羅建明,陳 超,李 明,陳云飛,何 帥
(1.湖南省計量檢測研究院,湖南 長沙 410014;2.國家煤炭石油天然氣分析儀器產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心,湖南 長沙 410014;3.湖南三德科技股份有限公司,湖南 長沙 410205)
目前行業(yè)內(nèi)使用國家標準方法對煤炭各項參數(shù)進行化驗,可滿足日常檢驗需求且測定結(jié)果準確但存在耗時過長等問題[1-6]。煤炭智能化驗系統(tǒng)無人干預(yù)在成本、效率方面具有一定的優(yōu)勢,且測定數(shù)據(jù)可靠。煤炭智能化驗系統(tǒng)采用工業(yè)機器人輔助智能化自動機械技術(shù),綜合開展煤質(zhì)化驗的全自動智能化操作。該智能系統(tǒng)由樣瓶處理、稱量、坩堝、熱值、高溫、控制、儀器等各單元構(gòu)成。其中,樣瓶處理單元含樣瓶開合蓋模塊、樣瓶存儲模塊、收發(fā)模塊、樣瓶機械手模塊、搖勻模塊、人工收發(fā)模塊以及樣瓶處理主框架,稱量單元含稱量模塊,坩堝單元含坩堝存儲模塊,熱值單元含氧彈存儲模塊、氧彈開合蓋模塊、清洗加水模塊、放氣模塊、充氧模塊、氧彈機械手模塊、轉(zhuǎn)移模塊、量熱主框架、坩堝處理模塊、清洗廢水模塊,高溫單元含添加劑模塊、機器人模塊、坩堝清掃模塊,控制單元含高溫電控模塊、量熱電控模塊、樣瓶處理電控模塊,儀器單元含量熱儀、工業(yè)分析儀、自動定硫儀、元素分析儀。
智能化用于燃料采制化環(huán)節(jié)已引起多方探討[7-14],采制環(huán)節(jié)智能化逐步實現(xiàn),而化驗環(huán)節(jié)一直未能脫離人工參與。筆者多年來一直從事煤質(zhì)儀器檢測方法研究工作,結(jié)合GB/T 18510在建立煤炭分析替代方法中的應(yīng)用[15],在參考相關(guān)煤質(zhì)儀器檢測標準的基礎(chǔ)上自主制定煤炭智能化驗系統(tǒng)性能鑒定方案,以此評估智能化驗系統(tǒng)能否作為國家標準方法的可替代方法。煤炭智能化驗系統(tǒng)通過集成氣動對接系統(tǒng)、機器人、自動稱量及樣瓶處理機構(gòu)、坩堝清掃機構(gòu)、自動化樣品分析設(shè)備、氧彈處理機構(gòu),可實現(xiàn)從放置樣瓶、結(jié)果測試到坩堝處理整個化驗過程的無人干預(yù)、無人值守;采用多系統(tǒng)協(xié)同控制技術(shù),可實現(xiàn)樣品連續(xù)測試以及效率與系統(tǒng)安全性能均高,具有系統(tǒng)自診斷、結(jié)果自判斷、過程可追溯、手機端智能提醒等智能化特點。
煤炭智能化驗系統(tǒng)性能鑒定的主要指標和依據(jù)標準詳見表1,其中檢測指標包括單體測試、標煤精密度與準確度、與國家標準方法比較、關(guān)鍵部件性能、系統(tǒng)功能。
表1 煤炭智能化驗系統(tǒng)主要檢測指標和依據(jù)Table 1 Main test indexes and basis of the coal intelligent test system
以稱量模塊檢定為例解析單體測試:① 設(shè)備名稱:稱量模塊(電子天平);型號:WKX204E;出廠編號:B923752541、B923752538;② 生產(chǎn)廠家:METTLER TOLEDO;Max/Min:220 g/10 mg,d:0.1 mg,e:1 mg;③ 檢定依據(jù):JJG1036—2008《電子天平檢定規(guī)程》,標準裝置:F1等級砝碼組標準裝置。稱量模塊(電子天平)檢定結(jié)果詳見表2。
表2 稱量模塊(電子天平)檢定結(jié)果Table 2 Verification results of weighing module(electronic balance)
由表2可知,按照JJG 1036—2008《電子天平檢定規(guī)程》要求,稱量模塊(電子天平)檢定合格。
同理按照JJG 672—2018《氧彈熱量計檢定規(guī)程》要求,對量熱儀進行檢定;按照JJG 1006—2005《煤中全硫測定儀檢定規(guī)程》要求,對自動定硫儀進行檢定;按照JJG 1140—2017《工業(yè)分析儀檢定規(guī)程》要求,對工業(yè)分析儀進行檢定;按照JJF 1321—2011《元素分析儀校準規(guī)范》,對元素分析儀進行校準。
取4個不同量值范圍的國家有證標準物質(zhì),每個樣品進行10 次全硫、熱值、灰分、揮發(fā)分、碳氫氮重復(fù)測定, 將測量均值與標準物質(zhì)認定值按照α=0.05顯著性水平進行t檢驗,根據(jù)GB/T 18510—2001《煤和焦炭試驗可替代方法確認準則》要求進行測量準確度的評估。以全硫測量準確度舉例,標煤全硫認定值、標煤全硫重復(fù)測定數(shù)據(jù)、標煤全硫準確度分析分別見表3、表4、表5。
表3 標煤全硫認定值Table 3 Certified value of total sulfur of standard coal
表4 標煤全硫重復(fù)測定數(shù)據(jù)Table 4 Repeated determination data of total sulfur of standard coal
表5 標煤全硫準確度分析Table 5 Accuracy analysis of total sulfur of standard coal
熱值、灰分、揮發(fā)分、CHN的測量及結(jié)果處理方法與全硫類似。
選取4個不同量值范圍的國家有證標準物質(zhì),每個樣品進行10 次全硫、熱值、灰分、揮發(fā)分、碳氫氮重復(fù)測定,將樣品測量值的重復(fù)測定標準差與相關(guān)國家標準規(guī)定的重復(fù)性標準差比較(進行F檢驗),按照GB/T 18510—2001《煤和焦炭試驗可替代方法確認準則》規(guī)定,進行測量精密度的的評估。GB/T 213—2008 《煤的發(fā)熱量測定方法》中規(guī)定Qgr,ad重復(fù)性限為120 J/g,Qgr,d再現(xiàn)性臨界差為300 J/g,對應(yīng)的標準差SGB為0.042 4 MJ/kg。以熱值測量精密度舉例,標煤熱值重復(fù)測定數(shù)據(jù)見表6。
表6 標煤熱值重復(fù)測定數(shù)據(jù)Table 6 Repeated measurement data of calorific value of standard coal
由表6可知,GBW 11101f、GBW 11107d的熱值測量標準差小于國家標準方法標準差,測量精密度與國家標準方法同等。GBW 11113k、GBW 11110p的熱值測量標準差大于國家標準方法標準差,但統(tǒng)計量Fc小于Ft,測量精密度與國家標準方法同等。
全硫、灰分、揮發(fā)分、碳氫氮的測量及結(jié)果處理方法與熱值類似。
取15個不同煤種的煤樣(無煙煤、煙煤、褐煤),每個樣品分別使用煤炭智能化驗系統(tǒng)與國標測定方法各進行2次熱值、全硫、水分、灰分、揮發(fā)分、碳氫氮重復(fù)測定,按照GB/T 18510—2001《煤和焦炭試驗可替代方法確認準則》方法B的要求,對2種方法的結(jié)果進行比較,做出準確度與精密度估計,煤樣的量值分布范圍、國家標準方法及SDIAS智能化驗系統(tǒng)方法對比見表7、表8。以揮發(fā)分測量舉例,煤樣的揮發(fā)分對比數(shù)據(jù)見表9。
表7 煤樣的量值分布范圍Table 7 Distribution range of coal samples
表8 國家標準方法及煤炭智能化驗系統(tǒng)方法對比Table 8 Comparison of national standard method and coal intelligent test system method
表9 煤樣的揮發(fā)分對比數(shù)據(jù)Table 9 Comparison data of volatile matter of coal samples %
表10 煤樣的揮發(fā)分對比分析Table 10 Comparative analysis of volatile matter of coal samples %
熱值、全硫、水分、灰分、碳氫氮的測量及結(jié)果處理方法與揮發(fā)分類似。
關(guān)鍵部件/模塊性能按企業(yè)標準Q/ADXH025-2019 《SDIAS智能化驗系統(tǒng)》進行檢測,結(jié)果應(yīng)符合企業(yè)標準的相關(guān)要求,見表11。
智能化驗系統(tǒng)功能檢測見表12,其中試驗項目包括急停保護功能、機器人碰撞保護功能、超溫保護功能、實驗過程實時監(jiān)測及追溯功能、氣體欠壓及過壓保護功能、智能提醒功能、模塊故障禁用/上線功能。
表11 智能化驗系統(tǒng)關(guān)鍵部件/模塊性能檢測數(shù)據(jù)Table 11 Performance test data of key components/modules of coal intelligent test system
表12 系統(tǒng)功能檢測Table 12 System function test results
智能化驗系統(tǒng)性能鑒定包括以下4個方面:
(1)現(xiàn)場檢定/校準各分析單元計量特性,判定是否符合規(guī)程規(guī)范要求。
(2)現(xiàn)場檢測標準物質(zhì),判斷各分析單元測量準確度和精密度是否滿足要求。
(3)現(xiàn)場檢測一系列煤樣,依據(jù)GB/T 18510—2001《煤和焦炭試驗可替代方法確認準則》判定智能化驗系統(tǒng)測定結(jié)果與國家標準方法測定結(jié)果是否一致。
(4)現(xiàn)場檢測關(guān)鍵零部件和系統(tǒng)功能是否符合《Q/ADXH025-2019 SDIAS智能化驗系統(tǒng)》企業(yè)標準要求。
此鑒定方案適應(yīng)于承擔熱值、全硫、水分、灰分、揮發(fā)分、碳氫氮等要素化驗分析的煤炭智能化驗系統(tǒng)的性能鑒定。目前國內(nèi)外煤炭采制化裝置向智能化、自動化飛速發(fā)展,相關(guān)煤炭智能化驗系統(tǒng)的標準和性能鑒定方法滯后,將會影響此類系統(tǒng)的量值溯源、質(zhì)量評判和性能鑒定。通過對煤炭智能化驗系統(tǒng)性能鑒定提出以上的方法和應(yīng)用分析,希望推動相關(guān)智能化驗系統(tǒng)國家標準和檢驗檢測方法的制定,以確保系統(tǒng)量值溯源可靠,質(zhì)量評判有理有據(jù)。