民航飛機燃油箱微生物腐蝕的研究現狀

殷向東，萬斌

（上海民航職業技術學院，上海200232）

1996年，我國某機場發生了多架飛機的整體燃油箱腐蝕事件，這是有史以來最為嚴重的飛機燃油箱微生物腐蝕。民用飛機整體油箱的腐蝕也屬于飛機承載結構件的腐蝕，這嚴重影響了民用飛機結構、燃油系統的安全、飛機的完整與可靠性，因此，民用飛機整體油箱的微生物腐蝕（MIC）問題得到了越來越多研究人員的關注［1］。

研究表明：由微生物引起的腐蝕約占全世界腐蝕損失的20%，且每年由微生物腐蝕引起的直接經濟損失為300～500億美元［2］。因此，各國研究人員對由微生物引起的腐蝕進行了一系列研究：POSTGATE［3］最早系統研究了硫酸鹽還原菌（SRB）的營養需求、生理和生態特征，奠定了微生物腐蝕的研究基礎。BOOTH等在微生物腐蝕機理方面進行了大量探索，形成了典型的SRB厭氧腐蝕理論［4］。早在20世紀50年代末，就有人注意到飛機整體油箱的微生物腐蝕問題［1］，解決飛機整體油箱的微生物腐蝕，成為飛機結構設計、生產制造、維修人員和科研工作者面臨的一個現實問題［5-6］。本工作介紹了民航飛機整體燃油箱的分布和結構，提出了民航飛機整體燃油箱的防腐蝕建議，以期為飛機整體燃油箱的腐蝕防護提供指導。

1 飛機燃油箱的分布及內部結構

民航飛機一般都有三個油箱，其中：左右大翼上分布著兩個主油箱，在兩個大翼的根部和機身相連處是一個中央翼油箱，這幾個油箱之間可以互相倒油。機翼油箱是民航飛機攜帶燃油的主要部位。民航飛機油箱分布圖及油箱內部結構見圖1［7-8］。

一般噴氣式飛機使用航空煤油，螺旋槳飛機使用汽油。航空煤油是碳氫化合物，易揮發、具有較高的飽和蒸汽壓，且具有較強的吸濕性；同時，為了提高航空煤油的抗爆性和抗冰性，還要在其中添加各種添加劑。多數情況下，微生物會優選C10～C18碳鏈的烴類為營養源，所以航空煤油受微生物污染比汽油更普遍［9-10］。

2 航空燃油中微生物的種類及影響

對飛機燃油箱（主要由不同牌號的硬鋁或超硬鋁制成）腐蝕影響最大的微生物主要是各種細菌、酵母菌和霉菌。細菌包括枝抱菌、硫酸鹽還原菌、綠膿桿菌、產氣桿菌以及芽抱梭菌等；其中枝抱菌的腐蝕性最強，綠膿桿菌的次之。霉菌包括樹脂枝孢霉、土霉素、煙曲霉、擬青霉等。這些微生物代謝會產生多種有機酸，使航空煤油的p H降低，氧化還原電位升高，從而使得鋁合金的腐蝕電位降低。飛機燃油箱的微生物腐蝕形貌如圖2所示。

圖1 民航飛機油箱分布圖Fig.1 Distribution map of civil aircraft fuel tanks：（a）central fuel tank；（b）wing fuel tank；（c）internal structure of the overall fuel tank

對飛機燃油系統危害較大的微生物主要有硫酸鹽還原細菌（SRB）和樹脂芽枝霉兩種。

硫酸鹽還原菌屬于厭氧菌，它不但能夠還原硫酸根離子，而且在缺氧時能分解含硫的有機物，產生H2S和S，H2S會增加油品的酸性，腐蝕飛機燃油箱鋁合金結構［11-12］。作為公認的會對金屬腐蝕產生較大影響的菌種，SRB引起的飛機燃油箱局部腐蝕現象屢見不鮮，它是造成飛機燃油箱微生物腐蝕最主要的一類細菌［13-16］。SRB的分泌物還會破壞飛機燃油箱鋁合金結構的表面保護涂層：一方面微生物分泌物把保護涂層的有機物作為營養源，附著在其上生長繁殖，對其進行腐蝕，使其失去保護作用；另一方面，某些微生物分泌物會對保護涂層造成腐蝕，一旦保護涂層被腐蝕，會使基體受到腐蝕，一般為點蝕，沿重力方向往下，穿透燃油箱鋁合金壁板，導致燃油箱滲漏，從而影響飛機結構的安全。

樹脂芽枝霉主要在航空煤油與航空煤油中少量水的界面處生長，如果油箱內有銹蝕或者污垢，樹脂芽枝霉類微生物的繁殖會更快。這些微生物及其代謝產物形成的黏泥或浮渣會堵塞燃油系統的管路等。

圖2 鋁合金燃油箱底部的微生物腐蝕形貌Fig.2 Microbial corrosion morphology at the bottom of aluminum alloy fuel tank

3 硫酸鹽還原菌的腐蝕機理

目前有關SRB致腐蝕作用的機理有陰極去極化機理、濃差電池機理、局部電池機理、代謝產物機理、硫化物誘導陽極溶解、沉積物下的酸腐蝕機理、陽極區固定機理和直接電荷傳遞理論等［17-25］。

陰極去極化是普遍被學者們接受的理論，該理論認為SRB利用金屬表面的離子還原硫酸鹽，當電子在該過程中被轉移時，更多的離子溶解到溶液中，見式（1）～（7）。

然而，陰極去極化理論具有自身的局限性，陰極去極化的實質是消耗陰極反應生成的氫氣，促使平衡向消耗［H］的方向進行。現有研究表明：腐蝕過程主要由速率步驟控制，且該反應不可逆，氫化酶的具體作用機制不適用這里。故在后續的研究中又陸續發現了不少新的去極化作用機制，使去極化劑理論不斷得到了發展與充實。

硫化物誘導陽極溶解理論認為：SRB在代謝過程中生成了大量的硫化物，惡化了腐蝕環境，增加了腐蝕電池的電動勢，使得金屬腐蝕更容易發生，從而加速腐蝕。KING等［21］發現，在一定范圍內，溶液中Fe2+的濃度越高，SRB的活性越強，對低碳鋼越具有腐蝕性。KUANG等［22］的研究也表明，SRB在對數期和穩定期會產生多種硫化合物，加速碳鋼的陽極溶解，引起金屬腐蝕。

POPE等［23］認為，大部分細菌都固定在由微生物引起的蝕點周圍，這使腐蝕電池的陽極區得以固定，這是微生物腐蝕主要以點蝕為特征的原因。

直接電荷傳遞理論認為：某些SRB能直接在金屬表面捕獲電子，從而加速金屬的溶解。DINH等［25］通過富集培養的方法，以金屬離子作為唯一的電子供體，從海洋中分離并得到了一種能直接利用金屬獲得電子還原硫酸鹽的SRB，這種SRB可以直接跳過利用化學反應形成的［H］作為電子供體，選擇直接利用金屬表面的電子而生存。

4 航空燃油微生物污染的主要防治措施

4.1 控制飛機燃油箱中的水分

水是微生物生命活動的基礎，飛機燃油中水分主要有三個來源：1）燃油中本身溶解的微量水；2）清洗燃油箱后沒有及時把清洗用水徹底干燥；3）飛機在機場停放時日夜溫度變化較大，飛行時地面和高空的溫差更大，這些都會形成凝露，在飛機燃油箱中形成冷凝水，燃油箱中剩余的燃油越少、不飛行的時間越長，燃油箱中的水分就會越多。

因此，在飛機日常維護的時候，機務工作人員一定要嚴格控制因加油而引入燃油的水分；并且要嚴格按照維護手冊的規定，排凈燃油中的冷凝水。加油前必須保證加油車中的油水分離；及時檢查、清洗微生物分泌物，并保證各排水孔通暢。

4.2 采用飛機燃料殺菌劑

防治飛機燃油箱微生物腐蝕最有效的方法是在飛機燃油中添加燃油殺菌劑，但是目前有效的航空燃油微生物殺菌劑不多，這主要是因為殺菌劑要同時滿足以下條件：能充分溶解到燃油及其溶解的少量水中；不影響燃油的各項性能；燃燒時不能影響飛機發動機的性能；不污染環境［17］。

目前經國際航空運輸協會批準可以使用的殺菌劑只有兩種：Biobor J F和Kathon F P。美國國軍標MIL-S-53021指定Biobor J F為美軍首選殺菌劑，我國空軍油料研究所研制出了殺菌性能與Biobor J F類似的有機硼殺菌劑T901A［26］。

4.3 利用微生物間競爭抑制燃油微生物

郭啟營研究了利用微生物之間的共生、競爭關系來抑制燃油微生物的腐蝕［27］。該方法是通過微生物間的共生、競爭抵抗關系來抑制微生物腐蝕金屬。例如：有些細菌會產生類似抗生素的物質直接殺死引起金屬腐蝕的細菌；引入其他微生物與原有的對金屬具有腐蝕性的菌類競爭養分和空間，從而限制微生物的營養源。

4.4 紫外線殺菌

當紫外線的波長為210～313 nm時，它的輻射能力極強，能夠被細菌的核酸所吸收，并生成胸腺嘧啶二聚體，從而破壞微生物細菌的生殖系統，降低微生物對金屬材料的腐蝕［28］。

4.5 涂層防護

為了有效解決微生物腐蝕，可以在整體油箱鋁合金壁板表面噴涂一層涂料，該涂層通過提高燃油箱鋁合金壁板表面的光滑度，使微生物不易附著在壁板表面，同時能在一定程度上起到殺菌的效果。

5 結論

飛機采用機翼結構整體油箱設計后，微生物腐蝕成為飛機整體油箱存在的最為嚴重的問題之一，極大地威脅民用飛機的飛行安全。作為機務工作人員應當加強飛機燃油箱微生物污染的日常監測，及時采取措施，控制微生物腐蝕，保障飛機結構和燃油系統的安全，進而保證飛機安全飛行。