電子標志系統及在PE燃氣管道的應用

摘 要

闡述PE燃氣管道的定位方式及存在的問(wèn)題。介紹電子標志系統的工作原理、不同類(lèi)型電子標志系統的特點(diǎn)與應用情況,分析了電子標志系統的經(jīng)濟性。從全生命周期角度考慮,電子標志系統具有使用壽命長(cháng)、定位準確、可靠性高、維護便捷等諸多特點(diǎn),技術(shù)成熟且具有一定的經(jīng)濟優(yōu)勢。

 Abstract:The positioning patterns of PE gas pipeline and the existing problems are expounded.The working principle of electronic identification system,the characteristics and applications of different types of electronic identification system are introduced,and the economk:performances of these electronic identification systems are analyzed.Considering the whole life cycle,elec.tronice       identification system has the characteristics of long service life,accurate positioning,high reliability,convenient maintenance and so on,the technology is mature and has certain economic advantage.

Keywords:electronic marker;PE gas pipeline;positioning;electronic identification system
 
1 概述
目前,城市燃氣中、低壓管網(wǎng)的管道大多采用金屬(鋼質(zhì))管材聚乙烯(PE)管材,且近幾年P(guān)E管材的使用比例有明顯的增長(cháng)趨勢。這些燃氣管道一般都埋設在地下1.0m左右的深度,有些地段,比如穿越工程的管道,埋深達10m以上。管道通常由人工回填土覆蓋,回填土上方是瀝青路面或水泥路面等。
由于城市總是處于不斷建設、發(fā)展與變化之中,因此,弄清埋設在地下的燃氣管道的實(shí)際位置,實(shí)現對地下燃氣管道準確定位并對其進(jìn)行科學(xué)監管非常重要,這是確保燃氣管網(wǎng)運營(yíng)安全,提升城市現代化管理水平的必然要求。
2 PE管道定位中存在的問(wèn)題
鋼質(zhì)燃氣管道由于其良好的導電特性,與周?chē)采w層存在明顯的電性差異,且表現為二維線(xiàn)性特征,常規的探測方法就能較好地識別,因此,對鋼質(zhì)管道的定位相對來(lái)說(shuō)不是太難,現有技術(shù)也比較成熟。但是,對于非金屬材料的PE燃氣管道,其表現出高電阻性質(zhì),再加上管道周?chē)恍└蓴_源的影響,探測這類(lèi)高電阻管道,常規的方法則難以奏效。
盡管理論上講,對PE管道的探測,可以利用探地雷達來(lái)實(shí)現。但無(wú)論是從經(jīng)濟方面,還是從其定位的準確性方面考慮,都還存在一些不盡人意之處。以現有條件,探地雷達還不能成為一種可以廣泛使用的探測定位方式。因此不少學(xué)者對PE燃氣管道定位問(wèn)題開(kāi)展研究。
3 常見(jiàn)的地下PE管道定位方式[1]
①警示帶
警示帶敷設在燃氣管道的上方,距管頂不小于300mm。警示帶上標有醒目的提示字樣,具有抗回填沖擊、壓迫及耐土壤中化學(xué)物質(zhì)腐蝕的特性。
這種定位方式成本低廉,但只有在開(kāi)挖之后才能夠知道PE管道的走向,后期成本較高。
②示蹤線(xiàn)
通常選用BV 2.5mm2聚乙烯絕緣無(wú)護套電纜作為示蹤線(xiàn),非開(kāi)挖穿越地段有時(shí)采用BV 2.5mm2雙線(xiàn)或BV 4.0mm2單線(xiàn)。而且,地面上需安裝信號加載點(diǎn)或檢測樁。
示蹤線(xiàn)埋設方便,價(jià)格便宜,但在實(shí)際探測時(shí)信號接入條件較為苛刻,探測儀必須與示蹤線(xiàn)連接才可進(jìn)行探測。此外,示蹤線(xiàn)還較易受到外力破壞,出現斷線(xiàn)或腐蝕斷點(diǎn)等情況,可靠性極為有限。
③金屬示蹤帶
示蹤線(xiàn)與警示帶相結合,即將金屬導線(xiàn)包覆在警示帶中,則構成金屬示蹤帶,它能起到示蹤線(xiàn)和警示帶的雙重作用。
④警示PE保護板
與警示帶作用相似,警示PE保護板也是埋地燃氣管道的一種定位方式,可有效地起到警示作用。其主要特點(diǎn)是:使用壽命長(cháng),抗沖擊能力強,在應對第三方破壞方面有一定作用。
⑤電子標志系統
電子標志系統在歐美發(fā)達國家已有40多年的使用歷史,自20世紀末以來(lái),在我國燃氣行業(yè)也開(kāi)始逐步得到應用。它不僅可以指示出其埋設的位置,還可以將內部?jì)Υ娴男畔?,比如管道直徑、埋設時(shí)間、三通、彎頭、閥門(mén)、周邊建筑物情況等相關(guān)信息發(fā)送給電子探測儀,有效彌補其他示蹤方式的不足。
此外,它還可以與全球衛星定位系統(GPS)結合,擴充其功能,導出PE管道的絕對坐標(經(jīng)度、緯度、海拔),變相對定位為絕對定位。
4 電子標志系統介紹[2-4]
①電子標志系統的組成
電子標志系統由電子標志器和電子標志定位儀(探測儀)兩部分組成,其中,電子標志器通常埋設在地下PE管道的頂部位置。
②工作原理
電子標志系統實(shí)施對PE管道定位是基于射頻原理工作的。探測儀以間斷方式發(fā)送一定頻率的信號,被埋設在管道上方的相同諧振頻率的地下電子標志器吸收并儲存信號能量,探測儀短時(shí)間發(fā)送信號后,停止發(fā)送并進(jìn)入信號接收模式。當探測儀停止發(fā)送信號時(shí),電子標志器將儲存的能量釋放并返回探測儀。探測儀通過(guò)檢測返回的信號強度來(lái)確定電子標志器所在的具體地點(diǎn),信號最強處就是標志器的正上方。探測到電子標志器位置實(shí)際上就是掌握了燃氣管道的位置。
③外觀(guān)與諧振頻率
城市燃氣行業(yè)使用的電子標志系統外觀(guān)顏色為黃色,諧振頻率為83.0kHz。外觀(guān)顏色及專(zhuān)有固定頻率遵循國際統一顏色編碼標準。不同的行業(yè)諸如通信、電力、有線(xiàn)電視、供水、污水、石油天然氣等,對應不同顏色、不同類(lèi)型的電子標志器和探測儀,其諧振頻率、探測深度各不相同。
④電子標志器介紹
電子標志器是電子標志系統的核心組成部分。有球形電子標志器、球形電子信息標志器、釘形電子標志器、盾形電子標志器4種類(lèi)型。
a.球形電子標志器
球形電子標志器主要是由密封防水聚乙烯殼體及其內部的無(wú)線(xiàn)天線(xiàn)構成。本身是一個(gè)無(wú)源體,它只能夠接收和反射專(zhuān)用探測儀的信號。
球形電子標志器內部是一個(gè)特定低頻的諧振電路,外殼防潮、防腐蝕、耐擠壓,不受溫度的影響。采用白對準水平設計,其內部的電磁感應線(xiàn)圈可以漂浮在防凍液表面,確保最佳的接收效果和探測深度。無(wú)論何種敷設方式下,感應線(xiàn)圈總保持水平位置。球形電子標志器中的防凍液(聚乙烯乙二醇和水的混合物)使其能適用于低至-40℃的極寒環(huán)境。
b.球形電子信息標志器
球形電子信息標志器是在球形電子標志器的基礎上增加一片可儲存設施相關(guān)信息的射頻識別(RFID)芯片。這些球形電子信息標志器均用唯一的標志號碼進(jìn)行了預編程,記錄客戶(hù)的細節信息,如設備數據、危險級別、應用類(lèi)型、放置日期和其他重要詳細資料。該信息由用戶(hù)使用探測儀編寫(xiě)并鎖定。
c.釘形電子標志器
釘形電子標志器采用垂直安裝方式。使用沖擊鉆在硬質(zhì)路面上打一個(gè)垂直的孔洞,孔洞深度為30~40cm,將釘形電子標志器放入,然后填埋孔洞即可。它有助于用戶(hù)標志那些采用非開(kāi)挖技術(shù)安裝及已存在的設施。
d.盾形電子標志器
盾形電子標志器的結構為圓盤(pán)線(xiàn)圈。由于其信號接收有方向性,因此要求水平埋設。為確保外力不使其傾斜,需在夯平的細土或沙土上安放盾形電子標志器,再回填足夠厚的細土后才能進(jìn)行夯實(shí)。
5 電子標志系統的應用
為了確保電子標志系統發(fā)揮作用,實(shí)現對PE管道的準確定位,對電子標志器的埋設,包括埋設方式、位置、數量、驗收等都有一套嚴格規定,必須予以遵守。
①電子標志系統的設計[5]
仔細踏勘現場(chǎng),以前瞻性、系統性眼光統籌考慮管網(wǎng)的分布,這是做好電子標志系統設計的基本要求。
②電子標志器的設置與安裝部位
一般情況下,以下部位需要設置電子標志器:
a.所有地下燃氣管道各類(lèi)閥門(mén)、井處;分支點(diǎn)(如三通)、異徑接頭等位置;轉彎處的起止位置;與其他地下設施的交叉處。
b.燃氣管道橫過(guò)道路、河流或其他公共設施的兩端(可以是燃氣管道保護管的兩端);非開(kāi)挖技術(shù)敷設的地下燃氣管道的兩端。
c.燃氣管道的深度變化幅度大于0.5m時(shí),電子標志器的埋設位置為最高和最低處。
d.所有預埋的燃氣管道端頭;所有檔案圖紙上標注的其他重要地下燃氣設施點(diǎn);其他認為重要而需要標注的位置。
e.對于已建燃氣管道,在維修過(guò)的地下燃氣管道或接頭處,必須在覆土前安裝電子標志器,記錄維修信息;其他市政管線(xiàn)開(kāi)挖工程,若遇燃氣管道,也必須安裝電子標志器。
由于電子標志器內部天線(xiàn)大小不同,接收信號強度不同,因此能探測到的深度不同。一般來(lái)說(shuō),釘形電子標志器的最大可探測深度為0.5m,球形電子標志器、球形電子信息標志器的最大可探測深度為1.5m,盾形電子標志器的最大可探測深度為2m。
球形電子標志器、球形電子信息標志器、盾形電子標志器應水平安裝,釘形電子標志器應垂直安裝,通常安裝在燃氣管道正上方。當現場(chǎng)情況不適合上置安裝時(shí),也可將電子標志器安裝在燃氣管道下部。安裝工作完成后,務(wù)必將已安裝的電子標志器位置記錄在相應的管網(wǎng)圖紙或系統中。
當管道敷設完成后,應使用探測儀對已安裝的電子標志器進(jìn)行可探性測試,以確定埋于地下的電子標志器安裝妥當,并應記錄所有測試結果。
③施工要求
施工時(shí)應由具備電子標志器安裝資格的人員負責電子標志器的施工工作,并嚴格按照設計文件進(jìn)行施工。如出現諸如施工圖有誤、管道定位點(diǎn)發(fā)生變化、需要增減標志器等情況,應及時(shí)向設計單位提出變更設計要求,經(jīng)設計單位同意,并出具設計變更后方可繼續施工。
電子標志器埋設前應嚴格按照施工要求將標志器下方的回填土夯實(shí),以減小沉降量。
④驗收要求
電子標志器施工驗收應作為整個(gè)工程驗收的一部分列入流程。建設單位應嚴格審查施工單位的電子標志器信息記錄表,對沒(méi)有該表或填寫(xiě)不全的工程,不能按竣工處理。驗收人員驗收時(shí),應將探測儀探測的結果與電子標志器的施工圖中的內容進(jìn)行對比。
⑤運行管理
電子標志器交付運行后,應經(jīng)常進(jìn)行探測管理。由相關(guān)管理部門(mén)指定人員定期測試其運行狀況;每年測試一次。
⑥功能拓展[6]
由探測儀現場(chǎng)記錄電子標志器的經(jīng)度、緯度、海拔等信息,將數據上傳到電子地圖系統,由此記錄電子標志器所在位置的絕對坐標。
6 電子標志系統的經(jīng)濟性分析
警示帶及警示PE保護板等“被動(dòng)”管道定位方式,只有在發(fā)生開(kāi)挖或第三方破壞時(shí),才能得知管道具體情況,顯然不能滿(mǎn)足燃氣企業(yè)希望主動(dòng)、及時(shí)獲取管道信息的要求,因此這種方法會(huì )逐步退出歷史舞臺。
電子標志器:按照“直線(xiàn)每30~50m放置l個(gè)電子標志器;彎道、岔路口及每個(gè)重要節點(diǎn)放置1個(gè)電子標志器”的要求,1km管道需放置電子標志器25個(gè)左右。球形電子標志器約260元/個(gè),球形電子信息標志器約330元/個(gè),釘形電子標志器約450元/個(gè),盾形電子標志器約130元/個(gè)??紤]價(jià)格因素,選用盾形標志器相對普遍。因此,以盾形標志器為例進(jìn)行計算,其購置成本為3250元/km,安裝費用低,可以忽略不計。
示蹤線(xiàn):示蹤線(xiàn)總成本約3000~4000元/km,其中購置成本約為2000~3000元/km,安裝成本為1000元/km。
可見(jiàn),盾形標志器與示蹤線(xiàn)的單位成本基本接近,而其他類(lèi)型電子標志器的成本過(guò)高,不宜大范圍推廣使用。
若考慮到“電子標志器50a使用壽命,而示蹤線(xiàn)30a使用壽命”這一因素,則盾形標志器的綜合成本是示蹤線(xiàn)的70%左右。
7 其他優(yōu)勢
①使用功能及可靠性比較
電子標志器可以準確定點(diǎn)定位,快速確定管道、彎頭、三通、閥門(mén)、穿越地點(diǎn)的具體位置,可靠性較高,使用壽命長(cháng),至少達到50a。且可以回收使用,當管道改線(xiàn)時(shí),可以將電子標志器重新敷設在新的管道位置。而帶有芯片的球形電子信息標志器還可以準確導出地下管道的相關(guān)信息。
示蹤線(xiàn)定位操作復雜,準確度不高,受外力作用容易斷裂,可靠性差,檢測時(shí)耗費時(shí)間長(cháng)。且使用壽命平均不到30a,也不能重復使用。
②日常維護
電子標志器不需要外接電源,隨管道施工同時(shí)進(jìn)行安裝。示蹤線(xiàn)每隔500~800m要有引出樁,需滿(mǎn)足對地絕緣電阻>999MW要求。一旦示蹤線(xiàn)出現斷裂情況,在非開(kāi)挖條件下無(wú)法進(jìn)行修補與維護。此外,與其他非燃氣管線(xiàn)鄰近時(shí),借助于電子標志器可分辨出其中的燃氣管道,而示蹤線(xiàn)很難做到這一點(diǎn)。
8 結語(yǔ)
電子標志系統作為一種高效可靠的地下燃氣管道準確定位方式,相對于示蹤線(xiàn)等傳統的方法,從全生命周期角度考慮,具有性能優(yōu)良、綜合成本低、維護簡(jiǎn)便、使用壽命長(cháng)、可靠性高等特點(diǎn),技術(shù)成熟且具有一定的經(jīng)濟優(yōu)勢,對于保障管道的安全運行具有顯著(zhù)作用,值得大力推廣應用。
 
參考文獻:
[1]申張有,李雪.地下燃氣管道查找定位方法[J].煤氣與熱力,2008,28(9):B49-B51.
[2]劉波.埋地PE燃氣管道的示蹤與定位[J].煤氣與熱力,2012,32(5):A25-A27.
[3]李野,孫奇.地下燃氣管網(wǎng)的電子標識智能化管理[J].煤氣與熱力,2012,32(10):B29-B32.
[4]陳培新,李丹華.埋地燃氣PE管道電子標志系統示蹤方法[J].煤氣與熱力,2009,29(4):B05-B07.
[5]汪穎.淺談電子標識系統在燃氣管網(wǎng)上的設計[J].上海煤氣,2009(2):23-25.
[6]李文靜.燃氣管線(xiàn)電子標識及信息管理系統項目應用及管理的展望[J].上海煤氣,2010(1):15-17.