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土壤中剥离涂层下管线钢的硫酸盐还原菌腐蚀研究取得新进展 已有1人参与
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http://www.imr.cas.cn/xwzx/kydt/201108/t20110822_3324779.html 近年来，随着我国石油及天然气工业的发展，我国油气长输管道建设迅猛发展，平均每年增加超过5000km，如西气东输二线、中俄管线漠大线、川气东送管线和中缅油气管线等，到2015年长输管道总长度将超过10万km。这些纵横交错的地下管线一旦腐蚀穿孔及泄漏，就会引起火灾及爆炸，威胁人身安全和造成环境污染。因此，埋在土壤中的地下管线通常联合采用防护涂层和阴极保护来防止其腐蚀，防护涂层使管道表面与其周围的土壤腐蚀介质隔离，阴极保护确保涂层局部缺陷部位下的管道表面得到电化学保护。然而，绝缘性防护涂层常因机械损伤、老化降解、土壤应力、阴极析氢等因素作用失去粘结力而发生剥离，与管道表面间形成缝隙，地下水、微生物、O2、CO2等腐蚀介质渗入缝隙内形成局部薄液膜微环境，腐蚀介质进入缝隙导致缝隙内的管道发生腐蚀。大量的管线腐蚀调查研究表明，大多数管道外表面的剥离涂层下都存在微生物腐蚀。因此，剥离涂层缝隙内存在硫酸盐还原菌时管线钢的腐蚀规律及机理研究就显得十分重要。 从2009年开始，材料环境腐蚀研究中心孙成副研究员带领材料土壤腐蚀课题组，利用微电极、电化学、微生物等测试方法，系统研究了剥离涂层缝隙内薄液膜微环境发生的化学反应、介质扩散和pH值等变化对硫酸盐还原菌活性及管线钢的微生物腐蚀的影响规律，以及介质中硫酸盐还原菌腐蚀形成的代谢产物硫化物对缝隙内电位及电流分布的影响规律。 电化学交流阻抗测试结果表明，在自然腐蚀状态下，剥离涂层缝隙内介质由于硫酸盐还原菌的存在，致使管线钢表面的腐蚀反应明显不同，剥离涂层缝隙内有菌介质中管线钢Bode图出现3个时间常数，高频区时间常数是由腐蚀产物膜形成引起的，中频区的时间常数是由微生物膜形成所引起的，低频区的时间常数是由于界面反应引起的，而无菌介质中管线钢Bode图只出现了2个时间常数，不存在由微生物膜形成所引起的中频区的时间常数。 在自然腐蚀状态初期，剥离涂层缝隙内有菌介质中管线钢的腐蚀速率小于无菌介质，这主要是由于形成了致密的微生物膜，阻碍了微生物膜下管线钢的腐蚀；在试验后期，剥离涂层缝隙内有菌介质中管线钢的腐蚀速率大于无菌介质，这主要是由于有菌介质中管线钢表面形成腐蚀产物硫化物，在硫化铁和管线钢表面形成了大阴极小阳极的电偶微电池腐蚀，硫酸盐还原菌可以把腐蚀过程中产生的电子从硫化铁表面除去，从而使微生物腐蚀过程得以持续进行，加速了管线钢的腐蚀。剥离涂层缝隙内有菌介质中管线钢表面点蚀坑较大且没有明显棱角边界，在点蚀坑内部发现有硫酸盐还原菌菌体的存在，说明硫酸盐还原菌是造成点蚀的主要原因，而无菌介质中管线钢表面点蚀坑较小且有明显棱角边界。 在外加电流阴极保护（缝口ECP=-0.876Vvs.SCE）状态下，不论是有菌及无菌条件下，剥离涂层缝隙内管线钢阴极保护电位沿着缝隙深度均存在明显的电位梯度的变化，即随着距缝口距离的增加，缝隙内管线钢的阴极保护电位逐渐正移，说明由于剥离涂层的绝缘屏蔽作用，使缝隙内管线钢欠保护；缝隙内管线钢的阴极保护电流密度随着距缝口距离的增加呈逐渐减小的趋势。剥离涂层缝隙内有菌介质中管线钢的阴极保护电位均高于无菌介质，缝隙内有菌介质中管线钢所需要的阴极保护电流密度比无菌时增大，这主要是由于硫酸盐还原菌致使管线钢表面形成腐蚀产物硫化物，而硫化物具有导电性，硫化物以分布良好的黑色固体颗粒形式存在，使管线钢表面积变大，因此，造成管线钢的阴极保护电流密度增大，说明由于硫酸盐还原菌的存在，剥离涂层缝隙内管线钢阴极保护不足，易造成管线钢腐蚀。电化学交流阻抗测试结果表明，试验前期，剥离涂层缝隙内有菌和无菌介质中管线钢阻抗谱中均呈现两个时间常数；试验后期，有菌介质中管线钢阻抗谱中出现三个时间常数，而无菌介质中管线钢阻抗谱中仍为两个时间常数。整个试验过程中，有菌介质中低频区容抗弧半径远小于无菌介质的，即剥离涂层缝隙内有菌介质中管线钢腐蚀速率远大于无菌溶液中的，而且随着试验时间的增加，剥离涂层缝隙内管线钢腐蚀速率呈逐渐增大的趋势。 本项研究得到了国家自然科学基金及科技部科技基础条件平台项目的资助，相关论文先后发表在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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