一种海水环境腐蚀性现场评价装置及方法

技术领域：

本发明属于海水腐蚀性评价技术领域，具体涉及一种海水环境腐蚀性现场评价装置及方法，基于现场采集的海水环境因素数据，对海水环境腐蚀性进行快速定性评级。

背景技术：

海水是一种强腐蚀性介质，金属材料作为各种海工装备的主要结构材料，于海水中长时间使用时，在海水各种因素的作用下，会发生不同程度的腐蚀破坏，进而对其使用性能产生影响。因此，需要对不同种类的金属材料在自然海水中开展全浸试验，通过计算分析腐蚀速率、点蚀深度等试验结果，对其在该海域实际环境下的耐蚀性进行评价，依据评价结果为材料的选择应用等提供依据。现有技术中的海水腐蚀性评价装置众多，例如，中国专利202110741643.1公开的一种海洋腐蚀模拟与监测系统，包括模拟装置子系统、监控设备子系统、中心设备子系统、本地终端子系统和远程终端子系统，模拟装置子系统用于开展单一变量参数、生物污损、多因素耦合的海洋腐蚀规律和腐蚀机理研究，监控设备子系统和中心设备子系统进行参数控制、数据采集处理、数据共享和实时监控；通过本地终端子系统、远程终端子系统组成数据收集控制终端，通过各种数据收集传感器，对各种关键环境参数和腐蚀数据进行实时原位测量；中国专利201910422917.3公开的一种多区带集成海水环境试验装置，包括全浸区试验框架、潮差区试验框架、飞溅区试验框架和试样框架，每个区带试验框架上均装载有试样框架，其中全浸区试验框架位于装置的最下部，潮差区试验框架位于装置的中间，潮差区试验框架下端通过高度可调的连接杆固定在全浸区试验框架的上面，飞溅区试验框架通过高度可调的连接杆固定在潮差区试验框架的上面；全浸区试验框架、潮差区试验框架、飞溅区试验框架之间的距离根据试验海域的高低潮位信息，通过高度可调的连接杆进行调整。中国专利201910125201.7公开的一种模拟海洋环境腐蚀的实验装置，包括蓄水池，蓄水池面对面的两侧壁上分别设有出水口和进水口，出水口和进水口均覆盖有滤网；所述蓄水池外还设有水泵和加热水槽，所述出水口、加热水槽、水泵与所述进水口通过水管依次连接相通；所述蓄水池的侧面上还设有通氧口，通氧口通过软管连接所述蓄水池外的制氧机。中国专利201510727773.4公开的一种模拟海水潮差区腐蚀的试验装置，包括设置在试样筒支架上的扁圆柱状的试样筒，所述的试样筒在其内部设置有一环形的试样架组件，该试样架组件呈紧靠试样筒内部的筒壁设置并固定，试样筒的顶部设置有盖板；所述的试样筒在其底部的中心位置开设有通孔，将一海水潮差区腐蚀模拟装置从该通孔装入，海水潮差区腐蚀模拟装置驱动试验溶液的液面升降并冲刷试样架组件的各个试样的表面；所述的试样筒与一试验溶液输送系统管路连接，该试验溶液输送系统对试样筒输入试验溶液并保持设定的恒温。然而，由于标准自然海水环境全浸试验方法通常要求将试验材料加工成试验样品，再以年为单位设定试验周期进行样品投放回收和处理，在人力、物力、时间和成本方面有较大消耗，无法全面覆盖近海海水环境，导致在对部分海水环境腐蚀性进行现场评价时缺乏参考，影响相关工作的开展。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种海水环境腐蚀性现场评价装置及方法，基于现场海水环境因素测试数据对海水腐蚀性进行快速定性评价，为金属材料在海水环境中的应用提供评价参照。

为了实现上述目的，本发明涉及的海水环境腐蚀性现场评价装置的主体结构为由上盖和下盖构成的空心式结构的壳体，壳体的外部设置有显示屏和操作按钮，内部设置有电连接的充电电池和集成电路板，充电电池与外接电源连接，集成电路板与环境因素数据采集探头连接；其中，操作按钮包括数据采集按钮、分级计算按钮和结果显示按钮；充电电池通过充电口与外接电源连接，集成电路板上集成有数据传输接口、数据采集模块、数据处理模块、分级计算模块、数据输出模块和数据库，通过数据传输接口与环境因素数据采集探头连接。

本发明涉及的壳体采用PP塑料材质进行开模；显示屏展示设备运行状态提示信息以及计算结果；数据采集按钮、分级计算按钮和结果显示按钮通过按动分别控制数据采集、分级计算和计算结果的显示切换；集成电路板实施采集数据读取、处理、计算和结果输出操作；数据传输接口与环境因素数据采集探头和上位机通信，分别进行数据采集指令下发、采集数据传输，以及数据库的更新；数据处理模块按照预置的数据解析规则及方法先对数据采集模块采集的原始数据进行解析，再计算解析后的数据平均值并进行归一化处理，生成计算数据样本；分级计算模块集成有腐蚀因子计算功能和腐蚀性评定功能：腐蚀因子计算功能通过调用数据库中预存的对不同材料分别进行计算获取的对应计算公式，结合采集的环境因素数据样本进行海水腐蚀因子计算，作为腐蚀性评定依据；腐蚀性评定功能是根据腐蚀因子计算结果，对数据库中预存的腐蚀性分级数据进行遍历检索，获取对应的腐蚀性等级以及关联的材料腐蚀速率阈值；数据库存储有预置材料的牌号成分、对应的近海海域腐蚀等级及相应腐蚀速率阈值、腐蚀因子计算公式等，供分级计算模块读取和调用；环境因素数据采集探头集成有环境因素采集传感器，按照预设采集频率对现场海水的海水环境因素数据进行实时原位采集，采集后的数据经数据采集模块读取后传输至数据处理模块。

本发明涉及的海水环境腐蚀性现场评价方法的具体工艺过程如下：

首先，将环境因素采集探头浸没于海水中，按下数据采集按钮，环境因素数据采集探头对现场海水环境因素数据进行实时采集和监测，浸没采集时间5分钟以上；

然后，再次按下数据采集按钮，停止数据采集，按下分级计算按钮，数据采集模块读取环境因素采集探头测量的海水环境因素数据，并传递至数据处理模块，数据处理模块进行解析及处理，生成计算数据样本，分级计算模块接收数据处理模块生成的计算数据样本，调用数据库中预存的腐蚀因子计算公式，计算获得腐蚀因子，再通过检索数据库中预存的腐蚀性等级体系确定计算结果所处的腐蚀性等级，同时读取对应等级下的材料腐蚀速率阈值，将结果传递至数据输出模块；

最后，按下结果显示按钮，数据输出模块将对应不同材料的海水腐蚀性评级结果及腐蚀速率阈值展示于显示屏上，通过按动结果显示按钮对不同材料对应的计算结果进行切换展示。

本发明与现有技术相比，基于现场测量海水环境因素数据，能够快速计算获取海水腐蚀性评价等级，并通过海水腐蚀性等级与材料腐蚀速率阈值进行关联，在试验数据不全的情况下提供相应的环境评价及材料选择应用参考，提高评价效率；其装置结构简单，使用和携带方便，方法原理科学可靠，评价耗时短，结果准确，应用于近海海域海水腐蚀性的快速评价，弥补试验数据不足的缺陷，能够及时准确的给出相应的材料腐蚀速率等信息。

附图说明：

图1为本发明涉及的海水环境腐蚀性现场评价装置的主体结构原理示意图。

具体实施方法：

下面结合附图并结合具体实施方法对本发明做进一步的说明。

实施例1：

本实施例涉及的海水环境腐蚀性现场评价装置的主体结构如图1所示，包括上盖1、下盖2、显示屏3、数据采集按钮4、分级计算按钮5、结果显示按钮6、充电电池7、集成电路板8、充电口9、数据传输接口10、数据采集模块11、数据处理模块12、分级计算模块13、数据输出模块14、数据库15和环境因素数据采集探头16；上盖1与下盖2卡扣式或螺栓式连接，组成内空式结构的壳体，上盖1的外表面设置有显示屏3以及数据采集按钮4、分级计算按钮5和结果显示按钮6，下盖2的内表面设置有充电电池7和集成电路板8，二者电连接，充电电池7上设置有充电口9，集成电路板8上设置有依次连接的数据传输接口10、数据采集模块11、数据处理模块12、分级计算模块13和数据输出模块14以及数据库15，数据库15分别与数据采集模块11和分级计算模块13连接，充电口9与外接电源连接，数据传输接口10与环境因素数据采集探头16连接。

本实施例涉及的上盖1和下盖2内部集成的各功能模块，通过螺丝固定，下盖2的底端开孔，以安装充电口9和数据传输接口10；

显示屏3的展示信息包括计算进行、完成、更新过程、电池电量等提示信息，以及计算输出信息；

数据采集按钮4与数据采集模块11通信，控制数据采集的开始及停止；分级计算按钮5控制集成电路板8运行分级计算流程；结果显示按钮6控制输出信息的展示及切换。

充电电池7为10000mAh锂电池；

充电口9为Type-C接口；

数据传输接口10采用8针子母端口及螺旋锁扣；

数据处理模块12进行归一化处理的具体计算公式为z＝x/s，式中，x为采集数据值，s是对应环境因素在数据库15中的平均值，z是标准化之后的值；

分级计算模块13集成有腐蚀因子计算功能和腐蚀性评定功能：

腐蚀因子计算功能通过调用内置计算公式计算输海水腐蚀因子，腐蚀因子计算公式获取过程为：

1)统计不同金属材料在近海海域的腐蚀速率数据以及对应海域的海水温度、盐度、溶解氧含量和pH值数据，其中，金属材料根据使用范围，选择5种钢(Q235、E36、40CrNiMoA、10CrNi3MoV、X80)、2种铜(T2、BFe10-1-1)以及2种铝合金(1060、5083)；

2)以某种金属材料的腐蚀速率数据作为参考序列，对应的海水环境因素数据作为比较序列，根据灰关联方法计算各因素与材料腐蚀速率的关联度；

3)根据关联度计算结果结合海水环境因素数据，通过公式

腐蚀性评定功能的腐蚀性等级及关联材料腐蚀速率阈值获取过程为：

1)统计近海海水环境因素的阈值范围并进行取整，其中，海水温度范围为-5～35℃，盐度范围为10～40‰，溶解氧含量的变化范围为1～14mg/L，pH值范围为5～10；

2)对海水环境因素阈值范围分别进行区间划分，结果如下表所示；

3)取各区间中间值，根据不同材料的腐蚀因子计算公式进行计算，分别得到18×4×7×6＝3024组海水腐蚀性评价因子，涵盖所有海水环境；

4)统计腐蚀性评价因子计算结果阈值范围，归纳为6个区间，按由低到高顺序对应建立“低、较低、中等、较高、高、极高”的腐蚀性等级；

5)对已有材料腐蚀速率数据的海域海水腐蚀性等级进行评定，将对应的材料腐蚀速率阈值与相应等级进行关联。

数据库15存储有预置材料的牌号成分、对应的近海海域腐蚀等级及相应腐蚀速率阈值、腐蚀因子计算公式等，供分级计算模块8读取和调用，具体为：

1)材料牌号成分，海洋装备常用的5种钢、2种铜合金和2种铝合金的材料牌号及对应的名义成分；

2)近海海域腐蚀等级及相应腐蚀速率阈值，根据不同材料的腐蚀因子计算结果建立的对应不同材料的近海海水腐蚀性分级体系，以及对应不同等级的材料腐蚀速率最高值和最低值；

3)腐蚀因子计算公式，对应不同材料的腐蚀因子计算参数；

腐蚀因子以不同金属材料在近海海域的腐蚀速率数据以及对应海域的海水温度、盐度、溶解氧含量和pH值数据为基础，采用灰关联算法计算环境因素与材料腐蚀速率的关联度，再以关联度与对应环境因素数据的加权计算获得，通过预先计算将获取的不同材料计算所需的相应参数存入数据库15，由分级计算模块13调用，结合计算数据样本进行计算获取结果；

腐蚀性等级通过将不同环境因素数据进行区间划分，结合计算公式对不同区间组合的腐蚀因子进行计算，对计算结果进行归纳划分为6个等级，并对每个等级下的材料腐蚀速率进行关联，相关结果预存入数据库15，分级计算模块13根据腐蚀因子计算结果，对数据库预存的腐蚀性分级数据进行遍历检索，获取对应的腐蚀性等级以及关联的材料腐蚀速率阈值；

环境因素数据采集探头16集成有海水温度、盐度、溶解氧含量、pH值四种主要因素的环境因素采集传感器，按照预设采集频率对现场海水的海水环境因素数据进行实时原位采集，采集频率为每10秒采集一次。