成都秦川科技發(fā)展有限公司 邵澤華

可實現(xiàn)燃氣泄漏檢測的智能燃氣表

成都秦川科技發(fā)展有限公司 邵澤華

通過分析現(xiàn)有各種帶有閥門的膜式燃氣表開關閥控制技術的特點，針對現(xiàn)有遠程開閥技術存在的安全隱患，提出膜式燃氣表應具有安全開閥模式和戶內燃氣安檢模式。通過在膜式燃氣表內部安裝能檢測微小壓差的壓力傳感器，使燃氣表在開閥過程中能夠自動檢測下游管線有無泄漏，將開閥過程中存在的風險降至最低，從而實現(xiàn)安全、可靠地開閥。采用這種具有安全檢測能力的智能燃氣表，輔之以燃氣經營者安全檢測制度的創(chuàng)新，使廣大的燃氣用戶參與到定期逐戶安檢中來，保證管道燃氣經營者和用戶的長期安全。

燃氣泄漏 燃氣表 壓力傳感器 安全切斷

0 引言

我國燃氣能源事業(yè)隨著城鎮(zhèn)化進程的推進得到了空前發(fā)展，相關燃氣技術取得了很大的進步，其消費群體逐漸由城市向鄉(xiāng)鎮(zhèn)普及，極大的方便了人們的生活。雖然我國燃氣管理技術取得了很大的進步，但以往的燃氣安全問題依然存在。伴隨燃氣用戶群體的擴大，燃氣泄漏所引起的中毒、火災甚至爆炸事故相對數(shù)量有所下降，但絕對數(shù)量仍有增長趨勢，由于我國燃氣供應以及人群密集居住的分布特點(燃氣管道鋪設和供應區(qū)域密集、人群密集地居住在小區(qū))，一旦發(fā)生燃氣泄漏問題，會造成重大傷亡和財產損失，往往影響公共安全，造成社會問題。

據(jù)博燃網統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2016年我國共發(fā)生燃氣事故805起，造成1100余人受傷，百余人死亡，其中531起事故為居民用氣事故，90%以上的事故是燃氣泄漏導致的，泄漏原因主要包括膠管老化、燃氣用具超期服役、日常用氣操作不當、忘記關閥等。

對于燃氣行業(yè)的從業(yè)者，應首先關注燃氣使用中存在的潛在安全問題，無論是何種原因造成的燃氣泄漏，燃氣運營商以及燃氣表生產廠商都應當能夠通過技術手段來防范。

當前市場上各種帶有閥門的膜式燃氣表，設置閥門往往是出于商業(yè)目的(閥門存在的意義是為了使燃氣經營者有控制用戶燃氣表通氣和斷氣的能力，保障自身商業(yè)利益)，而非安全考慮，只有具有安全切斷功能的燃氣表的閥門起到了安全功能，但也存在安全隱患：當燃氣經營者利用遠程開關閥技術對燃氣表進行遠程開閥時，若用戶燃氣灶具開關處于開啟狀態(tài)，會造成燃氣泄漏，釀成安全事故。本文介紹 一種內置有燃氣泄漏檢測裝置的智能燃氣表，可實現(xiàn)用戶自主或通過向燃氣經營者申報后對燃氣表及其下游管線可能發(fā)生的燃氣泄漏進行檢測，輔之以燃氣經營者安全檢測制度的創(chuàng)新，在為用戶帶來安全保障的同時，還為燃氣供應商帶來諸多管理便利以及巨大經濟效益。通過燃氣泄漏檢測技術與燃氣表安全切斷技術的結合，實現(xiàn)了燃氣表的燃氣泄漏感知與自動安全切斷功能，有效保障了用戶的長期用氣安全。

1 燃氣泄漏檢測裝置

目前市場上的燃氣表大多通過外接燃氣泄漏報警器來實現(xiàn)對燃氣泄漏的感知，其原理是當空氣中檢測到的可燃氣體達到一定濃度時，會觸發(fā)報警器進行聲光報警。一般的燃氣泄漏報警器存在一定的不足，一是在報警器發(fā)出聲光報警之前，燃氣已經有了一定程度的泄漏，存在安全隱患；二是廚房可能存在由于烹飪產生的乙醇等可燃氣體，被報警器檢測到后，會出現(xiàn)誤報警而關閥，影響用戶正常用氣；三是報警裝置作為電子產品，易老化，使用壽命短。

基于以上不足，筆者研究團隊設想可以通過內置壓力傳感器來實現(xiàn)燃氣泄漏的感知，從根源上保障燃氣用戶的生命財產安全。當前市場上主要存在的壓力傳感器均不適合用在燃氣表內部：機械式體積大，無法安裝于燃氣表內；電子式則需供電，能耗高，使用環(huán)境苛刻，易損壞，斷電后無法正常工作。筆者研究團隊發(fā)明的燃氣表專用壓力傳感器，不僅結構簡單，而且成本低廉，能實現(xiàn)壓力傳感器內置于燃氣表，解決了機械式壓力傳感器無法內置于燃氣表，電子式壓力傳感器能耗高、不可靠等問題。

1.1 燃氣泄漏檢測裝置結構及其工作原理

本安全切斷型智能燃氣表專用壓力傳感器，已獲得國家專利授權(安全切斷型智能燃氣表專用壓力傳感器：ZL201420306746.0)，其結構如圖1所示。燃氣表專用壓力傳感器主要由外殼體，以及外殼體內部設有的壓力傳感皮膜組件、單刀單擲組件以及壓力異常值微調組件組成。

壓力傳感器外殼體主要包括內部中空的上蓋、封閉該上蓋底端的底座以及封閉該上蓋頂端的密封蓋。外殼體具有燃氣進氣口和空氣泄氣口。燃氣進氣口與燃氣出氣筒連接，當燃氣表內通入燃氣時，燃氣能夠通過燃氣進氣口進入壓力傳感器內部的第一腔室，其相對氣壓與燃氣供氣壓力保持一致；空氣泄氣口是連通外部空氣與壓力傳感器第二腔室的接口，保持第二腔室的壓力與外部空氣壓力相同，其相對氣壓為零。需要說明的是，由于圖1剖切面選擇的關系，空氣泄氣口不能直接展現(xiàn)出來，為便于理解，在圖1中用虛線表示其設置位置。

圖1 壓力傳感器的結構

壓力傳感皮膜組件主要由皮膜片與皮膜板共同組成。壓力傳感皮膜組件將外殼體分隔為第一腔室與第二腔室兩部分，并利用第一腔室與第二腔室中微調彈簧的壓力差來控制單刀單擲開關的斷開或閉合。具體為壓力傳感皮膜組件所受到的力來自于第一腔室的燃氣供氣壓力和第二腔室中微調彈簧的壓力的合力，在合力的作用下壓力傳感皮膜組件會通過位置的調整來實現(xiàn)兩個腔室壓力的平衡，而壓力傳感皮膜組件在位置調整過程中會帶動單刀單擲開關組件的閉合或斷開，從而實現(xiàn)異常壓力的感知。

燃氣壓力異常值是通過壓力異常值微調組件進行設定與調節(jié)的。壓力異常值微調組件包含有微調彈簧、微調螺栓、螺紋鑲件、導向柱。在壓力異常值微調組件中，微調螺栓與安裝在上蓋中的螺紋鑲件配合連接，利用螺紋的作用調節(jié)微調螺栓來壓緊或放松微調彈簧，而微調彈簧受壓所形成的壓力即為設定的壓力異常值(本文所設壓力異常值符合《切斷型膜式燃氣表》(CJ/T 449—2014)要求，為0.4 kPa)。當燃氣壓力大于設定的壓力異常值時，第一導電觸點與第二導電觸點分離，燃氣表正常工作；當燃氣壓力小于或等于設定的壓力異常值時，第一導電觸點與第二導電觸點接觸而形成閉合導電回路，將產生電信號而被燃氣表所感知。

如圖1所示，在這個法治體系中，家規(guī)是這邏輯結構的起點，經由家規(guī)和族律又衍生出國法，從而形成了一個“人”字形狀的結構。在三者之間互有交叉，相互融合，形成了“你中有我，我中有你”的密不可分的邏輯體系，體現(xiàn)了中國古代社會管理在理論與實踐、邏輯與歷史的統(tǒng)一。

彈簧片、第一導電觸點及第二導電觸點是單刀單擲開關組件的主要組成部分。除此之外，單刀單擲開關組件還含有支架、壓片、觸片。支架連接著彈簧片和上蓋；觸片連接著第二導電觸點。其中，第一導電觸點為靜觸點，第二導電觸點為動觸點，它們均通過導線與燃氣表的電源連接，當它們相互接觸時，可形成閉合導電回路；反之，當它們相互分離時，導電回路則將處于斷開狀態(tài)。具體過程為：在正常工作條件下，燃氣供氣壓力正常，第一腔室的壓力與燃氣供氣壓力保持一致，并隨燃氣供氣壓力的變化而變化，第一腔室施加給壓力傳感皮膜組件的壓力大于第二腔室中預先設定在微調彈簧上的壓力，此時第一導電觸點與第二導電觸點處于分離狀態(tài)，它們所形成的導電回路是斷開的；在燃氣壓力降低時，第一腔室的壓力也隨之降低，此時為保持力的平衡，壓力傳感皮膜組件在第一腔室與第二腔室微調彈簧之間的壓力差作用下將向底座的方向移動，并帶動第二導電觸點向第一導電觸點靠近，當燃氣壓力降低至預先設定的壓力異常值時，第二導電觸點正好與第一導電觸點接觸，即此時它們所形成的導電回路將處于閉合狀態(tài)，隨即產生電信號被燃氣表微電腦控制器所接收，從而實現(xiàn)燃氣異常低氣壓的感知。

燃氣泄漏檢測裝置需要與安全切斷控制技術相結合才能真正保障用戶的用氣安全。當用戶對燃氣泄漏狀況進行檢測時，若有燃氣泄漏的異常情況發(fā)生，安全切斷控制技術能夠使燃氣表閥門始終處于關閥狀態(tài)，直到故障修復才能正常開閥用氣，其具體控制方式如圖2所示。

圖2 燃氣表泄漏檢測與安全切斷控制技術原理

進入自檢狀態(tài)的燃氣表，切斷閥在微電腦控制器控制下會短暫開閥，隨后關閥，壓力傳感器開始對表內氣壓進行檢測，若在120 s內表內壓力降至0.4 kPa，壓力傳感器會向微電腦控制器發(fā)出氣體異常電信號，微電腦控制器在接收到氣體異常電信號后將拒絕向切斷閥發(fā)出開閥指令，切斷閥會始終處于關閉狀態(tài)，并通過液晶顯示屏、蜂鳴器進行輔助報警，而燃氣公司遠程控制端也可以通過數(shù)據(jù)傳輸模塊接收到報警信息并及時做出處理。

1.2 檢測方法

具有燃氣泄漏檢測裝置的智能燃氣表表體上裝有狀態(tài)恢復按鈕，當燃氣壓力正常時，在確保燃氣表下游所有閥門保持密封的狀態(tài)下，操作復位按鈕可對已經處于關閉狀態(tài)的燃氣表進行安全復位，復位成功即可正常使用燃氣。通過狀態(tài)恢復按鈕用戶在家中即可自行對燃氣表及其下游設備進行檢漏。

使用狀態(tài)恢復按鈕前需要滿足以下條件：燃氣能正常使用，用戶沒有欠費；電源電量要在欠壓值以上；燃氣供應壓力大于0.4 kPa；燃氣表下游管線開關處于關閉狀態(tài)且燃氣表不能檢測到有氣流經過；鎖定后已經解鎖。

以上條件得到滿足后，用戶便可自主或向燃氣經營者申報進行燃氣泄漏檢測，自主檢測具體步驟如下：

(1)先將燃氣表上游燃氣進戶開關關閉，打開燃氣灶開關，消耗燃氣表內燃氣，表內壓力會隨著燃氣的消耗而降低，當表內壓力降至0.4 kPa時，內置壓力傳感器會將氣體異常信號傳輸給微電腦控制器，從而控制閥門關閉；

(2)將燃氣表下游所有燃氣開關關閉，包括燃氣灶，熱水器等燃氣設備開關，打開燃氣表上游燃氣進戶開關，此時燃氣表閥門仍處于關閉狀態(tài)；

(3)按下狀態(tài)恢復按鈕，智能燃氣表將進入自檢狀態(tài)：閥門會短暫開閥，燃氣隨即進入燃氣表及其內置壓力傳感器內，此過程開閥時間大概為2 s，等候時間為10 s，以保證對燃氣表下游充氣；充氣完成后閥門將自動關閉，內置壓力傳感器會對表內氣體壓力進行檢測，時間為120 s。

有時由于燃氣表安裝位置等原因，用戶可能無法對燃氣泄漏進行自主檢測，此時可以利用燃氣表提供的第二條途徑——申報檢測來進行。申報檢測不需要自主檢測那么繁雜的操作，只需事先向燃氣經營者申報或者通過由燃氣經營者提供的軟件，在保證燃氣表下游管線開關關閉的條件下，授權燃氣經營者遠程操作，使燃氣表自動進入燃氣泄漏檢測狀態(tài)。

自檢過程中，若出現(xiàn)燃氣泄漏，壓力傳感器第一腔室的壓力會隨之降低，壓力傳感皮膜組件將向底座的方向移動，并帶動第二導電觸點向第一導電觸點靠近，當表內燃氣壓力降低至預先設定的壓力異常值時，第二導電觸點與第一導電觸點接觸形成的導電回路將處于閉合狀態(tài)，并發(fā)出氣體異常電信號傳輸給微電腦控制器，控制閥門始終處于關閉狀態(tài)，直到故障排除方能正常用氣；若燃氣沒有發(fā)生泄漏，則壓力傳感器第一腔室和壓力傳感器第二腔室處于平衡狀態(tài)，第一導電觸點與第二導電觸點分離，微電腦控制器在沒有接收到氣體異常電信號的情況下，控制閥門正常開閥，用戶能夠正常使用燃氣。

2 燃氣安全檢查制度創(chuàng)新建議

根據(jù)國家及各地方相關法律法規(guī)，燃氣企業(yè)均應實施入戶安全檢查，并在與用戶簽訂用氣安全協(xié)議的過程中，確定入戶安全檢查的時間間隔。但事實上，很多城市燃氣企業(yè)入戶安檢的效果并不十分理想，除了安檢結果真實性受人為因素影響較大外，在安檢過程中還會出現(xiàn)到訪不遇用戶的情況，安檢人員可能需要多次到訪才能完成安檢工作，嚴重影響工作效率。

安裝內置有燃氣泄漏檢測裝置的智能燃氣表將能夠解決這一問題，用戶在家中便可隨時對燃氣泄漏情況進行自主或申報檢測，實時掌握燃氣安全狀況，使得入戶安檢變得簡單高效?；诖?，燃氣經營者可根據(jù)需要修改入戶安全檢查制度：

(1)燃氣經營者可與用戶簽訂協(xié)議，由用戶通過自主檢測或申報檢測，定期向燃氣經營者提交燃氣安全狀態(tài)信息，以代替燃氣經營者上門檢測工作，作為回報，燃氣經營者可為協(xié)議用戶提供一定的價格優(yōu)惠或用氣減免；

(2)燃氣經營者應與用戶互留聯(lián)系方式或提供相應軟件，方便溝通，一來配合用戶燃氣泄漏檢測，二來在用戶未定期發(fā)送燃氣泄漏檢測數(shù)據(jù)時，提醒用戶。

3 結語

燃氣表專用內置壓力傳感器是智能燃氣表的壓力感應單元，是燃氣泄漏檢測技術的關鍵組成部分，關系著燃氣用戶的生命財產安全。本文所介紹的燃氣表內置壓力傳感器一方面打破了傳統(tǒng)機械式壓力開關體積大，不能安裝于燃氣表內的局限；另一方面彌補了電子式壓力開關成本高，在天然氣、煤氣、液化石油氣介質下使用壽命短、易損壞、高能耗的不足。

燃氣使用中還會遇到燃氣低氣壓的狀況，此時燃氣壓力小于正常供氣壓力，燃具無法點火或點火后易熄滅，如果用戶在燃氣使用過程中突然發(fā)生燃氣壓力不足造成燃氣用具熄滅，又未能及時發(fā)現(xiàn)并切斷燃氣開關，則為重大安全事故的發(fā)生埋下了隱患。智能燃氣表內置壓力傳感器不僅可以實現(xiàn)燃氣泄漏檢測，還能實時監(jiān)控燃氣供應壓力，用于燃氣低氣壓感知，當燃氣供應壓力小于0.4 kPa時，會產生異常壓力電信號，與安全切斷技術一同保障用戶的燃氣使用安全。

Intelligent Gas Meter Capable of Realizing Gas Leakage Detection

Chengdu Qinchuan Technology Development Co., Ltd. Shao Zehua

Based on the analysis of valve control technology of existing diaphragm gas meter, this paper states that the membrane type gas meter should have safety valve opening mode and indoor gas security mode, aiming the hidden security trouble in remote valve technology. By installing pressure sensor to detect tiny differential pressure, the gas meter can automatically check if the downstream pipeline leaks, minimize the risk exists in the process. This intelligent gas meter with safety testing capabilities, complemented by gas safety inspection system,could ensure the long-term safety of gas pipeline operators and users.

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