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土壤中剝離涂層下管線鋼的硫酸鹽還原菌腐蝕研究取得新進展 已有1人參與
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http://www.imr.cas.cn/xwzx/kydt/201108/t20110822_3324779.html 近年來，隨著我國石油及天然氣工業(yè)的發(fā)展，我國油氣長輸管道建設(shè)迅猛發(fā)展，平均每年增加超過5000km，如西氣東輸二線、中俄管線漠大線、川氣東送管線和中緬油氣管線等，到2015年長輸管道總長度將超過10萬km。這些縱橫交錯的地下管線一旦腐蝕穿孔及泄漏，就會引起火災(zāi)及爆炸，威脅人身安全和造成環(huán)境污染。因此，埋在土壤中的地下管線通常聯(lián)合采用防護涂層和陰極保護來防止其腐蝕，防護涂層使管道表面與其周圍的土壤腐蝕介質(zhì)隔離，陰極保護確保涂層局部缺陷部位下的管道表面得到電化學(xué)保護。然而，絕緣性防護涂層常因機械損傷、老化降解、土壤應(yīng)力、陰極析氫等因素作用失去粘結(jié)力而發(fā)生剝離，與管道表面間形成縫隙，地下水、微生物、O2、CO2等腐蝕介質(zhì)滲入縫隙內(nèi)形成局部薄液膜微環(huán)境，腐蝕介質(zhì)進入縫隙導(dǎo)致縫隙內(nèi)的管道發(fā)生腐蝕。大量的管線腐蝕調(diào)查研究表明，大多數(shù)管道外表面的剝離涂層下都存在微生物腐蝕。因此，剝離涂層縫隙內(nèi)存在硫酸鹽還原菌時管線鋼的腐蝕規(guī)律及機理研究就顯得十分重要。 從2009年開始，材料環(huán)境腐蝕研究中心孫成副研究員帶領(lǐng)材料土壤腐蝕課題組，利用微電極、電化學(xué)、微生物等測試方法，系統(tǒng)研究了剝離涂層縫隙內(nèi)薄液膜微環(huán)境發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)、介質(zhì)擴散和pH值等變化對硫酸鹽還原菌活性及管線鋼的微生物腐蝕的影響規(guī)律，以及介質(zhì)中硫酸鹽還原菌腐蝕形成的代謝產(chǎn)物硫化物對縫隙內(nèi)電位及電流分布的影響規(guī)律。 電化學(xué)交流阻抗測試結(jié)果表明，在自然腐蝕狀態(tài)下，剝離涂層縫隙內(nèi)介質(zhì)由于硫酸鹽還原菌的存在，致使管線鋼表面的腐蝕反應(yīng)明顯不同，剝離涂層縫隙內(nèi)有菌介質(zhì)中管線鋼Bode圖出現(xiàn)3個時間常數(shù)，高頻區(qū)時間常數(shù)是由腐蝕產(chǎn)物膜形成引起的，中頻區(qū)的時間常數(shù)是由微生物膜形成所引起的，低頻區(qū)的時間常數(shù)是由于界面反應(yīng)引起的，而無菌介質(zhì)中管線鋼Bode圖只出現(xiàn)了2個時間常數(shù)，不存在由微生物膜形成所引起的中頻區(qū)的時間常數(shù)。 在自然腐蝕狀態(tài)初期，剝離涂層縫隙內(nèi)有菌介質(zhì)中管線鋼的腐蝕速率小于無菌介質(zhì)，這主要是由于形成了致密的微生物膜，阻礙了微生物膜下管線鋼的腐蝕；在試驗后期，剝離涂層縫隙內(nèi)有菌介質(zhì)中管線鋼的腐蝕速率大于無菌介質(zhì)，這主要是由于有菌介質(zhì)中管線鋼表面形成腐蝕產(chǎn)物硫化物，在硫化鐵和管線鋼表面形成了大陰極小陽極的電偶微電池腐蝕，硫酸鹽還原菌可以把腐蝕過程中產(chǎn)生的電子從硫化鐵表面除去，從而使微生物腐蝕過程得以持續(xù)進行，加速了管線鋼的腐蝕。剝離涂層縫隙內(nèi)有菌介質(zhì)中管線鋼表面點蝕坑較大且沒有明顯棱角邊界，在點蝕坑內(nèi)部發(fā)現(xiàn)有硫酸鹽還原菌菌體的存在，說明硫酸鹽還原菌是造成點蝕的主要原因，而無菌介質(zhì)中管線鋼表面點蝕坑較小且有明顯棱角邊界。 在外加電流陰極保護（縫口ECP=-0.876Vvs.SCE）狀態(tài)下，不論是有菌及無菌條件下，剝離涂層縫隙內(nèi)管線鋼陰極保護電位沿著縫隙深度均存在明顯的電位梯度的變化，即隨著距縫口距離的增加，縫隙內(nèi)管線鋼的陰極保護電位逐漸正移，說明由于剝離涂層的絕緣屏蔽作用，使縫隙內(nèi)管線鋼欠保護；縫隙內(nèi)管線鋼的陰極保護電流密度隨著距縫口距離的增加呈逐漸減小的趨勢。剝離涂層縫隙內(nèi)有菌介質(zhì)中管線鋼的陰極保護電位均高于無菌介質(zhì)，縫隙內(nèi)有菌介質(zhì)中管線鋼所需要的陰極保護電流密度比無菌時增大，這主要是由于硫酸鹽還原菌致使管線鋼表面形成腐蝕產(chǎn)物硫化物，而硫化物具有導(dǎo)電性，硫化物以分布良好的黑色固體顆粒形式存在，使管線鋼表面積變大，因此，造成管線鋼的陰極保護電流密度增大，說明由于硫酸鹽還原菌的存在，剝離涂層縫隙內(nèi)管線鋼陰極保護不足，易造成管線鋼腐蝕。電化學(xué)交流阻抗測試結(jié)果表明，試驗前期，剝離涂層縫隙內(nèi)有菌和無菌介質(zhì)中管線鋼阻抗譜中均呈現(xiàn)兩個時間常數(shù)；試驗后期，有菌介質(zhì)中管線鋼阻抗譜中出現(xiàn)三個時間常數(shù)，而無菌介質(zhì)中管線鋼阻抗譜中仍為兩個時間常數(shù)。整個試驗過程中，有菌介質(zhì)中低頻區(qū)容抗弧半徑遠小于無菌介質(zhì)的，即剝離涂層縫隙內(nèi)有菌介質(zhì)中管線鋼腐蝕速率遠大于無菌溶液中的，而且隨著試驗時間的增加，剝離涂層縫隙內(nèi)管線鋼腐蝕速率呈逐漸增大的趨勢。 本項研究得到了國家自然科學(xué)基金及科技部科技基礎(chǔ)條件平臺項目的資助，相關(guān)論文先后發(fā)表在Corrosion science，2011，53（4）：1554；Materials chemistry and physics, 2011，126（1）：330；Materials and Corrosion,.2010，61（9）：762等期刊。 |
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wangcui1989
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2樓2013-11-21 15:24:18
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