蔡 志 丹

(1.煤炭科學技術(shù)研究院有限公司 煤化工分院，北京 100013；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室，北京 100013；3.煤炭工業(yè)節(jié)能監(jiān)測中心，北京 100013)

0 引 言

煤炭是我國的主體能源，2018年全國煤炭產(chǎn)量為36.8億t，全國煤礦數(shù)量由20世紀80年代的8萬多處減少至目前的5 800多處，平均單井規(guī)模提高到90萬t/a以上，煤炭開采集中度顯著提升[1]。煤炭加工與利用產(chǎn)業(yè)正在高速發(fā)展，煤電、煉焦、鋼鐵、現(xiàn)代煤化工、煤制品制造等行業(yè)協(xié)同發(fā)展，煤炭由單一的燃料煤向燃料煤與原料煤并重轉(zhuǎn)變。根據(jù)煤炭資源的煤質(zhì)特征對其進行分質(zhì)綜合利用，符合我國煤炭清潔高效利用的發(fā)展方向。

對煤炭質(zhì)量的科學有效評價有助于指導(dǎo)煤炭的開采、加工和利用全過程。煤炭檢驗檢測是煤炭質(zhì)量評價的重要環(huán)節(jié)，保障檢驗檢測結(jié)果的準確性是檢驗檢測機構(gòu)的最基本要求[2-5]。我國已發(fā)布煤炭成分、物理性質(zhì)、工藝性質(zhì)等方面的國家標準80余項，對規(guī)范我國煤炭檢驗檢測市場發(fā)揮了重要的指導(dǎo)作用[6]。以下闡述我國煤炭檢驗檢測機構(gòu)現(xiàn)狀，并對煤炭檢驗檢測機構(gòu)監(jiān)控結(jié)果有效性的管理方法進行分析，以期研究結(jié)果可為煤炭檢驗檢測機構(gòu)的管理提供參考。

1 煤炭檢驗檢測機構(gòu)現(xiàn)狀

煤炭檢驗檢測機構(gòu)按照主體構(gòu)成主要分為供方、需方和第三方共3類。供方煤炭檢驗檢測主要為了掌握煤礦不同煤層、不同品種的煤炭質(zhì)量，需方煤炭檢驗檢測主要為了獲取燃料煤或原料煤的品質(zhì)。截止2018年底，我國煤礦配套的規(guī)模以上選煤廠達2 000座，煤電裝機規(guī)模為10.1億kW，煉焦及配套的鋼鐵企業(yè)約600家，煤制油、煤制烯烴、煤制氣、煤制乙二醇產(chǎn)能分別達到1 138萬t/a、1 112萬t/a、51億m3/a、363萬t/a[1]，煤炭的供方和需方基本上均已設(shè)置煤炭檢驗部門。

當供方或需方出具的檢驗檢測結(jié)果不能得到對方認可時，需要由第三方檢驗檢測機構(gòu)對委托樣品進行檢測并出具檢測報告。據(jù)不完全調(diào)查，截止2016年我國已有100多家從事煤炭第三方檢驗檢測的機構(gòu)，其中50%以上均具有國家質(zhì)檢職能，30%左右的市場份額由外資檢驗機構(gòu)占據(jù)[7，8]。

2 監(jiān)控結(jié)果有效性的管理方法

中國國家認證認可監(jiān)督管理委員會于2018年5月發(fā)布行業(yè)標準《檢驗檢測機構(gòu)資質(zhì)認定能力評價 檢驗檢測機構(gòu)通用要求》，其中提出檢驗檢測機構(gòu)應(yīng)建立和保持監(jiān)控結(jié)果有效性的程序[9]。參照該標準要求，煤炭檢驗檢測機構(gòu)監(jiān)控結(jié)果的有效性可從人員、場所環(huán)境、設(shè)備設(shè)施、標準物質(zhì)、檢測方法、樣品處置、機構(gòu)比對等途徑進行。

2.1 人員管理和培訓(xùn)

煤炭檢驗檢測機構(gòu)對其人員的科學管理和系統(tǒng)培訓(xùn)是保障檢驗檢測結(jié)果有效性的基礎(chǔ)。明確煤炭檢驗檢測機構(gòu)管理層及各個部門人員的崗位職責及任職要求，對人員任用和授權(quán)檢驗檢測項目操作時，需確認該人員任職條件和能力是否與所處崗位要求相符合，規(guī)定其職責權(quán)限，完成專業(yè)人員上崗能力評價和上崗前培訓(xùn)考評。同時，每年度有計劃地制定人員培訓(xùn)計劃，安排人員參加政策標準、技術(shù)方法、煤炭實驗操作等專題培訓(xùn)，不斷提升實驗人員的業(yè)務(wù)能力。

煤炭檢驗檢測機構(gòu)應(yīng)定期進行質(zhì)量監(jiān)督，主要內(nèi)容包括人員的持續(xù)能力、儀器設(shè)備的操作、選用方法正確性、操作的熟練性、原始記錄及數(shù)據(jù)核查等，發(fā)現(xiàn)不符合情況即可現(xiàn)場糾正或采取糾正措施定期完成糾正。通過開展質(zhì)量監(jiān)督活動，可全面地監(jiān)控煤炭檢驗檢測的行為，提升實驗人員的實際操作水平。質(zhì)量監(jiān)督時要求實驗員使用相同方法再次檢測相同煤樣以檢查結(jié)果的重復(fù)性限，如國內(nèi)測定煤的可磨性指數(shù)普遍采用哈德格羅夫法[10]，不同時間下實驗時煤樣的哈氏可磨性指數(shù)(HGI)詳見表1。

表1 樣品的空氣干燥基水分與HGI測試結(jié)果

Table 1 The sample results of airdried basis moisture and HGI

煤樣編號測試指標測試時間5月7月MT1Mad/%14.8317.11HGI4037MT2Mad/%0.951.27HGI105104

國家標準中測定煤的HGI指數(shù)重復(fù)性限為2，若僅從表1的結(jié)果數(shù)值分析，煤樣MT1的2次測試的重復(fù)性限為3，不符合標準要求，該項目的質(zhì)量監(jiān)督結(jié)果為不符合。在實驗人員采取糾正措施時，發(fā)現(xiàn)實驗方法、儀器設(shè)備、原始記錄等環(huán)節(jié)均無異常，只是2次測試時其煤樣的空氣干燥基水分不同。檢測所在地的7月份為雨季，空氣濕度相比5月份較大，煤樣MT1為褐煤，孔隙比較發(fā)達，使得7月份測試時樣品的空氣干燥基水分較大，在煤的哈氏可磨性指數(shù)實驗的研磨煤樣過程中，會增加煤顆粒之間的潤濕和吸附，使得煤顆粒更不易被研磨，從而造成7月份的測試結(jié)果偏低。通過此次質(zhì)量監(jiān)督活動，發(fā)現(xiàn)煤的空氣干燥基水分高低會影響HGI測定結(jié)果,并對褐煤HGI測定結(jié)果的影響相對較大，建議測定HGI的國標中其結(jié)果的重復(fù)性限能夠?qū)置哼m當放寬，此次質(zhì)量監(jiān)督中將煤樣MT1的HGI測定結(jié)果判定為不符合則不甚合理。實驗人員應(yīng)持續(xù)參加系統(tǒng)培訓(xùn)并深入學習煤炭理論知識，在解決實際問題的同時也可提高理論認識。

2.2 檢測環(huán)境的監(jiān)控

為保證煤炭檢驗檢測設(shè)施正常運行、檢驗檢測環(huán)境條件符合檢測工作、出具的數(shù)據(jù)準確有效，同時保障實驗人員的安全、保護生態(tài)環(huán)境、防止煤炭檢測工作對生態(tài)環(huán)境造成不利影響，煤炭檢驗檢測機構(gòu)應(yīng)對可能影響環(huán)境質(zhì)量的檢測工作進行控制，確保其工作環(huán)境滿足煤炭日常檢驗檢測的要求。

煤炭檢驗檢測機構(gòu)的實驗室應(yīng)首先取得地方生態(tài)環(huán)境局批準的建設(shè)項目環(huán)境影響報告表，分析實驗室運營期的主要污染源，逐一落實到每個檢測項目。例如在煤炭制樣工作時應(yīng)對產(chǎn)生的煤粉進行收集處理，天平室和樣品存放室控制環(huán)境溫度為10 ℃～30 ℃；巖相實驗室工作時應(yīng)密閉遮光，防止灰塵及氣流影響顯微鏡測試；量熱實驗室工作時應(yīng)避光、避免空氣對流，控制環(huán)境溫度為15 ℃～30 ℃，且每次測試室溫變化不應(yīng)超過1 ℃等。

筆者所在的實驗室(以下簡稱實驗室)在不同室溫時煤樣的彈筒發(fā)熱量測試結(jié)果見表2，現(xiàn)以此為例進行具體討論。

表2 不同室溫下煤炭的彈筒發(fā)熱量測試結(jié)果

Table 2 Test results of bomb calorific value of coal at different room temperatures

煤樣編號標定溫度/℃測定溫度/℃25222528MT3彈筒發(fā)熱量/(J·g-1)264122637526308MT4彈筒發(fā)熱量/(J·g-1)185761853818521

一般情況下，煤炭檢驗檢測實驗室保持量熱室的環(huán)境溫度為25 ℃，熱容量標準溫度為25 ℃，通過2個煤樣在不同溫度下測試彈筒發(fā)熱量，發(fā)現(xiàn)2組實驗用煤樣的彈筒發(fā)熱量隨著室溫的升高而降低。分析主要原因為受環(huán)境溫度影響，量熱儀內(nèi)筒水的密度隨溫度升高而降低，水在22 ℃、25 ℃、28 ℃時密度分別為0.997 8g/cm3、0.997 0 g/cm3、0.996 3 g/cm3，22 ℃和25 ℃時的水量相差2 g，25 ℃和28 ℃時的水量相差1.75 g。水的質(zhì)量相差1 g時，熱容量會相差4.2 J/g。國標中規(guī)定內(nèi)筒中的水量應(yīng)在所有試驗中保持相同，相差不超過0.5 g[11]，顯然環(huán)境溫度改變后影響了實驗結(jié)果的準確性。因此，煤炭檢驗檢測機構(gòu)應(yīng)該建立并保持檢驗檢測環(huán)境的穩(wěn)定。

2.3 設(shè)備設(shè)施維護和管理

煤炭檢驗檢測機構(gòu)應(yīng)配備滿足實驗要求的設(shè)備設(shè)施，保障檢驗檢測活動連續(xù)正常開展。系統(tǒng)建立設(shè)備設(shè)施的購置、安裝、驗收、標識、使用、維護、維修、報廢等管理程序，按計劃做好期間核查以及檢定或校準工作。設(shè)備期間核查在2次檢定或校準期間進行，常用的方式包括儀器比對、方法比對、標準物質(zhì)驗證等。設(shè)備的檢定或校準工作一般每12個月進行1次，電子天平、熱電偶、氧彈量熱儀等設(shè)備設(shè)施一般采取檢定的方式，馬弗爐、烘箱、標準篩、容量瓶等一般采取外部校準的方式。

煤炭分析實驗室專用的設(shè)備設(shè)施多數(shù)采用內(nèi)部校準的方式，比如元素分析測定儀、灰熔融溫度測定儀、灰黏度測定儀、哈氏可磨測定儀等。按照設(shè)備操作規(guī)程并使用國家一級標準物質(zhì)進行設(shè)備校準，實驗室元素分析測定儀的內(nèi)部校準結(jié)果見表3。

表3 元素分析測定儀內(nèi)部校準結(jié)果

Table 3 Results of internal calibration of ultimate analyzer%

標準物質(zhì)編號元素分析CdHdNd認定值45.082.610.81GBW11110m不確定度0.380.060.03測定值45.172.580.79差值+0.09-0.02-0.02認定值75.104.611.37GBW11107z不確定度0.340.080.03測定值75.214.601.39差值+0.11-0.01+0.02

分析表3可知，實驗室采用元素分析測定儀測定標準物質(zhì)，其測值符合標物認定值及不確定度要求[12]，可繼續(xù)用于煤中碳、氫、氮的測定。

2.4 標準物質(zhì)管理

煤炭檢驗檢測機構(gòu)在設(shè)備校準、數(shù)據(jù)比對、質(zhì)量控制過程中通常使用標準物質(zhì)。藥品管理員應(yīng)對標準物質(zhì)實施有效的控制與管理，包括購買、驗收、儲存、使用、核查、安全處置過程，確保其完整性和有效性，標準物質(zhì)盡可能地溯源至國際單位制(SI)單位或有證標準物質(zhì)。煤炭檢驗檢測時通常使用的標準物質(zhì)見表4，實驗室2018年下半年使用標準物質(zhì)GBW11108o檢測灰分的結(jié)果如圖1所示。從圖1可看出，該標準物質(zhì)的灰分實測值基本上在認定值13.00%附近波動，很少超出不確定度的限值0.12%[13]。通過標準物質(zhì)的使用，當實測值超出不確定度的限值時，應(yīng)使用另一種標準物質(zhì)或者更換另一臺設(shè)備測試，若實測值仍超出不確定度的限值，應(yīng)及時檢查設(shè)備性能并核查標準物質(zhì)狀態(tài)，保證煤炭檢測數(shù)據(jù)結(jié)果準確性及可靠性。

表4 煤炭檢驗檢測時通常使用的標準物質(zhì)

Table 4 Standard materials commonly used in coal testing

項目類別檢測指標標準物質(zhì)名稱灰分、揮發(fā)分、全硫、碳、氫、氮煤物理特性和化學成分分析標準物質(zhì)砷、磷煤中砷和磷成分分析標準物質(zhì)煤的組成分析氟煤中氟成分分析標準物質(zhì)氯煤中氯成分分析標準物質(zhì)汞、鉛、銀、鎘、銻、鈹、鈷、鎳、銅、硒、硼、鋇煤中有害微量元素成分分析標準物質(zhì)灰成分煤灰成分分析標準物質(zhì)發(fā)熱量煤物理特性和化學成分分析標準物質(zhì)、苯甲酸煤灰熔融特性溫度煤灰熔融性標準物質(zhì)煤的工藝性質(zhì)分析黏結(jié)指數(shù)煙煤黏結(jié)指數(shù)分析標準物質(zhì)可磨性指數(shù)煤的哈氏可磨性指數(shù)標準物質(zhì)膠質(zhì)層指數(shù)煙煤膠質(zhì)層指數(shù)標準物質(zhì)煤的物理性質(zhì)分析真相對密度煤物理特性和化學成分分析標準物質(zhì)

圖1 實驗室2018年下半年使用標準物質(zhì)檢測灰分的結(jié)果

2.5 檢驗檢測方法的控制

煤炭組成和性質(zhì)的檢驗檢測一般采用標準方法，選擇有效的標準方法可確保檢驗檢測的重復(fù)性及再現(xiàn)性。隨著我國煤炭檢驗檢測領(lǐng)域的發(fā)展，許多傳統(tǒng)的測試方法已實現(xiàn)自動化或半自動化測試，比如針對自動工業(yè)分析儀、自動紅外測硫儀、自動元素分析儀、自動氟氯測定儀等，國家標準化管理委員會也發(fā)布了相關(guān)儀器法的國家標準。

實驗室配置多套自動化的煤炭檢測設(shè)備，并定期比對傳統(tǒng)測試方法與儀器法的數(shù)據(jù)重復(fù)性。

實驗室采用不同方法測定煤標準物質(zhì)中全硫含量，詳見表5。

與標準物質(zhì)證書中采用艾士卡法測定煤中全硫含量的結(jié)果比對后表明:實驗室分別采用庫侖滴定法[14]和紅外光譜法[15]測定煤標準物質(zhì)中全硫含量時，測定結(jié)果的重復(fù)性和再現(xiàn)性均滿足國家標準的要求，結(jié)果符合煤標準物質(zhì)證書的認定值及不確定度的參考值，所述幾種方法均可用于煤中全硫含量的測定，測定結(jié)果無顯著差異。

2.6 樣品管理

煤樣的代表性、有效性和完整性直接影響檢驗檢測結(jié)果的準確性，煤炭檢驗檢測機構(gòu)需制定嚴格的樣品管理程序，對樣品的接收、識別、流轉(zhuǎn)、檢測、存儲、清理等各個環(huán)節(jié)實施有效的質(zhì)量控制。

粒度小于0.2 mm的分析樣品建議留存1a，原煤樣品建議至少保留3個月，煤炭分析用樣品最好在1周以內(nèi)完成檢測。如果樣品因為密封、冷藏等原因保存不當，會使煤樣發(fā)生風化或氧化，一般造成煤中碳、氫含量減少，揮發(fā)分、固定碳、焦油產(chǎn)率、黏結(jié)指數(shù)等指標降低。

褐煤MT5的原煤及其露天堆放1a后煤樣的基本性質(zhì)分析結(jié)果見表6。

表5 不同方法測定煤中全硫含量結(jié)果比對

Table 5 Comparison of different methods for determination of total sulfur content in coal%

標準物質(zhì)編號艾士卡法認定值不確定度庫侖滴定法第1次測試值第2次測試值平均值紅外光譜法第1次測試值第2次測試值平均值GBW11103L0.360.040.370.370.370.360.370.36GBW11107d0.830.040.830.850.840.840.850.84GBW11107b0.840.040.840.850.840.840.840.84GBW11108p1.920.061.911.911.911.901.911.90

表6 褐煤MT5的煤層煤樣及其風化煤樣的煤質(zhì)分析結(jié)果

Table 6 Analysis results of coal seam-sample of coal and weathered coal of lignite MT5

項目工業(yè)分析/%MadAdVdafFCd元素分析/%CdafHdafNdafOdafSt,d/%原煤22.3421.9063.1228.8168.134.930.6425.560.58風化煤樣12.0152.1259.6719.3162.644.642.9728.450.63

由表6可看出，褐煤MT5原煤露天堆放1a后，揮發(fā)分、固定碳、碳含量和氫含量比原煤有所降低，干燥無灰基氧含量比原煤升高約3%，煤炭發(fā)生了風化氧化。因此，實驗室在樣品接收時，應(yīng)準確全面地記錄樣品的來源、狀態(tài)等信息；同時，高度重視樣品在檢測過程中的保存工作，防止樣品損壞變質(zhì)。

2.7 機構(gòu)比對檢驗檢測

對于檢驗檢測方法標準方法一致、沒有標準物質(zhì)可使用的檢測項目，可通過機構(gòu)間或機構(gòu)內(nèi)部的比對來驗證檢測結(jié)果的可靠性。進行機構(gòu)間的比對檢測時，指定比對方案，包括時間、比對項目、試樣種類、檢測方法、比對單位、評價指標、結(jié)果評價等，樣品由同一家機構(gòu)制備后統(tǒng)一分發(fā)。參加機構(gòu)比對檢驗檢測項目通常為煤的工藝性質(zhì)分析，主要包括熱穩(wěn)定性、吉氏流動度、奧阿膨脹度、結(jié)渣性、磨損指數(shù)、煤灰黏度、格金干餾、煤對二氧化碳反應(yīng)性等。

依據(jù)煤灰黏度測定國家標準對筆者所在的實驗室與另外一家實驗室參加機構(gòu)間比對[16]，并在實驗室內(nèi)部選擇2名實驗員進行對比檢測，樣品MT6的煤灰黏度特性曲線結(jié)果如圖2所示。

圖2 煤樣MT6煤灰黏度特性曲線比對圖

由圖2可知，實驗室2位內(nèi)部實驗員的檢測結(jié)果重復(fù)性較好，煤灰黏度為10 Pa·s時對應(yīng)溫度為1 664 ℃，黏度25 Pa·s時對應(yīng)溫度為1 532 ℃；外部實驗室檢測結(jié)果在相同黏度下對應(yīng)的溫度約低100 ℃，黏度10 Pa·s時對應(yīng)溫度為1 500 ℃，黏度25 Pa·s時對應(yīng)溫度為1 437 ℃。深入分析該比對結(jié)果，在相同黏度下，不同實驗室間測定的溫度會有一定的差別，造成溫度差別的原因主要包括:不同儀器間溫度校準過程存在一定的差異，會造成不同儀器的實際溫度有所差別；煤灰黏度測試過程中受到的測試條件影響因素較多，測試時轉(zhuǎn)子深入熔體深度、轉(zhuǎn)子形狀、坩堝水平位置等均會對黏度測試結(jié)果造成影響，從而造成同一黏度下溫度差距較大；煤灰黏度測試過程中與煤灰本身的物理化學性質(zhì)有關(guān)，在高溫測試時，煤灰反應(yīng)過程復(fù)雜，可能會出現(xiàn)在一定溫度范圍內(nèi)煤灰黏度數(shù)值變化不明顯的情況。煤炭檢驗檢測機構(gòu)應(yīng)定期參加機構(gòu)比對檢驗檢測活動，以便于實驗室質(zhì)量的科學有效控制，分析并解決檢驗工作中存在的實際問題，促進檢驗檢測技術(shù)的持續(xù)提高，從而保證日常檢測結(jié)果的準確性。

3 結(jié) 論

通過對我國煤炭檢驗檢測機構(gòu)現(xiàn)狀的分析，提出了煤炭檢驗檢測機構(gòu)監(jiān)控結(jié)果有效性的管理方法，主要包括加強人員管理和培訓(xùn)、監(jiān)控和保持檢測環(huán)境、配備滿足要求的設(shè)備設(shè)施、建立和保持標準物質(zhì)的管理、選用規(guī)范的檢測方法、控制和記錄樣品的處置、參加機構(gòu)之間比對或機構(gòu)內(nèi)部比對。上述研究結(jié)果可為煤炭檢驗檢測機構(gòu)的管理和運行提供參考，有助于保障煤炭檢驗檢測工作的科學性和有效性。