汽柴油输送系统微生物内腐蚀规律及防控方法研究

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金属材料腐蚀失效不仅给国民经济带来巨大的损失,更重要的是直接威胁人类生产和生活安全、浪费资源、带来环境危害、阻碍新技术发展。腐蚀的影响因素很多,而微生物尤其是硫酸盐还原菌SRB(Sulfate reducing bacteria)是水系统腐蚀主要影响因素之一,微生物腐蚀占总腐蚀的50%。随着我国城市能源市场需求骤增,成品油输送系统地下管网铺设量不断扩大,管线材料面临的微生物腐蚀环境也随之增多,因此研究成品油输送系统的腐蚀问题和防治措施对汽柴油安全输送具有重大意义。本文通过现场调研、成品油和输送管道内部腐蚀沉积物分析,腐蚀微生物菌群富集培养、分离、纯化、鉴定;并利用电化学方法、腐蚀失重,结合材料表面分析手段,系统地研究了X60管线钢在模拟工况环境下的腐蚀规律,监测实验周期内细菌生物膜的形成过程。此外,对于管道微生物腐蚀问题,研发筛选不同类型杀菌剂并评估长效防护效果。主要研究结果如下:1.成品油管道腐蚀沉积物的组成分析管道腐蚀产物以Fe3O4、Fe S、Fe2O3、Fe OOH等形式存在,沉积物中SRB含量高达10~6个/m L,此外含有少量IOB细菌。利用16Sr DNA序列测序方法进行种属鉴定表明该菌株为Desulfovibrio(脱硫弧菌属)。汽柴油临界含水量测试结果表明,成品汽油临界含水量为2.4 mg水/L汽油,柴油临界含水量2 mg水/L柴油。2.含水和含菌成品油对X60钢的腐蚀行为研究成品油随着含水量的增加腐蚀逐渐加剧,在临界含水量条件(2.4 mg水/L汽油)下腐蚀速率为0.04 mm/a,腐蚀形貌为局部腐蚀,腐蚀产物主要为Fe OOH和Fe2O3,表明管道内腐蚀并非单纯是由积水导致。含菌成品油中,SRB能够在金属表面吸附聚集,较短时间形成生物膜后破裂加剧X60腐蚀。腐蚀产物中含有较高的Fe、O、S等元素,与管内沉积物元素分析一致,且成品油菌液体系腐蚀产物中S元素含量更高。失重实验表明成品油与菌液体积比1:1时,腐蚀速率高达0.15 mm/a,局部腐蚀坑最大高达25.1μm/14d,腐蚀类型为局部腐蚀。3.模拟管道沉积物腐蚀环境对X60腐蚀行为研究含SRB的沉积物下X60的腐蚀速率达0.48 mm/a,比灭菌体系高出一个数量级,试片表面最大蚀孔深度高达34μm/21d,是空白灭菌组的1.5倍,远高于成品油菌液中的腐蚀速率。SRB体系中,试片表面腐蚀产物主要为Fe3O4和Fe S,与现场沉积物基本一致,表明Fe S是SRB参与该过程的腐蚀而生成,验证了管道内腐蚀作用是由于沉积物中细菌和水参与的腐蚀过程。4.筛选杀菌剂防治微生物腐蚀的性能评价筛选出杀菌剂3,5-二甲基-1,3,5-噻二嗪烷-2-硫酮(DMTT),浓度为100 mg/L时,可有效杀灭沉积物下SRB并对溶液中的SRB产生一定的抑制作用。通过电阻探针腐蚀速率检测以及表面分析技术和腐蚀产物的分析均表明加入100 mg/L的DMTT可以减缓沉积物下SRB腐蚀的过程,并能够杀灭细菌。加入杀菌剂后通过腐蚀速率计算的缓蚀率达63.5%,腐蚀速率峰值降低、腐蚀峰数量减少,且XRD未检测到金属表面产生的腐蚀产物成分,表明DMTT可作为沉积物下的长效杀菌剂。
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