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[摘 要]影响煤的最高内在水测定的因素很多，其中最主要的因素有调湿器的形状、体积、温度控制精度、湿度调节、压力和硫酸钾饱和溶液的配制方法，正确的选择和掌握好这些条件，才能保证分析结果的真实性和可靠性。
[关键词]煤 最高内在水分 硫酸钾饱和溶液 调湿器 温度 湿度 压力 影响因素
中图分类号：TQ533.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0026-01
前言
煤的在高内在水分又称平衡水，它是指煤的毛细孔达到饱和吸水状态时的水分，也就是煤的饱和水蒸气（相对湿度100%）气氛中达到平衡时除去外在水分以外的水分。
煤的最水分与煤的结构有关，煤的变质程度越低，其最高内在水分越高，反之则相对低。可以利用这种关系研究煤的性质，在我国煤炭分类中，可根据煤的最高内在水计算出恒湿无灰高位发热量，作为煤炭分类的一个辅助指标。因此，准确测定煤的最高内在水分有着十分重要的意义。
一、煤的最高内在水分测定的基本原理
煤样达到饱和吸水后，用恒温纸除去大部分外在水并平铺于样皿中，然后将其放在温度30℃±0.1℃、相对湿度为96%的充氮调湿器内，在常压下达到温度平衡，然后在105-110℃的温度下干燥，以其质量损失的百分数表示煤的最高内在水。
1.1 影响最高内在水分测定的主要因素
煤的最高内在水分测试结果准确与否直接影响到恒湿无灰基高位发热量结果的计算，进而会影响到煤炭分类。从它测定的基本原理中不难看出，影响最高内在水的主要因素有温度、湿度、压力、气氛和调湿器体积形状等，这其中的任何一个条件发生偏离都会影响测试结果。
1.2 温度和湿度的影响
国标中规定，调湿器中的相对湿度为96%，用硫酸钾溶液进行调湿。硫酸钾溶液必须达到饱和状态，即动态平衡，就是在给定的温度和压力下，使气相和液相的温度及压力一致，其分界面为平面，此时达到气—液平衡，同时有一个不随时间变化的恒定值，即相对湿度值，这时的湿度值是均匀的。
由于相对湿度与温度密切相关，恒湿溶液对温度稳定性有严格的要求，这是因为硫酸钾饱和溶液只有在30℃±0.1℃时的水蒸气分压才是4.1kpa（30.6mmhg），即相对湿度为96%—97%。温度的变化可导致温度和测试结果的变化，见表1
从上表可见，温度对湿度和最高内在水的结果影响极大，温度低于30℃时，湿度偏低（低于国标要求），最高内在水测值也偏低；尔温度高于30℃时湿度偏高至顶点，最高内在水也偏高，所以控制好温湿度对结果的准确性及其重要。建议最高内在水分测定仪应配有精准的温湿度表，温度表的分度值应为0.01℃，湿度表精度应为±0.1%。
调湿器内的压力对湿度和最高内在水结果的影响
国标中规定，将样品放入调湿器中后，盖紧调湿器盖，以1L/min的速度向调湿器中通入氮气10min，然后关闭氮气进出口，开始记录调湿时间。在实际操作中，往往忽略了在关闭氮气出口后，调湿器中的压力是否长时间稳定在国标中规定的4.1 kpa，如果高于4.1 kpa，则调湿器中的湿度和最高内在水结果均会受到影响。在对压力进行实时监测时发现，随着压力的增高，硫酸钾饱和溶液的相对湿度降低，反正则增高，见表2。这是因为随着时间的增加，调湿器中的样品不断地进行吸水（抽滤过程中时间过长，过度脱水）和放水（多余的水分未被抽掉），在这个过程中，调湿器内的压力就会发生一些变化，而压力的变化会直接导致硫酸钾饱和溶液所释放的相对湿度也发生变化，从而达不到国标的要求，使试验结果不准确。
所以，在整个实验过程中使调湿器中的压力稳定在4.1 kpa十分重要。笔者通过试验解决了这个问题，方法是：在通完10min氮气后，在氮气出口处套上一个气球（套前将气球囊中的气体全部排出），如果调湿器中的压力过高时，会将多余气体排入气囊中，低时会吸回，这样就有效的保证了压力的恒定。
1.3 调湿器体积和形状对相对湿度的影响
硫酸钾饱和溶液放入调湿器后应在2小时内使湿度达到并平衡在96%为宜，它与硫酸钾饱和溶液的用量、调湿器体积和形状有直接关系，如果调湿器体积过大，而硫酸钾饱和溶液用量小，就会使调湿器内达到96%相对湿度的时间延长，进而会影响试验的周期和结果的准确性。
调湿器的形状应为扁平圆柱状，其高度不宜超过底面直径的1/3，也就是容器内的硫酸钾饱和溶液的自由表面积尽可能大些，因为液相中水分子的蒸发及气相中水分子的凝结都与液相自由表面积有关，尽可能大的自由表面积有助于迅速建立平衡，比如，一个密闭的房间，地上放一桶水和将一桶水洒在地上，其平衡时间是不会一样的，显然，蒸发面积大平衡就快，也更加有利于调湿器内快速达到96%的相对湿度。
1.4 硫酸钾饱和溶液的配制
配制饱和盐溶液要用纯度为分析纯或更高纯度的硫酸钾和纯水，目的是使杂质含量尽可能的低，使产生的湿度点更加准确。硫酸钾应为固体结晶，溶于水中达到溶解平衡后，溶液中看到有固体硫酸钾出现，即为硫酸钾饱和溶液。
在配制时，固体硫酸钾的量要多一些，在30C°时应占液体的2/3左右为佳，以保证温度降低时不结块，温度升高时不会变为非饱和溶液。应边配边充分搅拌，确保溶液是饱和的。可将蒸馏水或去离子水稍微加热，为提高溶解速度。因为硫酸钾饱和溶液中的水会随时间而缓慢蒸发，所以每一个试验周期结束后，都应检查它的饱和状态，适量添加水或硫酸钾，以确保下一个实验时溶液的饱和度。
二、结语
在煤的最高内在水分测定中，使用硫酸钾饱和溶液来制造相对湿度，具有制作方法简单方便、易于配制、造价低廉、湿度点再现性好等特点，但它对温度、压力、容器形状和容器体积关系密切，只有正确的选择和掌握好这些条件，才能得到准确可靠的测试结果。
作者简介：洪军，高级工程师，从事煤质检测工作三十多年，现任东北煤田地质局沈阳测试研究中心化验室主任。工作单位：东北煤田地质局沈阳测试研究中心。
[关键词]煤 最高内在水分 硫酸钾饱和溶液 调湿器 温度 湿度 压力 影响因素
中图分类号：TQ533.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0026-01
前言
煤的在高内在水分又称平衡水，它是指煤的毛细孔达到饱和吸水状态时的水分，也就是煤的饱和水蒸气（相对湿度100%）气氛中达到平衡时除去外在水分以外的水分。
煤的最水分与煤的结构有关，煤的变质程度越低，其最高内在水分越高，反之则相对低。可以利用这种关系研究煤的性质，在我国煤炭分类中，可根据煤的最高内在水计算出恒湿无灰高位发热量，作为煤炭分类的一个辅助指标。因此，准确测定煤的最高内在水分有着十分重要的意义。
一、煤的最高内在水分测定的基本原理
煤样达到饱和吸水后，用恒温纸除去大部分外在水并平铺于样皿中，然后将其放在温度30℃±0.1℃、相对湿度为96%的充氮调湿器内，在常压下达到温度平衡，然后在105-110℃的温度下干燥，以其质量损失的百分数表示煤的最高内在水。
1.1 影响最高内在水分测定的主要因素
煤的最高内在水分测试结果准确与否直接影响到恒湿无灰基高位发热量结果的计算，进而会影响到煤炭分类。从它测定的基本原理中不难看出，影响最高内在水的主要因素有温度、湿度、压力、气氛和调湿器体积形状等，这其中的任何一个条件发生偏离都会影响测试结果。
1.2 温度和湿度的影响
国标中规定，调湿器中的相对湿度为96%，用硫酸钾溶液进行调湿。硫酸钾溶液必须达到饱和状态，即动态平衡，就是在给定的温度和压力下，使气相和液相的温度及压力一致，其分界面为平面，此时达到气—液平衡，同时有一个不随时间变化的恒定值，即相对湿度值，这时的湿度值是均匀的。
由于相对湿度与温度密切相关，恒湿溶液对温度稳定性有严格的要求，这是因为硫酸钾饱和溶液只有在30℃±0.1℃时的水蒸气分压才是4.1kpa（30.6mmhg），即相对湿度为96%—97%。温度的变化可导致温度和测试结果的变化，见表1
从上表可见，温度对湿度和最高内在水的结果影响极大，温度低于30℃时，湿度偏低（低于国标要求），最高内在水测值也偏低；尔温度高于30℃时湿度偏高至顶点，最高内在水也偏高，所以控制好温湿度对结果的准确性及其重要。建议最高内在水分测定仪应配有精准的温湿度表，温度表的分度值应为0.01℃，湿度表精度应为±0.1%。
调湿器内的压力对湿度和最高内在水结果的影响
国标中规定，将样品放入调湿器中后，盖紧调湿器盖，以1L/min的速度向调湿器中通入氮气10min，然后关闭氮气进出口，开始记录调湿时间。在实际操作中，往往忽略了在关闭氮气出口后，调湿器中的压力是否长时间稳定在国标中规定的4.1 kpa，如果高于4.1 kpa，则调湿器中的湿度和最高内在水结果均会受到影响。在对压力进行实时监测时发现，随着压力的增高，硫酸钾饱和溶液的相对湿度降低，反正则增高，见表2。这是因为随着时间的增加，调湿器中的样品不断地进行吸水（抽滤过程中时间过长，过度脱水）和放水（多余的水分未被抽掉），在这个过程中，调湿器内的压力就会发生一些变化，而压力的变化会直接导致硫酸钾饱和溶液所释放的相对湿度也发生变化，从而达不到国标的要求，使试验结果不准确。
所以，在整个实验过程中使调湿器中的压力稳定在4.1 kpa十分重要。笔者通过试验解决了这个问题，方法是：在通完10min氮气后，在氮气出口处套上一个气球（套前将气球囊中的气体全部排出），如果调湿器中的压力过高时，会将多余气体排入气囊中，低时会吸回，这样就有效的保证了压力的恒定。
1.3 调湿器体积和形状对相对湿度的影响
硫酸钾饱和溶液放入调湿器后应在2小时内使湿度达到并平衡在96%为宜，它与硫酸钾饱和溶液的用量、调湿器体积和形状有直接关系，如果调湿器体积过大，而硫酸钾饱和溶液用量小，就会使调湿器内达到96%相对湿度的时间延长，进而会影响试验的周期和结果的准确性。
调湿器的形状应为扁平圆柱状，其高度不宜超过底面直径的1/3，也就是容器内的硫酸钾饱和溶液的自由表面积尽可能大些，因为液相中水分子的蒸发及气相中水分子的凝结都与液相自由表面积有关，尽可能大的自由表面积有助于迅速建立平衡，比如，一个密闭的房间，地上放一桶水和将一桶水洒在地上，其平衡时间是不会一样的，显然，蒸发面积大平衡就快，也更加有利于调湿器内快速达到96%的相对湿度。
1.4 硫酸钾饱和溶液的配制
配制饱和盐溶液要用纯度为分析纯或更高纯度的硫酸钾和纯水，目的是使杂质含量尽可能的低，使产生的湿度点更加准确。硫酸钾应为固体结晶，溶于水中达到溶解平衡后，溶液中看到有固体硫酸钾出现，即为硫酸钾饱和溶液。
在配制时，固体硫酸钾的量要多一些，在30C°时应占液体的2/3左右为佳，以保证温度降低时不结块，温度升高时不会变为非饱和溶液。应边配边充分搅拌，确保溶液是饱和的。可将蒸馏水或去离子水稍微加热，为提高溶解速度。因为硫酸钾饱和溶液中的水会随时间而缓慢蒸发，所以每一个试验周期结束后，都应检查它的饱和状态，适量添加水或硫酸钾，以确保下一个实验时溶液的饱和度。
二、结语
在煤的最高内在水分测定中，使用硫酸钾饱和溶液来制造相对湿度，具有制作方法简单方便、易于配制、造价低廉、湿度点再现性好等特点，但它对温度、压力、容器形状和容器体积关系密切，只有正确的选择和掌握好这些条件，才能得到准确可靠的测试结果。
作者简介：洪军，高级工程师，从事煤质检测工作三十多年，现任东北煤田地质局沈阳测试研究中心化验室主任。工作单位：东北煤田地质局沈阳测试研究中心。