杀菌锅容器的失效原因分析及改进措施

张兴旺

（北京市密云区特种设备检测所，北京 101500）

杀菌锅作为一种常见的设备器材，目前被广泛应用于食品、化工以及医学等各个领域的实验研究中，同时也是食品加工企业在生产和经营过程中必不可少的核心设备。实践经验表明，杀菌锅的应用不仅可以在食品行业的杀菌保鲜中产生积极的影响，同时也促进了医疗实验的灭菌工艺水平提升。其中，碳钢材质杀菌锅作为常见的杀菌锅类型，随着其在各个生产环节中的广泛应用，其所产生的腐蚀失效问题也日益引起了研究者的高度关注。由此可见，针对碳钢材质杀菌锅的腐蚀失效研究和处理，已经逐渐成为杀菌锅生产厂家及其使用者重点关注的内容。

1 碳钢材质杀菌锅主要参数

本实验内所选取碳钢材质杀菌锅的设计参数为0．35MPa/145℃，内径和长度分别为1000mm和2200mm，厚度为6mm，杀菌锅容积为1．8m3，材质为Q235A（标准GB/T 700-2006，抗拉强度σb为370～500MPa），生产日期为2017年5月。

2 碳钢材质杀菌锅腐蚀失效分析

2.1 现场情况调查

从现场情况的调查结果来看，本研究所选取的工厂位于北京市，工厂内共计包括10台碳钢材质杀菌锅和3台奥氏体不锈钢杀菌锅，将其中1例出现严重腐蚀失效的碳钢材质杀菌锅作为主要研究材料进行分析，可以发现，该碳钢材质杀菌锅的腐蚀失效情况主要集中于左侧的封口内部，由于受到杀菌小推车的撞击作用而形成的腐蚀失效。其中，封口上可见2个与杀菌小推车宽度相对应的腐蚀坑，其长度、宽度和深度分别为78mm、52mm和3．3mm，该部位在工厂的多次检查中均发现问题，并采取焊补的方式对其进行了多次处理，因此可以判断该部位的撞击和磨损程度相对较大。除此之外，杀菌锅的右侧封头处可见较为严重的法兰面腐蚀情况，其可能因杀菌小推车前段在进入杀菌锅时，由于出现了多次碰撞所造成，腐蚀的长度、宽度和深度分别为18mm、6mm和1．9mm。而在对杀菌锅的检验过程中，发现其他的9台同材质杀菌锅的相同部位均未出现较为明显的机械损伤情况。本研究还针对其他食品工厂内的碳钢材质杀菌锅腐蚀情况进行了调查，结果发现大部分碳钢材质的杀菌锅均出现了与本研究所调查杀菌锅相同的腐蚀失效现象，但腐蚀程度却存在一定的差异性。

2.2 失效类型分析

从失效类型来看，本研究所调查的碳钢材质杀菌锅属于机械碰撞性的磨损失效，在日常生产的过程中，由于杀菌锅反复与杀菌小推车之间产生一种相对的运动摩擦，从而造成了碳钢材质杀菌锅的表面受到了损伤，而杀菌锅的失效程度则与材料的耐磨性，以及小推车与碳钢材质杀菌锅之间的相互运动频率呈明显的相关性。

2.3 失效原因分析

通过对碳钢材质杀菌锅出现腐蚀失效的原因进行分析，发现所调查工厂内的碳钢材质杀菌锅腐蚀失效原因主要可以总结为以下几点，碳钢材质杀菌锅结构原因、工艺技术原因以及碳钢材质杀菌锅材质的原因。

从碳钢材质杀菌锅的结构原因来看，在施工现场安装碳钢材质杀菌锅的过程中，根据施工工艺的要求，必须确保进口侧的高度相较于另一侧更高，其虽然会使小推车在进入罐内时不会出现外溜的情况，但同时也会导致小推车在进入罐体之后，出现对左侧封头的反复撞击，长此以往，形成了如本研究所调查杀菌锅的腐蚀失效情况。除此之外，通过对碳钢材质杀菌锅的钢轨安全结构进行调查，发现其存在安装水平过低的问题，从而导致小推车在进入罐体之前，首先会对法兰面进行一次撞击，并对其产生了损害，引发其出现腐蚀失效。

从碳钢材质杀菌锅的工艺技术来看，以往的杀菌锅使用工厂内所采取的工艺，通常为直接使水蒸气进入到杀菌锅内，当其升温至相应温度时，即可起到杀菌的作用。受到环保以及节能的相关要求，需采取双管式杀菌锅的方式，即在现有杀菌锅的上方放置一个热水罐，在进汽之前先将水进入热水罐内，随后使热水罐内的水蒸气进入杀菌锅，从而利用水蒸气的升温实现对细菌的杀灭。杀菌环节结束后，再次将热水抽入热水罐内，直至下次杀菌时使用，再次循环上方步骤。可以发现，杀菌锅所采取的工艺技术实现了由汽杀工艺至水杀工艺的转变，即由以往的杀菌锅内无水或者少量水，变为了现在杀菌锅内有超过50%的空间均为水。因此在水杀工艺当中，水蒸气的进入方式为从杀菌锅的底部进入，此时，泡在水中的小推车会由于进汽时所产生的气泡而出现振动，小推车的振动将会使其反复对左侧封头产生撞击，从而对封头产生了更大的损伤。目前，虽然一些食品行业的生产企业内还未采用水杀工艺，但随着水杀工艺的广泛普及，碳钢材质杀菌锅的腐蚀失效现象也将更为严重，甚至在杀菌锅的腐蚀失效中起到了决定性的作用。

从碳钢材质杀菌锅的材质来看，由于本研究所选取的碳钢材质杀菌锅材质为Q235A，通过对材质为Q235A碳钢材质杀菌锅的工艺技术进行调查，发现相较于其他材质，Q235A的材质、性能、硬度以及韧性等均处于中等水平，因此无法适应该厂家内的高强度生产工作和任务。而通过对所调查杀菌锅与工厂内的其他3台奥氏体不锈钢杀菌锅相比，所对应的时效部位在奥氏体不锈钢杀菌锅上虽然也有相应的痕迹，但却未能对其造成机械损伤，使其出现腐蚀失效的情况。因此可以断定，杀菌锅的腐蚀失效与其自身的材质存在较高的相关性。

3 碳钢材质杀菌锅腐蚀失效的改进措施

3.1 杀菌锅结构改进

通过对影响碳钢材质杀菌锅出现腐蚀失效的原因分析，发现杀菌锅的结构是造成其出现腐蚀失效的主要因素，因此在制造碳钢材质的杀菌锅时，必须在封头等部位给予更强的工艺技术，或通过增加可更换垫板的方式，定期对封头处的撞击垫板进行更换。针对已经在生产中使用的碳钢材质杀菌锅，生产企业可以在日常使用的过程中，于封头部位放置1块活动垫板，以此来抵挡来自小推车的撞击压力。针对部分有改造条件的生产企业，可以将封头垫板的形状进行塑造，使其与封头形状相吻合，或者于小推车的前端增加软性材料，减少小推车对于封头产生的撞击。除此之外，可以通过对导轨高度以及水平度的调节，以此来减少小推车对于法兰面的撞击和损害。

3.2 杀菌锅材质改进

相较于其他结构，碳钢材质的杀菌锅性能相对较低，尤其是其中的Q235A材质，其自身的耐磨性能相对较差，从而在日常使用的过程中容易出现腐蚀失效的现象。因此，针对部分资金充裕或有能力的生产企业，可以通过购买不锈钢材质杀菌锅的方式，以此来减少其他因素对杀菌锅带来的腐蚀，同时也将延长杀菌锅的使用寿命。

3.3 其他改进措施

除了本研究所提出的杀菌锅腐蚀失效因素之外，影响杀菌锅腐蚀失效的原因还包括人为因素以及氯离子等因素的影响，因此在日常使用的过程中，应当对供给水的氯离子含量以及pH值进行全面的控制。而针对部分氯离子含量较大的情况处理，可以采用加入AgNO3的方式，促进氯离子的沉淀，但由于此方法会提高生产企业的杀菌成本，因此不建议采用。另外，可以采取电渗析技术，以此来降低水中的氯离子浓度，或采取反渗析的方式，其不仅可以减少氯离子浓度，同时也具有耗能较少、效果较好等主要优势。除此之外，检修过程中的不当操作也会对杀菌锅带来机械损伤，因此应当做好对杀菌锅的定期维护和保养工作，延长杀菌锅的使用寿命。

4 结语

综上所述，碳钢材质杀菌锅的腐蚀失效作为食品生产企业在杀菌环节中存在的主要问题，通过本研究对某食品生产工厂内的碳钢材质杀菌锅腐蚀失效原因进行分析，发现其主要是由于受到了小推车的反复撞击而形成的一种机械碰撞性的磨损失效。因此，针对碳钢材质杀菌锅的腐蚀失效改进和处理应当首先以改进杀菌锅的结构为主，通过增加垫板或于小推车前端增加软性材料等方式，进一步减少小推车对于封头所产生的反复撞击力。同时，针对部分有条件的生产企业也可以通过更换杀菌锅材质等方式以此来减少杀菌锅的腐蚀失效现象。