Μικροβιολογικά Επηρεασμένη Διάβρωση (MIC) σε ανοξείδωτο χάλυβα: Ανίχνευση και πρόληψη

Η Μικροβιολογικά Επηρεασμένη Διάβρωση (MIC) είναι μια καταστροφική διαδικασία κατά την οποία μικροοργανισμοί, κυρίως βακτήρια, επιταχύνουν τη διάβρωση του ανοξείδωτου χάλυβα σχηματίζοντας βιοφίλμ που δημιουργούν τοπικά επιθετικά χημικά περιβάλλοντα. Το MIC ευθύνεται για περίπου το 20% όλων των ζημιών που σχετίζονται με τη διάβρωση- σε βιομηχανικά συστήματα και μπορεί να τρυπήσει σωληνώσεις και δοχεία από ανοξείδωτο χάλυβα σε ένα κλάσμα του χρόνου που προβλέπεται από τα συμβατικά μοντέλα διάβρωσης.

Οι πιο επιβλαβείς οργανισμοί MIC είναι τα θειικά-αναγωγικά βακτήρια (SRB), τα οποία παράγουν υδρόθειο που διασπά το προστατευτικό παθητικό φιλμ στον ανοξείδωτο χάλυβα. Η αποτελεσματική ανίχνευση συνδυάζει δοκιμές βάσει καλλιέργειας-, μοριακές μεθόδους (qPCR) και ηλεκτροχημική παρακολούθηση, ενώ η πρόληψη απαιτεί μια ολοκληρωμένη στρατηγική επεξεργασίας βιοκτόνων, επιλογής υλικού, διαχείρισης ροής και προστασίας επίστρωσης.

Τι είναι η μικροβιολογικά επηρεασμένη διάβρωση (MIC);

Το MIC είναι μια μορφή εντοπισμένης διάβρωσης που προκαλείται ή επιταχύνεται από τη μεταβολική δραστηριότητα μικροοργανισμών που προσκολλώνται σε μεταλλικές επιφάνειες και σχηματίζουν βιοφίλμ, δημιουργώντας μικρο-περιβάλλοντα όπου οι ρυθμοί διάβρωσης μπορεί να είναι 10 έως 100 φορές υψηλότεροι από το περιβάλλον μαζικό περιβάλλον.Σε αντίθεση με τη χημική διάβρωση, η οποία προχωρά ομοιόμορφα με βάση τη χημεία του περιβάλλοντος, το MIC είναι βασικά μια βιολογική διαδικασία που καθοδηγείται από ζωντανούς οργανισμούς των οποίων η δραστηριότητα αλλάζει την τοπική ηλεκτροχημεία στην επιφάνεια του μετάλλου.

Η διαδικασία ξεκινά όταν πλαγκτονικά (ελεύθερα-επιπλέοντα) βακτήρια εγκαθίστανται σε μια επιφάνεια από ανοξείδωτο χάλυβα και προσκολλώνται χρησιμοποιώντας εξωκυτταρικές πολυμερείς ουσίες (EPS), μια κολλώδη μήτρα πρωτεϊνών, πολυσακχαριτών και νουκλεϊκών οξέων. Μέσα σε ώρες έως ημέρες, αυτά τα συνδεδεμένα κύτταρα πολλαπλασιάζονται και σχηματίζουν ένα ώριμο βιοφίλμ, μια δομημένη κοινότητα ενσωματωμένη στη μήτρα EPS. Το βιοφίλμ δρα ως φράγμα διάχυσης, παγιδεύοντας μεταβολικά προϊόντα όπως υδρόθειο, οργανικά οξέα και ένζυμα σε άμεση επαφή με την επιφάνεια του μετάλλου, ενώ αποκλείει το οξυγόνο και τους χημικούς αναστολείς από το χύμα υγρό.

Το αποτέλεσμα είναι ένα εντοπισμένο περιβάλλον κάτω από το βιοφίλμ που μπορεί να είναι δραματικά πιο διαβρωτικό από το χύμα υγρό. Για παράδειγμα, ένας αγωγός που μεταφέρει νερό με ουδέτερο pH και χαμηλή περιεκτικότητα σε χλωρίδιο μπορεί να δημιουργήσει κοιλώματα κάτω από ένα βιοφίλμ όπου το pH πέφτει στο 2-3, οι συγκεντρώσεις χλωρίου συγκεντρώνονται σε χιλιάδες μέρη ανά εκατομμύριο και τα επίπεδα υδρόθειου φτάνουν σε τοξικά κατώφλια. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το MIC μπορεί να επιτεθεί σε ποιότητες ανοξείδωτου χάλυβα όπως 304 και 316L που είναι ειδικά σχεδιασμένες για να αντιστέκονται στη διάβρωση στο περιβάλλον μαζικής εξυπηρέτησης.

Ποιοι μικροοργανισμοί προκαλούν το MIC στον ανοξείδωτο χάλυβα;

Τα βακτήρια που μειώνουν τα θειικά-(SRB) είναι οι πιο καταστροφικοί και εκτενώς μελετημένοι οργανισμοί MIC, αλλά τουλάχιστον επτά λειτουργικές ομάδες μικροοργανισμών συμβάλλουν στο MIC σε βιομηχανικά συστήματα ανοξείδωτου χάλυβα.Αυτά περιλαμβάνουν βακτήρια που παράγουν οξέα,-οξειδωτικά βακτήρια σιδήρου,-αναγωγικά βακτήρια, θείο-οξειδωτικά βακτήρια, μαγγάνιο-οξειδωτικά βακτήρια και μεθανογόνα, καθένα από τα οποία επιτίθεται στον ανοξείδωτο χάλυβα μέσω μιας ξεχωριστής βιοχημικής οδού.

Στην πράξη, το MIC σπάνια προκαλείται από έναν μόνο οργανισμό. Τα βιομηχανικά βιοφίλμ είναι συνήθως μικτές κοινότητες όπου διαφορετικοί οργανισμοί συνεργάζονται συνεργιστικά. Για παράδειγμα, το IOB δημιουργεί ζώνες με εξάντληση οξυγόνου- κάτω από φυματίδια που παρέχουν ιδανικές συνθήκες για την ανάπτυξη του αναερόβιου SRB, ενώ το APB μειώνει το pH αρκετά ώστε να αποσταθεροποιήσει το παθητικό φιλμ που στη συνέχεια εκμεταλλεύεται το SRB. Αυτή η συνεργιστική συμπεριφορά είναι ο λόγος για τον οποίο ο έλεγχος του MIC απαιτεί την αντιμετώπιση ολόκληρης της μικροβιακής κοινότητας, όχι μόνο τη στόχευση ενός είδους.

Πώς το MIC επιτίθεται στο παθητικό φιλμ στον ανοξείδωτο χάλυβα;

Το MIC επιτίθεται στον ανοξείδωτο χάλυβα διασπώντας το παθητικό φιλμ οξειδίου του χρωμίου μέσω τεσσάρων κύριων μηχανισμών: καθοδική εκπόλωση από SRB, παραγωγή μεταβολικού οξέος, εξωκυτταρική μεταφορά ηλεκτρονίων (EET) και σχηματισμός κυττάρου διαφορικής συγκέντρωσης κάτω από εναποθέσεις βιοφίλμ.Μόλις η παθητική μεμβράνη τοπικά εκτεθεί, το υποκείμενο γυμνό μέταλλο εκτίθεται στο επιθετικό περιβάλλον βιοφίλμ και αρχίζει η ταχεία διάβρωση με διάτρηση.

Μηχανισμός 1: Καθοδική Εκπόλωση (Κλασικός Μηχανισμός SRB)

Στον κλασικό μηχανισμό MIC που περιγράφηκε για πρώτη φορά από τον von Wolzogen Kuhr το 1934, το SRB χρησιμοποιεί ένζυμα υδρογονάσης για να καταναλώσει καθοδικό υδρογόνο (Η) που συσσωρεύεται στην επιφάνεια του μετάλλου κατά τη διάρκεια της αντίδρασης διάβρωσης. Με την αφαίρεση αυτού του υδρογόνου, το SRB εκπολώνει την κάθοδο, που σημαίνει ότι η ηλεκτροχημική αντίδραση που κανονικά θα επιβραδύνει καθώς συσσωρεύεται υδρογόνο συνεχίζεται με πλήρη ταχύτητα. Η αντίδραση μείωσης των θειικών παράγει υδρόθειο (H2S), το οποίο προσβάλλει άμεσα την παθητική μεμβράνη του οξειδίου του χρωμίου και σχηματίζει εναποθέσεις θειούχου σιδήρου (FeS) που είναι καθοδικά στο βασικό μέταλλο, επιταχύνοντας περαιτέρω τη γαλβανική διάβρωση.

Μηχανισμός 2: Επίθεση Μεταβολικού Οξέος

Τα βακτήρια που παράγουν οξύ-(APB) ζυμώνουν οργανικά υποστρώματα και εκκρίνουν οργανικά οξέα όπως οξικό, γαλακτικό, προπιονικό και βουτυρικό οξύ. Τα οξειδωτικά βακτήρια του θείου (SOB) παράγουν ανόργανο θειικό οξύ. Αυτά τα οξέα συγκεντρώνονται κάτω από το βιοφίλμ, μειώνοντας το τοπικό pH σε επίπεδα που διαλύουν το παθητικό στρώμα οξειδίου του χρωμίου. Για ανοξείδωτο χάλυβα 304 και 316L, το παθητικό φιλμ γίνεται ασταθές κάτω από pH 4 και κάτω από pH 2 καταστρέφεται εντελώς. Μόλις φύγει η μεμβράνη, το μέταλλο διαβρώνεται ενεργά με ρυθμούς που υπερβαίνουν κατά πολύ τα όρια σχεδιασμού.

Μηχανισμός 3: Εξωκυτταρική μεταφορά ηλεκτρονίων (EET-MIC)

Ένας πιο πρόσφατα αναγνωρισμένος μηχανισμός περιλαμβάνει την άμεση μεταφορά ηλεκτρονίων από την επιφάνεια του μετάλλου στα βακτήρια μέσω πρωτεϊνών κυτοχρώματος εξωτερικής-μεμβράνης ή αγώγιμων νανοσυρμάτων (pili). Στο EET-MIC, ορισμένα βακτήρια, συμπεριλαμβανομένων των SRB και μεθανογόνων, χρησιμοποιούν ουσιαστικά το μέταλλο ως δότη ηλεκτρονίων για το μεταβολισμό τους, εξάγοντας απευθείας άτομα σιδήρου από την επιφάνεια. Αυτός ο μηχανισμός είναι ιδιαίτερα ύπουλος γιατί δεν απαιτεί την παραγωγή διαβρωτικών μεταβολιτών. τα ίδια τα βακτήρια είναι ο οδηγός διάβρωσης. Το EET-ΜΙΚ έχει αποδειχθεί ότι επιταχύνει τη δημιουργία κοιλοτήτων σε ανοξείδωτο χάλυβα 316L παρουσία Pseudomonas aeruginosa και Shewanella oneidensis.

Μηχανισμός 4: Κυψέλες διαφορικής συγκέντρωσης

Τα βιοφίλμ και οι σχετικές αποθέσεις τους (οξείδια σιδήρου, σουλφίδια, βιομάζα) δημιουργούν φυσική ετερογένεια στην επιφάνεια του μετάλλου. Οι περιοχές κάτω από παχιές εναποθέσεις εξαντλούνται-το οξυγόνο (ανοδικές), ενώ οι γύρω εκτεθειμένες περιοχές παραμένουν-πλούσιες σε οξυγόνο (καθοδικές). Αυτή η κυψέλη διαφορικού αερισμού οδηγεί σε εντοπισμένη κοιλότητα στο άκρο απόθεσης. Τα οξειδωτικά βακτήρια του σιδήρου (IOB) είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικά στη δημιουργία αυτού του μηχανισμού, επειδή σχηματίζουν φυματίδια, σαν σωρούς-απόθεση υδροξειδίου του σιδήρου που δημιουργούν ιδανικές συνθήκες διαφορικού αερισμού από κάτω.

Ποιες ποιότητες ανοξείδωτου χάλυβα είναι επιρρεπείς στο MIC;

Όλες οι κοινές ποιότητες ωστενιτικού ανοξείδωτου χάλυβα, συμπεριλαμβανομένων των 304, 316L, ακόμη και 904L, είναι ευαίσθητα στο MIC, αλλά η ευαισθησία μειώνεται καθώς αυξάνεται η περιεκτικότητα σε κράμα, με το duplex 2205 και το super duplex 2507 να προσφέρουν σημαντικά καλύτερη αντίσταση.Η παθητική μεμβράνη σε όλους τους ανοξείδωτους χάλυβες μπορεί να παραβιαστεί με μηχανισμούς MIC, αλλά η υψηλότερη περιεκτικότητα σε χρώμιο, μολυβδαίνιο και άζωτο αυξάνει τη σταθερότητα και την ικανότητα αυτοεπούλωσης της μεμβράνης-.

Το PREN (Αριθμός ισοδύναμου αντίστασης λακκούβων) είναι ένας χρήσιμος δείκτης αντίστασης MIC, επειδή το MIC εκδηλώνεται κυρίως ως εντοπισμένη κοιλότητα. Ο τύπος PREN=%Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %N καταγράφει τη συνδυασμένη συμβολή των τριών στοιχείων που είναι πιο κρίσιμα για την παθητική σταθερότητα του φιλμ. Ως γενική κατευθυντήρια γραμμή, τα συστήματα με υψηλό κίνδυνο MIC θα πρέπει να προσδιορίζουν υλικά με PREN 35 ή υψηλότερο, αν και ακόμη και οι ποιότητες super duplex δεν είναι άνοσα στο MIC υπό σοβαρές συνθήκες βιοφίλμ.

Πώς ανιχνεύεται και παρακολουθείται το MIC σε βιομηχανικά συστήματα;

Καμία μέθοδος ανίχνευσης δεν μπορεί να αναγνωρίσει αξιόπιστα το MIC μεμονωμένα. Η αποτελεσματική ανίχνευση MIC απαιτεί συνδυασμό τουλάχιστον τριών συμπληρωματικών προσεγγίσεων: μικροβιολογική ανάλυση (καλλιέργεια ή μοριακή), ηλεκτροχημική παρακολούθηση και επιθεώρηση φυσικής επιφάνειας.Η συναίνεση του κλάδου, η οποία αντικατοπτρίζεται στα πρότυπα NACE TM0194 και NACE TM0212, είναι η ανάπτυξη ενός προγράμματος ανίχνευσης πολλαπλών-μεθόδων που καλύπτει πλαγκτονικά βακτήρια στο χύμα υγρό, άμισχα βακτήρια σε μεταλλικές επιφάνειες και δεδομένα ρυθμού διάβρωσης από κουπόνια και ανιχνευτές.

Μέθοδος 1: Δοκιμή βάσει καλλιέργειας- (NACE TM0194)

Η παραδοσιακή προσέγγιση χρησιμοποιεί επιλεκτικά μέσα καλλιέργειας για την ανάπτυξη και την απαρίθμηση συγκεκριμένων τύπων βακτηρίων, συνηθέστερα SRB, από δείγματα νερού ή επιφανειακές εναποθέσεις. Ο αριθμός των βακτηρίων αναφέρεται ως μονάδες σχηματισμού αποικιών- ανά χιλιοστόλιτρο (CFU/mL) ή ανά τετραγωνικό εκατοστό. Ενώ χρησιμοποιούνται ευρέως και φθηνές, οι μέθοδοι καλλιέργειας ανιχνεύουν μόνο το 1-10% του πραγματικού μικροβιακού πληθυσμού, επειδή τα περισσότερα περιβαλλοντικά βακτήρια δεν μπορούν να καλλιεργηθούν σε τυπικά μέσα. Ένα αρνητικό αποτέλεσμα καλλιέργειας δεν αποκλείει το MIC.

Μέθοδος 2: Μοριακές Μέθοδοι (qPCR και NGS)

Η ποσοτική αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (qPCR) ανιχνεύει και ποσοτικοποιεί συγκεκριμένα μικροβιακά γονίδια (π.χ. το γονίδιο ανομοιωτικής θειώδους αναγωγάσης dsrA για SRB) απευθείας από το DNA του περιβάλλοντος, χωρίς την ανάγκη καλλιέργειας οργανισμών. Η qPCR είναι 100-1000 φορές πιο ευαίσθητη από τις μεθόδους καλλιέργειας και μπορεί να αναγνωρίσει οργανισμούς που δεν μπορούν να αναπτυχθούν στο εργαστήριο. Η αλληλουχία επόμενης γενιάς (NGS) προχωρά παραπέρα, παρέχοντας ένα πλήρες προφίλ της μικροβιακής κοινότητας (το μικροβίωμα) σε ένα σημείο διάβρωσης, αποκαλύπτοντας οργανισμούς που οι μέθοδοι καλλιέργειας θα χάνουν εντελώς. Οι μοριακές μέθοδοι είναι όλο και περισσότερο η προτιμώμενη επιλογή για τη διάγνωση MIC.

Μέθοδος 3: Δοκιμασία βιοφωταύγειας ATP

Η τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP) είναι το ενεργειακό νόμισμα όλων των ζωντανών κυττάρων. Ο προσδιορισμός ATP μετρά τη συνολική βιολογική δραστηριότητα λύοντας κύτταρα και μετρώντας την έξοδο φωτός από μια αντίδραση λουσιφεράσης. Τα αποτελέσματα είναι διαθέσιμα σε λίγα λεπτά, καθιστώντας τη δοκιμή ATP ιδανική για γρήγορο έλεγχο πεδίου. Ωστόσο, το ATP μετρά τη συνολική βιομάζα, όχι συγκεκριμένους τύπους οργανισμών, επομένως δεν μπορεί να διακρίνει μεταξύ SRB και αβλαβών βακτηρίων. Το ATP χρησιμοποιείται καλύτερα ως δείκτης έγκαιρης προειδοποίησης που ενεργοποιεί πιο συγκεκριμένες δοκιμές παρακολούθησης-.

Μέθοδος 4: Ηλεκτροχημική Παρακολούθηση

Οι ηλεκτροχημικές τεχνικές παρέχουν δεδομένα διάβρωσης σε πραγματικό-χρόνο-in situ που μπορούν να υποδεικνύουν δραστηριότητα MIC. Η αντίσταση γραμμικής πόλωσης (LPR) μετρά συνεχώς τον γενικό ρυθμό διάβρωσης. Η φασματοσκοπία ηλεκτροχημικής σύνθετης αντίστασης (EIS) μπορεί να ανιχνεύσει το σχηματισμό βιοφίλμ μετρώντας τις αλλαγές στη χωρητικότητα της επιφάνειας και την αντίσταση μεταφοράς φορτίου. Η ανάλυση ηλεκτροχημικού θορύβου (EN) μπορεί να προσδιορίσει εντοπισμένο χαρακτηριστικό του MIC. Τα σύγχρονα προγράμματα παρακολούθησης MIC χρησιμοποιούν ηλεκτροχημικούς ανιχνευτές σε απευθείας σύνδεση σε συνδυασμό με μικροβιολογική δειγματοληψία για να συσχετίσουν τη βιολογική δραστηριότητα με τις αλλαγές του ρυθμού διάβρωσης.

Μέθοδος 5: Ανάλυση κουπονιού διάβρωσης και επιφάνειας

Τα αφαιρούμενα κουπόνια διάβρωσης που είναι εγκατεστημένα σε χωνευτές-στήρικτες στον αγωγό ή στο σκάφος παρέχουν φυσική απόδειξη του MIC. Μετά την έκθεση, τα κουπόνια ζυγίζονται για απώλεια μάζας, εξετάζονται οπτικά και υπό μεγέθυνση για μορφολογία κοιλωμάτων και αναλύονται με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM) με ενεργειακή-φασματοσκοπία ακτίνων Χ{3}}διασποράς (EDS) για τη σύνθεση του προϊόντος διάβρωσης. Οι λάκκοι MIC έχουν χαρακτηριστικά γνωρίσματα: είναι συνήθως ομαδοποιημένοι, συχνά μέσα ή κάτω από εναποθέσεις, έχουν σχήμα ημισφαιρικό ή πέταλο και μπορεί να περιέχουν μαύρα ιζήματα θειούχου σιδήρου. Η επιφάνεια του κουπονιού μπορεί επίσης να επιχριστεί για μικροβιολογική ανάλυση.

Πώς αποτρέπεται το MIC σε συστήματα από ανοξείδωτο χάλυβα;

Η αποτελεσματική πρόληψη MIC απαιτεί μια ολοκληρωμένη στρατηγική πολλαπλών-φραγμών που συνδυάζει επεξεργασία βιοκτόνων, επιλογή υλικού, διαχείριση ροής, προστατευτικές επικαλύψεις και λειτουργικούς ελέγχους, επειδή καμία μεμονωμένη μέθοδος δεν παρέχει πλήρη προστασία.Τα πιο επιτυχημένα προγράμματα πρόληψης MIC εφαρμόζουν τουλάχιστον τρία ανεξάρτητα εμπόδια ταυτόχρονα, έτσι ώστε εάν ένα εμπόδιο παραβιαστεί, άλλα συνεχίζουν να προστατεύουν το σύστημα.

Στρατηγική 1: Θεραπεία Βιοκτόνων

Τα βιοκτόνα είναι χημικοί παράγοντες που σκοτώνουν ή αναστέλλουν μικροοργανισμούς και αποτελούν το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο μέτρο ελέγχου MIC. Τα κοινά βιοκτόνα στα βιομηχανικά συστήματα νερού περιλαμβάνουν χλώριο και υποχλωριώδες (οξειδωτικό), γλουταραλδεΰδη (μη{{1})οξειδωτικό), θειικό τετρακίς(υδροξυμεθυλ)φωσφόνιο (THPS) και ενώσεις τεταρτοταγούς αμμωνίου (QACs). Τα προγράμματα βιοκτόνων συνήθως εναλλάσσονται μεταξύ δύο διαφορετικών τύπων βιοκτόνων για την πρόληψη της μικροβιακής προσαρμογής και αντοχής. Η αποτελεσματική δοσολογία απαιτεί τη διατήρηση μιας ελάχιστης υπολειμματικής συγκέντρωσης για επαρκή χρόνο επαφής, που συνήθως επαληθεύεται με παρακολούθηση-μικροβιολογικών δοκιμών. Ο βασικός περιορισμός των βιοκτόνων είναι ότι πρέπει να διεισδύσουν στη μήτρα EPS του βιοφίλμ για να φτάσουν στους οργανισμούς, κάτι που συχνά απαιτεί υψηλότερες συγκεντρώσεις ή συνεργιστικά τασιενεργά.

Στρατηγική 2: Επιλογή και αναβάθμιση υλικού

Η αναβάθμιση σε υψηλότερες ποιότητες-κράματος ανοξείδωτου χάλυβα αυξάνει την αντίσταση στο MIC βελτιώνοντας την παθητική σταθερότητα του φιλμ. Η μετάβαση από 304 (PREN 18) σε 316L (PREN 24) παρέχει μέτρια βελτίωση. Μια πιο σημαντική αναβάθμιση είναι το duplex 2205 (PREN 35) ή το super duplex 2507 (PREN 42), τα οποία προσφέρουν σημαντικά καλύτερη αντίσταση στα σκασίματα. Για τα πιο σοβαρά περιβάλλοντα MIC, μπορεί να καθοριστούν κράματα με βάση το νικέλιο{12}, όπως το κράμα 625 ή το κράμα C276. Οι αναβαθμίσεις υλικών είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικές σε κρίσιμες τοποθεσίες, όπως ζώνες που επηρεάζονται από τη θερμότητα συγκόλλησης-, νεκρά πόδια και περιοχές χαμηλής-ροής όπου είναι πιο πιθανός ο σχηματισμός βιοφίλμ.

Στρατηγική 3: Διαχείριση ροής και σχεδιασμός συστήματος

Τα βιοφίλμ σχηματίζονται κατά προτίμηση σε στάσιμες ή{0}}περιοχές χαμηλής ροής, όπου τα βακτήρια μπορούν να εγκατασταθούν και να προσκολληθούν. Η διατήρηση ταχυτήτων ροής πάνω από 1,5 m/s (5 ft/s) στα συστήματα σωληνώσεων αποτρέπει την προσκόλληση βακτηρίων και διαταράσσει τον σχηματισμό βιοφίλμ σε πρώιμο-στάδιο. Ο σχεδιασμός του συστήματος θα πρέπει να εξαλείψει τα νεκρά πόδια, τις στάσιμες ζώνες και τις ρωγμές όπου συσσωρεύονται εναποθέσεις και βιοφίλμ. Τα σημεία αποστράγγισης θα πρέπει να σχεδιάζονται για πλήρη αποστράγγιση κατά τη διάρκεια της διακοπής λειτουργίας. Η τακτική εκτόξευση των αγωγών αφαιρεί φυσικά βιομεμβράνες και εναποθέσεις προτού ωριμάσουν σε διαβρωτικές οντότητες.

Στρατηγική 4: Προστατευτικές επικαλύψεις

Η εφαρμογή προστατευτικών επικαλύψεων σε εσωτερικές επιφάνειες δημιουργεί ένα φυσικό φράγμα μεταξύ του μετάλλου και του βιοφίλμ. Οι εποξειδικές επιστρώσεις, οι εποξειδικές επικαλύψεις με σύντηξη-ενισχυμένες εποξειδικές επικαλύψεις (FBE) και οι-επικαλύψεις με νιφάδες χρησιμοποιούνται συνήθως σε συστήματα χειρισμού νερού-. Οι αναδυόμενες αντιμικροβιακές επικαλύψεις ενσωματώνουν βιοκτόνα, όπως νανοσωματίδια αργύρου, ιόντα χαλκού ή ενώσεις τεταρτοταγούς αμμωνίου απευθείας στη μήτρα επικάλυψης, παρέχοντας συνεχή προστασία στην επιφάνεια. Η ακεραιότητα της επίστρωσης είναι κρίσιμης σημασίας, καθώς κάθε περιοχή διακοπών (οπή καρφίτσας) ή κατεστραμμένη περιοχή γίνεται προτιμησιακή τοποθεσία για την εκκίνηση του MIC λόγω της μεγάλης αναλογίας περιοχής καθόδου{-προς-ανόδου.

Στρατηγική 5: Καθοδική Προστασία

Τα συστήματα καθοδικής προστασίας (ICCP) ή θυσιαστικής ανόδου μπορούν να μετατοπίσουν το μεταλλικό δυναμικό κάτω από το δυναμικό διάβρωσης, καταστέλλοντας τις ηλεκτροχημικές αντιδράσεις που εκμεταλλεύονται οι οργανισμοί MIC. Η καθοδική προστασία είναι πιο αποτελεσματική για εξωτερικές επιφάνειες θαμμένων σωληνώσεων και πυθμένα δεξαμενών. Για τις εσωτερικές επιφάνειες, η καθοδική προστασία δεν είναι γενικά πρακτική λόγω των τρεχουσών προκλήσεων διανομής και του κινδύνου παραγωγής υδρογόνου, το οποίο μπορεί πραγματικά να τροφοδοτήσει το θετικό SRB της υδρογονάσης-.

Στρατηγική 6: Περιβαλλοντικός Έλεγχος

Η τροποποίηση του περιβάλλοντος εξυπηρέτησης ώστε να γίνει λιγότερο ευνοϊκό για την ανάπτυξη μικροβίων μπορεί να είναι ένα αποτελεσματικό προληπτικό μέτρο. Οι επιλογές περιλαμβάνουν σάρωση οξυγόνου για την εξάλειψη αερόβιων οργανισμών (αν και αυτό ευνοεί το αναερόβιο SRB), ρύθμιση pH σε 9,0 ή υψηλότερο για την αναστολή των βακτηρίων που παράγουν οξύ-, έλεγχο θερμοκρασίας για να παραμείνει εκτός του βέλτιστου εύρους ανάπτυξης (συνήθως 20-40 degC για τους περισσότερους οργανισμούς MIC) και μείωση της διεργασίας θρεπτικών ουσιών από την αφαίρεση των πηγών άνθρακα.

Ποια είναι τα οπτικά σημάδια και τα διαγνωστικά χαρακτηριστικά της βλάβης του MIC;

Το MIC παράγει χαρακτηριστικές οπτικές και μεταλλουργικές υπογραφές που το διακρίνουν από άλλες μορφές διάβρωσης, συμπεριλαμβανομένων συσσωρευμένων ημισφαιρικών κοιλοτήτων κάτω από ιζήματα, προϊόντων διάβρωσης από μαύρα θειούχα σιδήρου και μορφολογίες κοιλωμάτων που περιγράφονται ως-σε σχήμα κυπέλλου, σε σχήμα πετάλου- ή σήραγγα.Η αναγνώριση αυτών των υπογραφών κατά την επιθεώρηση είναι κρίσιμη για την επιβεβαίωση του MIC ως μηχανισμού ζημιάς και την εφαρμογή της σωστής στρατηγικής αποκατάστασης.

Το API RP 571, το βιομηχανικό πρότυπο για την αναγνώριση μηχανισμών βλάβης σε εξοπλισμό διύλισης, ταξινομεί το MIC ως ξεχωριστό μηχανισμό βλάβης και παρέχει λεπτομερείς διαγνωστικές οδηγίες. Σύμφωνα με το API RP 571, η βλάβη στο MIC εντοπίζεται πιο συχνά σε στάσιμες ή χαμηλής-περιοχές ροής, στο κάτω μέρος των οριζόντιων σωληνώσεων, κάτω από εναποθέσεις και σε νεκρά πόδια. Το πρότυπο συνιστά να επιβεβαιώνεται η ύποπτη βλάβη του MIC με συνδυασμό οπτικής επιθεώρησης, ανάλυσης εναπόθεσης και μικροβιολογικού ελέγχου δειγμάτων επιφάνειας.

Ποια Πρότυπα και Οδηγίες Βιομηχανίας διέπουν τη Διαχείριση MIC;

Η διαχείριση του MIC διέπεται από ένα πλαίσιο βιομηχανικών προτύπων από την AMPP (πρώην NACE International) και το API, με τα πιο κρίσιμα έγγραφα να είναι το NACE TM0194 για παρακολούθηση πεδίου, το NACE TM0212 για την ανίχνευση MIC αγωγών και το API RP 571 για την αναγνώριση του μηχανισμού βλάβης.Αυτά τα πρότυπα παρέχουν συναινετικές διαδικασίες για δειγματοληψία, δοκιμές, διάγνωση και πρόληψη, οι οποίες αναγνωρίζονται από ρυθμιστικούς φορείς και ασφαλιστικούς φορείς.

Ποιος είναι ο οικονομικός και λειτουργικός αντίκτυπος του MIC;

Το MIC κοστίζει στην παγκόσμια οικονομία περίπου 30 έως 50 δισεκατομμύρια δολάρια ετησίως, που αντιπροσωπεύει περίπου το 20% των συνολικών δαπανών που σχετίζονται με τη διάβρωση-, με μεμονωμένες αστοχίες εγκαταστάσεων να προκαλούν απώλειες παραγωγής από 1 έως 10 εκατομμύρια δολάρια ανά περιστατικό και, σε σοβαρές περιπτώσεις, καταστροφικές βλάβες που οδηγούν σε περιβαλλοντικές ζημιές και περιστατικά ασφάλειας.Ο οικονομικός αντίκτυπος εκτείνεται πέρα ​​από το άμεσο κόστος επισκευής και περιλαμβάνει απρογραμμάτιστο χρόνο διακοπής λειτουργίας, απώλεια παραγωγής, περιβαλλοντική αποκατάσταση, ρυθμιστικές κυρώσεις και αυξημένα ασφάλιστρα.

Η ανάλυση κόστους{0}}οφέλους της πρόληψης MIC είναι συντριπτικά θετική. Τα δεδομένα του κλάδου δείχνουν σταθερά ότι κάθε δολάριο που δαπανάται για την προληπτική παρακολούθηση και πρόληψη του MIC εξοικονομεί από 5 έως 10 δολάρια σε κόστος αποφυγής αστοχίας. Το κλειδί είναι η εφαρμογή μέτρων πρόληψης πριν από την έναρξη βλάβης στο MIC, καθώς η αποκατάσταση του ενεργού MIC είναι πολύ πιο δαπανηρή και λιγότερο αξιόπιστη από την πρόληψη.

Συχνές Ερωτήσεις

Ναί. Το MIC είναι ένας από τους λίγους μηχανισμούς διάβρωσης που μπορεί να σπάσει το παθητικό φιλμ στον ανοξείδωτο χάλυβα. Το SRB παράγει υδρόθειο που προσβάλλει χημικά και αποσταθεροποιεί το φιλμ οξειδίου του χρωμίου. Το APB και το SOB παράγουν οξέα που διαλύουν το φιλμ σε χαμηλό pH. Τα βακτήρια με δυνατότητα EET-μπορούν να εξάγουν ηλεκτρόνια απευθείας μέσω της μεμβράνης, προκαλώντας υπο-διάλυση μετάλλου μεμβράνης. Το παθητικό φιλμ που προστατεύει τον ανοξείδωτο χάλυβα από τη συμβατική διάβρωση δεν αποτελεί εμπόδιο στους μηχανισμούς MIC, γι' αυτό το MIC μπορεί να επιτεθεί σε ποιότητες όπως το 316L που έχουν καλή απόδοση σε πανομοιότυπα περιβάλλοντα χωρίς δραστηριότητα βιοφίλμ.

Πόσο γρήγορα μπορεί το MIC να προκαλέσει βλάβη στις σωληνώσεις από ανοξείδωτο χάλυβα;

Κάτω από ευνοϊκές συνθήκες για μικροβιακή ανάπτυξη (στάσιμο νερό, 25-40 degC, διαθέσιμα θρεπτικά συστατικά), το MIC μπορεί να τρυπήσει σωληνώσεις από ανοξείδωτο χάλυβα 316L με πάχος τοιχώματος 3 mm σε 6 έως 18 μήνες. Τα τεκμηριωμένα ιστορικά περιπτώσεων περιλαμβάνουν βλάβες σε μόλις 3 μήνες σε συστήματα με σοβαρή μόλυνση SRB. Αυτό είναι δραματικά ταχύτερο από τη διάρκεια ζωής των 10 έως 20 ετών που συνήθως αναμένεται από 316L σε παρόμοια υπηρεσία χωρίς MIC. Ο γρήγορος ρυθμός αστοχίας οφείλεται στην τοπική φύση της διάτρησης MIC, η οποία συγκεντρώνει την επίθεση διάβρωσης σε μερικές μικρές τοποθεσίες αντί να την εξαπλώνει ομοιόμορφα.

Το MIC προκαλείται πάντα από βακτήρια που μειώνουν τα θειικά-(SRB);

Όχι. Ενώ οι SRB είναι οι πιο συχνά αναγνωρισμένοι και πιο καταστροφικοί οργανισμοί MIC, το MIC μπορεί να προκληθεί από πολλούς τύπους οργανισμών που δρουν ανεξάρτητα ή συνεργιστικά. Βακτήρια που παράγουν οξύ-βακτήρια οξειδώσεως-σιδήρου (IOB), θείο{4}οξειδωτικά βακτήρια (SOB), βακτήρια που μειώνουν τον σίδηρο (IRB), μαγγάνιο-οξειδωτικά βακτήρια (MOB) και μεθανογόνα έχουν όλα τεκμηριωθεί ως κύριοι οδηγοί MIC σε διαφορετικά βιομηχανικά περιβάλλοντα. Σε πολλές πραγματικές-περιπτώσεις, η διάβρωση προκαλείται από μια μικτή μικροβιακή κοινότητα όπου οι SRB είναι μόνο ένας συμμετέχων. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι μοριακές μέθοδοι όπως το qPCR και η μεταγονιδιωματική, που μπορούν να προσδιορίσουν την πλήρη μικροβιακή κοινότητα, προτιμώνται όλο και περισσότερο έναντι των δοκιμών καλλιέργειας μόνο SRB{10}}.

Μπορεί η θεραπεία με βιοκτόνο από μόνη της να αποτρέψει το MIC;

Όχι. Ενώ τα βιοκτόνα αποτελούν ουσιαστικό συστατικό της πρόληψης του MIC, το να βασιζόμαστε μόνο στη θεραπεία με βιοκτόνα είναι ανεπαρκές για αξιόπιστη μακροπρόθεσμη- προστασία. Τα βιοφίλμ προστατεύουν τα μόνιμα βακτήρια τους από τη διείσδυση βιοκτόνων μέσω της μήτρας EPS, πράγμα που σημαίνει ότι οι συγκεντρώσεις βιοκτόνου αποτελεσματικές έναντι των πλαγκτονικών βακτηρίων μπορεί να είναι 10 έως 100 φορές πολύ χαμηλές για να σκοτώσουν τα άμισχα βακτήρια σε ένα καθιερωμένο βιοφίλμ. Η αντοχή στα βιοκτόνα μπορεί επίσης να αναπτυχθεί μέσω της μικροβιακής προσαρμογής. Η βέλτιστη πρακτική του κλάδου είναι μια προσέγγιση πολλαπλών-φραγμών που συνδυάζει βιοκτόνα με επιλογή υλικού, διαχείριση ροής, φυσικό καθαρισμό (pigging) και προστασία επίστρωσης. Κανένα μεμονωμένο φράγμα δεν είναι 100% αποτελεσματικό, αλλά τα συνδυασμένα εμπόδια παρέχουν επικαλυπτόμενη προστασία.

Πώς διακρίνετε το MIC από άλλες μορφές τοπικής διάβρωσης;

Το MIC διακρίνεται από άλλες μορφές εντοπισμένης διάβρωσης (όπως διάβρωση με χλωριούχα ή ρωγμές) από έναν συνδυασμό μορφολογίας κοιλωμάτων, σύνθεσης προϊόντος διάβρωσης, χαρακτηριστικών εναποθέσεων και μικροβιολογικών στοιχείων. Οι λάκκοι MIC έχουν συνήθως ομαδοποιημένες, ημισφαιρικές ή πεταλόμορφες-σχήμες και βρίσκονται κάτω από κοιτάσματα ή σε περιοχές χαμηλής- ροής. Τα μαύρα ιζήματα θειούχου σιδήρου, η οσμή-σάπιου αυγού όταν διαταράσσεται η εναπόθεση και η αυξημένη περιεκτικότητα σε θείο στα προϊόντα διάβρωσης (που ανιχνεύονται από το EDS) είναι ισχυροί δείκτες MIC. Η επιβεβαίωση απαιτεί μικροβιολογικό έλεγχο των επιφανειακών εναποθέσεων χρησιμοποιώντας καλλιέργεια ή μοριακές μεθόδους. Το API RP 571 παρέχει λεπτομερή διαγνωστικά κριτήρια για τη διάκριση του MIC από άλλους μηχανισμούς βλάβης.

Ποια είναι η πιο οικονομικά-αποτελεσματική στρατηγική πρόληψης MIC για μια νέα εγκατάσταση;

Για μια νέα εγκατάσταση, η πιο οικονομικά{0}}αποτελεσματική στρατηγική πρόληψης MIC είναι ο σχεδιασμός της αντίστασης MIC στο σύστημα από την αρχή, η οποία είναι πολύ φθηνότερη από την εκ των υστέρων τοποθέτηση μέτρων πρόληψης μετά την ανάπτυξη του MIC. Αυτό σημαίνει: (1) εξάλειψη των νεκρών σκελών και των ζωνών χαμηλής- ροής στο σχεδιασμό σωληνώσεων, (2) καθορισμός υψηλότερων-υλικών κραμάτων (τουλάχιστον 316 λίτρα, κατά προτίμηση 2205 διπλής όψης) για-επιφάνειες επαφής με το νερό, (3) σχεδιασμός για ικανότητα pigging σε αγωγούς και στρατηγικής εγκατάστασης μικροϋπολογιστικών πυλώνων, κατά προτίμηση 2205 διπλής όψης, (4) τοποθεσίες, και (5) εφαρμογή προγράμματος θεραπείας βιοκτόνων από την πρώτη ημέρα λειτουργίας. Το πρόσθετο κόστος κεφαλαίου αυτών των χαρακτηριστικών σχεδιασμού είναι συνήθως 5-10% του συνολικού κόστους του έργου, σε σύγκριση με το ενδεχόμενο κόστος αποτυχίας που μπορεί να υπερβεί ολόκληρη την αξία του έργου.