羅建明,陳 超,李 明,陳云飛,何 帥
(1.湖南省計(jì)量檢測(cè)研究院,湖南 長(zhǎng)沙 410014;2.國(guó)家煤炭石油天然氣分析儀器產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心,湖南 長(zhǎng)沙 410014;3.湖南三德科技股份有限公司,湖南 長(zhǎng)沙 410205)
目前行業(yè)內(nèi)使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)煤炭各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行化驗(yàn),可滿足日常檢驗(yàn)需求且測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確但存在耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題[1-6]。煤炭智能化驗(yàn)系統(tǒng)無(wú)人干預(yù)在成本、效率方面具有一定的優(yōu)勢(shì),且測(cè)定數(shù)據(jù)可靠。煤炭智能化驗(yàn)系統(tǒng)采用工業(yè)機(jī)器人輔助智能化自動(dòng)機(jī)械技術(shù),綜合開(kāi)展煤質(zhì)化驗(yàn)的全自動(dòng)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(kāi)合蓋模塊、樣瓶存儲(chǔ)模塊、收發(fā)模塊、樣瓶機(jī)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(chǔ)模塊,熱值單元含氧彈存儲(chǔ)模塊、氧彈開(kāi)合蓋模塊、清洗加水模塊、放氣模塊、充氧模塊、氧彈機(jī)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(jī)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(dòng)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(shí)現(xiàn),而化驗(yàn)環(huán)節(jié)一直未能脫離人工參與。筆者多年來(lái)一直從事煤質(zhì)儀器檢測(cè)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(cè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上自主制定煤炭智能化驗(yàn)系統(tǒng)性能鑒定方案,以此評(píng)估智能化驗(yàn)系統(tǒng)能否作為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法的可替代方法。煤炭智能化驗(yàn)系統(tǒng)通過(guò)集成氣動(dòng)對(duì)接系統(tǒng)、機(jī)器人、自動(dòng)稱量及樣瓶處理機(jī)構(gòu)、坩堝清掃機(jī)構(gòu)、自動(dòng)化樣品分析設(shè)備、氧彈處理機(jī)構(gòu),可實(shí)現(xiàn)從放置樣瓶、結(jié)果測(cè)試到坩堝處理整個(gè)化驗(yàn)過(guò)程的無(wú)人干預(yù)、無(wú)人值守;采用多系統(tǒng)協(xié)同控制技術(shù),可實(shí)現(xiàn)樣品連續(xù)測(cè)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(guò)程可追溯、手機(jī)端智能提醒等智能化特點(diǎn)。
煤炭智能化驗(yàn)系統(tǒng)性能鑒定的主要指標(biāo)和依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)詳見(jiàn)表1,其中檢測(cè)指標(biāo)包括單體測(cè)試、標(biāo)煤精密度與準(zhǔn)確度、與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法比較、關(guān)鍵部件性能、系統(tǒng)功能。
表1 煤炭智能化驗(yàn)系統(tǒng)主要檢測(cè)指標(biāo)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(cè)試:① 設(shè)備名稱:稱量模塊(電子天平);型號(hào):WKX204E;出廠編號(hào):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(biāo)準(zhǔn)裝置:F1等級(jí)砝碼組標(biāo)準(zhǔn)裝置。稱量模塊(電子天平)檢定結(jié)果詳見(jiàn)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J(rèn)JG 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J(rèn)JG 672—2018《氧彈熱量計(jì)檢定規(guī)程》要求,對(duì)量熱儀進(jìn)行檢定;按照J(rèn)JG 1006—2005《煤中全硫測(cè)定儀檢定規(guī)程》要求,對(duì)自動(dòng)定硫儀進(jìn)行檢定;按照J(rèn)JG 1140—2017《工業(yè)分析儀檢定規(guī)程》要求,對(duì)工業(yè)分析儀進(jìn)行檢定;按照J(rèn)JF 1321—2011《元素分析儀校準(zhǔn)規(guī)范》,對(duì)元素分析儀進(jìn)行校準(zhǔn)。
取4個(gè)不同量值范圍的國(guó)家有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),每個(gè)樣品進(jìn)行10 次全硫、熱值、灰分、揮發(fā)分、碳?xì)涞貜?fù)測(cè)定, 將測(cè)量均值與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)認(rèn)定值按照α=0.05顯著性水平進(jìn)行t檢驗(yàn),根據(jù)GB/T 18510—2001《煤和焦炭試驗(yàn)可替代方法確認(rèn)準(zhǔn)則》要求進(jìn)行測(cè)量準(zhǔn)確度的評(píng)估。以全硫測(cè)量準(zhǔn)確度舉例,標(biāo)煤全硫認(rèn)定值、標(biāo)煤全硫重復(fù)測(cè)定數(shù)據(jù)、標(biāo)煤全硫準(zhǔn)確度分析分別見(jiàn)表3、表4、表5。
表3 標(biāo)煤全硫認(rèn)定值Table 3 Certified value of total sulfur of standard coal
表4 標(biāo)煤全硫重復(fù)測(cè)定數(shù)據(jù)Table 4 Repeated determination data of total sulfur of standard coal
表5 標(biāo)煤全硫準(zhǔn)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(cè)量及結(jié)果處理方法與全硫類似。
選取4個(gè)不同量值范圍的國(guó)家有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),每個(gè)樣品進(jìn)行10 次全硫、熱值、灰分、揮發(fā)分、碳?xì)涞貜?fù)測(cè)定,將樣品測(cè)量值的重復(fù)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)差與相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差比較(進(jìn)行F檢驗(yàn)),按照GB/T 18510—2001《煤和焦炭試驗(yàn)可替代方法確認(rèn)準(zhǔn)則》規(guī)定,進(jìn)行測(cè)量精密度的的評(píng)估。GB/T 213—2008 《煤的發(fā)熱量測(cè)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(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差SGB為0.042 4 MJ/kg。以熱值測(cè)量精密度舉例,標(biāo)煤熱值重復(fù)測(cè)定數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。
表6 標(biāo)煤熱值重復(fù)測(cè)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(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差小于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法標(biāo)準(zhǔn)差,測(cè)量精密度與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法同等。GBW 11113k、GBW 11110p的熱值測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差大于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法標(biāo)準(zhǔn)差,但統(tǒng)計(jì)量Fc小于Ft,測(cè)量精密度與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法同等。
全硫、灰分、揮發(fā)分、碳?xì)涞臏y(cè)量及結(jié)果處理方法與熱值類似。
取15個(gè)不同煤種的煤樣(無(wú)煙煤、煙煤、褐煤),每個(gè)樣品分別使用煤炭智能化驗(yàn)系統(tǒng)與國(guó)標(biāo)測(cè)定方法各進(jìn)行2次熱值、全硫、水分、灰分、揮發(fā)分、碳?xì)涞貜?fù)測(cè)定,按照GB/T 18510—2001《煤和焦炭試驗(yàn)可替代方法確認(rèn)準(zhǔn)則》方法B的要求,對(duì)2種方法的結(jié)果進(jìn)行比較,做出準(zhǔn)確度與精密度估計(jì),煤樣的量值分布范圍、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法及SDIAS智能化驗(yàn)系統(tǒng)方法對(duì)比見(jiàn)表7、表8。以揮發(fā)分測(cè)量舉例,煤樣的揮發(fā)分對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表9。
表7 煤樣的量值分布范圍Table 7 Distribution range of coal samples
表8 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法及煤炭智能化驗(yàn)系統(tǒng)方法對(duì)比Table 8 Comparison of national standard method and coal intelligent test system method
表9 煤樣的揮發(fā)分對(duì)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(duì)比分析Table 10 Comparative analysis of volatile matter of coal samples %
熱值、全硫、水分、灰分、碳?xì)涞臏y(cè)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(biāo)準(zhǔn)Q/ADXH025-2019 《SDIAS智能化驗(yàn)系統(tǒng)》進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果應(yīng)符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求,見(jiàn)表11。
智能化驗(yàn)系統(tǒng)功能檢測(cè)見(jiàn)表12,其中試驗(yàn)項(xiàng)目包括急停保護(hù)功能、機(jī)器人碰撞保護(hù)功能、超溫保護(hù)功能、實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及追溯功能、氣體欠壓及過(guò)壓保護(hù)功能、智能提醒功能、模塊故障禁用/上線功能。
表11 智能化驗(yàn)系統(tǒng)關(guān)鍵部件/模塊性能檢測(cè)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(cè)Table 12 System function test results
智能化驗(yàn)系統(tǒng)性能鑒定包括以下4個(gè)方面:
(1)現(xiàn)場(chǎng)檢定/校準(zhǔn)各分析單元計(jì)量特性,判定是否符合規(guī)程規(guī)范要求。
(2)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),判斷各分析單元測(cè)量準(zhǔn)確度和精密度是否滿足要求。
(3)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)一系列煤樣,依據(jù)GB/T 18510—2001《煤和焦炭試驗(yàn)可替代方法確認(rèn)準(zhǔn)則》判定智能化驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)定結(jié)果與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定結(jié)果是否一致。
(4)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)關(guān)鍵零部件和系統(tǒng)功能是否符合《Q/ADXH025-2019 SDIAS智能化驗(yàn)系統(tǒng)》企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。
此鑒定方案適應(yīng)于承擔(dān)熱值、全硫、水分、灰分、揮發(fā)分、碳?xì)涞纫鼗?yàn)分析的煤炭智能化驗(yàn)系統(tǒng)的性能鑒定。目前國(guó)內(nèi)外煤炭采制化裝置向智能化、自動(dòng)化飛速發(fā)展,相關(guān)煤炭智能化驗(yàn)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和性能鑒定方法滯后,將會(huì)影響此類系統(tǒng)的量值溯源、質(zhì)量評(píng)判和性能鑒定。通過(guò)對(duì)煤炭智能化驗(yàn)系統(tǒng)性能鑒定提出以上的方法和應(yīng)用分析,希望推動(dòng)相關(guān)智能化驗(yàn)系統(tǒng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)檢測(cè)方法的制定,以確保系統(tǒng)量值溯源可靠,質(zhì)量評(píng)判有理有據(jù)。