原創： 邵澤華 煤氣與熱力雜志 

作者：邵澤華

第一作者單位：成都秦川物聯網科技股份有限公司

摘自《煤氣與熱力》2017年10月刊

1   概述

為了消除戶內燃氣使用過程中可能出現的安全隱患，歐美、日本及我國曾使用了自閉閥、電磁閥等實現安全切斷。歐美主要采用管道安全閥切斷方式，日本于20世紀90年代末至21世紀初推出了帶有切斷閥的膜式燃氣表。我國主要采用家用燃氣報警器與安全切斷閥相結合的方式或采用自閉閥切斷，目前正在推廣切斷型膜式燃氣表，發布了CJ/T 449—2014《切斷型膜式燃氣表》，作為切斷型膜式燃氣表產品設計和制造的依據。

綜上，目前燃氣安全切斷方式主要有以下4種：家用燃氣報警器與安全切斷閥相結合、自閉閥、切斷型膜式燃氣表、安全切斷型物聯網智能燃氣表。本文對這幾種方式進行探討。

2   家用燃氣報警器與安全切斷閥相結合

2.1  家用燃氣報警器工作原理

家用燃氣報警器與安全切斷閥相結合的方式中，燃氣報警器實現燃氣泄漏報警功能，安全切斷閥實現安全切斷功能。燃氣報警器通常安裝在廚房燃具附近，安全切斷閥安裝在戶內燃氣管道上。

家用燃氣報警器中，核心器件是探測器，其連接在平衡式電橋電路上，探測器對周圍環境中的燃氣濃度進行探測。當周圍環境中有燃氣時，探測器的電阻會根據其濃度不同產生不同變化，平衡電路失衡而產生信號，家用燃氣報警器后級線路對該信號進行處理，使之成為與濃度成比例的電壓信號，經微機處理后輸出控制信號。當燃氣濃度達到報警預設值時，家用燃氣報警器的燃氣報警裝置發出報警信號，同時向安全切斷閥發出脈沖信號，安全切斷閥接收到信號之后切斷氣源，從而有效避免燃氣爆炸事故的發生。

2.2  家用燃氣報警器應用的特點

家用燃氣報警器安裝方便，能夠對膠管老化、燃具故障或其他原因引起的燃氣泄漏起到一定的防護作用，特別是在家中無人的情況下，一旦燃氣發生泄漏，可立即切斷燃氣供給，保證用氣安全，得到了較為廣泛的應用。但根據目前的應用情況來看，家用燃氣報警器存在一定的弊端：①目前市場上的很多切斷閥質量不過關，不能及時切斷燃氣供給。②家用燃氣報警器容易誤報警、不報警，這主要是由于氣敏元件的抗誤報性能不好或選用的電子元器件、印刷板質量差而造成的^［1］。③家用燃氣報警器報警信息與燃氣公司相脫節，不能實現信息的一體化，不利于燃氣公司的管理。

3   自閉閥 

3.1  自閉閥簡述

自閉閥通常安裝在戶內燃氣管道末端，經軟管或金屬波紋管與燃具相連，見圖1，可在管道內燃氣超壓、欠壓、過流時及時自動關閉^［2］，有效避免停復氣過程中由于燃具開關忘關造成的燃氣泄漏，或燃具連接管意外脫落造成的燃氣大量泄漏。自閉閥具有耐磨損、耐腐蝕的特點，無須特別維護。但是自閉閥內具有磁鐵零件，因此使用時應避免強磁干擾。

3.2  自閉閥的工作原理

自閉閥的結構見圖2^［3］。按下提鈕，自閉閥處于關閥狀態。提起提鈕后自閉閥進行自檢，自檢成功后方可開閥，進入正常供氣狀態。此時，進氣壓力和磁力保持平衡，永磁鐵處于懸浮狀態，進氣腔與出氣腔連通，實現正常供氣。當出現失壓時，進氣壓力降低，使上鎖氣片下移與永磁體吸合，主閥瓣封住閥口，阻斷進氣，實現自閉功能。當出現超壓供氣時，進氣壓力瞬間增大，使超壓定值片與永磁鐵分離，下鎖氣片與永磁鐵吸合，副閥瓣封住閥口下部，進氣被阻斷，燃氣管路自動關閉。

1.閥座    2.主閥瓣    3.閥蓋    4.永磁鐵    5.提鈕    6.閥桿    7.上鎖氣片    8.超壓定值片    9.下鎖氣片    10.上氣腔    11.旋塞閥    12.副閥桿    13.副閥瓣    14.閥口

3.3  自閉閥應用的特點

自閉閥對燃氣超壓、欠壓、過流起到了較好的保護作用，被認為是國內首創的較為實用的燃氣安全設備。自閉閥可在超壓、欠壓、過流情況下切斷燃氣供給，并在故障排除之前無法人工復位，因此，自閉閥可保證燃氣公司燃氣管道維修、帶氣作業時的安全^［2］。然而，自閉閥也存在一定的局限性：①對于燃氣使用過程中的切斷，當在戶內燃氣發生微量泄漏或燃具意外熄火時，由于未達到燃氣欠壓關閉條件，自閉閥不能實現有效切斷^［3］。②自閉閥中的閥瓣多采用橡膠膜，自閉閥工作過程屬于機械運動，其中的橡膠膜易老化，若老化后發生微量泄漏，自閉閥本身不能實現安全切斷。

4   切斷型膜式燃氣表 

4.1  切斷型膜式燃氣表簡述

切斷型膜式燃氣表是以膜式燃氣表為基表，內置切斷閥、控制器及其他輔助裝置。切斷型膜式燃氣表可對戶內燃氣流量進行監測，當燃氣流量異常時，如燃氣表使用過程中出現燃氣泄漏、流量過載、異常大流量等異常情況時，控制器輸出信號關閉切斷閥，切斷氣源并報警，保障用戶用氣安全。

4.2  切斷型膜式燃氣表的工作原理

切斷型膜式燃氣表通過信號采集處理電路實時采集流經燃氣表的燃氣量并及時將燃氣量傳輸給燃氣表終端微電腦控制器，當微電腦控制器中的燃氣異常狀態檢測機制檢測到燃氣輸出異常時，燃氣表能夠及時關閉切斷閥，并通過液晶屏、蜂鳴器進行報警。

4.3  切斷型膜式燃氣表應用的特點

切斷型膜式燃氣表集計量功能與安全切斷功能于一體，具有燃氣泄漏切斷報警、流量過載切斷報警、異常大流量切斷報警、異常微小流量切斷報警、持續流量超時切斷報警、燃氣壓力過低切斷報警、長期未使用切斷功能，并具有安全復位功能，較好地解決了燃氣異常使用狀態的安全切斷問題，安全性、可靠性高。切斷型膜式燃氣表也存在一定的安全風險，如：無法對燃氣使用狀態進行實時監控，切斷閥泄漏率過高（CJ/T 449—2014規定切斷閥泄漏率小于等于300 mL/h，要求非常寬松，這對燃氣表下游出現漏氣不能起到安全切斷作用）等。因此，迫切需要切斷閥泄漏率更低、智能化程度更高的燃氣表來保障燃氣使用的安全性。

5   安全切斷型物聯網智能燃氣表 

5.1  安全切斷型物聯網智能燃氣表簡述

安全切斷型物聯網智能燃氣表是筆者及團隊研發出的具有安全切斷功能的智能燃氣表，該燃氣表集計量、切斷、管理功能于一體，能及時對燃氣異常使用進行安全切斷，杜絕火災及爆炸等危險事故的發生，真正實現了智慧用氣。產品具備長期未使用切斷報警、異常小流量報警、持續流量超時切斷報警等12種安全切斷功能，見圖3。以燃氣泄漏為例，家用燃氣發生泄漏的主要原因有：燃氣表與軟管的連接處泄漏、燃具與軟管之間的連接處泄漏、軟管自身的老化破損泄漏、燃具故障泄漏，安全切斷型物聯網智能燃氣表在這些情況下均可實現安全切斷。

5.2  安全切斷型物聯網智能燃氣表的工作原理

安全切斷型物聯網智能燃氣表的安全切斷功能是通過對象平臺、傳感網絡平臺、管理平臺、服務平臺和用戶平臺來完成的^［4］。其安全切斷技術的工作原理與文獻［5］基本相同，只是安全切斷型物聯網智能燃氣表在安全切斷型智能燃氣表^［5］的基礎上引入了物聯網理論。安全切斷型物聯網智能燃氣表的工作原理如下。

①對象平臺

對象平臺包含感知單元和控制單元，具有感知和控制功能，可實現磁環境感知、燃氣泄漏感知、異常大流量感知等智能感知功能，并通過物聯網技術實現安全切斷功能。

②傳感網絡平臺

傳感網絡平臺包括物聯網智能網關、智能燃氣表通信模塊、公共網絡和燃氣公司通信服務器，其功能是將接收到的感知信息傳輸至管理平臺，實現對象平臺與管理平臺之間的雙向通信。

③管理平臺

管理平臺即燃氣公司管理系統，是實現燃氣公司綜合管理的功能平臺。通過管理平臺可實現對物聯網智能燃氣表系統中的信息的處理、分類、標志解析等，是整個物聯網智能燃氣表系統的綜合管理中心?？纱碛脩魧崿F部分安全切斷功能。

④服務平臺

服務平臺包含燃氣公司服務平臺、政府服務平臺和社會公共網絡服務平臺，其功能是為用戶平臺提供感知服務信息，為燃氣公司管理平臺提供控制服務信息，為用戶服務提供支撐。服務平臺可實現燃氣公司信息的選擇性開放共享，也可以實現政府公共信息或社會公共網絡信息的獲取，為物聯網智能燃氣表系統提供公共服務支撐。

⑤用戶平臺

對象平臺產生的信息依次通過傳感網絡平臺 、管理平臺、服務平臺，到達用戶平臺。用戶平臺指的是用戶終端，用戶可以通過用戶終端獲得信息，用戶終端具有多樣性，包括移動通信終端（如手機）、互聯網終端（如電腦）、專用終端（如自助終端）等。用戶平臺的功能是接收對象平臺傳輸來的燃氣泄漏、壓力異常、長期不使用、長時間使用、磁干擾等預警感知信息，用戶根據實際情況將其轉化為相應的控制信息并發送控制指令，保證用戶的用氣安全。

5.3  安全切斷型物聯網智能燃氣表應用的特點

安全切斷型物聯網智能燃氣表將安全切斷功能與智能管理功能很好地結合起來，提高了燃氣公司的智能管理與安全管理水平，有利于用戶更加安全地使用燃氣^［5］。

安全切斷型物聯網智能燃氣表具有以下特點：

①可實現12種異常狀況的安全切斷功能。

②燃氣公司能夠對用氣情況進行遠程實時監控，能實時掌握每個用戶的燃氣使用狀態，并在出現燃氣使用異常時，根據需要主動實行遠程切斷，實現事前預防與事后控制，保證用戶安全。用戶也可通過燃氣公司的遠程服務系統掌握戶內的安全狀態。

③安全切斷閥門泄漏率低（≤10 mL/h），開關閥電流小，耐用性好，可靠性高。

6   結論

家用燃氣報警器報警濃度受限，且容易誤報警、誤動作，需定期地維護保養和專業檢測，才能發揮好報警作用，因此限制了家用燃氣報警器與安全切斷閥相結合方式的應用。自閉閥一般作為安全切斷的補充，單獨使用無法實現有效的安全切斷。切斷型膜式燃氣表實現了對燃氣泄漏的安全切斷，但無法對燃氣泄漏進行實時監控，且切斷閥泄漏率較高，存在一定的安全風險。安全切斷型物聯網智能燃氣表的安全切斷功能與智能管理功能有機地結合起來，可實現燃氣公司對城市燃氣的智慧化管理，且切斷閥安全可靠，真正實現了安全切斷，是未來燃氣安全切斷技術的發展方向。

參考文獻：

［1］王會師，白麗萍. 北京市居民用戶戶內燃氣安全及相關技術淺析［J］. 城市燃氣，2014（1）：6-7.

［2］李美竹，劉波. 燃氣安全自閉閥的應用［J］. 煤氣與熱力，2009，29（9）：B18-B20.

［3］劉文斌，楊帆. 戶內燃氣安全保護的探討［J］. 煤氣與熱力，2011，31（2）：B13-B14.

［4］邵澤華. 物聯網結構的探索與研究［J］. 物聯網技術，2015 （11）：46-53.

［5］邵澤華，權亞強. 安全切斷型智能燃氣表的安全切斷技術［J］. 煤氣與熱力，2016，36（2）：B25-B26.