关于红锈的几点认识

xutongxiang01

制药用水系统管道经常出现红锈现象，最近根据网上学到的知识，做了一些提炼、总结。

有关红锈的几点认识

一、表现形式

   在制药用水系统，特别是注射用水系统及纯蒸汽系统管路，管道内壁与刚开始组装时，有很大的颜色上的变化，不是银灰色的金属色，而是红色，称之为红锈现象，如图1。

图1

    红锈似乎是位置（设备）特异性，因为它有各种形态和结构。红锈有多种颜色，包括：橘色、淡红色、红色、红褐色、紫色、蓝色、灰色和黑色等，如图2。

图2

二、主要成分

红锈膜的主要成分是三价的铁氧化物，但它也可能含有不同形式的铁、铬和镍。通过俄歇电子能谱仪（俄歇电子能谱仪是测量试样俄歇电子能量的电子能谱仪。适用于表面元素分析，对原子序数较小的元素灵敏度高。），发现红锈膜外层富含碳，在下层富含铁和氧，肯能是氧化铁。

三、形成的原因

   红锈形成以及增殖的确切的机理是未知的。因为该现象出现在能提供最多的腐蚀环境的系统中，有人认为不锈钢的低分子量的离子（如铁）被拉到金属表面，溶解并再沉积在整个系统中。也有人认为红锈可能是自然界胶体性质的外部污染，这种胶体一旦存在于系统就可以均匀沉积。

    我认为不锈钢在高温、氧气的条件下，表面发生反应，导致表面腐蚀，形成铁氧化合物的可能性更大一点。比如，纯蒸汽管道内壁的红锈，因为纯蒸汽制备时是以纯化水为原水，而纯化水制备时经反渗透过滤，水中的胶体已被去除，又何来胶体呢!

   下面介绍形成铁氧化合物的成因：

   首先，我们看一下不锈钢的材料成分表，如下：

在上表中，L表示不锈钢的碳含量很低，有利于确保自动氩弧焊成型质量，但其实成分中主要还都是铁。

不锈钢中Fe含量最高，那么，在有水，水中和有氧气的水系统管道中，势必后形成一定的微化学反应：

这张图是红锈的机理之一，虽然它不是业内唯一的解释理论，但比较形象，就是在反应初期形成了氢氧化亚铁，而随着进一步反应，会形成FeO，三氧化二铁和四氧化三铁，同时，不同的氧化铁化合物，其颜色也有差异。

（在金属腐蚀理论中，有很多的腐蚀原理。腐蚀可通过其自身的形成方式来进行分类；分类的基础是腐蚀金属的表现和造成腐蚀的原因，常见的腐蚀有均匀腐蚀、电化学腐蚀、缝隙腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀裂纹和晶间腐蚀。可能各种腐蚀间都会有一些差异，但我们只要记住有腐蚀就好了，红锈，气蚀也是一种腐蚀后的现象，刚开始，我们的管道是抛光度很好的，使用一段时间后，会发生腐蚀带来的红锈现象。）

四、主要影响

红锈，到底有哪些危害呢？从风险分析的不同角度可以总结出以下四个方面的影响，见图3：

图3

（纯化水与注射用水都有性状的检查（虽然在国外属于产品水，不测），注射用水和纯化水是原料，如果有大量红锈颗粒，可能是个很麻烦的事情，有几个工况，需要尤为关注：1、无菌原料药的结晶罐工段；2、洗瓶机；3 、产品本身与Fe元素反应。另外一个问题，为什么红锈广泛存在，但我们在做无菌制剂时，它为什么没有带来严重的质量缺陷？很简单，因为我们有终端过滤器，它的本意是过滤微生物，实际上也做了一个补充功能，过滤颗粒物。）

五、如何规避。

红锈在实际生产实践过程中，经常会出现，想要完全避免，几乎不可能，但我们可以制造、维护方面进行有效控制，降低红锈危害的风险。

1、控制管道表面光洁度

如果表面粗糙，肯定容易滋生微生物，因为微生物的平均粒径时1um，同时，如果粗糙，钝化时效果也不会很好，未来很容易钝化层失效，红锈大量滋生，所以，给大家的建议，有微生物荷载控制的流体工艺，例如水系统，配液和CIp，抛光度不高于0.6um，有微生物荷载控制的系统，可排尽是必须的要求，也就是坡度，重力下排口等需求。

2、控制管道介质温度

首先，红锈与温度关系非常大，同一个施工队，同样的材料，为什么纯化水红锈不明显，注射用水很明显？因为，从化学反应速率来说，铁素与氢氧根反应，生成氢氧化亚铁，氢氧根离子浓度越高，反应速率越快，因此，往往WFI比较糟糕。25度常温，大家都知道水的pH为7，也就是氢根与氢氧根的乘积为10的-14次方，100度的沸水，氢根与氢氧根的乘积为55倍的10的-14次方，那么，在80度左右时的WFI，同样的状态，简单估计，可能反应速率会是常温纯化水的6-7倍。（水温长期在85℃以上更易于红锈形成。）

2、做好管道表面钝化，投入运行后也要定期清洗、钝化。

很多人都在关注生物膜，其实生物膜肯定是红锈的一个衍生出来的问题，我给大家看一张图：

上图左边是刚钝化后的管道，钝化膜厚度1-2.5nm，铬铁比1.5，好的钝化，除了用内窥镜看外表面成型外，更科学的量化依据是测定铬铁比，从直观来讲，三氧化二铬代表的是钝化层，三氧化二铁代表的是红锈，所以，铬铁比大，说明钝化层占优势，铬铁比小，说明红锈占上风。目前，工程上采用的多是内窥镜检测方法，这个也可以判断个大概。如下图：

这是内窥镜检查的一个图片，可以看到，焊接质量好的话，钝化后才能效果好，所以，焊接质量不好的不锈钢焊缝，不可能控制红锈的滋生。任何一个严重焊接质量点，都是红锈的源泉。

    系统投入运行后，可依据红锈问题的严重性确定使用磷酸、柠檬酸、草酸和柠檬酸铵类。草酸溶液用于最差的生锈情况。用草酸冲洗后，必须要用硝酸钝化。(通常先用1%的氢氧化钠溶液进行碱洗，可去除管道内生物膜，新安装管道还有脱脂的功效，使得后续酸洗过程中铬氧化合物更易形成；碱洗冲净后，在用8%的硝酸溶液进行酸洗。)

六、有关文献描述

1、2010药品GMP指南《厂房设施与设备》第213页提到有关红锈的描述。

2、在ASME BPE和ISPE上有对红锈分类的介绍。

皇后

图呢
表呢

syhorchid

谢谢分享

静水蓝心

学习下

孙艳红

请补充完整呗

茶语人生

学习一下，感谢分享。

chenjiao501

谢谢整理总结，学习

mxb6095

请补充完整呗

王陆123

LZ图呢？ 图呢？

yayi98

其实，这些都是一些理论数据，真正的红锈生成原因是一个多方面因素综合造成的，只是说WFI的高温时其中比较重要的因素而已，我们在系统使用的时候尽量去降低这个因素发生的可能性，还有比如材料情况、灭菌次数、停产次数、循环泵的能力、清洗球的能力……
需要我们在使用中不断的收集信息，找到它，规避它；
给大家一个照片，看一下她的严重程度。

jixia

yayi98 发表于 2017-1-12 11:28
其实，这些都是一些理论数据，真正的红锈生成原因是一个多方面因素综合造成的，只是说WFI的高温时其中比较 ...

这种锈还比较好除

北重楼

红锈目前国内不是太重视

yayi98

dingkaiwang 发表于 2017-1-12 12:53
这种锈还比较好除

是的，这种是很典型的二类红锈，但是确是危害最大的一种

hl241

整理得不错！

hhp

不错，楼主辛苦啦，谢谢分享。

兰仰光

钝化的周期： 一般制药厂的水系统正常运行一年，最长不超过两年，即使水质各项检测指标都合格，也应进行1次酸洗钝化[8]，以消除红锈可能造成的安全风险。
综上所述，制药用水系统-注射水系统中出现的红锈现象是由富铁物质组成的小粒子在系统内壁聚集产生的，是不锈钢氧化腐蚀的产物。
材质达标是主要的原因之一，在系统建设一定要确保材质的达标。制药用水系统-注射水系统中系统的价值远远大于水系统的价格。在选择水系统中一定要把价值、品质、服务、品牌、专业、恒久服务考虑在首位。厂家质保期正常都是在一年或两年，但是水系统服务企业的周期不只是一、两年，大多都是十几年或几十年以上。
不锈钢内表面氧化腐蚀的成因很复杂，影响红锈产生的因素也很多，对于目前国内外所有的药厂来说，制药用水系统中红锈的产生依然是不能完全避免的。但是，可以通过提高前期设计建造的工程质量、中期合理的运行管理、定期系统酸洗钝化维护处理等相结合的方法，尽可能地降低红锈的产生概率及其所带来的质量风险。不断降低安全风险、提升产品质量，这也是SFDA对制药企业的一贯要求。

陈科

感谢分享！