基于ISO 9223-2012金屬大氣腐蝕量計算的中國高鐵沿線大氣環境腐蝕性評價
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ISO 9223-2012，用于計算不同金屬第一年腐蝕失重的劑量-響應函數分別如下所示：
（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 --碳鋼相關系數，當T≤10℃時，fSt=0.150·（T-10）；否則fSt=-0.054·（T-10）；
fZn --鋅相關系數，當T≤10℃時，fZn=0.038·（T-10）；否則fst=-0.071·（T-10）；
fAl --鋁相關系數，當T≤10℃時，fAl=0.009·（T-10）；否則fst=-0.043·（T-10）。
1.2.數據選取
本計算選取2015年高鐵沿線各地區的氣象數據（年平均溫度T（℃）、年平均相對濕度RH（%））、空氣質量數據（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））和大氣污染物數據（國家材料環境腐蝕平臺監測的連續法海鹽粒子（mg/（100cm2·d）））。其中，年平均Cl-沉積率Sd取2015年各試驗站連續法海鹽粒子的最大值，缺失的數據用相鄰地區或環境條件相似的地區數據來替代，當有多個相鄰或環境條件相似地區時，取數值最大的地區的環境數據，即按最嚴酷的環境條件來計算腐蝕量。
1.3.金屬大氣腐蝕量計算結果
根據ISO 9223-2012計算出的2015年高鐵沿線各地區的碳鋼、鋅和鋁的大氣腐蝕量及相應環境的大氣腐蝕性等級劃分結果如表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關系為：
（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.高鐵沿線大氣環境腐蝕性等級分析
參照2015年高鐵沿線地區碳鋼第一年腐蝕量計算結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2015年碳鋼腐蝕量計算值劃分
2.1.大氣環境腐蝕性區域分布特征
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域特征，大部分沿線地區的大氣環境為腐蝕性中等的C3級，一部分地區為腐蝕性低的C2級，而只有少部分沿海地區為腐蝕性高的C4級，高鐵沿線未出現腐蝕性很低或很高的大氣環境。
從地理區域來看：溫度較低的東北內陸地區、濕度較低的西北地區、SO2和Cl-沉積率較低的西南地區腐蝕性等級較低，為C2級；而SO2沉積率較高的華北地區、SO2沉積率中等而溫濕度較高的中部地區、Cl-沉積率較高的東北沿海地區為腐蝕中等的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。從東北到南方內陸段的大氣腐蝕性絕大部分為C3級，至東南沿海時變為C4級。
5.呼南通道。從北方地區、中部地區到中南地區的沿線大氣腐蝕性均為C3級，至西南廣西地區時腐蝕性等級降為C2級。
6.京昆通道。從北京開始為C2級，后從北方地區的C3級逐漸降為西南地區的C2級。
7.包（銀）海通道。從北方地區開始為C3級，進入西南地區后降為C2級，隨后進入東南沿海地區和海南環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。除出發站北京的大氣腐蝕性為C2級之外，沿線其余地區的大氣腐蝕性均為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。從東部地區至西部蘭州沿線大氣腐蝕性均為C3級，進入西北地區后， 除張掖的大氣腐蝕性均為C3級之外，沿線其余地區的大氣腐蝕性均為C2級。
5.沿江通道。從東部沿海向西至中南部地區的沿線大氣腐蝕性均為C3級，繼續向西進入西南地區后降為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，沿海通道和海南環島高鐵線路的大氣腐蝕性等級高，大氣腐蝕環境較為嚴酷，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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