民用燃气客户表后管微量泄漏自检报警技术 郭军，康萌 济南港华燃气有限公司 摘自《城市燃气》2021年第十一期
摘要：借助民用智能皮膜表的机电转换、逻辑计算及NB物联网通信技术，通过设置特殊机电转换装置，在表后管微量泄漏情况下，可在短时间内采集多个脉冲信号，经NB表控制模块逻辑判断后，实现NB表对民用燃气客户表后管微量泄漏的自动识别及报警。 关键词：民用户表后管；微量泄漏；自检；报警 1 民用NB智能皮膜表机电转换及NB通信 智能民用皮膜表为体积式燃气表，多采用干簧管或霍尔元件作为机电转换元件，当气体流量超过皮膜表始动流量时，表腔内的传动机构开始运动，并带动表腔外齿轮组转动，齿轮组中安装磁钢的齿轮转动时，经过干簧管或霍尔元件会产生脉冲，脉冲计数器将检测到的脉冲数输入智能模块的处理器，处理器通过记录的脉冲数量及每个脉冲对应的气体体积（脉冲当量）计算出过气量，并可利用表内时钟通过计量两个脉冲之间的时间间隔或记录一定时间间隔内采集到的脉冲数量计算出气体流速，表内控制模块将计算出的流速与设定的微量泄漏值进行比对判定。 经表内控制模块将计算出的流速与设定的微量泄漏值进行后比对后，如计算出的流速在设定的微量泄漏值范围内，控制模块输出微量泄漏报警信息，触发主动通信机制，通过NB通信信道自动上报后台系统。 2 表后管微量泄漏自动识别方案及比较 2种自动识别方案 表具自行识别判断。利用智能表具内的处理器，根据检测到的脉冲数量、脉冲当量计算出气量，表具内的时钟提供了将体积量转换为小时流速所需的时长数据，*后通过与设定报警值的比较，做出识别判断； 系统自行识别判断。微量泄漏的判断由后台系统根据NB表每天定时打包上传小时数据作为小时流速，通过与设定报警值的比较，做出识别判断。 2种自动识别方案优缺点对比 见表1 表1 2种自动识别方案的优缺点 经对比分析，本文采用表具自行识别判断作为表后管微量泄漏自检技术方案。 3 微量泄漏报警值的设定 计算模型 为设定合理的报警上限值，取民用住宅建筑规范规定的*小厨房面积5m2作为计算单元，厨房空间体积定为15m³。为简化计算及适当放大安全系数，计算过程中不考虑空气流通因素。 不同浓度时的泄漏量 (1)燃气浓度达到天然气的爆炸下限（体积比5%）时，燃气累计泄漏量约为750dm³； (2)燃气浓度达到天然气爆炸下限的50%时，燃气累计泄漏量约为376 dm³； (3)燃气浓度达到天然气爆炸下限的20%时，燃气累计泄漏量约为150dm³。 燃气泄漏积聚时长 与其他季节及时间段相比，冬季夜间室内与外部的封闭性*强，空气流通状况*差。结合日常生活起居习惯，取夜间9点至次日早上5点之间（8个小时）时间段作为累计泄漏计算时长。 微量泄漏流速 以8小时作为管道泄漏后在厨房内的积聚时长，推算形成不同燃气浓度的泄漏速率： (1)浓度达到临近天然气的爆炸下限（体积比5%），微量泄漏速率为94dm³/h； (2)浓度达到天然气爆炸下限的50%，微量泄漏速率为48dm³/h； (3)达到临近天然气爆炸下限的20%，微量泄漏速率为18dm³/h。 微量泄漏报警值 (1)报警下限值无法低于表具的始动流量；国家规范规定：G1.6和G2.5民用皮膜表的始动流量分别为：3 dm³/h和 5 dm³/h，报警低限值取6 dm³/h； (2)报警上限值应低于燃气用具*小负荷值，从港华集团了解到，民用灶具单个灶头内环*小火燃烧使用时，用气负荷一般在42~47dm³/h范围； (3)应确保8个小时内微量泄漏积聚的浓度在未达到爆炸下限的20%左右时得以发现。 综合以上因素，将微量泄漏报警值设定在6~20dm³/h（0.006~0.02m³/h）范围内。 4 普通民用NB智能表 普通民用NB表中多采用磁钢和感应元件（霍尔或干簧管）作为机电转换装置，磁钢一般安装在计数齿轮上，感应元件安装在计数齿轮组上下位置。随着磁钢在齿轮组安装位置的不同，普通民用NB智能表分为0.1和0.01两种脉冲当量的NB表。 4.1 当磁钢安装在计数齿轮组百分位齿轮上时，百分位齿轮转动一周，即过气量达到100dm³(即0.1m³)时，产生一个脉冲信号，该表的脉冲当量即为0.1； 4.2 当磁钢安装在计数齿轮组千分位齿轮上时，千分位齿轮转动一周，即过气量达到10dm³(即0.01m³)时，产生一个脉冲信号，该表的脉冲当量即为0.01； 4.3 普通民用NB智能表检测微量泄漏理论时长（见表2）。 表2 不同脉冲当量民用NB智能表 检测微量泄漏的理论时长 普通民用NB智能表自检能力 (1)脉冲当量为0.1的NB表，即使检测较大泄漏（20dm³/h），至少也需要5个小时才能产生一个脉冲信号，在此期间如果客户点火使用，微量泄漏产生的脉冲信号将被屏蔽，故脉冲当量为0.1的NB表不具备实现微量泄漏自检功能； (2)脉冲当量为0.01的NB表，采用两个脉冲信号作为检测周期的话，理论上对大于10dm³/h的微量泄漏，能在1~2个小时左右做出判定，低于10dm³/h的微小泄漏，则判定时间稍长，故脉冲当量为0.01的NB表具备部分微量泄漏自检功能。 5 高精度自检技术 高精度自检技术方案 提高微量泄漏判定精度的途径就是降低脉冲信号对应的气量，即降低脉冲当量值，在较短的时间检测到更多的脉冲信号以便控制模块进行判断，高精度自检技术方案依旧是利用机电转换原理，但单独设计一组用于微量泄漏检测的脉冲信号，经与某皮膜表生产厂家共同探讨，制订了以下解决方案： 在皮膜表传动机构的调速齿轮上加装一组机电转换装置，将调速齿轮转动产生到的脉冲信号作为处理器识别微量泄漏的依据，G1.6皮膜表的容积为1.2 dm³，调速齿轮与基表始动齿轮的直径比为2.5：1，即调速齿轮转一周的体积是3 dm³，厂家在调速齿轮上设有2个磁钢，调速齿轮每转动一周，霍尔传感器检测到2个脉冲信号，即脉冲当量为1.5dm³，脉冲当量显著降低，从而具备了在较短时间内，对微小泄漏（低于10dm³/h的泄漏）、采集多个脉冲信号进行校核判定的能力。为降低误报概率，提高检测准确度，以采集到8个脉冲信号作为判定周期。见图1。 图1 测试试验 我们使用皂膜流量计控制过气流速，模拟6L/h、12L/h 、18L/h、24 L/h四种微量泄漏情景，以采集到8个脉冲信号作为检测周期，对改进后的NB智能表进行测试，通过主站系统记录NB表上传报警信息，测试结果见表3。 表3 改进后NB智能表微量泄漏检测时长 民用NB智能表检测到微量泄漏异常事件后，即刻主动触发与主站的通讯，将微量泄漏事件上报主站并关阀。主站自行生成工单下发相关人员，同时可将疑似微量泄漏信息以短信方式发给客户予以报警提示。 通过试验测试，该技术方案可以实现民用NB智能表对于表后微量泄漏的自检及报警功能。 6 结 语 保证民用燃气客户使用安全是城镇燃气企业必须履行的职责，由于民用燃气客户量大面广，仅依赖于两年一次安检作业很难确保零事故目标的实现。只有广泛借助科技技术的应用，才能降低室内燃气设施风险度，将隐患消除在萌芽状态，实现安全运行
