某系統貯存環境中微量鹽霧監測

馬長李，劉聰，馬瑞萍

某系統貯存環境中微量鹽霧監測

馬長李1，劉聰2，馬瑞萍1

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

對某系統貯存環境中微量鹽霧進行系統監測，掌握其鹽霧污染水平。針對鹽霧濃度和鹽霧沉積速率兩項指標，對目前的各種監測與分析方法進行總結和比較，根據某系統貯存環境特點制定監測方案并進行現場監測。某系統貯存環境C區域鹽霧量值高于A區域和B區域。某系統貯存環境實測鹽霧濃度較要求低1~2個數量級，鹽霧污染屬于最低的S0級。

鹽霧濃度；沉積速率；監測方法

鹽霧是一種重要的腐蝕介質，在潮濕環境下，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數量級[1-2]。除了加速金屬腐蝕，鹽霧還會造成產品表面保護膜破壞、電子設備損壞、絕緣表面導電性增加等危害[3]。在近海地區，較高的鹽霧嚴重影響了各類產品的貯存和使用性能。如某型產品在東南沿海長期貯存過程中，在鹽霧較高的環境下發生了銹蝕、電解等破壞，造成機械強度下降、電氣性能劣化。因此，對于重要產品，有必要監測掌握其貯存環境中的鹽霧水平，為腐蝕預測和防護提供參考。如美軍早在20世紀50—60年代就對巴拿馬謝爾曼堡、尼日尼亞拉各斯等全球沿海美軍基地戶外以及棚庫環境下的鹽霧進行了監測普查[4]，為其裝備研制與全球部署提供了數據支撐。

某系統長期貯存于我國南方沿海庫房內，可能經受鹽霧和濕熱的綜合作用。因該系統價值昂貴、可靠性要求高，研制單位及使用部門對其服役環境條件特別是鹽霧水平及危害程度極為關注。文中以某系統貯存環境為對象，根據鹽霧監測技術現狀及產品環境特點，結合環保領域先進分析技術，制定鹽霧監測方法和方案，對其重點區域的鹽霧進行了為期2年的系統監測。

1 鹽霧監測技術現狀分析

1.1 表征方式

在環境工程領域，用來表征鹽霧的指標主要有“鹽霧濃度”和“鹽霧沉積速率”。鹽霧濃度又稱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量，單位為mg/m3。該指標常用于環境要求與環境條件控制。如GJB 1060.2規定“艦船艙室設備在2 mg/m3含鹽大氣下可正常工作。外部設備在5 mg/m3含鹽大氣下可正常工作”。鹽霧沉積速率是指單位時間內單位面積上沉積的海鹽質量，單位為mg/(100 cm2·d)或mg/(m2·d)。因為鹽霧是沉積于產品表面后發生破壞作用，表面沉積量是其對材料或產品危害大小的控制性條件之一，環境工程上更多地使用沉積速率來評價其污染程度，ISO 9223采用環境因素法評估大氣腐蝕性時以氯離子沉積速率為評價指標之一[5]。GJB 150實驗室鹽霧試驗以鹽霧沉降率作為重要控制參數。

1.2 采樣方法

1.2.1 鹽霧濃度

針對鹽霧濃度，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，然后測定吸收液中氯離子濃度，并根據氯離子濃度計算鹽霧濃度(以海鹽或氯化鈉中氯離子質量分數換算)。如GB/T 10593.2—2012根據下列公式計算鹽霧濃度。

=1.8065=1.8065[Cl-]·/() (1)

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

1.2.2 鹽霧沉積速率

針對鹽霧沉積速率，目前主要存在紗布掛片法和濕燭法兩種采樣方式。我國國防科技工業自然環境試驗站網普遍采用WJ 2360—1995規定的紗布掛片法（又稱干片法），該方法也為《全國大氣腐蝕網站操作規程》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的雙層紗布暴露于遮雨條件下采集空氣中的鹽霧，對紗布進行浸泡、清洗，對洗出溶液中氯離子進行測定分析，計算鹽含量，最后根據采樣時間計算鹽霧沉積速率。國外也有部分標準方法利用干片法采集鹽霧，如日本JIS Z 2382標準[6]所制訂的“紗布法”就與我國的干片法大體一致。

ISO 9225標準推薦的濕燭法采樣裝置如圖2所示。將一根直徑為25 mm左右的燭芯插入瓶內，芯上緊緊纏有兩層紗布，紗布的自由端接觸至瓶底，瓶內裝有甘油水溶液。燭芯長期暴露于空氣中，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區別：濕燭法采樣沒有方向性，干片法方向性明顯；濕燭法紗布長期保持濕潤，干片法紗布濕潤程度取決于空氣濕度；濕燭法紗布不具備透風性，而干片法紗布具有透風性；相比濕燭法，干片法更易飽和[7]。在采樣效果上，ISO 9223標準根據多個地區的戶外實測數據，給出了與兩種方法測量結果的換算關系，濕燭法測量結果為干片法2.4倍。這一數學關系并不適用于所有地區，如海南萬寧地區離海距離達到8 km時，濕燭法的測試結果與掛片法的測試結果非常接近[8]。

1.2.3 鹽霧樣品溶液中氯離子分析技術

現行鹽霧測量標準采用汞液滴定法和硫氰酸汞分光光度法測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反應，對同一樣品的測試結果無明顯差異，檢出效果相當。離子色譜法則是根據氯離子的電導特征峰對其濃度進行精確測定，主要有兩點優勢。

1）檢出限低，HJ 549規定離子色譜法對氯離子檢出限為0.2 μg/10 mL，比分光光度法的1.8 μg/10mL低一個數量級。室內及內陸空氣鹽霧含量一般不超過0.1 mg/m3，經推算，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量濃度不超過1.5 μg/10 mL。對這一濃度水平的樣品，分光光度法難以滿足準確檢測的要求，須延長采樣時間或換用離子色譜法分析。

2）抗干擾強，相比分光光度法等，離子色譜法可以排除F－，Br－，I－等其他鹵素離子對測試結果的干擾。

2 某系統貯存環境鹽霧測量方案

2.1 監測點及監測項目

某系統貯存于近海庫房，主要分為A，B，C三個互相隔離的區域。各區域大小相近，通風口離海距離在均300～500 m之間。其中A，B兩個區域長期封閉，由通風系統換氣，C區域庫房大門不定期開閉。三個區域監測位置位于中部空氣流通處，實際測量時各區域庫房門均保持關閉。

2.2 監測時間

考慮季節性差異，在2年8個季度每季度測量一個周期。實際測量時間分別為：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 監測方法

2.3.1 鹽霧濃度

某系統貯存環境為鹽霧含量較低的室內環境。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）計算鹽霧濃度。采樣為雙通道平行采樣，以兩組數據均值作為測試結果。鹽霧濃度每個周期連續測量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標準掛片法，平行掛樣3片，每個周期采樣一次，每次連續采集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計算鹽霧沉積速率。

在第7、第8個周期設置濕燭法采樣，研究兩種采樣方式的測量結果差異。

2.4 監測儀器

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經紗110根±6，緯紗100根±5。

2.5 測量方法的不確定度

按JJF 1059.1對測量方法的不確定度進行評估，對采樣、分析、量具、標準物質等各環節的不確定度進行合成計算。鹽霧濃度測量結果的相對擴展不確定度=33.8%（=2），鹽霧沉積速率測量結果的相對擴展不確定度=7.0%（=2）。

3 結果與分析

3.1 鹽霧濃度監測結果

某系統貯存庫房三個區域各周期鹽霧濃度測量均值如圖3所示。A區域和B區域測量結果非常接近，總體均值分別為0.0676，0.0648 mg/m3。對A，B兩個區域各周期測量均值采用配對比較符號秩和檢驗，=8，=12，查配對比較符號秩和檢驗概率表，得=0.4609，兩個區域測量值沒有顯著差異。C區域測量結果波動較大，總體均值為0.0977 mg/m3，約為其他兩個區域1.5倍，部分周期量結果達到其他兩個區域2倍，這與C區域庫房門不定期開閉有關。

圖3 各周期鹽霧濃度測量均值

對測量值的周期變化進行分析，在A，B兩個區域，均表現為每年8月份測量值最高，11月份次之，3月份、4月份測量值較低。C區域測量值的季節性變化并不規律，與其庫房門的不定期開閉有關，季節性差異被庫房通風狀態差異所掩蓋。實際測量過程中，2015年3月、5月、8月，在測量前2天內，C區域庫房門均有開啟記錄，測量結果也顯示，這三個周期該區域的鹽霧濃度明顯偏高。

某系統貯存環境要求與艦船戶外設備相同，即“在5 mg/m3含鹽大氣下可正常工作”。實測鹽霧濃度較5 mg/m3低1~2個數量級，考慮測量方法的不確定度后依然滿足要求。

3.2 鹽霧沉積速率監測結果

三個區域各周期鹽霧沉積速率測量均值如圖4所示。A區域和B區域測量結果接近，總體均值分別為0.1078，0.0986 mg/(m2?d)。C區域測量結果波動較大，總體均值為0.1682 mg/m3，約為其他兩個區域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，規律性不明顯。如A，B兩個區域2015年各周期測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。這說明，除了鹽霧濃度，濕度、通風等其他因素對鹽霧沉積速率影響較大。

圖4 各周期鹽霧沉積速率測量均值

2016年4月、2016年7月，在三個區域均設置了濕燭法與干片法的對比采樣，結果顯示，濕燭法測量值略高于干片法，前者約為后者的1.2~1.5倍。根據干片法和濕燭法實測的鹽霧沉積速率，按GB/T 19292.1，某系統貯存環境均屬于鹽霧污染最低的S0級，鹽霧沉積速率采樣方法對評價結論無影響。

3.3 測量結果代表性分析

由于條件限制，某系統在每個季度選取一個月進行監測。為了解測量結果的代表性，可參考萬寧、廣州和青島等典型沿海地區大氣氯離子觀測站點全年變化規律[9]。萬寧戶外大氣氯離子濃度在10月、11月最高，監測值約為較低月份的2~3倍；氯離子沉積速率在11月、12月最高，監測值比較低月份高1個數量級。廣州、青島的氯離子沉積速率月際波動均較海南萬寧小，較高月份監測值約為較低月份監測值的2~3倍（廣州冬季較高，青島秋季較高）。某系統貯存環境監測時機覆蓋了典型沿海地區的鹽霧較高月份或季節，同一區域不同周期監測高值達低值的3~5倍，監測時機及測量結果具有一定的代表性。

4 結論

1）某系統貯存庫房屬于鹽霧含量較低的室內環境，利用溶液富集法采集鹽霧濃度樣本時，在采樣時間受限的情況下，宜采用離子色譜法對低濃度的鹽霧樣本進行分析。

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

3）某系統貯存環境實測鹽霧濃度較要求低1~2個數量級，鹽霧污染屬于最低的S0級。

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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

馬長李（1982—），男，吉林長春人，工程師，主要研究方向為海軍裝備試驗研究。