深海集输管线剥离涂层下硫酸盐还原菌腐蚀机制

Microbiologically influenced corrosion under disbonded coating in the deep-sea environment is not only relate to the safe running of oil and gas pipeline, but also the fundamental problem of corrosion science under the multi-factor coupling. In this project, X80 carbon steel is used as the research object aiming at the key sulfate-reducing bacteria (SRB) corrosion problems under disbonded coating in the deep-sea environment. The change rules of SRB activity, biofilm structure, and biomineralization under disbonded coating are determined. In situ electrochemical measurement method under disbanded coating in low temperature and high pressure is established. First, the SRB corrosion mechanism including the localized corrosion mechanism induced by SRB is revealed using the electrochemical measurements, microstructure characterization, and fluorescence microscope. Then the key roles of SRB in the corrosion process of the artificial hole under disbonded coating are also analyzed. Finally, the main factors related to SRB corrosion are determined. It is anticipated that this research would provide an essential insight into establishing the protective method for the SRB corrosion under disbonded coating as well as the development of new coating in the deep-sea environment.

深海集输管线剥离涂层下的微生物腐蚀问题，不仅是海洋油气安全运输的关键问题，同时也是多因素耦合的腐蚀科学问题。本研究拟以油气集输管线X80钢作为研究对象，针对深海环境中剥离涂层下多因素耦合硫酸盐还原菌（Sulfate-reducing bacteria, SRB）腐蚀关键问题，探明低温高压环境中剥离涂层下SRB生物活性和生物膜结构以及生物矿化产物的演化规律。建立低温高压中剥离涂层下的原位电化学测试系统，通过电化学测试和微观结构表征结合荧光分析技术，从本质上揭示低温高压环境中剥离涂层下SRB电化学腐蚀机制，以及SRB诱导局部腐蚀孕育和发展机制，进而探明SRB在剥离涂层下小孔腐蚀进一步扩展中发挥的关键作用。最后，探明剥离涂层下影响SRB腐蚀的关键因素，为深海集输管线剥离涂层下的微生物腐蚀与防护以及新型涂层的开发提供理论依据。

海洋环境中微生物腐蚀是导致工程装备材料服役失效的关键原因之一，而深海集输管线剥离涂层下的微生物腐蚀问题，不仅是海洋油气安全运输的关键问题，同时也是多因素耦合的腐蚀科学问题，缺乏系统科学的认识。本项目以油气集输管线X80钢作为研究对象，针对深海环境中剥离涂层下多因素耦合硫酸盐还原菌（Sulfate-reducing bacteria, SRB）腐蚀关键问题，系统的研究了复杂海洋环境中剥离涂层下SRB腐蚀行为，阐明了剥离涂层下SRB腐蚀过程和机制，为海洋环境中剥离涂层下的微生物腐蚀控制奠定了理论基础。研究结果表明，SRB在不同剥离尺寸的环境中均可以存活，但是其固着菌量随着剥离涂层的厚度增加而逐渐增加，从50~500μm，SRB固着菌量增加了3个数量级。失重结果表明，在空白条件下，当剥离涂层的厚度为100μm时，试样的腐蚀失重速率最大，腐蚀速率为0.103 mm/y。而在SRB存在条件下，当剥离涂层为500μm时，试样的腐蚀速率达到最大为0.174mm/y。在SRB存在条件下，当剥离涂层厚度为300和500μm时，有大量的SRB导致的点蚀坑的存在。模拟了剥离涂层下有机碳源极度匮乏的特殊苛刻环境，系统研究了SRB在极度有机碳源饥饿条件下的腐蚀行为和机制。测试21天后，在初始浓度为108 cells/mL SRB体系中检测到105 cells/mL浮游SRB细胞和105 cells/cm2固着SRB细胞，在有机碳持续匮乏下，SRB依然可以保持活性，加速金属材料腐蚀尤其是局部腐蚀。当环境中有少量的氧存在时，初始SRB浓度较高时，试样以SRB腐蚀为主，而当初始SRB浓度较低时，则以氧腐蚀为主。同时还探讨了缓蚀剂对SRB腐蚀的影响，研究了其他细菌和真菌对金属材料的腐蚀行为，为海洋微生物腐蚀研究积累了大量的数据。项目执行期间共发表学术论文17篇，包括3篇腐蚀领域顶级期刊Corrosion Science论文，中科院大类一区论文6篇，授权专利3项，指导毕业4名研究生。