殺菌鍋容器的失效原因分析及改進(jìn)措施

張興旺

（北京市密云區(qū)特種設(shè)備檢測所，北京 101500）

殺菌鍋?zhàn)鳛橐环N常見的設(shè)備器材，目前被廣泛應(yīng)用于食品、化工以及醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)研究中，同時(shí)也是食品加工企業(yè)在生產(chǎn)和經(jīng)營過程中必不可少的核心設(shè)備。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，殺菌鍋的應(yīng)用不僅可以在食品行業(yè)的殺菌保鮮中產(chǎn)生積極的影響，同時(shí)也促進(jìn)了醫(yī)療實(shí)驗(yàn)的滅菌工藝水平提升。其中，碳鋼材質(zhì)殺菌鍋?zhàn)鳛槌Ｒ姷臍⒕侇愋?，隨著其在各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的廣泛應(yīng)用，其所產(chǎn)生的腐蝕失效問題也日益引起了研究者的高度關(guān)注。由此可見，針對碳鋼材質(zhì)殺菌鍋的腐蝕失效研究和處理，已經(jīng)逐漸成為殺菌鍋生產(chǎn)廠家及其使用者重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。

1 碳鋼材質(zhì)殺菌鍋主要參數(shù)

本實(shí)驗(yàn)內(nèi)所選取碳鋼材質(zhì)殺菌鍋的設(shè)計(jì)參數(shù)為0．35MPa/145℃，內(nèi)徑和長度分別為1000mm和2200mm，厚度為6mm，殺菌鍋容積為1．8m3，材質(zhì)為Q235A（標(biāo)準(zhǔn)GB/T 700-2006，抗拉強(qiáng)度σb為370～500MPa），生產(chǎn)日期為2017年5月。

2 碳鋼材質(zhì)殺菌鍋腐蝕失效分析

2.1 現(xiàn)場情況調(diào)查

從現(xiàn)場情況的調(diào)查結(jié)果來看，本研究所選取的工廠位于北京市，工廠內(nèi)共計(jì)包括10臺碳鋼材質(zhì)殺菌鍋和3臺奧氏體不銹鋼殺菌鍋，將其中1例出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕失效的碳鋼材質(zhì)殺菌鍋?zhàn)鳛橹饕芯坎牧线M(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，該碳鋼材質(zhì)殺菌鍋的腐蝕失效情況主要集中于左側(cè)的封口內(nèi)部，由于受到殺菌小推車的撞擊作用而形成的腐蝕失效。其中，封口上可見2個(gè)與殺菌小推車寬度相對應(yīng)的腐蝕坑，其長度、寬度和深度分別為78mm、52mm和3．3mm，該部位在工廠的多次檢查中均發(fā)現(xiàn)問題，并采取焊補(bǔ)的方式對其進(jìn)行了多次處理，因此可以判斷該部位的撞擊和磨損程度相對較大。除此之外，殺菌鍋的右側(cè)封頭處可見較為嚴(yán)重的法蘭面腐蝕情況，其可能因殺菌小推車前段在進(jìn)入殺菌鍋時(shí)，由于出現(xiàn)了多次碰撞所造成，腐蝕的長度、寬度和深度分別為18mm、6mm和1．9mm。而在對殺菌鍋的檢驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)其他的9臺同材質(zhì)殺菌鍋的相同部位均未出現(xiàn)較為明顯的機(jī)械損傷情況。本研究還針對其他食品工廠內(nèi)的碳鋼材質(zhì)殺菌鍋腐蝕情況進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大部分碳鋼材質(zhì)的殺菌鍋均出現(xiàn)了與本研究所調(diào)查殺菌鍋相同的腐蝕失效現(xiàn)象，但腐蝕程度卻存在一定的差異性。

2.2 失效類型分析

從失效類型來看，本研究所調(diào)查的碳鋼材質(zhì)殺菌鍋屬于機(jī)械碰撞性的磨損失效，在日常生產(chǎn)的過程中，由于殺菌鍋反復(fù)與殺菌小推車之間產(chǎn)生一種相對的運(yùn)動(dòng)摩擦，從而造成了碳鋼材質(zhì)殺菌鍋的表面受到了損傷，而殺菌鍋的失效程度則與材料的耐磨性，以及小推車與碳鋼材質(zhì)殺菌鍋之間的相互運(yùn)動(dòng)頻率呈明顯的相關(guān)性。

2.3 失效原因分析

通過對碳鋼材質(zhì)殺菌鍋出現(xiàn)腐蝕失效的原因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)所調(diào)查工廠內(nèi)的碳鋼材質(zhì)殺菌鍋腐蝕失效原因主要可以總結(jié)為以下幾點(diǎn)，碳鋼材質(zhì)殺菌鍋結(jié)構(gòu)原因、工藝技術(shù)原因以及碳鋼材質(zhì)殺菌鍋材質(zhì)的原因。

從碳鋼材質(zhì)殺菌鍋的結(jié)構(gòu)原因來看，在施工現(xiàn)場安裝碳鋼材質(zhì)殺菌鍋的過程中，根據(jù)施工工藝的要求，必須確保進(jìn)口側(cè)的高度相較于另一側(cè)更高，其雖然會(huì)使小推車在進(jìn)入罐內(nèi)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)外溜的情況，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致小推車在進(jìn)入罐體之后，出現(xiàn)對左側(cè)封頭的反復(fù)撞擊，長此以往，形成了如本研究所調(diào)查殺菌鍋的腐蝕失效情況。除此之外，通過對碳鋼材質(zhì)殺菌鍋的鋼軌安全結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)其存在安裝水平過低的問題，從而導(dǎo)致小推車在進(jìn)入罐體之前，首先會(huì)對法蘭面進(jìn)行一次撞擊，并對其產(chǎn)生了損害，引發(fā)其出現(xiàn)腐蝕失效。

從碳鋼材質(zhì)殺菌鍋的工藝技術(shù)來看，以往的殺菌鍋使用工廠內(nèi)所采取的工藝，通常為直接使水蒸氣進(jìn)入到殺菌鍋內(nèi)，當(dāng)其升溫至相應(yīng)溫度時(shí)，即可起到殺菌的作用。受到環(huán)保以及節(jié)能的相關(guān)要求，需采取雙管式殺菌鍋的方式，即在現(xiàn)有殺菌鍋的上方放置一個(gè)熱水罐，在進(jìn)汽之前先將水進(jìn)入熱水罐內(nèi)，隨后使熱水罐內(nèi)的水蒸氣進(jìn)入殺菌鍋，從而利用水蒸氣的升溫實(shí)現(xiàn)對細(xì)菌的殺滅。殺菌環(huán)節(jié)結(jié)束后，再次將熱水抽入熱水罐內(nèi)，直至下次殺菌時(shí)使用，再次循環(huán)上方步驟?？梢园l(fā)現(xiàn)，殺菌鍋所采取的工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)了由汽殺工藝至水殺工藝的轉(zhuǎn)變，即由以往的殺菌鍋內(nèi)無水或者少量水，變?yōu)榱爽F(xiàn)在殺菌鍋內(nèi)有超過50%的空間均為水。因此在水殺工藝當(dāng)中，水蒸氣的進(jìn)入方式為從殺菌鍋的底部進(jìn)入，此時(shí)，泡在水中的小推車會(huì)由于進(jìn)汽時(shí)所產(chǎn)生的氣泡而出現(xiàn)振動(dòng)，小推車的振動(dòng)將會(huì)使其反復(fù)對左側(cè)封頭產(chǎn)生撞擊，從而對封頭產(chǎn)生了更大的損傷。目前，雖然一些食品行業(yè)的生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)還未采用水殺工藝，但隨著水殺工藝的廣泛普及，碳鋼材質(zhì)殺菌鍋的腐蝕失效現(xiàn)象也將更為嚴(yán)重，甚至在殺菌鍋的腐蝕失效中起到了決定性的作用。

從碳鋼材質(zhì)殺菌鍋的材質(zhì)來看，由于本研究所選取的碳鋼材質(zhì)殺菌鍋材質(zhì)為Q235A，通過對材質(zhì)為Q235A碳鋼材質(zhì)殺菌鍋的工藝技術(shù)進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)相較于其他材質(zhì)，Q235A的材質(zhì)、性能、硬度以及韌性等均處于中等水平，因此無法適應(yīng)該廠家內(nèi)的高強(qiáng)度生產(chǎn)工作和任務(wù)。而通過對所調(diào)查殺菌鍋與工廠內(nèi)的其他3臺奧氏體不銹鋼殺菌鍋相比，所對應(yīng)的時(shí)效部位在奧氏體不銹鋼殺菌鍋上雖然也有相應(yīng)的痕跡，但卻未能對其造成機(jī)械損傷，使其出現(xiàn)腐蝕失效的情況。因此可以斷定，殺菌鍋的腐蝕失效與其自身的材質(zhì)存在較高的相關(guān)性。

3 碳鋼材質(zhì)殺菌鍋腐蝕失效的改進(jìn)措施

3.1 殺菌鍋結(jié)構(gòu)改進(jìn)

通過對影響碳鋼材質(zhì)殺菌鍋出現(xiàn)腐蝕失效的原因分析，發(fā)現(xiàn)殺菌鍋的結(jié)構(gòu)是造成其出現(xiàn)腐蝕失效的主要因素，因此在制造碳鋼材質(zhì)的殺菌鍋時(shí)，必須在封頭等部位給予更強(qiáng)的工藝技術(shù)，或通過增加可更換墊板的方式，定期對封頭處的撞擊墊板進(jìn)行更換。針對已經(jīng)在生產(chǎn)中使用的碳鋼材質(zhì)殺菌鍋，生產(chǎn)企業(yè)可以在日常使用的過程中，于封頭部位放置1塊活動(dòng)墊板，以此來抵擋來自小推車的撞擊壓力。針對部分有改造條件的生產(chǎn)企業(yè)，可以將封頭墊板的形狀進(jìn)行塑造，使其與封頭形狀相吻合，或者于小推車的前端增加軟性材料，減少小推車對于封頭產(chǎn)生的撞擊。除此之外，可以通過對導(dǎo)軌高度以及水平度的調(diào)節(jié)，以此來減少小推車對于法蘭面的撞擊和損害。

3.2 殺菌鍋材質(zhì)改進(jìn)

相較于其他結(jié)構(gòu)，碳鋼材質(zhì)的殺菌鍋性能相對較低，尤其是其中的Q235A材質(zhì)，其自身的耐磨性能相對較差，從而在日常使用的過程中容易出現(xiàn)腐蝕失效的現(xiàn)象。因此，針對部分資金充?；蛴心芰Φ纳a(chǎn)企業(yè)，可以通過購買不銹鋼材質(zhì)殺菌鍋的方式，以此來減少其他因素對殺菌鍋帶來的腐蝕，同時(shí)也將延長殺菌鍋的使用壽命。

3.3 其他改進(jìn)措施

除了本研究所提出的殺菌鍋腐蝕失效因素之外，影響殺菌鍋腐蝕失效的原因還包括人為因素以及氯離子等因素的影響，因此在日常使用的過程中，應(yīng)當(dāng)對供給水的氯離子含量以及pH值進(jìn)行全面的控制。而針對部分氯離子含量較大的情況處理，可以采用加入AgNO3的方式，促進(jìn)氯離子的沉淀，但由于此方法會(huì)提高生產(chǎn)企業(yè)的殺菌成本，因此不建議采用。另外，可以采取電滲析技術(shù)，以此來降低水中的氯離子濃度，或采取反滲析的方式，其不僅可以減少氯離子濃度，同時(shí)也具有耗能較少、效果較好等主要優(yōu)勢。除此之外，檢修過程中的不當(dāng)操作也會(huì)對殺菌鍋帶來機(jī)械損傷，因此應(yīng)當(dāng)做好對殺菌鍋的定期維護(hù)和保養(yǎng)工作，延長殺菌鍋的使用壽命。

4 結(jié)語

綜上所述，碳鋼材質(zhì)殺菌鍋的腐蝕失效作為食品生產(chǎn)企業(yè)在殺菌環(huán)節(jié)中存在的主要問題，通過本研究對某食品生產(chǎn)工廠內(nèi)的碳鋼材質(zhì)殺菌鍋腐蝕失效原因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其主要是由于受到了小推車的反復(fù)撞擊而形成的一種機(jī)械碰撞性的磨損失效。因此，針對碳鋼材質(zhì)殺菌鍋的腐蝕失效改進(jìn)和處理應(yīng)當(dāng)首先以改進(jìn)殺菌鍋的結(jié)構(gòu)為主，通過增加墊板或于小推車前端增加軟性材料等方式，進(jìn)一步減少小推車對于封頭所產(chǎn)生的反復(fù)撞擊力。同時(shí)，針對部分有條件的生產(chǎn)企業(yè)也可以通過更換殺菌鍋材質(zhì)等方式以此來減少殺菌鍋的腐蝕失效現(xiàn)象。