物聯(lián)射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用探索

摘 要：探索依據(jù)現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持，找出科學(xué)、便捷、可靠的技術(shù)方法解決海洋工程中防爆電氣設(shè)備信息管理缺失的問題。本文依據(jù)國家及國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，引入RFID信息管理技術(shù)，對(duì)海洋工程防爆電氣設(shè)備管理進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：海洋工程；腐蝕；射頻識(shí)別；防爆電氣設(shè)備

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.117

1 概述

多年以來，基于工作需要，參與相關(guān)海洋石油、天然氣領(lǐng)域油氣鉆采平臺(tái)設(shè)施防爆電氣設(shè)備及燃?xì)狻⒍練獗O(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備安全檢查工作，總結(jié)發(fā)現(xiàn)一個(gè)普遍存在的困擾問題，即在相關(guān)幾十個(gè)平臺(tái)設(shè)施及FPSO/FSOU裝置上，防爆危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)按生產(chǎn)工藝要求配置的防爆電氣設(shè)備，都不同程度的存在防爆電氣設(shè)備銘牌信息缺失問題，統(tǒng)計(jì)管理困難。對(duì)于一些“高齡”設(shè)施，問題尤其嚴(yán)重。主要表現(xiàn)為，設(shè)備防爆銘牌因?yàn)閻毫拥暮Ｑ蠊ぷ鳝h(huán)境銹蝕腐爛、設(shè)備系統(tǒng)接線標(biāo)識(shí)牌銹蝕腐爛。

另外，因?yàn)槟甏眠h(yuǎn)，人事更迭等原因，造成一些在關(guān)鍵生產(chǎn)作業(yè)區(qū)域服役的防爆電氣設(shè)備難以得到可靠、有效的及時(shí)維護(hù)保養(yǎng)管理或更新，對(duì)應(yīng)的配件難以訂購。應(yīng)該說這種客觀的現(xiàn)狀對(duì)于處在特殊工況環(huán)境中的石油化工行業(yè)來說，存在較大的綜合安全生產(chǎn)事故隱患，任由這種狀況持續(xù)發(fā)展下去，會(huì)否導(dǎo)致較為嚴(yán)重的后果，不言而喻?，F(xiàn)在提出這個(gè)現(xiàn)象分析研究，并試圖結(jié)合現(xiàn)有的射頻識(shí)別電子技術(shù)，探索出有效的管控辦法。

2 海洋腐蝕對(duì)于防爆電器設(shè)備信息銘牌可靠性能的危害

本文僅對(duì)涉及的防爆電氣設(shè)備信息統(tǒng)計(jì)管理方法做出一些探索，其實(shí)對(duì)于海上設(shè)施配套的防爆電氣設(shè)備本身結(jié)構(gòu)及其他相關(guān)的基礎(chǔ)鋼結(jié)構(gòu)組件本身也同樣存在腐蝕程度的信息管理問題，這里暫不涉及。

我們知道，在海上設(shè)施上對(duì)應(yīng)的“危險(xiǎn)區(qū)域”裝配具有“防爆”性能的相關(guān)電氣設(shè)備，設(shè)備本身在設(shè)計(jì)制造之初，使用的材料具有應(yīng)用在惡劣工作環(huán)境中安全防腐需求的考量，其對(duì)應(yīng)的設(shè)備“防爆銘牌”及電氣參數(shù)標(biāo)識(shí)牌，雖然大多是不銹鋼材質(zhì)，但不銹鋼并不能永葆不銹，有長期海上工作經(jīng)驗(yàn)的業(yè)內(nèi)人士都知道，初裝的新設(shè)備，在海上存在了三、五年之后，大部分設(shè)備外表就已經(jīng)“重度滄?！保O(shè)備自帶的各種信息標(biāo)識(shí)銘牌紛紛被大自然摧殘，字跡信息模糊不清，甚至脫落消失不見。給后續(xù)維護(hù)保養(yǎng)、檢修檢驗(yàn)工作帶來很大的困擾，這是在整個(gè)海上油田區(qū)域（包括海外油氣田）實(shí)際工作現(xiàn)場(chǎng)中反映出來的普遍問題。

究其原因，可以發(fā)現(xiàn)，這其實(shí)是一個(gè)“世界性”的長期困擾的難題——腐蝕。海油工程設(shè)施設(shè)備建造離不開各種金屬材料，而由于海洋性環(huán)境濕度大、海洋表面大氣含鹽成分高，加之油氣開采及生產(chǎn)加工過程中不可避免的綜合性腐蝕類氣液的不同程度的泄放，造成所有暴露在該環(huán)境下的“萬物”不斷地腐蝕損耗。

在海洋油氣資源開發(fā)的長期歲月里，資源固然為人類生活提供了諸多的便利，但是災(zāi)難性的事故案例也很多，造成工程參與者及其家屬慘痛的損失。如英國北海“亞歷山大基定德”號(hào)鉆井平臺(tái)樁腿上的焊縫被腐蝕，載荷能力崩潰，平臺(tái)傾倒，一百余人遇難。而在我國，幾年前，山東青島經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)排水暗渠發(fā)生爆炸，造成數(shù)十人死亡，事故發(fā)生的主要原因也是由于輸油管道與排水暗渠交匯處管道腐蝕減薄、管道破裂、原油泄漏造成。因此，從安全防范的視角考量，必須加以高度關(guān)注。

3 解決方案構(gòu)想

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展及在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為提升海洋特殊環(huán)境中的設(shè)備資產(chǎn)管理水平也提供了可能。采用RFID技術(shù)，實(shí)現(xiàn)非接觸式信息自動(dòng)識(shí)別，引入射頻電子識(shí)別標(biāo)簽，只要能找到合適材料制作該類RFID標(biāo)簽，就可以可靠地實(shí)現(xiàn)信息采集數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡(luò)化；重要的是，應(yīng)用這類“電子標(biāo)簽”，其信息儲(chǔ)存在器件內(nèi)部，不會(huì)像目前使用的傳統(tǒng)銘牌那樣，信息“寫”在表面，受到環(huán)境腐蝕后易缺易損。

根據(jù)調(diào)查了解，并與業(yè)內(nèi)多個(gè)RFID產(chǎn)品生產(chǎn)廠家探討，如果采用一種具有抗金屬性能的無源RFID標(biāo)簽，外表施以特殊防護(hù)工藝，可以使其工作在海洋環(huán)境，內(nèi)部?jī)?chǔ)存信息壽命達(dá)到15—20年，甚至更長時(shí)間，而且，其存儲(chǔ)信息可以實(shí)現(xiàn)數(shù)萬次便捷重復(fù)讀寫更新。這樣的信息存儲(chǔ)管理時(shí)限，基本可以覆蓋設(shè)備更新?lián)Q代的周期，從而徹底解決設(shè)備信息缺損的困擾。

具體來說，一套完整的RFID系統(tǒng)，包括閱讀器、射頻標(biāo)簽（俗稱電子標(biāo)簽或應(yīng)答器）和對(duì)應(yīng)的應(yīng)用程序軟件三個(gè)功能區(qū)塊，閱讀器發(fā)射一特定頻率的無線電波能量給射頻標(biāo)簽，用以驅(qū)動(dòng)其功能電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時(shí)閱讀器便依序接收解讀數(shù)據(jù)，送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。

以RFID閱讀器及射頻標(biāo)簽之間的通訊及能量感應(yīng)方式來分析，大致上可以分成感應(yīng)偶合及后向散射偶合兩種，一般低頻的RFID大都采用第一種式，而較高頻大多采用第二種方式。閱讀器根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)不同，可以是讀或讀/寫裝置，是RFID系統(tǒng)信息控制和處理中心。在海洋工程實(shí)際應(yīng)用中，采用讀/寫雙功能閱讀器，可以滿足工作期間設(shè)備維修更換時(shí)，信息更新的需要。

射頻標(biāo)簽是RFID系統(tǒng)的信息載體，現(xiàn)有的射頻標(biāo)簽多是由耦合原件（線圈、微帶天線等）和微芯片組成無源單元?？紤]到海油設(shè)施防爆區(qū)域的設(shè)備防爆性能要求，閱讀器需制作成“防爆性能”設(shè)備；在滿足信息采集可靠的前提下，電子標(biāo)簽應(yīng)采用無源組件。

4 電子標(biāo)簽材料的選用

已經(jīng)聯(lián)合有關(guān)廠家，選取若干備選的封裝材料（如陶瓷、防靜電聚氨酯等），進(jìn)行鹽霧老化【GB/T10125；ISO9227】及抗沖擊、跌落破損實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)其抗腐蝕、抗震、抗損性能，進(jìn)一步準(zhǔn)確觀察其在海洋工作環(huán)境中對(duì)信息組件保護(hù)的有效性，結(jié)合信息存儲(chǔ)的客觀時(shí)限，估算電子標(biāo)簽的使用壽命。其中，在NSS條件下，所選用的材料老化試驗(yàn)時(shí)間380小時(shí)，無深度腐蝕現(xiàn)象發(fā)生，考慮海洋工作環(huán)境，加厚射頻標(biāo)簽防護(hù)涂層或?qū)ζ洳扇?fù)合封裝措施，可以預(yù)見，實(shí)現(xiàn)該類射頻標(biāo)簽工作壽命15～20年的目標(biāo)是有把握的。

5 實(shí)際應(yīng)用展望

以一個(gè)中型ODP為例，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，設(shè)施上裝配有近一千臺(tái)/件各類防爆電氣設(shè)備，設(shè)備總價(jià)值以數(shù)千萬元計(jì)。而RFID信息數(shù)據(jù)化管理系統(tǒng)整體投入資金有限。如果能引入上述的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)良好可靠的設(shè)備信息管理，應(yīng)該說對(duì)于整個(gè)海上設(shè)施安全生產(chǎn)意義重大。

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作者簡(jiǎn)介：劉志堅(jiān)（1966-），男，安徽宿州人，本科，工程師，研究方向：工業(yè)自動(dòng)化、過程控制系統(tǒng)、海洋油氣工程防爆電氣設(shè)備。