基于ISO 9223-2012金屬大氣腐蝕量計算的中國高鐵沿線大氣環(huán)境腐蝕性評價
2020-05-18 12:10:50
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1.高鐵沿線金屬大氣腐蝕量計算
1.1.計算方法
根據(jù)ISO 9223-2012，用于計算不同金屬第一年腐蝕失重的劑量-響應(yīng)函數(shù)分別如下所示：
（1）碳鋼：
rcorr = 1.77·Pd0.52·exp（ 0.020·RH + fSt ） + 0.102·Sd0.62·exp（ 0.033·RH + 0.040·T ）
（2）鋅：
rcorr = 0.0129·Pd0.44·exp（ 0.046·RH + fZn ） + 0.0175·Sd0.57·exp（ 0.008·RH + 0.085·T ）
（3）鋁：
rcorr = 0.0042·Pd0.73·exp（ 0.025·RH + fAl ） + 0.0018·Sd0.60·exp（ 0.020·RH + 0.094·T ）
式中：
rcorr--金屬的第一年腐蝕速率，μm/a；
T --年平均溫度，℃；
RH --年平均相對濕度，%；
Pd --年平均SO2沉積率，mg/（m2·d）；
Sd --年平均Cl-沉積率，mg/（m2·d）；
fSt --碳鋼相關(guān)系數(shù)，當T≤10℃時，fSt=0.150·（T-10）；否則fSt=-0.054·（T-10）；
fZn --鋅相關(guān)系數(shù)，當T≤10℃時，fZn=0.038·（T-10）；否則fst=-0.071·（T-10）；
fAl --鋁相關(guān)系數(shù)，當T≤10℃時，fAl=0.009·（T-10）；否則fst=-0.043·（T-10）。
1.2.數(shù)據(jù)選取
本計算選取2015年高鐵沿線各地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)（年平均溫度T（℃）、年平均相對濕度RH（%））、空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)（年平均SO2濃度Pc，而年平均SO2沉積率Pd=0.8Pc, 其中，Pc單位： μg/m3Pd，單位：mg/（m2·d））和大氣污染物數(shù)據(jù)（國家材料環(huán)境腐蝕平臺監(jiān)測的連續(xù)法海鹽粒子（mg/（100cm2·d）））。其中，年平均Cl-沉積率Sd取2015年各試驗站連續(xù)法海鹽粒子的最大值，缺失的數(shù)據(jù)用相鄰地區(qū)或環(huán)境條件相似的地區(qū)數(shù)據(jù)來替代，當有多個相鄰或環(huán)境條件相似地區(qū)時，取數(shù)值最大的地區(qū)的環(huán)境數(shù)據(jù)，即按最嚴酷的環(huán)境條件來計算腐蝕量。
1.3.金屬大氣腐蝕量計算結(jié)果
根據(jù)ISO 9223-2012計算出的2015年高鐵沿線各地區(qū)的碳鋼、鋅和鋁的大氣腐蝕量及相應(yīng)環(huán)境的大氣腐蝕性等級劃分結(jié)果如表1所示。
其中ISO 9223-2012中標準金屬暴曬第一年的腐蝕速率rcorr（μm/a）與大氣腐蝕性等級的對應(yīng)關(guān)系為：
（1）碳鋼
C1: rcorr≤1.3
C2: 1.3＜rcorr≤25
C3: 25＜rcorr≤50
C4: 50＜rcorr≤80
C5: 80＜rcorr≤200
CX: 200＜rcorr≤700
（2）鋅
C1: rcorr≤0.1
C2: 0.1＜rcorr≤0.7
C3: 0.7＜rcorr≤2.1
C4: 2.1＜rcorr≤4.2
C5: 4.2＜rcorr≤8.4
CX: 8.4＜rcorr≤25
2.高鐵沿線大氣環(huán)境腐蝕性等級分析
參照2015年高鐵沿線地區(qū)碳鋼第一年腐蝕量計算結(jié)果及大氣腐蝕性等級劃分情況，繪制高鐵沿線的大氣腐蝕性等級分布簡圖，如圖1所示。
圖1 高鐵沿線大氣腐蝕性等級分布簡圖-依據(jù)2015年碳鋼腐蝕量計算值劃分
2.1.大氣環(huán)境腐蝕性區(qū)域分布特征
從圖中可以看出，中國高鐵沿線大氣腐蝕性等級分布具有明顯的區(qū)域特征，大部分沿線地區(qū)的大氣環(huán)境為腐蝕性中等的C3級，一部分地區(qū)為腐蝕性低的C2級，而只有少部分沿海地區(qū)為腐蝕性高的C4級，高鐵沿線未出現(xiàn)腐蝕性很低或很高的大氣環(huán)境。
從地理區(qū)域來看：溫度較低的東北內(nèi)陸地區(qū)、濕度較低的西北地區(qū)、SO2和Cl-沉積率較低的西南地區(qū)腐蝕性等級較低，為C2級；而SO2沉積率較高的華北地區(qū)、SO2沉積率中等而溫濕度較高的中部地區(qū)、Cl-沉積率較高的東北沿海地區(qū)為腐蝕中等的C3級；只有SO2和Cl-沉積率均比較高的秦皇島、高溫高濕且Cl-沉積率也高的東南沿海和海南島的大氣腐蝕性較高，為C4級。
2.2.大氣環(huán)境腐蝕性分布沿高鐵線路變化情況
一、八縱“通道
1.沿海通道。除秦皇島之外，渤海、黃海和東海北部沿岸高鐵線路大氣腐蝕性均為C3級，從東海南部開始至北部灣沿岸線路的大氣腐蝕性升高為C4級。
2.京滬通道。該通道沿線大氣腐蝕性均為C3級。
3.京港（臺）通道。北方和南方內(nèi)陸沿線各地大氣腐蝕性均為C3級，至東南沿海時腐蝕性等級升高為C4級。
4.京哈～京港澳通道。從東北到南方內(nèi)陸段的大氣腐蝕性絕大部分為C3級，至東南沿海時變?yōu)镃4級。
5.呼南通道。從北方地區(qū)、中部地區(qū)到中南地區(qū)的沿線大氣腐蝕性均為C3級，至西南廣西地區(qū)時腐蝕性等級降為C2級。
6.京昆通道。從北京開始為C2級，后從北方地區(qū)的C3級逐漸降為西南地區(qū)的C2級。
7.包（銀）海通道。從北方地區(qū)開始為C3級，進入西南地區(qū)后降為C2級，隨后進入東南沿海地區(qū)和海南環(huán)島后沿線大氣腐蝕性等級升高為C4級，
8.蘭（西）廣通道。蘭州大氣腐蝕性為C3級，進入四川盆地后降為C2級，而后穿過C3級的貴州、C2級的廣西，最終達到廣州，終點站的大氣腐蝕性為C2級。
二、”八橫“通道
1.綏滿通道。該通道沿線的大氣腐蝕性均為C2級，全線腐蝕性均低。
2.京蘭通道。除出發(fā)站北京的大氣腐蝕性為C2級之外，沿線其余地區(qū)的大氣腐蝕性均為C3級。
3.青銀通道。該通道沿線大氣腐蝕性均為C3級。
4.陸橋通道。從東部地區(qū)至西部蘭州沿線大氣腐蝕性均為C3級，進入西北地區(qū)后， 除張掖的大氣腐蝕性均為C3級之外，沿線其余地區(qū)的大氣腐蝕性均為C2級。
5.沿江通道。從東部沿海向西至中南部地區(qū)的沿線大氣腐蝕性均為C3級，繼續(xù)向西進入西南地區(qū)后降為C2級。
6.滬昆通道。從東部沿海向西至貴州沿線大氣腐蝕性均為C3級，至云南后大氣腐蝕性降為C2級。
7.廈渝通道。東南沿海的廈門大氣腐蝕性等級為C4級，沿西北方向至江西、湖南時降至C3級，繼續(xù)向西北延伸至重慶后，大氣腐蝕性也隨之降至C2級。
8.廣昆通道。該通道沿線大氣腐蝕性均為C2級。
綜上，沿海通道和海南環(huán)島高鐵線路的大氣腐蝕性等級高，大氣腐蝕環(huán)境較為嚴酷，而包（銀）海通道和廈渝通道沿線大氣腐蝕性等級變化較大，變化幅度可達 3個等級，其余線路大氣腐蝕性等級普遍為中等偏低，且沿線腐蝕性變化較小。
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