基于ISO 9223-2012金属大气腐蚀量计算的中国高铁沿线大气环境腐蚀性评价
2020-05-18 12:10:50
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1.高铁沿线金属大气腐蚀量计算
1.1.计算方法
根据ISO 9223-2012，用于计算不同金属第一年腐蚀失重的剂量-响应函数分别如下所示：
（1）碳钢：
rcorr = 1.77·Pd0.52·exp（ 0.020·RH + fSt ） + 0.102·Sd0.62·exp（ 0.033·RH + 0.040·T ）
（2）锌：
rcorr = 0.0129·Pd0.44·exp（ 0.046·RH + fZn ） + 0.0175·Sd0.57·exp（ 0.008·RH + 0.085·T ）
（3）铝：
rcorr = 0.0042·Pd0.73·exp（ 0.025·RH + fAl ） + 0.0018·Sd0.60·exp（ 0.020·RH + 0.094·T ）
式中：
rcorr--金属的第一年腐蚀速率，μm/a；
T --年平均温度，℃；
RH --年平均相对湿度，%；
Pd --年平均SO2沉积率，mg/（m2·d）；
Sd --年平均Cl-沉积率，mg/（m2·d）；
fSt --碳钢相关系数，当T≤10℃时，fSt=0.150·（T-10）；否则fSt=-0.054·（T-10）；
fZn --锌相关系数，当T≤10℃时，fZn=0.038·（T-10）；否则fst=-0.071·（T-10）；
fAl --铝相关系数，当T≤10℃时，fAl=0.009·（T-10）；否则fst=-0.043·（T-10）。
1.2.数据选取
本计算选取2015年高铁沿线各地区的气象数据（年平均温度T（℃）、年平均相对湿度RH（%））、空气质量数据（年平均SO2浓度Pc，而年平均SO2沉积率Pd=0.8Pc, 其中，Pc单位： μg/m3Pd，单位：mg/（m2·d））和大气污染物数据（国家材料环境腐蚀平台监测的连续法海盐粒子（mg/（100cm2·d）））。其中，年平均Cl-沉积率Sd取2015年各试验站连续法海盐粒子的最大值，缺失的数据用相邻地区或环境条件相似的地区数据来替代，当有多个相邻或环境条件相似地区时，取数值最大的地区的环境数据，即按最严酷的环境条件来计算腐蚀量。
1.3.金属大气腐蚀量计算结果
根据ISO 9223-2012计算出的2015年高铁沿线各地区的碳钢、锌和铝的大气腐蚀量及相应环境的大气腐蚀性等级划分结果如表1所示。
其中ISO 9223-2012中标准金属暴晒第一年的腐蚀速率rcorr（μm/a）与大气腐蚀性等级的对应关系为：
（1）碳钢
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）锌
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.高铁沿线大气环境腐蚀性等级分析
参照2015年高铁沿线地区碳钢第一年腐蚀量计算结果及大气腐蚀性等级划分情况，绘制高铁沿线的大气腐蚀性等级分布简图，如图1所示。
图1 高铁沿线大气腐蚀性等级分布简图-依据2015年碳钢腐蚀量计算值划分
2.1.大气环境腐蚀性区域分布特征
从图中可以看出，中国高铁沿线大气腐蚀性等级分布具有明显的区域特征，大部分沿线地区的大气环境为腐蚀性中等的C3级，一部分地区为腐蚀性低的C2级，而只有少部分沿海地区为腐蚀性高的C4级，高铁沿线未出现腐蚀性很低或很高的大气环境。
从地理区域来看：温度较低的东北内陆地区、湿度较低的西北地区、SO2和Cl-沉积率较低的西南地区腐蚀性等级较低，为C2级；而SO2沉积率较高的华北地区、SO2沉积率中等而温湿度较高的中部地区、Cl-沉积率较高的东北沿海地区为腐蚀中等的C3级；只有SO2和Cl-沉积率均比较高的秦皇岛、高温高湿且Cl-沉积率也高的东南沿海和海南岛的大气腐蚀性较高，为C4级。
2.2.大气环境腐蚀性分布沿高铁线路变化情况
一、八纵“通道
1.沿海通道。除秦皇岛之外，渤海、黄海和东海北部沿岸高铁线路大气腐蚀性均为C3级，从东海南部开始至北部湾沿岸线路的大气腐蚀性升高为C4级。
2.京沪通道。该通道沿线大气腐蚀性均为C3级。
3.京港（台）通道。北方和南方内陆沿线各地大气腐蚀性均为C3级，至东南沿海时腐蚀性等级升高为C4级。
4.京哈～京港澳通道。从东北到南方内陆段的大气腐蚀性绝大部分为C3级，至东南沿海时变为C4级。
5.呼南通道。从北方地区、中部地区到中南地区的沿线大气腐蚀性均为C3级，至西南广西地区时腐蚀性等级降为C2级。
6.京昆通道。从北京开始为C2级，后从北方地区的C3级逐渐降为西南地区的C2级。
7.包（银）海通道。从北方地区开始为C3级，进入西南地区后降为C2级，随后进入东南沿海地区和海南环岛后沿线大气腐蚀性等级升高为C4级，
8.兰（西）广通道。兰州大气腐蚀性为C3级，进入四川盆地后降为C2级，而后穿过C3级的贵州、C2级的广西，最终达到广州，终点站的大气腐蚀性为C2级。
二、”八横“通道
1.绥满通道。该通道沿线的大气腐蚀性均为C2级，全线腐蚀性均低。
2.京兰通道。除出发站北京的大气腐蚀性为C2级之外，沿线其余地区的大气腐蚀性均为C3级。
3.青银通道。该通道沿线大气腐蚀性均为C3级。
4.陆桥通道。从东部地区至西部兰州沿线大气腐蚀性均为C3级，进入西北地区后， 除张掖的大气腐蚀性均为C3级之外，沿线其余地区的大气腐蚀性均为C2级。
5.沿江通道。从东部沿海向西至中南部地区的沿线大气腐蚀性均为C3级，继续向西进入西南地区后降为C2级。
6.沪昆通道。从东部沿海向西至贵州沿线大气腐蚀性均为C3级，至云南后大气腐蚀性降为C2级。
7.厦渝通道。东南沿海的厦门大气腐蚀性等级为C4级，沿西北方向至江西、湖南时降至C3级，继续向西北延伸至重庆后，大气腐蚀性也随之降至C2级。
8.广昆通道。该通道沿线大气腐蚀性均为C2级。
综上，沿海通道和海南环岛高铁线路的大气腐蚀性等级高，大气腐蚀环境较为严酷，而包（银）海通道和厦渝通道沿线大气腐蚀性等级变化较大，变化幅度可达 3个等级，其余线路大气腐蚀性等级普遍为中等偏低，且沿线腐蚀性变化较小。
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