氧彈熱量計檢定過程存在的問題及排除措施

陳曦(晉中市綜合檢驗檢測中心，山西 晉中 030600)

0 引言

發熱量是判斷煤炭質量，對煤炭進行質量分類與價格確定的重要指標參數，如果不能準確進行煤炭發熱量的確認，就無法實現煤炭資源的良好運用，并對煤炭市場的健康發展造成影響。作為煤炭發熱量確定的重要儀器設備，做好氧彈熱量計檢定工作，克服檢定過程中存在的問題十分必要。

1 氧彈熱量計工作原理

現階段我國使用的氧彈熱量儀多為恒溫式，在工作時是將滿足充氧量及壓力條件的氧彈放入內筒中以進行水循環，待水溫達到穩定狀態時向內筒注水，并在水量達標后進行攪拌，攪拌的目的是使內筒水溫與室溫達到平衡狀態，感溫裝置會控制水溫與室溫之間的允許差值在1～3℃范圍內。同時，感溫裝置會將測定的水溫情況記錄到計算機系統當中。

當氧彈熱量計內筒水溫穩定后，會由控制系統進行電路點火，使得樣品在氧氣環境中燃燒，燃燒所產生的熱量會由氧彈傳遞給內筒，內筒水會因這些熱量的傳導而發生溫度的提高。氧彈內熱量在全部釋放完成后會逐漸降低溫度，從而使內筒水溫度降低，當計算機檢測到內筒水溫度降低后，會停止攪拌，判定為試驗結束，從而放出內筒水，最后由計算機系統對采集所得的溫度信息進行分析。

對于一些氧彈熱量計中的自動快速量熱設備來說，發熱量的測定不以試驗區最終溫度為依據，而主要是根據線性主期內的溫度速度，結合標定模型進行溫度的預算，最終由計算機系統通過數據分析得出發熱量，這在一定程度上縮短了發熱量測定的時間，提高了測定的效率。

2 氧彈熱量計檢定內容

氧彈熱量計的使用具有普遍性，其類型較為豐富，主要的類型包括自動量熱儀、計算機全自動量熱儀等。為了提高我國計量儀器的應用水平，保證國家計量單位制的準確，我國對于氧彈熱量計有詳細的檢定制度及規程，其中對氧彈熱量計的檢定內容作出了明確規定，具體包括外觀、攪拌熱和平衡點穩定性、熱容量重復性、熱值誤差和等。具體分析如下：

2.1 氧彈熱量計外觀

對于氧彈熱量計外觀的檢定屬于常規檢查，主要檢定內容是查看量熱容器的外表是否做拋光處理，是否存在劃痕、脫皮等問題。為滿足氧彈熱量計在常溫狀態下接受20MPa 水壓試驗的要求，應通過外觀檢定確保氧彈熱量計蓋與筒的螺旋部位無嚴重磨損及銹蝕。另外對氧彈應進行密封測試，測試方法是氧彈充氧3MPa 后放入量熱容器中，無漏氣即為合格，要注意3MPa 是標準充氧壓力，高于或低于這一標準值都會影響到密封測試的結果。

2.2 氧彈熱量計攪拌熱和平衡點穩定性

攪拌器對量熱容器中的水的攪拌速度應為恒定狀態，在恒定狀態下應能夠對量熱容器中的水進行充分攪拌。在恒定狀態充分攪拌的情況下所產生的攪拌熱要很小，即不停攪拌10min，在量熱容器溫度、外筒溫度與室溫一致的情況下，量熱體系溫度升高要低于0.01K。為確保檢定結果的準確，應減少外部環境對熱量計的影響，保持避光、恒濕、恒溫的狀態。

在露出量熱容器水面的部分，應有絕熱材料防止量熱體系與環境發生熱傳導。當量熱體系達到平衡點穩定狀態時，在3～5min 的時間內，量熱體系的溫度變化應低于0.001K。

2.3 氧彈熱量計熱容量重復性

氧彈熱量計熱容量重復性的檢定，其本質是對氧彈熱量計精密性的檢定。通常情況下，在規定條件內，應對氧彈熱量計熱容量進行燃燒熱標準物質苯甲酸的5次檢定。在小于1500J/K、9000～11000J/K 和14000～15000J/K 三個熱容量區間內，確定極差分別為9J/K、40J/K、60J/K，所謂極差就是規定極差的最大值與最小值之差。

我國的氧彈熱量計熱容量以10000J/K 居多，另有兩種是1500J/K 和15000J/K。按照熱容量區間，如果極差以10000J/K 熱量計極差40J/K 為準，那么對于另兩種熱容量熱量計而言就會分別出現技術要求過低和過高的情況，從而不利于確定熱量計的精密性。為此，應該對不同熱容量區間進行不同的極差要求，以確保熱量計的精密性。

2.4 氧彈熱量計熱值誤差

熱值誤差不能超過60J/g，在具體檢定熱值誤差時，應分別使用0.7g 和1.3g 標準物質苯甲酸，以對熱量計的線性進行考察，考察的過程中應嚴格控制標準物質苯甲酸的使用滿足要求。在使用10000J/K 熱量計時，0.7g 和1.3g 的苯甲酸量熱體系升溫分別為1℃和3℃，符合要求則線性良好，不符合要求則要對計算程序進行修訂。

現階段，熱值多是由計算機測溫而得，取兩次測溫的平均值。量熱體系的溫度曲線在計算機計算下可以分為前期、主期和末期，其中主期的線性數值被許多主要依靠計算機系統模型計算的測溫方法作為重要依據。在一定程度上而言，現階段對于氧彈熱量計熱值誤差的檢定，是對檢定儀器性能的考驗，檢定儀器性能突出，則熱值誤差的檢定準確性高，對于線性的控制，可以說就是提高檢定準確性的過程。

3 氧彈熱量計檢定存在的問題及排除措施

氧彈熱量計的構成較為復雜，主要包括氧彈、主機殼、內外筒、攪拌器、溫感器、水循環系統、控制電路等部件系統組成，也正是由于組成的復雜，使得氧彈熱量計在檢定過程中存在不同的問題，主要包括氧彈充氣不足、熱容量重復性超標、熱值誤差偏大，對于這些問題的解決是發揮氧彈熱量計作用的關鍵。為此，對氧彈熱量計檢定存在的問題及排除措施分析如下：

3.1 氧彈充氧量不足

如果氧彈熱量計的氧彈充氧量不足會對樣品燃燒情況造成影響，如果氧彈內樣品的燃燒不夠充分，則直接會影響到測量結果的精準性。造成氧彈充氧量不足的問題，有很大一部分原因是漏氣造成，這就需要在進行氧彈熱量計堅定前，先對儀器進行密封性試驗，以確保無漏氣情況的發生，如果發現有漏氣的情況存在，則應該及時確定漏氣部位并對相應的密封圈等零部件進行更換。除此之外，如果充氧時間不足，充氧不夠也會造成氧彈熱量計氧彈充氧量不足的情況。

所以，一般情況下按照有關規定要求，氧彈熱量計氧彈充氧應保持30秒的時間，壓力條件為3MPa，以保證氧彈熱量計氧彈內有充足的氧氣可以進行完整的燃燒試驗。

3.2 熱容量重復性超標

氧彈熱量計在對煤炭發熱量進行測定時，主要是根據儀器所設定的熱容量進行計算，為此，對于氧彈熱量計熱容量進行檢查十分關鍵，其檢定能否順利開展，直接關系到氧彈熱量計測量的精準度，在進行氧彈熱量計熱容量的標定時，經常性會發生多次標定，熱容量重復性超標的情況，導致后續的檢定工作無法正常進行。

針對于此，就要對出現熱容量重復性超標的原因進行查找與分析，逐步進行判斷。第一步要檢查室溫情況，室溫的變化對于熱容量的影響較大，一般情況下，室溫應保持恒溫狀態，波動值應控制在1℃以內，以此最大程度降低室溫對熱容量的影響，第二步要檢查氧彈熱量計是否缺水，當氧彈熱量計內筒水位較低時，會導致氧彈熱量計處于缺水的狀態，從而使得熱容量標定超標，針對于此應對內筒進行加水，加水量到溢水口有水溢出即可，內外筒水量均處于充足狀態，如果需水量較大，則需要對室溫條件進行控制，一般是對水溫與室溫進行24小時平衡后可以繼續進行氧彈熱量計檢定。第三步要檢查氧彈熱量計內水垢的積存情況，水垢過多并伴有脫落現象，也會造成熱容量重復性超標的情況。為此在把進行氧彈熱量計的水垢清理作為一項重要工作，在檢定氧彈熱量計之前進行，特別是對氧彈熱量計氧彈的內部，應使用蒸餾水進行沖洗，待沖洗水晾干后再進行重新標定。

3.3 熱值誤差偏大

線性度與熱值誤差密切相關，如果出現熱值誤差偏大的情況，則說明線性度出現了問題。按照相關的規定要求，在進行完氧彈熱量計熱容量標定及檢定后，應對發熱量進行測定，測定主要使用的是苯甲酸溶液。氧彈熱量計發熱量與苯甲酸硝酸生成熱后可以得到苯甲酸的發熱量，兩次發熱量取平均，與苯甲酸標準值的誤差應控制在60J/g 以內。熱值誤差偏大的情況，還經常表現在熱容量合格，但苯甲酸發熱量超出誤差值，從而導致后續的氧彈熱量計檢定工作無法進行。

導致發熱量超出誤差的原因，基本可以歸結為兩個方面，一個方面是溫度計測量線性不足，實際溫度測量受到升溫過程的影響，進而導致計算程度出現計算偏差，針對于此應更換溫度計進行重新測量。另一方面是計算程序出現差錯，造成差錯的原因主要是樣品分析時間過長導致的儀器溫度過高，從而影響到儀器的水溫情況。這就需要重新修正儀器的計算程序，并讓儀器自然降溫，直到儀器內部水溫降低道室溫，再保持一段時間的平衡后再進行重新測量，基本上是可以解決苯甲酸發熱量熱值誤差較大的問題。

4 結語

氧彈熱量計是現階段主要應用的煤炭發熱量檢測儀器設備，是我國進行煤炭質量確認的重要議事設備。在使用的過程中，隨著科學技術的不斷發展與使用經驗的不斷豐富，氧彈熱量計對煤炭發熱量的測定結果的準確性不斷提高，而且隨著自動化水平的提高，氧彈熱量計的設備類型不斷豐富，科技含量不斷提高，這有利于推動氧彈熱量計的發展進步，從而推動我國煤炭生產事業的進步。