微生物腐蚀（MIC）是指由微生物的代谢活动而引起的加速材料腐蚀进程的现象，油气管线的损坏因微生物腐蚀而引起的占80%。抑制微生物腐蚀的传统方法有物理方法、化学方法、阴极保护法等，但这些方法只能在短时间内延缓腐蚀，不能从根本上解决微生物对金属管线的腐蚀问题。因此，微生物的防治必须从微生物自身出发寻找新的方法。磁场是一种普遍存在的物理现象，随着人们对磁现象认识的深入，磁场已经广泛应用于食品安全生产、口腔医疗、生物工程和腐蚀防护等方面。当微生物处于磁场中时，磁场和微生物体内电子相互作用，产生一种力影响微生物的内部及外部特性，从而影响微生物的活性或存活率。磁场可以通过影响传质过程和电荷转移过程而改变金属腐蚀速率。本文就磁场对微生物活性和金属腐蚀速率两方面的影响进行了分析，提出了利用磁场防治油气管道微生物腐蚀的设想。

    1 静磁场对微生物存活率的影响

    磁场对微生物生长的影响较复杂，通常较强的磁场会抑制微生物的生长，而弱磁场对微生物生长可能有促进作用，不同种类微生物其磁效应的结果也不同。静态磁场影响微生物的机制主要是较长时间的磁处理能使磁场的能量耦合到微生物细胞的大分子上而引起结构的改变，使细胞膜的通透性增强，从而导致细胞物质泄漏，妨碍微生物的生长繁殖。

    磁场对微生物的灭杀作用在医学、食品等领域的应用非常广泛。许喜林等[8]研究磁场对大肠杆菌和枯草杆菌的影响，发现不同强度的磁场对细菌的存活率有不同的影响，相同磁感应强度对不同细菌的影响也存在一定的差异，磁场对细菌的作用会导致细菌的DNA 发生改变。W.Ji等[9]利用永磁体产生的静磁场对大肠埃希菌进行连续培养，发现大肠埃希菌存活率随着静磁场加载时间的延长而降低，随着温度的升高（25~40 ℃）而降低。A.C.Morrow等研究发现，250~300mT的静磁场能够增加化脓性链球菌代谢产物的最大释放量，300mT 的静磁场减缓化脓性链球菌的增殖速率。

    SRB是引起金属管线微生物腐蚀失效的典型厌氧菌，SRB腐蚀是评价微生物腐蚀及环境污染的主要指标之一。SRB能将SO24- 还原为 H2S,从而使自身获得能量，是一类以有机物为养料的厌氧型微生物，广泛存在于pH 为6~9的土壤、海水、淤泥以及地下管道和油气井等缺氧环境中。本文在磁感应强度分别为0、2、5、10mT的条件下，采用半连续培养法，利用UV-2550紫外分光光度计测量了SRB在一个生长周期（14d）的分光光度值（OD值），并根据OD 值绘制了不同磁感应强度下的SRB的生长曲线，如图1所示。由于采用半连续培养法，故生长曲线并没有呈现细菌典型对数期、稳定期、衰亡期等特征。由图1可知，磁场条件下SRB的菌量少于无磁场条件下SRB的菌量，且磁感应强度越大，SRB菌量越小，说明静磁场可以抑制SRB的活性，且磁感应强度越大，抑制作用越强。

    2 静磁场对金属腐蚀的影响

    在静磁场作用下，金属在介质中的腐蚀按腐蚀机理可以分为浓差极化和电化学极化等两种腐蚀体系。

    2.1 静磁场对浓差极化控制腐蚀的影响

    在浓差极化控制的腐蚀体系中，阴极去极化剂到达金属表面越多，腐蚀越严重。雍兴跃研究了磁场对碳钢在不同浓度的FeCl3 中腐蚀速率的影响，发现在一定磁感应强度下碳钢腐蚀速率均降低，当磁感应强度达到某一临界值时，腐蚀速率降到最小；当磁感应强度超过临界值后，腐蚀速率随磁感应强度的增大而增大。M.A.Ghabashy等认为这一结果是扩散层内的介质流造成的。随着铁在腐蚀介质中的腐蚀，在介质中形成无数个微电池，使金属表面附近Fe2+ 浓度大于介质其他部位的Fe2+ 浓度，产生向下的自然对流。另外，由于外加磁场和微电池的电场相互作用产生电磁力，因此产生与自然对流方向相反的介质流动。当磁感应强度较小时，由磁场力引起的向上的介质流动使自然对流减弱，金属表面扩散层逐渐增厚，金属腐蚀减小。当磁感应强度达到临界值时，扩散层达到最厚，腐蚀速率最小。当超过这一临界值时，随着磁感应强度的增加，自然对流占主导地位，又导致扩散层变薄，因此金属腐蚀加剧。

    吕战鹏等研究了磁场对铜在含Fe3+ 溶液中阴极扩散的影响，发现磁场加速铜电极上Fe3+ 阴极扩散过程，使阴极极限扩散电流密度增大。L.Y.Ang等研究了磁场对铜在不同腐蚀介质中腐蚀行为的影响，研究发现存在磁场时，铜在盐酸和氢氧化钠中腐蚀速率均增大，但在氯化钠中腐蚀速率未发生变化。在盐酸和氢氧化钠介质中，传质过程是影响电化学腐蚀的主要因素，而磁场通过磁流体动力学（MHD）效应影响腐蚀速率。静磁场对传质过程的影响可以使用MHD 解释，主要归结于静磁场下电解质中洛伦兹力的引入。洛伦兹力可以加速电解质内电荷在垂直于磁场密度的方向移动，对电解质起到搅拌作用。R.Sueptitz等研究了高梯度磁场对铁在硫酸溶液中阳极腐蚀和局部腐蚀行为的影响，发现磁场存在时铁在0.5mol/L的H2SO4溶液中电流密度降低，边缘溶解过程受到抑制。这是由于磁场力增加了铁表面附近Fe2+ 的浓度，抑制了传质过程，进而降低金属腐蚀速率。

    2.2 静磁场对电化学极化控制腐蚀的影响

    在电化学极化控制的腐蚀体系中，腐蚀速率的大小取决于电化学反应的难易程度，电化学反应越容易腐蚀越剧烈。A.Chiba等研究了磁场对铝在氯化钠溶液中腐蚀行为的影响，发现磁感应可以抑制铝的腐蚀速率。Y.J.Li等研究了合金Fe78Si9B13在磁场条件下的腐蚀行为，发现磁感应可以加速合金的腐蚀速率。王晨等研究了强磁场对铁腐蚀过程的阴极析氢和阳极溶解的影响，发现磁场的存在会产生磁致过电位。磁致过电位的产生主要是因离子的水合作用造成的。Fe2+ 的磁矩比铁原子的磁矩小，在外加磁场作用下，Fe2+ 产生了吸附于界面的力，故附着于金属表面，而对于液体，在磁场作用下水溶液中的抗磁性离子、铁磁性离子的水合作用减弱，故在铁-水溶液界面上产生双电层结构，进而造成磁致过电位。K.W.Busch等研究证实了双电层结构的说法。在外加磁场下，一方面由于Fe2+ 吸附于界面，抑制铁的溶解，另一方面由于Fe2+ 是铁磁性离子，因此导致水合作用的下降，使其产生脱附界面的力，加速铁的溶解。由此可知，适当的磁感应强度可以抑制金属的腐蚀速率。徐楠等研究了磁场对油田污水管道防腐蚀方面的影响，认为利用永磁铁可以使管道内部形成磁性氧化铁，将水与铁管壁完全隔开，起到防腐的作用。吴敏研究了外加磁场对Sn-9Zn钎料组织、熔化温度及腐蚀性能的影响，认为外加磁场可降低Sn-9Zn钎料合金腐蚀电流，提高钎料合金腐蚀性能。

    3 静磁场对油气管线微生物腐蚀的影响

    通过以上研究发现，静磁场既可以影响微生物的存活率，也可以影响金属的腐蚀速率，因此静磁场也可以用于金属管道的微生物腐蚀的防治。李克娟、陈碧等研究了磁场对铁和铜微生物腐蚀的影响，发现磁场的存在可抑制微生物腐蚀速率。这一研究结果为防治油气管线的微生物腐蚀、减少经济损失提供了新的思路。

    土壤中的主要侵蚀性离子有 Cl-、SO24- 和HCO- 3 ,参考文献,将0.1 mol/L NaCl+0.1mol/LNaHCO3+0.1mol/L Na2SO4 的溶液作为土壤模拟溶液。用静态挂片法将4组X100管线钢失重件浸泡于含SRB的土壤模拟溶液中，磁感应强度分别为0、2、5、10mT,在生化培养箱中30℃恒温厌氧浸泡14d,取出后计算腐蚀速率，结果如图2所示。由图2可知，外加磁场可以抑制X100钢的微生物腐蚀速率，随着磁感应强度的增加，X100钢的腐蚀速率先减小后增大，当磁感应强度为5mT时，腐蚀速率最小。

    4 结 论

    磁场对微生物、金属材料的影响非常复杂。磁场的大小、微生物的种类、金属材料的性质以及溶液的性质都影响腐蚀倾向和腐蚀速率，若要使用磁场防治微生物对油气管线的腐蚀，则还需要进行更深入的研究。相信随着科学技术的发展和人们对磁场的深入研究，磁场将成为油气管线微生物腐蚀防护的新方法。

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责任编辑：王元

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