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硫酸鹽還原菌(SRB)腐蝕
一、概 述
據統計,每年世界上約有1/3的冶金產(chǎn)品會(huì )因腐蝕而報廢,其中約20%是由微生物引起的。微生物腐蝕(Microbiologically Influenced Corrosion,MIC)是金屬表面、非生物腐蝕產(chǎn)物和細菌細胞及其代謝產(chǎn)物之間相互作用的結果,能夠引起材料的結構及性能發(fā)生很大的變化,從而造成材料損傷。
在眾多微生物腐蝕中,以硫酸鹽還原菌(Sulfate Reducing Bacteria,SRB)對鋼鐵的腐蝕最為典型。本文以SRB腐蝕為例,概括性介紹下SRB腐蝕的危害、機理、影響因素及防控策略。
二、硫酸鹽還原菌(SRB)腐蝕的危害
01局部腐蝕
SRB在金屬表面的生長(cháng)繁殖過(guò)程及其代謝產(chǎn)物,會(huì )影響其對金屬腐蝕速率和電化學(xué)反應機理。SRB與金屬的相互作用主要以加速腐蝕或影響腐蝕為主,形態(tài)主要表現為局部腐蝕(如孔蝕、縫隙腐蝕、沉積物垢下腐蝕等),同時(shí)會(huì )出現電偶腐蝕加速、環(huán)境敏感斷裂等形式。
02加速結垢
SRB產(chǎn)生的酸性粘液物質(zhì),與水中的CO32-、HCO3-、HS-及其它陽(yáng)離子作用后加速促進(jìn)結垢。此外,腐蝕產(chǎn)物FeS與其他污垢結合后附著(zhù)管道內壁,形成一種更適于SRB生長(cháng)的封閉區域,導致局部腐蝕穿孔風(fēng)險大大增加。
03損壞設備
SRB腐蝕產(chǎn)物由于其相對密度介于油和水之間而懸浮在油水界面,增強了油水混合物的導電性。當油水混合物進(jìn)入生產(chǎn)處理系統時(shí),容易導致電脫水設備運行不穩或跳閘,甚至造成電脫水器極板擊穿等損壞。
04堵塞地層
SRB腐蝕產(chǎn)物FeS是一種膠狀沉淀物,其穩定性很好,會(huì )使回注水質(zhì)變黑發(fā)臭。同時(shí),懸浮物增加后再注入地下會(huì )堵塞地層,導致油層的吸水能力下降,注水壓力不斷升高,最終影響水井增注和油井生產(chǎn)。
三、硫酸鹽還原菌(SRB)腐蝕機理
微生物附著(zhù)在金屬表面形成生物膜后,可通過(guò)多種機理過(guò)程來(lái)影響金屬的腐蝕過(guò)程:
(1) 影響電化學(xué)腐蝕的陽(yáng)極或陰極反應,尤其是能夠分泌能夠促進(jìn)陰極還原的酶;
(2) 顯著(zhù)地改變了腐蝕反應類(lèi)型,由均勻腐蝕可能轉變?yōu)榫植扛g;
(3) 新陳代謝過(guò)程會(huì )促進(jìn)或抑制金屬腐蝕的化合物;
(4) 生成生物膜結構,創(chuàng )造了生物膜內的腐蝕環(huán)境,改變金屬表面狀態(tài)。
然而,微生物腐蝕的過(guò)程中并不一定只遵循某一種機理,也不可能出現統一的機理。在實(shí)際情況中往往是幾種機理共存或交互作用,因此需要判斷是哪種機理在起主導作用,才能制定更為準確有效的控制措施。
四、硫酸鹽還原菌(SRB)腐蝕影響因素
01pH值
pH是影響SRB生長(cháng)繁殖的重要因素之一。SRB生長(cháng)的pH值范圍很廣,一般為5.5~9.0,最佳為7.0~7.5。
02溫度
溫度影響SRB活性及發(fā)揮最佳代謝功能,從而影響化學(xué)反應速率、腐蝕產(chǎn)物膜特性以及SRB生物活性等因素。
通常情況下,SRB對溫度的適應能力較強,能夠生存的溫度為10~90℃。在油田環(huán)境下,SRB最適宜生長(cháng)變窄,溫度約為20~40℃。
有研究顯示,在30~75℃范圍內,SRB對X60鋼的腐蝕速率隨溫度上升而增大。但亦有研究顯示,SRB會(huì )在適宜溫度中間出現腐蝕速率峰值。因此,需要根據現場(chǎng)情況進(jìn)行針對性實(shí)驗和分析后,確定溫度影響的變化規律。
03氧濃度
普遍認為SRB是嚴格的厭氧菌,但同時(shí)也發(fā)現SRB在一定濃度的有氧環(huán)境下是可以存活。
SRB可耐受的環(huán)境溶解氧濃度為4.5mg/L,當環(huán)境中溶解氧濃度達到9.0mg/L時(shí),SRB不能存活。
04水質(zhì)成分
一般認為SRB生成的適宜礦化度在2×104~6×104mg/L之間,礦化度過(guò)高或過(guò)低都會(huì )對SRB的生長(cháng)繁殖產(chǎn)生影響。當礦化度為103時(shí),SRB只有少量生長(cháng)。其他水中離子如SO42-作為SRB生長(cháng)的養料來(lái)源之一,其濃度也對SRB的生長(cháng)有一定的影響。
05工況條件
介質(zhì)的流動(dòng)狀態(tài)(如流速的增大或減小、流態(tài)的變化等)均會(huì )對SRB生物膜的完整性、SRB數量累計和脫落產(chǎn)生影響。一般認為當流體靜止或低流速時(shí),SRB促進(jìn)腐蝕的作用會(huì )更加明顯。
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