Техническая белая книга — Система подачи солевого раствора для камер испытаний на запыление солью (На основе стандартов ISO 9227, ГОСТ 10125, ASTM B117 и соответствующих норм)

1. Введение
Испытания на коррозию под действием солевого тумана являются основным ускоренным методом проверки коррозионной стойкости материалов и их защитных покрытий. Способность камеры непрерывно генерировать нейтральный (NSS), уксусно-кислотный (AASS) или медно-ускоренный уксусно-кислотный (CASS) солевой туман в течение 48–1000 часов определяет повторяемость и воспроизводимость результатов испытаний. Система подачи солевого раствора — выполняющая функцию «источника жидкости» — должна гарантировать стабильность давления, температуры, концентрации и расхода. Качество её проектирования напрямую влияет на то, пройдёт ли камера калибровку третьими лицами (например, по стандартам CNAS или NADCAP). В данной работе систематически описываются принципы работы, ключевые параметры, выбор материалов, логика управления и типичные виды отказов системы; она предназначена для производителей оборудования, конечных пользователей и метрологических институтов.

2. Роль системы и декомпозиция функций
2.1 Роль системы
В газожидкостной схеме камеры испытаний на запыление солью система подачи солевого раствора расположена на самой передней ступени жидкостного контура и доставляет чистый солевой раствор при температуре 35 °C ± 2 °C, концентрации NaCl 5 % ± 1 % (мас./мас.) и расходе 1,0–2,0 л/ч (для камеры объёмом 0,8 м³). Стабильность её выходных параметров должна соответствовать следующим требованиям:
а) Дрейф концентрации за 24 часа ≤ ±0,2 %;
б) Дрейф температуры за 24 часа ≤ ±1 °C;
в) Дрейф запыления, вызванный колебаниями уровня жидкости ≤ ±5 %.
2.2 Функции
① Подготовка: Автоматическое или ручное смешивание NaCl с водой по стандарту ASTM D1193 (тип IV) до концентрации 5 % (мас./мас.), последующая фильтрация через фильтр с размером пор 5 мкм и обезгаживание в течение 10 минут при давлении ≤ –0,07 МПа.
② Хранение: Хранение раствора в течение ≥ 72 часов при температуре 20–25 °C без кристаллизации и роста микроорганизмов.
③ Подача: Подача солевого раствора насосом с магнитной связью или мембранным насосом при давлении 0,05–0,15 МПа в верхний резервуар (наверху башни для запыления).
④ Регулировка уровня: Поддержание высоты сифонного столба жидкости в диапазоне 200–500 мм с ошибкой ≤ ±5 мм по принципу перелива и сифонирования.
⑤ Контроль температуры: Поддержание температуры солевого раствора в диапазоне ±2 °C относительно температуры испытаний (35 °C) с помощью термоконтейнера с ПИД-регуляцией или пластикового теплообменника.
⑥ Возврат: Сбор неаэрозолированного солевого раствора, двойная фильтрация и возвращение в резервуар для хранения; коэффициент рециркуляции ≥ 80 %.
⑦ Очистка: Автоматическая подача обратного осмоса (ОО) в течение 15 минут после завершения испытаний для предотвращения закупорки солём.
3. Конфигурация системы и выбор материалов
3.1 Схема процесса и оборудования (P&ID)
Резервуар для хранения → Предфильтр → Магнитный насос → Верхний резервуар → Датчик уровня → Температурный модуль → Узел сифонирования и перелива → Погружной трубка форсунки → Фильтр для возврата → Резервуар для хранения
3.2 Ключевые компоненты
Резервуар для хранения
Объём: 600 л (коэффициент запаса 1,5, рассчитанный на основе расхода 2 л/ч и непрерывного запыления в течение 168 часов по стандарту ГОСТ 10125).
Материал: Ламинированная пластина из ПВХ/ПП толщиной 10 мм, рама из нержавеющей стали 304 толщиной 2 мм, утеплитель из ПУ-пены толщиной 30 мм (коэффициент теплопроводности k ≤ 0,5 Вт/(м²·К)).
Фитинги: Резервные сигнализаторы низкого уровня (плавающий + ёмкостный), шаровая клапан СИП (самоочистки), люк диаметром 350 мм, фильтр для вентиляции из ПТФЭ с размером пор 0,2 мкм.
Магнитный насос
Тип: Центробежный насос с магнитной связью (без уплотнения), исключающий попадание изношенных частиц уплотнения в раствор.
Водонапряжные части: Из ETFE или PFA (устойчивы к 5 %-ному раствору NaCl и уксусно-кислотному раствору AASS с pH 3,1–3,3).
Параметры: Расход 4 л/мин, напор 15 м, управление частотным преобразователем по сигналу 4–20 мА.
Верхний резервуар
Объём: 5 л, вертикальный цилиндр; высота переливного барьера — 300 мм ± 2 мм (DN15).
Материал: Прозрачный ПВХ с теплопленкой 3M (200 Вт) и термопарой PT100 класса А.
Датчик уровня
Тип: Коррозионностойкий гидростатический датчик, диапазон измерений 0–600 мм Вод.Ст., сигнал 4–20 мА, точность ±0,25 % от полного диапазона (FS).
Диафрагма: Из сплава Хастеллой С276, фланцевое крепление, долговечная стойкость к точечной коррозии под действием хлоридов.
Температурный модуль
Нагрев: Внешний пластиковый теплообменник, циркуляция воды при 35 °C, площадь теплообмена 0,2 м²; разница температур (ΔT) на стороне солевого раствора ≤ 1 °C при расходе 2 л/мин.
Контроль: ПИД-регулятор, частота сканирования 100 мс, точность ±0,5 °C.
Узел сифонирования и перелива
Конструкция: Погружная стеклянная трубка диаметром 8 мм, расположенная на 25 мм выше дна резервуара; высота переливного барьера регулируется с помощью точной резьбы в диапазоне 200–500 мм (погрешность ±1 мм).
Принцип работы: Воздух под давлением 0,7–1,2 бар создаёт вакуум 15–25 кПа, всасывая солевой раствор по погружной трубке; перелив поддерживает стабильный уровень жидкости.
4. Логика управления и программный интерфейс
4.1 Архитектура
Трёхуровневая: ПЛК + ГПИ + SCADA.
① ПЛК: Siemens S7-1200 — для реального времени управления циклами уровня, температуры и расхода;
② ГПИ (Графический Пользовательский Интерфейс): KTP700 — для отображения графики, сигнализаций и ручного режима;
③ SCADA: WinCC, подключение к системе MES (управление производственными процессами) завода по Ethernet, хранение данных в течение 10 лет, соответствие стандарту FDA 21 CFR Part 11.
4.2 Последовательность работы
Включение питания → Самодиагностика уровня → Запуск насоса → Наполнение верхнего резервуара до 300 мм → Нагрев до 35 °C → Стабилизация перелива в течение 2 минут → Разрешение запыления → Запуск запыления → Фильтрация возвращаемого раствора каждые 30 минут → Завершение испытаний → Очистка водой ОО в течение 15 минут → Пурга воздухом в течение 5 минут → Остановка.
4.3 Сигнализации
Критически низкий уровень: Зазор гистерезиса 5 мм, задержка 3 с — остановка насоса + световой сигнал;
Температура: > 37 °C или < 33 °C, задержка 30 с — отключение нагревателя + сигнализация; Перегрузка насоса: > 1,2 × номинальный ток (I ном) — немедленная остановка;
Разница давлений (ΔP) на фильтре: > 0,05 МПа — сигнал о необходимости замены фильтра.