什么是微生物腐蝕？

作者：中鼎閥門 時間：2024-12-07 20:09:27 閱讀：

術語“腐蝕”描述了一系列由范圍廣泛的電化學因素驅動的過程。這些問題的根源是大多數工業金屬在原子水平上固有的不穩定性，這使它們傾向于恢復到其天然存在的形式，即氧化物。

一種更不尋常的腐蝕形式是由細菌與多種金屬和合金的相互作用引起的。微生物誘發腐蝕 (MIC) 在技術上起到更傳統腐蝕過程的促進劑的作用。然而，加速速率可能是常規腐蝕速率的 10 到 1000 倍，這就要求從實際角度將 MIC 視為一種獨特的腐蝕過程。

MIC 主要通過兩個過程啟動和傳播。首先是在金屬表面形成腐蝕細胞。微生物菌落產生粘性生物膜，它們附著在宿主表面并創造一個與周圍金屬明顯不同的微環境。這些微環境中溶解氧、pH 值以及有機和無機化合物的變化導致與周圍金屬的電位差，產生高活性腐蝕電池。第二種是直接化學攻擊。許多微生物的代謝副產物具有很強的腐蝕性。兩種相關的生物——硫還原菌 (Disulfovibrio) 和硫氧化菌 (Thiobacillus thiooxidans)——分別產生硫化氫和硫酸。觀察到來自這些副產品的局部硫酸濃度高達 10%。其他細菌種類產生范圍廣泛的有機酸以及氨。

MIC 中記錄了在含氧環境中茁壯成長的需氧細菌和在極少或無氧環境中茁壯成長的厭氧細菌。在某些情況下，這兩種細菌類型具有共生關系，因為好氧細菌會沉積生物膜，在生物膜下，金屬界面會形成缺氧區。這個缺氧區隨后成為厭氧菌群生長的理想環境。

結節的形成也常與 MIC 有關。結節類似于腐蝕產物的水泡，由生物膜沉積物和鐵氧化細菌引起，特別是在流體管道系統的低流速區域。結節的生長和分解循環釋放硫酸鹽，并為水泡內部的厭氧硫酸鹽還原菌提供場所。結節還形成一個有效的氧濃縮池，溶解水泡下的鐵。流體輸送系統中不受控制的結節生長將嚴重限制甚至完全阻塞流體流動。

金屬表面與水接觸是 MIC 的先決條件。由于負責 MIC 的細菌種類不會對人類健康構成威脅，因此“安全”飲用水系統與非飲用水系統一樣面臨風險。冷卻系統和熱交換器、水井、消防和農業自動噴水滅火系統以及儲液罐是 MIC 開發的更明顯的潛在場所。然而，通常與水無關的流體產品，如汽油、機油、機加工和切削潤滑劑，都至少含有痕量水，足以支持引發 MIC 的細菌。幾乎所有經過加工的流體產品，包括食品和飲料、石化產品以及其他商業和工業產品也含有不同量的水，并且容易受到 MIC 的影響。

MIC 以全面腐蝕和點蝕的形式出現，但局部點蝕是更明確的形式，更可能導致嚴重的系統故障。循環系統中的低流量區域（例如熱交換器和工藝管道）特別容易受到影響，因為這些“停滯流動”位置為細菌提供了附著在管子或管道表面的機會。在微觀和宏觀特征上，流體流動“停滯”發生在任何縫隙、接頭、焊縫或缺陷處，這些是 MIC 的典型位置。循環流體系統中的流動中斷，例如周末、過夜，甚至短暫的維護停機，也為細菌粘附和啟動 MIC 提供了機會。

一旦細菌建立起來，即使在流量恢復后腐蝕過程也會繼續。水壓測試，其中系統充滿流體、加壓、泄漏測試和排空——但通常沒有完全干燥——是在 MIC 故障開始時反復出現的順序。該測試通常在系統投入使用之前立即進行，并且故障可能在幾個月內不會發生。當最終確實發生故障時，水壓試驗和停滯的流體殘留物往往被忽視，因此，故障被誤診為氯化物引起的腐蝕。

靜態流體系統，例如污水池和儲罐，是 MIC 的接受環境。拐角、配件、接頭和焊縫也很脆弱，在燃料和非水溶性流體的情況下，流體和任何水污染物之間的界面特別容易受到影響。盡管有保護性焦油、瀝青或聚合物涂層，但已廣泛觀察到地下儲罐和管道中的 MIC，特別是在潮濕的粘土中。在有效防止常規腐蝕的同時，涂層的任何分層或粘合失效都提供了理想的細菌生長環境。

幾乎所有工業金屬合金都受 MIC 限制，但鈦合金除外。測試表明，少數含鉬量在 6% 或更高水平的不銹鋼合金也具有很高的 MIC 耐受性。這些限制嚴重限制了材料替代作為減輕 MIC 的策略。