民航飞机燃油箱的微生物腐蚀
万斌(上海民航职业技术学院)
研究表明，1996年发生在我国某机场多架飞机的整体燃油箱腐蚀事件，是世界有史以来最为严重的飞机燃油箱微生物腐蚀。民用飞机整体油箱的腐蚀其实也是飞机承受载荷的结构件腐蚀，严重影响了民用飞机结构、燃油系统的安全、飞机的完好性与可靠性，因此，民用飞机整体油箱的微生物腐蚀(M IC)问题得到研究人员越来越多的关注[1]。
据统计，全世界每年由微生物腐蚀引起的损失约占腐蚀损失的20%，每年由微生物腐蚀造成的直接经济损失约为300~500 亿美元[2]。因此，全世界范围内的研究及工程应用人员对微生物腐蚀进行了系统研究：Postgate[3]研究了硫酸盐还原菌需求何种营养、它的生理特征以及生存环境需求，由此开始了微生物腐蚀的广泛研究。Booth对微生物腐蚀的机理做了深入研究，得出了典型的 SRB 厌氧腐蚀理论[4]。如何解决飞机整体油箱的微生物腐蚀是飞机设计、生产、制造、机务维修和科研工作者额待解决的重要问题之一[5-6]。
1.飞机燃油箱的分布及内部结构
一般的民航飞机包括三个油箱，左右大翼上分布着两个主油箱，在两个大翼的根部和机身相连处是一个中央翼油箱，这3个油箱之间可以互相倒油。民航飞机油箱分布图及油箱内部结构请见图1[7-8]。机翼油箱是民航飞机携带燃油主要部位。
一般喷气式飞机使用航空煤油，螺旋桨飞机使用汽油。航空煤油是碳氢化合物，它比较容易挥发、具有较高的饱和蒸汽压，且具有较强的吸湿性；同时，为了提高航空煤油的抗爆性和抗冰性，还要在其中添加各种添加剂。航空煤油主要包含C10~C18碳链的烃类，而微生物优先选择10~18个碳链的烃类为营养源，所以相比汽油而言，航空煤油更容易受微生物腐蚀 [ 9-10]。
a. 民航飞机油箱分布图
b. 民航飞机机翼油箱分布图
c. 整体油箱内部结构
图1. 民航飞机油箱分布图及内部结构图
2.航空燃油中微生物的种类及影响
对飞机燃油箱（主要是由不同牌号的硬铝或超硬铝制备的）腐蚀影响最大的微生物主要是各种细菌、酵母菌和霉菌。枝抱菌、绿脓杆菌、硫酸盐还原菌、产气杆菌和芽抱梭菌等是主要的细菌类型；其中以枝抱菌的腐蚀性最强，其次是绿脓杆菌。这些细菌新陈代谢会产生好几种有机弱酸，这些有机酸会降低使航空煤油的pH值，并升高其氧化-还原电位，进而降低铝合金的腐蚀电位。霉菌包括树脂枝孢霉、烟曲霉、土霉素、拟青霉等。飞机燃油箱微生物腐蚀形貌如图2所示[11]。
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图2 飞机铝合金燃油箱底部微生物腐蚀形貌
对飞机燃油系统危害较大的微生物主要有以下两种：
首先是对燃油箱腐蚀影响较大的微生物是硫酸盐还原细菌（SRB），硫酸盐还原菌属于厌氧菌，它不但能够还原硫酸根离子，而且在缺氧时能分解含硫的有机物，产生H2S和S；或者在其它微生物的催化作用下，将H2S氧化成H2SO4，从而严重腐蚀铝合金油箱壁板及底部[12-13]。目前，硫酸盐还原菌(SRB)是公认的对金属腐蚀影响较大的细菌，由它引起的飞机燃油箱局部腐蚀或者输油管线腐蚀的报道经常报道，所以SRB是飞机燃油箱微生物腐蚀中最重要的细菌[14-17]。硫酸盐还原菌分泌物还会破坏飞机燃油箱铝合金结构的表面保护涂层：一方面微生物把保护涂层中含有的有机物当做营养源，附着在涂层上面生长并繁殖，进而腐蚀涂层，使涂层失去保护作用；还有一种情况是：其它微生物分泌物先腐蚀保护涂层，使得铝合金基体直接受到SRB的腐蚀，这种情况主要为点蚀；腐蚀沿重力方向往下，穿透燃油箱铝合金底板，导致燃油箱渗漏，从而影响飞机结构的安全。
其次，是树脂芽枝霉，它们主要在航空煤油与航空煤油中少量水的界面上生长，如果油箱内有锈蚀或者污垢，树脂芽枝霉类微生物繁殖会更快。这些微生物及其代谢产物形成的粘泥或浮渣会堵塞燃油系统的管路等。
3.硫酸盐还原菌腐蚀机理[18-25]
成熟的SRB致腐蚀作用的机理主要有阴极去极化机理、浓差电池机理、局部电池机理、代谢产物机理、硫化物诱导阳极溶解、沉积物下的酸腐蚀机理、阳极区固定机理等。
被学者和工程技术人员普遍接受的理论是阴极去极化理论[20]，该理论认为SRB是利用金属表面的离子来还原SO42-，当电子在去极化的过程中被转移时，会有更多的SO42-溶解到溶液中，阴极去极化过程见式⑴-⑺。
8H2O → 8OH- + 8H+
阳极： 4Fe → 4Fe2+ + 8e-
阴极： 8H+ + 8e-→ 8[H]
阴极去极化： 
阳极（腐蚀产物）： Fe2+ + S2- → FeS
阴极： 3Fe2+ + 6OH- → 3Fe(OH)2
总反应式： 4Fe + SO42- + 4H2O → 3Fe(OH)2 + FeS + 2OH-
但是，阴极去极化理论的应用也有局限性，因为去极化的实质是消耗阴极反应生成的[H]，使反应向[H]浓度减少的方向进行。但已有研究表明:腐蚀过程主要由速率步骤控制，且反应是不可逆。所以，在以后的研究中，研究人员又陆续发现了其它的去极化作用机制，如 H2S，FeS 和磷化物等，使去极化理论得到不断充实。
硫化物诱导阳极溶解：SRB在新陈代谢过程中会产生大量的S化物，进一步使得环境恶化，增加了腐蚀电池的反应电动势，提高了金属腐蚀的敏感性，加速微生物腐蚀。King等发现，在一定范围内，溶液中SRB的活性与溶液中Fe2+浓度成正比，Fe2+浓度增加会促进SRB对低碳钢的腐蚀。Kuang 等也发现：SRB在对数期和稳定期会产生多种含S化合物，这些产物加速了阳极碳钢的溶解，主导腐蚀过程。
阳极区固定理论：Pope 等发现大部分微生物都集中生活在由细菌引起的腐蚀坑周围，这固定了腐蚀电池的阳极区。这一理论也解释了微生物腐蚀主要以孔蚀和点蚀为主要形式的原因。
4.防治航空燃油微生物腐蚀的措施
针对民航飞机燃油箱的微生物腐蚀，应采取多种防治手段并举的措施，在现有对微生物腐蚀认识和现有技术条件下，对微生物腐蚀可以采取以下几种措施：
4.1控制飞机燃油箱的水分
微生物生命活动离不开水，对于飞机燃油来说，水分主要有三个来源：1)航空煤油自身溶解微量的水；2) 燃油箱清洗时没有把清洗用水干燥彻底；3)飞机在机场停放时由于昼夜温差较大，飞行时高度变化引起的温差更大，温差会造成凝露，使飞机燃油箱中出现冷凝水；油箱中剩余航空煤油越少、停飞时间越长，民航飞机燃油箱中的水分就越多。
所以，在维护飞机的时候，机务工作人员一定要严格控制水分进入燃油的各个途径；严格按照手册要求，排尽燃油中的冷凝水。每次加油前，一定要保证加油车中油水的分离；并及时检查、清洗微生物新陈代谢产物，并保证油箱各排水孔的通畅。
4.2添加航空煤油专用杀菌剂
预防整体油箱微生物腐蚀最有效的方法是在航空煤油中添加专用杀菌剂，当前适合于航空煤油微生物杀菌的杀菌剂不多，这主要是因为杀菌剂要同时满足以下4个条件：能充分溶解到航空煤油及其溶解的微量水中；不能影响航空煤油的燃烧性能；燃烧时又不能影响航空发动机的工作性能；不能对环境造成污染 [17]。
国际航空运输协会只批准了两种航空燃料专门杀菌剂：Biobor J F和Kathon F P。美国国军标MIL-S-53021指定Biobor J F为美空军首选杀菌剂，我国空军油料研究所研制出了杀菌性能与Biobor J F接近的有机硼杀菌剂T901A[26]。
4.3微生物间竞争抑制
根据不同微生物之间的共生和竞争关系，郭启营做了采用此法抑制燃油微生物腐蚀的研究［27］。此方法通过微生物之间的共生、竞争抵抗的关系来阻止微生物对金属的腐蚀。例如:有些菌可以产生类似于抗生素之类的物质直接杀死腐生菌，或者引入其它微生物与原来存在的腐蚀菌类竞争养分和空间，还可以限制微生物的营养源 。
4.4紫外线杀菌
当在波长210~313 纳米之间的时候，紫外线具有极强的辐射能力，一旦被细菌的核酸吸收，就会生成胸腺嘧啶二聚体，进从而破坏微生物细菌的生殖系统，降低了微生物细菌对金属材料的腐蚀[28]。
4.5涂层防护
在整体油箱铝合金壁板表面喷涂一层涂料，也能有效的预防民航飞机燃油箱微生物腐蚀，它主要是通过涂层提升铝合金壁板表面的光滑度，使微生物不易附着在油箱表面，并能够在一定程度上起到杀菌防除的效果。
- 结论
飞机采用机翼结构整体油箱设计后，微生物腐蚀成为飞机整体油箱最为严重问题之一，极大的威胁民用飞机飞行的安全。作为机务工作人员应当加强飞机燃油箱微生物污染的日常监测，及时采取措施，控制微生物腐蚀，保障飞机结构和燃油系统的安全，进而保证飞机飞行和乘客的安全。
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