《全剖面实海精准腐蚀试验场之三大气近海平面腐蚀-环境监测系统》用户需求书

《全剖面实海精准腐蚀试验场之三大气近海平面腐蚀-环

境监测系统》

用户需求书

1.项目概况

全剖而实海精准腐蚀试验场之三大气近海平面腐蚀-环境监测系统（简称大气腐蚀

环境监测系统）。

2.项目任务和实施目标

2.1.系统目标

项目要求在大万山岛建设的铁塔上安装气象环境

和大气腐蚀测量仪器和挂载金属材料样片，利用在线

监测仪器系统获得长时间序列的大气环境和材料腐蚀B-14OO

数据，并定期更换回收金属试片用于材料腐蚀特征分

B-U00

析，提供近海平面大气环境和材料腐蚀变化过程及其

关系的基础数据。6-1400

气象塔建在指定海域中岛屿岸边临水。参考图1。@■2165

2.2.项目任务

2.2.1.大气腐蚀环境在线监测系统B=37OO

s

在大万山岛气象塔建设研究大气腐蚀和气象环境

关系的在线监测系统，长期连续获取风向风速、气温、

8=528

相对湿度、大气压力、降水、太阳辐射、地表温度、

能见度、盐雾、大气腐蚀等要素的瞬时实测数据，进0-6000

行处理存储形成大气腐蚀环境监测数据库。系统由铁

塔监测站和数据中心站组成，监测站包括传感器仪表、数据采集、通讯和电源子系统，

传感器仪表按需要安装在铁塔指定高度和上指定高度，数据采集子系统安装在铁塔附近

的观测机房，通过5G无线网络与中心站交换监测数据及运行信息，配备就地数据显示

处理终端用于运行维护工作。数据库系统架构合理、功能周全、应用安全可靠，具备数

据监控、管理、分析、计算和展示功能。端站电源子系统使用220V交流电市电电源，提

供端站各子系统的稳压直流工作电源，配备不间断电源提供不少于72小时自持能力。

在线监测系统要求全天候连续无人自动可靠运行，系统装置整体对雷电、台风、暴雨和

盐雾腐蚀有较好的抗御防护能力、全年数据获取率优于90%0

2.2.2.试验样片

在气象塔各个高度指定位置安装装载金属材料试片的支架，定期（按约定期限）按

照要求期限放置和回收试片，作为大气腐蚀监测的现场试验提供评定样品。试片加工和

安装等要求参考国标GB/T14165-2008《金属和合金大气腐蚀试验现场试验的一般要

求》；材料试片需要进行周期性回收和补充，采取有效的技术手段保证所有试片在安装

和回收过程中妥善保存，以满足后续进一步检测与分析。

2.2.3.安装调试和运行维护

供应商的责任包括：

（1）按照技术要求完成项a系统的总体设计并通过采购人审核；

（2）提供全新的符合技术条件并持有相应计量检定证书的成套设备；

（3）在铁塔上安装传感器仪表及传输电缆；安装数据采集系统成套设备；

（4）完成现场通电调试，实现技术要求的所有测量功能，进入30天连续试运行;

（5）通过采购人组织的现场验收程序，开始系统正式运行；

（6）承担至少3年质保期现场运行维护作业。

2.3.执行标准

GB/T35221-2017《地面气象观测规范总则》

GB/T33703-2017《自动气象站观测规范》

GB/T14165-2008《金属和合金大气腐蚀试验现场试验的一般要求》

2.4.系统技术指标

2.4.1.要素测量技术指标

大气腐蚀环境监测系统的主要监测要素和测量技术指标如下

表1

序号项目单位测量范围分辨力准确度采样周期

1(Cu)

1大气腐蚀减厚nmo-io6/1〜24h

10(Fe)

2风向O1-3603±5Is

3风速m/s0-1000.1±0.5±0.05VIs

4气温℃-10〜+550.01±0.210s

5相对湿度%10-1001±510s

6大气压力hpa860〜10600.1±0.310s

±0.4(<10)

7降水量mm0-150/h0.1

±4%(210)

8天空总辐射w/m20-140015%10s

9能见度km0-500.110%Imin

10盐雾沉积量nig/m20-30000.1linin

11盐雾含盐量nig/m30-100.120%lmin

12气体含量ppm0-50000.0110%Imin

13表面温度℃TO〜650.1±0.5lmin

(1)系统输入电源：AC220V

(2)系统工作电源：DC24V、12V

(3)工作温度：-10〜50C

(4)工作湿度：10〜100%(无结露)

(5)系统平均连续无故障时间：＞2000h。

(6)数据获取率：优于90%

(7)端站数据存储时间长度：10年以上。

(8)电源后备时间:272h。

3.监测仪器设备技术要求

3.L传感器及电缆

3.1.1.铁塔器布置

铁塔是腐蚀检测仪器和气象传感器安装的基础设施，铁塔设计为0到40米，每间

隔5米设计-一个观测平台，考虑到：

(1)项目要求铁塔观测层数不小于6层；

(2)气象要素贴地面层变化最为剧烈，增加低层的探测密度是有意义的；

(3)1.5米和10米是分别地面观测规范规定的温湿、辐射和风传感器的安装高度，

作为地面气象观测的特征高度，也应该是大气腐蚀环境监测的特征高度；

(4)0米是陆地表面，受短波太阳辐射和向太空长波辐射影响温湿度变化尤为剧烈,

也是大气腐蚀和土壤腐蚀的界面。

初步建议传感器安装测量高度可选0、1.5、5、10、15、20、25、30共8层位置,

具体实施的高度位置可以按照实际环境条件与采购人协商进行调整。不同高度的传感器

配置见下表：

▲表2：铁塔不同高度安装的传感器布置

序号项目30m25m20m15m10m5m1.5m0m

1大气腐蚀监测仪■■■■•■■

2空气含盐量监测仪■■■

序号项目30m25m20m15m10m5m1.5mOm

3盐雾沉积量监测仪•■■

4强风传感器••

5风向传感器■■•■

6风速传感器■•■■■■•

7温湿度传感器■■■■■••

8大气压力传感器■

9降水量传感器••

10天空总辐射传感器••

11紫外辐射传感器■

12日照时数传感器■

13能见度/天气现象传感器•

14地温传感器■

多要素气象传感器（超声

15■■・

风）

16多通道空气质量芍感器■

A3.1.2.大气腐蚀监测仪

选用精密电阻型大气腐蚀监测仪。采用薄板金属感受器和精密电阻测量技术，结合

交变恒流激励源和高精度AV电桥原理，实现精密微电阻测量，要求具有10nm金属腐蚀

减薄分辨率，并能自动补偿环境温度漂移，保证测量结果的稳定性和可靠性。选择多通

道版本，可同时测量若干种金属材料的腐蚀减薄量和腐蚀速率（如碳钢，不锈钢，铜合

金，铝合金等），并根据监测结果评价环境腐蚀等级。

（1）AD采样分辨率：24bit,双通道同步采样;

(2)腐蚀感受器厚度：1mm—50mm；

(3)腐蚀减薄分辨率：(0.01%@测试片厚度)或lOnin；

(4)腐蚀感受器寿命：25年(IS09224-2012,G2等级)；

(5)可以选用温度、湿度、大气压力测量传感器；

(6)定时测量间隔：1-24h(可设置)；

(7)日历时钟误差：士30秒/月；

(8)通讯端口：RS485,不低于IP65防水接头，波特率9600bps,支持精简Modbus

指令；

(9)可选用多通道型号。

3.1.3.气象传感器

气象传感器作为大气腐蚀环境的主要监测手段，要求选用适用于海洋大气环境，抗

强风、耐腐蚀、高可靠和符合观测规范要求的传感器，安装时采样合理的防护措施。

★(1)强风传感器，主要是实现项目要求风速lOOni/s测量上限，选用螺旋浆式强

风计，测量范围风速UTOOm/s,准确度±0.03V(实际风速)，启动风速优于1.2m/s；

风向测量范围1-360°,准确度±3°。

★(2)风向风速传感器，获取不同高度的风向风速参数，选型兼顾尽量高的抗风强

度和较低的启动风速。测量范围0-75m/s,启动风速优于0.5m/s,准确度±0.03V(实

际风速)。

★(3)温湿度传感器，测量不同高度温湿度值，得到温湿度廓线。要求选用的温湿

度传感器测量范围TO-65℃,准确度±0.2℃,信号接口优选RS485。铁塔各层温湿度传

感器配备有效的防太阳辐射小型百叶箱，考虑1.5米安装标准百叶箱。

★(4)大气压力传感器，测量测站大气压力，安装在机房(或百叶箱)内。测量范

围500T100hpa,准确度优于±0.3hpa,RS232/485接口。

▲(5)降水量传感器，选用国家气象站标准双翻斗雨量传感器，承水口直径200皿5

分辨力0.1mm,准确度±0.4(V10mni)/4%(210mm)。翻斗雨量计安装两套同时工作。

▲(6)天空总辐射传感器，紫外辐射传感器，日照时数传感器，测量研究太阳辐

射对腐蚀过程的影响，天空总辐射和紫外辐射，日照时数(WMO规定，直接辐射强度大

于120w/nf)传感器技术指标见下表。要求加一个总辐射传感器按照试样挂片安装倾斜

角度安装，记录到达样片表面的太阳辐射值。

表3辐射传感器技术指标

序号技术指标单位天空总辐射紫外辐射日照时数

1光谱范围Nm285~2800280〜400400~1100

2测量范围W/m20-20000-4001201阈值)

3灵敏度uV/W/m22-20300—500lV/1000W/m2

4不确定性%10

5方向误差%1<5

6非稳定性(年)%1<5<2

4%(-10-

7温度依赖性%<0.1/℃<0.1/℃

40℃)

8非线性%1<1

9工作温度℃-40〜80-40〜80-40〜70

▲(7)能见度传感器或天气现象仪，监测大气视程的变化，配合其它传感器得到站

点海雾生成消散过程的记录。能见度传感器采用向前散射原理进行测量。测量范围6m-

80km,准确度210乳散射角度42°,输出接口RS232/485。天气现象仪除了可检测大气

视程的变化，还可监测所有形式的液态，冰冻态降水，如雨，毛毛雨，雪，雪粒，雪片，

冰粒和冰窗等，以及悬浮颗粒，如雾，薄雾，灰尘和烟雾等监测。

▲(8)地表温度传感器，记录地表0厘米的温度，选用钳电阻温度传感器，准确

度±0.5℃。

(9)红外温度传感器，测量地表和试样表面温度，5套，准确度优于±1℃。

3.1.4.空气成分设备

空气成分设备，包括盐雾浓度监测仪、盐雾在线监测仪、大气环境监测仪：

▲3.1.4.1.盐雾浓度监测仪，用于监测空气中盐雾沉积量、沉积速率的设备，能监

测盐雾浓度的变化趋势。主要技术参数：

(1)盐雾沉降量测量范围:0〜3000mg/rn3；

(2)盐雾沉降量测量灵敏度:<0.1mg/m2；

(3)测量定时间隔：1-24小时，以小时为最小间隔单位：

(4)通讯方式：RS485、波特率9600bps；

(5)使用环境工作温度：-20℃〜60℃,相对湿度100机

▲3.1.4.2.盐雾在线监测仪，针对沿海及海上应用环境下监测盐雾含量，采用激光

散射法，利用MIE散射原理，通过测量空气中的盐离子浓度并结合其他环境要素测量结

果，实时给出测点盐雾含量。主要技术参数：

(1)测量范围：0-10mg/m3

(2)测量准确度：±20%

(3)信号采样时间：IminTd(可配置)

(4)输出数据类型：盐雾含量、温度、相对湿度

(5)输出接口:RS485ModbusRTU协议

▲3.1.4.3.大气环境监测仪，采用传感器包括电化学、红外、催化燃烧、P1D光离

子传感器，针对大气环境中常见的指数(TVOC、一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、臭氧、

PM2.5、PM10、温度、湿度、风速、风向)进行实时数据采集，支持24小时在线监测；

选用高精度四电极电化学及光学技术原理，自动稳定零点，抵消温漂影响，提升传感器

稳定性，出厂经过标准设备高精度刻度校准，能具有响应速度快、可靠性强，维护成本

低、使用寿命长等特点。

表4主要检测技术参数

检测对象监测量程分辨率精度

有机挥发气体TVOC0〜50Ppmlppb±5%FS

一氧化碳co0〜200ppmlOppb±5%FS

二氧化硫S020〜Ippmlppb±5%FS

二氧化氮N020〜Ippmlppb±5%FS

臭氧030〜Ippmlppb±5%FS

PM2.50〜lOOOug/n?lug/m3lOug/'n?注1

PM100^2000ug/m31ug/m315ug/m3注1

温度-40〜+120℃0.10℃±1℃

湿度0-100%RH0.1%RH±3%RH

风向0〜360°1°±3°

风速。〜60m/s0.Im/s±0.3m/s

气压100〜1200hpa0.Ihpa±0.5hpa

注1：最低检出限

3.1.5.传感器引下电缆

传感器安装在铁塔上的标准搭载结构由铁塔建设供应商提供，传感器的适配结构由

木项目供应商提供，应安全可靠，防风防腐，保证传感器的安全运行和测量。

传感器的连接电缆由供应商提供，采用芯线（大于0.3mm2）镀锡屏蔽电缆（RVVP,

耐压AC220V）,原则上由传感器到机房配线段接插件之间电缆没有接头。每层预留两组

6X0.3信号电缆，一套4Xlmn]2交流220V电源电缆做维修临时电源，使用时才接入电

源，平时接地。

电缆沿铁塔预制电缆槽架接入机房机柜，安装保证电缆布线紧固、整齐、美观，防

水、防霉、防生物破坏。

电缆接插件全部采用防水密封航空插头座，并实施良好专用的耐候防水防腐措施。

必须按设计图纸做好耐久的标签，以便于日后的运行维护。

3.2.数据采集计算机及通讯设备

数据采集系统由铁塔传感器、信号接口转换器、协议转换器、嵌入式数据采集计算

机和通讯设备等单元组成C

3.2.1.传感器信号接口转换器和协议转换器

信号接口转换和协议转换是传感器信号进入数据采集计算机的前向通道，输入端必

须设置过电压过电流和/或隔离保护电路，以防止感应雷电浪涌进入主机；

对模拟传感器信号进行放大调理、通过A/D转换器转换成数字数据送入主机；

对数字传感器脉冲、开关、数字电平讯号通过接口电路读入主机；

对智能化传感器仪表的，业现场通讯接口，进行电平适配和协议转换器连接主机;

信号转换器和协议转换器可以采用分相式嵌入式计算机模块组成；

各个转换器和数据采集计算机之间采用工业现场网络总线连接，具有扩展功能；

除本项目接入的通道，各种信号通道都要预留0,3倍以上的冗余备份通道°

3.2.2.嵌入式数据采集计算机

数据采集计算机(主机)采用嵌入式工业计算机，具有如下功能：

(1)实现对传感器数据信号的读入和标度变换，形成对应的实时数据；

(2)对数据进行相容性检测，剔除偶发错误数据和发布连续故障警报；

(3)按照规范统计实时数据，生成均值、极值、累加值、方差原始数据:

（4）定时存储原始数据磁盘文件，存储在本地内存（或本地终端计算机），存储每

分钟各要素值数据文件时间长度大于1年，数据可以通过联机终端或者U盘下载；

（5）将原始数据编辑成定时数据报文，根据中心站的指令上传监测数据；

（6）数据采集计算机具备检测、记录和显示设备工作状态的功能，如机柜温湿度、

交流电源供电、电池充放电等状态数据。

（7）数据采集计算机安装就地显示器，或者通过就地计算机终端显示实时监测数

据；

（8）数据采集计算机通过通讯设备提供的接口连接远程数据中心，实现数据交换

和接受中心的操作指令执行相应的动作，如开关电源、通风设备、外场传感器电源等。

3.2.3.通讯设备

大气腐蚀环境监测站有中国电信5G信号覆盖，端站与中心站采用5G信道实现网络

通讯：

（1）使用中国电信5G无线通讯介质，安装无线路由器连接5G基站，登录远端中

心服务器交换数据；

（2）5G路由器选用工业级产品，支持4G信号覆盖兼容应用，具有长期连续提供网

络服务，断网后能自动启动网络恢复程序；

（3）数据计算机使用优选的物联网通讯协议实现数据交换和命令接收；

（4）系统试运行到3年质保期使用的5GS1M卡和网络运行费用由本项目预算承

担。

3.3.系统集成

完成监测站系统传感器、数据采集单元硬件连接安装调试，加载软件实现数据采集、

处理存储、运行控制和本地终端信息显示记录功能；

开通数据采集计算机和远端中心站数据通讯网络，按照设定的网络通讯协议实现实

时数据交换，考虑增加支持2G、4G通讯的CATT无线DTU冗余信道，保证数据通讯可

靠有效，视监测任务性质考虑加入加密通讯的要求；

中心服务器可以是云端服务器或者是专用的服务器，服务器安装有为本项目开发的

通讯软件和数据库软件，以WEB方式提供用户监测人员进行操作。必须保证本站、本岛

办公室和珠海本部网络浏览器的访问操作。中心服务器的设备采购或租赁、网络通信费

用在本项目预算支出。

远程中心计算机数据服务器上安装数据接收处理软件，实现定时数据收集，形成原

始数据文件，将数据导入腐蚀在线监测系统数据库；

腐蚀监测数据库提供数据仓库、数据分析、查询管理功能，提供运行状态记录和展

示功能，统计报表功能，用户管理功能；

每月定期提交监测数据和运行状态统计记录报告；

中心服务器的数据采集软件和数据库软件设计应该提供灵活的扩展功能，为后续监

测项目和监测站点的增加预留接口。

系统具备自动校准时间的功能，保证测站时间与北京时间同步，误差小于30秒；

整机系统和各个带嵌入式MCU的计算机模块都必须带有运行监测和自动复位功能电

路（WATHD0C）,保证系统不至于处于死机状态。

监测站要求全天候运行在南方海洋高温高湿环境，台风雷暴天气和盐雾侵蚀对系统

的可靠运行是很大的挑战，系统设计、安装必须考虑合理有效的密封、防护措施，安装

构件、机箱机柜选用耐腐蚀的材料和表面处理工艺，接插件采用密封防水传感器、信号

接口、通讯总线考虑多重防雷击浪涌保护和隔离电路，尽量减少接插件、电路故隙导致

设备失效和数据缺测。

系统接地是电磁兼容性能的关键，必须严格按照规范进行设计和建设，保证各单元

电源公共端、机柜、电缆屏蔽线良好合理的接地。

▲3.4.不间断电源设备

监测站安装有220V交流市电供电线路，监测系统电源完成220V交流电源到系统各

单元稳压直流电源的供电C

交流电源输入端必须安装一级浪涌保护器和过流保护开关。

不间断电源考虑采用直流不间断电源模式，交流电源通过AC/DC变换器提供系统

24VDC电源和后备电池组充放电管理电路，在交流电失效时自动切换到后备电池供电。

传感器、数据采集计算机、通讯设备分别使用24VDC电源经过DC/DC隔离电源模块供电，

每路供电电源应该可以通过开关控制。

后备电池容量支持系统72小时自持工作。

电源系统的状态应该向数据采集计算机提供检测接口。

4.材料试片

★4.1.腐蚀试验材料挂片搭载

(1)同批次满足不少于4种材料开展暴晒挂片试验；

(2)试验周期：按月/季度间隔取样，最长样品周期不少于1年；

(3)取样周期：常规每三个月取放一次试样；

(4)试样尺寸：100X50X3mm或50X25X3mm,可协商选用其它规格试样；

(5)塔上每层试样架设计搭载小规格材料试片数量不少于48片，同批次不少于7

层，样品按需定制。

4.2.试片安装要求

4.2.1.搭载层数要求：在指定高度安装试样架并装载试片。分别在高度1.5米、5

米、10米、15米、20米、25米、30米，共计7层位置，按照定期3个月间隔(可与采

购入协商确定实际试验周期和间隔要求)分批次安装和取放相关试验金属材料试验样片。

▲4.2.2.装载方式及安装要求(样品架和试片由中标人加工制造)：

(1)按要求选材，并加工成板状试样。试片示例如右图所j-p

示，建议的试样尺寸为100X50X3mni和/或50X25X3mm。样品。O标

加工材料和质量均要满足标准要求；可协商采用符合相关标准f

的其他规格样品。每种样品每月/季度的平行试样不少于三片。

（2）样品架也可以设计为插拔式搭载，搭载支架表面开出数个可插拔式轨道卡槽，

卡槽插拔端以卡扣锁固。将腐蚀材料样片固定在抽取式样片架上时，需要以尼龙或聚四

辄乙烯垫圈作绝缘处理。

（3）单个试样架设计重量轻，可实现周期内的方便取放和补充样品。

（4）试样架的搭载支架安装角度可调，但是要求最大程度模拟不同角度下阳光、

风、温湿度、降雨、沉降等气候环境条件。也可以采用其它安装方式，但要符合材料腐

蚀实验要求。安装在塔身迎风向和/或背风向（呈180°或120°按实际朝向和海况情

况）。

★5.交付设备及备品备件清单

表5

安装备份采购

序号项目302520151051.50数量数量数量

套套套

1大气腐蚀监测仪■■■••・•7310

2空气含盐量监测仪■•■314

3盐雾沉积量监测仪■•■314

4强风传感器■■22

5风向传感器■■■•426

6风速传感器■■■•■•729

•

7温湿度传感器■■■•■・8311

•

8大气压力传感器•11

■

9降水量传感器■213

安装备份采购

序号项目302520151051.50数量数量数量

套套套

•

10天空总辐射传感器•22

11紫外辐射传感器•11

12日照时数传感器•11

能见度/天气现象传

1311

感器

14地温、表面传感器■527

15超声风传感器■■■314

16空气质量监测仪■11

17传输电缆11

18传感器信号模块112

19传感器串口模块112

20数据采集计算机11

21就地计算机终端11

225G路由器112

23DTU11

24不间断电源11

25后备电池11

26中心计算机服务器11

27数据采集软件11

28数据库软件11

注：要求供应商提供1年内耗材和3年内易损件的备品备件。

6.文件资料

为本项目交付设备需提供的文件清单包括并不限于：

（1）大气腐蚀环境监测系统总体设计书

（2）大气腐蚀环境监测系统电路原理图

（3）大气腐蚀环境监测系统现场安装布置图

（4）大气腐蚀环境监测系统电缆端接图

（5）大气腐蚀环境监测系统测试手册

（6）大气腐蚀环境监测系统技术手册

（7）大气腐蚀环境监测系统运行操作和维护手册

（8）系统安装的传感器和仪器产品合格证和使用说明书

（9）国家、省气象部门或计量部门计量检定证书

7.检查和试验

采购人有权检验和/或测试货物，以确认货物是否符合技术规格的要求。采购人要

求进行的检验和/或