淺析火電廠煤質檢測的質量控制

周 娟

(國家能源集團泰州發(fā)電有限公司，江蘇 泰州 225321)

煤質檢測質量控制的核心問題為確保檢測結果的準確性，而對檢測過程控制進行有效性的檢驗為煤質實驗室質量控制的根本。結合煤質檢測質量控制相關研究[1-12]，建議煤質實驗室應建立適合自身的質量管理體系并不斷地持續(xù)改進，以保證檢測結果的真實可靠。

隨著科技的進步，煤質檢測自動化程度不斷提高，越來越多的試驗室使用全自動工業(yè)分析儀進行煤的工業(yè)分析、微波(光波)水分測定儀進行煤中水分的測定等。相對于傳統(tǒng)的用馬弗爐、干燥箱及電子天秤進行的煤質分析，自動化儀器更加快速、便捷。與此同時，煤質檢測人員越來越依賴于全自動儀器出具的檢測數(shù)據(jù)，因而保證儀器的可靠性以及其所出具數(shù)據(jù)的準確性顯得尤為重要。泰州電廠根據(jù)《檢測和校準實驗室能力的通用要求》第5.9條中的規(guī)定，建立適合試驗室科學有效的質量管理體系以保證檢測結果的準確性。

1 保持良好的檢測環(huán)境

國標中對試驗室的條件已進行細致而明確的規(guī)范，以確保化驗儀器的正常運行及檢測數(shù)據(jù)的準確可靠。需維持檢測環(huán)境的溫濕度在合理范圍內，即濕度不能在短時間內波動較大。檢測前及時記錄天秤室的溫度、濕度，以溫度10 ℃～30 ℃、相對濕度<75%為宜。而量熱儀該種精密儀器對檢測環(huán)境的要求更為嚴苛。GB/T 213—2008指出，熱量室應為單獨房間，最好朝北，溫度應保持相對穩(wěn)定，每次測定室溫變化不應超過1 K，室溫以在(15～30) ℃范圍為宜(應裝有空調)，標定熱容量和測定發(fā)熱量時的內筒溫度相差不應超過5 K，室內應無強烈的空氣對流，試驗過程中避免開啟門窗。

2 采用有證標準物質進行內部質量控制

(1)采用有證標準物質或質控樣進行單次的符合性評價。為保證檢測結果準確，泰州電廠煤質檢測人員進行內部質量控制，堅持每天使用標準煤樣或質控煤樣對全自動工業(yè)分析儀、量熱儀、測硫儀以及元素分析儀進行校驗并仔細記錄。用于將測定值換算為干基結果的空氣干燥基水分應與標準煤樣各特性量值同時測定，如不能同時進行測定，兩者測定也應在盡量短的、煤樣水分未發(fā)生顯著變化的期限內進行，即期限最多不超過 5 d。標煤各項指標的標準值應和分析煤樣的范圍接近或涵蓋分析煤樣的范圍。發(fā)現(xiàn)樣品超差或質量控制出現(xiàn)問題時應及時進行分析查找原因，未查找出原因前該臺設備暫停使用，以確保試驗室所有檢測人員、儀器設備、檢測環(huán)境基本可控或在控。以泰州電廠2018年8月17日至2018年9月6日使用的標準煤樣GBW11109p對1號全自動工業(yè)分析儀的揮發(fā)分測定質量控制為例，統(tǒng)計見表1，其中GBW11109p的標準值Vd為(27.96±0.39)%。

表1 泰州電廠1號工分儀標準煤樣Vd質量控制統(tǒng)計表

(2)繪制質量控制圖分析質量控制數(shù)據(jù)的趨勢。采用有證標準物質或質控樣進行內部質量控制時，除了進行單次的符合性評價外，還應繪制質控圖并運用數(shù)理統(tǒng)計方法分析質量控制數(shù)據(jù)的趨勢。

根據(jù)假設檢驗的原理繪制質控圖，其基本假設如下:測定結果在受控的條件下具有一定的精密度和準確度并符合正態(tài)分布。若用u代表無限多次測定的平均值，σ為無限多次測定結果的總體標準差，由數(shù)理統(tǒng)計證明，誤差在±1σ內的結果占68.3%，誤差在±2σ內的結果占95.5%，誤差在±3σ內的結果占99.7%，出現(xiàn)特大誤差的極少。在煤質檢測中常選用顯著性水平α=5%、置信概率P=95%作為統(tǒng)計推斷的準則，即在全部的檢測值與標準煤樣的偏差中有95%不超過±2σ，如圖1所示。

圖1 質控圖基本原理圖

若某次檢測值在上、下警戒限(±2σ)之間區(qū)域內，則檢測過程處于可控狀態(tài)，檢測結果可靠；若某次檢測值落在上、下控制限(±3σ)之外則表示測定過程“失控”， 應立即檢查原因，予以糾正后重新檢測分析煤樣；若某次檢測值超出上、下警戒限，但仍在上、下控制限之間的區(qū)域內，提示檢測質量開始劣化，可能存在“失控”傾向，應進行初步檢查并采取相應的糾正措施。

理想的曲線應以中心線為中心并在上、下警戒限之間上下波動。遇到7點連續(xù)上升或下降時(雖檢測值在控制范圍內)，表明檢測有“失控”傾向，立即查明原因并予以糾正；連續(xù)7點落于中心線一側或檢驗值有周期性變化，則表明存在系統(tǒng)誤差,應立即中止實驗。查明原因后制定糾正預防措施。

將泰州電廠2018年8月17日至2018年9月6日使用標準煤樣GBW11109p對1號全自動工業(yè)分析儀揮發(fā)分(Vd)測定質量控制統(tǒng)計數(shù)據(jù)繪制成質控圖，如圖2所示。橫坐標為檢測日期，縱坐標為檢驗值與標準值U偏差 。繪制中心線、上下警戒限以及上下控制限:中心線為0，若以標準物質證書給定的不確定度為上下控制限(±3σ)，則該樣品總體標準差σ為 0.13，上下警戒限(±2σ)為±0.26。由圖2清晰可見，2018年8月18日至9月6日期間1號工分儀標準煤樣GBW11109p 的Vd質量控制雖在控制限內，但發(fā)現(xiàn)其偏倚基本為極大偏倚，應立即中止試驗并查明原因。經(jīng)排查可知，揮發(fā)分坩堝少數(shù)有裂紋且坩堝蓋嚴密性欠佳，此為導致測定值偏高的直接原因，應立即進行整改。

圖2 泰州電廠1號全自動工分儀揮發(fā)份測定質控圖

顯而易見，質控圖能直觀地給出儀器在一定時期內的總體趨勢，可及時反應儀器可能的變化，并在變化還未達到使檢測結果偏離較大的程度時就能得到及時補正，具有很強的實用性。

3 相同或不同方法進行重復檢測或校準

為保證檢測結果的準確性，泰州電廠遵循《檢測和校準實驗室能力的通用要求》，采用相同或不同方法進行重復檢測或校準，堅持每個化驗項目須進行重復性測定，重復性測定合格的判定嚴格按GB/T 483《煤炭分析試驗方法一般規(guī)定》執(zhí)行。

GB/T 211—2017《煤中全水分的測定方法》中刪除了原測定方法中的方法C(微波干燥法)，而將微波干燥法歸入資料性附錄。作為可替代方法，泰州電廠針對入廠煤及入爐煤的水分范圍，每月至少取4組煤樣(全水分分別為<10%、10%～20%、>20%～30%、>30%此4個區(qū)間)對微波(光波)水分測定儀的準確性進行校驗。將該水分測定儀與《煤中全水分的測定方法》(GB/T 211—2017)中空氣干燥法或通氮干燥法比對檢測結果，差值不應超過國標規(guī)定的重復性臨界值。

目前，某些偏離經(jīng)典方法的高度自動化量熱儀可在嚴酷環(huán)境下運行，其測定結果準確且測試時間較短，極大地提高了工作效率， 但其內筒材質并未按照GB/T 213—2008規(guī)定設計并構造，泰州電廠對于該種熱量儀加大了標定頻率，且每周將其與依據(jù)經(jīng)典方法的熱量儀進行儀器比對試驗。

4 對存留樣品進行再檢測或再校準

泰州電廠堅持對入廠煤、入爐煤檢測進行內部技術監(jiān)督，以便及時發(fā)現(xiàn)問題并進行糾正。每月抽取備查的一般分析試驗煤樣或<3 mm存查煤樣進行監(jiān)督檢測，當月抽檢率不低于3%，且不低于15個煤樣。檢測值與原報告值進行干基對比分析，<0.2 mm存查煤樣的差值不超過國標規(guī)定再現(xiàn)性臨界值的1.0倍，<3 mm存查煤樣的差值不超過國標規(guī)定再現(xiàn)性臨界值的1.2倍。出具比對報告，對不合格項目進行分析，查找原因并及時整改。

5 參加實驗室間的比對或能力驗證計劃

泰州電廠針對存留樣品再檢測或再校準制定了相關制度，在此方面取得了一些成效，有效地保證檢測的精密度，但其不能識別實驗室的系統(tǒng)誤差。如何防止實驗室的系統(tǒng)誤差，除了使用標準煤樣進行控制外，《校準和檢驗實驗室能力的通用要求》中還提出通過實驗室間的比對試驗進行能力驗證。實驗室間比對按照預先規(guī)定的條件、由2個或多個實驗室對相同的測試樣品進行檢測的組織、實施和評價，從而確定實驗室能力、識別實驗室諸如人員行為、方法或儀器的校準等方面存在的問題、實驗室間設備差異和實驗室人員技術差異，其為判斷和監(jiān)控實驗室能力的有效手段 。泰州電廠積極參加能力驗證，以此補充、糾正和完善廠礦實驗室的質量控制，確保其保持在較高的檢測水平。

6 分析樣品不同特性結果的相關性

電煤質量檢測主要包括煤的水分、灰分、揮發(fā)分、硫分、發(fā)熱量和氫值等指標。各指標間的相互關系有一定規(guī)律可循。對于同一地區(qū)的煤，通常發(fā)熱量(Qgr,d)隨著灰分(Ad)的增高而降低，且其干燥無灰基高位發(fā)熱量(Qgr,daf)也隨著灰分的增高而有所降低。揮發(fā)分(Vdaf)隨其灰分(Ad)的增高有一定的增高。全水分高的煤，將直接影響到收到基低位發(fā)熱量的降低。煤質檢測人員一定要掌握以上指標的相關性，以便判斷檢測值是否準確可靠。舉例說明如下，泰州電廠按規(guī)定對分析樣品A的3 mm存查煤樣進行抽查，比對報告見表2。

表2 泰州電廠抽檢樣品A的4項指標檢測情況

由表2可知，樣品A的發(fā)熱量(Qgr,d)超差0.48 MJ/kg，而灰分(Ad)偏差為負值(原檢測結果偏低)，發(fā)熱量(Qgr,d)超差和灰分(Ad)偏差均呈現(xiàn)較明顯負相關。此現(xiàn)象合理，且當天的發(fā)熱量質量控制僅產(chǎn)生1個很小的正偏倚，由此可分析判斷，該煤樣發(fā)熱量(Qgr,d)超差的主要原因可能是樣品制樣過程存在一定的問題，但不排除化驗過程和其它因素對樣品超差產(chǎn)生疊加影響。經(jīng)檢查，全自動制樣機交叉污染為導致樣品缺乏代表性的直接原因，易被污染是全自動制樣機目前使用的“短板”，全自動制樣機不同程度地存有殘留煤樣，易造成對待制煤樣的交叉污染。查明原因后，泰州電廠取得廠家支持和配合，依靠全廠技術力量并采取措施預防，解決了全自動制樣機的交叉污染問題。

7 期間核查

試驗室根據(jù)需要按內部技術文件在2次校準之間進行期間核查，以確認儀器穩(wěn)定性及校準的有效性。電廠定期對所有檢測儀器進行期間核查。

對全自動工業(yè)分析儀，每月依次選擇低、中、高灰分和揮發(fā)分含量的有證標準物質,分別重復測定3次，取重復性限符合GB/T 483要求的3次測定值的平均值作為測定值進行核查。

對量熱儀，每月用苯甲酸或標煤確定熱容量標定的有效性。使用苯甲酸進行5次發(fā)熱量測定，其平均值與標準熱值之差不超過50 J/g。選擇高、中、低3種不同數(shù)值的標煤進行確認以滿足重復性限，即標煤的干基高位測定熱值應在不確定度范圍內。

庫侖測硫儀測定期間，每10～15次測定后用硫含量范圍涵蓋擬測定范圍的高、中、低3種不同數(shù)值的標準煤樣對核查測硫儀的穩(wěn)定性和標定的有效性，若標準煤樣的測定值超出標準值的不確定度范圍(控制限)，應重新使用一點或多點標定法標定儀器，并重新測定自上次檢查以來的樣品。

8 結 語

從事煤質檢測工作的人員需具有嚴謹、規(guī)范、細致的操作，泰州電廠煤質檢測人員依托質量控制體系在檢測過程中及時排除可能影響到檢測結果的因素，確保煤質檢測質量。在今后的探索中，將對現(xiàn)有的質量管理體系不斷地持續(xù)改進完善使其最佳化，以有效保證檢測結果的真實可靠。