改進的葡式樊式法測定煤的適運水分極限研究

李阿衛 張景香 劉亞丹

（1.力鴻檢驗集團有限公司，北京 101318；2.力鴻檢驗集團有限公司唐山分公司，河北 唐山 063611）

1 概述

易流態化貨物在船舶運輸過程中會產生一定的安全隱患，為了保證船舶運輸過程中的安全，《國際海運固體散裝貨物規則》（以下簡稱規則）在不斷地更新和改進，國際海事組織海上安全委員會第98 屆會議通過了規則第 04-17 修正案，將煤不屬于易流態化固體散裝貨物的判定標準，由“小于5 mm 的細粉煤不超過75%”修正為“小于1 mm 的顆粒按重量不超過10%，以及小于10 mm 的顆粒按重量不超過50%”。修正案在規則附錄2 中，新增了適用于煤的改進的葡氏樊氏測試法[1-5]，要求最大尺寸不超過50 mm 的煤的適運水分極限（TML）的檢測，應當按照改進的測試方法測定。

2 試驗

2.1 試驗儀器

吊秤、電子秤、電熱鼓風干燥箱、恒溫水浴鍋、密度瓶、葡式樊式儀、標準篩等。

2.2 樣品采集

依據《商品煤樣人工采取方法》（GB/T 475-2008）采取不少于170 kg 的樣品，樣品包裝確保水分不損失。本次試驗根據煤炭產地不同選取了六個品種，山西煤1、山西煤2、蒙煤1、蒙煤2、混煤1 和混煤2，按其粒度組成屬于A 和B 組，根據規則要求需測定其適運水分極限。

2.3 樣品重組

動力煤的標稱最大粒度一般為50 mm，這就需要按照《國際海運固體散裝貨物規則》要求進行樣品重組。在此過程中，將超過25 mm 的顆粒從樣品中移除并替換為16～25 mm 范圍內的等質量顆粒。通過這一過程，得到用于適運水分極限試驗的重組樣品，其含有的最大顆粒為25 mm。規則中有兩種重組方法，采用方法2 進行樣品重組。

2.4 測定初始水分

依據《煤中全水分的測定方法》（GB/T 211-2017）的方法對2.3 中的一份試驗份測定初始水分。

規則要求易流態化的貨物水分含量低于其適運水分極限時才允許裝運。若某些貨物水分含量超過適運水分極限，須由專門建造或安裝專門設備以限制貨物位移的船舶裝運。

2.5 測定顆粒密度

顆粒密度用于測定繪制沖壓曲線的空隙比（e），依據《土壤顆粒密度的測定》（AS 1289.3.5.1-2006）規則中要求的方法。

2.6 沖壓試驗

將2.3 中的試驗份根據需要依次加入0 ml、150 ml、250 ml、350 ml、450 ml、550 ml、650 ml，加水后平衡12 h，按照規則中的試驗方法依次進行沖壓試驗，分別計算相關量。

2.7 繪制結果圖

根據2.6 的結果繪制沖壓曲線圖（縱坐標為孔隙比e，橫坐標為總水含量W1），同時在此圖上繪制飽和曲線圖，沖壓曲線與70%飽和度（S=70%）線的交點即為該試驗煤樣的適運水分極限。

該試驗程序適用于當煤炭的適宜水分含量（OMC）為70% 飽和度或以上時測定的煤的TML。當OMC 低于70%飽和度時，本試驗程序不適用，且托運人應咨詢有關當局。

當沖壓曲線沒有擴展到70%飽和度（即不相交），試驗表明貨物中的水通過顆粒之間的空隙排出且沒有增加孔隙中的水壓。因此，貨物不會流態化，其分組可歸為B 組。

3 試驗結果

3.1 山西煤1 的適運水分極限

根據《煤中全水分的測定方法》（GB/T 211-2017）測定的山西煤1 的總水含量為8.0%，顆粒密度1.42 g/cm3，試驗溫度為27.0 ℃。根據試驗結果繪制的沖壓曲線與飽和度曲線圖如圖1（飽和度曲線由上到下依次為50%、60%、70%、80%、90%、100%）。

圖1 山西煤1 的適運水分極限圖

由圖1 可知，該煤炭適運水分極限（TML）和適宜水分含量（OMC）均為13.9%，且總水含量（8.0%）小于TML。

3.2 山西煤2 的適運水分極限

根據《煤中全水分的測定方法》（GB/T 211-2017）測定的山西煤2 的總水含量為6.3%，顆粒密度1.47 g/cm3，試驗溫度為26.9 ℃。根據試驗結果繪制的沖壓曲線與飽和度曲線圖如圖2。

圖2 山西煤2 的適運水分極限圖

由圖2 可知，該煤炭適運水分極限為15.4%，總水含量小于適運水分極限，適宜運輸。

3.3 蒙煤1 的適運水分極限

根據《煤中全水分的測定方法》（GB/T 211-2017）測定的蒙煤1 的總水含量為24.2%，顆粒密度1.60 g/cm3，試驗溫度為26.0 ℃。根據試驗結果繪制的沖壓曲線與飽和度曲線圖如圖3。由圖3 可知，該煤炭適運水分極限為27.6%，總水含量小于適運水分極限，適宜運輸。

圖3 蒙煤1 的適運水分極限圖

3.4 蒙煤2 的適運水分極限

根據《煤中全水分的測定方法》（GB/T 211-2017）測定的蒙煤2 的總水含量為15.7%，顆粒密度1.45 g/cm3，試驗溫度為27.0 ℃。根據試驗結果繪制的沖壓曲線與飽和度曲線圖如圖4。

圖4 蒙煤2 的適運水分極限圖

由圖4 可知，該煤炭OMC 小于TML，根據《國際海運固體散裝貨物規則》規定，當OMC 低于沖壓曲線與70%飽和度的交點所對應的總水含量時，本試驗程序不適用。

3.5 混煤1 的適運水分極限

根據《煤中全水分的測定方法》（GB/T 211-2017）測定的混煤1 的總水含量為13.2%，顆粒密度1.46 g/cm3，試驗溫度為26.2 ℃。根據試驗結果繪制的沖壓曲線與飽和度曲線圖如圖5。

圖5 混煤1 的適運水分極限圖

由圖5 可知，沖壓曲線不能延伸到70%飽和度曲線，根據《國際海運固體散裝貨物規則》規定，該批煤炭屬于B 組。該煤炭外觀都是均勻的小顆粒，1～10 mm 占比達到50 %以上，雖然粒度不符合B組要求，但屬于自由排水煤炭，不會形成流態化。

3.6 混煤2 的適運水分極限

根據《煤中全水分的測定方法》（GB/T 211-2017）測定的混煤2 的總水含量為12.4%，顆粒密度1.38 g/cm3，試驗溫度為27.2 ℃。根據試驗結果繪制的沖壓曲線與飽和度曲線圖如圖6。

圖6 混煤2 的適運水分極限圖

由圖6 可知，沖壓曲線不能延伸到70%飽和度曲線，根據《國際海運固體散裝貨物規則》規定，該批煤炭屬于B 組。

4 結論

針對試驗用動力煤，按照粒度組成屬于A 和B組，需要報告其適運水分極限。通過試驗表明，試驗用山西煤和蒙煤1 總水含量小于適運水分極限，符合運輸條件；試驗用蒙煤2 則不符合運輸條件，運輸過程中可能會流態化，需根據有關當局的要求采取相應措施；試驗用混煤雖然粒度不符合B 組，但是通過適運水分極限的試驗證明該類煤炭不會形成流態化貨物，因此劃為B 組。

影響該試驗結果的主要因素為沖壓曲線的繪制過程，加水量要根據不同煤質進行調整，沖壓過程盡量同一人操作，且導向錘和能量錘放置時不能施加任何外力避免過分壓實，能量錘每次下降高度盡量一致，每次沖壓完后去掉加長模時煤樣的填充狀態盡量保持一致，保證每次沖壓完的體積相同。