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探究水煤浆浓度数据准确性的影响因素

  • Insm_2c3526a6
    2024/10/25
    万华工程师技师联盟
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其他仪器综合讨论

  • 探究水煤浆浓度数据准确性的影响因素

    陈英

    万华化学(宁波)有限公司,浙江省 宁波市 315812


    摘要:原料煤是公司的重要原料之一,我司煤化工项目是以水煤浆形式进料,这样气化效率较高,煤转化率高,无焦油等污染物,是一种工艺先进,可靠的煤气化工艺。但水煤浆浓度过高时,粘度急剧增加,流动性变差,不利输送和雾化。煤浆浓度降低时,进入气化炉的水份增多,吸收较多的热量,降低了气化炉的温度。故煤浆浓度不能太高也不能太低,原则是保证沉降,流动性能好,粘度小的条件下尽可能提高水煤浆浓度,浓度范围控制在58%~65%之间。所以水煤浆浓度分析结果的准确度就显得格外重要,误差的引入就会导致水煤桨浓度数据的不可靠。本文主要探讨水煤浆浓度准确性的影响因素,减少可能存在的风险,以保证数据的准确性和时效性。



    关键词水煤浆浓度 黏度 分析方法 准确性




    1. 背景介绍

    实验室分析水煤浆浓度的方法有两种分别为红外干燥法和干燥箱干燥法,但常用的分析方法为红外干燥法,所用仪器为快速水分测定仪。目前有两种型号,分别为HC103/02和MJ33。该设备是采用电磁力平衡传感器称重系统,保证称重准确;环形石英钨卤红外线加热源,快速干燥样品。在干燥过程中,卤素快速水分测定仪持续测量并即时显示样品丢失的水分含量%,干燥程序完成后,最终测定的水分含量值被锁定显示,水煤浆浓度则为扣除水分后的含量,仪器能直接显示DC%含量。

    本文主要研究水煤浆浓度使用红外干燥法分析过程中的误差来源。由于分析操作人员较多,且每位员工的技能水平不一,操作手法不同,责任心有高有低,为了保证检验数据的准确性,实验室应对影响检验过程的人、机、料、法、环等要素进行控制。

    2. 具体开展工作

    1.%2. 水煤浆浓度分析方法

    水煤浆浓度目前实验室有两种分析方法,分别为红外干燥法和干燥箱干燥法。快速水分仪和烘箱法测水分的主要区别在于测试原理、操作简便性、测试时间、适用范围和测试精度



    快速水分仪利用高效率的烘干加热器,如高品质的环状卤素灯,对样品进行快速、均匀的加热,样品的水分持续不断地被烘干,而烘箱法则是采用烘箱干燥法,在一定温度下烘干样品,通过称重计算样品的水分含量。快速水分仪的操作相对简单,只需要将样品放入仪器中,设置好参数,即可自动完成测量。而烘箱法需要手动称重、记录数据,操作相对繁琐。快速水分仪的测量时间一般在几分钟内即可完成,而烘箱法需要较长时间的烘干过程,一般需要数小时甚至一整天。快速水分仪的精度相对较高,可以达到0.01%以下,而烘箱法的精度一般在0.5%左右。

    2.%2. 水煤浆浓度实验分析

    2.2.1红外干燥法

    ? 实验仪器

    快速水分测定仪

    1、将空样品盘置于样品盘取样器内,且放置平整,关闭干燥单元,仪器自动归零;

    2、将水煤浆使用试剂自下而上呈螺旋状搅拌,将下层煤浆充分搅拌上来,上下层的煤浆充分混匀,取水煤浆到样品盘内,样品质量最小0.5g,一般为3~5g 置于预先干燥过的样品盘中,称量(称准至0.0001g);

    3、将水煤浆晃动摊平,样品盘放入样品盘取样器内且放置平整,关闭干燥单元,仪器自动干燥和测定,界面显示DC%;

    4、把仪器中的样品盘取出,放入新的样品盘,关闭干燥单元,方便下次做样,仪器显示就绪状态。



    2.2.2干燥箱干燥法

    1、预先将两个称量瓶(直径50mm,高30mm,并带有严密的磨口盖)在(105~110)℃的空气干燥箱中干燥30分钟,然后放入干燥器内,冷却至室温,称量空称量瓶,精确至0.0001g,质量m1

    2、称量瓶加盖子在电子天平上清零,然后将其放置于干燥实验台上,将水煤浆使用煤浆自下而上的搅匀,取水煤浆试样(3.0±0.2)g,精确至0.0001g,迅速加盖,称量记录质量m,晃动摊平

    3、将称量瓶和瓶盖放入预先加热至(105~110)℃烘箱中,干燥1h

    4、从干燥箱中取出称量瓶,立即盖紧盖子,在空气中冷却3min,然后放入干燥器中,冷却到室温(约20min)

    5、进行检查性干燥实验,每次30min,直到连续两次干燥煤样的质量增加或减少不超过0.0030g时为止。如质量发生变化,需要采用质量增加前一次的质量为计算依据。

    6、计算公式:

    C%=



    C-水煤浆浓度%

    m-称取水煤浆的质量g

    m1-空称量瓶的质量g

    m2-烘干后称量瓶与样品的总质量g

    两次重复测定结果的绝对差值不得超过0.2%。



    3.%2. 红外干燥法快速水分仪的误差来源分析

    现利用鱼骨图和因果矩阵图,分别从人、机、料、法、环五个方面对水煤桨浓度的误差来源进行分析

    N



    Type


    Input

    (过程输入)


    SEV

    (严重度)


    OCC

    (发生频率)


    DET

    (可控度)


    合计


    评分标准:0、1、3、9


    1




    人员技能水平


    9


    3


    1


    91


    2




    人员操作误差


    9


    1


    1


    84


    3




    人员的技能不熟练


    9


    3


    3


    93


    4




    人员责任心


    3


    1


    1


    31


    5




    仪器的年限


    3


    0


    9


    36


    6




    仪器版本


    1


    0


    9


    18


    7




    仪器故障


    9


    1


    9


    93


    8




    仪器参数


    9


    3


    3


    93


    9




    煤桨均匀性


    1


    1


    9


    21


    10




    煤桨取样不具代表性


    9


    3


    9


    99


    11




    样品的取样量


    3


    1


    9


    13


    12




    样品的性质


    9


    3


    1


    93


    15




    环境温度


    1


    1


    3


    15


    16




    环境湿度


    1


    1


    3


    15


    17




    通风风量过大


    3


    1


    1


    33


    18




    仪器参数不一致


    9


    3


    9


    99


    19




    仪器精密度不够


    1


    0


    1

    12



    20




    仪器稳定时间不够


    1


    0


    1

    12





    通过鱼骨图和因果矩阵分析,导致误差的主要原因有,人员未按SOP操作、样品问题、仪器方法参数问题、仪器天平问题为主要问题。误差分析将从这几个问题进行展开分析。

    4.%2. 提高水煤桨浓度准确性的控制措施

    2.4.1排查人员操作与仪器问题对数据的影响

    目前实验室的常用方法为红外干燥法,所用仪器为快速水分测定仪,该仪器有两种型号分别为HC103/02和MJ33。在误差允许范围内两台仪器的数据偏差应小于等于0.2%,收集数据查看两台仪器分析样品时数据偏差是否在允许范围内。

    现状:目前我们中心水煤浆浓度在用仪器共4台,信息如下:

    设备编号

    仪器型号

    投用日期

    分析类型

    备注

    RWATER-02-1001

    HC103/02

    2023年

    大槽V0701

    新仪器

    RWATER-02-1004

    HC103/02

    2023年

    大槽V0701

    新仪器

    RWATER-02-1002

    MJ33

    2009年

    磨机H0601

    旧仪器

    RWATER-02-1003

    MJ33

    2009年

    磨机H0601

    旧仪器



    首先为了确保数据的准确性和可靠性,我们会定期对水分测定仪内置天平进行期间核查,核查时间为6月/次,确保仪器状态良好的情况再进行样品分析,此次数据收集距离最近一次的核查时间已有5月,校准前,我们用同一样品进行设备比对,查看两台仪器之间的数据偏差是否在允许范围内。

    校正前V0701B浓度仪器与人员对比

    人员

    仪器

    数据1#(%)

    数据2#(%)

    平行样%

    平行样%

    结论

    操作人员1

    HC103/02-1

    58.51

    58.4

    58.46

    58.4

    人员偏差符合要求旧仪器偏高0.33%

    HC103/02-2

    58.35

    58.58

    58.47

    操作人员2

    HC103/02-1

    58.41

    58.37

    58.39

    HC103/02-2

    58.3

    58.26

    58.28

    操作人员1

    MJ33-1

    58.8

    58.86

    58.83

    58.73

    MJ33-2

    58.76

    58.91

    58.84

    操作人员2

    MJ33-1

    58.63

    58.52

    58.58

    MJ33-2

    58.68

    58.69

    58.69



    从收集的数据可以看出,不同人员对同一样品的分析偏差在0.2%的范围内,排除人员操作不当引入的误差问题。但未校准前MJ33型号的仪器数据偏高,偏差为0.33%。

    考虑可能临近核查期限,对仪器进行校准过后再进行数据比对。数据如下:

    校正后V0701B浓度仪器与人员对比

    人员

    仪器

    数据1#(%)

    数据2#(%)

    平行样%

    平行样%

    结论

    操作人员1

    HC103-1

    58.59

    58.8

    58.7

    58.76

    人员误差符合要求旧仪器偏高0.31

    HC103-2

    58.74

    58.83

    58.79

    操作人员2

    HC103-1

    58.9

    58.65

    58.78

    HC103-2

    58.78

    58.82

    58.8

    操作人员1

    MJ33-1

    59.01

    59.17

    59.09

    59.07

    MJ33-2

    58.97

    59.14

    59.06

    操作人员2

    MJ33-1

    59.05

    59.05

    59.05

    MJ33-2

    59.07

    59.07

    59.07



    从校正后的数据分析,校准后仪器状态更稳定,同一样品同一台仪器分析,平行性更好,人员之间的偏差也减小了。由此可以看出定期对仪器进行期间核查能保证仪器的稳定运行,确保数据的稳定输出。但两台仪器之间还是存在偏差的,MJ33型号的仪器数据明显偏高。

    2.4.2排查仪器状态问题对数据的影响

    为确认仪器的稳定性,单独将3至5g砝码放在快速水分仪上进行测定,测定数据如下:

    设备编号

    仪器型号

    3g砝码偏差

    4g砝码偏差

    5g砝码偏差

    RWATER-02-1001

    HC103/02

    2.987-3.004

    3.994-4.002

    4.993-5.000

    RWATER-02-1004

    HC103/02

    2.981-2.997

    3.984-3.998

    4.990-4.997

    RWATER-02-1002

    MJ33

    2.993

    3.998

    4.991

    RWATER-02-1003

    MJ33

    2.998

    3.998

    4.997



    通过测量发现HC103/02的快速水分仪砝码数值漂移比较大,MJ33快速水分仪砝码数值稳定。

    解决措施:重新将HC103/02快速水分仪的平台进行清理,保证其稳固、平整、底部无污染,并进行了水平的调整,后又对HC103/02仪器进行了3至5g砝码测定,砝码稳定性正常。

    2.4.3排查仪器参数对数据的影响

    日常样品分析过程中发现HC103/02型号的快速水分仪,分析时间明显比MJ33型号的快速水分仪短,为查找原因咨询梅特勒工程师,查找仪器说明书,发现MJ33和HC103/02仪器的结束条件不一致,MJ33仪器的结束条件不可进行修改,默认值为:1mg/30秒,但HC103/02仪器结束条件为:1mg/50秒,但可进行修改,于是将HC103/02的结束条件由原来的1mg/50秒修改为1mg/30秒,两台仪器结束条件一致。

    设备编号

    仪器型号

    修改前结束条件

    修改后结束条件

    RWATER-02-1001

    HC103/02

    1mg/50

    1mg/30

    RWATER-02-1002

    MJ33

    1mg/30

    1mg/30

    HC103/02默认结束条件

    MJ33结束条件





    参数修改后,再次进行数据对比,新旧仪器数据差值绝对值在0.10以内,符合质控要求,数据如下:

    样品

    HC103分析数据%

    MJ33分析数据%2

    差值%

    1#

    60.70%

    60.71%

    -0.01%

    2#

    60.70%

    60.71%

    -0.01%

    3#

    59.96%

    60.06%

    -0.10%

    4#

    60.89%

    60.95%

    -0.06%

    5#

    60.19%

    60.23%

    -0.04%

    6#

    59.98%

    59.95%

    0.03%

    7#

    60.10%

    60.10%

    0.00%

    8#

    60.71%

    60.66%

    0.05%

    9#

    60.03%

    60.11%

    -0.08%



    3. 结论

    通过排查人员操作问题、仪器及状态问题、仪器参数问题等,我们得出不同操作人员对样品进行分析,数据偏差在允许范围内,但考虑人员之间的技能操作问题,需定期制定人员比对计划。

    仪器及状态问题,因仪器在使用过程中存在挪动及其他问题的存在,需要定期对仪器进行期间核查,确保仪器状态良好的情况下,进行样品分析,若仪器分析过程中存在天平称量数据波动较大时。需要及时校准排除误差。



    仪器参数问题,随着科技的发展,存在新仪器和旧仪器同时分析样品的情况,新仪器投用前需要与旧仪器进行数据比对,排除参数优化后对数据的影响,将偏差控制在允许的范围内,定期制定设备比对计划。
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