某系統(tǒng)貯存環(huán)境中微量鹽霧監(jiān)測(cè)

馬長(zhǎng)李，劉聰，馬瑞萍

某系統(tǒng)貯存環(huán)境中微量鹽霧監(jiān)測(cè)

馬長(zhǎng)李1，劉聰2，馬瑞萍1

（1.海軍研究院，北京 100161；2.西南技術(shù)工程研究所，重慶 400039）

對(duì)某系統(tǒng)貯存環(huán)境中微量鹽霧進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，掌握其鹽霧污染水平。針對(duì)鹽霧濃度和鹽霧沉積速率兩項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)目前的各種監(jiān)測(cè)與分析方法進(jìn)行總結(jié)和比較，根據(jù)某系統(tǒng)貯存環(huán)境特點(diǎn)制定監(jiān)測(cè)方案并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。某系統(tǒng)貯存環(huán)境C區(qū)域鹽霧量值高于A區(qū)域和B區(qū)域。某系統(tǒng)貯存環(huán)境實(shí)測(cè)鹽霧濃度較要求低1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，鹽霧污染屬于最低的S0級(jí)。

鹽霧濃度；沉積速率；監(jiān)測(cè)方法

鹽霧是一種重要的腐蝕介質(zhì)，在潮濕環(huán)境下，表面沉積少量鹽分即可使碳鋼大氣腐蝕速率提高一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)[1-2]。除了加速金屬腐蝕，鹽霧還會(huì)造成產(chǎn)品表面保護(hù)膜破壞、電子設(shè)備損壞、絕緣表面導(dǎo)電性增加等危害[3]。在近海地區(qū)，較高的鹽霧嚴(yán)重影響了各類(lèi)產(chǎn)品的貯存和使用性能。如某型產(chǎn)品在東南沿海長(zhǎng)期貯存過(guò)程中，在鹽霧較高的環(huán)境下發(fā)生了銹蝕、電解等破壞，造成機(jī)械強(qiáng)度下降、電氣性能劣化。因此，對(duì)于重要產(chǎn)品，有必要監(jiān)測(cè)掌握其貯存環(huán)境中的鹽霧水平，為腐蝕預(yù)測(cè)和防護(hù)提供參考。如美軍早在20世紀(jì)50—60年代就對(duì)巴拿馬謝爾曼堡、尼日尼亞拉各斯等全球沿海美軍基地戶外以及棚庫(kù)環(huán)境下的鹽霧進(jìn)行了監(jiān)測(cè)普查[4]，為其裝備研制與全球部署提供了數(shù)據(jù)支撐。

某系統(tǒng)長(zhǎng)期貯存于我國(guó)南方沿海庫(kù)房?jī)?nèi)，可能經(jīng)受鹽霧和濕熱的綜合作用。因該系統(tǒng)價(jià)值昂貴、可靠性要求高，研制單位及使用部門(mén)對(duì)其服役環(huán)境條件特別是鹽霧水平及危害程度極為關(guān)注。文中以某系統(tǒng)貯存環(huán)境為對(duì)象，根據(jù)鹽霧監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀及產(chǎn)品環(huán)境特點(diǎn)，結(jié)合環(huán)保領(lǐng)域先進(jìn)分析技術(shù)，制定鹽霧監(jiān)測(cè)方法和方案，對(duì)其重點(diǎn)區(qū)域的鹽霧進(jìn)行了為期2年的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)。

1 鹽霧監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀分析

1.1 表征方式

在環(huán)境工程領(lǐng)域，用來(lái)表征鹽霧的指標(biāo)主要有“鹽霧濃度”和“鹽霧沉積速率”。鹽霧濃度又稱(chēng)鹽霧含量或大氣含鹽量，是指單位體積空氣中所含的海鹽質(zhì)量，單位為mg/m3。該指標(biāo)常用于環(huán)境要求與環(huán)境條件控制。如GJB 1060.2規(guī)定“艦船艙室設(shè)備在2 mg/m3含鹽大氣下可正常工作。外部設(shè)備在5 mg/m3含鹽大氣下可正常工作”。鹽霧沉積速率是指單位時(shí)間內(nèi)單位面積上沉積的海鹽質(zhì)量，單位為mg/(100 cm2·d)或mg/(m2·d)。因?yàn)辂}霧是沉積于產(chǎn)品表面后發(fā)生破壞作用，表面沉積量是其對(duì)材料或產(chǎn)品危害大小的控制性條件之一，環(huán)境工程上更多地使用沉積速率來(lái)評(píng)價(jià)其污染程度，ISO 9223采用環(huán)境因素法評(píng)估大氣腐蝕性時(shí)以氯離子沉積速率為評(píng)價(jià)指標(biāo)之一[5]。GJB 150實(shí)驗(yàn)室鹽霧試驗(yàn)以鹽霧沉降率作為重要控制參數(shù)。

1.2 采樣方法

1.2.1 鹽霧濃度

針對(duì)鹽霧濃度，目前普遍采用溶液富集法采樣，用注射器或大氣采樣器采集一定體積空氣，用純水作吸收液，充分吸收這部分空氣中的鹽分，然后測(cè)定吸收液中氯離子濃度，并根據(jù)氯離子濃度計(jì)算鹽霧濃度(以海鹽或氯化鈉中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)換算)。如GB/T 10593.2—2012根據(jù)下列公式計(jì)算鹽霧濃度。

=1.8065=1.8065[Cl-]·/() (1)

式中：為鹽霧質(zhì)量濃度，mg/m3；為氯離子質(zhì)量濃度，mg/m3；[Cl－]為樣品溶液中氯離子質(zhì)量濃度，mg/L；為樣品溶液總體積，mL；為大氣采樣氣體流速，L/min；為大氣采樣時(shí)間，min。

1.2.2 鹽霧沉積速率

針對(duì)鹽霧沉積速率，目前主要存在紗布掛片法和濕燭法兩種采樣方式。我國(guó)國(guó)防科技工業(yè)自然環(huán)境試驗(yàn)站網(wǎng)普遍采用WJ 2360—1995規(guī)定的紗布掛片法（又稱(chēng)干片法），該方法也為《全國(guó)大氣腐蝕網(wǎng)站操作規(guī)程》推薦使用。紗布掛片采樣裝置如圖1所示，是利用固定在方框內(nèi)的雙層紗布暴露于遮雨條件下采集空氣中的鹽霧，對(duì)紗布進(jìn)行浸泡、清洗，對(duì)洗出溶液中氯離子進(jìn)行測(cè)定分析，計(jì)算鹽含量，最后根據(jù)采樣時(shí)間計(jì)算鹽霧沉積速率。國(guó)外也有部分標(biāo)準(zhǔn)方法利用干片法采集鹽霧，如日本JIS Z 2382標(biāo)準(zhǔn)[6]所制訂的“紗布法”就與我國(guó)的干片法大體一致。

ISO 9225標(biāo)準(zhǔn)推薦的濕燭法采樣裝置如圖2所示。將一根直徑為25 mm左右的燭芯插入瓶?jī)?nèi)，芯上緊緊纏有兩層紗布，紗布的自由端接觸至瓶底，瓶?jī)?nèi)裝有甘油水溶液。燭芯長(zhǎng)期暴露于空氣中，利用纏繞其上的紗布采集鹽霧。

圖1 紗布干片法采樣裝置

圖2 濕燭法裝置

兩種采樣方法存在以下幾點(diǎn)區(qū)別：濕燭法采樣沒(méi)有方向性，干片法方向性明顯；濕燭法紗布長(zhǎng)期保持濕潤(rùn)，干片法紗布濕潤(rùn)程度取決于空氣濕度；濕燭法紗布不具備透風(fēng)性，而干片法紗布具有透風(fēng)性；相比濕燭法，干片法更易飽和[7]。在采樣效果上，ISO 9223標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)多個(gè)地區(qū)的戶外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，給出了與兩種方法測(cè)量結(jié)果的換算關(guān)系，濕燭法測(cè)量結(jié)果為干片法2.4倍。這一數(shù)學(xué)關(guān)系并不適用于所有地區(qū)，如海南萬(wàn)寧地區(qū)離海距離達(dá)到8 km時(shí)，濕燭法的測(cè)試結(jié)果與掛片法的測(cè)試結(jié)果非常接近[8]。

1.2.3 鹽霧樣品溶液中氯離子分析技術(shù)

現(xiàn)行鹽霧測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)采用汞液滴定法和硫氰酸汞分光光度法測(cè)定樣品溶液中的氯離子。這兩種方法均基于鹵族元素的特征化學(xué)反應(yīng)，對(duì)同一樣品的測(cè)試結(jié)果無(wú)明顯差異，檢出效果相當(dāng)。離子色譜法則是根據(jù)氯離子的電導(dǎo)特征峰對(duì)其濃度進(jìn)行精確測(cè)定，主要有兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。

1）檢出限低，HJ 549規(guī)定離子色譜法對(duì)氯離子檢出限為0.2 μg/10 mL，比分光光度法的1.8 μg/10mL低一個(gè)數(shù)量級(jí)。室內(nèi)及內(nèi)陸空氣鹽霧含量一般不超過(guò)0.1 mg/m3，經(jīng)推算，以20 mL吸收液按0.5 L/min流量采集60 min，樣品溶液中氯離子的質(zhì)量濃度不超過(guò)1.5 μg/10 mL。對(duì)這一濃度水平的樣品，分光光度法難以滿足準(zhǔn)確檢測(cè)的要求，須延長(zhǎng)采樣時(shí)間或換用離子色譜法分析。

2）抗干擾強(qiáng)，相比分光光度法等，離子色譜法可以排除F－，Br－，I－等其他鹵素離子對(duì)測(cè)試結(jié)果的干擾。

2 某系統(tǒng)貯存環(huán)境鹽霧測(cè)量方案

2.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

某系統(tǒng)貯存于近海庫(kù)房，主要分為A，B，C三個(gè)互相隔離的區(qū)域。各區(qū)域大小相近，通風(fēng)口離海距離在均300～500 m之間。其中A，B兩個(gè)區(qū)域長(zhǎng)期封閉，由通風(fēng)系統(tǒng)換氣，C區(qū)域庫(kù)房大門(mén)不定期開(kāi)閉。三個(gè)區(qū)域監(jiān)測(cè)位置位于中部空氣流通處，實(shí)際測(cè)量時(shí)各區(qū)域庫(kù)房門(mén)均保持關(guān)閉。

2.2 監(jiān)測(cè)時(shí)間

考慮季節(jié)性差異，在2年8個(gè)季度每季度測(cè)量一個(gè)周期。實(shí)際測(cè)量時(shí)間分別為：2014年8月、2014年11月、2015年3月、2015年5月、2015年8月、2015年11月、2016年4月、2016年7月。

2.3 監(jiān)測(cè)方法

2.3.1 鹽霧濃度

某系統(tǒng)貯存環(huán)境為鹽霧含量較低的室內(nèi)環(huán)境。樣本采集參照GB/T 10593.2溶液富集法，以0.5 L/min流量采樣60 min，獲鹽霧濃度樣本。樣本分析采用檢出限較低的離子色譜法（參照HJ 549），按式（1）計(jì)算鹽霧濃度。采樣為雙通道平行采樣，以?xún)山M數(shù)據(jù)均值作為測(cè)試結(jié)果。鹽霧濃度每個(gè)周期連續(xù)測(cè)量3天，每天9:00—10:00，16:00—17:00各采樣一次。

2.3.2 鹽霧沉積速率

采樣方法參照WJ 2360標(biāo)準(zhǔn)掛片法，平行掛樣3片，每個(gè)周期采樣一次，每次連續(xù)采集30天。樣品同樣采用離子色譜法分析。參考式（1）中海鹽和氯離子的換算系數(shù)計(jì)算鹽霧沉積速率。

在第7、第8個(gè)周期設(shè)置濕燭法采樣，研究?jī)煞N采樣方式的測(cè)量結(jié)果差異。

2.4 監(jiān)測(cè)儀器

1）TH-110大氣采樣器，流量不確定度2.0%；

2）戴安ICS-900離子色譜儀；

3）紗布掛片裝置，紗布每10 cm經(jīng)紗110根±6，緯紗100根±5。

2.5 測(cè)量方法的不確定度

按JJF 1059.1對(duì)測(cè)量方法的不確定度進(jìn)行評(píng)估，對(duì)采樣、分析、量具、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)等各環(huán)節(jié)的不確定度進(jìn)行合成計(jì)算。鹽霧濃度測(cè)量結(jié)果的相對(duì)擴(kuò)展不確定度=33.8%（=2），鹽霧沉積速率測(cè)量結(jié)果的相對(duì)擴(kuò)展不確定度=7.0%（=2）。

3 結(jié)果與分析

3.1 鹽霧濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果

某系統(tǒng)貯存庫(kù)房三個(gè)區(qū)域各周期鹽霧濃度測(cè)量均值如圖3所示。A區(qū)域和B區(qū)域測(cè)量結(jié)果非常接近，總體均值分別為0.0676，0.0648 mg/m3。對(duì)A，B兩個(gè)區(qū)域各周期測(cè)量均值采用配對(duì)比較符號(hào)秩和檢驗(yàn)，=8，=12，查配對(duì)比較符號(hào)秩和檢驗(yàn)概率表，得=0.4609，兩個(gè)區(qū)域測(cè)量值沒(méi)有顯著差異。C區(qū)域測(cè)量結(jié)果波動(dòng)較大，總體均值為0.0977 mg/m3，約為其他兩個(gè)區(qū)域1.5倍，部分周期量結(jié)果達(dá)到其他兩個(gè)區(qū)域2倍，這與C區(qū)域庫(kù)房門(mén)不定期開(kāi)閉有關(guān)。

圖3 各周期鹽霧濃度測(cè)量均值

對(duì)測(cè)量值的周期變化進(jìn)行分析，在A，B兩個(gè)區(qū)域，均表現(xiàn)為每年8月份測(cè)量值最高，11月份次之，3月份、4月份測(cè)量值較低。C區(qū)域測(cè)量值的季節(jié)性變化并不規(guī)律，與其庫(kù)房門(mén)的不定期開(kāi)閉有關(guān)，季節(jié)性差異被庫(kù)房通風(fēng)狀態(tài)差異所掩蓋。實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，2015年3月、5月、8月，在測(cè)量前2天內(nèi)，C區(qū)域庫(kù)房門(mén)均有開(kāi)啟記錄，測(cè)量結(jié)果也顯示，這三個(gè)周期該區(qū)域的鹽霧濃度明顯偏高。

某系統(tǒng)貯存環(huán)境要求與艦船戶外設(shè)備相同，即“在5 mg/m3含鹽大氣下可正常工作”。實(shí)測(cè)鹽霧濃度較5 mg/m3低1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，考慮測(cè)量方法的不確定度后依然滿足要求。

3.2 鹽霧沉積速率監(jiān)測(cè)結(jié)果

三個(gè)區(qū)域各周期鹽霧沉積速率測(cè)量均值如圖4所示。A區(qū)域和B區(qū)域測(cè)量結(jié)果接近，總體均值分別為0.1078，0.0986 mg/(m2?d)。C區(qū)域測(cè)量結(jié)果波動(dòng)較大，總體均值為0.1682 mg/m3，約為其他兩個(gè)區(qū)域1.6~1.7倍。

鹽霧沉積速率與鹽霧濃度的周期性變化并不一致，規(guī)律性不明顯。如A，B兩個(gè)區(qū)域2015年各周期測(cè)量值均處于較高水平，其中2015年8月、11月鹽霧沉積速率較2014年同期高3~5倍，但鹽霧濃度相近。這說(shuō)明，除了鹽霧濃度，濕度、通風(fēng)等其他因素對(duì)鹽霧沉積速率影響較大。

圖4 各周期鹽霧沉積速率測(cè)量均值

2016年4月、2016年7月，在三個(gè)區(qū)域均設(shè)置了濕燭法與干片法的對(duì)比采樣，結(jié)果顯示，濕燭法測(cè)量值略高于干片法，前者約為后者的1.2~1.5倍。根據(jù)干片法和濕燭法實(shí)測(cè)的鹽霧沉積速率，按GB/T 19292.1，某系統(tǒng)貯存環(huán)境均屬于鹽霧污染最低的S0級(jí)，鹽霧沉積速率采樣方法對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)論無(wú)影響。

3.3 測(cè)量結(jié)果代表性分析

由于條件限制，某系統(tǒng)在每個(gè)季度選取一個(gè)月進(jìn)行監(jiān)測(cè)。為了解測(cè)量結(jié)果的代表性，可參考萬(wàn)寧、廣州和青島等典型沿海地區(qū)大氣氯離子觀測(cè)站點(diǎn)全年變化規(guī)律[9]。萬(wàn)寧戶外大氣氯離子濃度在10月、11月最高，監(jiān)測(cè)值約為較低月份的2~3倍；氯離子沉積速率在11月、12月最高，監(jiān)測(cè)值比較低月份高1個(gè)數(shù)量級(jí)。廣州、青島的氯離子沉積速率月際波動(dòng)均較海南萬(wàn)寧小，較高月份監(jiān)測(cè)值約為較低月份監(jiān)測(cè)值的2~3倍（廣州冬季較高，青島秋季較高）。某系統(tǒng)貯存環(huán)境監(jiān)測(cè)時(shí)機(jī)覆蓋了典型沿海地區(qū)的鹽霧較高月份或季節(jié)，同一區(qū)域不同周期監(jiān)測(cè)高值達(dá)低值的3~5倍，監(jiān)測(cè)時(shí)機(jī)及測(cè)量結(jié)果具有一定的代表性。

4 結(jié)論

1）某系統(tǒng)貯存庫(kù)房屬于鹽霧含量較低的室內(nèi)環(huán)境，利用溶液富集法采集鹽霧濃度樣本時(shí)，在采樣時(shí)間受限的情況下，宜采用離子色譜法對(duì)低濃度的鹽霧樣本進(jìn)行分析。

2）某系統(tǒng)貯存庫(kù)房A，B，C三個(gè)區(qū)域鹽霧濃度測(cè)量均值分別為0.0676，0.0648，0.0977 mg/m3；鹽霧沉積速率測(cè)量均值（干片法）分別為0.1078，0.0986，0.1682 mg/(m2?d)，濕燭法測(cè)量值約為干片法測(cè)量值的1.2~1.5倍。

3）某系統(tǒng)貯存環(huán)境實(shí)測(cè)鹽霧濃度較要求低1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，鹽霧污染屬于最低的S0級(jí)。

[1] 翁永基, 李相怡, 周長(zhǎng)江, 等. 埕島海域大氣腐蝕性及其影響因素研究[J]. 石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2001, 25(4): 77-80.

[2] 張琳, 王振堯, 趙春瑩, 等. 碳鋼和耐候鋼在鹽霧環(huán)境下的腐蝕行為研究[J]. 裝備環(huán)境工程, 2014, 11(1): 1-3.

[3] 汪學(xué)華. 自然環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)[M]. 北京: 航空工業(yè)出版社, 2003: 67.

[4] DEF STAN 00–35 (Issue 4), Environmental Handbook for Defence Materiel[S].

[5] ISO 9223:1992(E), Corrosion of Metals and Alloys— Corrosively of Atmosphere—Classification[S].

[6] JIS Z2382, 環(huán)境因子測(cè)定方法[S].

[7] 陳建瓊, 唐其環(huán), 郭贊洪, 等. 海洋大氣氯離子監(jiān)測(cè)方法——濕燭法與干片法對(duì)比研究[J]. 裝備環(huán)境工程, 2017, 14(4): 77-83.

[8] 文靜, 唐其環(huán), 陳建瓊, 等. 干片采樣法在海灘大氣氯離子監(jiān)測(cè)中的飽和現(xiàn)象淺析[J]. 裝備環(huán)境工程, 2017, 14(1): 51-56.

[9] 陳孝渝, 楊德模, 凌勇, 等. 大亞灣核電站地區(qū)大氣腐蝕性污染物檢測(cè)與分析[J]. 核科學(xué)與工程, 2005, 25(3): 193-200.

Monitoring of Micro Salt Fog in Storage Environment of a System

MA Chang-li1, LIU Cong2, MA Rui-ping1

(1.Naval Academy, Beijing 100161, China; 2.Southwest Technology and Engineering Research Institute, Chongqing 400039, China)

To monitor the micro salt fog in a system's storage environment and determine its salt fog pollution level.According to the two indexes of salt fog concentration and salt fog deposition rate, the current monitoring and analysis methods were summarized and compared. According to the characteristics of a system's storage environment, monitoring plans were formulated and field monitoring was carried out.The salt fog value of area C in a system was higher than that in areas A and B.The measured salt fog concentration in the storage environment of the system is 1-2 orders of magnitude lower than that required. The salt fog pollution is the lowest S0 level.

salt fog concentration; deposition rate; monitoring method

10.7643/ issn.1672-9242.2017.10.0015

TJ07；TG174

A

1672-9242(2017)10-0078-04

2017-08-30；

2017-09-10

馬長(zhǎng)李（1982—），男，吉林長(zhǎng)春人，工程師，主要研究方向?yàn)楹＼娧b備試驗(yàn)研究。