摘要：分析了民用燃氣事故的發(fā)生原因，研究了以戶內燃氣表異常流量為主要監(jiān)測對象的異常流量報警與切斷技術，研制了可實現(xiàn)異常流量切斷與報警的燃氣表(已獲得國家實用新型專利)。

關鍵詞：異常流量；智能燃氣表；IC卡燃氣表；安全切斷；燃氣報警

LIU Jinlan，ZHANG Yueqin

Abstract：Reasons why domestic gas accidents occur are analyzed.The warning and shut-down teehnology for abnormal flow rate of indoor gas meter is studied.A gas meter which can achieve warning and shut-down for abnormal flow rate is developed，and the national utility model patent of the meter is obtained.

Key words：abnormal flow rate；intelligent gas meter；IC gas meter；safety shut-down；gas warning

   近年來，隨著西氣東輸?shù)戎攸c工程的建成投產(chǎn)，管道燃氣行業(yè)蓬勃發(fā)展，居民管道燃氣的普及率不斷提高。然而，由于居民戶內燃氣設施泄漏而引發(fā)的火災爆炸事故不時出現(xiàn)，造成財產(chǎn)損失，甚至人員傷亡。

   通過對一些民用燃氣事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)事故原因主要有以下幾種：①由于膠管過緊、過短、無卡具造成的膠管脫落；②由于膠管老化、違規(guī)安裝、閥門關閉不嚴造成的燃氣泄漏；③人為疏忽使灶具長時間非正常使用導致的燃氣泄漏等。針對這些問題，急需研究出有效的解決方法，確保居民用氣安全。

    IC卡燃氣表、遠傳燃氣表等智能產(chǎn)品不斷推陳出新，個性化進一步細分了產(chǎn)品與市場。在所有的個性化功能中，最能體現(xiàn)客戶利益與燃氣公司需求的是燃氣表的安全檢測與報警功能。

    在國外，僅日本曾研制出一種具備自動切斷功能的燃氣表，該燃氣表的缺點是異常流量參數(shù)值在出廠時即被設定，無法根據(jù)實際使用情況改變參數(shù)設置。在我國的燃氣市場中，針對過流切斷采取的措施大都是利用過流切斷閥(灶前閥的一種)，具有膠管脫落自行關閉功能，由于價格等因素影響，該產(chǎn)品的普及率還比較低。

    因此，針對用戶在使用燃氣過程中可能發(fā)生的各種泄漏，以戶內燃氣表異常流量為主要監(jiān)測對象的異常報警與切斷技術的應用，創(chuàng)造性地在現(xiàn)有燃氣表基礎上增加了全量程安全智能切斷功能，對各種情況下的異常流量進行有效控制。遇突然停氣、超壓、過流、膠管脫落、膠管斷裂或老化而導致的各類流量異常均可實現(xiàn)閥門自動關閉，減少燃氣事故的發(fā)生。這將提高燃氣表使用過程中的安全性能，極大程度地保證戶內燃氣設施與居民用氣的安全，提升燃氣系統(tǒng)的安全級別。

    綜合分析影響居民戶內燃氣安全的因素，進行實驗室模擬實驗，確定主要參數(shù)。居民戶內燃氣安全隱患、涉及參數(shù)及設施見表1。

    由表1可知，各種安全隱患中都涉及了參數(shù)流量和設施燃氣表，因此決定把流量變化和燃氣表結合起來進行分析。對全開雙眼灶具和膠管脫落等不同狀態(tài)下的流量變化進行了實驗測量，用以確定不同安全隱患下流量的變化，并以此作依據(jù)，配合燃氣表達到異常流量安全切斷的目的。

   ① 檢測依據(jù)

   檢測管道內的氣流壓力必須保持相對恒定，實驗室環(huán)境溫度、濕度、大氣壓力等指標參照JJG 577—2005《膜式燃氣表檢定規(guī)程》執(zhí)行。即檢測溫度為(20±2)℃，相對濕度為45%～75%，大氣壓力為86～106kPa。

    ② 檢測項目

    分別選取國內3個知名品牌企業(yè)生產(chǎn)的3種表型(G1.6、G2.5、G4)共27只表進行實驗檢測。模擬狀態(tài)為全開單眼灶具、全開雙眼灶具、膠管脫落狀態(tài)，進行壓力和瞬時流量的檢測。

   ③ 檢測方法

   每只表具在每種實驗狀態(tài)下檢測3次，觀察表具重復性。

   ④ 檢測系統(tǒng)

   檢測工具及設備有：秒表、膠管、鐘罩1臺、U形管3只、雙眼灶具2臺、單眼灶具1臺。檢測系統(tǒng)見圖1。

   ⑤ 檢測結果

   測量壓力為3kPa時G1.6燃氣表在各種狀態(tài)下的燃氣流量見表2。

表2 壓力為3kPa時G1.6燃氣表在各種狀態(tài)下的燃氣流量   m³/h

    本文僅以G1.6燃氣表為例，進行膠管脫落狀態(tài)的分析，提供一種安全隱患狀態(tài)下異常流量值的確定方法。假設某房間尺寸為2.7m×3.3m×2.6m，則體積為23.166m³。由于燃氣爆炸下限為5%，所以該房間內天然氣要累積至1.16m³才能達到危險值。由表1可知，膠管脫落時的燃氣流量為3.18m³/h，而G1.6燃氣表的最大流量為2.5m³/h，故取2.5m³/h為最大瞬時流量，因此最快需要27min才能達到爆炸下限。

    按脈沖當量為0.01m³計算，當流量為2.5m³/h時，燃氣表要經(jīng)過14s才可以檢測到，之后連續(xù)確認3次，則要在56s后檢測確認膠管脫落，進而關閉閥門。流量越大，關閉閥門的時間越短。綜合考慮以上因素，當流量大于等于2.5m³/h時，視為異常流量，開始計時關閥，將關閥時間設定為1min。當檢測到膠管脫落后，將在1min內自動關閥，從根本上保障了居民用戶的用氣安全。

    以上分析只是提供了一種研究思路，還應結合居民用戶用氣方式、使用的燃氣設備等具體情況，進一步分析確定不同情況下的異常流量值并進行設定。

    智能流量異常切斷功能模塊設計見圖2。

    中央控制單元是安全智能燃氣表的核心。通過IC卡讀寫單元將民用燃氣異常流量參數(shù)傳入燃氣表的中央控制單元，并保存到數(shù)據(jù)存儲單元中，作為異常流量的判斷依據(jù)。當前的瞬時流量信號從燃氣表通過機電轉換傳感器讀入到中央控制單元后，由中央控制單元計算出當前燃氣表的瞬時流量值，并與異常流量范圍進行比較。當確認流量異常時，中央控制單元發(fā)出關閥操作信號，閥門關閉，顯示器顯示異常提示，并形成記錄，通過TC卡或無線形式反饋到管理系統(tǒng)，供故障分析。

   智能流量異常切斷功能模塊設計的特點為：①對民用IC卡燃氣表的異常流量超限值進行參數(shù)設定。②自動實時計算流過燃氣表的瞬時流量。③自動識別統(tǒng)計恒流時間。④可設置表內恒流關閥時間、流量異常限值范圍、流量異常統(tǒng)計次數(shù)。⑤自動識別正常流量與異常流量，確保用戶使用燃氣不受干擾。⑥識別測試狀態(tài)與運行狀態(tài)的切換，不會影響置換等操作。

   安全切斷閥是實現(xiàn)安全保護的關鍵部件，為確保流量異常時的安全有效切斷，安全切斷閥選用內置步進電機閥。同電磁閥、直流電機閥相比，步進電機閥具有以下優(yōu)點：①符合本安型防爆規(guī)定。②使用壽命長，不會產(chǎn)生電火花，更安全可靠，非常適合于燃氣行業(yè)。③結構件少，精度高，閥門運行平穩(wěn)，轉速可保持穩(wěn)定。④在堵轉時，步進電機只是線圈電流增大，無機械損壞。⑤啟動電流小，對IC卡表的CPU干擾小。⑥可根據(jù)閥門行程及步距角控制閥門開關到位。⑦閥門關閉且壓力為5kPa時，閥門允許內漏量小于等于0.3dm³/h。⑧可靠開關閥次數(shù)為10×10⁴次以上。

   ① 通過對異常流量的參數(shù)設定與識別轉換，以及根據(jù)用戶實際使用特點進行參數(shù)設定，可以實現(xiàn)多種使用環(huán)境下燃氣表流量異常的自動切斷功能。這一成果完全打破了日本研制的智能燃氣表異常流量參數(shù)僅能在出廠時設定而無法根據(jù)實際情況自行設定的固定模式。

   ② 實現(xiàn)燃氣表異常流量的用戶報警功能，對用戶進行異常流量報警的同時，將用戶的安全初始狀態(tài)、流量異常的原因、時間、分類累計次數(shù)的記錄反饋到燃氣信息管理系統(tǒng)中，提高了燃氣安全管理質量。

    ③ 通過無線遠傳或組網(wǎng)進行數(shù)據(jù)采集可以實現(xiàn)實時報警。

    ④ 在居民區(qū)進行的大量戶內實驗表明，目前該技術在燃氣表上應用是安全可靠的，極大地提高了居民戶內燃氣使用的安全級別。

    ⑤ 應用該技術研制的一種可實現(xiàn)流量異常情況下報警與切斷的燃氣表已經(jīng)獲得國家實用新型專利^[6]。該燃氣表已經(jīng)在大慶燃氣公司進行了推廣應用，有力地保障了居民戶內燃氣的使用安全。

    ⑥ 燃氣表異常流量安全切斷技術的推廣應用將為國內燃氣用戶提供更加安全、智能、便捷的服務，為運行提供先進的市場運作環(huán)境及安全、智能的數(shù)字化管理平臺。

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