液化石油气瓶智能自截止角阀及其物联网解决方案

2020-07-08柳日强

应用能源技术 2020年6期

柳日强

(荣成港华燃气有限公司，荣成 264300)

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近年来随着管道天然气、瓶装液化石油气使用的普及，一些城镇相继发生天然气、液化石油气泄漏爆炸的重大事故，给人民群众生命财产安全造成重大损失，暴露出城镇安全管理存在不少漏洞和短板。尤其是我国城镇家庭、小饭店使用液化石油气瓶的用户众多，其中许多用户使用超期未检的液化石油气瓶以及违规使用液化气。因此，要想彻底扭转目前气瓶安全监督管理的混乱局面，有效遏制液化石油气瓶爆炸事故发生，必须正视现实，分析清原因，探索在市场经济条件下真正有效的监管手段和措施，笔者认为首先采用物联网技术设计一种智能自截止角阀液化石油气瓶，以及所组成的液化石油气瓶物联网监管服务系统。

1 一种液化石油气瓶上安装的自截止角阀

设计一种液化石油气瓶上安装的自截止角阀，是解决传统手动角阀容易误操作而引起燃气泄漏，以及无法形成智能的液化石油气瓶使用的信息化阀门。

自截止角阀本体、RFID电子标签垫、密封螺塞、密封体、小弹簧、主杆阀瓣、本体阀座、针杆阀瓣、主杆阀座、主杆阀瓣弹簧、防护套、管螺纹接头内套所组成的自截止角阀，安装在液化石油气瓶上。日常由小弹簧、主杆阀瓣弹簧和液化石油气瓶内部压力共同作用，主杆阀瓣和本体阀座紧密贴合，针杆阀瓣和主杆阀座紧密贴合，使自截止角阀日常处在常闭关闭状态，有效防止液化气泄漏。

自截止角阀液化石油气瓶在大流量灌装液化气液时，灌装公司员工使用专用的手轮旋塞，手轮旋塞旋和主杆阀顶端接触推动主杆阀往下移动开启主杆阀门。

液化石油气灌装公司在灌装每个液化石油气瓶时，首先通过RFID读写物联网设备读取液化石油气瓶中RFID电子标签身份信息、灌装液化气信息、用户信息等，再进行液化石油气灌装。液化石油气瓶灌装完毕旋出手轮旋塞，液化石油气瓶的自截止角阀会自动关闭主杆阀和针杆阀。尤其是，液化石油气灌装公司在灌装每个液化石油气瓶时，每个液化石油气瓶时所获得的RFID电子标签身份信息、灌装液化气信息、用户信息等数据，传送给液化石油气瓶物联网监管服务运营网站作为基础数据库内容。

2 液化石油气瓶智能自截止角阀开启工作原理

智能自截止角阀开启工作原理，当小功率电磁铁的电磁线圈通电，衔铁和衔铁推杆推动针杆阀瓣下移，针杆阀瓣脱离主杆阀座，此时液化石油气瓶中的燃气通过针杆阀瓣芯杆外径和主杆阀瓣内径之间的空间流动，再经多个通燃气小孔流出角阀接口，角阀接口连接减压阀。当小功率电磁铁的电磁线圈断电，针杆阀瓣通过小弹簧和端螺帽、液化气瓶内压作用，会自动和主杆阀座紧密贴合，针杆阀处在常闭关断状态。

智能控制器的主要功能：

(1)读取液化石油气瓶自截止角阀中RFID电子标签信息，判断RFID电子标签信息；

(2)具备和网桥连接的两线制供电与数字通信共享的现场总线DCPL-Bus;

(3)等待网桥提取用户信息、液化石油气瓶RFID电子标签信息，以及网桥发出燃气使用时间和开启自截止角阀指令；

(4)智能控制器通过DCPL-Bus总线和网桥连接，再通过网桥无线通信NB-IoT或WiFi组成液化石油气瓶物联网监管服务系统。

智能控制器电路采用低功耗、低成本的器件及最简形式的直流电源和数字通信共享的DCPL-Bus总线，其电路原理图，如图1所示。

智能控制器电路是由微处理电路IC1、数字通信调制电路IC2、三端稳压电路IC3、RFID读写芯片IC4、三极管T1、二极管D1-D3、晶振Z1-Z2、电阻R1-R7、电容C1-C14、电感L1-L2、电磁铁线圈CT、RFID收发天线、DCPL-Bus总线接口所组成。其中，智能控制器的DCPL-Bus总线接口通过两线制总线连接网桥，网桥作为主机通过两线制总线向智能控制器从机提供直流电源和数字通信；网桥主机发出的电压调制信号输入数字通信调制电路IC2的Vin端，并由V/F端输出被微处理电路IC1的RXD端所接收；微处理电路IC1的TXD端输出的数字信号，由数字通信调制电路IC2的I/F端接受，并转换成调制的电流I信号，经Vin端电源线回路被网桥所接收；进而主从机通过DCPL-Bus总线完成半双工通信。

由网桥主机通过两线制总线连接智能控制器从机所组成的系统安装在液化石油气瓶自截止角阀上，并通过网桥读取液化石油气瓶自截止角阀中RFID电子标签存储的各类信息、用户信息、智能控制器设备信息等，并校验确定后用户可以在网桥上通过键盘操作设定燃气使用时间，如每一次使用燃气时间设定为15分钟、30分钟、1小时、最大为2小时后，智能控制器的微处理电路IC1通过I/O口、电阻R3-R4、三极管T1、电磁线圈CT，启动本安型电磁铁，打开自截止角阀中针杆阀门使用燃气，并倒计时结束后自动关闭针杆阀门。用户再次使用燃气可再次设定时间。