新型超声波燃气表在燃气运行管理方面的应用

新型超声波燃气表在燃气运行管理方面的应用

谢强稳

广东省计量科学研究院东莞计量院523000

摘要：在我国进入21世纪快速发展的新时期，经济在迅猛发展，社会在不断进步，随着燃气行业的进步及其信息化建设的发展，信息与业务服务已高度融为一体，燃气用户的用气安全及大数据信息化也成为燃气公司关注的重点，传统的膜式燃气表已无法满足燃气信息化发展的需要。为实现远程监控用户用气安全及大数据信息化的目的而设计的新型NB超声波燃气表，除了具备高精度、宽量程等优越的计量性能、异常流量切断阀门、智能报警、远程监控等功能，还兼具精美的外观、简洁的生产工艺、优越的用户体验感。作为新一代的燃气计量器具成为燃气信息化的重要组成部分，是燃气公司对燃气运营实施有效管理的重要工具。该款超声波智能燃气表及其配套的全生命周期维护系统能够为燃气用户提供更高效、更安全、更优质的服务，是建立智能社区、智慧城市的重要组成部分。

关键词：超声波燃气表；智能计量；远程监控

引言

近年来，得益于中国经济的发展，环保清洁能源越来越受到高度重视，因而人们对天然气这类环保能源的需求也与日俱增。与此同时，天然气管道铺设和配套设施建设的日渐成熟也为天然气逐渐成为最普及的清洁能源提供了强有力的支持。本文将为大家详细介绍天然气的新型计量器具———超声波燃气表的计量特性和工作原理，并与传统的膜式燃气表进行比较、研究，从而进一步分析超声波燃气表的应用领域和发展趋势。

1概述

超声波技术在燃气计量领域的应用已有几十年的历史，早期主要应用于工商业贸易结算领域，随着技术的发展，家用超声波燃气表技术获得较大突破，在2010年前后家用超声波燃气表开始在国内进行试应用，随着检定规程及行业标准的出台，家用超声波燃气表在国内的用户量得到迅猛发展，截至2019年，国内超声波燃气表累计用户量已近百万。超声波燃气表不同于传统的容积式膜式燃气表，它是电子速度式燃气表，采用时差法计量原理，除具有较高的计量精度外，由于其采样周期短，可以更快更准确的识别异常流量并与燃气阀门进行联动，实现智能关闭阀门功能，并且可以物联网功能结合实现自动报警功能，同时该表具可进行介质声速测量，通过声速值变化智能判断用户私拆表或胶管脱落等异常状况，大大提高居民用气的安全性。

2新型超声波燃气表在燃气运行管理方面的应用

2.1保障用气安全，提高用气安全性

NB-IoT 物联网超声波燃气表计量采样周期通常为 2s，即可以检测到燃气的瞬时流量，以2.5 型号的超声波燃气表2s 就可以测量出 0.025m3~4m3/h 任意一点瞬时流量，而同样型号为2.5 传统膜式燃气表测量出 4m3/h 的流量时最少需要 6s，测量 0.025 3 /h 的流量则至少需要 900s 而且容积式燃气表在小流量测量时需要连续多个脉冲信号才能准确地判断出小流量。当燃气发生泄漏时，超声波燃气表无论从异常流量响应速度还是从异常流量判断的准确性上都要优于膜式燃气表。该款燃气表能够快速、准确地判断异常流量的发生并及时切断阀门，同时启动异常流量报警功能，将异常信息上传至管理平台，管理平台将异常流量信息立即推送给燃气公司、小区物业、燃气用户，能更好地保障用户用气的安全，提高用气的安全性。NB-IoT 物联网超声波燃气表已在国内很多地区大量使用，表具启动异常流量切断功能，在燃气用户使用过程中，异常流量报警的排查发现多数是由于异常小流量而引起的自动切断阀门并报警，而触发异常小流量大部分原因是由于居民用户室内管道老化、灶具胶管老化导致存在微小泄漏点。

2.2高计量精度

超声波燃气表可实现对全量程的精度准确调校，超声波燃气表采用的分段独立调校误差的设计方案，不仅可以解决小流量大流量计量准确性的问题，还可以优化计量曲线，保证计量曲线相对平直和大、中、小流量均衡的计量精度，实现全量程的精确计量，计量精度符合1.0级的标准。较IC膜式燃气表的计量误差曲线尤其是大、小流量段的计量精度有明显优势。超声波燃气表不存在可移动部件，完全没有机械部分或其他运动部件，不存在机械磨损。而IC膜式燃气表由于薄膜材料的老化和机械转换部件的磨损，导致计量精度不能长期保持。

2.3超声波燃气表的功能

超声波燃气表配有计量模块、阀门控制模块、数据存储模块、无线通讯模块等，用以实现异常流量切断阀门防倒流、防私自拆卸、数据存储、远程控制、智能报警等功能。异常流量切断阀门功能，超声波燃气表采用电子式速度式，具有数据采样周期短的计量特性。当异常流量发生时，该表具判断异常的响应时间短、准确性高，可切断表内阀门，及时避免突发胶管脱管、胶管断裂或老化，及长时间的非正常流量使用等原因而导致的燃气泄漏引发的事故。各个异常流量参数可以根据燃气公司规定或者用户用气习惯进行个性化设置，避免因燃气用户的用气环境差别，使用同一组参数而误判断切断关阀的情况发生。防倒流功能。由于超声波燃气表采用时差法计量，利用超声波在流动气体中顺流传播和逆流传播时间的倒数差与流体流速成正比的原理来判断表具在安装及使用过程中是否存在反向安装及倒流的现象，进而切断关阀。防私自拆卸功能。根据声波在不同介质中的传播速度不同的特性，超声波燃气表可识别表内气体介质的变化，进而判断出表具从管道上被拆卸动作。该燃气表自身具有拆盖检测功能，当超声波燃气表控制器壳体被拆开后，表具自动切断阀门，并记录异常事件。无线通讯功能。每天定时或通过表端按键将超声波燃气表数据（批量计量数据压缩上报）、表具状态等参数上传至后台服务器，后台系统可以根据上报的数据分析用户用气状态，后台管理系统也可以远程读取表内历史数据及异常记录数据等。智能报警功能。超声波燃气表根据表内实时运行状态及数据分析出用户用气情况，当用户发生异常流量切断阀门或私拆表动作时，超声波燃气表立即连接公共网络，将报警信息主动上报至后台管理系统，后台管理系统将报警信息同步转发燃气公司、燃气用户及小区物业用以提示燃气使用异常及时处理，形成表具、燃气公司、燃气用户、小区物业的联动，可有效缩短安全事故的响应时间或避免安全事故的发生。除此之外，超声波燃气表将表内异常上报给后台管理系统，后台管理系统将异常信息通知给表具维修人员及时上门排查处理。远程控制功能。超声波燃气表通过内部的阀门控制模块及无线通讯模块，实现远程控制阀门操作。超声波燃气表通过主动上报或者报警上报将数据上传至后台管理系统，后台管理系统对表内运行状态、用户用气数据进行分析，根据燃气公司要求对阀门进行远程关阀操作。数据记录存储功能。超声波燃气表内部具有大容量、高可靠性的数据存储模块，数据存储模块可以对超声波燃气表所有过程数据、状态数据、设置参数、异常记录等数据进行存储。

2.4应用实例

超声波燃气表已在国内很多地区大量使用，部分表具已内置异常流量切断功能，在用户使用过程中发现多例由于小流量自动切断关阀的实例，大部分原因是由于居民用户室内管道老化导致表后有微小泄漏点。还有其他情况，例如在某城市燃气用户使用过程中发生连续几次的小流量异常切断事件，技术人员到现场与用户沟通后发现该用户除正常用气外，厨房内还装有老式热水炉。用一台超声波燃气表（型号：US-G2.5），在工况流量4m³/h，脉冲当量1L/P，标准器压力99.995kPa，温度20.5℃，按检定规程要求的环境下，用本计量标准对该超声波流量计连续进行测量，重复十次，结果如下表，并依据下式计算标准装置的实验标准差。

平均值：198.035 L

单次测量的实验标准差：L

依据JJF1033-2016规定，因重复性小于不确定度分析中的重复性数值，所以本计量标准测量重复性符合JJF1033-2016规范要求。

计量标准的稳定性考核依据JJF1033-2016计量标准考核规范要求，用一台超声波流量计（型号：US-G2.5 ）为相对稳定性被测对象，按检定规程要求的环境下，用本计量标准对该台超声波流量计进行示值误差检定，重复4次得到一组数据，以每组数据的平均值作为测量结果；每隔一年测量一次，共取得4组数据记录如下：

根据上述数据：

所以依据JJF1033-2016的要求，本计量标准的稳定性符合要求。选取一块稳定性好的G2.5超声波燃气表，经上一级法定计量检定机构检定合格，并用本装置检定结果如下：

比对结果最大差值为0.2%，符合要求。

结语

所以，从文章分析来看，目前的市场上仍旧以无线远传燃气表为主，超声波燃气表的后发之势则非常给力。超声波燃气表的精度更高，智能化程度更高，成本也相对合理，在未来的商业市场具有广阔的应用空间;技术上带来的优势也使得超声波燃气表必定会成为未来市场应用的重点。而在燃气表上面得到更高水平的发展，也会让中国在燃气外交上面占据一定的优势，非常有利于中国燃气市场的长足发展。与此同时，针对超声波燃气表的计量技术研究和探索，也应成为我们计量工作的关注重点。

参考文献

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