滅菌器產(chǎn)生腐蝕裂紋的原因分析

隋守娟

摘 要：本文主要分析了一臺(tái)醫(yī)用滅菌器內(nèi)筒筒體產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的原因及影響因素。通過(guò)對(duì)新舊醫(yī)用滅菌器使用情況的分析，作者發(fā)現(xiàn)該臺(tái)醫(yī)用滅菌器產(chǎn)生裂紋的主要原因與其所使用的內(nèi)筒材料、使用環(huán)境和應(yīng)力集中有關(guān)。本文再次論證了不銹鋼材料在有Cl存在的環(huán)境條件下，在結(jié)構(gòu)突變有應(yīng)力集中的部位極易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。本文從幾個(gè)方面闡述了避免此類醫(yī)用滅菌器產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的方法，比如改變盛裝介質(zhì)器具、內(nèi)筒材料的選取、改變內(nèi)筒結(jié)構(gòu)以及容器投用后的使用環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：醫(yī)用滅菌器；裂紋；應(yīng)力腐蝕；氯離子

Abstract：The article mainly analyse the reasons of a medical sterilizer developing stress corrosion flaws.Through the analysis of service condition of the old and new medical sterilizer，the generation of crack mainly related to inside the tube material of the medical sterilizer、service environment and stress concentration.The article argument again，stainless steel easy to produce corrosion crack in Cl condition in the stress concentration area of structural mutation. The article Expoud the method of avoiding stress corrosion flaws of this type of medical sterilizers from aspects of the changing the loading medium apparatus、inside the tube material selection、the changing structure of inner barrel and the use of the container after putting-in-service proavtively link.

Keywords：medical； sterilizer； stress corrosion； Cl

中圖分類號(hào)：TQ053 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

醫(yī)用滅菌設(shè)備是現(xiàn)代化醫(yī)院的必備設(shè)施，在醫(yī)院防疫控制工作中發(fā)揮著重要的作用，在各大醫(yī)院、血液中心和疾病防疫控制中心等醫(yī)療行業(yè)都有著廣泛的應(yīng)用。目前隨著人們對(duì)醫(yī)用衛(wèi)生條件要求的逐步提高，近幾年來(lái)制造醫(yī)用滅菌器的內(nèi)筒筒體和封頭所選用的材料也從傳統(tǒng)的碳鋼材料轉(zhuǎn)為符合國(guó)家要求的具有衛(wèi)生級(jí)別的不銹鋼金屬材料（醫(yī)用滅菌器屬于夾套容器，一般夾套材料采用碳鋼材料，內(nèi)筒材料采用不銹鋼材料）。壓力容器檢驗(yàn)人員對(duì)在用醫(yī)用滅菌器這類壓力容器檢驗(yàn)過(guò)程中，極少發(fā)現(xiàn)有腐蝕裂紋的情況，但是在最近檢驗(yàn)中壓力容器檢驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)一臺(tái)有腐蝕裂紋的醫(yī)用滅菌器。壓力容器檢驗(yàn)人員根據(jù)該臺(tái)醫(yī)用滅菌器的使用情況和裂紋分布情況，分析了其產(chǎn)生裂紋的原因和影響因素，對(duì)今后醫(yī)用滅菌器的檢驗(yàn)檢測(cè)工作具有很好的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。

1.醫(yī)用滅菌器基本情況介紹

該臺(tái)滅菌器由國(guó)內(nèi)某醫(yī)療器械公司于2008年4月制造，于2008年11月正式投入使用。該滅菌器內(nèi)筒尺寸長(zhǎng)×寬×高為1000×600×600 mm，內(nèi)筒筒體材料為304（304相當(dāng)于我國(guó)的0Cr19Ni9），厚度為5mm；內(nèi)筒的封頭材料為SUS304，厚度為6mm；內(nèi)筒設(shè)計(jì)壓力為0.23MPa；內(nèi)筒設(shè)計(jì)溫度為140℃；內(nèi)筒工作介質(zhì)為水蒸氣。

在2012年對(duì)該臺(tái)醫(yī)用滅菌器進(jìn)行首次檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)有肉眼可見的裂紋，后用無(wú)損檢測(cè)滲透法對(duì)失去金屬光澤部位進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該臺(tái)壓力容器內(nèi)筒多處產(chǎn)生裂紋（見如圖1和圖2），內(nèi)筒筒體有些部位甚至裂穿。

2.滅菌器產(chǎn)生裂紋的原因分析

（1）該臺(tái)醫(yī)用滅菌器的使用環(huán)境

該臺(tái)醫(yī)用滅菌器在某疾病防疫控制中心使用，向該醫(yī)療機(jī)構(gòu)工作人員了解了該滅菌器的使用情況。一是該臺(tái)滅菌器使用頻率較高，只要不出現(xiàn)故障，都是滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)；再有一個(gè)最關(guān)鍵性的因素就是該滅菌器是用來(lái)壓生理鹽水的（生理鹽水是指生理學(xué)實(shí)驗(yàn)或臨床上常用的滲透壓與動(dòng)物或人體血漿的滲透壓相等的氯化鈉溶液。其濃度用于兩棲類時(shí)是0.67%～0.70%，用于哺乳類和人體時(shí)是0.85%～0.9%）。鹽水中含有Cl-，雖然放進(jìn)滅菌器的鹽水是用玻璃瓶盛裝的，但是在滅菌的過(guò)程中，隨著滅菌器內(nèi)筒內(nèi)水蒸汽溫度的升高，有的玻璃瓶會(huì)在滅菌的過(guò)程中發(fā)生爆炸，這樣盛裝在玻璃瓶?jī)?nèi)的鹽水就會(huì)飛濺到滅菌器內(nèi)筒筒體上。根據(jù)金屬材料學(xué)有關(guān)不銹鋼的特性，在有氯離子作用的環(huán)境下，不銹鋼的抗應(yīng)力腐蝕能力大大降低，極易發(fā)生晶間應(yīng)力腐蝕和點(diǎn)蝕，進(jìn)而發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。

該醫(yī)療機(jī)構(gòu)工作人員反應(yīng)，以前用的那臺(tái)老式醫(yī)用滅菌器，也是用來(lái)壓生理鹽水用的，使用環(huán)境和工況跟現(xiàn)在在役的滅菌器是一樣的，老式滅菌器用了十幾年一點(diǎn)問(wèn)題都沒(méi)有。因?yàn)槔鲜綔缇靼凑找?guī)定還未辦完報(bào)廢手續(xù)，于是在醫(yī)療工作人員的帶領(lǐng)下，我們對(duì)老式滅菌器內(nèi)筒筒體做了現(xiàn)場(chǎng)宏觀檢查項(xiàng)目，經(jīng)檢驗(yàn)確實(shí)未發(fā)現(xiàn)任何異常狀況。同樣的使用條件，為什么一臺(tái)產(chǎn)生裂紋一臺(tái)完好無(wú)損呢？壓力容器檢驗(yàn)人員讓該醫(yī)療機(jī)構(gòu)的工作人員找出老式滅菌器的出廠原始技術(shù)資料。經(jīng)審查其產(chǎn)品質(zhì)證書發(fā)現(xiàn)，老式滅菌器內(nèi)筒筒體所用材料為A3碳鋼（A3材料等同于現(xiàn)在的Q235-A材料），而我們知道A3碳鋼這種材料對(duì)Cl-是不敏感的。

從上述分析可以初步確定：在有Cl-的環(huán)境下，新舊滅菌器內(nèi)筒所使用的金屬材料不同是決定其是否產(chǎn)生裂紋的最主要的原因。相關(guān)文獻(xiàn)也記載了，雖然304不銹鋼材料具有良好的耐腐性能而獲得了廣泛的應(yīng)用。但在氯離子的作用下，304不銹鋼會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂。endprint

因?yàn)樵撆_(tái)滅菌器內(nèi)筒使用的介質(zhì)是水蒸氣，當(dāng)鹽水飛濺到內(nèi)筒壁上，因?yàn)閮?nèi)筒筒體壁溫較高可達(dá)140℃，鹽水遇熱就會(huì)濃縮，在這種情況下Cl-濃度就會(huì)大大增加。加之該設(shè)備的操作人員和維護(hù)人員不清楚此種情況，在清洗內(nèi)筒筒壁的時(shí)候只是簡(jiǎn)單的擦洗，因此Cl-極易在內(nèi)筒筒壁突變處積聚，當(dāng)Cl-濃度達(dá)到臨界值時(shí)，不銹鋼表面的鈍化膜就會(huì)遭到破壞形成蝕孔，這些蝕孔往往會(huì)成為應(yīng)力腐蝕源，導(dǎo)致304不銹鋼發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂。應(yīng)力腐蝕幾乎出現(xiàn)在目前工程中所選用的所有常用不銹鋼和合金中。

（2）應(yīng)力集中作用的原因

壓力容器檢驗(yàn)人員對(duì)裂紋產(chǎn)生的部位進(jìn)行了仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)該臺(tái)滅菌器內(nèi)筒產(chǎn)生的裂紋基本上與加強(qiáng)筋平行（從圖1和圖2可以很明顯的看到），而且產(chǎn)生的裂紋主要分布在內(nèi)筒和加強(qiáng)筋相連接的部位（從圖2可以很明顯的看出），該臺(tái)滅菌器內(nèi)筒其他平緩部位并未發(fā)現(xiàn)任何裂紋。我們看到內(nèi)筒和加強(qiáng)筋連接的部位結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了突變，與其他部位相比，這些突變部位的應(yīng)力是高度集中的。同樣在有Cl-存在的條件下，突變部位與其他部位相比較產(chǎn)生裂紋的幾率就會(huì)大大增加。

經(jīng)上述分析，壓力容器檢驗(yàn)人員得出該臺(tái)滅菌器內(nèi)筒筒體產(chǎn)生的裂紋應(yīng)為應(yīng)力腐蝕裂紋，Cl-的積聚和突變處應(yīng)力的高度集中是導(dǎo)致該臺(tái)滅菌器內(nèi)筒筒體產(chǎn)生裂紋的兩個(gè)主要因素。

結(jié)論

（1）改變盛裝生理鹽水的器具，使用在該種工作情況下即使內(nèi)筒內(nèi)介質(zhì)溫度升高也不會(huì)產(chǎn)生爆炸的器具，這樣就避免了因器具爆破而鹽水飛濺到滅菌器內(nèi)筒上的問(wèn)題。

（2）合理選材

用來(lái)壓生理鹽水的滅菌器內(nèi)筒選材可以選用耐應(yīng)力腐蝕的材料，如高純奧氏體鉻鎳鋼，高硅奧氏體鉻鎳鋼，高鉻鐵素體鋼和鐵素體—奧氏體雙相鋼。其中以鐵素體—奧氏體雙相鋼的抗應(yīng)力腐蝕能力最好。醫(yī)療機(jī)構(gòu)可以根據(jù)自己滅菌器的使用環(huán)境向滅菌器制造廠家專門定制內(nèi)筒材料具有耐應(yīng)力腐蝕的滅菌器，這樣可以解決了滅菌器內(nèi)筒產(chǎn)生裂紋的問(wèn)題，同時(shí)可以節(jié)約大量資金。

（3）改變內(nèi)筒結(jié)構(gòu)

滅菌器生產(chǎn)廠家針對(duì)此類壓力容器的使用情況，可以改變不用加強(qiáng)筋，采用其他連接方式，把結(jié)構(gòu)突變部位消除掉，以減少或消除應(yīng)力集中。

（4）醫(yī)療機(jī)構(gòu)針對(duì)此種情況，可以采取相應(yīng)措施，減少Cl-濃度積聚的情況，比如每次用完后用水沖洗，尤其是結(jié)構(gòu)突變處。這樣也能夠延長(zhǎng)此類滅菌器的使用壽命。

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