浅谈住宅家用燃气表的发展

■ 彭 磊 Peng Lei

1865年11月，上海建成了第一家煤气厂，成为我国最早使用人工煤气的城市。此后150多年的历程中，上海燃气不断发展与壮大。1999年，东海平湖天然气登陆浦东，上海燃气正式进入天然气时代，拉开了燃气清洁化、高效化发展的序幕；并于2015年实现了上海城市管道燃气的全天然气化，家庭用户已逾620万户，并基本完成一户一表工程。

1 前期历史

燃气表从1985年开始大量使用，随着燃气用户的发展，燃气表也经历了数次改造和技术革新。在发展前期，本市普遍使用膜式燃气表（图1）作为住宅家用燃气计量表。

膜式燃气表属于容积式气体流量计，主要由外壳、膜片计量室、分配阀、连杆机构、防止逆转装置、传动机构和计数器等部件组成，其采用柔性膜片计量室方式来测量气体的体积流量。在燃气表进出口两端压力差的作用下，燃气经分配阀交替进入计量室，充满后排向出气口，同时推动计量室内的柔性膜片作往复式运动，通过转换机构将这一充气、排气的循环过程转换成相应的气体体积流量，再通过传动机构传递到计数器，完成燃气累积计量功能。

图1 普通膜式燃气表

普通机械式膜式燃气表具有量程比宽、计量可靠、质量稳定等优点，人工抄表的见表率和准确率均较高，抄表人员亦可同时进行安全检查，曾在长时间内被广泛采用。但随着用户数量的增多和生活作息时间的改变，人工上门抄表的工作量急剧增加，且入户抄表难、见表率低的问题日益突出，不得已只能采用抄表员凭经验估计读数或张贴表格用户自抄读数的形式。燃气表长期处于无监管状态，易被人为拆卸、损坏；同时，用户也因对估计读数有争议而容易引发纠纷，引起收费难等一系列问题。燃气经营企业虽投入了大量的人力、财力、精力，试图改善这一状况，但收效却不甚理想。

2 当今现状

为了解决上述抄表难、收费难等问题，业内技术人员致力于各种智能燃气表的研究与应用，其中，IC卡燃气表（图2）、有线远传燃气表（图3）、无线远传燃气表（图4）、红外数传燃气表（图5）等具有一定的代表性。

2.1 IC卡燃气表

自1995年出现IC卡燃气表后，本市部分燃气经营企业随即启动了IC卡燃气表的试点工作。

2.1.1 IC卡燃气表的构成

IC卡燃气表是以普通膜式燃气表为计量基表，以IC卡为媒体，加装控制器所组成的具有预购气量功能的燃气计量装置。IC卡燃气表利用现代微电子技术、现代传感技术、智能IC卡技术，改变了传统的先使用后付费的缴纳方式，实行一户一表一卡的预付费制。用户持卡到燃气营业网点进行缴费，购入一定的气量，便可获得所购燃气量的使用权限，将此卡插入IC卡燃气表即可使用。在用气的过程中，IC卡记录燃气表的运行情况，自动核减剩余气量，并显示用气量与剩余可用气量等数据。当剩余气量减少至一定值时，发出声光报警提示用户充值，当剩余气量继续减少至预定值后，自动关闭阀门，切断气源。用户需重新购气，方能再次使IC卡燃气表开阀供气。

2.1.2 IC卡燃气表的利弊

IC卡燃气表实现了数据传递、存储及结算交易的功能。先买气后用气的预付费方式，不仅大大降低了燃气经营企业的人工成本，更重要的是缓解了其长期以来垫资供应燃气的经济压力。IC卡燃气表确实在一定程度上缓解了抄表难、收费难的问题，因而在本市部分区域进行了较具规模的推广应用。

然而，随着使用年限的增长，用户对IC卡燃气表的评价褒贬不一。一部分用户亲睐其无需在家里等候抄表和自主充值缴费的便捷，而另外一部分用户觉得其存在弊端，例如：燃气表通常安装于厨房壁柜内，未能听见报警提示导致洗澡、做饭中途突然因欠费而停气；长时间不使用会自动关阀锁死，需重新到燃气营业网点进行开通，过程繁琐耗时；燃气表的故障自我检测和保护功能时有开启，且以代码而非文字显示于液晶屏，很不直观以致用户难以自行排除故障等，造成了使用上的困扰。

图2 IC卡燃气表

图3 有线远传燃气表

图4 无线远传燃气表

图5 红外数传燃气表

同时，IC卡燃气表本身的一些问题也逐渐暴露出来。例如IC卡座及电路不防水，易被腐蚀;接口易受电击造成控制失灵；防攻击性能较差，被破解后导致数据混乱和电路损坏甚至直通，引起气量损失；产品的电子故障率也影响了其工作可靠性。

此外，由于IC卡充值购买的是气量，每当燃气价格即将上调，大量用户集中排队充值，场面较为混乱，甚至需出动警力维持秩序，致使燃气经营企业不得不延长工作时间满足用户充值需求，不仅加重了燃气经营企业的工作压力，且用户购入的燃气实际仍按调价前的气价结算，更使燃气经营企业蒙受了经济上的巨大损失。

2.2 有线远传燃气表

继IC卡燃气表之后，有线远传燃气表逐步面市，部分燃气经营企业开始进行小规模试点的可行性研究。

2.2.1 有线远传燃气表的组成

有线远传燃气表结合应用了计算机技术、电子技术和光电技术，在普通膜式燃气表的计数码盘上，即字轮0～9位置的边缘设置特定标记，利用光电传感器读取特定标记的位置，再通过代码运算，将其转换成燃气表的计量示数，通过数字信号传输出来。

其系统主要由有线远传燃气表、采集器、集中器、手持采集设备、计算机管理系统组成。其中，采集器是用于燃气表的数据采集、数据传输、数据中继的设备；集中器是用于燃气表的数据采集、数据传输、数据管理的设备；手持采集设备是用于对燃气表进行数据采集、数据管理，并可与管理系统进行数据交换的手持设备。有线远传燃气表自其内部的控制电路板引出一根数据通讯线接入采集器，进而与集中器或手持采集设备进行双向通信。

2.2.2 抄表方案

燃气经营企业可根据实际情况，自由灵活地组合抄表方案。

（1）当采用自动抄表方式时，位于住宅小区内的集中器接收到计算机管理系统发出的指令，转换后传给各个楼宇内的采集器。采集器收集其范围内所有的有线远传燃气表信息并向上回传至集中器，再由集中器向上回传至计算机管理系统，从而实现了远传数据收集功能。

（2）当采用人工抄表方式时，抄表人员携带手持采集设备至住宅小区，位于各个楼宇内的采集器接收到手持采集设备发出的指令，收集其范围内所有的有线远传燃气表信息并回传至手持采集设备。抄表人员也可进行点对点抄表，即手持采集设备与单只有线远传燃气表直接进行通信，采集数据。最后由抄表人员将手持采集设备内信息回传至计算机管理系统。

2.2.3 有线远传燃气表的缺陷

但是，经实地勘察与初步经济估算之后，发现该表的实际应用具有较大的难度。由于每只有线远传燃气表均有外接的数据通讯线，且布线质量要求较高，以致工程成本与施工难度较大。一旦施工完毕，检修非常困难，出现接错线、抄错表的情况也较难核查及整改。在使用过程中，数据通讯线易被意外或人为破坏，易老化易被腐蚀，引起触电、火灾事故及雷电引入导致燃气表爆燃等隐患，且故障率不易控制，降低了可靠性，一定程度上限制了有线远传燃气表的发展。综合考虑各方面因素，燃气经营企业在个别小区试点后，最终未采用有线远传燃气表。

2.3 无线远传燃气表

在有线远传燃气表应用的可行性研究中，布线工程带来的制约与弊端较为突出，而无线远传燃气表的问世，无疑为解决该问题带来了希望。

2.3.1 无线远传燃气表的组成

无线远传燃气表是以普通膜式燃气表为计量基表，加装流量信号采集模块、无线射频传输模块、阀门控制模块（可选）及电源管理模块等构成的新型智能燃气表。该系统主要由无线远传燃气表、采集器、集中器、手持采集设备、计算机管理系统组成。与有线远传燃气表最明显的差别是，无线远传燃气表采用内置锂电池或外置干电池或内外电相结合的方式供电，从而无需实施布线工程，降低了施工难度，缩短了工期并节约了成本。燃气经营企业亦可根据实际情况，自由灵活地选择组合抄表方案。

2.3.2 无线远传燃气表的优缺点

无线远传燃气表、采集器及集中器之间的通信采用免费的无线电使用频段，降低了整套系统的运营成本。集中器与计算机管理系统之间的数据传输属于远距离传输，从而选择了GPRS传输方式，虽在运营的过程中会产生一些费用，但也减少了设备维护的费用，且提高了数据传输的可靠性。因具有上述优点，无线远传燃气表经试点后，取得了较良好的效果，并在一定区域内逐步推广应用。

与此同时，无线远传燃气表也暴露出了耐环境能力、防攻击能力等方面的一些问题。因无线抄表频段为免费频段，无需再向国家无线电委员会申请，故该频段用户众多，不仅有不同无线电计量仪表厂家之间的频率干扰，也存在其它领域的民用无线电产品带来的干扰。由于该通信频段受通信距离限制，在无障碍情况下的有效通信距离约在500m左右，而无线远传燃气表通常安装于室内，信号要穿透墙壁等阻碍物，通信距离大大减小。如遇用户无意或有意进行异物遮挡，抄表数据易被屏蔽，导致无法读取数据。此外，通信时发出的无线电波，在特殊情况下也有引爆燃气的可能,存在一定安全隐患。

2.4 红外数传燃气表

红外数传燃气表在部分区域也进行了小规模试点。该表为基于红外光为介质进行双向数据传输的一体化信息智能燃气表，气路和电路采用腔体隔离密封。与无线远传燃气表最显著的区别是，红外数传燃气表遵循一定的红外传输协议，利用红外通信技术传递信息，并通过红外手持器、红外网络终端等方式对其进行充值、查询等远程操作。

2.4.1 红外数传燃气表的使用模式

红外数传燃气表的使用模式有网络和单用户两种方式。

（1）网络模式，即用户到燃气营业网点充值缴费，由工作人员通过计算机管理系统利用网络将系统信息和购气数据传递给住宅小区内的红外网络终端，进而传递给表，并将表的用气数据和工作状态回传给计算机管理系统。对不具备条件设置红外网络终端的区域或少量的零星用户，也可降低首次资金投入，暂时采用单用户模式，待适当时机升级改造。

（2）单用户模式，即用户到燃气营业网点充值缴费，由工作人员通过计算机管理系统利用红外读写器将系统信息和购气数据传递给红外手持器，用户返家使用红外手持器，将系统信息和购气数据传递给表。为保证数据交换的安全，红外信息传递采用信息包的形式，多层多种方法加密，密码由生产厂家、燃气经营企业、计算机管理系统与表位随机所组成，并数据交换中自动动态认证，破解难度大，安全性好。

2.4.2 红外数传燃气表的特点

红外数传燃气表采用微型密封的内置电机阀，电路与气路隔离，电路与环境隔离，控制与操作分离，无易受恶意攻击的接口（如IC卡座等），无易受环境影响及寿命限制的液晶、数码管等显示器件。使用红外线作通讯载波，传播范围和方向可控，不会穿透墙壁对周围用户造成影响，自身亦可有较强的抗干扰性，同时不产生电磁辐射，无引爆燃气的安全隐患。

但是，目前国内红外数传燃气表的生产厂家较少，可供比选的余地不大，大量应用尚未普及，用户对其认知度不高，具有一定抵触情绪。

3 未来展望

随着本市燃气行业改革的不断深入，燃气经营企业已走上安全运行、精细管理、提高服务质量以求效益的生存发展之路。住宅家用燃气表除了质量可靠、计量准确、易于安装维护之外，也向着以下类型发展。

3.1 切断型燃气表

住房和城乡建设部批准发布了《切断型膜式燃气表》（CJ/T 449—2014）行业产品标准，自2014年7月1日起实施。

切断型膜式燃气表是以膜式燃气表为计量基表，内置切断阀、控制器和其他辅助装置组成的具有检测燃气使用状态，遇异常情况可切断燃气并报警的燃气计量装置。

切断型燃气表实时处于侦测状态：①超流量侦测，以备出现燃气管道破裂的情况下及时切断燃气；②超过连续使用时间侦测，防止忘记关闭灶具、热水器等引发危险；③连续长时间微泄漏侦测，防止气路老化破裂引起的安全事故；④超压和低压侦测，防止调压器异常和临时断气回火引发的事故。

切断型燃气表还可主动发现异常并及时处置，第一时间化解险情，从而尽量避免或减少可能发生的人身伤害事故及经济损失，进一步提升燃气安全运营及管理水平。

3.2 物联网燃气表

2014年，国家发改委发布了《关于建立健全居民生活用气阶梯价格制度的指导意见》，在全国范围内推行居民阶梯气价政策。燃气价格大多分为3档，各档气价实行超额累进加价，且部分地区划分了采暖期和非采暖期，在不同时间段根据累计用气量有不同的收费标准。这对燃气表提出了阶梯计价的更高要求。同时，现金支付方式已遭受网上支付、移动支付等全新电子支付方式的强烈冲击，银行转账、充值卡、营业网点柜面等传统的缴费方式已远远不能满足用户对便捷缴费的需求。燃气计量技术正经历着深刻变革，物联网燃气表应运而生。

物联网燃气表属于智能家居的重点示范工程，其集智能实时抄表、远程监控、数据分析、数据服务于一体，是以智能终端为主，云端结合的系统应用和现代服务工程。物联网燃气表通过GSM/GPRS/CDMA无线网络与管理中心通讯，构成物联网燃气表抄表系统。该系统无需采集器、集中器等中间设备即可实现网络抄表、远程控制、网络缴费、故障监测等功能，且为阶梯气价燃气表，可设置多个分界点，多个阶梯气价，支持月度结算、季度结算和年度结算方式。

物联网燃气表的成功推出，有效解决了市场需求，符合阶梯气价改革方向。通过智能燃气表系统，燃气经营企业将在极大程度上解决抄表难、收费难、管理难等问题，实现用户行为信息电子化管理，大大提升抄表准确度，降低人工成本，提升经营效率，及时准确掌握用气数据，是构建未来实现阶梯气价和油气价格联动的必要基础，有效提升了信息化管理水平，并降低了管理运营成本。

燃气表作为一种必备的家用仪表，在增加了通信功能之后，通过将平台数据与用户对接，可为用户提供其他增值服务，从而引领一种全新的商业模式。

4 结语

当前，燃气贸易交接计量的方式有按能量计量和按体积计量两种。我国的燃气体积计量技术及其标准化已经接近国际水平。但作为能源的燃气，人们重点关注的是其热值，即发热量。以能量计量为主，体积计量为辅是国际上通行的计量方式。为了与国际惯例接轨，短期内燃气表仍是以膜式燃气表为基础，向多功能、智能化方向发展；但从长远看来，其被能量计量产品所取代，将是大势所趋。

2009年8月1日起实施的国家标准《天然气能量的测定》（GB/T 22723—2008），标志着在我国天然气能量计量方面正式有法可依，其必将引领燃气计量行业发生深刻的产品变革。当实行能量计量方式后，用户对燃气与电、煤等能源可进行更为直观的比较，便于民众根据自身的经济、环境等条件择优选择合适的能源，政府机构也可以根据能源结构更加明确地引导能源消费。

把握城市燃气发展的趋势和脉搏，牢记肩负的责任与使命，坚持改革与创新，为用户提供优质安全、稳健可靠的服务，是燃气人坚持不懈的追求目标。