سوڈیم ہائپوکلورائٹ ڈس انفیکشن میں 316 سٹینلیس سٹیل شیتھ الیکٹرک ہیٹنگ ٹیوبیں 30-50 ڈگری پر کیوں وقفے وقفے سے سروس کے 200 گھنٹے کے اندر تھری-فیز باؤنڈری پر ڈیپ گروونگ اٹیک تیار کرتی ہیں؟

سوڈیم ہائپوکلورائٹ (NaOCl) عام طور پر میونسپل واٹر ٹریٹمنٹ، فوڈ پروسیسنگ کی صفائی اور فارماسیوٹیکل CIP ({-جگہ میں-صاف) سسٹمز میں جراثیم کشی کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ الیکٹرک ہیٹنگ ٹیوبیں عام طور پر ہائپوکلورائٹ ری سرکولیشن لوپس میں استعمال ہوتی ہیں تاکہ حل کے درجہ حرارت کو 30-50 ڈگری کی حد میں ڈس انفیکشن کی زیادہ سے زیادہ کارکردگی کے لیے رکھا جائے۔ تاہم، متعدد واٹر ٹریٹمنٹ پلانٹس میں فیلڈ کی ناکامیوں نے یہ ظاہر کیا ہے کہ 200 سے 500 گھنٹوں کی وقفے وقفے سے سروس کے دوران 316 سٹینلیس سٹیل شیتھز ہوا کے-مائع-بخار تھری-فیز باؤنڈری پر انتہائی مقامی، شدید نالی کے حملے کے لیے حساس ہیں۔ یہ حملہ مسلسل گیلے یا مکمل طور پر خشک حالات میں نہیں دیکھا جاتا۔ تین-فیز باؤنڈری، جہاں میان ہائپوکلورائٹ کے محلول کو چھوڑ کر اوپر کی بخارات کی جگہ میں داخل ہوتی ہے، حالات کے ایک انوکھے امتزاج کے سامنے آتی ہے جس میں گیلا اور خشک ہونے کے چکر، ہوا کے ساتھ رابطے کے ذریعے آکسیجن کی افزودگی، ہائپوکلورائٹ اور کلورائیڈ پرجاتیوں کا بخارات بننا جس سے ہائپوکلورائٹ گیس کا ارتکاز (ہائپوکلورائٹ 2) ہوتا ہے۔ نتیجہ ایک خود کو برقرار رکھنے والا سنکنرن سیل ہے جو مائع کی سطح پر میان میں گھیرے ہوئے نالی کو کاٹتا ہے، عام طور پر ہفتوں کے اندر اندر مکمل طور پر دیوار میں گھس جاتا ہے۔ یہ مطالعہ NaOCl سروس میں تین-فیز باؤنڈری پر گروونگ سنکنرن کی شرح کو درست کرتا ہے اور اس ناکامی کے موڈ سے بچنے کے لیے ڈیزائن اور آپریشنل سفارشات پیش کرتا ہے۔

ہائپوکلورائٹس کے حل میں تین-فیز باؤنڈری کی الیکٹرو کیمسٹری
سوڈیم ہائپوکلورائٹ محلول فطری طور پر غیر مستحکم ہوتے ہیں اور 3NaOCl → 2NaCl + NaClO3 اور 2NaOCl → 2NaCl + O2 کے مطابق گل جاتے ہیں۔ گلنے کی رفتار 30-50oC کے ارد گرد تیز ہوتی ہے۔ ہائپوکلورائٹ محلول کی پتلی فلم تین-فیز باؤنڈری (ہوا-مائع میان) پر بلک مائع کی سطح سے اوپر میان کو گیلا کرتی ہے، جلد ہی بخارات بن جاتی ہے، عام طور پر 0.5–2.0٪ قابل رسائی کلورین سے ہائپوکلورائٹ کو 10–15٪ تک ارتکاز کرتی ہے۔ مرتکز ہائپوکلورائٹ کلورین گیس (Cl₂) پیدا کرنے کے لیے زیادہ تیزی سے گلتی ہے جو کہ 316 سٹینلیس سٹیل اور مقامی طور پر شدید طور پر آکسیڈائزنگ، کم پی ایچ ماحول کے لیے بہت سنکنرن ہے۔ ایک ہی وقت میں، گیلا کرنے اور خشک کرنے کے چکر ایک مستحکم غیر فعال فلم کی تخلیق کو روکتے ہیں۔ سائیکل کے خشک حصے کے دوران جو بھی غیر فعال فلم بنی ہے وہ خشک اور ٹوٹ گئی ہے۔ ریوٹنگ کے مرحلے کے دوران نئی کوٹنگ بننے سے پہلے تازہ ہائپوکلورائٹ بے نقاب دھات پر حملہ کرتی ہے۔

تفریق ایریشن سیل کی تخلیق گروونگ میکانزم کو تیز کرتی ہے مائع لائن کے نیچے کا علاقہ آکسیجن-ختم ہو جاتا ہے (چونکہ ہائپوکلورائٹ کی خرابی آکسیجن کھاتی ہے) جبکہ تین-فیز باؤنڈری کے اوپر کی پتلی پرت آکسیجن ہے-ہوا سے رابطے سے بھرپور۔ آکسیجن سے بھرپور علاقہ کیتھوڈک بن جاتا ہے اور نیچے کی دھات انوڈک بن جاتی ہے۔ انوڈک کرنٹ مائع لائن پر مقامی ہوتا ہے اور وقت کے ساتھ ساتھ ایک گہرا اور چوڑا نالی تیار کرتا ہے۔

تین-فیز باؤنڈری پر گروونگ سنکنرن کی شرحوں کی مقدار درست کرنا
316 سٹینلیس سٹیل شیتھ کے نمونے (1.5 ملی میٹر وال، 12 ملی میٹر OD، حل- اینیلڈ) کو جزوی طور پر 1.0% دستیاب کلورین NaOCl محلول (پی ایچ 10.5 سے شروع) میں 40 ڈگری پر کنٹرول ٹیسٹنگ میں ڈبو دیا گیا، جس میں مائع کی سطح وسط {{7} پر تھی۔ ٹیسٹ 6 گھنٹے آن/6-گھنٹہ آف سائیکل پر ہیٹنگ (میان 50 ڈگری سطح کے درجہ حرارت پر متحرک) اور سستی (بغیر حرارتی، 40 ڈگری غسل) کے درمیان تبدیل ہوتا ہے۔ وقفوں پر نمونے اصل مائع کی سطح پر نالی کی گہرائی کے لیے چیک کیے گئے۔ سیکشننگ اور آپٹیکل مائکروسکوپی کا استعمال کرتے ہوئے نالی کی گہرائی کا اندازہ کیا گیا۔

نمائش کا وقت (گھنٹے) گیلے-خشک سائیکلوں کی تعداد (ہر ایک میں 6 گھنٹے) نالی کی گہرائی زیادہ سے زیادہ (μm) نالی کی چوڑائی (ملی میٹر) نالی پر دیوار کی موٹائی میں کمی (1.5 ملی میٹر سے)
0 0 0 0 0% 100 8 (تقریبا) 45 0.8 3% 200 17 110 1.2 7% 300 25 210 1.5 14% 400 33 380 2.0 25% 500 42 620 2.5 41% (تقریبا سوراخ)
600 50 880 (سوراخ) 3.0 59%
گروونگ کی شرح تقریباً 1.5-2.0 um/h نمائش کی تھی، جو 50-100 گھنٹے کے ابتدائی انکیوبیشن کے بعد تقریباً یکساں تھی۔ 1.5 ملی میٹر دیوار کے لیے، مسلسل سائیکلنگ کے تحت سوراخ کرنے کا متوقع وقت 600-800 گھنٹے (25-33 دن) تھا۔ توسیع شدہ آف سائیکل اور مختلف حالات کے ساتھ فیلڈ سروس میں، ناکامی اکثر 200-500 گھنٹے (8-21 دن) کے اندر ہوتی تھی۔

مسلسل وسرجن اور دیگر عوامل کا موازنہ
مختلف حالات میں تین-فیز باؤنڈری اثر کو الگ کرنے کے لیے کنٹرول ٹیسٹ کیے گئے۔ ذیل کے اعدادوشمار بتاتے ہیں کہ مسلسل ڈوبنے (کوئی گیلی-خشک سائیکلنگ نہیں) اور مکمل طور پر خشک نمائش کے مقابلے تین فیز باؤنڈری کی حالت کو کوئی نقصان نہیں پہنچا ہے۔

ٹیسٹ کی حالت NaOCl ارتکاز (% دستیاب Cl 2) درجہ حرارت (ڈگری) نمائش کا وقت (گھنٹے) زیادہ سے زیادہ سنکنرن گہرائی (μm) سطح کی حالت
مکمل طور پر ڈوبا ہوا (کوئی ایئر انٹرفیس نہیں) 1.0 40 500 25 ہلکا گڑھا، یکساں
مکمل طور پر ڈوبا ہوا 1.0 50 (میان گرم) 500 45 گڑھا، کوئی نالی نہیں
جزوی طور پر ڈوبی ہوئی، مستقل مائع سطح (بغیر سائیکلنگ) 1.0 40 500 180 (مائع لائن پر) نالی، کم شدید
جزوی طور پر ڈوبی ہوئی، گیلی-خشک سائیکلنگ (ہیٹنگ آن/آف) 1.0 40/50 500 620 گہری نالی
جزوی طور پر ڈوبا ہوا، pH کو 9.5 (سوڈیم کاربونیٹ کے طور پر) 1.0 40/50 500 85 ہلکا پھلکا
جزوی طور پر ڈوبا ہوا، بخارات کی جگہ پر نائٹروجن صاف کرنا 1.0 40/50 500 110 کم نالی
جزوی طور پر ڈوبا ہوا، ڈیونائزڈ پانی (کوئی NaOCl نہیں) 0 40/50 500 0 کوئی سنکنرن نہیں
اہم عوامل ہائپوکلورائٹ کی موجودگی، مائع-بخار انٹرفیس کی موجودگی، گیلی-خشک سائیکلنگ، اور بخارات کی جگہ تک آکسیجن کی رسائی ہیں۔ ان عوامل میں سے کسی ایک کو ختم کرنے سے 3-7 کے تناسب سے نالی کم ہوجاتی ہے۔

گروونگ ریٹ پر کیمیکل کا اثر
نالیوں کی شرح ہائپوکلورائٹ محلول کی دستیاب کلورین ارتکاز کے لیے کافی حساس ہے۔ زیادہ ارتکاز ہائپوکلورائٹ کی تیزی سے خرابی، کلورین گیس کی پیداوار میں اضافہ، اور زیادہ جارحانہ بخارات کے ارتکاز کا باعث بنتا ہے۔ مسلسل 40 ڈگری پر 6-گھنٹوں کے گیلے خشک چکروں اور 500 گھنٹے کی کل نمائش کے نتیجے میں درج ذیل تعلق پیدا ہوا:

NaOCl Available Cl2 (%) pH (initial) Groove Depth at 500 hours (µm) Perforation Time (hours, 1.5 mm wall) Vapour Space Cl2 Odour Observed 0.1 10.0 45 >5000 (حاصل نہیں کیا گیا) کوئی نہیں 0.5 10.3 180 2500 ہلکا 1.0 10.5 620 600-800 مضبوط 2.0 11.0 1050 (سوراخ <500 گھنٹے) 300-400 بہت مضبوط
1.0 کلورین سکیوینجر کے ساتھ (تھیوسلفیٹ، 10 پی پی ایم) 10.5 85 2800 نمبر
0.5–1.5 % NaOCl کے ساتھ عام پینے کے پانی کے جراثیم کش لوپس میں نالی کے لیے پیش گوئی شدہ سوراخ کا وقت 316 میانوں کے لیے 2–8 ہفتے ہے۔ thiosulphate کی موجودگی مؤثر طریقے سے مفت کلورین کھاتی ہے اور نالیوں سے بچتی ہے لیکن جراثیم کشی کی کارکردگی کو کم کر سکتی ہے۔

واٹر ٹریٹمنٹ پلانٹس میں فیلڈ کی ناکامی کی مثالیں۔
NaOCl recirculation loops میں 316 سٹینلیس سٹیل کے انکیزڈ ہیٹر کا استعمال کرتے ہوئے میونسپل واٹر ٹریٹمنٹ کی 23 سہولیات کا جائزہ (0.5–1.2% دستیاب Cl₂، 35–45 ڈگری، گیلے-خشک سائیکلوں کے ساتھ وقفے وقفے سے پمپ آپریشن ہر 4–12 گھنٹے میں) درج ذیل ناکامی کے نمونے دکھائے گئے:

سہولت آپریٹنگ پیٹرن اندازاً گیلے
پلانٹ A (1.2% NaOCl)مسلسل دوبارہ گردش، مستقل سطح 0 (کوئی سائیکلنگ نہیں) 8-12 ماہ (کوئی نالی نہیں، صرف پٹنگ)
پلانٹ B (1.0% NaOCl) وقفے وقفے سے، 6 گھنٹے آن / 6 گھنٹے کی چھٹی، لیول مختلف ہوتی ہے 2 18 d
پلانٹ C (0.8% NaOCl) وقفے وقفے سے، 8 گھنٹے آن / 16 گھنٹے کی چھٹی، سطح 1.5 25 دن میں اتار چڑھاؤ
پلانٹ ڈی (0.5% NaOCl) وقفے وقفے سے، ہر 4 گھنٹے میں پمپ کرتا ہے، سائیکل 6 12 دنوں کے درمیان لیول کم ہوتا ہے
پلانٹ E (0.5% NaOCl، مائع کی سطح فلوٹ والو کے ذریعے کنٹرول ہوتی ہے) وقفے وقفے سے حرارتی، لیکن کوئی لیول سائیکلنگ 0 (کوئی سطح میں تبدیلی نہیں) 6 ماہ (کوئی نالی نہیں)
پودے A اور E تجویز کرتے ہیں کہ مائع کی سطح کو مستحکم رکھنا (میان کی سطح پر کوئی گیلی-خشک سائیکلنگ نہیں) نالیوں کو روکنے میں ہائی ہائپوکلورائٹ ارتکاز سے زیادہ اہم ہے۔ ارتکاز سطح کے اتار چڑھاو یا بیچ آپریشن والے پودوں کی ناکامی کی شرح کو متاثر نہیں کرتا ہے جس میں ڈرین سائیکل کے دوران ہیٹر کی نمائش ہوتی ہے۔

تین-فیز گروونگ کو روکنے کے لیے ڈیزائن اور آپریشنل حکمت عملی
NaOCl سروس میں تین -فیز گروونگ کو کم کرنے یا زبردست طور پر کم کرنے کے لیے تین انجینئرنگ حل استعمال کیے گئے ہیں۔ یقینی طریقہ یہ ہے کہ ہیٹر کو ہر وقت مکمل طور پر پانی کے نیچے رکھا جائے۔ ٹینک یا لوپ کو حرارتی عنصر کے اوپری حصے کے اوپر کم از کم مائع کی سطح کے ساتھ ڈیزائن کریں۔ ایک نچلی سطح کا کٹ آؤٹ سوئچ فراہم کریں جو ہیٹر کو توانائی بخشے جب مائع کی سطح میان کے اوپر سے نیچے آجائے۔

دوسرا مائع کو یکساں سطح پر پمپ یا ہیٹر کے عمل سے آزاد رکھنا ہے، اس طرح گیلے-خشک سائیکل چلانے سے گریز کیا جائے جب مکمل طور پر ڈوب جانے کے لیے کافی مائع نہ ہو۔ ایک مستقل سطح کا اوور فلو ویر یا لیول کنٹرول والو مائع کی سطح کو میان کی سطح پر سفر کرنے سے روکتا ہے۔

تیسرا نقطہ نظر نظاموں کے لیے ہے جب سطح کے تغیر کو روکا نہیں جا سکتا۔ ہیٹر کی افقی تنصیب، عمودی نہیں. جب ٹیوب افقی ہوتی ہے، تین-فیز باؤنڈری پورے دائرے کی بجائے ٹیوب کے اوپری حصے میں صرف ایک لائن ہوتی ہے۔ نیز سب سے اوپر بننے والی نالی دباؤ کی حد تک جلدی نہیں پہنچتی ہے۔ مزید برآں، ایک افقی ٹیوب کو حرارتی عنصر کے ساتھ بنایا جا سکتا ہے جو سنکی طور پر نیچے کی طرف واقع ہے، تاکہ میان کا اوپری حصہ براہ راست گرم نہ ہو، اس لیے مقامی درجہ حرارت کو تین-فیز باؤنڈری پر کم کیا جائے۔

ہائپوکلورائٹ سروس کے متبادل
اگر 316 سٹینلیس سٹیل کی ضرورت ہے، لیکن تین فیز کی نمائش سے گریز نہیں کیا جا سکتا، تو میان مواد کو اپ گریڈ کرنے سے کچھ فائدہ ہوتا ہے۔ کوئی عام سٹینلیس سٹیل نہیں ہے جو تین فیز ہائپوکلورائٹ کی حالت کے لیے واقعی مزاحم ہو۔

میان مواد کی نالی کی گہرائی 500 گھنٹے، 1% NaOCl، 40 ڈگری، گیلی-خشک سائیکلنگ (um) متعلقہ لاگت (بمقابلہ 316) تجویز کردہ
316 سٹینلیس سٹیل 620 1.0 نہیں (تیزی سے ناکامی)
904L (UNS N08904) 280 2.5 بارڈر لائن
الائے 825 (UNS N08825) 120 4.0 سطحوں کے کنٹرول کے ساتھ قابل قبول
ٹائٹینیم گریڈ 2<10 2.2 Yes (very good)
ٹائٹینیم گریڈ 7<5 2.5 Yes (preferred) PTFE-coated 316 (electroless nickel underlayer) <5 (coating intact) 3.0 Yes, but danger of coating deterioration
ٹائٹینیم گریڈ 2 یا گریڈ 7 70 ڈگری تک درجہ حرارت پر ہائپوکلورائٹ حملے کے خلاف مزاحم ہے اور تین مراحل کے حالات میں بھی غیر فعال ہے۔ فوڈ پروسیسنگ پلانٹ کے فیلڈ ڈیٹا جہاں 0.8% NaOCl CIP لوپ میں 316 میانوں کو ٹائٹینیم گریڈ 2 سے تبدیل کیا گیا تھا، 24 ماہ کے وقفے وقفے سے آپریشن کے بعد کوئی نالی یا پٹنگ نہیں دکھائی دیتی تھی جہاں پہلے 316 میانیں ہر 3-4 ہفتوں میں ناکام ہوتی تھیں۔

ہائپوکلورائٹ لوپ ہیٹر کی تفصیلات کی زبان
سوڈیم ہائپوکلورائٹ سروس کے لیے الیکٹرک ہیٹنگ ٹیوبیں خریدنے میں جہاں گیلے-خشک سائیکل یا سطح کے اتار چڑھاؤ کا کوئی امکان ہو، انجینئرز کو کم از کم ٹائٹینیم گریڈ 2 یا گریڈ 7 میان مواد کی ضرورت ہوتی ہے۔ جہاں موجودہ نظام میں 316 سٹینلیس سٹیل کا استعمال کیا جاتا ہے، مندرجہ ذیل آپریٹنگ تقاضوں کو شامل کیا جائے گا: (a) لیول کنٹرول سسٹم کے ذریعے مائع کی سطح کو ہر وقت سب سے اوپری حرارتی عنصر کے اوپر برقرار رکھا جائے گا۔ (b) ایک کم-سطح کا کٹ آؤٹ سوئچ فراہم کیا جائے گا، جو ہیٹر کے کنٹیکٹر کے ساتھ جڑا ہوا ہے تاکہ ہیٹر کو توانائی بخشے-اگر سطح محفوظ کم سے کم سے نیچے گر جائے؛ (c) سسٹم کو بیچ ڈرین-اور-فِل آپریشنز کے بجائے مستقل سطح کے ساتھ مسلسل آپریشن کے لیے ڈیزائن کیا جائے گا۔ (d) الٹراسونک موٹائی کی پیمائش یا بصری معائنہ کے ذریعہ بصری معائنہ کے ذریعہ میان کا ماہانہ مائع کی سطح پر معائنہ کیا جانا چاہئے۔ ہائپوکلورائٹ مواد 0.2% سے زیادہ دستیاب Cl 2 اور درجہ حرارت 35 ڈگری سے زیادہ والی نئی تنصیبات کے لیے، ٹائٹینیم گریڈ 7 میان مواد اور افقی ہیٹر کی سمت متعین کریں۔ ہائپوکلورائٹ سروس میں تھری فیز باؤنڈری ایک منفرد طور پر جارحانہ مائیکرو-ماحول پیش کرتی ہے جو بنیادی طور پر مکمل ڈوبنے یا بخارات کے مرحلے کی نمائش سے مختلف ہے۔ انجینئرز جو اس کو سمجھتے ہیں وہ مناسب مواد اور سسٹم ڈیزائن کا انتخاب کر سکتے ہیں تاکہ اس ایپلی کیشن کو ٹائپ کرنے والی تیزی سے گراونگ کی ناکامی سے بچا جا سکے۔