一種大氣鹽霧含量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的研制

周鴻鈴，李光茂，楊森，鄭服利，劉宇，楊杰，王勇，莫文雄

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局，廣州 510663）

引言

鹽霧是指大氣中懸浮在的霧化狀的氯離子，主要是因?yàn)榇箫L(fēng)吹起海面的浪花、潮起潮落，海水之間互相沖擊和海浪的拍打，導(dǎo)致許多的氯離子灑落在空中，水份發(fā)蒸后，殘留下來(lái)一些極小的氯離子，在大氣團(tuán)的平流和紊流交換作用下，這些鹽粒在空氣中散開(kāi)來(lái)，并隨風(fēng)流動(dòng)形成沿海地區(qū)鹽霧。鹽霧是電氣設(shè)備腐蝕和線(xiàn)路閃落的罪魁禍?zhǔn)?，故鹽霧只存在于海上和沿海地區(qū)離海岸線(xiàn)較近的大氣中[1]。鹽霧的危害性主要是對(duì)金屬及各種金屬鍍層的強(qiáng)烈腐蝕，含鹽霧的微小水滴凝聚在金屬表面形成一層含有氯離子的水膜，這是一層中性的強(qiáng)電介質(zhì)。由于氯離子本身易得到電子且其半徑很小，它能腐蝕許多較緊密的在普通情況下相當(dāng)穩(wěn)定的金屬氧化膜。此外,鹽霧會(huì)使電子產(chǎn)品內(nèi)的零部件、元器件表面上蒸發(fā)析出固體結(jié)晶鹽粒,會(huì)引起絕緣強(qiáng)度下降,造成短路、漏電,很細(xì)的結(jié)晶鹽粒如侵入機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)部分會(huì)加速磨損[2]。

目前常用的大氣鹽霧含量檢測(cè)方法主要有：濕燭法、干片法等[3]，這些試驗(yàn)方法測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，試驗(yàn)時(shí)間為一個(gè)月，測(cè)試數(shù)據(jù)容易受自然環(huán)境的影響，如暴雨、強(qiáng)對(duì)流天氣等影，重復(fù)性不高，不容易操作，操作人員容易影響測(cè)試結(jié)果，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性不高。如今需要一種縮小試驗(yàn)周期，試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、安全穩(wěn)定的的設(shè)備來(lái)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)大氣鹽霧含量[4]。

1 設(shè)備原理

大氣鹽霧含量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備如圖1所示，由自動(dòng)采氣分析系統(tǒng)、液體檢測(cè)分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。

圖1 大氣鹽霧含量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備工作原理

1.1 自動(dòng)采氣分析系統(tǒng)

自動(dòng)采氣分析系統(tǒng)如圖2所示，包括采氣口、空氣泵、采樣瓶、中轉(zhuǎn)泵、反應(yīng)瓶、采樣針、比色皿和分析儀器。具體過(guò)程為空氣泵通過(guò)采氣口把大氣抽到采樣瓶，與吸收液反應(yīng)后通過(guò)中轉(zhuǎn)泵抽到反應(yīng)瓶，與試劑液反應(yīng)后通過(guò)采樣針到比色皿、最終到分析儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

圖2 自動(dòng)采氣分析系統(tǒng)工作原理

1.2 液體檢測(cè)分析系統(tǒng)

液體檢測(cè)分析系統(tǒng)包括吸收液儲(chǔ)存箱、試劑液儲(chǔ)存箱和廢液儲(chǔ)存箱。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出檢測(cè)信號(hào)時(shí)，吸收液儲(chǔ)存箱和試劑液儲(chǔ)存箱的加熱器和磁力攪拌器會(huì)同時(shí)工作，把試劑調(diào)到適合的濃度和溫度，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。

1.3 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括微型計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、數(shù)據(jù)輸出模塊。微型計(jì)算負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制，連接每個(gè)處理系統(tǒng)，把設(shè)置、指令、狀態(tài)反饋、樣本液體、結(jié)果進(jìn)行處理。打印機(jī)負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)打印結(jié)果，方便就地查看數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)輸出模塊負(fù)責(zé)把處理好的數(shù)據(jù)以及設(shè)備狀態(tài)反饋給工作人員。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該儀器設(shè)計(jì)緊湊，占地面積小，擁有IP67的防護(hù)等級(jí)，儀器功耗小，發(fā)熱量小，可以在各種密封場(chǎng)合、高溫、高濕等地方使用。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)位于儀器的上部，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)位于儀器的上方，自動(dòng)采氣分析系統(tǒng)位于儀器的中部，液體檢測(cè)系統(tǒng)處于儀器的下方。該儀器由不同的模塊組成，便于安裝與維護(hù)。

3 在線(xiàn)檢測(cè)方法

鹽霧在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法主要分為采氣過(guò)程、檢測(cè)方法步驟、計(jì)算方法和鹽霧的平均值。

3.1 采氣過(guò)程

取體積為V1的吸收液，逐次通入體積為Vq的大氣，并在每次通入大氣后，取體積為V2的吸收液進(jìn)行一次氯離子含量測(cè)試[5]。

吸收液為丙三醇與蒸餾水的混合液，丙三醇濃度≤30 %，每次通入體積為Vq大氣的通氣時(shí)間小于30 min稱(chēng)短期測(cè)試，每次通入體積為Vq大氣的通氣時(shí)間大于等于30 min稱(chēng)長(zhǎng)期測(cè)試，短期測(cè)試時(shí)所述吸收液的丙三醇濃度＜用于所述長(zhǎng)期測(cè)試時(shí)吸收液的丙三醇濃度。

3.2 檢測(cè)方法步驟

S1：制作吸光度-濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，配制不同濃度的氯化鈉溶液作為多份標(biāo)準(zhǔn)樣液，體積為V標(biāo)的每份標(biāo)準(zhǔn)樣液分別與體積為V試的每份試劑液均勻混合并使所述標(biāo)準(zhǔn)樣液中氯離子充分反應(yīng)得到多份混合樣液，通過(guò)分光光度計(jì)測(cè)試混合樣液的吸光度，得到混合樣液的吸光度-濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)；

S2：抽取體積為V1的吸收液至采樣瓶；

S3：抽取待檢測(cè)區(qū)域體積為Vq的大氣至所述采樣瓶中，大氣被吸收液吸收后形成采樣樣液一；

S4：從所述采樣瓶抽取體積為V2的所述采樣樣液一至所述反應(yīng)瓶，并且從試劑液儲(chǔ)存箱內(nèi)抽取試劑液至所述反應(yīng)瓶，并使所述反應(yīng)瓶?jī)?nèi)采樣樣液中氯離子充分反應(yīng)，然后遮光靜置形成反應(yīng)樣液一；

S5：通過(guò)采樣針抽取所述反應(yīng)瓶中的全部所述反應(yīng)樣液一至比色皿一中，所述比色皿一通過(guò)所述傳送帶由反應(yīng)室傳送至分析室，由分光光度計(jì)測(cè)試所述比色皿一中所述反應(yīng)樣液一的吸光度；

S6：根據(jù)反應(yīng)樣液一測(cè)得的吸光度和步驟S1中所述吸光度-濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算反應(yīng)樣液一中的氯離子濃度；

S7：重復(fù)步驟S3～S6，依次得到采樣樣液N2～n、反應(yīng)樣液N2～n，得到反應(yīng)樣液N2～n中的氯離子濃度，n為抽取體積是Vq大氣的次數(shù)，也即一個(gè)測(cè)試周期內(nèi)反應(yīng)樣液的吸光度測(cè)試次數(shù)；

S8：根據(jù)反應(yīng)樣液N1～n中的氯離子濃度，結(jié)合氯離子與大氣鹽霧含量轉(zhuǎn)換公式，計(jì)算大氣中鹽霧含量；

步驟S6和步驟S7中將得到的反應(yīng)樣液N1～n中的氯離子濃度與一飽和濃度值比較，當(dāng)?shù)玫降穆入x子濃度小于飽和濃度值時(shí)，測(cè)量值有效，記錄該有效測(cè)量值，當(dāng)?shù)玫降穆入x子濃度大于或等于飽和值時(shí)，本次測(cè)量值無(wú)效，舍去本次測(cè)量值，完成一個(gè)測(cè)試周期，進(jìn)行裝置清洗，飽和濃度值是吸收液飽和吸收氯離子后的氯離子濃度。

3.3 計(jì)算方法

步驟S8中測(cè)量的大氣鹽霧含量Sn和氯離子濃度[Cl-]n滿(mǎn)足公式：

式中：

m0=0；

Sn—第n次測(cè)試出的大氣鹽霧含量，單位為毫克每立方米mg/m3；

[Cl-]n—第n次測(cè)試出樣液中氯離子濃度，單位為毫克每升mg/L；

n—抽取體積是Vq大氣的次數(shù)，即測(cè)試次數(shù)；

A—轉(zhuǎn)換系數(shù)，為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；

mn—第n次測(cè)得體積Vq大氣中的氯離子質(zhì)量，單位為毫克mg；

mn-1—第n-1次測(cè)得體積Vq大氣中的氯離子質(zhì)量，單位為毫克mg；

V1— 一個(gè)測(cè)試周期的吸收液體積，單位為毫升mL；

V2—每次測(cè)試抽取的吸收液體積，單位為毫升mL；

Vq—每次測(cè)試抽取的大氣體積，單位為升L。

3.4 鹽霧的平均值

大氣鹽霧含量S1～Sn的平均值。

步驟S5中所述分光光度計(jì)的測(cè)試波長(zhǎng)范圍是200～780 nm，短期測(cè)試采用的測(cè)試波長(zhǎng)為紫外光區(qū)（200～380 nm）,長(zhǎng)期測(cè)試采用的測(cè)試波長(zhǎng)為可見(jiàn)光區(qū)。

在一個(gè)測(cè)試周期內(nèi)，后一次測(cè)試的氯離子濃度小于等于前一次測(cè)試的氯離子濃度，測(cè)量值無(wú)效，進(jìn)行裝置精度校核和裝置清洗。

吸收液為丙三醇與蒸餾水的混合液，丙三醇濃度≤30 %，每次通入體積為Vq大氣的通氣時(shí)間小于30 min稱(chēng)短期測(cè)試，每次通入體積為Vq大氣的通氣時(shí)間大于等于30 min稱(chēng)長(zhǎng)期測(cè)試，用于短期測(cè)試時(shí)吸收液的丙三醇濃度＜用于長(zhǎng)期測(cè)試時(shí)吸收液的丙三醇濃度。例如，常溫環(huán)境下，短期測(cè)試，丙三醇濃度應(yīng)在5～10 %，若是長(zhǎng)期測(cè)試，丙三醇濃度應(yīng)10～20 %，嚴(yán)苛環(huán)境下可增大濃度，但最大丙三醇濃度不能超過(guò)30 %，嚴(yán)苛環(huán)境指溫度高于25 ℃或低于-25 ℃。也可在去離子水中加入其他穩(wěn)定劑作為吸收氯離子的吸收液。

試劑液為硝酸鐵溶液、硝酸、吐溫-80以及硫氰酸汞-甲醇的混合液，也可采用其他與氯離子反應(yīng)顯色的試劑液，使吸收液中氯離子與試劑液充分反應(yīng)后測(cè)試吸光度。

4 與傳統(tǒng)方法相比，該監(jiān)測(cè)方法有以下特點(diǎn)

通過(guò)將采樣模塊和分析模塊結(jié)合，可連續(xù)多次測(cè)量分析大氣鹽霧含量，測(cè)試以抽取方式獲得一個(gè)區(qū)域內(nèi)的大氣，并通過(guò)吸收液吸收，無(wú)方向性，受風(fēng)速、風(fēng)向的影響較小，提高了測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性。

裝置操作簡(jiǎn)單，可隨時(shí)隨地用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，較之傳統(tǒng)濕蝕法、干片法，單次測(cè)試的時(shí)間約1 h，一天即可完成現(xiàn)場(chǎng)大氣鹽霧含量測(cè)試，一天內(nèi)可以是早、中、晚等分多次抽取大氣或者連續(xù)測(cè)試，即可獲得準(zhǔn)確的鹽霧含量，明顯縮短了測(cè)試周期。

5 結(jié)語(yǔ)

大氣鹽霧主要集中在沿海地區(qū)，鹽霧的含量和分布影響因素很多，隨著日夜交替、陽(yáng)光雨露、季節(jié)變化、臺(tái)風(fēng)暴雨。通過(guò)大氣鹽霧含量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鹽霧含量，根據(jù)大氣腐蝕性分類(lèi)所對(duì)應(yīng)的類(lèi)別，預(yù)測(cè)材料的使用壽命，減小因材料失效造成的經(jīng)濟(jì)損失。