物联网技术在室内燃气安全中的探索

张静 李小磊

摘要：针对目前我国燃气安全问题，本文从多角度分析了我国室内燃气安全事故现状及原因。并着重对室内燃气安全问题设计出了一系列基于物联网技术的防范技术措施，旨在防范室内燃气安全事故的发生。本文根据现实生活中物联网的相关技术，设计出基于物联网技术的户内燃气安全管理系统，包括燃气安全保障设备、燃气事故应急处理设备、燃气事故处理系统等。

关键词：燃气安全;燃气安全事故分析;物联网技术

引言

户内燃气安全隐患巨大，对人所造成的伤害难以预测，虽有大量的措施来进行防护，但至今为止仍然收效甚微。最典型的防护措施是燃气报警器，它受环境、人为和机械本身磨损等各种因素影响，往往会报警不及时，从而产生巨大损失。因此，将新兴科技物联网和燃气表结合，建立一个物联网燃气安全预警的体系，可以对户内燃气情况进行检测，实时观察，预防和排除燃气危险，对自己和他人负责。

1室内燃气安全事故原因分析

1.1燃气经营企业负责管理的燃气设施的泄漏

①表前管道泄漏。目前在役的表前燃气管道材料多为镀锌管材和涂塑管材，上述两种材料容易因被包封或者长期处于潮湿环境中而造成锈蚀穿孔，

而引发燃气泄漏。②球阀泄漏。由于本身质量、客户使用不当原因会造成球阀腐蚀、磨损和密封材料老化，从而导致阀门漏气。③燃气表泄漏。中间轴密封件老化会引起燃气表泄漏，一般发生在使用时间较长的燃气表表上，且容易受到温度变化的影响。

1.2客户负责管理的燃气设施的泄漏

①燃气灶具泄漏。一般分为3种情况：一种是燃具在未使用状态下的泄漏，多与灶具阀门中有杂质造成燃气灶具阀门关闭不严和灶具回火有关;第二种是燃气灶具在正常使用状态下的泄漏，如果供气压力超出燃气灶具正常使用时的压力范围，也会导致燃气泄漏;第三种是客户未使用带自动熄火保护装置或自动熄火保护装置失效的灶具，灶具开关使用完未关导致的燃气泄漏;②表后泄漏。主要有4种情况：一是因为客户私自对燃气管道进行拆改以及在燃气管道上悬挂重物造成螺纹连接的管道发生泄漏;二是因燃气管老化龟裂造成的胶管处发生泄露;三是因燃气软管在外力作用下脱落引发的泄漏;四是因老鼠咬破燃气软管导致的泄漏等。

2基于物联网技术的智能燃气检测系统的设计与实现

2.1户内燃气报警器的工作原理

本模块的工作原理是：当燃气报警器介入电源的状态下，燃气报警器内部的空气传感器采集空气信息，将信息转化为电信号并输出到控制系统进行检测。当户内发生煤气泄漏，燃气报警器内部的空气传感器采集到的异常空气信息，将异常信息转化为电信号输出到主控制系统中，主控制系统接收到异常信号后，输出切断指令，电磁切断阀接收到指令后切断燃气。

2.2阈值预警

（1）阈值预警控制系统的功能。通过对燃气在管道中的气体压力进行实时检测，当气体压力出现异常的情况时，设备将会立即切断气源，并通过物联网的专有通信通道将信息传递给人工控制中心进行预警。（2）阈值预警控制系统的工作原理。在物联网中，核心CPU是最为重要的模块，大部分的数据处理都在此处完成。因此可以在物联网燃气表的CPU控制模块中设定安全的燃气界限和阈值。当物联网燃气表内压力传感器采集到的气压超过所设定的最高阈值或低于所设定的最低阈值时，立即切断燃气表，断绝燃气供应，并立即将报警信息通过物联网的专有通信通道传递给人工控制中心，避免爆炸、有害气体蔓延等情况发生，减少对生命健康和财产安全的危害。（3）阈值预警控制系统的优缺点。此方案的好处在于将燃气供应气体的压力限定在一定的范围内，避免出现因压力异常出现燃气泄漏而造成的巨大损失，但其缺点也很明显。如会对一些不可短缺燃气的行业，造成一定的损失的损失，又或者在极端的天气下突然断去户内燃气供应，影响群众供热等。

2.3流量检测控制系统

（1）流量检测控制系统的功能。通过对燃气在管道中流速的实时检测，当流量出现异常大或异常微小的情况时，该设备将会立即切断气源，并通过物联网的专有通信通道将信息传递给人工控制中心进行预警。（2）流量检测控制系统的工作原理。流量检测控制系统由超声波传感器和CPU控制模块组成。超声波传感器负责检测管道中燃气的实时流速;并输出相应的流速数据信号到CPU控制模块;CPU控制模块负责对流速数据的计算并将其换算为流量，再与燃气表标称最大流量及最小流量进行比对，如果出现持续出现超出正常范围的流量，则CPU控制模块负责控制电磁切断阀的进行关闭。（3）本系统工作的异常工况有3种：第一种是异常的燃气流量。异常流量的確定是根据客户家中的燃气灶具，计算出最小流量Qmin和最大流量Qmax，当用户实时的流量Q>Qmax或者Q<Qmin时，CPU控制模块控制电磁切断阀关闭切断气源。第二种是异常的用气时间。利用CPU控制模块分析计算出客户的日常用气规律，取当前时间前10日的日有效用气（有效用气是指日用气量不为零）时间的平均值作为正常用气时间T。，当前用气时间为T，当用气时间T。>0.5T时，CPU控制模块将发出警示音，如果是客户在正常用气，客户可以进行复位，控制系统将重新进行计时，如客户未及时进行复位，当T。>0.6T时CPU控制模块将控制电磁切断阀关闭切断气源。第三种是异常的日用气量。利用数据采集模块和数据分析模块计算出客户的日常用气规律，取当前时间前10日的日有效用气（有效用气是指日用气量不为零）量的平均值作为正常用气量V。，当前用气量为V，当客户用气量V。>0.5V时，CPU控制模块将发出警示音，如果是客户在正常用气，客户可以进行复位，控制系统将重新进行计量，如客户未及时进行复位，当V。>0.6V时，CPU控制模块将控制电磁切断阀关闭切断气源。

3余量预警

余量预警的原理：该方法在于设定总体用量，利用CPU模块对总体用量进行分阶，例如总燃气量为10，分为5个阶段，每个阶段为2，以此为阶梯。当燃气量用到2时警告一次，并利用微信公众号等云端平台程序通知用户。每次余量用完记下数据记录再反馈到云端平台，便于工作人员建立模型，寻求数据合理与否。同时，对分阶的燃气进行阶梯收费，便于工作平台的燃气消费管理。当客户发现燃气消费不合理时也可以及时处理，避免泄漏燃气等问题，为自己带来巨大的损失，以此形成有效防护。同时，物联网燃气表上加入液晶显示屏，显示每一阶段燃气剩量，可让用户注意到燃气的消耗速度是否在合理的范围内。

小结：在大数据时代的今天，在物联网技术高速发展的今天，充分将物联网技术利用在燃气安全领域是非常科学、有效的手段。这种应用有利于提高燃气安全管理的质量和水平;有利于建设和推广燃气安全信息管理网络和监管体系;有利于减少燃气安全事故;有利于保障人民生命财产安全;有利于服务社会生产经济发展。物联网技术必然会成为保障未来燃气安全管理的重要支柱。

参考文献：

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[2]陶陶，梅金东，王小林，王爱国.基于NB-IoT的智能膜式燃气表系统设计与实现[J].计算机测量与控制，2021，29（03）：243-247.