測量如激光粒子計數(shù)器可對這些顆粒進行定性及定量分析。一般這些顆粒在注射用水中的含量為30-60毫克每升。盡管這些數(shù)據(jù)遠在美國藥典（USP）中規(guī)定的污染指數(shù)下限，但是對這些數(shù)據(jù)的監(jiān)測依然非常重要。

潔凈流體系統(tǒng)紅銹質(zhì)量控制措施

在意識到紅銹確實在系統(tǒng)中出現(xiàn)時，可假設該系統(tǒng)（新建/改造/大修后）初始具有的富鉻鈍化膜和流體介質(zhì)接觸。

隨著時間推移，這個理想的初始鈍化膜的化學動態(tài)平衡被逐漸瓦解，保護層慢慢被破壞，并滋生出氧化鐵次生層。

這個進程常伴隨一系列管壁內(nèi)表性能的改變：

• 表面顏色由無色透明變?yōu)榧t棕色
• 管壁電導與電阻發(fā)生質(zhì)變和量變
• 表面形態(tài)發(fā)生改變
• 表面微觀形貌發(fā)生改變
• 表面光學反射特性發(fā)生變化
• 抗腐蝕性衰減
• 局部電勢發(fā)生改變

鑒于主要由溫度影響的紅銹形成機制可被理解為：緩慢的富鉻鈍化層的瓦解，氧化鐵次生層的生成并終形成紅銹顆粒全面腐蝕層，我們可假設紅銹顆粒（危害性極大）的生成及遷移是以氧化鐵次生層的生成為前提的。因此，能夠及時準確顯示其全程形成機制的檢測設備幫助在時機制定應對策略的角度來講是非常有價值的。

由下圖看出，不銹鋼鈍化膜初始厚度為1.5-2nm，鉻鐵比大于1；

隨著時間推移，富鉻層厚度變薄，運行時間大約為5個月時，逐漸小于1nm，鉻鐵比略有下降，但仍大于1（實際發(fā)生周期為5-12個月）；

大約運行至6個月時，不銹鋼表面鉻氧化成分膜基本消失，形成獨立氧化鉻與氧化鐵成分，鐵氧化物次生層開始形成，鉻鐵比此時為1；

至8個月，次生層厚度達到1nm，隨著氧化鐵的積累，加之管壁表面與流體之間的接切應力，開始有可見的宏觀氧化鐵顆粒出現(xiàn)，鉻鐵比小于1,；（實際發(fā)生周期為8-18個月）

運行至12個月，紅銹顆粒已有一定量的分布并發(fā)生遷移，紅銹次生層厚度達到10nm，鉻鐵比小于1。

總結(jié)

上述紅銹形成及遷移進程圖是通過粒子計數(shù)及過濾技術(shù)實現(xiàn)的，然而粒子計數(shù)器只能提供有關(guān)粒子數(shù)量的數(shù)據(jù)信息，不能提供關(guān)于粒子種類、性質(zhì)及組分的信息；殘余過濾技術(shù)可在區(qū)分顆粒種類（如氧化鐵粒子與硅元素粒子）方面提供幫助。

借助上述各種監(jiān)測方法，使檢測紅銹形成、判定紅銹顆粒形成時間以及及時作出有效應對策略成為可能。因此，我們認為紅銹監(jiān)測系統(tǒng)理應被納入注射用水系統(tǒng)*檢測單元的行列中，為紅銹的生成提供實時監(jiān)測，確認系統(tǒng)除銹周期，以避免發(fā)生因注射用水水質(zhì)污染產(chǎn)生的質(zhì)量問題。