殺菌鍋容器的失效原因分析及改進措施

張興旺

（北京市密云區特種設備檢測所，北京 101500）

殺菌鍋作為一種常見的設備器材，目前被廣泛應用于食品、化工以及醫學等各個領域的實驗研究中，同時也是食品加工企業在生產和經營過程中必不可少的核心設備。實踐經驗表明，殺菌鍋的應用不僅可以在食品行業的殺菌保鮮中產生積極的影響，同時也促進了醫療實驗的滅菌工藝水平提升。其中，碳鋼材質殺菌鍋作為常見的殺菌鍋類型，隨著其在各個生產環節中的廣泛應用，其所產生的腐蝕失效問題也日益引起了研究者的高度關注。由此可見，針對碳鋼材質殺菌鍋的腐蝕失效研究和處理，已經逐漸成為殺菌鍋生產廠家及其使用者重點關注的內容。

1 碳鋼材質殺菌鍋主要參數

本實驗內所選取碳鋼材質殺菌鍋的設計參數為0．35MPa/145℃，內徑和長度分別為1000mm和2200mm，厚度為6mm，殺菌鍋容積為1．8m3，材質為Q235A（標準GB/T 700-2006，抗拉強度σb為370～500MPa），生產日期為2017年5月。

2 碳鋼材質殺菌鍋腐蝕失效分析

2.1 現場情況調查

從現場情況的調查結果來看，本研究所選取的工廠位于北京市，工廠內共計包括10臺碳鋼材質殺菌鍋和3臺奧氏體不銹鋼殺菌鍋，將其中1例出現嚴重腐蝕失效的碳鋼材質殺菌鍋作為主要研究材料進行分析，可以發現，該碳鋼材質殺菌鍋的腐蝕失效情況主要集中于左側的封口內部，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個與殺菌小推車寬度相對應的腐蝕坑，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現問題，并采取焊補的方式對其進行了多次處理，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，殺菌鍋的右側封頭處可見較為嚴重的法蘭面腐蝕情況，其可能因殺菌小推車前段在進入殺菌鍋時，由于出現了多次碰撞所造成，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過程中，發現其他的9臺同材質殺菌鍋的相同部位均未出現較為明顯的機械損傷情況。本研究還針對其他食品工廠內的碳鋼材質殺菌鍋腐蝕情況進行了調查，結果發現大部分碳鋼材質的殺菌鍋均出現了與本研究所調查殺菌鍋相同的腐蝕失效現象，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，本研究所調查的碳鋼材質殺菌鍋屬于機械碰撞性的磨損失效，在日常生產的過程中，由于殺菌鍋反復與殺菌小推車之間產生一種相對的運動摩擦，從而造成了碳鋼材質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殺菌鍋之間的相互運動頻率呈明顯的相關性。

2.3 失效原因分析

通過對碳鋼材質殺菌鍋出現腐蝕失效的原因進行分析，發現所調查工廠內的碳鋼材質殺菌鍋腐蝕失效原因主要可以總結為以下幾點，碳鋼材質殺菌鍋結構原因、工藝技術原因以及碳鋼材質殺菌鍋材質的原因。

從碳鋼材質殺菌鍋的結構原因來看，在施工現場安裝碳鋼材質殺菌鍋的過程中，根據施工工藝的要求，必須確保進口側的高度相較于另一側更高，其雖然會使小推車在進入罐內時不會出現外溜的情況，但同時也會導致小推車在進入罐體之后，出現對左側封頭的反復撞擊，長此以往，形成了如本研究所調查殺菌鍋的腐蝕失效情況。除此之外，通過對碳鋼材質殺菌鍋的鋼軌安全結構進行調查，發現其存在安裝水平過低的問題，從而導致小推車在進入罐體之前，首先會對法蘭面進行一次撞擊，并對其產生了損害，引發其出現腐蝕失效。

從碳鋼材質殺菌鍋的工藝技術來看，以往的殺菌鍋使用工廠內所采取的工藝，通常為直接使水蒸氣進入到殺菌鍋內，當其升溫至相應溫度時，即可起到殺菌的作用。受到環保以及節能的相關要求，需采取雙管式殺菌鍋的方式，即在現有殺菌鍋的上方放置一個熱水罐，在進汽之前先將水進入熱水罐內，隨后使熱水罐內的水蒸氣進入殺菌鍋，從而利用水蒸氣的升溫實現對細菌的殺滅。殺菌環節結束后，再次將熱水抽入熱水罐內，直至下次殺菌時使用，再次循環上方步驟?？梢园l現，殺菌鍋所采取的工藝技術實現了由汽殺工藝至水殺工藝的轉變，即由以往的殺菌鍋內無水或者少量水，變為了現在殺菌鍋內有超過50%的空間均為水。因此在水殺工藝當中，水蒸氣的進入方式為從殺菌鍋的底部進入，此時，泡在水中的小推車會由于進汽時所產生的氣泡而出現振動，小推車的振動將會使其反復對左側封頭產生撞擊，從而對封頭產生了更大的損傷。目前，雖然一些食品行業的生產企業內還未采用水殺工藝，但隨著水殺工藝的廣泛普及，碳鋼材質殺菌鍋的腐蝕失效現象也將更為嚴重，甚至在殺菌鍋的腐蝕失效中起到了決定性的作用。

從碳鋼材質殺菌鍋的材質來看，由于本研究所選取的碳鋼材質殺菌鍋材質為Q235A，通過對材質為Q235A碳鋼材質殺菌鍋的工藝技術進行調查，發現相較于其他材質，Q235A的材質、性能、硬度以及韌性等均處于中等水平，因此無法適應該廠家內的高強度生產工作和任務。而通過對所調查殺菌鍋與工廠內的其他3臺奧氏體不銹鋼殺菌鍋相比，所對應的時效部位在奧氏體不銹鋼殺菌鍋上雖然也有相應的痕跡，但卻未能對其造成機械損傷，使其出現腐蝕失效的情況。因此可以斷定，殺菌鍋的腐蝕失效與其自身的材質存在較高的相關性。

3 碳鋼材質殺菌鍋腐蝕失效的改進措施

3.1 殺菌鍋結構改進

通過對影響碳鋼材質殺菌鍋出現腐蝕失效的原因分析，發現殺菌鍋的結構是造成其出現腐蝕失效的主要因素，因此在制造碳鋼材質的殺菌鍋時，必須在封頭等部位給予更強的工藝技術，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行更換。針對已經在生產中使用的碳鋼材質殺菌鍋，生產企業可以在日常使用的過程中，于封頭部位放置1塊活動墊板，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企業，可以將封頭墊板的形狀進行塑造，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生的撞擊。除此之外，可以通過對導軌高度以及水平度的調節，以此來減少小推車對于法蘭面的撞擊和損害。

3.2 殺菌鍋材質改進

相較于其他結構，碳鋼材質的殺菌鍋性能相對較低，尤其是其中的Q235A材質，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腐蝕失效的現象。因此，針對部分資金充裕或有能力的生產企業，可以通過購買不銹鋼材質殺菌鍋的方式，以此來減少其他因素對殺菌鍋帶來的腐蝕，同時也將延長殺菌鍋的使用壽命。

3.3 其他改進措施

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，應當對供給水的氯離子含量以及pH值進行全面的控制。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，促進氯離子的沉淀，但由于此方法會提高生產企業的殺菌成本，因此不建議采用。另外，可以采取電滲析技術，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，同時也具有耗能較少、效果較好等主要優勢。除此之外，檢修過程中的不當操作也會對殺菌鍋帶來機械損傷，因此應當做好對殺菌鍋的定期維護和保養工作，延長殺菌鍋的使用壽命。

4 結語

綜上所述，碳鋼材質殺菌鍋的腐蝕失效作為食品生產企業在殺菌環節中存在的主要問題，通過本研究對某食品生產工廠內的碳鋼材質殺菌鍋腐蝕失效原因進行分析，發現其主要是由于受到了小推車的反復撞擊而形成的一種機械碰撞性的磨損失效。因此，針對碳鋼材質殺菌鍋的腐蝕失效改進和處理應當首先以改進殺菌鍋的結構為主，通過增加墊板或于小推車前端增加軟性材料等方式，進一步減少小推車對于封頭所產生的反復撞擊力。同時，針對部分有條件的生產企業也可以通過更換殺菌鍋材質等方式以此來減少殺菌鍋的腐蝕失效現象。