【所属领域】

新材料、基础民生设施安全服役

【项目背景】

针对城市汽柴油输送系统内腐蚀关键问题（看不见，摸不着，难预测，风险防控难上难），需求研究不同含水量汽柴油输送系统内腐蚀的腐蚀形态以及腐蚀产物的形成机理和演化模式，以揭示不同含水量汽柴油输送系统点蚀形成机制，建立点蚀发展模型，确定点蚀发生的临界含水量；同时需要研究储罐中生物膜的生长动力学过程，以从本质上揭示SRB腐蚀电化学机理、微生物菌落的响应机制以及腐蚀产物膜的生长演化模式；研究汽柴油输送系统内腐蚀防控方法。

【成果介绍】

本成果提出了汽柴油输送系统内腐蚀规律及演化机制。针对管线内腐蚀关键问题，建立点蚀发展与储罐内部环境因素之间的关联关系与量化表征数学模型；研究常压储罐底板腐蚀状态远程监测关键技术，为储罐安全运行提供了安全可靠的保障。

成果包括以下方面：

1、研究搭建了腐蚀测试系统进行不同含水量成品油介质中输送管道和储罐的腐蚀试验，通过失重测试腐蚀速率，确定了储罐腐蚀发生的临界水含量。利用SEM和3D显微镜观察腐蚀后的形貌和形态，利用XRD和EDS分析腐蚀后腐蚀产物的成分和组成（见图1），揭示了储罐内腐蚀机理。利用3D显微镜测量点蚀形貌、深度和概率，探明了点蚀的形成机制和演化模式，建立储罐点蚀发展模型。

图1 几种腐蚀体系中浸泡21天后微生物存在时腐蚀产物SEM对比图

(a)和(a1) 无菌培养基；(b)和(b1) 无菌沉积物；(c)和(c1) SRB菌液；(d)和(d1) SRB沉积物(细菌和沉积物协同作用腐蚀最严重）

（测试介质：无菌培养基与腐蚀沉积物体积比1:1、SRB菌液与沉积物体积比1:1；测试温度：37℃；含菌组初始菌量：10⁵个/mL）

2、研发了新型碳纸电极，搭建微型便携电化学系统，建立了基于电化学阻抗EIS的腐蚀性微生物硫酸盐还原菌检测技术,可实现污水中硫酸盐还原菌（SRB）的菌量测定。

图2 新型纸电极系统的结构示意图和配套便携式电分析仪器

图3 石墨烯纳米复合免疫电极检测不同浓度SRB菌EIS谱

图4 EIS谱对应的线性曲线                 图5 油田污水中SRB测定

3、研发的仪器样机：采用半选择培养法，利用电化学方法测定腐蚀性微生物的菌量。以丝网印刷电极及测试仪器进行展示，包含金纳米颗粒丝网印刷碳电极型号110GNP和C1110GNP，其中的金纳米颗粒（GNP）修饰的丝网印刷碳电极（SPCE）设计用于生物传感器研究，具有强化的电子转移特性。

图6 印刷后的电极形貌及表面SEM图

【技术优势】

本成果通过现场调研和实验室模拟研究了成品油输送系统微生物腐蚀失效规律，揭示其微生物腐蚀的主要因素：水分、沉积物及主要有害菌如硫酸盐还原菌等；

1）首次建立了微生物腐蚀快速检测和监测平台，包括研发了基于纳米类酶催化的硫酸盐还原菌代谢产物硫化氢检测传感器及电流型硫酸盐还原菌菌量快速测定电化学传感器、电阻型成品油中管线材料腐蚀在线监测技术、基于阵列电极原理的微生物局部腐蚀监测技术。

2）根据沉积物下微生物腐蚀规律，研发了长效缓释型水溶性缓蚀杀菌剂，可实现对沉积物下微生物长效抑制。

3）首次仿生合成了高效抑制SRB的抗菌肽并应用于SRB腐蚀领域，揭示了阳离子抗菌肽和有空间环状结构的仿生活性生物肽，抑制SRB的影响因素和独特机制，为使用生物肽类抗菌剂抑制SRB腐蚀提供了新思路。

4）此外，利用原位产生抗菌活性物质的有益菌枯草芽孢杆菌与SRB竞争生长，建立了低成本长效生物竞争抑制SRB腐蚀新方法。

【技术指标】

1) 腐蚀性微生物测试周期6小时内，菌量检测限10个/mL。目前培养法需要14天。

2) 缓释型缓蚀杀菌剂，杀菌率达到99.4%以上，且具有长效性，目前有效测试时间是60天。

3）研究的环氧抗菌涂层，可用于管线薄弱易腐蚀环境微生物腐蚀控制。

【资质荣誉】

2022年度获得湖北省科技进步二等奖。

【技术成熟度】

本项目成果研究目前处于试验阶段，已有样机。

【应用场景】

本项目成果可应用于基础民生设施，如地下管网、LNG系统、码头、海洋设施等。

【市场前景】

本研究成果已与中海油达成初步协议，共同开发腐蚀性微生物快速测试仪器。可与国内诸多油类开采输送等相关企业开展就成品油腐蚀机理及防治技术开展相关技术合作。预估潜在市场规模在5~10亿范围。

【知识产权】

本成果已授权5项中国发明专利。

【合作方式】

技术开发、面谈等。

【联系方式】

CG23022