注射用水和純蒸汽系統紅銹的形成原因及處理方法

鄭光輝

（廣東怡翔制藥有限公司，廣東廣州511325）

注射用水和純蒸汽系統紅銹的形成原因及處理方法

鄭光輝

（廣東怡翔制藥有限公司，廣東廣州511325）

通過分析注射用水和純蒸汽系統紅銹產生的原因及紅銹的危害，對系統的設計、設備管路選型、施工過程管路焊接的方式及紅銹處理方法進行了闡述，找到了避免紅銹形成的方法，并提出了紅銹出現后的處理方案，為制藥企業解決此方面的問題提供了參考。

注射用水；純蒸汽；紅銹；原因；處理方法

0 引言

紅銹是在制藥用水制備和分配系統、純蒸汽系統以及配液系統中經常出現的一種現象，注射用水、純蒸汽以及配液系統管路在使用一段時間后會不同程度地出現“紅銹”現象。紅銹常發生在液體輸送泵的腔體內部、衛生級隔膜閥閥體及膜片、注射用水儲罐的罐體內壁、不銹鋼管路的焊接點以及純蒸汽、配液系統管路的內壁等處。采用白色絹布在其內部進行擦拭能夠看到微黃色或紅色的固體顆粒物，紅銹在一定程度上對整個系統和產品產生了嚴重的質量隱患，一旦出現必須進行消除處理，保證產品質量。

1 紅銹產生的原因

水是一種極弱的電解質，在25 ℃時，水的離子積常數是1×1014，在100 ℃時，高溫水的離子積常數為1×1012，在高溫狀態下，水中的H+濃度和OH-濃度要高于在常溫狀態下的純化水，由于存在此種情況，在高溫狀態下，導致游離的鐵離子與水中的OH-發生反應，最后脫水形成FeO，使得在高溫系統中產生紅銹。

因此，一般情況下注射用水、純蒸汽以及配液系統中產生紅銹的概率要遠高于純化水系統。

2 紅銹的危害程度

按照紅銹的危害程度可以分為三個等級：

第一類紅銹表現為黃色或橘紅色，主要成分為FeO，在用水點出口處較容易找到。此類紅銹屬于國際工程難題，具有普遍性和易復發性等特點。

第二類紅銹表現為棕紅色或紅色，主要成分為Fe2O3，其主要依附在不銹鋼的內表面處，常以蝕坑和縫隙腐蝕等形式出現。當系統中采用的不銹鋼材料中Cr/Fe比例偏低時較容易發生，產生的原因主要是氯離子等鹵化物的侵蝕。

第三類紅銹主要表現為黑色或灰色，主要成分為Fe3O4，緊貼在管路的內壁，這類主要在純蒸汽和注射用水系統中出現，當系統中采用的不銹鋼材料中Cr/Fe比例偏低時較容易發生。目前在注射用水制備及分配系統和純蒸汽分配系統中均采用含Cr/Fe比例較高且含有鉬元素的316L不銹鋼材質的管材進行配置。

3 避免紅銹出現的方法

3.1 合理設計，從源頭上控制

為避免紅銹的出現，在系統的設計之初注重“質量源于設計”的理念，采用合理的設計方案，從源頭上避免出現紅銹，可以采用以下方法：

（1）嚴格采用3D死角的設計原則，控制好殘留物對管路的影響，避免引起晶體腐蝕。

（2）采用材質為316L不銹鋼的360°旋轉噴淋球，防止外源性的鐵離子脫落進入到系統中。

（3）對潔凈泵的內表面和管路的內部光潔度進行控制，Ra不高于0.6，且盡可能采用電解拋光。

（4）選擇大品牌有質量保證的管材原材料，對不銹鋼管件的材質報告形成系統的追溯文件體系，保證所選的316L材質的不銹鋼的品質和內壁拋光度。

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（5）與高溫介質接觸部位的球閥選擇使用材質為316L不銹鋼材質的閥門，隔膜閥采用膜片為PVDF材質的衛生級隔膜閥。

3.2 把控施工過程，減少紅銹產生

對注射用水、純蒸汽及配液系統的施工控制主要表現為對焊接過程及原材料的控制，可采用如下方法：

（1）在管路和儲罐的焊接過程中，存在焊縫中易形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，因此對焊接技術要有特殊要求。

（2）嚴格按照經過批準的焊接操作規程進行焊接。

鑒于以上的控制要求，施工過程的把控重點是對管路和儲罐的焊接過程控制。為了提高焊接質量，采用氣體保護，即采用氬氣、二氧化碳等氣體隔絕氧氣，以保證焊接后形成完整的焊縫，減少焊接過程中氧氣的氧化，保證焊接后的表面光潔度。

具體的控制方法主要有以下幾種：

（1）人員的控制。焊工要經過正規的培訓，持證上崗，并且要具備至少半年以上的現場實際操作經驗，采用的焊接工藝要取得不同的焊接資質證書，并注明等級。

（3）保護氣體的選擇。為避免管材焊接部位過度氧化，在焊接開始前必須要采用充足的保護氣體將管路或設備內部的氧氣清空。目前市場在售使用的保護氣體純度一般為99.99％和99.999％兩種，當采用99.999％濃度的氬氣進行處理后往往能夠起到非常好的效果。在焊接時配合使用氧氣濃度檢測儀，更能夠有效地控制氧氣清空時間和管材的焊接質量。

（4）焊接前的預處理。焊接前必須對表面的各種雜質，如污漬、塵土等進行處理，清潔處理好的管件焊接端面不得用手觸摸，只有經過徹底清潔后的管件才被允許焊接。需要切割的管件不得出現斜角、毛刺等，一般經過切割后的管件均要經過倒角處理。

（5）焊接過程控制。操作時嚴格執行經過批準的焊接操作規程，按照焊接前繪制的焊點圖嚴格執行，隨時整理自動焊機的打印記錄及焊接記錄，保證焊接的過程可追溯。

（6）焊接結束后的檢查。焊接結束后，質量部人員需對每個焊口的外壁和內壁進行檢查，對不符合要求的要重新進行焊接處理。外觀檢查達到100％，手工焊達到100％內窺鏡檢查，自動焊要達到20％以上的內窺鏡抽測檢查。同時在整個系統焊接完成后要盡快進行酸洗鈍化。

3.3 日常運行中進行控制，避免紅銹出現

在系統的日常運行中，為避免和減少紅銹的出現，可采用以下控制方式：

（1）降低注射用水循環系統的溫度使其保持在70～85 ℃進行循環，溫度控制可在操作規程中進行明確規定。

（2）氮氣有助于紅銹的快速產生，故除有特殊產品工藝要求外，盡量不要對儲存及分配系統采用氮封處理，在采用氮封處理后要對管路進行檢查，如有異常要及時進行處理，同時可以采用驗證的方式進行預測處理。

盡管紅銹的出現是不可避免的，但是對紅銹的控制應盡量從設計、施工管控以及日常運行上進行把控，這在一定程度上可延長紅銹產生的時間。的維護中可采用鈍化程度較弱的“檸檬酸法”。由于“硝酸法”在鈍化過程中危險程度較高，所以在焊接處顏色較淡時，初次鈍化亦可采用“檸檬酸法”。同時在注射用水和純蒸汽系統中要嚴防氯離子對鈍化層的侵蝕。

目前有數據表明，濃度為15％的檸檬酸清洗試劑（CIP200）具有與17％的硝酸同樣的鈍化效果（圖1）。

圖1 15％的檸檬酸清洗試劑（CIP200）的鈍化效果

4 紅銹出現后的處理方法

采用適宜的酸洗鈍化方案對管路和儲罐進行鈍化處理，使其在內壁表面形成有效的鈍化膜，阻斷紅銹的生成，推薦鈍化周期為1～3年/次。

酸洗鈍化能夠有效提高不銹鋼的抗腐蝕能力，同時又能夠防止管路系統過快產生紅銹，目前主要使用的處理方法為“硝酸法”和“檸檬酸法”。傳統的處理方式是，在一般情況下系統的首次酸洗鈍化可以采用鈍化效果較好的“硝酸法”進行處理，在日常

利用檸檬酸法鈍化能有效地去除紅銹，降低清洗鈍化過程的風險，簡化了清洗流程，節省了清洗時間，所以，檸檬酸清洗試劑已經廣泛應用于純蒸汽系統、純化水與注射用水系統、配液系統的除銹和鈍化。

根據設備的類型、結構和被清潔的部位來選擇下列方法或方法的組合：循環、單線路間歇性水流、噴刷、沖洗、儲罐浸泡、擦拭、清潔后漂洗表面。在處理的過程中要對其污染程度、清洗溶液選擇、清洗濃度、清洗方式和清洗時間進行明確，確保清洗后的效果。

在鈍化處理完后要對鈍化效果進行必要的檢測，根據紅銹產生的原因，如不銹鋼表面鈍化不完善或存有鐵離子污染時，目前常用的一種檢測方法為鐵銹測試法，俗稱“藍點實驗”，能夠很好地對鈍化效果進行檢測和評價。

5 結語

對注射用水、純蒸汽及配液系統的紅銹控制和處理是一個復雜的過程，在整個的控制和處理過程中要從設計、日常運行和處理方法上進行全面監控，企業要建立完善的紅銹預警機制，做好紅銹產生的風險分析，及時發現，及早處理，避免紅銹出現，確保產品質量。

[1] 何國強.制藥用水系統[M].北京：化學工業出版社，2011.

[2] 朱宇.注射用水及純蒸汽系統不銹鋼管路“紅斑”的原因及處理[J].機電信息，2008（32）.

2015-09-13

鄭光輝（1979—），男，河北石家莊人，工程師，從事產品質量和工藝管理工作。