现代燃气用具使用安全体系研究.doc

现代燃气用具使用安全体系研究

在民用产品中，安全要求比汽车高的唯一一个类别就是燃气用具。由于燃气及用具本身的特点，使得产品制定和制造质量、使用过程中的安全意识、规范使用等因素都可能影响燃气用具的安全使用。燃气泄漏和中毒事件在我们的生活时有发生，它困扰着燃气用具产业的发展。因此解决其使用安全问题是燃气用具产品制定的一项长期而艰巨任务。
　　本文一方面总结多年来我们刘燃气用具使用安全的研究取得的—些经验，另一方面把现代智能控制技术与传统的安全设置结合起来形成新型的安全管理模式利局域网络安全体系的设训方法在这里与同行分享，希望能为燃气用具安今问题的更有效的解决尽绵薄之力。
一、燃气用具使用安全问题的提出
　　燃气包括入然气、人工煤气、液化石油气等，是以下烷CH4、丙烷C3H8、丁烷C4H10、氧气H2为主包括少量杂质的气体混合物。
　　燃气燃烧后生成的主要是二氧化碳和水，因此它是一种清洁的能源；燃气是一次能源，完全燃烧后技等效电功热呈训算，每千瓦小时使用费用是用电费用的1／3左右。从环保和节能的两个方而来讲，燃气是人们生活中能源的最正确选择。因此，燃气被广泛地使用在我国城市和乡村人们的日常生活中。
　　利弊是事物的两个方面，大量的事实说明使用燃气在给人们带来无穷无尽享受的同时也给人们带来了一些不必要的损失和痛苦，燃气用具的使用安全问题不能不引起我们的高度重视。“西气东输〞工程完成后，在我国将有1．5亿多户家庭成为燃气用户，面对如此庞大的用户群体，更好的解决燃气用具使用安全问题就显得更加紧迫和十分必要。
　　燃气用具使用安全问题如下：
　　1．1 意外熄灭
　　燃气用具使用过程中发生意外熄灭但此时燃气开关(阀门)并没有被关闭，将出现燃气泄漏的问题。
　　1．2燃烧耗氧
　　有些燃气用具会在一个相对封闭的空间中被使用，在燃烧进行的过程中燃烧本身将消耗空气中的氧气，当空气中氧含量低于一定值时会对使用者构成威胁。
　　1．3干烧问题
　　燃气热水器在换热器内没有水流流过的状况下如果持续燃烧时就会烧坏热水器，严重时还会引起火灾。
　　1．4强排或强鼓式燃气热水器的供风障碍
　　进排气(空气)通道由于异物堵塞，如强对流气沉堵塞、空气供给部件损坏将造成系统燃烧不良和意外熄火等问题。
　　 1．5燃烧室积碳
　　关于现代恒温热水器系统，燃烧室积碳将引起系统热交换异常和通风通道异常，热水器性能因此将发生较大的改变，燃烧理化指标恶化会使出水温度短时间内过高。
　　1．6燃气通路控制阀门卡死(电磁阀剩磁)
　　1．7电控系统异常
　　现代燃气用具广泛使用单片讨算机组成智能控制系统来对燃气用具进行控制，同时就提出了当这一系统自身出现问题如何进行自我保护的问题。
　　1．8管网泄漏
　　包括气源、减压阀、电磁阀、燃气管道等由于破损、老化、腐蚀导致燃气泄漏。这一问题在过去的安令保扩方案中没有被提出来，是因为这一问题超过了厂家的“保护〞范围，本文作为一个安个扩大的要求提出来。
二、安全保护方式
2．1 传统的安全保护措施
2．1．1热电偶保护
　　两紧密接触的金属在一定高温状态下金属两端产生电势的现象叫热电偶，热电偶所产生的电流与所处的环境温度成正比，即：温度越高时热电偶所产生的电流越大。
　　用于熄火保护—在燃气用具燃烧器上设置热电偶，当燃烧正常时热电偶产生电流吸合电磁阀以保证燃气的流通：当火焰熄灭后热电偶电势消失电磁阀被释放切断燃气通路保证使用安全。
　　用于缺氧保护—在燃气热水器中利用缺氧燃烧的非正常火焰偏移时在燃烧器某部分产生高温的现象，使设置在特定位置的热电偶检测到这现象，控制器利用这‘信息将气阀关闭而起到安全保护作用。
2．1．2火焰离子感应保护
　　由燃气燃烧时燃化方程可知，燃气在高温状态下有一个电离的暂态过程，火焰中存在着大量的带电的氢氧根离子和氢离子，当火焰巾有离子感应针存在时火焰中的带电高子会通过感应针放电，检测电路检测到火焰感应针上有电压时就会“认为〞燃烧正在进行中，由控制器驱动电磁阀开放，燃气获得通路；如果感应不到电压时就会认为燃烧过程结束，由控制电路将燃气通路关闭。
2．1．3双金属片防干烧保护
　　利用坝金属片在热膨胀系数差异现象。当热水器换热管温度超过一定值时，双金属片弹片因其变形而推动温度控器跳开，将电磁阀电路切断以达到安全保护的目的。

图1 LC减幅振荡曲线
  2．1．4水气联动
　　利用文丘里原理检测水流量大小并利用这一检测结果驱动燃气阀开关，当水流量消失时燃气阀自然关闭。
2．1．5电磁阀消磁
　　实验发现电磁阀“卡死〞是由于电磁阀铁芯剩磁过大所致，因此对电磁阀消磁就能有效解决这—问题。具体方法如图1，在电磁线圈两端并联一个适当容量的谐振电容C，当电磁阀驱动电路K关断的一瞬间，LC回路内产生减隔自由振荡。振荡所产生的交变电流对铁芯进行反复交替磁化井逐渐减弱晕终到零从而达到电磁阀钛芯消磁的日的。

2．2现代技术条件下的安全保护措施
2．2．1燃烧状态保护
　　对燃烧所产生温度、光线、运行噪声以及传统的热电偶、火焰离子等物理量进行数字量化处理，再由系统程序对上述检测数据进行必要的平均值运算、去干扰、逻辑分析等一系列处理过程。当系统发现被控对象工作状态与没置参数不符合时由系统判定是否进入保护状态；数字化处理的优点是在保证系统工作灵敏度的状况下能量人限度的保证系统工作的可靠性(鲁捧性)。
2．2．2状态控制
　　把燃气用具的安全问题从异常状态的安全保护工作延伸到工作状态的精细控制是现代控制技术的优势，它将“安全问题〞从对破坏性事件的控制提升到用户使用舒适性方面来。当出水温度超调时系统利用了水流量的准确检测、出水温度变化宰检测等数字化处理及控制过程，并能在这些数字信息的控制下使热水器回到最正确状态。
2．2．3供风状态监测
　　燃气热水器风机检测山逻辑状态拉测(运转—停止)上升为转速测试。使系统在对风机工作的状态能够实时监测的同时，再将火焰强度与风量控制结合起来，结果是使热水器的燃烧始终处在一个合理工作点上，使热水器工作时的燃烧理化指标坚持在一个合理的范围内。
2．2．4看门狗安全保护
　　利用单片机内部的看门狗设置，系统正常工作时自动定时输出一个看门狗复位脉冲，当单片机程序出现异常时看门狗定时器超叫后将复位单片机，从而将程序拉回到正常运行的轨道上来。
2．2．5硬、软件连锁保护
　　设置供气气阀受控电源，一方面利用双金属温控器来进行控制(硬件控制)，另一方面让系统程序在正常工作期间向气阀电源输山触发脉冲来坚持气阀电源的导通(软件控制)：任意一方面出现故障时最后都能可靠地关闭气阀电源以达到安全保护的作用。
三、燃气用具安全管理体系介绍
　　燃气用具的安全管理是燃气用具安全保护一次升级。从理论上讲它不依赖于工作系统正常与否，因而它是一个独立的模块、结构形式、控制体系。硬件结构上采纳独立供电、以机备份、局域网结构来保证安全管理体系有一个相对可靠的工作环境。在控制方式上。广泛应用了自锁和互锁、逻辑分析以及工作状态分析和控制等先进的保护手段来保证控制结果的古理性和町靠性。
3．1独立安全管理模块
　　这一安全管理方式将安伞检测、安全信息处理、安全任务执行、看门狗复位等有关安全保护的程序模块放在主程序独立模块中集中处理，当程序正常工作时由安全管理模块独立地处理系统内的相关安全管理事务：当程序异常时由看门狗复位系统将程序拉回到正常的安全管理程序中来：当系统严重损坏时，安全问题将由硬、软件连锁保护单元来承当其安全工作；当故障状态出现时，系统显示故障类型，方便用户对燃气用具状态的了解和适当处置。
3．2多芯片联控安全管理结构
　　多芯片联控安全管理结构除了上述独立安全模块所具有的特点以外，重点足控制系统采纳两片以上单片机联合工作。在控制任务方面各芯片联合承当系统的常规工作任务，在安全控制方面各芯片各自独立采集和处理系统运行状态信息。当某一芯片发现系统故障时有对工作持续进行的“否决权〞，当某一处理器损坏时其它处理器将停止燃烧器工作并关断气阀，达到使用安全的目的。
　　多机备份广泛地用于安全要求更高的系统中，如两用炉无人值守控制系统、家庭供热中心等大型燃气用具系统中。
四、局域网气源管网安全管理体系
　　局域网气源管网安全管理体系是一个超级安全控制管理体系，它的构思来源于家庭智能管理。前面所谈到的都是产品级安全控制及管理方式，这些方案对气源及管网损坏所产生的安全问题是无能为力的，为了能够在上述网络及燃气用具出现问题时系统能做出正确的保护，我们特研究了局域网气源管网安全管理体系。其结构如图2所示。
　　由图2可见：当燃气用具1到N任意一个单元开始“合法〞工作时主控制器将气源总阀打开，燃气用具，始工作：当燃气用具1到N中任意一个出现故障时且“当事者〞没有做出相应的故障处理时，总阀在主控制器的主持下作关闭处理，以保证整个网络的安全。
4．1自动测漏
　　当所有燃气用具均正常关闭后，主控制器将在一定时间段内持续工作。如果发现燃气流量没有停止时，主控制器通过人机界面对主人提出警示，并在指出故障现象和类型的同时关闭气源总阀。用户还可以通过上述界面进入骨网测漏程序，完成对自己的燃气管网的检漏工作，只有当燃气管网气密性正常时系统才能正常使用。
　　局域网可采纳抗干扰性能好的CAN、RS485等总线通讯网组成。各独立燃气用具将自己的工作状态(开机、火焰燃烧、故障处理、停止工作)通知到主控制器，主控制器依据网内各燃气用具的状况做出最终判断。
4．2依据用户需要本系统可做如下扩充
4．2．1特定工作时间段限制模式
　　即系统只有在用户设定的时间段内打开燃气阀门，而在“非法〞时间段内将彻底关闭气阀以保证安全；

图2  局域网气源管网安全管理体系
  4．2．2儿童镇定模式
　　关于有小童的家庭，家长外出前可将部分或全部燃气用具关闭并锁定，输入开锁密码后方可解锁；
4．2．3旅行锁定模式
　　关于较长时间出行的家庭可使用旅行锁定模式，使用此模式后系统将停止工作井关闭气阀自锁电源，只有当人工开启电源再行解锁后方可重新开始工作；
4．2．4监测控制
　　当室内氧含量过低或者一氧化碳超标等状况出现时主控制器关闭总阀并显示相关信息。