一种大气盐雾含量在线监测设备的研制

2022-01-18周鸿铃李光茂杨森郑服利刘宇杨杰王勇莫文雄

环境技术 2021年6期

周鸿铃，李光茂，杨森，郑服利，刘宇，杨杰，王勇，莫文雄

（广东电网有限责任公司广州供电局，广州 510663）

引言

盐雾是指大气中悬浮在的雾化状的氯离子，主要是因为大风吹起海面的浪花、潮起潮落，海水之间互相冲击和海浪的拍打，导致许多的氯离子洒落在空中，水份发蒸后，残留下来一些极小的氯离子，在大气团的平流和紊流交换作用下，这些盐粒在空气中散开来，并随风流动形成沿海地区盐雾。盐雾是电气设备腐蚀和线路闪落的罪魁祸首，故盐雾只存在于海上和沿海地区离海岸线较近的大气中[1]。盐雾的危害性主要是对金属及各种金属镀层的强烈腐蚀，含盐雾的微小水滴凝聚在金属表面形成一层含有氯离子的水膜，这是一层中性的强电介质。由于氯离子本身易得到电子且其半径很小，它能腐蚀许多较紧密的在普通情况下相当稳定的金属氧化膜。此外,盐雾会使电子产品内的零部件、元器件表面上蒸发析出固体结晶盐粒,会引起绝缘强度下降,造成短路、漏电,很细的结晶盐粒如侵入机构的运动部分会加速磨损[2]。

目前常用的大气盐雾含量检测方法主要有：湿烛法、干片法等[3]，这些试验方法测试时间长，试验时间为一个月，测试数据容易受自然环境的影响，如暴雨、强对流天气等影，重复性不高，不容易操作，操作人员容易影响测试结果，测试结果准确性不高。如今需要一种缩小试验周期，试验数据准备、安全稳定的的设备来在线监测大气盐雾含量[4]。

1 设备原理

大气盐雾含量在线监测设备如图1所示，由自动采气分析系统、液体检测分析系统、数据处理系统组成。

图1 大气盐雾含量在线监测设备工作原理

1.1 自动采气分析系统

自动采气分析系统如图2所示，包括采气口、空气泵、采样瓶、中转泵、反应瓶、采样针、比色皿和分析仪器。具体过程为空气泵通过采气口把大气抽到采样瓶，与吸收液反应后通过中转泵抽到反应瓶，与试剂液反应后通过采样针到比色皿、最终到分析仪器进行数据分析。

图2 自动采气分析系统工作原理

1.2 液体检测分析系统

液体检测分析系统包括吸收液储存箱、试剂液储存箱和废液储存箱。当系统发出检测信号时，吸收液储存箱和试剂液储存箱的加热器和磁力搅拌器会同时工作，把试剂调到适合的浓度和温度，保证测量的准确性。

1.3 数据处理系统

数据处理系统包括微型计算机、打印机、数据输出模块。微型计算负责整个系统的控制，连接每个处理系统，把设置、指令、状态反馈、样本液体、结果进行处理。打印机负责现场打印结果，方便就地查看数据。数据输出模块负责把处理好的数据以及设备状态反馈给工作人员。

2 结构设计

该仪器设计紧凑，占地面积小，拥有IP67的防护等级，仪器功耗小，发热量小，可以在各种密封场合、高温、高湿等地方使用。数据处理系统位于仪器的上部，数据处理系统位于仪器的上方，自动采气分析系统位于仪器的中部，液体检测系统处于仪器的下方。该仪器由不同的模块组成，便于安装与维护。

3 在线检测方法

盐雾在线监测方法主要分为采气过程、检测方法步骤、计算方法和盐雾的平均值。

3.1 采气过程

取体积为V1的吸收液，逐次通入体积为Vq的大气，并在每次通入大气后，取体积为V2的吸收液进行一次氯离子含量测试[5]。

吸收液为丙三醇与蒸馏水的混合液，丙三醇浓度≤30 %，每次通入体积为Vq大气的通气时间小于30 min称短期测试，每次通入体积为Vq大气的通气时间大于等于30 min称长期测试，短期测试时所述吸收液的丙三醇浓度＜用于所述长期测试时吸收液的丙三醇浓度。

3.2 检测方法步骤

S1：制作吸光度-浓度标准曲线，配制不同浓度的氯化钠溶液作为多份标准样液，体积为V标的每份标准样液分别与体积为V试的每份试剂液均匀混合并使所述标准样液中氯离子充分反应得到多份混合样液，通过分光光度计测试混合样液的吸光度，得到混合样液的吸光度-浓度标准曲线；

S2：抽取体积为V1的吸收液至采样瓶；

S3：抽取待检测区域体积为Vq的大气至所述采样瓶中，大气被吸收液吸收后形成采样样液一；

S4：从所述采样瓶抽取体积为V2的所述采样样液一至所述反应瓶，并且从试剂液储存箱内抽取试剂液至所述反应瓶，并使所述反应瓶内采样样液中氯离子充分反应，然后遮光静置形成反应样液一；

S5：通过采样针抽取所述反应瓶中的全部所述反应样液一至比色皿一中，所述比色皿一通过所述传送带由反应室传送至分析室，由分光光度计测试所述比色皿一中所述反应样液一的吸光度；

S6：根据反应样液一测得的吸光度和步骤S1中所述吸光度-浓度标准曲线计算反应样液一中的氯离子浓度；

S7：重复步骤S3～S6，依次得到采样样液N2～n、反应样液N2～n，得到反应样液N2～n中的氯离子浓度，n为抽取体积是Vq大气的次数，也即一个测试周期内反应样液的吸光度测试次数；

S8：根据反应样液N1～n中的氯离子浓度，结合氯离子与大气盐雾含量转换公式，计算大气中盐雾含量；

步骤S6和步骤S7中将得到的反应样液N1～n中的氯离子浓度与一饱和浓度值比较，当得到的氯离子浓度小于饱和浓度值时，测量值有效，记录该有效测量值，当得到的氯离子浓度大于或等于饱和值时，本次测量值无效，舍去本次测量值，完成一个测试周期，进行装置清洗，饱和浓度值是吸收液饱和吸收氯离子后的氯离子浓度。

3.3 计算方法

步骤S8中测量的大气盐雾含量Sn和氯离子浓度[Cl-]n满足公式：

式中：

m0=0；

Sn—第n次测试出的大气盐雾含量，单位为毫克每立方米mg/m3；

[Cl-]n—第n次测试出样液中氯离子浓度，单位为毫克每升mg/L；

n—抽取体积是Vq大气的次数，即测试次数；

A—转换系数，为经验常数；

mn—第n次测得体积Vq大气中的氯离子质量，单位为毫克mg；

mn-1—第n-1次测得体积Vq大气中的氯离子质量，单位为毫克mg；

V1— 一个测试周期的吸收液体积，单位为毫升mL；

V2—每次测试抽取的吸收液体积，单位为毫升mL；

Vq—每次测试抽取的大气体积，单位为升L。

3.4 盐雾的平均值

大气盐雾含量S1～Sn的平均值。

步骤S5中所述分光光度计的测试波长范围是200～780 nm，短期测试采用的测试波长为紫外光区（200～380 nm）,长期测试采用的测试波长为可见光区。

在一个测试周期内，后一次测试的氯离子浓度小于等于前一次测试的氯离子浓度，测量值无效，进行装置精度校核和装置清洗。

吸收液为丙三醇与蒸馏水的混合液，丙三醇浓度≤30 %，每次通入体积为Vq大气的通气时间小于30 min称短期测试，每次通入体积为Vq大气的通气时间大于等于30 min称长期测试，用于短期测试时吸收液的丙三醇浓度＜用于长期测试时吸收液的丙三醇浓度。例如，常温环境下，短期测试，丙三醇浓度应在5～10 %，若是长期测试，丙三醇浓度应10～20 %，严苛环境下可增大浓度，但最大丙三醇浓度不能超过30 %，严苛环境指温度高于25 ℃或低于-25 ℃。也可在去离子水中加入其他稳定剂作为吸收氯离子的吸收液。

试剂液为硝酸铁溶液、硝酸、吐温-80以及硫氰酸汞-甲醇的混合液，也可采用其他与氯离子反应显色的试剂液，使吸收液中氯离子与试剂液充分反应后测试吸光度。