剥离涂层下X80管线钢在酸性红壤环境中的硫酸盐还原菌腐蚀机理研究

【作者】 韦博鑫； 许进； 孙成； 王振尧； 柯伟；

【机构】 中国科学院金属研究所辽宁沈阳土壤大气环境材料腐蚀国家野外科学观测研究站； 中国科学技术大学材料科学与工程学院；

【摘要】 微生物腐蚀（Microbial influenced corrosion,MIC）是指微生物在新陈代谢过程中直接或间接对金属产生作用,进而影响金属腐蚀过程和机理,也是威胁埋地油气管道安全运行的最主要的一种腐蚀形式。大量现场分析和实验室研究结果表明,SRB是诱发和加速管线钢腐蚀的典型细菌,也是对埋地管线钢腐蚀影响最大,被研究最多的一种腐蚀性细菌^[1]。目前,大量关于管线钢微生物腐蚀的研究都集中于裸钢的研究。实际上,在服役过程中埋地管线通常采用防腐涂层与阴极保护联合防护的方式。但是涂层在施工和服役过程中,不可避免的发生多种形式的破坏和失效,如剥离、针孔或大的缺陷、起始于针孔的剥离等。一旦这些缺陷涂层发生剥离,腐蚀性介质就会渗透进入涂层内部,同时剥离涂层会对阴极保护电流产生屏蔽效应,最终使得剥离涂层下管线钢发生腐蚀^[2]。因此,研究管线钢在剥离涂层下的微生物腐蚀行为并揭示其腐蚀机理,对于埋地管线的腐蚀与防护更具有实际意义。本文采用电化学阻抗谱测试和活死细胞染色,扫描电镜,原子力显微镜等表面分析测试技术,结合热力学过程计算,研究了SRB对剥离涂层下管线钢在典型酸性红壤环境中的腐蚀行为影响及机理。结果发现^[3],剥离涂层的封闭厌氧环境为SRB提供了良好的生长条件,SRB在剥离涂层缝口比较富集,缝口的SRB细胞数量远大于缝隙中的SRB数量,特别是在实验后期。活死细胞染色结果表明,试样在接菌溶液中浸泡14天后可以观察到大量的活细胞和死细胞。电化学阻抗谱测试结果表明SRB加速了模拟剥离涂层下管线钢的电化学腐蚀过程,且腐蚀程度随着剥离涂层深度的增加而逐渐减小。SRB引起了剥离涂层下管线钢的点蚀,点蚀孔的数量和大小也随着剥离涂层深度的增加而逐渐减小。研究还发现,SRB呼吸途径多样,硫酸盐并非其生存的必要条件,在SO₄^2-缺乏环境中,SRB可调整呼吸代谢行为,通过其它的呼吸代谢方式生存和生长。SRB可以从某些高价金属离子中获得电子,如环境中的高价铁氧化物,与管线钢接触时,红壤环境中的FeOOH可作为阴极去极化剂,促进管线钢的电化学腐蚀过程,该过程在热力学上具有更高的吉布斯自由能,即SRB引起FeOOH的还原优先SO₄^2-还原发生。因此,SRB引起的土壤中高价铁氧化物（FeOOH）还原是管线钢在酸性红壤中高腐蚀性的原因,剥离涂层几何形状限制与离子迁移和微生物活动导致的局部溶液理化性质差异是造成剥离涂层下管线钢腐蚀差异的主要因素。更多还原