改进的葡式樊式法测定煤的适运水分极限研究

李阿卫 张景香 刘亚丹

（1.力鸿检验集团有限公司，北京 101318；2.力鸿检验集团有限公司唐山分公司，河北 唐山 063611）

1 概述

易流态化货物在船舶运输过程中会产生一定的安全隐患，为了保证船舶运输过程中的安全，《国际海运固体散装货物规则》（以下简称规则）在不断地更新和改进，国际海事组织海上安全委员会第98 届会议通过了规则第 04-17 修正案，将煤不属于易流态化固体散装货物的判定标准，由“小于5 mm 的细粉煤不超过75%”修正为“小于1 mm 的颗粒按重量不超过10%，以及小于10 mm 的颗粒按重量不超过50%”。修正案在规则附录2 中，新增了适用于煤的改进的葡氏樊氏测试法[1-5]，要求最大尺寸不超过50 mm 的煤的适运水分极限（TML）的检测，应当按照改进的测试方法测定。

2 试验

2.1 试验仪器

吊秤、电子秤、电热鼓风干燥箱、恒温水浴锅、密度瓶、葡式樊式仪、标准筛等。

2.2 样品采集

依据《商品煤样人工采取方法》（GB/T 475-2008）采取不少于170 kg 的样品，样品包装确保水分不损失。本次试验根据煤炭产地不同选取了六个品种，山西煤1、山西煤2、蒙煤1、蒙煤2、混煤1 和混煤2，按其粒度组成属于A 和B 组，根据规则要求需测定其适运水分极限。

2.3 样品重组

动力煤的标称最大粒度一般为50 mm，这就需要按照《国际海运固体散装货物规则》要求进行样品重组。在此过程中，将超过25 mm 的颗粒从样品中移除并替换为16～25 mm 范围内的等质量颗粒。通过这一过程，得到用于适运水分极限试验的重组样品，其含有的最大颗粒为25 mm。规则中有两种重组方法，采用方法2 进行样品重组。

2.4 测定初始水分

依据《煤中全水分的测定方法》（GB/T 211-2017）的方法对2.3 中的一份试验份测定初始水分。

规则要求易流态化的货物水分含量低于其适运水分极限时才允许装运。若某些货物水分含量超过适运水分极限，须由专门建造或安装专门设备以限制货物位移的船舶装运。

2.5 测定颗粒密度

颗粒密度用于测定绘制冲压曲线的空隙比（e），依据《土壤颗粒密度的测定》（AS 1289.3.5.1-2006）规则中要求的方法。

2.6 冲压试验

将2.3 中的试验份根据需要依次加入0 ml、150 ml、250 ml、350 ml、450 ml、550 ml、650 ml，加水后平衡12 h，按照规则中的试验方法依次进行冲压试验，分别计算相关量。

2.7 绘制结果图

根据2.6 的结果绘制冲压曲线图（纵坐标为孔隙比e，横坐标为总水含量W1），同时在此图上绘制饱和曲线图，冲压曲线与70%饱和度（S=70%）线的交点即为该试验煤样的适运水分极限。

该试验程序适用于当煤炭的适宜水分含量（OMC）为70% 饱和度或以上时测定的煤的TML。当OMC 低于70%饱和度时，本试验程序不适用，且托运人应咨询有关当局。

当冲压曲线没有扩展到70%饱和度（即不相交），试验表明货物中的水通过颗粒之间的空隙排出且没有增加孔隙中的水压。因此，货物不会流态化，其分组可归为B 组。

3 试验结果

3.1 山西煤1 的适运水分极限

根据《煤中全水分的测定方法》（GB/T 211-2017）测定的山西煤1 的总水含量为8.0%，颗粒密度1.42 g/cm3，试验温度为27.0 ℃。根据试验结果绘制的冲压曲线与饱和度曲线图如图1（饱和度曲线由上到下依次为50%、60%、70%、80%、90%、100%）。

图1 山西煤1 的适运水分极限图

由图1 可知，该煤炭适运水分极限（TML）和适宜水分含量（OMC）均为13.9%，且总水含量（8.0%）小于TML。

3.2 山西煤2 的适运水分极限

根据《煤中全水分的测定方法》（GB/T 211-2017）测定的山西煤2 的总水含量为6.3%，颗粒密度1.47 g/cm3，试验温度为26.9 ℃。根据试验结果绘制的冲压曲线与饱和度曲线图如图2。

图2 山西煤2 的适运水分极限图

由图2 可知，该煤炭适运水分极限为15.4%，总水含量小于适运水分极限，适宜运输。

3.3 蒙煤1 的适运水分极限

根据《煤中全水分的测定方法》（GB/T 211-2017）测定的蒙煤1 的总水含量为24.2%，颗粒密度1.60 g/cm3，试验温度为26.0 ℃。根据试验结果绘制的冲压曲线与饱和度曲线图如图3。由图3 可知，该煤炭适运水分极限为27.6%，总水含量小于适运水分极限，适宜运输。

图3 蒙煤1 的适运水分极限图

3.4 蒙煤2 的适运水分极限

根据《煤中全水分的测定方法》（GB/T 211-2017）测定的蒙煤2 的总水含量为15.7%，颗粒密度1.45 g/cm3，试验温度为27.0 ℃。根据试验结果绘制的冲压曲线与饱和度曲线图如图4。

图4 蒙煤2 的适运水分极限图

由图4 可知，该煤炭OMC 小于TML，根据《国际海运固体散装货物规则》规定，当OMC 低于冲压曲线与70%饱和度的交点所对应的总水含量时，本试验程序不适用。

3.5 混煤1 的适运水分极限

根据《煤中全水分的测定方法》（GB/T 211-2017）测定的混煤1 的总水含量为13.2%，颗粒密度1.46 g/cm3，试验温度为26.2 ℃。根据试验结果绘制的冲压曲线与饱和度曲线图如图5。

图5 混煤1 的适运水分极限图

由图5 可知，冲压曲线不能延伸到70%饱和度曲线，根据《国际海运固体散装货物规则》规定，该批煤炭属于B 组。该煤炭外观都是均匀的小颗粒，1～10 mm 占比达到50 %以上，虽然粒度不符合B组要求，但属于自由排水煤炭，不会形成流态化。

3.6 混煤2 的适运水分极限

根据《煤中全水分的测定方法》（GB/T 211-2017）测定的混煤2 的总水含量为12.4%，颗粒密度1.38 g/cm3，试验温度为27.2 ℃。根据试验结果绘制的冲压曲线与饱和度曲线图如图6。

图6 混煤2 的适运水分极限图

由图6 可知，冲压曲线不能延伸到70%饱和度曲线，根据《国际海运固体散装货物规则》规定，该批煤炭属于B 组。

4 结论

针对试验用动力煤，按照粒度组成属于A 和B组，需要报告其适运水分极限。通过试验表明，试验用山西煤和蒙煤1 总水含量小于适运水分极限，符合运输条件；试验用蒙煤2 则不符合运输条件，运输过程中可能会流态化，需根据有关当局的要求采取相应措施；试验用混煤虽然粒度不符合B 组，但是通过适运水分极限的试验证明该类煤炭不会形成流态化货物，因此划为B 组。

影响该试验结果的主要因素为冲压曲线的绘制过程，加水量要根据不同煤质进行调整，冲压过程尽量同一人操作，且导向锤和能量锤放置时不能施加任何外力避免过分压实，能量锤每次下降高度尽量一致，每次冲压完后去掉加长模时煤样的填充状态尽量保持一致，保证每次冲压完的体积相同。