埋地管道微生物腐蚀机理及防护措施

埋地管道微生物腐蚀机理及防护措施

摘要：由于埋地管道属于隐蔽性的工程，其防腐的质量水平直接影响到管道自身使用的寿命以及运行的安全，因此加强防腐管道的保养与维护是管道防腐工作的重中之重。本文主要分析了埋地管道微生物腐蚀的形式及主要的腐蚀机理，并根据环境采取相应的防腐技术与措施，优化设计的同时节省投资。

关键词：埋地管道；微生物腐蚀；防护措施

1.前言

防腐层对于埋地管道使用寿命而言具有十分重要的意义，采用防腐层令管道与土壤微生物等腐蚀环境相互隔离的方法是埋地管道防腐有效的重要途径。随着我国管道防腐技术飞速的发展，诸多高性能、复合化及经济性防腐新材料与技术相继发展起来，由于管道穿越地区的地形复杂并且土壤性质具有多样化，因此埋地管道防腐蚀材料的等级应根据实际土壤微生物腐蚀性的等级确定。腐蚀微生物主要是在自然界中参与硫、铁等元素循环的菌类，包括厌氧菌与好痒菌等，腐蚀微生物分解铁是一个综合性的电化学过程，该过程会对金属管道表面造成腐蚀性的伤害，严重者还会导致金属管道腐蚀穿孔，进而造成重大的损失，因此详细地了解埋地管道微生物的腐蚀机理，并据以采取相应的防护措施十分必要。

2.埋地管道微生物腐蚀机理

2.1硫酸盐还原菌的腐蚀机理

硫酸盐还原菌是厌氧腐蚀的诱发根源，微生物往往是局部附着。金属的表面所被附着的部位难以与氧气接触，进而产生氧浓差电池致使附着物下面的金属被强烈地腐蚀。与此同时，好养细菌在代谢作用的过程中也会消耗大部分的氧气而造成氧浓度差异，进而也产生氧浓差电池。耗氧量大的区域相对于其他区域而言为阳极，使得集体产生局部腐蚀，阴极去极化作用则是腐蚀中的关键步骤，相关腐蚀反应式为：

阳极反应：4Fe→4Fe2++8e

阴极反应：8H++8e→8H

水的分解：8H2O→8H++8OH-

硫酸盐还原菌阴极去极化作用公式为：SO42-+8H→S2- +4H2O

腐蚀反应产物：Fe2++S2-→FeS

腐蚀反应产物：3Fe2++6OH-→3Fe（OH）2↓

总反应式：4Fe+SO42-+4H2O→FeS+3Fe（OH）2+2OH-

通过硫酸盐还原菌活动所产生的硫化亚铁、硫化氢以及细菌氢化酶为阴极反应提供所需的氢，并决定了阴极去极化与金属腐蚀的速率。

2.2好氧菌的腐蚀机理

好痒菌为硫化菌、铁氧化菌及铁细菌等。在好氧条件下，金属表面因细菌的繁衍而形成不规则、高低不平的生物膜，生物膜会渐渐长大结瘤，并通过微生物的相关活动使得生物膜内的环境发生酸碱度或者氧浓度等一系列的变化，进而使得金属的表面形成阳极区与阴极区，致使局部腐蚀的形成。此外，铁氧化菌在含氧量极低的环境下进行分裂，其参与金属腐蚀的机理是铁氧化菌能够将2价的铁离子氧化为3价的铁离子，即4FeCO3+O2+6H2O→4Fe（OH）3+4CO2，3价的铁离子沉积于金属的表面形成稳定的被覆层，进而形成氧浓差电池并产生电化学腐蚀。

2.3黏稠性细菌膜生成菌的腐蚀机理

黏稠性细菌膜生成菌是指细菌的细胞具有一定黏稠特性的细菌，多数细菌倾向于贴附物体表面生长并伴随黏液状物质的排泄，进而形成胞外高聚物吸附各类颗粒物质构成基质。微生物在生物膜内处于与自由悬浮状态大相径庭的环境，其密度远高于悬浮状态，此类细菌具好氧特点并形成氧浓差而构成浓度差电池，从而于金属表面的不同区域构成阳极区与阴极区并造成腐蚀。此外，黏稠性细菌膜生成菌的黏稠性使其在管线内壁上形成相对厚度的细菌膜而影响设备的正常使用，同时还会因其好氧特性将细菌膜变为无氧环境，进而导致混合型细菌的腐蚀。

3.埋地管道微生物腐蚀的防护措施

3.1表面防腐处理

优良的基层是防腐工程的基础，金属管道的防腐质量绝大程度上取决于涂层与基体的粘结程度，因此管道表面的处理十分重要。在涂层厚度、除锈质量以及施工条件等因素中，除锈质量是表面防腐处理的重中之重，实验表明除锈质量优良的比未经除锈处理或除锈质量相对较差的防腐涂层的使用寿命至少长3至5倍。因而在管道表面防腐处理时，应先将钢管、容器表面的铁锈与氧化皮彻底清除干净。与此同时，还可采用氧化型或非氧化型杀菌剂来抑制或杀灭腐蚀微生物繁殖的方式，进一步实现控制腐蚀的目的。

3.2涂层防腐处理

3.2.1内涂层防腐

内涂层防腐处理中常用的内涂层有环氧树脂粉末涂层、聚乙烯粉末涂层等，

也可采用可耐约300℃高温的热喷玻璃防腐新工艺，其可有效地避免管内硫化氢等酸性气体与碳钢之间的接触。此外，对于遭受严重腐蚀而进行返修的管道则可采用环氧粉末涂装或环氧液体涂料内涂方法。

3.2.2外涂层防腐

外涂层防腐是使管道与土壤等腐蚀环境相互隔绝的防腐途径，当前埋地管道通常使用在水介质与土壤中具耐菌破坏力保护层，无机保护层主要有水泥、镀锌、铬等，有机保护层则主要有塑料薄膜、环氧树脂漆、多层PE防腐层等。此外还有煤焦油瓷漆防腐层、石油沥青防腐层、熔结环氧粉末防腐层以及HPCC 涂层体系等。

3.3阴极保护法

阴极保护法会使阴极极化的表面吸引硫酸盐还原菌等微生物，因此阴极保护法的使用应尽量在微生物腐蚀的区域以使得抑制腐蚀所需的阴极保护电位负值更大，否则微生物腐蚀的速度会相较于之前没有阴极保护时而言更快。同时由于微生物腐蚀加强腐蚀反应的能力，从而加强了给定级化水平所需的阴极保护电流。除此之外，金属表面会因微生物的不断腐蚀而逐渐暴露，因而需要通过加大阴极保护电流的方法来控制微生物腐蚀，即以提升极化水平的方式抑制微生物的生长与腐蚀。

4.结语

微生物腐蚀是自然界中普遍存在的一个现象，由于埋地管道所处的土壤环境具有多样性及复杂性，因而在埋地管道腐蚀的防护措施中应充分地认识到微生物腐蚀对其可靠性与安全性的严重影响，再据以选择合理有效的防腐措施。在科学合理地选择防腐方法与防腐涂层的同时，针对埋地管道的施工、维护以及保养质量水平的提升工作是重中之重。

参考文献：

[1]戚明友，夏双辉，李建秀.微生物腐蚀机理及对埋地管道腐蚀防护的影响[J].全面腐蚀控制，2008，（2）：18

[2]吴明，王鹏，林新宇.埋地管道腐蚀机理研究及防护[J].当代化工，2011，（2）：25-26

[3]张德林，王天奎，黄巧霞.管道腐蚀现象原因分析及预防[J].内蒙古煤炭经济，2010，（3）：32