Коррозионные повреждения заземленных технологических трубопроводов

разрушающая способность почвы зависит не только от структуры и степени развития микробиоценоза, но и в значительной мере обусловливается ее азотным режимом

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют, что способы использования земель в сельском хозяйстве существенно изменяют биогенность почвы, структуру микробиоценозов и интенсивность почвенно-микробиологических процессов, изменяя обеспеченность почвы элементами минерального питания и показатели ее плодородия.

ЛИТЕРАТУРА

1. Природа и экология Крымского района. - Крымск, 1999.

- 53 с.

2. Плотность популяций некоторых фитопатогенных грибов в условиях агроценоза / Е.П. Дурынина, Л.Л. Великанова и др. // Микроорганизмы в сельском хозяйстве: Тез. докл. III Всесоюз. науч. конф. - М.: Изд-во МГУ, 1986. - С. 49.

3. Минеев В.Г., Ремпе Е.Х. Агрохимия, биология и экология почвы. - М.: Росагропромиздат, 1990. - С. 9-15.

Кафедра биохимии и технической микробиологии

Поступила 21.03.05 г.

66.026.620.193.2

КОРРОЗИОННЫЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТР УБОПРОВОДОВ

П.И. КУДИНОВ, И.В. НАУМОВИЧ

Кубанский государственный технологический университет

В масложировой промышленности вопросы коррозии металлов технологических трубопроводов, в частности заземленных трубопроводов, практически не привлекали внимания исследователей.

По подземным трубопроводам, имеющим на ряде масложировых предприятий значительную протяженность, перекачиваются растительные масла, в составе которых свободные жирные кислоты с высокой коррозирующей способностью, органические растворители, такие как нефрас и бензин, нафтеновые, органические и неорганические кислоты, щелочи и щелочные растворы, растворы мыл и др. В сочетании с почвенной коррозией, которая особенно сильна во влажных почвах, содержащих соединения серы, азота, разрушение металлов трубопроводов существенно сокращает продолжительность их эксплуатации.

Имеющиеся в литературе данные свидетельствуют о том, что микроорганизмы играют существенную роль в процессах коррозии подземных трубопроводов и промышленного оборудования. Микроорганизмы действуют как коррозионные агенты, главным образом, за счет продуцирования агрессивных метаболитов - органических и неорганических кислот, ферментов, сероводорода - и создания коррозионно-активных сред.

Основными агентами коррозии металлов являются сульфатредуцирующие бактерии (СРБ) - высокоспециализированная группа микроорганизмов, которая использует сульфаты в качестве акцептора электронов в анаэробных условиях для окисления органических соединений и водорода. Являясь постоянным участником круговорота серы в биосфере, СРБ широко распространены в природе и разделяются на два рода: неспорообразующие Desulfovibrio и спорообразующие Desulfotomakulum.

К роду Desuf0vibrio относят неспороносные гра-мотрицательные изогнутые палочки, иногда ^-образные или спиральные, имеющие полярный жгутик, ко-

торый обеспечивает быстрое поступательное движение бактериальной клетки; облигатные анаэробы, ме-зофилы, оптимальная температура роста для которых 30°С, они обнаружены в морской воде, иле, пресных водоемах и почве.

Бактерии рода Desulfotomaculum представлены гра-мотрицательными, прямыми или изогнутыми палочками. Они образуют споры, подвижны. Это облигатные анаэробы, которые восстанавливают сульфаты в сульфиды. Они обнаружены в пресных водах, почвах геотермальных областей, некоторых испорченных пищевых продуктах и рубце животных.

Почвы, в которых находятся объекты биоповреждающего действия микроорганизмов - трубопроводы, оборудование - оказывают существенное влияние на характер развития коррозионного процесса. Анаэробная коррозия металлов под действием СРБ наиболее интенсивно протекает в плотных глинистых и водоносных слоях грунтов.

Микробиологическое исследование трансконтинентальных газопроводов, проложенных в различных грунтах, позволило обнаружить на поверхности трубо -проводов значительное количество СРБ [1]. В зависимости от их содержания грунты характеризуются как малоагрессивные, потенциально агрессивные и коррозионно-опасные. Анализ образцов грунта выявил определенную закономерность в распределении СРБ в грунте траншеи трубопровода и вне ее. В грунте, прилегающем к поверхности трубопровода, численность СРБ на 3-4 порядка выше, чем на некотором отдалении. Это объясняется миграцией бактерий в грунте к зонам с повышенной концентрацией Бе2+. Влияние корродирующего металла на СРБ проявлялось также в усилении их биологической активности - увеличении ферментативной активности и продуцировании сероводорода [2].

Исследования показали, что скорость коррозии стали Ст. 20 в грунте, содержащем ассоциацию культур бактерий Desulfovibrio desulfuricans и ThюbaciПus thioparus, в 12 раз превышала аналогичный показатель

в стерильном грунте без бактерий [3]. Об участии микробиологического фактора в коррозионных процессах свидетельствует биогенная природа обнаруженных окислов и сульфидов железа. Элементная сера, являющаяся промежуточным продуктом метаболизма указанных бактерий, также служит коррозионным фактором, она может выполнять функции катодного деполяризатора и обусловливать локальную коррозию за счет образования концентрационных гальванических элементов [4]. Коррозия стали в грунте представляет собой электрохимический процесс перехода ионов железа в электролит, роль которого выполняет минерализованная грунтовая вода. Скорость коррозии зависит от температуры, рН среды, химической активности и удельного электрического сопротивления грунта. При этом на поверхности металла образуются микроэлек-трические элементы, на анодных полюсах которых теряются ионы железа [5]. Анализ аварийных ситуаций при эксплуатации трубопроводов свидетельствует, что основной причиной коррозионного разрушения труб под давлением является интенсивное развитие в грунте траншей анаэробных СРБ, которому способствовали благоприятные условия влажности и величины рН.

Наличие битумной изоляции трубопроводов не предотвращало роста СРБ [6]. На поверхности изоляционных покрытий - полимерных и битумных, применяемых для защиты трубопроводов от коррозии, формируется микробный ценоз, состоящий из денитрифицирующих, углеводородокисляющих, сульфатредуци-рующих бактерий, стрептомицетов и микромицетов. Под действием денитрифицирующих бактерий и СРБ ухудшались прочностные характеристики полимерных материалов: относительное удлинение уменьшилось по отношению к контролю на 19%, прочность при разрыве - на 37%; адгезионная прочность изоляционных материалов снизилась на 60%. Нарушение микроорганизмами адгезии изоляционных покрытий к металлу способствовало усилению его коррозионного разрушения.

Лабораторные исследования влияния двух штаммов СРБ на биостойкость изоляционных покрытий трубопроводов показали, что защитные материалы на основе полиэтилена не обладают устойчивостью к действию СРБ, что проявлялось в изменении физико-механических свойств покрытий и уменьшении их прочности на разрыв [7].

Исследованию коррозионной активности СРБ посвящена работа [8], в которой представлены результаты 700-суточного эксперимента. Установлено, что количество клеток СРБ, адсорбированных и развивающихся на поверхности малоуглеродистой стали в пленке сульфида железа, на 5 порядков превышало количество клеток СРБ, содержащихся в осадке питательной среды, в которую были погружены испытуемые образцы стали. О непосредственном участии СРБ в коррозионном процессе свидетельствует наличие в продуктах коррозии сульфидов железа биогенного происхождения и зон питтингообразования на образцах стали.

Инициаторами коррозии свинцовой оболочки трубопроводов являются СРБ и тионовые бактерии. По сравнению со стерильными условиями коррозионные

потери свинца под воздействием ассоциации этих культур возрастали в 3-4 раза. Г лубина язв на поверхности свинца достигала 0,32 мм, что в 5 раз больше, чем в контроле. При высоком содержании бактерий цикла серы в среде электрохимическая защита малоэффективна. В вариантах с защитой скорость локальной коррозии составляла 0,4-0,5 мм/год, в то время как на незащищенном свинце максимальная глубина питтин-гов не превышала 0,1 мм [9].

Во влажных грунтах и воде основными коррозионными агентами являются сероводород, кислород, минеральные и органические кислоты, а также другие соединения, влияющие на рН среды или вызывающие реакцию окисления [5]. Присутствие сероводорода при низком значении рН способствует существенному усилению щелевой или питтинговой коррозии, а также разрушению трубопроводов и оборудования вследствие сульфидного коррозионного растрескивания.

В работе [10] показано, что в воде на поверхности стали 45Г17ЮЗ в течение 1-3 сут формируется микробная пленка, состоящая из сульфатредуцирующих, аммонифицирующих, денитрофицирующих, маргане-цокисляющих и слизеобразующих бактерий. Установлена тесная прямая корреляция между потерей массы образцов стали и численностью СРБ и денитрификато-ров. Активное участие бактерий в процессах язвенной коррозии стали 45Г17ЮЗ в воде подтверждено гравиметрически, а также методом снятия катодных и анодных поляризационных кривых.

Высказано предположение, что микробная слизь участвует в процессах, влияющих на кинетику восстановления кислорода на поверхности стали, тем самым подготавливая отдельные участки для физико-химической и биологической коррозии; удаление микробной слизи существенно уменьшает степень коррозии [11].

В работе [12] обсуждаются вероятные механизмы микробиологической коррозии: образование с участием бактерий дифференциальных концентрационных коррозионных микро- и макропар; коррозия металлов с участием микробных метаболитов, например кислот; «захватывание» ионов металла - биологическими по -лимерами, продуцируемыми микроорганизмами; катодная деполяризация сульфидами и непосредственно бактериями.

Проблеме коррозии, индуцируемой СРБ, посвящены обзоры [13, 14], в которых представлены характеристика СРБ, их таксономическое положение, механизмы коррозии и способы борьбы с ней. Показано, что широкое распространение СРБ даже в среде со значительным содержанием кислорода обусловлено, по-видимому, защитным действием ферментов катала-зы и дисмутазы. Источником углерода и энергии для СРБ может служить широкий набор органических соединений (ацетат, лактат, пропионат, этанол, бутанол, ароматические соединения, высокомолекулярные жирные кислоты и др.). Большое внимание в данных публикациях уделено методическим вопросам. Приведены методы учета численности СРБ с использованием селективных питательных сред, световой и сканирующей электронной микроскопии в сочетании с энергодисперсионным анализом; методы оценки активно-

сти СРБ, основанные на определении полного сопротивления суспензии, микрокалориметрии, применении радиоактивной метки (835) с последующим определением содержания сульфидов. Для изучения коррозионного процесса рекомендованы такие электрохимические методы, как анодная и катодная поляризация, изменение поляризационного сопротивления, гальвано-статическая и потенциостатическая поляризация и др. Подчеркнуто, что только комплексные исследования могут дать объективную информацию о характере и масштабах биокоррозии, осуществляемой СРБ.

Результаты исследований биоповреждений, вызываемых СРБ, дают основание считать эту группу микроорганизмов, имеющих широкий ареал распространения, наиболее опасной в коррозионном отношении. Происходящие в процессе жизнедеятельности микроорганизмов изменения величины рН, окислительно-восстановительного потенциала, количества растворенного кислорода и других параметров среды еще более усиливают ее коррозионную агрессивность. Микроорганизмы, поражающие трубопроводы, промышленные материалы, технические изделия и сооружения, нередко выделяют в особую категорию технофилов.

Поскольку СРБ являются постоянным компонентом биоценоза, при анализе коррозионных процессов в пищевой промышленности необходимо учитывать деятельность микробных сообществ, включающих СРБ, в целом.

ЛИТЕРАТУРА

1. Антоновская Н.С., Козлова И.А., Андреюк Е.И. Распределение СРБ в грунте вблизи газопровода // Микробиол. журн. -1985. - 47. - № 2. - С. 93-94.

2. Влияние корродируемой стали на численность и биоло -гическую активность бактерий цикла серы в грунте / Н.С. Антоновская , А.И. Пиляшенко-Новохатный и др. // Микробиол. журн. -1985.

- 47. - № 4. - С. 6-10.

3. Коррозия стали в грунте под действием бактерий цикла серы / Н.С. Антоновская, А.И. Пиляшенко-Новохатный и др. // Микробиол. журн. - 47. - № 3. - С. 13-18.

4. Schaschi E. Elemental sulfur as a corrodient in deaerated neutral aqueous solution // Mater. Perform. - 1980. -19. - № 7. - P. 9-12.

5. Tuttle R. Corrosion in oil and gas production // J. of Petroleum Technology. - 1987. -39. - № 7. - P. 756-762.

6. Kiefner John F., Eiber Robert J. SCC, bacteria top items in pipe service failures // Oil and Gas J. - 1987. -85. - № 16. - P. 70-73.

7. Коптева Ж.П., Зонина В.В., Коптева А.Е. Влияние сульфатредуцирующих бактерий на стойкость изоляционных по -крытий газопроводов // Микробиол. журн. - 1987. - 49. - № 2. -С. 43-45.

8. Антоновская Н.С., Козлова И.А., Андреюк Е.И. Кор -

розия малоуглеродистой стали в культуре Desulfovibrio desulfuricans // Микробиол. журн. - 1985. - 47. - № 1. - С. 13-17.

9. Коррозия свинцовой оболочки кабелей связи и эффективность электрохимической защиты в присутствии бактерий цикла серы / Е.И. Андреюк, С.Б. Яновер, И.А. Козлова и др. // Докл. АН УССР. -1987. - Серия Б, № 12. - С. 60.

10. Микроорганизмы как фактор коррозии стали 45717ЮЗ, экс -плуатируемой в условиях морской воды / Е.И. Андреюк, С.Б. Яновер, Ж.П. Коптева и др. // Микробиол. журн. - 1985. - 47. - № 3. -С. 8-13.

11. Scotto V., Alabiso G., Marcenaro G. An example of microbiologically influenced corrosion. The behavior of stainless in natural seawater // Bioelectrochem. and Bioenerg. - 1986. -16. - № 2. -P. 347-355.

12. Влияние катодной поляризации металла на биологическую и коррозионную активность сульфатредуцирующих бактерий /

Е. И. Андреюк, Н.С. Антоновская, А.И. Пиляшенко-Новохатный и др. // Докл. АН УССР. - 1987. - Серия Б, № 1. - С. 63-66.

13. Sanders P.F. Assessment of bacteria activity and corrosion in offshore environments // 5 th offshore Insp., Repair and Maint conf., Aberdin, 6 Nov. 1984. Change Growth and New. Phil., Kingston upon Thames. - P. 1-18.

14. Tuovinen Olli H., Gragnolino G. A rewier of microbiological and electrochemical techniques in the study of corrosion induced by sulfatereducing bacteria // Corros. Monitor. Ind. Plants Using Nondestruct. Test. and Electrochem. Meth.: Simp., Montreal, 22-24 May, 1984. - Philadelphia, 1986. - P. 413^32.

Кафедра биохимии и технической микробиологии

Поступила 10.11.04 г.