地下金属因微生物腐蚀引起的损坏约占80%,其中最主要是硫酸盐还原菌(SRB)引起的腐蚀。SRB是一种以有机物为养料的厌氧型细菌,可以把硫酸盐还原为硫化物,广泛存在于土壤、海水、河水、地下管道、油气井等处。研究发现，SRB在厌氧条件下会大量生长和繁殖,产生黏液物质,助长垢的形成,造成注水管道堵塞。管线内凯发最新官方app下载及垢下SRB的繁殖,往往会带来严重的局部腐蚀，引发点蚀穿孔，造成很大的经济损失。在美国,77%以上的油井腐蚀是由SRB造成的,其主要特征是点蚀。对于SRB引起的微生物腐蚀，研究者们提出了不同的腐蚀机理用以解释其诱发或加速腐蚀的原因，其中较为有名的有阴极去极化理论、局部腐蚀电池理论。但在一些特殊环境中，SRB引起的腐蚀并未得到深入研究，有研究表明，SRB在高含H2S或高矿化度条件下不能存活，但在高含H2S和高矿化度的油气田集输管线以及油井管内也会发生严重的SRB腐蚀，基于这一现象，本工作对H2S环境中硫酸盐还原菌对碳钢点蚀行为的影响进行了研究。


1试验


1.1试样


试验材料为经过冷轧处理的L245NCS管材，其主要化学成分见表1。浸泡试样尺寸为50 mm×10 mm×3 mm，试验前用水砂纸(200～800号)逐级打磨；电化学试样的工作面积为10 mm×3 mm,背部引出铜导线，非工作面用环氧树脂固封。试验前，电化学试样用水砂纸(200～1 500号)逐级打磨并抛光,丙酮擦洗后用紫外线杀菌备用。

表1 L245NCS钢的化学成分


1.2菌种的培养及初步鉴定


试验菌种来自胜利油田污水，经过多次划线法分离、提纯培养后获得。菌种的培养采用API-RP38培养基，培养基组成如下:乳酸钠3.5 g/L，NH4Cl 1 g/L，CaCl20.1 g/L，K2HPO40.5 g/L，MgSO42 g/L，酵母浸膏1.0 g/L，将上述试剂溶解在去离子水中，定容为1 000 mL。用氢氧化钠溶液或盐酸溶液调节培养基pH至7.2±0.2，并分装在500 mL广口瓶(有刻度)中，每瓶不超过350 mL，瓶口塞上棉塞，用牛皮纸包好，除氧2 h，蒸汽压力灭菌器(121±1)℃灭菌15 min，将细菌接种于广口瓶内,于37℃恒温培养箱中进行培养，培养时间为7 d。剩余菌种在冰箱中0℃保存。


利用SRB测试瓶以及细菌形貌观察对SRB进行初步确定，SRB生长代谢可以产生H2S气体，判断SRB是否生长的标志是在加有二价铁盐的培养基中,培养基颜色是否变黑。细菌在API-RP38培养基中培养7 d后，观察SRB测试瓶内溶液是否变黑，同时，采用扫描电子显微镜(SEM)观察细菌形貌。


SRB观察用试样的制备过程容下：将试样浸泡在细菌溶液中20 min→2.5%(质量分数)戊二醛固定4 h→磷酸缓冲液洗涤3次→乙醇梯度脱水(质量分数为30%、50%、70%、85%、90%的乙醇各1次，100%乙醇2次，15 min/次)→将表面吸附SRB的试样置于氮气氛下自然干燥待用。用SEM对吸附在试样表面的SRB进行形貌观察。


1.3试验方法


1.3.1浸泡试验


腐蚀失重法是将试样分别浸泡在有、无SRB的培养基(API-RP38培养基和含油污水培养基)中,然后在恒温(37±1)℃培养箱中培养，培养3 d后持续通入H2S气体，使广口瓶内H2S一直处于饱和状态，每周注入50 mL API-RP38培养基以提供细菌生长所需的营养物质，试验时间为30 d。含油污水培养基即在API-RP38培养基中加入Cl-67 g/L，Ca2+12 g/L。试验结束后取出试片,在纯酒精中浸泡10 min，电吹风冷风吹干，在扫场发射环境扫描电子显微镜(FEI Quanta 200F)中观察试样表面腐蚀产物形貌，最后经常规处理(去除腐蚀产物)后称量。根据式(1)计算腐蚀速率。



式中:A为试样表面积，cm2；t为腐蚀时间，h；ρ为试样密度，g/cm3;w1和w2分别是试样腐蚀前后的质量，g。


1.3.2 SRB检测


在含油污水培养基中的浸泡试验结束后，取出试样，向试验溶液中通氮气1 h去除溶液中的H2S(以免影响SRB检测的阳性反应)，之后取1 mL试验溶液注入提前配好的API-RP38培养基中，此溶液记作1号溶液，培养7 d后，检测1号溶液中是否含有活性SRB。此外，刮下腐蚀后试样表面的腐蚀产物，将腐蚀产物放入提前配好API-RP38培养基中，此溶液记作2号溶液，培养7 d，检测2号溶液中是否含有活性SRB。因为在自配的API-RP38培养基加入了(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，如果有SRB生长，溶液会变成黑色呈阳性反应，通过观察2种溶液是否变色来检测反应后溶液和腐蚀产物中是否含有SRB。


1.3.3电化学试验


电化学试验在CHI660E电化学工作站上完成，试验采用三电极体系,参比电极为饱和甘汞电极(SCE),辅助电极为铂片,工作电极为电化学试样。化学阻抗谱(EIS)测试频率范围为10 mHz～100 kHz，激励信号为5 mV正弦波，用ZSimpWin软件拟合曲线；极化曲线扫描范围为-500～500 mV(相对于开路电位)，扫描速率为0.02 mV/s。试验时,将电极分别浸泡在有无SRB的API-RP38培养基中1，12，24 h，在含H2S条件下进行电化学测试。