基于常闭智能控制阀的多维度户内燃气安全智控系统研究

1. 引言

燃气作为现代社会不可或缺的清洁能源，其使用安全至关重要。因燃气泄漏、使用不当引发的火灾、爆炸事故屡见不鲜，其中相当一部分源于用户疏忽（如忘记关闭阀门）或传统安全措施的不足。传统防护手段主要依赖人工巡检和简单的燃气报警器，存在响应滞后、易受环境干扰导致误报或漏报、无法自动切断气源等弊端。物联网（IoT）技术为燃气安全管理带来了革命性机遇。智能燃气表、远程监测系统等应用已逐步推广，特别是 NB-IoT（窄带物联网）技术以其低功耗、广覆盖的优势，极大地提升了燃气管理的智能化水平 [4]。

2. 燃气安全现状与挑战

物联网（I T）技术为燃气安全管理带来了革命性机遇。智能燃气表、远程监测系统等应用已逐步推广，特别是NB-IoT（窄带物联网）技术以其低功耗、广覆盖的优势，极大地提升了燃气管理的智能化水平。然而，现有智能燃气系统仍存在一些局限性：

·响应滞后：大多系统仍以“事后处置”为主，即在燃气泄漏达到一定浓度后才触发报警和切断，未能实现主动预防。

·检测维度单一：主要依赖气体浓度传感器，缺乏对温度、压力、流量等多维度数据的综合分析，易导致误判。

·依赖用户习惯：未能从根本上解决用户忘记关阀或不愿改变用气习惯的问题。

·系统集成度不足：各设备间缺乏有效联动，难以形成全方位的安全防护体系。

针对上述痛点，本文旨在研究一种以“常闭智能控制阀”为核心的新型户内燃气安全智控系统，通过多维度数据融合与智能联动，实现更精准、更及时的燃气安全主动防护。

3. 户内燃气安全智控系统的设计与实现

本系统旨在构建一个从燃气终端到云平台的完整安全防护链，其核心是智能控制阀的设计和多维度异常处置机制的建立。

3.1 系统总体架构

系统由AI 智能控制阀、燃气设备（燃气灶、热水器）、燃气表、燃气报警器、热水器智能检测器、智能燃气旋钮、燃气安全监控平台、用户 APP 等组成的智能安全处置网络构成。

3.2 系统核心功能设计

智能控制阀的创新之处在于其“常闭”工作模式——即默认状态为关闭，仅在用户需要用气时自动开启。这从根本上规避了因用户忘记关阀而导致的安全风险。该阀门内置了高精度温度、压力和流量传感器 [1]，能够实现以下功能：

1. 用气状态智能判断与自动开阀：

·燃气灶开启判断：当用户点燃燃气灶时，管道内压力会产生一个瞬时且显著的下降。智能控制阀通过实时监测压力值的突变，迅速判断为用气行为，并立即开启阀门，保障燃气供应。

·燃气热水器开启判断：考虑到燃气热水器工作时压力变化可能不明显，系统辅助以流量监测。当流量传感器检测到燃气流量从趋近于零变为大于零时，同样判断为用气行为，并及时开启阀门。

2. 无用气状态判断与自动关阀：

·当用户停止使用燃气设备后，系统会检测到燃气流量趋近于零且管道压力恢复平稳。为防止用户在短时间内（如烹饪间隙）再次用气而被误关，系统会启动一个合理的延迟计时（例如 1 小时）。若在此延迟时间内，燃气状态持续保持平稳，智能控制阀将自动关闭，恢复到安全的“常闭”状态。

3.3 多维度异常处置机制

在智能控制阀的基础上，系统构建了多维度的异常处置机制，以实现全面、精准的安全防护 [3,5]。

1. 阀后漏气判断与上报：在智能控制阀处于关闭状态时，理论上管道内不应有任何流量。此时，若流量传感器检测到微弱的流量，或压力传感器监测到压力异常（如持续缓慢下降），系统则判断为阀后管道或设备存在泄漏。系统会立即将异常信息通过NB-IoT 上报至监控平台和用户APP，实现早期预警。

2. 多设备智能联动控制：

·与燃气报警器联动：当独立的燃气报警器检测到环境中燃气浓度超标时，会向智能控制阀发送联动信号，强制其立即关闭，实现双重保险，快速切断气源。

·与智能设备超时联动：系统可与智能插座、智能燃气旋钮等设备联动。例如，当智能插座检测到燃气热水器连续工作时间过长，或智能燃气旋钮判断燃气灶使用超时（可能用户忘记关火），会触发智能控制阀强制关闭，避免因长时间用气或用户疏忽带来的安全隐患。

3. 远程监控与应急响应闭环：

·所有传感器数据和设备状态都通过NB-IoT 网络实时传输至云端监控平台。平台利用大数据分析对异常模式进行识别和确认。一旦确认燃气异常，平台会立即向用户智能设备推送预警信息，并可自动生成抢险工单，派发给专业人员进行上门检修，从而实现从监测、预警到处置的快速应急响应闭环管理[2]。

3.4 系统工作流程

系统工作流程如图1 所示：

图1 户内燃气安全智控系统工作流程图

1. 初始化阶段：将AI 智能控制阀替换传统的燃气表前阀或燃气电磁阀。智能控制阀内置温度、压力、流量传感器，并与监控平台建立NB-IoT 通信连接[5]。2. 用气检测与开阀：

·当用户开启燃气灶时，智能控制阀检测到燃气管道内压力急剧下降，判断为用气，立即开启阀门。

·当用户开启燃气热水器时，智能控制阀检测到燃气流量从零变为非零值，判断为用气，立即开启阀门。

3. 无用气自动关阀：当用户停止使用燃气设备后，智能控制阀检测到燃气流量趋近于零且管道压力平稳。系统延迟一定时间（如1 小时）后，若状态持续，则自动关闭阀门，实现常闭。

4. 异常检测与处置：

·漏气检测：在阀门关闭期间，若检测到管道内有流量或欠压，判断为漏气，立即上报。

·高温检测：用气期间，若环境温度过高，自动关阀并上报。

·联动处置：接收来自燃气报警器、智能插座 / 燃气旋钮、远程遥控 /APP的指令，进行强制关阀或信息上报。

5. 信息上报与响应：所有异常信息通过 NB-IoT 网络实时上报至监控平台。监控平台进行数据分析和异常确认，并向用户智能设备推送预警，同时向抢险人员派发工单，实现快速响应和问题解决。

4. 结论

本文针对当前燃气安全管理中的痛点，设计并实现了一种基于常闭智能控制阀的多维度燃气安全处置系统。该系统通过创新的智能阀门，实现了用气状态的自动感知与控制，有效解决了用户忘记关阀这一重大安全隐患。

参考文献：

[1] 浙江世亚燃气阀门有限公司 . 一种 AI 智能燃气阀控制方法、系统及AI 智能燃气阀 [P]. CN119393581A, 2025-02-12.

[2] 中国电信政企客户部. 燃气卫士：NB-IoT 燃气安全监测解决方案[EB/OL]. https://b.189.cn/qg222223/37124.jhtml, 2025.

[3] RidgeOS. 多传感器融合：AI 燃气监测实现 PPM 级泄漏预警 [J]. 物联网技术 , 2025, 15(7): 36-41.

[4] 城镇燃气工程项目规范 GB55009-2021[S]. 北京 : 中国建筑工业出版社 , 2022.

[5] Li J, Wang Y, Zhang H. Gas Detection and Identification UsingMultimodal AI Sensor Fusion[J]. IEEE Transactions on Instrumentationand Measurement, 2024, 73: 1-12.