【摘 要】
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碳钢作为一种成本相对低廉,可焊性好,强度较高的钢材,被广泛应用于各行各业。在石油集输管线中,碳钢使用时普遍存在的微生物腐蚀问题将会大大降低其使用寿命,给集输管线的安全可靠性带来严重威胁。自然界中的微生物种类繁多,不同种类微生物之间还具有互利共生关系,它们的共同作用可能进一步加重腐蚀危害。针对目前微生物群体间协同腐蚀机理的认识尚不完善的问题,本文将以油田集输管线的微生物腐蚀为例开展研究,以期为有效防
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碳钢作为一种成本相对低廉,可焊性好,强度较高的钢材,被广泛应用于各行各业。在石油集输管线中,碳钢使用时普遍存在的微生物腐蚀问题将会大大降低其使用寿命,给集输管线的安全可靠性带来严重威胁。自然界中的微生物种类繁多,不同种类微生物之间还具有互利共生关系,它们的共同作用可能进一步加重腐蚀危害。针对目前微生物群体间协同腐蚀机理的认识尚不完善的问题,本文将以油田集输管线的微生物腐蚀为例开展研究,以期为有效防控微生物腐蚀提供有益的探索。本文利用失重法、扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜、X射线光电子能谱分析及电化学测试手段(开路电位、电化学阻抗谱、极化曲线)对油田本源细菌硫酸盐还原菌和腐生菌组成的混合微生物及单独存在硫酸盐还原细菌和腐生菌对碳钢的微生物腐蚀行为影响进行了深入研究。首先,在硫酸盐还原细菌和腐生菌单独存在的条件下,两种微生物均能产生微生物点蚀。硫酸盐还原菌能够产生严重的微生物腐蚀,均匀腐蚀速率高达0.818mm/a,是无菌空白组的8倍;同时造成了严重的点蚀,最大点蚀坑深度高达49.12μm(2.24 mm/a)。然而,腐生菌不会额外加重碳钢的均匀腐蚀速率,腐蚀速率与无菌空白组相当,达到0.079 mm/a,却造成了微生物点蚀,最大点蚀坑深度高达16.34μm(0.75 mm/a)。硫酸盐还原菌通过获取碳钢基体的电子来维持生命活动所需的能量,进而加速了微生物腐蚀;腐生菌利用氧气维持生命活动所需能量,催化微生物点蚀。此外,研究发现在混合微生物存在的条件下,微生物腐蚀最为严重,腐蚀速率高达1.433 mm/a,最大点蚀坑深度达63.16μm(2.88 mm/a)。其腐蚀机理为腐生菌能为硫酸盐还原菌创造局部无氧环境,利于其生长繁殖,加速微生物点蚀,且通过X射线光电子能谱分析发现腐生菌能催化Fe生成Fe2+和Fe3+,加速微生物腐蚀。最后,本文对实验室自制杀菌剂进行了筛选和评价,发现不同微生物对于不同的杀菌剂具有不同的敏感性和抗药性。研究发现有些杀菌剂虽然具有杀菌效果,可以有效降低细菌数量,但是可能由于杀菌剂无法解离生物膜,完整的生物膜为细菌提供良好的防御和生存环境,促进细菌团簇生长,反而加速微生物均匀腐蚀和点蚀。本研究发现证明了单一微生物研究存在片面性。单一种类微生物可能不具有腐蚀性,但会协同其他微生物造成严重的微生物腐蚀,这也为混合微生物腐蚀机理研究提供新的认识和思路,为微生物腐蚀防护提供一定的理论基础;对于杀菌剂的筛选和评价应该从多方面参考,应用不同的检测手段从多角度进行优选,才能为工业应用遴选出高效杀菌剂。
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