智能燃氣表內置切斷閥密封性檢測技術

門靜聰(大慶中石油昆侖燃氣有限公司龍南分公司，黑龍江 大慶 163000)

0 引言

隨著經濟社會的不斷發展，我國對能源的需求日益旺盛。天然氣是新時期的優質能源已經得到廣泛應用。然而，隨著天然氣用量和用戶數量的不斷增加，人們越來越重視天然氣的安全使用。天然氣在使用過程中，會受到多種因素的影響，導致燃氣污染、供應不足或燃氣中斷等現象，給燃氣的安全使用帶來了嚴重的隱患。智能燃氣表內置切斷閥的密封對燃氣安全運行具有重要意義。

1 研究綜述

在智能燃氣表的運行過程中，內置截止閥是智能燃氣表的關鍵部件，是智能燃氣表的核心控制單元。當天然氣發生泄漏時，可切斷供氣干擾，無需電池供電和強磁場，幫助天然氣用戶管理自己的天然氣使用。目前，天然氣表截止閥上安裝有螺旋傳動、蝸桿傳動和齒輪傳動三種形式。螺桿帶動內置截止閥的正反轉電機，轉軸借助驅動螺桿使驅動螺母和密封蓋發生位置改變，從而完成對閥門的切換。蝸桿帶動內置截止閥使電機前后轉動，并通過轉軸傳遞動能，帶動蝸桿帶動驅動桿和密封蓋，這便是傳送閥的工作原理。經過整個團隊的不懈努力，研發了一種燃氣表專用機電閥，它具有雙向平滑齒輪傳動裝置，這種裝置借助了齒輪的傳動，可以使打開閥門的門檻大大降低。同時，這種裝置的使用會有效地處理工作中存在的額定電流問題，使閥門即使在低能量下也可以開啟，能夠有效地避免零件的磨損，并在一定程度上解決了閥門泄漏率大的問題[1]。

2 內置截止閥性能要求

在GB/T 6968—2019《膜式燃氣表》中，附錄c.2.2.5規定了內置截止閥(本標準中簡稱“控制閥”)性能的具體要求：當內置截止閥關閉，入口壓力為4.5～5.0 kPa時，閥有內泄漏量不超過0.55 L/h，內置式截止閥在進行4000次切換后仍能工作，密封阻力仍應滿足上述要求。耐腐蝕性：在運轉時，機器難免會受到甲苯和異辛烷或水蒸氣混合物的侵蝕，這就要求設備應當具有耐侵蝕性。結合以上的要點，我們對內置式截止閥的密封性、耐久性和耐腐蝕性進行了檢驗，其仍處于關閉狀態。因此，對內置式截止閥密封進行高質量、高效率的檢測是一項重要的工作。它是保證內置式截止閥質量的重要手段。截止閥泄漏主要有兩種：一種是外漏；另一種是內漏。除內置式截止閥外，泄漏是指氣體通過內置式截止閥的連接部位或與內外泄漏相結合。內置截止閥的內部泄漏意味著氣體在部件狀態下開始通過關閉的閥門[2]。

3 內置切斷閥密封性檢測技術

傳統流量計大多采用U型管檢測內置截止閥的嚴密性。通過觀察U型管兩側水平高度的變化來判斷內置截止閥是否泄漏。傳統上，我們會采用人工的方法進行測量，這種方法在一定程度上確實可以滿足需求，但是受諸多因素影響也會帶來極大的誤差，所以由于工作所需的精度極高，人工測量往往無法做到十分精確。此外，長時間的高強度的工作會給測量者帶來身體上的不適，還會大大降低工作效率。為了解決這一問題，作者的研發團隊在內置切斷閥密封性檢測技術的基礎上進行了自我創新，將這項技術應用于煤氣檢測，在煤氣智能化檢測上首開先河[3]。

3.1 設備的內部配置

智能儀表所配備的截止閥密封檢測裝置包括單片機、溫度傳感器、壓力采集裝置、AD轉換裝置、第一指示燈、行程電磁閥、充氣電磁閥、定時器、設定裝置等。單片機通過模數轉換裝置設置輸入信號的放大倍數。在仿真中，將數字濾波信號設置器與單片機相連，可以控制不同頻率的干擾信號。設置停止充氣壓力(這屬于一個預設值，當達到這個預設值時，設備會停止與充氣有關的工作)、檢眼鏡的持續時間等，行程電磁閥用于固定內置截止閥的位置，避免位置移動進行檢測，便于后續操作，并檢測充電電磁閥，控制內置截止閥內的充電。時間溫度傳感器用于采集內部氣體的溫度數據。內置截止閥將采集到的溫度數據發送給單片機，這些數據會對模數轉換精度進行一定的彌補。其中，兩個指示燈會提示我們密封的合格與否，當第一個燈亮起時，這表明其密封合格，而第二個燈的亮起則代表著密封失效[4]

3.2 過程

在進行檢測時，我們通常會需要一定的介質，空氣便是我們不二的選擇。進入內置截止閥檢測程序前離開，在關閉狀態下測試內置截止閥。存儲在微控制器中的ΔP0的檢測過程大致包括：設置合適的P和t值。譬如，將15 kPa作為一個壓力的臨界點，并設置一個較長的檢測時間t，兩個微控制器發送行駛電磁閥指令，單片機控制充氣電磁閥、內置截止閥1；當內置開關閥內的氣壓大于或等于預設值時，壓力信號在充氣壓力停止時，通過記錄被測設備的壓力作為輸入信號送至模數轉換裝置先壓P1，保證內置電磁閥進入開關閥，單片機在驅使計時器運轉的同時，停止充氣工作的進行。隨著時間的變化，壓力值也不斷地變化著，當計時器到達時間的預設值時，記錄下此時的壓力，并將它計為P2。完成上述操作之后，對P1和P2進行求差處理，這個過程，需要借助微控制器來進行精確求值，從而得到Δp。隨后，需要對ΔP和預設值Δp0進行比較，如果Δp0的值小于ΔP，這表明著測試失敗，這時第二個指示燈會亮起；當Δp0的值大于或者等于微控制器比較測量的壓差ΔP和存儲的預設壓差Δp0：如果壓差小于或等于ΔP時，這表明測試通過，同時，第一個指示燈也會亮起。當取得結果時，這便標志著檢測環節的結束[5]。

3.3 并聯檢測裝置

這需要我們進行對內置截止閥密封檢測裝置進行一定的改良，在加入單片機、壓力采集裝置、模數轉換裝置、行程電磁閥、充氣電磁閥、第一指示燈和第二指示燈之后，將其改裝成差壓檢測裝置。由于它可以控制多個壓差檢測裝置，通過控制相關的壓差檢測裝置來對內置截止閥實現關閉操作也成為了現實。就其檢測而言，柔性溫度傳感器的作用也不可忽視。柔性溫度傳感器依靠主機這個樞紐作用與壓差檢測裝置進行了連接，實現了互通，保證了它作為一個參數并正常運轉其校正功能。此外，定時器也是通過主控制器與各差壓檢測裝置相連。

4 切斷閥的結構與工作原理

截止閥的優缺點將直接影響異常氣體條件下截止閥的安全性、可靠性和及時性。例如，閥電流過大會輕易產生電火花。截止閥的上密封或下密封還將確定燃氣表關閉后，截止閥是否完全安全。本文使用的截止閥是一種先進的兩通，無面齒輪傳動級，由燃氣表專用機電閥的作者和團隊研究。基本切斷閥的工作原理：在正常使用氣體的情況下，切斷閥是打開的，氣體從進氣口流經切斷閥的出口和切斷閥。當切換閥從內置于燃氣表的微電子控制器接收到關閉閥指令時，電力通過其驅動軸通過直流電動機的操作被傳遞至齒輪傳動系統，并且該動力進一步被傳輸至變速器系統。相反，當需要再次打開切換閥時，微電子控制器將打開閥指令發送到切換閥，直流電動機通過相對于截止閥的反向操作將動力傳遞到變速箱，直流電電機將動力傳遞給桿。控制桿用于使密封蓋脫離出口，從而恢復氣流[6]。

5 結語

燃氣表低壓安全切斷控制技術與燃氣表低壓傳感技術和燃氣表安全切斷控制技術相結合，該技術的實施可以確保對燃氣壓力進行實時、有效地監控，并且在氣壓極低的情況下可自動對燃氣完成可靠、安全、及時地切斷，防止因低壓引起的燃氣泄漏，避免發生燃氣火災等安全事故和爆炸事故，保護燃氣使用者的人身安全。同時，有利于促進天然氣供應企業對安全用氣的管理。