【所屬領(lǐng)域】
新材料、基礎(chǔ)民生設(shè)施安全服役
【項(xiàng)目背景】
針對(duì)城市汽柴油輸送系統(tǒng)內(nèi)腐蝕關(guān)鍵問題（看不見，摸不著，難預(yù)測(cè)，風(fēng)險(xiǎn)防控難上難），需求研究不同含水量汽柴油輸送系統(tǒng)內(nèi)腐蝕的腐蝕形態(tài)以及腐蝕產(chǎn)物的形成機(jī)理和演化模式，以揭示不同含水量汽柴油輸送系統(tǒng)點(diǎn)蝕形成機(jī)制，建立點(diǎn)蝕發(fā)展模型，確定點(diǎn)蝕發(fā)生的臨界含水量；同時(shí)需要研究?jī)?chǔ)罐中生物膜的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)過程，以從本質(zhì)上揭示SRB腐蝕電化學(xué)機(jī)理、微生物菌落的響應(yīng)機(jī)制以及腐蝕產(chǎn)物膜的生長(zhǎng)演化模式；研究汽柴油輸送系統(tǒng)內(nèi)腐蝕防控方法。
【成果介紹】
本成果提出了汽柴油輸送系統(tǒng)內(nèi)腐蝕規(guī)律及演化機(jī)制。針對(duì)管線內(nèi)腐蝕關(guān)鍵問題，建立點(diǎn)蝕發(fā)展與儲(chǔ)罐內(nèi)部環(huán)境因素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系與量化表征數(shù)學(xué)模型；研究常壓儲(chǔ)罐底板腐蝕狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)，為儲(chǔ)罐安全運(yùn)行提供了安全可靠的保障。
成果包括以下方面：
1、研究搭建了腐蝕測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行不同含水量成品油介質(zhì)中輸送管道和儲(chǔ)罐的腐蝕試驗(yàn)，通過失重測(cè)試腐蝕速率，確定了儲(chǔ)罐腐蝕發(fā)生的臨界水含量。利用SEM和3D顯微鏡觀察腐蝕后的形貌和形態(tài)，利用XRD和EDS分析腐蝕后腐蝕產(chǎn)物的成分和組成（見圖1），揭示了儲(chǔ)罐內(nèi)腐蝕機(jī)理。利用3D顯微鏡測(cè)量點(diǎn)蝕形貌、深度和概率，探明了點(diǎn)蝕的形成機(jī)制和演化模式，建立儲(chǔ)罐點(diǎn)蝕發(fā)展模型。
圖1 幾種腐蝕體系中浸泡21天后微生物存在時(shí)腐蝕產(chǎn)物SEM對(duì)比圖
(a)和(a1) 無菌培養(yǎng)基；(b)和(b1) 無菌沉積物；(c)和(c1) SRB菌液；(d)和(d1) SRB沉積物(細(xì)菌和沉積物協(xié)同作用腐蝕最嚴(yán)重）
（測(cè)試介質(zhì)：無菌培養(yǎng)基與腐蝕沉積物體積比1:1、SRB菌液與沉積物體積比1:1；測(cè)試溫度：37℃；含菌組初始菌量：105個(gè)/mL）
2、研發(fā)了新型碳紙電極，搭建微型便攜電化學(xué)系統(tǒng)，建立了基于電化學(xué)阻抗EIS的腐蝕性微生物硫酸鹽還原菌檢測(cè)技術(shù),可實(shí)現(xiàn)污水中硫酸鹽還原菌（SRB）的菌量測(cè)定。
圖2 新型紙電極系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖和配套便攜式電分析儀器
圖3 石墨烯納米復(fù)合免疫電極檢測(cè)不同濃度SRB菌EIS譜
圖4 EIS譜對(duì)應(yīng)的線性曲線 圖5 油田污水中SRB測(cè)定
3、研發(fā)的儀器樣機(jī)：采用半選擇培養(yǎng)法，利用電化學(xué)方法測(cè)定腐蝕性微生物的菌量。以絲網(wǎng)印刷電極及測(cè)試儀器進(jìn)行展示，包含金納米顆粒絲網(wǎng)印刷碳電極型號(hào)110GNP和C1110GNP，其中的金納米顆粒（GNP）修飾的絲網(wǎng)印刷碳電極（SPCE）設(shè)計(jì)用于生物傳感器研究，具有強(qiáng)化的電子轉(zhuǎn)移特性。
圖6 印刷后的電極形貌及表面SEM圖
【技術(shù)優(yōu)勢(shì)】
本成果通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和實(shí)驗(yàn)室模擬研究了成品油輸送系統(tǒng)微生物腐蝕失效規(guī)律，揭示其微生物腐蝕的主要因素：水分、沉積物及主要有害菌如硫酸鹽還原菌等；
1）首次建立了微生物腐蝕快速檢測(cè)和監(jiān)測(cè)平臺(tái)，包括研發(fā)了基于納米類酶催化的硫酸鹽還原菌代謝產(chǎn)物硫化氫檢測(cè)傳感器及電流型硫酸鹽還原菌菌量快速測(cè)定電化學(xué)傳感器、電阻型成品油中管線材料腐蝕在線監(jiān)測(cè)技術(shù)、基于陣列電極原理的微生物局部腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)。
2）根據(jù)沉積物下微生物腐蝕規(guī)律，研發(fā)了長(zhǎng)效緩釋型水溶性緩蝕殺菌劑，可實(shí)現(xiàn)對(duì)沉積物下微生物長(zhǎng)效抑制。
3）首次仿生合成了高效抑制SRB的抗菌肽并應(yīng)用于SRB腐蝕領(lǐng)域，揭示了陽離子抗菌肽和有空間環(huán)狀結(jié)構(gòu)的仿生活性生物肽，抑制SRB的影響因素和獨(dú)特機(jī)制，為使用生物肽類抗菌劑抑制SRB腐蝕提供了新思路。
4）此外，利用原位產(chǎn)生抗菌活性物質(zhì)的有益菌枯草芽孢桿菌與SRB競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)，建立了低成本長(zhǎng)效生物競(jìng)爭(zhēng)抑制SRB腐蝕新方法。
【技術(shù)指標(biāo)】
1) 腐蝕性微生物測(cè)試周期6小時(shí)內(nèi)，菌量檢測(cè)限10個(gè)/mL。目前培養(yǎng)法需要14天。
2) 緩釋型緩蝕殺菌劑，殺菌率達(dá)到99.4%以上，且具有長(zhǎng)效性，目前有效測(cè)試時(shí)間是60天。
3）研究的環(huán)氧抗菌涂層，可用于管線薄弱易腐蝕環(huán)境微生物腐蝕控制。
【資質(zhì)榮譽(yù)】
2022年度獲得湖北省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
【技術(shù)成熟度】
本項(xiàng)目成果研究目前處于試驗(yàn)階段，已有樣機(jī)。
【應(yīng)用場(chǎng)景】
本項(xiàng)目成果可應(yīng)用于基礎(chǔ)民生設(shè)施，如地下管網(wǎng)、LNG系統(tǒng)、碼頭、海洋設(shè)施等。
【市場(chǎng)前景】
本研究成果已與中海油達(dá)成初步協(xié)議，共同開發(fā)腐蝕性微生物快速測(cè)試儀器。可與國內(nèi)諸多油類開采輸送等相關(guān)企業(yè)開展就成品油腐蝕機(jī)理及防治技術(shù)開展相關(guān)技術(shù)合作。預(yù)估潛在市場(chǎng)規(guī)模在5~10億范圍。
【知識(shí)產(chǎn)權(quán)】
本成果已授權(quán)5項(xiàng)中國發(fā)明專利。
【合作方式】
技術(shù)開發(fā)、面談等。
【聯(lián)系方式】
CG23022
