油氣管道SRB 腐蝕研究新進(jìn)展

李鑫，尚東芝，于浩波，陳長風(fēng)

（1.中國石油大學(xué)（北京），北京102249；2.中國石油管道局國際事業(yè)部，河北 廊坊065000）

油氣管道失效可對(duì)社會(huì)造成災(zāi)難性的安全后果和巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而腐蝕是造成其失效的主要機(jī)制之一。據(jù)加拿大Trans-Canada 管道公司調(diào)查，管道腐蝕失效事故中，大約有50%是由于微生物腐蝕（Microbiologically Influenced Corrosion，MIC）引起的[1]。硫酸鹽還原菌（Sulfate Reducing Bacteria，SRB）是造成MIC 的典型代表，為非嚴(yán)格性的厭氧性細(xì)菌，廣泛存在于油氣田地層水、采出水、海水、土壤、地下管道內(nèi)壁以及油氣井等厭氧環(huán)境中[2]。除了自身的腐蝕破壞性，常常誘發(fā)管道的應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）、縫隙腐蝕、疲勞裂紋尖端脆化和沉積下腐蝕[3]，極易引發(fā)油氣井堵塞和油氣管道泄漏事故。早在1931 年，就報(bào)道了首個(gè)由MIC 導(dǎo)致的地下管道失效事故[4]。進(jìn)入21 世紀(jì)以來，SRB 引發(fā)腐蝕案例屢屢發(fā)生。韓國石油天然氣公司2000 年報(bào)道了1 條X65 級(jí)長輸管道因土壤中的SRB 腐蝕導(dǎo)致全面停工勘察[5]。2004 年伊朗北部一條原油管道由于SRB 和硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的共同作用，導(dǎo)致管線鋼的腐蝕開裂，造成原油泄漏[6]。在德國，埋在沼澤地下的1 條輸氣管道發(fā)生了一起剝離涂層下的SRB 腐蝕事件。由于聚乙烯涂層的起泡剝離，所產(chǎn)生的縫隙為SRB 創(chuàng)造厭氧環(huán)境，使得剝離涂層下的管線鋼發(fā)生點(diǎn)蝕，加之季節(jié)性降雨和滑坡等外加應(yīng)力，導(dǎo)致管線鋼應(yīng)力腐蝕開裂[7]。在我國，SRB 造成的管道腐蝕案例同樣屢見不鮮。從生存環(huán)境上講，我國區(qū)域所處緯度均屬于SRB 菌群適宜生長區(qū)域。當(dāng)前國內(nèi)的油氣田開發(fā)大多進(jìn)入高含水期，塔里木油田、西南油氣田的集輸管道均發(fā)生過多起SRB 腐蝕穿孔事件。而長輸管道（如西氣東輸一線、蘭成渝成品油管道）的外部涂層已開始進(jìn)入老化降解期，面臨著土壤環(huán)境下SRB 腐蝕破壞的威脅，如圖1 所示。加之我國管道建設(shè)進(jìn)入快車軌道，按照規(guī)劃2020 年將超過16.9 萬千米，2025 年達(dá)到24 萬千米，在役管道保有量將持續(xù)增長?？梢灶A(yù)測(cè)，我國的油氣管網(wǎng)將面臨更加突出的MIC 問題。鑒于SRB誘發(fā)管道腐蝕的普遍性和嚴(yán)重性，開展MIC 腐蝕機(jī)理和防控措施的研究十分必要。

1 SRB 誘發(fā)管道腐蝕的機(jī)理

近一個(gè)世紀(jì)以來，國內(nèi)外腐蝕學(xué)者對(duì)管線鋼MIC行為機(jī)理以及防治開展了大量的研究工作。SRB 通過生命新陳代謝過程改變生物膜/金屬之間界面的化學(xué)或電化學(xué)活動(dòng)，其生命活動(dòng)加速管線鋼腐蝕已成為不爭的事實(shí)。Alabbas 等[8]早期比對(duì)了在有/無SRB 參與的情況下X80 管線鋼的腐蝕情況，SRB 存在的環(huán)境下X80 的腐蝕速率比不含SRB 條件下的腐蝕速率高出5 倍左右。

1.1 微生物膜的形成及其結(jié)構(gòu)

油氣田集輸管線、設(shè)備內(nèi)部以及長輸管道周邊的介質(zhì)環(huán)境為SRB 生長繁殖提供基礎(chǔ)條件。細(xì)菌個(gè)體通過新陳代謝過程在金屬表面生成一層微生物膜，其形成過程（圖2）主要經(jīng)歷4 個(gè)步驟[9-12]：第1 步是SRB 個(gè)體的遷移和吸附，游離態(tài)細(xì)胞借助弱范德華力、靜電力，或者靠自身電活性自發(fā)或選擇性接觸初始膜或者金屬基體；第2 步是納米級(jí)初始膜的形成，主要是由于有機(jī)大分子在金屬表面的吸附和無機(jī)離子的礦化作用；第3 步微菌落群的形成，即個(gè)體細(xì)胞開始繁殖生長過程；第4 步是成熟生物膜的形成，SRB菌群在新陳代謝過程中分泌出生物膜基質(zhì)，同時(shí)腐蝕鐵，生成FeS、FeCO3、磷化物、乙酸等產(chǎn)物[13]。

微生物膜的形成過程與金屬腐蝕過程密切相關(guān)。而微生物膜主要由胞外多聚物（Extracellular polymeric substances，EPS）、SRB 細(xì)菌個(gè)體、腐蝕產(chǎn)物、介質(zhì)中的礦物質(zhì)組成。EPS 主要由氨基酸、DNA、脂質(zhì)和多糖等成分組成，其中大量的自由基官能團(tuán)對(duì)金屬陽離子（如Ca2+、Mg2+、Fe2+）具有很強(qiáng)的絡(luò)合能力， 形成金屬絡(luò)合物和螯合物，對(duì)微生物的早期附著提供了有效的連接位點(diǎn)[15]。腐蝕產(chǎn)物主要由FeS、CaCO3、Fe(OH)2以及磷化物等組成[16]。通過對(duì)MIC 產(chǎn)物縱向切割后進(jìn)行FIB-SEM，可以清晰觀察到不同元素的分布情況（圖3），腐蝕產(chǎn)物FeSx主要分布在有機(jī)基質(zhì)和金屬基體之間，SRB 細(xì)菌被有機(jī)基質(zhì)包裹，且存在鈣化的可能。金屬基體與腐蝕產(chǎn)物之間并非緊密相連，中間的空隙推斷為點(diǎn)蝕坑萌發(fā)點(diǎn)。

實(shí)際工況條件下管壁形成的微生物膜呈現(xiàn)非均質(zhì)性，導(dǎo)致金屬表面不同位置的腐蝕電位和腐蝕電流的差異性，誘發(fā)活性腐蝕位點(diǎn)，管道發(fā)生膜下局部腐蝕。筆者課題組對(duì)SRB 介質(zhì)環(huán)境下碳鋼材料的MIC做了系統(tǒng)研究。管線鋼L245 試樣在Postgare’s C 培養(yǎng)基且SRB 存在的環(huán)境下腐蝕浸泡7 d，去除腐蝕產(chǎn)物后，表面呈現(xiàn)出明顯的點(diǎn)蝕特征，其中腐蝕坑深度達(dá)11.5 μm，結(jié)果見圖4。

圖3 生物膜縱切面的元素組成與元素分布圖 Fig.3 Elemental component and distribution of the biofilm cross section

1.2 SRB 誘發(fā)管道MIC 的微觀機(jī)理解釋

MIC 不僅是一個(gè)復(fù)雜的科學(xué)問題，更是管道在長期運(yùn)行中難以徹底解決的工程問題，其微觀機(jī)理及具體過程在學(xué)界仍處于爭論中。微生物化學(xué)腐蝕（Chemical Microbially Influenced Corrosion，CMIC）和微生物電化學(xué)腐蝕（Electrical Microbially Influenced Corrosion，EMIC）兩種機(jī)理是當(dāng)前學(xué)界普遍認(rèn)可的兩種腐蝕理論。CMIC 理論解釋相對(duì)容易，SRB 在厭氧環(huán)境下通過對(duì)有機(jī)物氧化和硫酸鹽還原產(chǎn)生的CO2和H2S 等酸性產(chǎn)物，直接通過化學(xué)反應(yīng)腐蝕金屬材料，其中較為典型的包括腐蝕產(chǎn)物機(jī)理和膜下酸腐蝕機(jī)理。而微生物電化學(xué)腐蝕（EMIC）理論涉及到SRB 生命個(gè)體的細(xì)胞內(nèi)新陳代謝過程，解釋相對(duì)復(fù)雜。細(xì)菌腐蝕學(xué)者們先后提出了諸多模型機(jī)理，陰極去極化機(jī)理和生物陰極催化硫酸鹽還原機(jī)理是最具代表性的兩種機(jī)理：

1）陰極去極化機(jī)理（Cathodic depolarization theory，CDT）。該理論在1934 年由荷蘭腐蝕學(xué)者Kühr根據(jù)傳統(tǒng)的腐蝕電化學(xué)理論提出，認(rèn)為SRB 通過氫化酶消耗金屬表層吸附的陰極氫，使陰極去極化，導(dǎo)致腐蝕電位正移，從而加速Fe 的腐蝕，SRB 氫化酶對(duì)碳鋼腐蝕陰極去極化機(jī)理見式(1)—(6)[17-21]，示意圖見圖5。1986 年由Ralf Cord-Ruwisch 進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，后續(xù)成為了解釋SRB 腐蝕過程的熱門理論[22-23]。

對(duì)于能分泌氫化酶的 SRB 菌種（脫硫弧菌屬Desulfovibrio），氫陰極去極化理論能很好地解釋MIC現(xiàn)象。事實(shí)上不能分泌氫化酶的SRB 依然能腐蝕金屬，這就顯露出了氫陰極去極化理論的局限性。除氫化酶的陰極去極化理論外，腐蝕產(chǎn)物FeS 以及揮發(fā)性磷化物等在去極化過程中也能起到促進(jìn)作用，從而加速管道的局部腐蝕[24-25]。

圖5 陰極極化理論原理示意圖[26] Fig.5 Schematic drawing of the cathodic depolarization theory[26]

2）生物陰極催化硫酸鹽還原機(jī)理（BCSR）。隨著當(dāng)前微觀檢測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，微生物專家們認(rèn)識(shí)到MIC 的機(jī)理研究必須要結(jié)合微生物能量學(xué)、生物電化學(xué)等細(xì)菌自身代謝方面的知識(shí)。顧停月等人[27-28]在 2009 年提出了生物陰極催化硫酸鹽還原機(jī)理（Biocatalytic Cathodic Sulfate Reduction Mechanism，BCSR），它很好地解釋了管道微生物膜結(jié)構(gòu)下的SRB對(duì)于金屬直接腐蝕的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)問題。微生物電化學(xué)腐蝕的熱力學(xué)條件見式(7)—(11)。

可見，細(xì)菌從Fe 中直接得電子更具有熱力學(xué)優(yōu)勢(shì)。SO42-在SRB 代謝過程中的活化和還原過程需要消耗2 分子ATP（約100 kJ 能量），從能量角度講，F(xiàn)e 完全可以替代乙酸充當(dāng)SRB 的電子供體。硫酸鹽還原菌獲得電子的不同方式示意圖見圖6。

微生物電化學(xué)腐蝕存在的動(dòng)力學(xué)條件是存在承擔(dān)電子傳遞的物質(zhì)，Torres 根據(jù)多年以來對(duì)腐蝕產(chǎn)物和生物導(dǎo)電聚合體的研究，提出細(xì)胞外電子傳遞（Extracellular Electron Transfer，EET）機(jī)理。該機(jī)理被徐大可課題組引入到MIC 的研究中，生物膜中貼近金屬表面底層的SRB 因缺少碳源直接將Fe 作為電子供體，同時(shí)獲取生命所需的能量[30-33]。該理論的前提條件是管道金屬表面在SRB 誘導(dǎo)下生成生物微礦化膜，這就形成了封閉厭氧環(huán)境。即使溶液中碳源充足，鑲嵌在膜中的SRB 由于受擴(kuò)散限制不能從溶液中獲取碳源，SRB 為了維系生命新陳代謝的基本能量，需要直接或者靠中間載體從Fe 表面獲取電子。具體途徑有3 種（圖7）：（1）通過細(xì)胞外載體蛋白的電子傳遞；（2）納米導(dǎo)線傳遞；（3）借助可溶性介體的電子傳遞。前兩種屬于直接電子傳遞（Direct Electron Transfer，DET），借助可溶性物質(zhì)介體屬于中介電子轉(zhuǎn)移（Mediated electron transfer，MET）。中間載體包括核黃素和黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）。電子的傳播途徑經(jīng)腐蝕產(chǎn)物、細(xì)胞外膜、細(xì)胞周質(zhì)和細(xì)胞質(zhì)膜上的C 蛋白質(zhì)傳遞到SRB 細(xì)胞內(nèi)部，在細(xì)胞膜內(nèi)直接把陽極釋放的電子用于SO42-的還原。

學(xué)者們專門做了缺少碳源的SRB 腐蝕驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。Zhang 等[35]的研究結(jié)果表明，當(dāng)SRB 生物膜處于饑餓（沒有和微量碳源）條件下7 d 之后，發(fā)現(xiàn)SRB 生物膜下的點(diǎn)蝕坑比正常碳源條件下產(chǎn)生的點(diǎn)蝕坑更加嚴(yán)重，添加對(duì)SRB 細(xì)菌無毒性而且自身沒有腐蝕性的電子載體（核黃素等）同樣可以加快點(diǎn)蝕和均勻腐蝕的速率。Chen 等[36]也發(fā)現(xiàn)在碳源完全消耗掉的前提下，生物膜中的SRB 通過直接從金屬Fe 中得電 子能繼續(xù)存活40 d 甚至更久，其結(jié)果就是導(dǎo)致Fe 基體更深的點(diǎn)蝕。此外，管道腐蝕學(xué)者們基于微生物電化學(xué)腐蝕的機(jī)理提出了諸多腐蝕速率預(yù)測(cè)模型，用來表達(dá)SRB 腐蝕環(huán)境中點(diǎn)蝕深度ΔL 隨時(shí)間Δt 的變化，模型考慮了微生物膜密度、厚度、硫化物擴(kuò)散、莫諾方程等通用因素，但均受限于實(shí)際腐蝕環(huán)境的瞬間變化。

圖6 硫酸鹽還原菌獲得電子的不同方式示意圖[29] Fig.6 Schematic drawings of different modes of acquiring electron for SRB[29]: (a) organic acids as carbon source and (b) Fe as the electron donor

圖7 膜下SRB 腐蝕過程的電子傳遞的3 種方式[34] Fig.7 Three electron transfer ways in SRB corrosion under the biofilm[34]

2 陰極保護(hù)條件下管道的SRB 腐蝕研究

陰極保護(hù)（Cathodic Protection，CP）與防腐涂層聯(lián)用是當(dāng)前工程應(yīng)用中最為有效的管道防腐方法。含有SRB 的環(huán)境下，即使施加-0.85 V（Cu/CuSO4，以下均以此為標(biāo)準(zhǔn)）陰極保護(hù)電位，管道仍然會(huì)發(fā)生較為嚴(yán)重的MIC。Chen 等[37]研究在無SRB 存在的情況下，施加-0.775 V 陰極保護(hù)電位可以防止X70 管線鋼剝離涂層下的縫隙腐蝕，然而SRB 的存在使其陰極保護(hù)失去作用。筆者課題組分別選取自腐蝕電位及-0.7、-0.875、-0.95 V 四種條件，對(duì)L245 浸泡腐蝕7 d 的局部腐蝕情況進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如圖8 所示。隨著陰極電位負(fù)值的降低，表面點(diǎn)蝕坑密度雖有所減緩，但是深度呈現(xiàn)加重趨勢(shì)。經(jīng)過對(duì)點(diǎn)蝕深度的測(cè)量，-0.95 V 電位下的點(diǎn)蝕坑最深，達(dá)到34 μm。

具體解釋為，由于CP 的施加，一方面陰極發(fā)生析氫反應(yīng)，H 能促進(jìn)含有氫化酶的細(xì)菌SRB 生長繁殖；另一方面，根據(jù)直接電子傳遞理論，陰極保護(hù)電位提供的過量電子誘發(fā)SRB 細(xì)胞的電活性，促進(jìn)了新陳代謝能力。Liu 等[38]發(fā)現(xiàn)施加CP 促進(jìn)了SRB 附著在鋼表面的數(shù)量增長，電位值越負(fù)，鋼表面固著的細(xì)胞數(shù)量越多。當(dāng)電位足夠負(fù)至-1.2 V 時(shí)，SRB 可利用CP 提供的電子作為電子供體來維系生命，F(xiàn)e0不再是唯一的電子供體，如圖9a 所示。由于SRB 生物膜的屏蔽效應(yīng)引起的電位波動(dòng)，導(dǎo)致局部保護(hù)電位不足，該區(qū)域過于密集的SRB 團(tuán)簇將利用Fe0中的電子，導(dǎo)致陰極保護(hù)條件下點(diǎn)蝕的發(fā)生（圖9b）。

圖9 SRB 直接獲得陰保電子得到保護(hù)及從Fe 獲得電子造成腐蝕 Fig.9 (a) SRB acquires CP electrons for protection, (b) corrosion induced by obtaining electrons from Fe

北京科技大學(xué)相關(guān)課題組研究了不同陰極保護(hù)電位下EQ70 鋼在SRB 環(huán)境下的腐蝕情況。通過代謝因子的檢測(cè)，證明在-0.85 V 和-0.95 V 的陰極極化下，SRB 的代謝活動(dòng)得以促進(jìn)，電極表面發(fā)生了明顯的點(diǎn)蝕。在-1.05 V 陰極極化電位下，電極表面附近所產(chǎn)生的強(qiáng)堿環(huán)境（pH＞14）不再適合SRB 生存，所以試片表面未發(fā)生點(diǎn)蝕[39]。

SRB 代謝活性與極化電位密切相關(guān)[40]。一般來說，弱陰極極化條件下會(huì)促進(jìn)SRB 代謝活性，使得管道非但得不到保護(hù)，反而加重了MIC 點(diǎn)蝕程度，使得應(yīng)力腐蝕敏感性提高，所以SRB 的存在是管線應(yīng)力腐蝕開裂的重要誘因之一[41]。強(qiáng)陰極極化電位下界面處產(chǎn)生的強(qiáng)堿性環(huán)境雖限制了管道的SRB 腐蝕，但強(qiáng)烈的析氫反應(yīng)無疑會(huì)增大鋼管氫致開裂的可能性。所以，SRB 環(huán)境下如何設(shè)置陰極保護(hù)電位值依然是管道防腐領(lǐng)域中的一個(gè)難題。

3 管道材料自身因素與SRB 腐蝕的關(guān)聯(lián)性

過去腐蝕學(xué)者研究MIC 多從微生物自身與環(huán)境因素考慮，包括SRB 代謝能力、腐蝕產(chǎn)物膜、界面電化學(xué)反應(yīng)，而對(duì)于材料本身屬性與MIC 的相關(guān)性研究偏少。從本質(zhì)上講，微觀組織、表面粗糙度、合金成分等因素對(duì)MIC 也能產(chǎn)生較大的影響。Mara 和 Williams 研究了碳鋼中的C 含量對(duì)SRB 腐蝕行為的影響[42]。結(jié)果表明，隨著鋼中碳元素的增加，微生物腐蝕速率增大，但是并未闡述其機(jī)理。還有研究者認(rèn)為，碳鋼的晶粒尺寸與其附著的細(xì)菌數(shù)量成反比，晶粒尺寸越小，微生物腐蝕速率隨之增大[43-44]。滕彧等[45]研究了X70 鋼不同熱處理?xiàng)l件下不同顯微組織在含有SRB 的NaCl 溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.5%）中的腐蝕形貌和腐蝕產(chǎn)物成分。水冷試樣（板條狀馬氏體和少量塊狀鐵素體組成）表面生物膜在浸泡第8 d 破裂，空冷試樣（粒狀珠光體分布在鐵素體晶界上）表面生物膜在浸泡第10 d 破裂，而爐冷試樣（片狀珠光體和先共析鐵素體）表面的生物膜完整性則較好?？梢?，爐冷試樣的耐蝕性最好，水冷試樣的耐蝕性最差。V. S. Liduino 等[46]研究了X65 碳鋼焊接焊縫區(qū)域的SRB 腐蝕，確定表面粗糙度和金屬微觀結(jié)構(gòu)局部變化對(duì)MIC 的影響。結(jié)果顯示，未拋光焊縫試片、拋光的焊縫試片、拋光的基體試片的SRB 細(xì)菌數(shù)量依次減小，未拋光焊縫試片比拋光試片具有更高的點(diǎn)蝕程度。焊絲填充材料為生物膜的發(fā)展創(chuàng)造了更有利的條件，從而加劇了焊縫的局部腐蝕。表面粗糙度越大，SRB 越易附著，焊接引起的微觀結(jié)構(gòu)變化也是影響微生物附著的因素之一。筆者所在課題組通過對(duì)管線鋼L245 焊縫試樣在SRB 環(huán)境下不同時(shí)段的腐蝕浸泡實(shí)驗(yàn)，研究了焊縫區(qū)與基體區(qū)的微生物腐蝕差異。 24 h 浸泡結(jié)果表明，焊縫處微生物膜的覆蓋程度明顯高于基體處的覆蓋程度，如圖10 所示。試樣腐蝕72 h且去除腐蝕產(chǎn)物后，靠近熔合線焊縫區(qū)的點(diǎn)蝕程度要明顯高于基體，焊縫處的平均點(diǎn)蝕深度可達(dá)14.3 μm，而基體區(qū)僅為9.1 μm，這可能歸因于焊縫與基體之間的電化學(xué)表面電勢(shì)差異，導(dǎo)致對(duì)SRB 早期吸附不同。

圖10 L245 管線鋼試樣的腐蝕產(chǎn)物形貌（浸泡24 h） Fig.10 Morphology of corrosion products of the L245 steel specimen (after 24 hours incubation): a) base metal, b) welding metal

4 管道SRB 腐蝕的控制技術(shù)

油氣管道抗SRB 腐蝕的防護(hù)工作主要經(jīng)歷了三個(gè)階段：（1）化學(xué)或物理方法直擊攻擊SRB 菌體本身方式；（2）處理SRB 與金屬表面界面的隔絕方式；（3）新型抗菌鋼材料的開發(fā)。

化學(xué)藥劑法或物理方法消殺SRB 是石油工業(yè)中使用最早，也是最為普遍的方法[47-48]。當(dāng)前已開發(fā)出多種非氧化性環(huán)境友好型殺菌劑，如季胺鹽、胺類化合物、蒽醌和醛類等，典型代表就是十二烷基二甲基芐基氯化銨，主要通過破壞SRB 細(xì)胞結(jié)構(gòu)來抑制SRB生物膜的形成。局限是對(duì)于管道內(nèi)壁上已形成的生物膜中的SRB 殺害效果十分微弱，即使溶液環(huán)境中細(xì)菌含量極低，膜中SRB 的存在仍會(huì)對(duì)管壁造成嚴(yán)重的點(diǎn)蝕，況且殺菌劑長期使用會(huì)導(dǎo)致 SRB 變異，產(chǎn)生耐藥性，很難徹底清除[49]。

物理滅菌法可以作為化學(xué)殺菌法的有效補(bǔ)充。如使用紫外線照射、弱磁場(chǎng)或者超聲波殺菌，超聲波產(chǎn)生的高能氣泡可產(chǎn)生高壓和高溫，并以此來破壞生物膜和其中的SRB 細(xì)胞個(gè)體。利用智能清管設(shè)備或外力刮擦來處理管道內(nèi)壁的細(xì)菌、生物膜及腐蝕產(chǎn)物等。一般工程上采用添加化學(xué)藥劑與物理方法結(jié)合的方法，效果更佳。利用微生物競(jìng)爭生長原理探尋新型靶向性噬菌體的生物防治法也是一種趨勢(shì)，在脫氮硫桿菌、硫化細(xì)菌、短芽苞桿菌及假單胞菌等的存在下，均可抑制SRB 生長[50]。

通過處理隔絕金屬表面與SRB 的接觸，如在鋼管表面涂覆防附著的超滑或超疏水涂層，使其表面不易被微生物附著，進(jìn)而使金屬與SRB 環(huán)境徹底隔離，從而防止MIC 的發(fā)生。但是，由于涂層的脫落性，需要定期檢修，對(duì)于管道外涂層尚有修復(fù)的空間，而修復(fù)運(yùn)行狀態(tài)的管道內(nèi)壁涂層就顯得尤為困難。

針對(duì)以上方法的局限性，材料研究學(xué)者轉(zhuǎn)變思路，通過設(shè)計(jì)創(chuàng)新，對(duì)鋼材料本身進(jìn)行改性。目前已開發(fā)出適用于SRB 環(huán)境下的含Cu 新型抗菌管線鋼，并應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)。雖然該類型材料展現(xiàn)了其良好的抗SRB 腐蝕性能，但是富Cu 析出相的物理狀態(tài)與耐MIC 性能之間的關(guān)系解釋不清；Cu 元素的存在價(jià)態(tài)（Cu0、Cu+或Cu2+）在抑制形成細(xì)菌生物膜的機(jī)理尚不明確。在工程實(shí)際應(yīng)用上也存在一些問題，如Cu加入管線鋼對(duì)焊接性能產(chǎn)生的影響仍是未知，不同強(qiáng)度的管線鋼中的最佳Cu 含量設(shè)計(jì)有待于進(jìn)一步明確[51-52]。所以，如何兼顧考慮含Cu 管線鋼的綜合性能是未來重點(diǎn)要解決的問題。

5 總結(jié)與展望

近年來，腐蝕專家們通過對(duì)MIC 模擬實(shí)驗(yàn)的精心設(shè)計(jì)和對(duì)SRB 生命活動(dòng)特征的深入研究，對(duì)鋼管微生物膜下MIC 機(jī)制的理解逐漸清晰。由于在役管線運(yùn)行條件的特殊性，SRB 引發(fā)的腐蝕問題不可避免。雖然目前的管道領(lǐng)域抗SRB 防護(hù)技術(shù)在工程應(yīng)用上取得了長足進(jìn)步，但要徹底解決MIC 問題還需在3 個(gè)方面進(jìn)行研究：一是繼續(xù)致力于加強(qiáng)對(duì)管道MIC 機(jī)理的本質(zhì)認(rèn)識(shí)，綜合微生物生命科學(xué)、材料學(xué)、電化學(xué)等多領(lǐng)域?qū)W科背景知識(shí)，利用原位微觀檢測(cè)手段拓展對(duì)MIC 現(xiàn)象的研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)腐蝕機(jī)理認(rèn)識(shí)的本質(zhì)性突破，這樣才能對(duì)腐蝕防控提供根本性的指導(dǎo)；二是建立事先預(yù)防機(jī)制，開發(fā)管道的MIC 風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，比如設(shè)計(jì)在線微生物膜取樣裝置，結(jié)合微生物分析技術(shù)，監(jiān)測(cè)生物膜中微生物分布、代謝情況，以及生物膜下的腐蝕程度[53]，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道中SRB 的數(shù)量、生態(tài)因子及系統(tǒng)中微生物種群數(shù)量進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)和評(píng)估，利用相應(yīng)的MIC 預(yù)測(cè)模型推斷 腐蝕程度；三是要足夠重視新型材料自身的開發(fā)，對(duì)管線鋼添加有益元素和探索新生產(chǎn)工藝，形成抗菌性能與力學(xué)要求優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，開發(fā)復(fù)合型耐微生物腐蝕管線鋼是MIC 防控工作的一個(gè)重要方向。