基于物聯網技術的戶內燃氣安全管理技術探究

柏冰

（重慶燃氣集團股份有限公司江北分公司，重慶 400020）

0 引言

戶內燃氣的危險系數較高，存在一定的安全風險，一旦產生有害氣體被人體吸收或者泄漏發生爆炸，就會造成難以挽回的損失。現階段，雖有一系列的防護措施，但都未能起到顯著的防范效果，其中最主要的防范措施為燃氣報警器，這種設備受內外部等多種因素的影響，極易出現報警不及時的情況，加之人們對燃氣安全的重視程度不足，加大了戶內燃氣事故的發生概率。基于此，將物聯網技術與燃氣表進行有機結合，構建一個完善的新型防范體系，可實現對戶內燃氣情況的實時監測，及時排查出潛在的安全隱患，從根本上降低安全事故的發生概率。

1 戶內燃氣應用情況

1.1 家用燃氣正常運行條件

常見的家用燃氣具有兩種，分別是燃氣灶（圖1）、燃氣熱水器。居民在使用燃氣的過程中，因個人需求不同，會應用一到兩種的燃氣具。在家用燃氣正常運行的過程中，不會出現氣流和異常的供氣壓力。若氣體的狀態為標稱流速，且處于正常的標稱條件下，則不會出現異常情況，常規情況下，戶內家用燃氣具的總額定流量＞計數器值，隨著時間的推移，流量會發生變化，這種變化代表著連續供氣時間，因此流量的變化情況可反映出連續供氣時間是否合理[1]。

圖1 家用燃氣灶

1.2 燃氣泄漏原因

經調查研究表明，造成戶內燃氣泄漏的原因可分為5 種，如表1 所示。

表1 戶內燃氣泄漏原因

根據表1 可知，戶內燃氣在外部因素和人為因素的影響下，容易出現泄漏的情況，這就需要結合常見的泄漏問題，制定出有針對性的防范措施，通過行之有效的防范手段，將戶內燃氣泄漏故障的發生概率，控制在最小范圍內，為人們的生命財產安全提供堅實的保障。

1.3 氣體泄漏時的異常數據

燃氣表中的數據可幫助人們明確是否存在泄漏問題。通過物聯網技術控制燃氣表，可大幅度增強燃氣的安全性和可靠性。當燃氣公司連接網絡，就能夠實時獲取到燃氣表中的數據，其作為用戶終端，可結合用戶在使用燃氣過程中產生的數據，為用戶提供防范服務。

在識別燃氣表中的異常數據時，主要是基于戶內燃氣設備的標稱流量，當標稱流量＜燃氣表中的數值，證明存在異常情況，在異常情況下，將警報發送到用戶和用戶終端，可提醒用戶及時采取施救措施。燃氣表中的數值并不是固定的，其會隨著季節的變化以及用戶的應用習慣，有一定的不同。在設定異常數據的警告值時，要根據季節變化以及用戶的實際情況，設定相應的預警值，一般情況下，預警值為4h，在這一期間會發送紅色通知，即空氣異常的警報。若燃氣處于連續不間斷的長時間燃燒狀態，且燃燒器具的最小值＞油耗值，可發送黃色通知，即異常泄漏的警報[2]。

2 基于物聯網技術的戶內燃氣安全管理技術要點

2.1 前提條件

燃氣表指的是通過氣壓等數值，計算燃氣的使用費，個人用戶和企業在應用燃氣時，燃氣表的跳動速率通常會處于恒等狀態，大幅度的波動一般情況下不會出現。因此，當燃氣表的計費狀態異常，如陡然上升或下降等，證明燃氣氣壓異常，存在供應問題，在這種情況下，極易出現泄漏、聚集等問題，一旦未能及時將施救措施落實到位，就可能會造成安全事故。在眾多戶內燃氣事故中，最為常見是泄漏事故，但采取先進的技術和設備，能夠控制好泄漏量，使其處于安全范圍內，有效避免泄漏燃氣的堆積，確保不會在封閉空間內發生爆炸。

2.2 閾值警告

物聯網中的核心模塊是處理器，關鍵的數據都在處理器中運行。和燃氣表的工作原理相同，物聯網燃氣表通過CPU 控制模塊，在燃氣壓力傳感器中，設定相應的燃氣表數量比例閾值以及燃氣限定值。當相關數據大于設定的閾值，報警器就會觸發自動報警裝置，以最快速的方式將異常情況傳輸至控制中心。控制中心接收到警報后，作業人員可將供氣閥門手動關閉，將燃氣供應及時切斷后，可防止連續供氣造成的氣體堆積和擴散。同時，還要對壓力異常變化的原因展開深入研究和分析，盡可能地降低對用戶的不良影響。這種以物聯網處理器為核心的燃氣泄漏控制技術優勢較多，其中最為顯著的優勢是，能夠將燃氣的供應界控制在一定區域內，以降低泄漏引發的損失。但也存在一定的局限性，受人為等因素的影響，若供氣意外接近或達到限定閾值時，在一定時間內，燃區無法恢復到正常的供應狀態，并且人為強制關閉閥門，存在安全隱患。例如，部分企業在生產的過程中，需要有24h 連續供應的燃氣，一旦中斷燃氣供應，會給這類企業造成巨大的經濟損失。或者在惡劣的天氣情況下，內部燃氣斷供。會影響到居民的供暖。

2.3 大數據人工檢測

基于物聯網通信技術，在燃氣閥上構建物聯網燃氣安全管理平臺（圖2），并建設日常安全工作管理系統（圖3）能夠及時檢測出異常情況，再根據異常原因加以施救，可做到真正意義上的及時發現問題并解決問題。在戶內燃氣安全防范系統中，安裝內存模塊用于燃氣數據的實時儲存，再利用CDMS 或者CPRS 模塊，將數據傳輸至云平臺中，為云端作出反饋提供可靠的數據支持。云平臺會將這些數據傳輸給用戶，在此基礎上，將數據、云平臺和用戶都聯系到一起，搭建一個工程聯系環，內部數據會不斷作出相應的反饋，供系統和用戶使用[3]。

圖2 戶內燃氣安全管理平臺

圖3 戶內燃氣日常安全工作管理系統

控制平臺中的工作人員，利用平臺中的數據，構建函數模型，再利用極值公式不在趨勢上的點，進行精準的推斷，計算出不合理的點位后，將異常點位詳細記錄下來，將記錄下來的內容人工輸入云端控制平臺，為閥門安全系統更好地作出反饋提供支持，確保閘斷命令能夠順利執行。在控制平臺中，工作人員可基于點位和趨勢線的距離，搭建相應的模型，計算出異常問題的所在后，再借助物聯網燃氣表將不合理的點位記錄下來，經過科學的比較后，能夠分析出戶內燃氣的實際使用情況。

大數據技術的優勢較多，將這種技術與物聯網燃氣表有機結合，可實現對燃氣表中數據的準確及時完整記錄，還可提升數據反饋的時效性，確保用戶和控制平臺能夠及時接收到數據。燃氣表中數據的實時共享，為燃氣公司開展管理工作提供了便利，不僅能夠提醒用戶在規定時間內繳納燃氣費，還可為人工控制平臺更加高效的管理戶內燃氣，創造有利條件。在實際工作過程中，人工控制平臺依托于大數據技術，對燃氣數據實行24h 監測，在監測期間，可明確戶內燃氣的應用狀況，一旦發現問題將燃氣供應切斷后，能夠降低不良影響，避免造成難以預測的損失。由于燃氣數據的實時記錄，是在程序的控制下輸入的，因此可避免人為疏忽等問題。但這種控制技術的缺點也較為明顯，大量的數據，加大了人工作業量，在人為處理數據的過程中，失誤率較高，造成了一系列問題。并且大數據的儲存問題至今仍未解決，由于數據難以長時間儲存，若未能定期排查，相關數據就會失效，進而導致數據缺失。為此，燃氣企業每年需要投入大量的資金，用于儲存數據。在戶內燃氣安全管理平臺中，若數據因未排查而失效，就會出現之前燃氣用量不明，無法調取的問題，阻礙了燃氣泄漏問題的準確推斷[4]。

具體而言，以大數據技術為導向的物聯網燃氣安全管理平臺的優劣并存，其主要功能如圖4 所示。針對該項技術的弊端，即數據存儲問題，還需要加大研發力度，解決存儲緊缺的問題。

圖4 基于物聯網技術的燃氣安全管理平臺功能

2.4 閾值設備

上述燃氣安全管理技術的應用，需要建立模塊以及系統等，在建設模塊的過程中，涉及大量復雜且煩瑣的內容，對于用戶而言要耗費大量的時間和精力，并且個別模塊和設備，還要定期檢測和維修，若用戶為租戶則要面臨更多的問題。但應用現成的設備可避免各種煩瑣的問題，當前，現成的閾值設備貨源充足，這種設備可在傳感器以及CPU 等模塊的支持下，對燃氣的濃度和氣壓實施精準的檢測，并對戶內燃氣的應用狀況展開全面的監測，雖然其存在一定的缺陷，如檢測范圍較小等，但十分適用于個人用戶使用。將現成的閾值設備應用到燃氣安全管理中，個人用戶無須再花費時間和精力編寫程序，可達成簡便管理目標。一些性能較強的閾值設備，功能較多，如液晶顯示以及高分貝音量等，通過對戶內燃氣濃度的檢測，判斷其是否達到閥值，再通過自身的模板，將監測數據反饋至平臺，能夠起到良好的安全管理效果。

閾值設備的簡便性，給維修人員開展工作也提供了方便，戶內燃氣檢修人員，應用現成的閾值設備，全方位的探查戶內燃氣的具體分布情況，再進行橫向對比，能夠快速找到燃氣泄漏的原因，這種設備的缺點主要體現在以下幾方面：檢測區域小、局限性大；實際數值與檢測數據有出入，缺少準確性，且價格昂貴，很少有用戶愿意承擔采購費用。企業用戶通常會建設安全管理平臺，無須應用現成的設備，在這種背景下，現成的閾值設備大量堆積，造成了資源的浪費。但就其優勢而言，個人用戶使用現成的設備，能夠最大程度上保障個人的生命財產安全[5]。

2.5 余量預警

這種方式指的是設定好燃氣的總體用量后，通過CPU 模塊，將總體用量分階。例如，將燃氣總量設定為10，將其分成5 個階段后，每個階段是2，以2 為階梯，當燃氣量達到2 時，就警告用戶1 次，再將每次用完的余量記錄下來，輸入云端平臺，為工作人員構建模型提供助力。同時，以階梯的形式收取燃氣費，能夠保障燃氣費繳納的合理性，用戶可通過燃氣消費管理平臺，及時發現不合理的燃氣收費并進行詢問和調整，以免造成不必要的損失。

3 結語

綜上所述，將物聯網與燃氣表結合到一起，搭載于新型通信技術和傳感設備上，形成現代化物聯網燃氣表系統，利用該系統對戶內燃氣情況，展開24h、全方位的監控，可降低泄漏事故的發生概率，為我國燃氣行業的長效健康發展，注入源源不斷的動力。