海洋微生物腐蚀研究进展

海洋环境下,材料在海水中腐蚀过程的主要特征之一是海水的生物活性所引起的微生物腐蚀。海洋工程材料的微生物腐蚀及其随后的生物污损是一个极其严重的经济与环境问题,是影响海洋工程设施安全和性能的关键因素。海洋微生物腐蚀机理、生物污损机理及其相关控制技术是国际海洋腐蚀领域、生物污损领域尚未完全充分认识和解决的重大科学和技术问题。本文对海洋微生物腐蚀研究进展进行了综述。     

临海管道微生物腐蚀损伤机制与防护

海洋油气管道作为大量、长距离输送油气资源最主要的方式,担负着海上油气集输的重要任务,也被称为海洋油气工程的"生命线"。然而海洋环境下的微生物腐蚀是造成海洋油气管道腐蚀损伤的重要原因之一。本文结合海洋油气输送管道的服役环境,综述了海洋环境下临海管道微生物腐蚀失效的研究进展,重点介绍了有代表性的硫酸盐还原菌和铁氧化菌在海洋环境下引起的微生物腐蚀规律和机理,并在此基础上总结了相应的海洋管道防护方法,为微生物腐蚀损伤的研究及控制提供参考。     

海洋用金属材料的微生物腐蚀研究进展

虽然海洋环境下所使用的金属材料的机械性能和耐蚀性能都较好,但近年来关于海洋工程材料腐蚀失效的报道却越来越多。以海洋环境下金属材料的腐蚀为背景,重点介绍了近年来逐渐引起人们重视的金属材料微生物腐蚀的研究进展。一些经典的腐蚀理论虽然能够解释一些微生物腐蚀现象,但是目前微生物腐蚀逐渐成为很多工业环境下普遍存在的严重问题,这些机理的片面性也就逐渐暴露出来。随着研究的深入,人们对微生物腐蚀机理的认识更加全面、深入。研究者逐步提出了基于生物能量学和生物电化学的微生物腐蚀理论,该理论引入了微生物胞外电子传递过程,解释了微生物为什么和如何腐蚀金属材料,并获得了学术界的普遍认可。为了解决传统抗微生物腐蚀方法的诸多不足,开发新型抗菌材料、研发环保型杀菌剂和杀菌剂增效剂将会为微生物腐蚀防治提供新思路。     

海洋环境硫酸盐还原菌对金属材料腐蚀机理的研究进展

硫酸盐还原菌(SRB)是一类广泛存在于自然环境中可以利用硫酸盐类物质作为呼吸代谢电子受体的厌氧类微生物,是造成金属腐蚀破坏和设备故障的主要原因之一,已经成为一个重要的研究课题。由于微生物活动的复杂性,生物膜内SRB与金属表面的相互作用缺乏深入的研究,其诱导腐蚀机理和腐蚀过程尚不清楚,难以进行有效的腐蚀预测。基于此,本文从SRB生物膜的呼吸代谢角度介绍了其诱导金属腐蚀的研究进展。介绍了SRB的生态特征和厌氧呼吸过程,重点综述了SRB腐蚀机理,包括阴极去极化、代谢产物腐蚀、浓差电池作用和胞外电子传递等理论,最后简要介绍了微生物腐蚀(MIC)研究的方法与技术手段。     

海洋平台的腐蚀现状和防护措施

在海洋石油工程大力发展的今天,海洋平台作为海上油气生产的基础设施,处在越来越重要的位置。海洋平台处在恶劣的海洋环境中,受到海水、大气、海洋生物、日光等作用,平台导管架等结构会发生不同情况的腐蚀,威胁到设施的安全性。在分析腐蚀机理的基础上,针对性的提出相应的防护措施和技术进展。     

“船舶及海洋装备、海洋工程结构物腐蚀、污损与防护”专题序言

<正>海洋环境是个复杂系统,包含盐、溶解氧、有机物、生物等内在因素,同时还伴有温度、pH值、电导率等物理因素以及流速、扩散率等动力学因素,这个系统给涉海材料带来巨大考验。长期以来,海水腐蚀和海洋生物污损一直是船舶及海洋装备、海洋工程结构物所面临的主要问题。因此,为减少海洋腐蚀及污损所带来的巨大经济损失,研究海洋环境中材料的腐蚀失效机理、磨损机制、海洋污损生物的附着及破坏机理以及防护技术则极为重要。     

高温海洋环境下过渡金属基合金的腐蚀与防护研究进展

综述了高温海洋腐蚀环境的类型,以及各类合金在不同环境下的腐蚀失效机理。重点考察了Fe、Ti、Ni基合金内部的主要元素在高温下的扩散行为,及其与侵蚀性离子之间的交互作用。从盐雾腐蚀以及熔融热腐蚀2个角度,讨论了化学/电化学反应发生的可能性。基于氧化腐蚀过程中复合氧化膜的形成过程,总结了氧化膜与侵蚀性离子以及杂质气体的再作用机理,明确了保护性氧化膜和非保护性氧化膜的类型。从合金化的角度,揭示了Cr、Al等元素对防腐性能提升的关键作用,指出了材料计算在高温海洋环境的潜在应用价值。最后归纳了高温海洋环境下的涂层防护手段和材料体系,其中结构稳定性和界面反应问题是涂层材料研究的重点。在未来研究方向上,指出应该重点关注腐蚀过程中活性元素的交互作用以及钝化膜的形成机理,筛选有效防护元素。利用氧化、盐雾等多种腐蚀条件,依托构效关系进行涂层优化,形成系统的海洋高温涂层防护方案。高熵合金涂层作为新兴体系在高温防护上的应用具有研究价值。     

金属材料海洋环境生物污损腐蚀研究进展

海生物因素是影响海洋环境金属材料腐蚀行为的主要因素之一。综述了金属材料海生物腐蚀研究领域中有关生物膜的结构与功能、海水环境微生物腐蚀机理研究和宏观海生物附着引起的局部腐蚀等几个方面近年来的进展情况。并结合我国开展海生物腐蚀研究的现状提出建议和讨论。     

海洋工程装备表面功能防护材料与技术专栏序言EI北大核心CSCD

进入21世纪以来,海洋经济受到世界各国高度重视,海洋战略已成为我国“十四五”发展战略的重要部分。海洋资源的开发与利用离不开先进海工装备的支持,而高盐、高湿以及高温的海洋环境无疑会加速传统材料的腐蚀速率,严重威胁着海洋工程装备的服役安全。此外,生物污损、摩擦磨损与腐蚀的交互作用大大加重了材料损伤,因而急需探明海洋环境下材料的损伤行为和机理,开发出适应于严苛、复杂海洋环境的先进材料和特种功能防护技术。     

海洋环境下金属材料微生物腐蚀研究进展

海洋环境下的微生物易附着在金属材料表面形成生物膜,进而导致金属材料表面的微生物腐蚀(MIC)。分析了海洋环境下常见的易导致腐蚀的微生物种类及其特征,如硫酸盐还原菌(SRB)、铁氧化细菌(IOB)、产酸菌(APB)与产粘液菌(SPB)等,归纳了船舶与海洋平台涉及的微生物腐蚀及其与材料摩擦磨损的协同作用。在此基础上,重点综述了近年来碳钢、不锈钢与铜合金在海洋环境下的微生物腐蚀研究进展,包括溶解氧(DO)浓度、胞外聚合物(EPS)、生物膜微观形态等因素对碳钢MIC的影响,不锈钢在MIC过程中钝化膜与Cr元素化合物形态与含量变化,微生物抵抗Cu离子毒性机制以及铜合金在MIC过程中出现的脱合金成分腐蚀。对比了碳钢、不锈钢与铜合金表面在MIC中由生物膜、腐蚀产物与钝化膜形成的复合表面层结构差异。并从阴极去极化理论与微生物电化学腐蚀理论的角度解释了MIC,总结了两种理论间的关联性与局限性,指出了一些亟待解决的问题。     

海洋环境中油气管道的微生物腐蚀研究进展

海上油气集输管道的腐蚀能够导致严重的环境风险和经济损失，其中微生物腐蚀一直以来被认为是造成该问题的主要因素之一。针对海洋环境油气管网中腐蚀性微生物的来源进行了分类，包括油藏内源性微生物、外注海水以及微生物采油（MEOR）引入的外源性微生物。分析了海底油藏储层中流体化学物质特性，确认其富含甲烷、硫化物、挥发性脂肪酸等，并依据内源微生物代谢及产物特征进行了分类，包括硫酸盐还原菌（SRB）、产甲烷菌、发酵菌以及铁还原菌（IRB）。同时，通过举例分析某油田采出水中微生物群落丰度特征，阐明了外源微生物长期受到油田开采环境胁迫后微生物群落的变化规律。在此基础上，进一步针对海上油气集输管网内涉及的微生物代谢产物理论、电活性微生物腐蚀理论以及腐蚀性微生物之间的协同与拮抗作用进行了全面的归纳总结。最后，对目前以纯培养或模式菌株混合培养为主要方式的微生物腐蚀研究中存在的问题进行了讨论，并对基于生物技术的新型防腐手段进行了展望。     

Bacterial degradation of naphtha and its influence on corrosion

The degradation problem of naphtha arises since hydrocarbon acts as an excellent food source for a wide variety of microorganisms. Microbial activity leads to unacceptable level of turbidity, corrosion of pipeline and souring of stored product. In the present study, biodegradation of naphtha in the storage tank and its influence on corrosion was studied. The corrosion studies were carried out by gravimetric method. Uniform corrosion was observed from the weight loss coupons in naphtha (0.024 mm/yr) whereas in presence of naphtha with water, blisters (1.2052 mm/yr) were noticed. The naphtha degradation by microbes was characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR). IR study reveals the formation of primary alcohol during degradation process. It was found that microbes degrade (CH₂CH₂)_n to RCH₃. Iron bacteria, manganese oxidizing bacteria, acid producers, and heterotrophic bacteria were enumerated and identified in the pipeline. SRB could not be noticed. Since water stratifies in the pipeline, the naphtha-degraded product may adsorb on pipeline, which would enhance the rate of microbial corrosion. On the basis of degradation and corrosion data, a hypothesis for microbial corrosion has been proposed.     

深海装备微生物腐蚀研究现状及发展趋势

主要介绍了深海装备微生物腐蚀机制，回顾了深海装备微生物腐蚀现状，分析并概述了微生物腐蚀的研究趋势，并对这一研究领域的影响因素进行了讨论。目前深海微生物腐蚀研究不多，且深海微生物环境模拟方法和技术也存在很多不足和不确定因素，应加强以应用为目的的深海装备微生物腐蚀性能研究，探索其在深海极端环境中的腐蚀规律和防护方法，并建立深海微生物腐蚀数据库，为今后深海装备的设计应用、防腐等性能的提高提供强有力的支持和保障。     

Review and analysis of microbiologically influenced corrosion: the chemical environment in oil and gas facilities

Microbiologically influenced corrosion (MIC) is a complex phenomenon requiring integrated knowledge of multiple disciplines to better manage and mitigate impacts. The chemical environment (e.g. produced water, soured oil) plays an important role in MIC. Chemical reactions and phase changes due to temperature, pressure, pH and to a lesser extent salinity, impact microbial activities which in turn influences the surrounding chemical environment leading to corrosion. The chemical–microbial interactions complicate the understanding of chemical species transformation and partitioning behaviour in gas, water and oil and subsequent impact on corrosion. In this paper, a review of the complex chemical transformations of chemical species resulting from biotic and abiotic processes are presented. These chemical species can have growth, inhibitory or synergistic effects on microbial activities causing MIC. Microbial activities are found to overlap with chemical/electrochemical processes leading to corrosion. The interaction between chemical environment, environmental factors, electrochemical and microbial processes has been explained with examples from the literature, to understand the contributory effects on MIC. This study will inform further investigation on the chemical environment impacting MIC and model development.     

油气管线钢土壤环境硫酸盐还原菌腐蚀研究进展

结合国内外埋地管线钢微生物腐蚀的研究,综述了腐蚀性土壤微生物种类和特点、环境因素对硫酸盐还原菌腐蚀的影响、生物腐蚀研究方法和进展,以及微生物腐蚀防护与监检测技术.最后,对埋地管线钢微生物腐蚀研究进行了展望.埋地管线钢服役环境复杂,受到土壤类型、杂散电流、阴极保护、应力、剥离涂层和微生物等多种因素的影响,而各种因素之间又存在着相互的耦合作用.多因素耦合作用下埋地管线钢微生物腐蚀将成为土壤微生物腐蚀今后的主要研究方向.土壤微生物腐蚀研究涉及土壤学、材料学、腐蚀科学和微生物学等多学科,是一个多学科交叉的研究课题,而化学和电化学分析技术、微生物分析技术以及材料表征技术等的联用也将为土壤微生物腐蚀行为和机制的研究提供更多的研究方法,这也有助于更好地理解微生物/材料之间的相互作用机制.随着对微生物腐蚀研究的深入,人们对硫酸盐还原菌腐蚀机理的认识也更加全面,"生物阴极催化还原"理论从生物能量学和生物电化学角度解释了微生物腐蚀的过程和机理.抗菌涂层开发和耐微生物腐蚀管线钢研发为MIC防治提供了一个新的研究路径.     

湿度对土壤中微生物腐蚀作用的影响

研究了不同湿度,不同接菌条件的同一土壤对钢的腐蚀作用。其结果是随着土壤湿度从6.5％上升到25％,土壤电阻,氧化还原电位,好气菌量递减,硫酸盐还原菌递增。钢的腐蚀失重随湿度提高而下降,接近饱和点(22％)后腐蚀率变化很小,腐蚀率变化临界点在湿度为18～20％之间。蚀坑深度在湿度为12～15％时最大,低于10％时次之,超过20％时最低。湿度在6.5～20％下是局部腐蚀,超过20％为均匀腐蚀。低湿度(6.5～16％)下,菌生长旺盛的比加杀菌剂抑制菌生长的土壤中,钢腐蚀失重高40～123％。文中对不同湿度土壤中钢的腐蚀原因进行了讨论。     

Microbiologically influenced corrosion of underground pipelines under the disbonded coatings

The microbiologically influenced corrosion (MIC) of underground pipeline was identified. Corrosion was typically found under the disbonded area of girth welds coating where cathodic protection (CP) current could not penetrate. Sulfate reducing bacteria (SRB) and fermentative acid producing bacteria (APB) were confirmed as the microbes involved in the corrosion process. This corrosion occurred despite the fact that the CP level was well below the criteria of -850 mV (Cu/CuS0₄). Detailed field surveys and laboratory analysis revealed the presence of high numbers of microbes at these sites, metallurgical and mineralogical fingerprints of MIC. The results indicate that the synergistic effects of disbonding, the ineffective input of CP current under the disbonded coatings, and environments favorable to bacterial growth were the corrosion mechanism.