摘要：分析了民用燃气事故的发生原因，研究了以户内燃气表异常流量为主要监测对象的异常流量报警与切断技术，研制了可实现异常流量切断与报警的燃气表(已获得国家实用新型专利)。

关键词：异常流量；智能燃气表；IC卡燃气表；安全切断；燃气报警

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

   近年来，随着西气东输等重点工程的建成投产，管道燃气行业蓬勃发展，居民管道燃气的普及率不断提高。然而，由于居民户内燃气设施泄漏而引发的火灾爆炸事故不时出现，造成财产损失，甚至人员伤亡。

   通过对一些民用燃气事故统计数据进行分析，发现事故原因主要有以下几种：①由于胶管过紧、过短、无卡具造成的胶管脱落；②由于胶管老化、违规安装、阀门关闭不严造成的燃气泄漏；③人为疏忽使灶具长时间非正常使用导致的燃气泄漏等。针对这些问题，急需研究出有效的解决方法，确保居民用气安全。

    IC卡燃气表、远传燃气表等智能产品不断推陈出新，个性化进一步细分了产品与市场。在所有的个性化功能中，最能体现客户利益与燃气公司需求的是燃气表的安全检测与报警功能。

    在国外，仅日本曾研制出一种具备自动切断功能的燃气表，该燃气表的缺点是异常流量参数值在出厂时即被设定，无法根据实际使用情况改变参数设置。在我国的燃气市场中，针对过流切断采取的措施大都是利用过流切断阀(灶前阀的一种)，具有胶管脱落自行关闭功能，由于价格等因素影响，该产品的普及率还比较低。

    因此，针对用户在使用燃气过程中可能发生的各种泄漏，以户内燃气表异常流量为主要监测对象的异常报警与切断技术的应用，创造性地在现有燃气表基础上增加了全量程安全智能切断功能，对各种情况下的异常流量进行有效控制。遇突然停气、超压、过流、胶管脱落、胶管断裂或老化而导致的各类流量异常均可实现阀门自动关闭，减少燃气事故的发生。这将提高燃气表使用过程中的安全性能，极大程度地保证户内燃气设施与居民用气的安全，提升燃气系统的安全级别。

    综合分析影响居民户内燃气安全的因素，进行实验室模拟实验，确定主要参数。居民户内燃气安全隐患、涉及参数及设施见表1。

    由表1可知，各种安全隐患中都涉及了参数流量和设施燃气表，因此决定把流量变化和燃气表结合起来进行分析。对全开双眼灶具和胶管脱落等不同状态下的流量变化进行了实验测量，用以确定不同安全隐患下流量的变化，并以此作依据，配合燃气表达到异常流量安全切断的目的。

   ① 检测依据

   检测管道内的气流压力必须保持相对恒定，实验室环境温度、湿度、大气压力等指标参照JJG 577—2005《膜式燃气表检定规程》执行。即检测温度为(20±2)℃，相对湿度为45%～75%，大气压力为86～106kPa。

    ② 检测项目

    分别选取国内3个知名品牌企业生产的3种表型(G1.6、G2.5、G4)共27只表进行实验检测。模拟状态为全开单眼灶具、全开双眼灶具、胶管脱落状态，进行压力和瞬时流量的检测。

   ③ 检测方法

   每只表具在每种实验状态下检测3次，观察表具重复性。

   ④ 检测系统

   检测工具及设备有：秒表、胶管、钟罩1台、U形管3只、双眼灶具2台、单眼灶具1台。检测系统见图1。

   ⑤ 检测结果

   测量压力为3kPa时G1.6燃气表在各种状态下的燃气流量见表2。

表2 压力为3kPa时G1.6燃气表在各种状态下的燃气流量   m³/h

    本文仅以G1.6燃气表为例，进行胶管脱落状态的分析，提供一种安全隐患状态下异常流量值的确定方法。假设某房间尺寸为2.7m×3.3m×2.6m，则体积为23.166m³。由于燃气爆炸下限为5%，所以该房间内天然气要累积至1.16m³才能达到危险值。由表1可知，胶管脱落时的燃气流量为3.18m³/h，而G1.6燃气表的最大流量为2.5m³/h，故取2.5m³/h为最大瞬时流量，因此最快需要27min才能达到爆炸下限。

    按脉冲当量为0.01m³计算，当流量为2.5m³/h时，燃气表要经过14s才可以检测到，之后连续确认3次，则要在56s后检测确认胶管脱落，进而关闭阀门。流量越大，关闭阀门的时间越短。综合考虑以上因素，当流量大于等于2.5m³/h时，视为异常流量，开始计时关阀，将关阀时间设定为1min。当检测到胶管脱落后，将在1min内自动关阀，从根本上保障了居民用户的用气安全。

    以上分析只是提供了一种研究思路，还应结合居民用户用气方式、使用的燃气设备等具体情况，进一步分析确定不同情况下的异常流量值并进行设定。

    智能流量异常切断功能模块设计见图2。

    中央控制单元是安全智能燃气表的核心。通过IC卡读写单元将民用燃气异常流量参数传入燃气表的中央控制单元，并保存到数据存储单元中，作为异常流量的判断依据。当前的瞬时流量信号从燃气表通过机电转换传感器读入到中央控制单元后，由中央控制单元计算出当前燃气表的瞬时流量值，并与异常流量范围进行比较。当确认流量异常时，中央控制单元发出关阀操作信号，阀门关闭，显示器显示异常提示，并形成记录，通过TC卡或无线形式反馈到管理系统，供故障分析。

   智能流量异常切断功能模块设计的特点为：①对民用IC卡燃气表的异常流量超限值进行参数设定。②自动实时计算流过燃气表的瞬时流量。③自动识别统计恒流时间。④可设置表内恒流关阀时间、流量异常限值范围、流量异常统计次数。⑤自动识别正常流量与异常流量，确保用户使用燃气不受干扰。⑥识别测试状态与运行状态的切换，不会影响置换等操作。

   安全切断阀是实现安全保护的关键部件，为确保流量异常时的安全有效切断，安全切断阀选用内置步进电机阀。同电磁阀、直流电机阀相比，步进电机阀具有以下优点：①符合本安型防爆规定。②使用寿命长，不会产生电火花，更安全可靠，非常适合于燃气行业。③结构件少，精度高，阀门运行平稳，转速可保持稳定。④在堵转时，步进电机只是线圈电流增大，无机械损坏。⑤启动电流小，对IC卡表的CPU干扰小。⑥可根据阀门行程及步距角控制阀门开关到位。⑦阀门关闭且压力为5kPa时，阀门允许内漏量小于等于0.3dm³/h。⑧可靠开关阀次数为10×10⁴次以上。

   ① 通过对异常流量的参数设定与识别转换，以及根据用户实际使用特点进行参数设定，可以实现多种使用环境下燃气表流量异常的自动切断功能。这一成果完全打破了日本研制的智能燃气表异常流量参数仅能在出厂时设定而无法根据实际情况自行设定的固定模式。

   ② 实现燃气表异常流量的用户报警功能，对用户进行异常流量报警的同时，将用户的安全初始状态、流量异常的原因、时间、分类累计次数的记录反馈到燃气信息管理系统中，提高了燃气安全管理质量。

    ③ 通过无线远传或组网进行数据采集可以实现实时报警。

    ④ 在居民区进行的大量户内实验表明，目前该技术在燃气表上应用是安全可靠的，极大地提高了居民户内燃气使用的安全级别。

    ⑤ 应用该技术研制的一种可实现流量异常情况下报警与切断的燃气表已经获得国家实用新型专利^[6]。该燃气表已经在大庆燃气公司进行了推广应用，有力地保障了居民户内燃气的使用安全。

    ⑥ 燃气表异常流量安全切断技术的推广应用将为国内燃气用户提供更加安全、智能、便捷的服务，为运行提供先进的市场运作环境及安全、智能的数字化管理平台。

[1] 苑鹏伟.燃气表系列化参数化设计系统(硕士学位论文)[D].天津：天津大学，2004：7-8.

[2] 于秀丽.智能IC卡燃气表控制装置的研究(硕士学位论文)[D].哈尔滨：东北农业大学，2003：6-9.

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[4] 王伟，冯良.低功耗1C卡智能燃气表的研究与开发[J].煤气与热力，2006，26(4)：31-34.

[5] 姚金龙，杨小光，杨铮.智能语音IC卡燃气表的开发[J].煤气与热力，2009，29(3)：B36-B38.

[6] 张月钦，张维勤，苗永健，等.一种可以实现流量异常情况下报警与切断的燃气表：中国，ZL 2010 2 0254355.0[P].2011-04-20.