智能燃气表内置切断阀密封性检测技术

门静聪(大庆中石油昆仑燃气有限公司龙南分公司，黑龙江 大庆 163000)

0 引言

随着经济社会的不断发展，我国对能源的需求日益旺盛。天然气是新时期的优质能源已经得到广泛应用。然而，随着天然气用量和用户数量的不断增加，人们越来越重视天然气的安全使用。天然气在使用过程中，会受到多种因素的影响，导致燃气污染、供应不足或燃气中断等现象，给燃气的安全使用带来了严重的隐患。智能燃气表内置切断阀的密封对燃气安全运行具有重要意义。

1 研究综述

在智能燃气表的运行过程中，内置截止阀是智能燃气表的关键部件，是智能燃气表的核心控制单元。当天然气发生泄漏时，可切断供气干扰，无需电池供电和强磁场，帮助天然气用户管理自己的天然气使用。目前，天然气表截止阀上安装有螺旋传动、蜗杆传动和齿轮传动三种形式。螺杆带动内置截止阀的正反转电机，转轴借助驱动螺杆使驱动螺母和密封盖发生位置改变，从而完成对阀门的切换。蜗杆带动内置截止阀使电机前后转动，并通过转轴传递动能，带动蜗杆带动驱动杆和密封盖，这便是传送阀的工作原理。经过整个团队的不懈努力，研发了一种燃气表专用机电阀，它具有双向平滑齿轮传动装置，这种装置借助了齿轮的传动，可以使打开阀门的门槛大大降低。同时，这种装置的使用会有效地处理工作中存在的额定电流问题，使阀门即使在低能量下也可以开启，能够有效地避免零件的磨损，并在一定程度上解决了阀门泄漏率大的问题[1]。

2 内置截止阀性能要求

在GB/T 6968—2019《膜式燃气表》中，附录c.2.2.5规定了内置截止阀(本标准中简称“控制阀”)性能的具体要求：当内置截止阀关闭，入口压力为4.5～5.0 kPa时，阀有内泄漏量不超过0.55 L/h，内置式截止阀在进行4000次切换后仍能工作，密封阻力仍应满足上述要求。耐腐蚀性：在运转时，机器难免会受到甲苯和异辛烷或水蒸气混合物的侵蚀，这就要求设备应当具有耐侵蚀性。结合以上的要点，我们对内置式截止阀的密封性、耐久性和耐腐蚀性进行了检验，其仍处于关闭状态。因此，对内置式截止阀密封进行高质量、高效率的检测是一项重要的工作。它是保证内置式截止阀质量的重要手段。截止阀泄漏主要有两种：一种是外漏；另一种是内漏。除内置式截止阀外，泄漏是指气体通过内置式截止阀的连接部位或与内外泄漏相结合。内置截止阀的内部泄漏意味着气体在部件状态下开始通过关闭的阀门[2]。

3 内置切断阀密封性检测技术

传统流量计大多采用U型管检测内置截止阀的严密性。通过观察U型管两侧水平高度的变化来判断内置截止阀是否泄漏。传统上，我们会采用人工的方法进行测量，这种方法在一定程度上确实可以满足需求，但是受诸多因素影响也会带来极大的误差，所以由于工作所需的精度极高，人工测量往往无法做到十分精确。此外，长时间的高强度的工作会给测量者带来身体上的不适，还会大大降低工作效率。为了解决这一问题，作者的研发团队在内置切断阀密封性检测技术的基础上进行了自我创新，将这项技术应用于煤气检测，在煤气智能化检测上首开先河[3]。

3.1 设备的内部配置

智能仪表所配备的截止阀密封检测装置包括单片机、温度传感器、压力采集装置、AD转换装置、第一指示灯、行程电磁阀、充气电磁阀、定时器、设定装置等。单片机通过模数转换装置设置输入信号的放大倍数。在仿真中，将数字滤波信号设置器与单片机相连，可以控制不同频率的干扰信号。设置停止充气压力(这属于一个预设值，当达到这个预设值时，设备会停止与充气有关的工作)、检眼镜的持续时间等，行程电磁阀用于固定内置截止阀的位置，避免位置移动进行检测，便于后续操作，并检测充电电磁阀，控制内置截止阀内的充电。时间温度传感器用于采集内部气体的温度数据。内置截止阀将采集到的温度数据发送给单片机，这些数据会对模数转换精度进行一定的弥补。其中，两个指示灯会提示我们密封的合格与否，当第一个灯亮起时，这表明其密封合格，而第二个灯的亮起则代表着密封失效[4]

3.2 过程

在进行检测时，我们通常会需要一定的介质，空气便是我们不二的选择。进入内置截止阀检测程序前离开，在关闭状态下测试内置截止阀。存储在微控制器中的ΔP0的检测过程大致包括：设置合适的P和t值。譬如，将15 kPa作为一个压力的临界点，并设置一个较长的检测时间t，两个微控制器发送行驶电磁阀指令，单片机控制充气电磁阀、内置截止阀1；当内置开关阀内的气压大于或等于预设值时，压力信号在充气压力停止时，通过记录被测设备的压力作为输入信号送至模数转换装置先压P1，保证内置电磁阀进入开关阀，单片机在驱使计时器运转的同时，停止充气工作的进行。随着时间的变化，压力值也不断地变化着，当计时器到达时间的预设值时，记录下此时的压力，并将它计为P2。完成上述操作之后，对P1和P2进行求差处理，这个过程，需要借助微控制器来进行精确求值，从而得到Δp。随后，需要对ΔP和预设值Δp0进行比较，如果Δp0的值小于ΔP，这表明着测试失败，这时第二个指示灯会亮起；当Δp0的值大于或者等于微控制器比较测量的压差ΔP和存储的预设压差Δp0：如果压差小于或等于ΔP时，这表明测试通过，同时，第一个指示灯也会亮起。当取得结果时，这便标志着检测环节的结束[5]。

3.3 并联检测装置

这需要我们进行对内置截止阀密封检测装置进行一定的改良，在加入单片机、压力采集装置、模数转换装置、行程电磁阀、充气电磁阀、第一指示灯和第二指示灯之后，将其改装成差压检测装置。由于它可以控制多个压差检测装置，通过控制相关的压差检测装置来对内置截止阀实现关闭操作也成为了现实。就其检测而言，柔性温度传感器的作用也不可忽视。柔性温度传感器依靠主机这个枢纽作用与压差检测装置进行了连接，实现了互通，保证了它作为一个参数并正常运转其校正功能。此外，定时器也是通过主控制器与各差压检测装置相连。

4 切断阀的结构与工作原理

截止阀的优缺点将直接影响异常气体条件下截止阀的安全性、可靠性和及时性。例如，阀电流过大会轻易产生电火花。截止阀的上密封或下密封还将确定燃气表关闭后，截止阀是否完全安全。本文使用的截止阀是一种先进的两通，无面齿轮传动级，由燃气表专用机电阀的作者和团队研究。基本切断阀的工作原理：在正常使用气体的情况下，切断阀是打开的，气体从进气口流经切断阀的出口和切断阀。当切换阀从内置于燃气表的微电子控制器接收到关闭阀指令时，电力通过其驱动轴通过直流电动机的操作被传递至齿轮传动系统，并且该动力进一步被传输至变速器系统。相反，当需要再次打开切换阀时，微电子控制器将打开阀指令发送到切换阀，直流电动机通过相对于截止阀的反向操作将动力传递到变速箱，直流电电机将动力传递给杆。控制杆用于使密封盖脱离出口，从而恢复气流[6]。

5 结语

燃气表低压安全切断控制技术与燃气表低压传感技术和燃气表安全切断控制技术相结合，该技术的实施可以确保对燃气压力进行实时、有效地监控，并且在气压极低的情况下可自动对燃气完成可靠、安全、及时地切断，防止因低压引起的燃气泄漏，避免发生燃气火灾等安全事故和爆炸事故，保护燃气使用者的人身安全。同时，有利于促进天然气供应企业对安全用气的管理。