1研究范围目前，城市燃气公司供应的天然气已经较为稳定，主要成分CH4稳定在94%以上。潍坊港华燃气公司通过安装数据远传采集器，捕获现有流量计传感器上的各项参数绘成曲线，可以从侧面描绘出特定用户用气规律画像。工商户燃气设备、燃气的流经部件如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.024.F001图1工商用户末端燃气流经各部件过程在一天范围内的不同时段，燃气用户正常生产条件下开启（或关闭）用气设备，采集对应的流量、温度和压力参数。以温度和压力共同的变化状态建立模型，将同类的各个用户的实际用气凸显与之形成对比，判断实际用气是否出现异常。使用数据后台系统采集数据并自动绘图，横坐标为时间t，纵坐标为温度T、压力P和流量Q（本研究中流量均指标况流量）。2气体状态参数模型2.1未用气2.1.1未用气，表前、后阀门关闭（Q＝0）此类情况较为常见，农产品公司L的锅炉，因检修停用一周，由于表前、后阀门关闭，阀门的管段内形成了封闭的空间。在封闭空间内，燃气不被消耗，出压力与温度的变化趋势相同，且呈线性关系。理想气体状态方程：PV=nRT (1)式中：n——物质的量；R——摩尔气体常数。真实气体分子间存在相互作用减少了对管壁的碰撞，且分子本身占有体积也限制了分子的自由活动空间，所以引入范德华方程：(P+n2aV2)(V-nb)=nRT (2)式中：a，b——范德华常数，分别与气体分子间体积和引力有关；V——封闭管段的固定容积。求解得：P=nRV-nb⋅T-n2aV2 (3)压力与温度的变化符合线性关系，且变化趋势相同。温度变化原因为内部气体温度随着一天的室外温度自然变化，部分管段太阳直晒不同，也会引起不同程度升温。温度、压力与时间的变化曲线如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.024.F002图2表前、后阀门关闭时的温度、压力与时间的变化关系2.1.2未用气，表前阀门未关闭（Q＝0）此种状态的用户实际并未用气，整日流量为0，一端与庭院管相通，一端封闭，反映的温度、压力与时间的变化曲线即为庭院管气体一天正常的变化，如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.024.F003图3仅表后阀门关闭时的典型温度和压力变化关系市区的一商业洗浴中心用户D，夏季因淡季停业装修，并未用气，而当时工作人员为不定时用气方便，并未办理停气手续，并且表前阀门并未关闭。此时流量计附近气体与庭院管网没有隔绝，气体可以不断地穿过表前阀门补充，流量计附近的压力与温度保持变化趋势，与庭院管网日常变化趋势一致。此模型温度变化随着室外温度变化，压力则受附近用气高峰变化的影响，分别在6：00、12：00和18：00附近处于峰谷，原因是居民餐前为用气高峰。温度与压力变化不呈规律线性关系，且变化趋势不确定；压力变化平缓，相邻1 h压力变化ΔPQ=0＜0.5 kPa；压力不会频繁往复变化，相邻3个压力极小值之间的时间间隔Δt＞6 h。2.2正常用气2.2.1连续用气（Q保持相对恒定）连续用气指每天工作时间用气设备开启后持续燃烧，且燃烧时间跨度超过3 h，明显大于数据采集的时间间隔（1 h）。流量相对恒定，受燃烧器、气体浓度以及压力变化的影响，流量Q维持在某基准值附近，经实际数据统计，运行时设备流量的变化量与上一时刻的流量之比ΔQ/Q初始＜3%。例如学院G的采暖锅炉，2020年1月的低温时全天候不间断燃烧的时间超过一周，用气曲线如图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.024.F004图4流量相对恒定时典型压力变化情况任意连续12 h的压力变化幅度R(P)12h＜0.6 kPa；压力变化平缓，相邻1 h的压力变化ΔP＜0.3 kPa；压力可能轻微地保持增大或减小长达数小时，可能轻微且少量频次地往复变化，但幅度满足规律。此类用户相对占比较少，对于超出以上变化规律的情形，应当现场调查，排除异常。2.2.2间断用气（Q呈阶梯状分布在若干特定值上）此类用户最为常见。1台用气设备存在2个或3个档位，或者1台流量计后有多台锅炉，正常用气时，流量从低档到高档变化，集中在几个固定值之间。气流恢复稳定后，压力也呈现变化。流量为0也可认为是1个档位。流量在各梯度间变化时，会有一个时间很短的渐变过程，但不会保持恒定。（1）开始用气点火时会存在压力降ΔP点火，此压力降明显大于该用户在平日未用气时的压力变化幅度，各处的ΔP点火通常为0.8~6.0 kPa。（2）选取时间跨度涵盖一次开始用气到停止用气的完整过程，跨度超过12 h，ΔP点火R(P)12h1.5ΔP点火。（3）压力可以多次往复波动。流量Q呈阶梯状分布在若干特定值上时的典型压力变化如图5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.024.F005图5流量Q呈阶梯状分布在若干特定值上时的典型压力变化2.2.3无规律用气（Q无规律变化）餐饮用户Y的厨房，由于用气设备同时开启的数目不固定，流量在0~30 m3/h之间变化。需要注意两点：（1）采集的数据仅代表当时时刻，不能代表流量固定在某值时延续的一段时间，采集压力和温度的变化不足以说明实际的变化情况复杂状况。（2）流量本身较小，且流量变化幅度较小，引起的压力变化更平缓。从变化的角度分析，此类用户难以总结出与上面种类相似的特征。3应用模型识别典型异常用气案例3.1识别传感器异常重型机械厂W压力变化状况如图6所示，会所F采暖锅炉如图7所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.024.F006图6压力传感器负偏差过大10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.024.F007图7压力仅在3个数值之间变化传感器异常的表现有：固定在某值不动；整体偏离过大；变化数据仅在几个特定值波动。第1种易于发现。第2种有类似案例，重型机械厂W压力变化状况整体范围符合间断用气的情形，但是实际压力最低值低于101 kPa，说明传感器测量值已明显低于实际值。第3种较难发现，通过对比会所F采暖锅炉的多日的参数，发现压力虽有变化，但直观感受是变化的趋势明显不圆滑，呈折线状态，其全部数值仅在3个数值之间变化，不符合实际，发现后及时应对，有效控制了计量偏差带来的损失。3.2识别异常漏气或自跑数小区K采暖锅炉在非采暖季的一时刻存在流量，立即派人前往确认现场有无放散或漏气现象。通过对比流量计数据确认为自跑数，排除了安全隐患，如图8所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.024.F008图8非采暖季流量计自跑数每种类型的用户用气都有特定的生产规律，如淡季、旺季的每天峰值流量，燃烧的时间跨度等存在差异，可以在此确定到异常。3.3识别过气不计量酒店锅炉用户R，在9月连续2 d未有瞬时流量，累计指针也无变化，如图9所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.024.F009图9流量计过气不计量实际温度与压力变化趋势与模型不同，压力曲线最陡处变化幅度为4.9 kPa＞0.5 kPa，该用户不符合未用气状况。之前一个月，在开始点火用气时，压力波动幅度与之相当，平均值为5.2 kPa。因此，推断可能是过气不计量，通过现场察看锅炉燃烧时的用气情况得到证实。3.4识别现场干扰包装厂用户Z（用气设备为1 t蒸汽锅炉）瞬时流量连续多日为0，累计流量无增加，压力在一天之内存在反复波动，日状态如图10所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.024.F010图10流量计可能受到人为干扰不能计量温度与压力变化趋势不同，压力往复变化，不符合不用气的2种模型，即波动趋势较陡峻，12 h以内相邻两点的压力降幅多次达到3.2 kPa。通过与正常用量的一天的压力波动情况对比，发现即使流量计没有显示有流量，每小时的压力降与用气时相近（本月平均为2.9 kPa），所以该用户存在异常行为。推测流量计受到干扰，现场检查时并无异样，现场测验点火时瞬时流量正常。为了在离开时排除干扰，在流量计周围加装金属封闭箱体。之前压力波动变化情况一月内出现十余次，采取措施后，已超过连续两年压力变化正常，即当流量计无累计增加时，再无异常压力往复波动。4结语截至目前，潍坊港华已在超过1 000台流量计上连接金卡数据采集器，是一种快捷、高效的风险识别方法。每小时采集1组数据，可以让数据体现明显的差异性，可兼顾省电耐用，涵盖各个时段。一般情况下，在燃气用户端安装燃气报警器，可以识别管道外特定空间的泄露，从管道内部出发采集流量计数据，经过与模型比对，可以发现管道内的燃气异常状态。