海南乐东 572500
摘要：电子标签是埋地聚乙烯管道检测定位的重要装置，传统的电子标签价格高昂，还存在被拆移使之偏离管道的风险，文中介绍的环型电子标签价格低廉且直接套在管道上，较好地满足了数字化安全管理的要求。
关键词：燃气管道；聚乙烯管道；电子标签
随着我国城市化进程快速发展，地下管线管理水平亟待提高，近年来一些城镇相继发生管线安全事故，尤以燃气管道泄露爆炸事故最为惨痛。随着当前我国各个城市的不断发展，各项基础设施建设的要求越来越高，其中燃气方面的需求也逐步提升，为了确保城市燃气的供应较为合理高效，必然需要重点把握好对于相应城市燃气工程的有效控制，确保施工操作能够较为便捷高效，有助于保障后续城市燃气管道的正常运行，提供充分的燃气资源。关于加强城市地下管线建设管理的指导意见，要求全国各省市完成城市地下管线普查，建立综合管理信息系统，编制完成地下管线综合规划，建成较为完善的城市地下管线体系，使地下管线建设管理水平能够适应经济社会发展需要，应急防灾能力大幅提升。
一、问题的提出
聚乙烯管材具有无腐蚀风险、耐土壤沉降、施工简便和造价便宜等优点，已成为中小口径市政埋地管道的首选，美中不足的是检测定位比较困难。聚乙烯管体无法传递电信号，只能借助同沟敷设的金属示踪线或定点埋设的电子标签间接定位。示踪线容易受到周边金属管道的干扰导致误判，使电子标签应用越来越广泛，同时它也是市政埋地管道实现数字化安全管理的重要工具。按照有关技术规范，电子标签除埋设在管道每个节点处外，平直管段间隔不得大于50m，弧形段还要适当加密。由于传统的电子标签价格昂贵，实际生产中通常仅用于三通、弯头等重要节点，平直管段极少埋设，弧形管段埋设间距也偏大。此外，捆绑埋设在管道上的电子标签容易被其他人拆移，使其偏离管道的实际位置，由此导致埋地管道被第三方施工时挖穿或钻透的严重后果，研发了环型电子标签，可经济合理地保证市政埋地管道的安全运行。
二、聚乙烯管道识别定位技术现状
预防措施是第三方施工前在现场重新探查埋地燃气管道的实际路由，并作地面标记。对于钢管可以方便地借助管体传输电磁信号，在地面探查到准确的管位坐标，而对于城镇燃气埋地聚乙烯管道查找则困难得多。最常见的办法是借助管道敷设时同步埋设的金属示踪线，相对于其他管道或线路，示踪线的导电性能相对较差，因此造成探测信号被湮没，以至于混淆管道位置[2]。此外，经常发生示踪线因接头腐蚀断开，或被第三方施工弄断，断点后面的管道就无法定位。
目前国内城镇燃气管道使用较多的是电子标签法，犹如地面标志桩一样，电子标签埋设在每个重要节点处，平直段管道则间隔50m左右，弧线段还要适当加密。由于电子标签只对特定频率有响应，可以最大限度消除误判[1]。近年来，美国天然气研究所（GRI）开发了磁性聚乙烯管材，地面探测埋地管道的磁力场可以对聚乙烯管道准确定位，已经推出了磁性聚乙烯燃气管成品。中国管道商务网报道，该定位解决方案由RYB（法国聚乙烯管道生产商）与应用研究所CEALeti共同开发。RYB将电子标签直接植入聚乙烯管壁内，使之不会变松脱落。
三、现有电子标签工作原理
电子标签系统由埋地电子标签及地面阅读器两部分组成。电子标签内置有只读或读写的芯片，可存储业主单位、敷设日期、管段特点等相关信息的代码。电子标签内的线圈与电容组成谐振电路。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
当阅读器接近电子标签时，其所发射特定频率的无线电波，使电子标签内部与之频率相应的线圈与电容发生谐振产生感应电流，该感应电流的磁场信号又可被阅读器感知，信号最强点即为电子标签上方地表。凭借感应电流所获得的能量，还能发送出存储在芯片中的相关信息，由阅读器接收。电子标签内的线圈也是其与阅读器之间发射、接收数据的天线，其形状和结构对数据的发射和接收都有重要影响。目前国内城镇埋地管道使用效果最好的美国产电子标签，是内有三组正相交金属线圈的塑料球。三组正相交金属线圈受激谐振产生的叠合磁场，使阅读器无论自哪个方位接近，都能产生最佳响应，从而实现快速查找。从距离电子标签5m远处开始寻找到完成准确定位，所用时间不超过1min[2]。其最大被探测深度1.5m，满足绝大部分城镇燃气埋地管道的要求。国内有厂家开发具有单组线圈的圆柱形电子标签，要求电子标签必须垂直埋设，也就是线圈呈水平方位。若达到最大埋深，则要求检测时阅读器须位于电子标签正上方。偏离电子标签处垂线30度，响应就会明显减弱。每个电子标签独立工作，无相互连接问题，但也由于这个特点，单个电子标签错位就不宜发现，经常有第三方施工后将电子标签丢弃或随意埋在偏离管道的地方。在施工现场对管材、管件进行焊接连接前，可将工程信息如工程编号、施工队编号、施工人员编号等，通过无线网络传输到终端服务器。也可对焊接施工的每个细节如开挖的沟槽是否符合规范要求、焊机是否符合标准、管材焊接面氧化层是否充分刮除、管材插入深度是否明确标识、两端管材是否同轴、管材是否采用夹持工装、施工环境等进行摄像、拍照，通过无线网络传送到终端服务器，实现远程监控。
四、实现环型电子定位标签
要实现埋地聚乙烯管道准确定位，一要大幅增加电子标签数量，二是保证每个电子标签都不会与管道脱离，采用磁性聚乙烯管或每根管材内都预埋电子标签是理想的解决方案，但相关技术研发和引进都需要时间，其造价国内管道运营企业在近期恐怕也难以承受。为此，研制了可以套在管道上的环型电子定位标签。此时单组谐振线圈与地面并非水平状态，不便于地面快速查找，但对于第三方施工前必须准确定位，查找速度要求并不高，则是合适的，现已申请国家实用新型专利。环型电子定位标签由非金属材质的环形管状外壳、线圈、电容组成。线圈盘绕在环形外壳内，电容也封闭在环形外壳内，线圈与电容组成无源谐振电路，内部不设存贮芯片，以降低造价。环型电子定位标签的外型直径大于埋地非金属管道，敷设管道时将之直接斜跨在非金属管道外，两个接触点分别位于埋地聚乙烯燃气管道的管顶与管底，以使之尽量靠近水平状态，因为水平状态线圈对地面垂直投影面积最大。从美国产电子标签产品数据以及实际操作经验可知，埋地电子标签的线圈对地面垂直投影越大，响应信号就越强，可测埋深越大，直径100mm的水平线圈就可以满足管顶埋深1.2m的定位要求，这是大多数城镇燃气管道的埋深。城镇聚乙烯燃气管道口径大多在200mm以下，就以口径200mm埋地管道为例进行讨论。若在口径200mm的埋地燃气管道上，斜套直径225mm的环形电子标签，则谐振线圈垂直投影为短轴103mm、长轴225mm的椭圆，理论上即可以达到球型电子标签的效果。该环形电子标签用于更小口径聚乙烯管道时，投影更大效果更好。由于环形电子标签价格低廉，除重要节点外，平直管段也可大量安装，从而实现管道走向的精确示踪定位。
结论
埋地聚乙烯管道坐标不准导致第三方施工破坏是城镇燃气埋地管道的最大威胁，聚乙烯管材生产商与探测仪器生产商联手是解决问题的最佳方式，应借鉴国外已有成功先例，尽快引进和研发相应的埋地聚乙烯管道定位技术。环型电子定位标签，不会与燃气管道脱离，价格低廉，是适合国情的城镇埋地聚乙烯燃气管道定位的较好解决方案。
参考文献
[1]杨印臣.地下管道检测与评估[M].广州：华南理工大学出版社，2012.
[2]陈培新，李丹华.埋地燃气PE管道电子标志系统示踪方法[J].煤气与热力，2013；4.
[3]杨波，笪菁，林金梅．城市埋地PE管道的定位现状研究[J]．广东化工，2013；40（24）.
[4]孙逊.埋地燃气管道电子标志系统方法聚乙烯燃气管道的进展[J].化学建材，2013；4：9-12
[5]刘波.埋地PE燃气管道的示踪与定位[J].煤气与热力，2012；5.
论文作者:周家腾
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/16
标签：管道论文; 电子标签论文; 燃气论文; 聚乙烯论文; 线圈论文; 谐振论文; 城镇论文; 《建筑学研究前沿》2018年第35期论文;