燃?xì)獗懋惓Ａ髁堪踩袛嗉夹g(shù)
作者：劉金嵐 張?jiān)職J
來源：大慶中石油昆侖燃?xì)庥邢薰尽?div style="display:none">
評論： 更新日期：2016年10月06日
摘要：分析了民用燃?xì)馐鹿实陌l(fā)生原因，研究了以戶內(nèi)燃?xì)獗懋惓Ａ髁繛橹饕O(jiān)測對象的異常流量報(bào)警與切斷技術(shù)，研制了可實(shí)現(xiàn)異常流量切斷與報(bào)警的燃?xì)獗?已獲得國家實(shí)用新型專利)。
關(guān)鍵詞：異常流量；智能燃?xì)獗恚籌C卡燃?xì)獗?；安全切斷；燃?xì)鈭?bào)警
Safety Shut-down Technology for Abnormal Flow Rate of Gas Meter
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
1 概述
近年來，隨著西氣東輸?shù)戎攸c(diǎn)工程的建成投產(chǎn)，管道燃?xì)庑袠I(yè)蓬勃發(fā)展，居民管道燃?xì)獾钠占奥什粩嗵岣?。然而，由于居民戶?nèi)燃?xì)庠O(shè)施泄漏而引發(fā)的火災(zāi)爆炸事故不時(shí)出現(xiàn)，造成財(cái)產(chǎn)損失，甚至人員傷亡。
通過對一些民用燃?xì)馐鹿式y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(guān)閉不嚴(yán)造成的燃?xì)庑孤?；③人為疏忽使灶具長時(shí)間非正常使用導(dǎo)致的燃?xì)庑孤┑取ａ槍@些問題，急需研究出有效的解決方法，確保居民用氣安全。
2 燃?xì)獗懋惓Ａ髁堪踩袛嗉夹g(shù)
IC卡燃?xì)獗怼⑦h(yuǎn)傳燃?xì)獗淼戎悄墚a(chǎn)品不斷推陳出新，個(gè)性化進(jìn)一步細(xì)分了產(chǎn)品與市場。在所有的個(gè)性化功能中，最能體現(xiàn)客戶利益與燃?xì)夤拘枨蟮氖侨細(xì)獗淼陌踩珯z測與報(bào)警功能。
在國外，僅日本曾研制出一種具備自動(dòng)切斷功能的燃?xì)獗?，該燃?xì)獗淼娜秉c(diǎn)是異常流量參數(shù)值在出廠時(shí)即被設(shè)定，無法根據(jù)實(shí)際使用情況改變參數(shù)設(shè)置。在我國的燃?xì)馐袌鲋?，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(guān)閉功能，由于價(jià)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?xì)膺^程中可能發(fā)生的各種泄漏，以戶內(nèi)燃?xì)獗懋惓Ａ髁繛橹饕O(jiān)測對象的異常報(bào)警與切斷技術(shù)的應(yīng)用，創(chuàng)造性地在現(xiàn)有燃?xì)獗砘A(chǔ)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(jìn)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(dǎo)致的各類流量異常均可實(shí)現(xiàn)閥門自動(dòng)關(guān)閉，減少燃?xì)馐鹿实陌l(fā)生。這將提高燃?xì)獗硎褂眠^程中的安全性能，極大程度地保證戶內(nèi)燃?xì)庠O(shè)施與居民用氣的安全，提升燃?xì)庀到y(tǒng)的安全級別。
2.1 異常流量參數(shù)的確定[1]
綜合分析影響居民戶內(nèi)燃?xì)獍踩囊蛩兀M(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)，確定主要參數(shù)。居民戶內(nèi)燃?xì)獍踩[患、涉及參數(shù)及設(shè)施見表1。
表1 居民戶內(nèi)燃?xì)獍踩[患、涉及參數(shù)及設(shè)施
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安全隱患
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涉及參數(shù)
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可切斷設(shè)施
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可報(bào)警設(shè)施
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膠管脫落
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流量
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燃?xì)獗?、灶前閥、報(bào)警器外置切斷閥
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燃?xì)獗怼?/div>
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燃?xì)庑孤?/div>
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流量
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可燃?xì)怏w
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高壓氣體流入
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壓力、流量
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忘記關(guān)火
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溫度、流量
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報(bào)警器
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由表1可知，各種安全隱患中都涉及了參數(shù)流量和設(shè)施燃?xì)獗?，因此決定把流量變化和燃?xì)獗斫Y(jié)合起來進(jìn)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(jìn)行了實(shí)驗(yàn)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?xì)獗磉_(dá)到異常流量安全切斷的目的。
① 檢測依據(jù)
檢測管道內(nèi)的氣流壓力必須保持相對恒定，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度、濕度、大氣壓力等指標(biāo)參照J(rèn)JG 577—2005《膜式燃?xì)獗頇z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(xiàng)目
分別選取國內(nèi)3個(gè)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(jìn)行壓力和瞬時(shí)流量的檢測。
③ 檢測方法
每只表具在每種實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下檢測3次，觀察表具重復(fù)性。
④ 檢測系統(tǒng)
檢測工具及設(shè)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(jié)果
測量壓力為3kPa時(shí)G1.6燃?xì)獗碓诟鞣N狀態(tài)下的燃?xì)饬髁恳姳?。
表2 壓力為3kPa時(shí)G1.6燃?xì)獗碓诟鞣N狀態(tài)下的燃?xì)饬髁?/strong> m3/h
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狀態(tài)
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全開單眼灶具
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全開雙眼灶具
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膠管脫落
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第1次
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0.53
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0.76
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3.25
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第2次
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0.43
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1.01
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3.15
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第3次
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0.49
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0.74
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3.15
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平均值
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0.48
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0.77
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3.18
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本文僅以G1.6燃?xì)獗頌槔?，進(jìn)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(shè)某房間尺寸為2.7m×3.3m×2.6m，則體積為23.166m3。由于燃?xì)獗ㄏ孪逓?%，所以該房間內(nèi)天然氣要累積至1.16m3才能達(dá)到危險(xiǎn)值。由表1可知，膠管脫落時(shí)的燃?xì)饬髁繛?.18m3/h，而G1.6燃?xì)獗淼淖畲罅髁繛?.5m3/h，故取2.5m3/h為最大瞬時(shí)流量，因此最快需要27min才能達(dá)到爆炸下限。
按脈沖當(dāng)量為0.01m3計(jì)算，當(dāng)流量為2.5m3/h時(shí)，燃?xì)獗硪?jīng)過14s才可以檢測到，之后連續(xù)確認(rèn)3次，則要在56s后檢測確認(rèn)膠管脫落，進(jìn)而關(guān)閉閥門。流量越大，關(guān)閉閥門的時(shí)間越短。綜合考慮以上因素，當(dāng)流量大于等于2.5m3/h時(shí)，視為異常流量，開始計(jì)時(shí)關(guān)閥，將關(guān)閥時(shí)間設(shè)定為1min。當(dāng)檢測到膠管脫落后，將在1min內(nèi)自動(dòng)關(guān)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(yīng)結(jié)合居民用戶用氣方式、使用的燃?xì)庠O(shè)備等具體情況，進(jìn)一步分析確定不同情況下的異常流量值并進(jìn)行設(shè)定。
2.2 智能流量異常切斷功能模塊設(shè)計(jì)[2～5]
智能流量異常切斷功能模塊設(shè)計(jì)見圖2。
中央控制單元是安全智能燃?xì)獗淼暮诵?。通過IC卡讀寫單元將民用燃?xì)猱惓Ａ髁繀?shù)傳入燃?xì)獗淼闹醒肟刂茊卧⒈４娴綌?shù)據(jù)存儲單元中，作為異常流量的判斷依據(jù)。當(dāng)前的瞬時(shí)流量信號從燃?xì)獗硗ㄟ^機(jī)電轉(zhuǎn)換傳感器讀入到中央控制單元后，由中央控制單元計(jì)算出當(dāng)前燃?xì)獗淼乃矔r(shí)流量值，并與異常流量范圍進(jìn)行比較。當(dāng)確認(rèn)流量異常時(shí)，中央控制單元發(fā)出關(guān)閥操作信號，閥門關(guān)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(shè)計(jì)的特點(diǎn)為：①對民用IC卡燃?xì)獗淼漠惓Ａ髁砍拗颠M(jìn)行參數(shù)設(shè)定。②自動(dòng)實(shí)時(shí)計(jì)算流過燃?xì)獗淼乃矔r(shí)流量。③自動(dòng)識別統(tǒng)計(jì)恒流時(shí)間。④可設(shè)置表內(nèi)恒流關(guān)閥時(shí)間、流量異常限值范圍、流量異常統(tǒng)計(jì)次數(shù)。⑤自動(dòng)識別正常流量與異常流量，確保用戶使用燃?xì)獠皇芨蓴_。⑥識別測試狀態(tài)與運(yùn)行狀態(tài)的切換，不會影響置換等操作。
2.3 安全切斷閥的選取
安全切斷閥是實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)的關(guān)鍵部件，為確保流量異常時(shí)的安全有效切斷，安全切斷閥選用內(nèi)置步進(jìn)電機(jī)閥。同電磁閥、直流電機(jī)閥相比，步進(jìn)電機(jī)閥具有以下優(yōu)點(diǎn)：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?xì)庑袠I(yè)。③結(jié)構(gòu)件少，精度高，閥門運(yùn)行平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速可保持穩(wěn)定。④在堵轉(zhuǎn)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)只是線圈電流增大，無機(jī)械損壞。⑤啟動(dòng)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(guān)到位。⑦閥門關(guān)閉且壓力為5kPa時(shí)，閥門允許內(nèi)漏量小于等于0.3dm3/h。⑧可靠開關(guān)閥次數(shù)為10×104次以上。
3 結(jié)論
① 通過對異常流量的參數(shù)設(shè)定與識別轉(zhuǎn)換，以及根據(jù)用戶實(shí)際使用特點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，可以實(shí)現(xiàn)多種使用環(huán)境下燃?xì)獗砹髁慨惓５淖詣?dòng)切斷功能。這一成果完全打破了日本研制的智能燃?xì)獗懋惓Ａ髁繀?shù)僅能在出廠時(shí)設(shè)定而無法根據(jù)實(shí)際情況自行設(shè)定的固定模式。
② 實(shí)現(xiàn)燃?xì)獗懋惓Ａ髁康挠脩魣?bào)警功能，對用戶進(jìn)行異常流量報(bào)警的同時(shí)，將用戶的安全初始狀態(tài)、流量異常的原因、時(shí)間、分類累計(jì)次數(shù)的記錄反饋到燃?xì)庑畔⒐芾硐到y(tǒng)中，提高了燃?xì)獍踩芾碣|(zhì)量。
③ 通過無線遠(yuǎn)傳或組網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警。
④ 在居民區(qū)進(jìn)行的大量戶內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，目前該技術(shù)在燃?xì)獗砩蠎?yīng)用是安全可靠的，極大地提高了居民戶內(nèi)燃?xì)馐褂玫陌踩墑e。
⑤ 應(yīng)用該技術(shù)研制的一種可實(shí)現(xiàn)流量異常情況下報(bào)警與切斷的燃?xì)獗硪呀?jīng)獲得國家實(shí)用新型專利
[6]。該燃?xì)獗硪呀?jīng)在大慶燃?xì)夤具M(jìn)行了推廣應(yīng)用，有力地保障了居民戶內(nèi)燃?xì)獾氖褂冒踩?/div>
⑥ 燃?xì)獗懋惓Ａ髁堪踩袛嗉夹g(shù)的推廣應(yīng)用將為國內(nèi)燃?xì)庥脩籼峁└影踩?、智能、便捷的服?wù)，為運(yùn)行提供先進(jìn)的市場運(yùn)作環(huán)境及安全、智能的數(shù)字化管理平臺。
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