民航飞机燃油箱微生物腐蚀的研究现状

殷向东，万斌

（上海民航职业技术学院，上海200232）

1996年，我国某机场发生了多架飞机的整体燃油箱腐蚀事件，这是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也属于飞机承载结构件的腐蚀，这严重影响了民用飞机结构、燃油系统的安全、飞机的完整与可靠性，因此，民用飞机整体油箱的微生物腐蚀（MIC）问题得到了越来越多研究人员的关注［1］。

研究表明：由微生物引起的腐蚀约占全世界腐蚀损失的20%，且每年由微生物腐蚀引起的直接经济损失为300～500亿美元［2］。因此，各国研究人员对由微生物引起的腐蚀进行了一系列研究：POSTGATE［3］最早系统研究了硫酸盐还原菌（SRB）的营养需求、生理和生态特征，奠定了微生物腐蚀的研究基础。BOOTH等在微生物腐蚀机理方面进行了大量探索，形成了典型的SRB厌氧腐蚀理论［4］。早在20世纪50年代末，就有人注意到飞机整体油箱的微生物腐蚀问题［1］，解决飞机整体油箱的微生物腐蚀，成为飞机结构设计、生产制造、维修人员和科研工作者面临的一个现实问题［5-6］。本工作介绍了民航飞机整体燃油箱的分布和结构，提出了民航飞机整体燃油箱的防腐蚀建议，以期为飞机整体燃油箱的腐蚀防护提供指导。

1 飞机燃油箱的分布及内部结构

民航飞机一般都有三个油箱，其中：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，这几个油箱之间可以互相倒油。机翼油箱是民航飞机携带燃油的主要部位。民航飞机油箱分布图及油箱内部结构见图1［7-8］。

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，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。多数情况下，微生物会优选C10～C18碳链的烃类为营养源，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种类及影响

对飞机燃油箱（主要由不同牌号的硬铝或超硬铝制成）腐蚀影响最大的微生物主要是各种细菌、酵母菌和霉菌。细菌包括枝抱菌、硫酸盐还原菌、绿脓杆菌、产气杆菌以及芽抱梭菌等；其中枝抱菌的腐蚀性最强，绿脓杆菌的次之。霉菌包括树脂枝孢霉、土霉素、烟曲霉、拟青霉等。这些微生物代谢会产生多种有机酸，使航空煤油的p H降低，氧化还原电位升高，从而使得铝合金的腐蚀电位降低。飞机燃油箱的微生物腐蚀形貌如图2所示。

图1 民航飞机油箱分布图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

对飞机燃油系统危害较大的微生物主要有硫酸盐还原细菌（SRB）和树脂芽枝霉两种。

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，H2S会增加油品的酸性，腐蚀飞机燃油箱铝合金结构［11-12］。作为公认的会对金属腐蚀产生较大影响的菌种，SRB引起的飞机燃油箱局部腐蚀现象屡见不鲜，它是造成飞机燃油箱微生物腐蚀最主要的一类细菌［13-16］。SRB的分泌物还会破坏飞机燃油箱铝合金结构的表面保护涂层：一方面微生物分泌物把保护涂层的有机物作为营养源，附着在其上生长繁殖，对其进行腐蚀，使其失去保护作用；另一方面，某些微生物分泌物会对保护涂层造成腐蚀，一旦保护涂层被腐蚀，会使基体受到腐蚀，一般为点蚀，沿重力方向往下，穿透燃油箱铝合金壁板，导致燃油箱渗漏，从而影响飞机结构的安全。

树脂芽枝霉主要在航空煤油与航空煤油中少量水的界面处生长，如果油箱内有锈蚀或者污垢，树脂芽枝霉类微生物的繁殖会更快。这些微生物及其代谢产物形成的黏泥或浮渣会堵塞燃油系统的管路等。

图2 铝合金燃油箱底部的微生物腐蚀形貌Fig.2 Microbial corrosion morphology at the bottom of aluminum alloy fuel tank

3 硫酸盐还原菌的腐蚀机理

目前有关SRB致腐蚀作用的机理有阴极去极化机理、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、阳极区固定机理和直接电荷传递理论等［17-25］。

阴极去极化是普遍被学者们接受的理论，该理论认为SRB利用金属表面的离子还原硫酸盐，当电子在该过程中被转移时，更多的离子溶解到溶液中，见式（1）～（7）。

然而，阴极去极化理论具有自身的局限性，阴极去极化的实质是消耗阴极反应生成的氢气，促使平衡向消耗［H］的方向进行。现有研究表明：腐蚀过程主要由速率步骤控制，且该反应不可逆，氢化酶的具体作用机制不适用这里。故在后续的研究中又陆续发现了不少新的去极化作用机制，使去极化剂理论不断得到了发展与充实。

硫化物诱导阳极溶解理论认为：SRB在代谢过程中生成了大量的硫化物，恶化了腐蚀环境，增加了腐蚀电池的电动势，使得金属腐蚀更容易发生，从而加速腐蚀。KING等［21］发现，在一定范围内，溶液中Fe2+的浓度越高，SRB的活性越强，对低碳钢越具有腐蚀性。KUANG等［22］的研究也表明，SRB在对数期和稳定期会产生多种硫化合物，加速碳钢的阳极溶解，引起金属腐蚀。

POPE等［23］认为，大部分细菌都固定在由微生物引起的蚀点周围，这使腐蚀电池的阳极区得以固定，这是微生物腐蚀主要以点蚀为特征的原因。

直接电荷传递理论认为：某些SRB能直接在金属表面捕获电子，从而加速金属的溶解。DINH等［25］通过富集培养的方法，以金属离子作为唯一的电子供体，从海洋中分离并得到了一种能直接利用金属获得电子还原硫酸盐的SRB，这种SRB可以直接跳过利用化学反应形成的［H］作为电子供体，选择直接利用金属表面的电子而生存。

4 航空燃油微生物污染的主要防治措施

4.1 控制飞机燃油箱中的水分

水是微生物生命活动的基础，飞机燃油中水分主要有三个来源：1）燃油中本身溶解的微量水；2）清洗燃油箱后没有及时把清洗用水彻底干燥；3）飞机在机场停放时日夜温度变化较大，飞行时地面和高空的温差更大，这些都会形成凝露，在飞机燃油箱中形成冷凝水，燃油箱中剩余的燃油越少、不飞行的时间越长，燃油箱中的水分就会越多。

因此，在飞机日常维护的时候，机务工作人员一定要严格控制因加油而引入燃油的水分；并且要严格按照维护手册的规定，排净燃油中的冷凝水。加油前必须保证加油车中的油水分离；及时检查、清洗微生物分泌物，并保证各排水孔通畅。

4.2 采用飞机燃料杀菌剂

防治飞机燃油箱微生物腐蚀最有效的方法是在飞机燃油中添加燃油杀菌剂，但是目前有效的航空燃油微生物杀菌剂不多，这主要是因为杀菌剂要同时满足以下条件：能充分溶解到燃油及其溶解的少量水中；不影响燃油的各项性能；燃烧时不能影响飞机发动机的性能；不污染环境［17］。

目前经国际航空运输协会批准可以使用的杀菌剂只有两种：Biobor J F和Kathon F P。美国国军标MIL-S-53021指定Biobor J F为美军首选杀菌剂，我国空军油料研究所研制出了杀菌性能与Biobor J F类似的有机硼杀菌剂T901A［26］。

4.3 利用微生物间竞争抑制燃油微生物

郭启营研究了利用微生物之间的共生、竞争关系来抑制燃油微生物的腐蚀［27］。该方法是通过微生物间的共生、竞争抵抗关系来抑制微生物腐蚀金属。例如：有些细菌会产生类似抗生素的物质直接杀死引起金属腐蚀的细菌；引入其他微生物与原有的对金属具有腐蚀性的菌类竞争养分和空间，从而限制微生物的营养源。

4.4 紫外线杀菌

当紫外线的波长为210～313 nm时，它的辐射能力极强，能够被细菌的核酸所吸收，并生成胸腺嘧啶二聚体，从而破坏微生物细菌的生殖系统，降低微生物对金属材料的腐蚀［28］。

4.5 涂层防护

为了有效解决微生物腐蚀，可以在整体油箱铝合金壁板表面喷涂一层涂料，该涂层通过提高燃油箱铝合金壁板表面的光滑度，使微生物不易附着在壁板表面，同时能在一定程度上起到杀菌的效果。

5 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存在的最为严重的问题之一，极大地威胁民用飞机的飞行安全。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，进而保证飞机安全飞行。