Hygiejnisk design og mikrobiologi, med fokus på korrosion af metaloverflader Gårdteknisk forum / Kemidag - SEGES Annette Baltzer Larsen abl@force.dk FORCE Technology Agenda Korrosion Hygiejnisk design Nyt projekt om hygiejne i lukket produktionsudstyr - ultra kort Måler på slutskyllevand med en sensor (atline) Biofilmdannelse på overfladen af rustfrit stål. 1
Hænger sammen som ærtehalm Øget risiko for korrosion Korrekt materialevalg til udstyr Miljøvurdering (relevante korrosionsformer) Grubetæring/pitting og spaltekorrosion hvad kan ske? Succes eller fiasko Design (udformning) Drænbart - dead ends sprækker, kvalitet af samlinger mv? Forarbejdning (samle metoder og efterbehandling) Svejsningen gør (ofte) stålkvaliteten ringere Andre samlinger - spalter Rustfri stålkvalitet Mange forskellige - AISI 304 er faktisk den dårligste 2
Rustfrie ståltyper, Pitting Resistance Equivalent Sort = Ni-basis Rød = Austenitisk Blå = Duplex Grøn = Martensitisk Austenitisk stål: God til at svejse i (+++) Ikke magnetisk God til at formes, bøjes og strækkes (god duktilitet) Korrosionsbestandighed - afhænger af legering, men OK Rustfrit stål 4 nøgleparameter for bedømmelse af korrosionsmiljø Pas på det passive oxidlag. 3
Link: https://www.foedevarestyrelsen.dk/publikationer/alle%20publikationer/retningslinjer_for_fkm_af_staal.pdf Rustfrit stål, grubetæring, kritisk pitting temperatur (CPT) Stigende potentiale presser kurven ned T ( C) Ved stærke oxidanter (peredikesyre, klor, 100 hypoklorit, H 2 O 2 mv., korrosionsforhold 80 bliver betydeligt værre - højere 60 korrosionspotentiale. 50 o C Spalter - det trækker ca. 20-25 o C fra - dvs. kurver presses mod venstre Rester af organisk materiale - også spalter. 40 20 0 pitting AISI 304 AISI 316 + Pitting EN 1.4462 Pren 18,0 0.01 0.02 0.05 0.1 0.2 0.5 1.0 2.0 250ppm ~ 0,025% Pren 34,3 Pren 23,6 % Cl - Faktorer fastlåst: 300 mv SCE (potentiale/ledningsevne) ph 7.0 Dvs. godt luftet - ph neutral vand - perfekte overflader H + koncentration indgår i flere af de relevante katodereaktioner - både selve syrereaktionen, oxygenreaktion, hydrogenperoxid og hypoklorit (som katode reaktion) forbruger H +. Faldende ph presser kurven ned. 4
Rustfrit stål, grubetæring, kritisk pitting temperatur (CPT) Stigende potentiale presser kurven ned Ved stærke oxidanter (peredikesyre, klor, hypoklorit, H 2 O 2 mv., korrosionsforhold bliver betydeligt værre - højere korrosionspotentiale. Spalter - det trækker ca. 20-25 o C fra - dvs. kurver presses mod venstre Rester af organisk materiale - også spalter. Hvad redder udstyr gang på gang. foregå 80 langsommere. 60 40 20 0 T ( C) AISI 304 AISI 316 EN 1.4462 0.01 0.02 0.05 0.1 0.2 0.5 1.0 2.0 % Cl - Faktorer fastlåst: 300 mv SCE (potentiale/ledningsevne) ph 7.0 Fortynding. Dvs. udskylning - og mælk på udstyr igen 100 - men husk - hvor det er dårligere + Pitting flow, vil fortyndingen 50 o C pitting 250ppm ~ 0,025% Pren 18,0 Pren 34,3 Pren 23,6 Dvs. godt luftet - ph neutral vand - perfekte overflader H + koncentration indgår i flere af de relevante katodereaktioner - både selve syrereaktionen, oxygenreaktion, hydrogenperoxid og hypoklorit (som katode reaktion) forbruger H +. Faldende ph presser kurven ned. Rustfrit stål, korrosionsformer Generel korrosion Grubetæring Interkrystallinsk korrosion Spændingskorrosion Kan ikke repareres - der kommer bare en ny Spaltekorrosion Korrosionsudmattelse 5
Hyppigste korrosion - grubetærring Åbning ved overfladen Korrosion - Grube Rustfrit stål Rør - med godstykkelse 1,5 mm Rustfrit stål, grubetæring, mekanisme-forklaring I gruben mindskes ilt-indholdet, hvorved der dannes et galvanisk element med anode i gruben og katode på de fri overflader uden for gruben. I gruben stiger klorid-indholdet samtidigt med at ph falder. Opnår hurtigt saltkoncentration på 3X Vesterhavet og ph som mavesyre Grubetæring (pitting-korrosion) er derfor en autokatolytisk proces. 6
Rustfrit stål, spaltekorrosion, mekanisme-forklaring I den snævre, diffusionshæmmede, spalte mindskes iltindholdet, hvorved der dannes et galvanisk element med anode i spalten og katode på de fri overflader uden for spalten. I spalten stiger klorid-indholdet samtidigt med at ph falder. Samme principper som for grubetærring Når stålets grænse overskrides, aktiveres det og lokalkorrosion starter. Rustfrit stål, tildækningskorrosion/biokorrosion Mekanisme-forklaring Iltrigt område højt potential katodeområde Cl - Kloridholdigt miljø I den porøse, men diffusions-hæmmende aflejring bliver kloridindholdet højere og ph falder. Når grænsen for stålets bestandighed overskrides, aktiveres det, og lokalkorrosion starter. Mellem biofilm/smuds og udstyrsoverflade er også en spalte - spaltekorrosion e - Rustfrit stål Iltfattigt område lavt potential anodeområde Oxygen forbruges, herved opnås lag af anaerob biofilm Oxygenudtømning på overfladen ødelægger det beskyttende passive-oxid-lag. Anode-katode processer går i gang batteri 7
Sidste nye resultater vedr. desinfektionsmidler Projekt 2016-2018: Hvor vi har arbejdet med hygiejnisk design og korrosion (desinfektionsmidler). Perfekte overflader kan holde til rigtig meget Ikke-perfekte overflader kan faktisk ikke holde til meget Det er desværre ikke-perfekte overflader, der er i fødevarebranchen - hvor mælkeleverandører også hører under! Er det nødvendigt at anvende: Max mængde desinfektionmiddel: ~ 0,5 w/v% pereddikesyre/3,0 w/v% hypoklorit Længst anbefalede tid: (~ 30 min) Højst anbefalede temperatur: (~ 40 o C) OG der er max mængde klorider i vandet: max. 250 ppm (EU drikkevandsnorm) korrosion på både AISI 304 og AISI 316L Kraftig spaltekorrosion Agenda Korrosion Hygiejnisk design Nyt projekt om hygiejne i lukket produktionsudstyr - ultra kort Måler på slutskyllevand med en sensor (atline) Biofilmdannelse på overfladen af rustfrit stål. 8
FutureMilQ Innovationskonsortie Hygiejnisk design vigtigt. Konstruktion og design - 4 principper for hygiejnisk design 1. Konstruktionsmaterialer skal være inerte og egnede til fødevarekontakt 2. Kontaktflader skal være fri for fejl, revner og ujævnheder 3. Udstyr skal beskytte produktet mod kontaminering (fysisk, kemisk, biologisk) Q3-overfladefinishrevner Q4-samlinger 4. Udstyret skal være drænbart, let at rengøre og let tilgængeligt Q2 - geometri 9
Evalueringsskema for hygiejnisk design Stålcentrum-regi Evalueringsskema til hygiejnisk design et redskab, så du husker flere detaljer. Link: http://www.staalcentrum.dk/wpcontent/uploads/2017/05/evaluer ingsskema_rev_2_5_form_for_ac robat_reader_261011.pdf Evalueringsskema for hygiejnisk design Spørgsmålsrækker Q1 - Krav til materialers modstandsdygtighed ved standard rengøring Tåle høje temperaturer, base - hvilken?, syre, klorid, oxiderende stoffer mv. Q2 - Geometri I forhold til hygiejnezone, indre vinkler, rørdimensionsændringer mv. Q3 - Overflade finish Glathed, revner, sprækker, grubetærring Q4 - Samlinger Svejsninger, boltsamlinger, metal-metal/plast mod hinanden mv. Q5 - Installationer Placering i forhold til produkt, IP krav (Luft, el mv.) Q6 - Rengøringsvenlighed Er det til at komme til, drænbart mv. 10
Agenda Korrosion Hygiejnisk design Nyt projekt om hygiejne i lukket produktionsudstyr - ultra kort Måler på slutskyllevand med en sensor (atline) Biofilmdannelse på overfladen af rustfrit stål. Projektet - overordnet 11
Videnspredning - Sig til hvis I ønsker deltagelse Følgegruppe Temadage Artikler Dele viden med Erhvervsskoler og Erhvervsakademier ved kurser/formidlingsaktiviteter til undervisere og ved gæsteundervisning. Spørgsmål?? Tak for opmærksomheden.. 12