原創(chuàng)： 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(lián)網(wǎng)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(nèi)燃?xì)馐褂眠^程中可能出現(xiàn)的安全隱患，歐美、日本及我國曾使用了自閉閥、電磁閥等實(shí)現(xiàn)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(jì)90年代末至21世紀(jì)初推出了帶有切斷閥的膜式燃?xì)獗?。我國主要采用家用燃?xì)鈭?bào)警器與安全切斷閥相結(jié)合的方式或采用自閉閥切斷，目前正在推廣切斷型膜式燃?xì)獗?，發(fā)布了CJ/T 449—2014《切斷型膜式燃?xì)獗怼?，作為切斷型膜式燃?xì)獗懋a(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的依據(jù)。

綜上，目前燃?xì)獍踩袛喾绞街饕幸韵?種：家用燃?xì)鈭?bào)警器與安全切斷閥相結(jié)合、自閉閥、切斷型膜式燃?xì)獗?、安全切斷型物?lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗?。本文?duì)這幾種方式進(jìn)行探討。

2   家用燃?xì)鈭?bào)警器與安全切斷閥相結(jié)合

2.1  家用燃?xì)鈭?bào)警器工作原理

家用燃?xì)鈭?bào)警器與安全切斷閥相結(jié)合的方式中，燃?xì)鈭?bào)警器實(shí)現(xiàn)燃?xì)庑孤﹫?bào)警功能，安全切斷閥實(shí)現(xiàn)安全切斷功能。燃?xì)鈭?bào)警器通常安裝在廚房燃具附近，安全切斷閥安裝在戶內(nèi)燃?xì)夤艿郎稀?/span>

家用燃?xì)鈭?bào)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(duì)周圍環(huán)境中的燃?xì)鉂舛冗M(jìn)行探測。當(dāng)周圍環(huán)境中有燃?xì)鈺r(shí)，探測器的電阻會(huì)根據(jù)其濃度不同產(chǎn)生不同變化，平衡電路失衡而產(chǎn)生信號(hào)，家用燃?xì)鈭?bào)警器后級(jí)線路對(duì)該信號(hào)進(jìn)行處理，使之成為與濃度成比例的電壓信號(hào)，經(jīng)微機(jī)處理后輸出控制信號(hào)。當(dāng)燃?xì)鉂舛冗_(dá)到報(bào)警預(yù)設(shè)值時(shí)，家用燃?xì)鈭?bào)警器的燃?xì)鈭?bào)警裝置發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)向安全切斷閥發(fā)出脈沖信號(hào)，安全切斷閥接收到信號(hào)之后切斷氣源，從而有效避免燃?xì)獗ㄊ鹿实陌l(fā)生。

2.2  家用燃?xì)鈭?bào)警器應(yīng)用的特點(diǎn)

家用燃?xì)鈭?bào)警器安裝方便，能夠?qū)δz管老化、燃具故障或其他原因引起的燃?xì)庑孤┢鸬揭欢ǖ姆雷o(hù)作用，特別是在家中無人的情況下，一旦燃?xì)獍l(fā)生泄漏，可立即切斷燃?xì)夤┙o，保證用氣安全，得到了較為廣泛的應(yīng)用。但根據(jù)目前的應(yīng)用情況來看，家用燃?xì)鈭?bào)警器存在一定的弊端：①目前市場上的很多切斷閥質(zhì)量不過關(guān)，不能及時(shí)切斷燃?xì)夤┙o。②家用燃?xì)鈭?bào)警器容易誤報(bào)警、不報(bào)警，這主要是由于氣敏元件的抗誤報(bào)性能不好或選用的電子元器件、印刷板質(zhì)量差而造成的^［1］。③家用燃?xì)鈭?bào)警器報(bào)警信息與燃?xì)夤鞠嗝摴?jié)，不能實(shí)現(xiàn)信息的一體化，不利于燃?xì)夤镜墓芾怼?/span>

3   自閉閥 

3.1  自閉閥簡述

自閉閥通常安裝在戶內(nèi)燃?xì)夤艿滥┒耍?jīng)軟管或金屬波紋管與燃具相連，見圖1，可在管道內(nèi)燃?xì)獬瑝骸⑶穳?、過流時(shí)及時(shí)自動(dòng)關(guān)閉^［2］，有效避免停復(fù)氣過程中由于燃具開關(guān)忘關(guān)造成的燃?xì)庑孤?，或燃具連接管意外脫落造成的燃?xì)獯罅啃孤?。自閉閥具有耐磨損、耐腐蝕的特點(diǎn)，無須特別維護(hù)。但是自閉閥內(nèi)具有磁鐵零件，因此使用時(shí)應(yīng)避免強(qiáng)磁干擾。

3.2  自閉閥的工作原理

自閉閥的結(jié)構(gòu)見圖2^［3］。按下提鈕，自閉閥處于關(guān)閥狀態(tài)。提起提鈕后自閉閥進(jìn)行自檢，自檢成功后方可開閥，進(jìn)入正常供氣狀態(tài)。此時(shí)，進(jìn)氣壓力和磁力保持平衡，永磁鐵處于懸浮狀態(tài)，進(jìn)氣腔與出氣腔連通，實(shí)現(xiàn)正常供氣。當(dāng)出現(xiàn)失壓時(shí)，進(jìn)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(jìn)氣，實(shí)現(xiàn)自閉功能。當(dāng)出現(xiàn)超壓供氣時(shí)，進(jìn)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(jìn)氣被阻斷，燃?xì)夤苈纷詣?dòng)關(guān)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(yīng)用的特點(diǎn)

自閉閥對(duì)燃?xì)獬瑝骸⑶穳?、過流起到了較好的保護(hù)作用，被認(rèn)為是國內(nèi)首創(chuàng)的較為實(shí)用的燃?xì)獍踩O(shè)備。自閉閥可在超壓、欠壓、過流情況下切斷燃?xì)夤┙o，并在故障排除之前無法人工復(fù)位，因此，自閉閥可保證燃?xì)夤救細(xì)夤艿谰S修、帶氣作業(yè)時(shí)的安全^［2］。然而，自閉閥也存在一定的局限性：①對(duì)于燃?xì)馐褂眠^程中的切斷，當(dāng)在戶內(nèi)燃?xì)獍l(fā)生微量泄漏或燃具意外熄火時(shí)，由于未達(dá)到燃?xì)馇穳宏P(guān)閉條件，自閉閥不能實(shí)現(xiàn)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(jī)械運(yùn)動(dòng)，其中的橡膠膜易老化，若老化后發(fā)生微量泄漏，自閉閥本身不能實(shí)現(xiàn)安全切斷。

4   切斷型膜式燃?xì)獗?/span> 

4.1  切斷型膜式燃?xì)獗砗喪?/span>

切斷型膜式燃?xì)獗硎且阅な饺細(xì)獗頌榛?，?nèi)置切斷閥、控制器及其他輔助裝置。切斷型膜式燃?xì)獗砜蓪?duì)戶內(nèi)燃?xì)饬髁窟M(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)燃?xì)饬髁慨惓r(shí)，如燃?xì)獗硎褂眠^程中出現(xiàn)燃?xì)庑孤?、流量過載、異常大流量等異常情況時(shí)，控制器輸出信號(hào)關(guān)閉切斷閥，切斷氣源并報(bào)警，保障用戶用氣安全。

4.2  切斷型膜式燃?xì)獗淼墓ぷ髟?/span>

切斷型膜式燃?xì)獗硗ㄟ^信號(hào)采集處理電路實(shí)時(shí)采集流經(jīng)燃?xì)獗淼娜細(xì)饬坎⒓皶r(shí)將燃?xì)饬總鬏斀o燃?xì)獗斫K端微電腦控制器，當(dāng)微電腦控制器中的燃?xì)猱惓顟B(tài)檢測機(jī)制檢測到燃?xì)廨敵霎惓r(shí)，燃?xì)獗砟軌蚣皶r(shí)關(guān)閉切斷閥，并通過液晶屏、蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。

4.3  切斷型膜式燃?xì)獗響?yīng)用的特點(diǎn)

切斷型膜式燃?xì)獗砑?jì)量功能與安全切斷功能于一體，具有燃?xì)庑孤┣袛鄨?bào)警、流量過載切斷報(bào)警、異常大流量切斷報(bào)警、異常微小流量切斷報(bào)警、持續(xù)流量超時(shí)切斷報(bào)警、燃?xì)鈮毫^低切斷報(bào)警、長期未使用切斷功能，并具有安全復(fù)位功能，較好地解決了燃?xì)猱惓Ｊ褂脿顟B(tài)的安全切斷問題，安全性、可靠性高。切斷型膜式燃?xì)獗硪泊嬖谝欢ǖ陌踩L(fēng)險(xiǎn)，如：無法對(duì)燃?xì)馐褂脿顟B(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，切斷閥泄漏率過高（CJ/T 449—2014規(guī)定切斷閥泄漏率小于等于300 mL/h，要求非常寬松，這對(duì)燃?xì)獗硐掠纬霈F(xiàn)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?xì)獗韥肀Ｕ先細(xì)馐褂玫陌踩浴?/span>

5   安全切斷型物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗?/span> 

5.1  安全切斷型物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗砗喪?/span>

安全切斷型物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗硎枪P者及團(tuán)隊(duì)研發(fā)出的具有安全切斷功能的智能燃?xì)獗恚撊細(xì)獗砑?jì)量、切斷、管理功能于一體，能及時(shí)對(duì)燃?xì)猱惓Ｊ褂眠M(jìn)行安全切斷，杜絕火災(zāi)及爆炸等危險(xiǎn)事故的發(fā)生，真正實(shí)現(xiàn)了智慧用氣。產(chǎn)品具備長期未使用切斷報(bào)警、異常小流量報(bào)警、持續(xù)流量超時(shí)切斷報(bào)警等12種安全切斷功能，見圖3。以燃?xì)庑孤槔?，家用燃?xì)獍l(fā)生泄漏的主要原因有：燃?xì)獗砼c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(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗碓谶@些情況下均可實(shí)現(xiàn)安全切斷。

5.2  安全切斷型物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗淼墓ぷ髟?/span>

安全切斷型物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗淼陌踩袛喙δ苁峭ㄟ^對(duì)象平臺(tái)、傳感網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、管理平臺(tái)、服務(wù)平臺(tái)和用戶平臺(tái)來完成的^［4］。其安全切斷技術(shù)的工作原理與文獻(xiàn)［5］基本相同，只是安全切斷型物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗碓诎踩袛嘈椭悄苋細(xì)獗?/span>^［5］的基礎(chǔ)上引入了物聯(lián)網(wǎng)理論。安全切斷型物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗淼墓ぷ髟砣缦隆?/span>

①對(duì)象平臺(tái)

對(duì)象平臺(tái)包含感知單元和控制單元，具有感知和控制功能，可實(shí)現(xiàn)磁環(huán)境感知、燃?xì)庑孤└兄惓４罅髁扛兄戎悄芨兄δ?，并通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)安全切斷功能。

②傳感網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

傳感網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)包括物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)、智能燃?xì)獗硗ㄐ拍K、公共網(wǎng)絡(luò)和燃?xì)夤就ㄐ欧?wù)器，其功能是將接收到的感知信息傳輸至管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)象平臺(tái)與管理平臺(tái)之間的雙向通信。

③管理平臺(tái)

管理平臺(tái)即燃?xì)夤竟芾硐到y(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)燃?xì)夤揪C合管理的功能平臺(tái)。通過管理平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗硐到y(tǒng)中的信息的處理、分類、標(biāo)志解析等，是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗硐到y(tǒng)的綜合管理中心?？纱碛脩魧?shí)現(xiàn)部分安全切斷功能。

④服務(wù)平臺(tái)

服務(wù)平臺(tái)包含燃?xì)夤痉?wù)平臺(tái)、政府服務(wù)平臺(tái)和社會(huì)公共網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)，其功能是為用戶平臺(tái)提供感知服務(wù)信息，為燃?xì)夤竟芾砥脚_(tái)提供控制服務(wù)信息，為用戶服務(wù)提供支撐。服務(wù)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)燃?xì)夤拘畔⒌倪x擇性開放共享，也可以實(shí)現(xiàn)政府公共信息或社會(huì)公共網(wǎng)絡(luò)信息的獲取，為物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗硐到y(tǒng)提供公共服務(wù)支撐。

⑤用戶平臺(tái)

對(duì)象平臺(tái)產(chǎn)生的信息依次通過傳感網(wǎng)絡(luò)平臺(tái) 、管理平臺(tái)、服務(wù)平臺(tái)，到達(dá)用戶平臺(tái)。用戶平臺(tái)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(dòng)通信終端（如手機(jī)）、互聯(lián)網(wǎng)終端（如電腦）、專用終端（如自助終端）等。用戶平臺(tái)的功能是接收對(duì)象平臺(tái)傳輸來的燃?xì)庑孤毫Ξ惓?、長期不使用、長時(shí)間使用、磁干擾等預(yù)警感知信息，用戶根據(jù)實(shí)際情況將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的控制信息并發(fā)送控制指令，保證用戶的用氣安全。

5.3  安全切斷型物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗響?yīng)用的特點(diǎn)

安全切斷型物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗韺踩袛喙δ芘c智能管理功能很好地結(jié)合起來，提高了燃?xì)夤镜闹悄芄芾砼c安全管理水平，有利于用戶更加安全地使用燃?xì)?/span>^［5］。

安全切斷型物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗砭哂幸韵绿攸c(diǎn)：

①可實(shí)現(xiàn)12種異常狀況的安全切斷功能。

②燃?xì)夤灸軌驅(qū)τ脷馇闆r進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，能實(shí)時(shí)掌握每個(gè)用戶的燃?xì)馐褂脿顟B(tài)，并在出現(xiàn)燃?xì)馐褂卯惓r(shí)，根據(jù)需要主動(dòng)實(shí)行遠(yuǎn)程切斷，實(shí)現(xiàn)事前預(yù)防與事后控制，保證用戶安全。用戶也可通過燃?xì)夤镜倪h(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)掌握戶內(nèi)的安全狀態(tài)。

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

6   結(jié)論

家用燃?xì)鈭?bào)警器報(bào)警濃度受限，且容易誤報(bào)警、誤動(dòng)作，需定期地維護(hù)保養(yǎng)和專業(yè)檢測，才能發(fā)揮好報(bào)警作用，因此限制了家用燃?xì)鈭?bào)警器與安全切斷閥相結(jié)合方式的應(yīng)用。自閉閥一般作為安全切斷的補(bǔ)充，單獨(dú)使用無法實(shí)現(xiàn)有效的安全切斷。切斷型膜式燃?xì)獗韺?shí)現(xiàn)了對(duì)燃?xì)庑孤┑陌踩袛?，但無法對(duì)燃?xì)庑孤┻M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，且切斷閥泄漏率較高，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。安全切斷型物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗淼陌踩袛喙δ芘c智能管理功能有機(jī)地結(jié)合起來，可實(shí)現(xiàn)燃?xì)夤緦?duì)城市燃?xì)獾闹腔刍芾?，且切斷閥安全可靠，真正實(shí)現(xiàn)了安全切斷，是未來燃?xì)獍踩袛嗉夹g(shù)的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

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