摘要：電子標識系統(tǒng)作為對PE燃氣管道定位的一種有效方式，目前已在國內(nèi)外燃氣行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。通過與其它管道定位方式進行多方面的綜合比較，全面分析了電子標識系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性。從全生命周期角度考慮，電子標識系統(tǒng)具有使用壽命長、定位準確、可靠性高、維護保養(yǎng)便捷等諸多特點，技術(shù)成熟且具有一定的經(jīng)濟優(yōu)勢，于保障管道的安全運行具有顯著作用，值得大力推廣應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：電子標識；PE管道；燃氣；定位；經(jīng)濟性；安全性
1 前言
目前，城市燃氣中壓管網(wǎng)的管道大多采用金屬(鋼質(zhì))管材和塑料(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趨勢。這些燃氣管道一般都埋設(shè)在地下1.0m左右的深度，有些地段，比如穿越工程的管道，埋深高達10m以上。管道通常由人工填土覆蓋，填土上方是瀝青路面、水泥路面或碎石路基等。
由于城市總是處于不斷建設(shè)、發(fā)展與變化之中，因此，弄清楚埋設(shè)在地下的燃氣管道的實際位置，實現(xiàn)對地下燃氣管道準確的定位，并且對其進行科學(xué)的監(jiān)管異常重要，這是確保燃氣管網(wǎng)運營安全，提升城市現(xiàn)代化管理水平的必然要求。
2 PE管道定位中存在的問題
鋼質(zhì)燃氣管，由于其良好的導(dǎo)電特性，與周圍覆蓋層存在明顯的電性差異，且表現(xiàn)為二維線性特征，常規(guī)的探測方法就能較好的識別，因此，對鋼質(zhì)管道的定位相對來說不是太難，現(xiàn)有技術(shù)也比較成熟。但是，對于非金屬材料的PE燃氣管，其外殼表現(xiàn)出高阻性質(zhì)，再加上管道周圍一些干擾源的影響，探測這類高阻管，常規(guī)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實現(xiàn)。但無論是從經(jīng)濟方面，還是從其定位的準確性方面考慮，都尚存在一些不盡人意之處，以現(xiàn)有條件，還不能成為一種可以廣泛使用的探測定位方式[1]。
3 常見的地下PE管道定位方式[2]
(1) 警示帶
敷設(shè)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，具有抗擊回填沖擊、壓迫及土壤中化學(xué)物質(zhì)腐蝕的特性。
這種定位方式成本低廉，但只有在開挖之后才能夠知道PE管道的大致走向，后期成本較高。
(2) 示蹤線
通常選用BV2.5mm2聚乙烯絕緣無護套電纜電線作為示蹤線，非開挖穿越地段有時采用BV2.5mm2雙線或BV4.0mm2銅線。而且，地面上需安裝信號加載點或檢測樁。
示蹤線埋設(shè)方便、價格便宜，但在實際探測時信號接入條件較為苛刻，探測儀必須與示蹤線連接才可進行探測。此外，示蹤線還較易受到外力傷害，出現(xiàn)斷線或腐蝕斷點等情況，可靠性極為有限。
(3) 金屬示蹤帶
示蹤線與警示帶結(jié)合，即將金屬導(dǎo)線包覆在警示帶中，則構(gòu)成金屬示蹤帶，它能起到示蹤線和示蹤帶的雙重作用。
(4) 警示PE保護板
與警示帶作用相似，警示PE保護板也是理地燃氣管道的一種定位方式，可有效地起到警作用。其主要特點是：使用壽命長；抗沖擊能力強，在應(yīng)對第三方破壞方面有一定作用。
(5) 電子標識系統(tǒng)
電子標識系統(tǒng)在歐美發(fā)達國家已有40多年的使用歷史，白上個世紀末以來，在我國燃氣行業(yè)也開始逐步得到應(yīng)用。它不僅可以指示出其埋設(shè)的位置，還可以將內(nèi)部儲存的信息，比如提示管道口徑、埋設(shè)時間、三通彎頭、閥門、周邊建筑物情況等特征點的精確信息發(fā)送給電子探測儀，有效彌補其它示蹤方式的不足。
此外，它還可以與全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)結(jié)合，擴充其功能，導(dǎo)出PE管道的絕對坐標(經(jīng)度、緯度、海拔高度)，變相對定位為絕對定位。
4 電子標識系統(tǒng)介紹
(1) 組成
電子標識系統(tǒng)由電子標識器和電子標識定位儀(探測儀)兩部分組成，其中，電子標識器埋設(shè)在地下PE管道的頂部位置。
(2) 工作原理
電子標識系統(tǒng)實施對PE管道定位是基于射頻原理工作的。工作原理如下圖1所示。
電子探測儀以間斷方式發(fā)送一定頻率的信號，被埋設(shè)在管道上方的相同諧振頻率的地下標識器吸收并存儲信號能量，探測儀短時間發(fā)送信號后，停止發(fā)送并進入信號接收模式；而當探測儀停止發(fā)送信號，標識器將儲存的能量釋放并反射回探測儀；探測儀檢測返回的信號強度來確定標識器所在的具體地點，信號最強處就是標識器的正上方，探測到標識器位置實際上就是掌握到了燃氣管道的位置。
(3) 外觀與諧振頻率
城市燃氣使用的電子標識系統(tǒng)外觀顏色為黃色，諧振頻率為83.0kHz。
外觀顏色及專有固定頻率遵循的是國際統(tǒng)一顏色編碼標準。不同的行業(yè)諸如通信、電力、有線電視、供水、污水、石油天然氣等，對應(yīng)不同顏色、不同類型的電子標識器和探測儀，其諧振頻率、探測深度各不相同。
(4) 電子標識器介紹
電子標識器是電子標識系統(tǒng)的核心組成部分。有球形電子標識器(M)、球型電子信息標識器(ID)、釘形標識器、全程(盾形)標識器等四種類型。其中，ID電子信息標識器可記錄埋設(shè)管道的特性：管徑、壓力、埋深、事件點。
① 球形電子標識器
主要是由密封防水聚乙烯殼體及其內(nèi)部的無線天線構(gòu)成。本身是一個無源體，它只能夠接收和反射專用探測儀的信號。
內(nèi)部是一個特定低頻的諧振電路，外殼防潮、防鹽酸、防腐蝕、耐擠壓，不受溫度的影響。采用自對準水平設(shè)計，其內(nèi)部的電磁感應(yīng)線圈都可以漂浮在防凍液表面，確保最佳的接受效果和探測深度。無論何種敷設(shè)方式下，感應(yīng)線圈總保持水平位置。球型標識器中的防凍液體使其能適用于低至40℃的極寒環(huán)境(電子標識器內(nèi)含聚乙烯乙二醇和水的混合物)。
② 球型電子信息標識器
是在前者的基礎(chǔ)上增加一片可存儲設(shè)施相關(guān)信息的RFID芯片。這些ID標識器均用唯一的標識號碼進行了預(yù)編程。這一號碼還用一個可卸下的條形碼標簽附在標記器上，可將該標簽撕去，貼設(shè)備圖以供將來參考之用。ID標記器還能編程包含客戶的細節(jié)信息，如設(shè)備數(shù)據(jù)，危險級別，應(yīng)用類型，放置日期和其他重要詳細資料。該信息由用戶編寫并鎖定。
③ 釘形標識器
垂直安裝方式。使用沖擊鉆在硬質(zhì)路面上打一個垂直的孔洞，30～40cm深，將釘形電子標識器放入，然后填埋孔洞即可。它有助于用戶標識那些采用非開挖技術(shù)安裝及已存在的設(shè)施。
④ 全程(盾形)標識器
外形設(shè)計可以起到防止人工挖掘傷害的作用，同時起到警示的效果。由于其信號接收有方向性，因此要求水平埋設(shè)。為確保外力不使其傾斜，需在夯平的細土或沙土上安放全程標識器，再回填足夠厚的細土后才能進行夯實。
⑤ 電子標識定位儀
習(xí)慣上我們稱之為電子探測儀，它用于探測地下標識器的位置，作用半徑為3m。當用其對地下電子標識器進行探測時，探測儀先向地下發(fā)出一定頻率的電磁波信號，當靠近標識器時，電子標識器會反射定位儀發(fā)出的信號，從而被探測儀發(fā)現(xiàn)和接收，并通過聲音和讀數(shù)來告知操作者地下設(shè)施的全面信息?？蓽蚀_探測出標識器的位置(即管線位置)，并具有金屬管線探測儀的雙重功能。
5 電子標識系統(tǒng)的應(yīng)用
為了確保電子標識系統(tǒng)發(fā)揮作用，實現(xiàn)對PE管道的準確定位，對電子標識器的埋設(shè)，包括埋設(shè)方式、位置、數(shù)量、施工、驗收等都是有一套嚴格規(guī)定，必須予以遵守。
(1) 電子標識系統(tǒng)的設(shè)計[3]
認真領(lǐng)會標準規(guī)范要求，仔細踏勘現(xiàn)場，以前瞻性、系統(tǒng)性眼光統(tǒng)籌考慮管網(wǎng)的發(fā)展情況，這是做好電子標識系統(tǒng)設(shè)計的基本要求。
(2) 電子標識器的設(shè)置與安裝部位
一般情況下，以下部位需要設(shè)置電子識器。
① 所有地下燃氣管道各類閥門、不可見井蓋處；分支點、接頭，如三通、異經(jīng)接頭等置；非人井內(nèi)的轉(zhuǎn)彎處的起始至終止位置；與它地下設(shè)施的交越處。
② 燃氣管道橫過道路、河流或其他公共設(shè)的兩端，可以是燃氣管道保護管的兩端；非開技術(shù)敷設(shè)的地下管線的兩端。
③ 燃氣管道的深度變化幅度大于0.5m時埋設(shè)位置為最高和最低處。
④ 所有預(yù)埋預(yù)放的燃氣管道端頭；所有檔圖紙上標注的其他重要地下燃氣設(shè)施點；其他為重要而需要標注的事件點。
⑤ 對于已建管道，在維修過的地下燃氣管或接頭處，必須在覆土前安裝電子信息標識器記錄維修信息；其它市政管線開挖工程，如遇氣管線，也必須安裝電子信息標識器。
用于標識燃氣管道、供水管道、污水管道電纜的電子標識器各自的安裝位置示意圖如下圖2所示。
(3) 電子標識器的安裝
電子標識器應(yīng)采用上置方式水平安裝，單獨或合并使用膠布、扎帶穩(wěn)固安裝于彎管及管末端位置。但當現(xiàn)場情況不適合上置安裝時，也可將電子標識器安裝在燃氣管道底部。安裝工作完成后，務(wù)必將已安裝的電子標識器位置記錄在相應(yīng)的管網(wǎng)圖紙或系統(tǒng)中。
當管道敷設(shè)完成后，應(yīng)使用電子探測器對已安裝的電子標識器進行可探性測試，以確定埋于地下的電子標識器安裝妥當，并應(yīng)記錄所有測結(jié)果。
(4) 施工要求
施工時應(yīng)由具備電子標識器安裝資格的員負責電子標識器的施工工作，并嚴格按照設(shè)文件進行施工。如出現(xiàn)下述情況：施工圖有誤管道定位點發(fā)生變化、需要增減標識器等，應(yīng)時向設(shè)計單位提出變更設(shè)計要求，經(jīng)設(shè)計單位意，并出具設(shè)計變更后方可繼續(xù)施工。
電子標識器埋設(shè)前應(yīng)嚴格按照施工要求將標識器下方的回填土夯實，以減小沉降量。
(5) 驗收要求
電子標識器施工驗收應(yīng)作為整個工程驗收的一部分被列入流程。建設(shè)單位應(yīng)嚴格審查施工單位的電子標識器信息記錄表，對沒有該表或填寫不全的工程，不能做竣工處理。驗收人員驗收時，應(yīng)將定位儀探測的結(jié)果與電子標識器的施工圖中的內(nèi)容進行對比，保證電子標識器的位置與定位點水平方向誤差不得超過要求。
(6) 運行管理
電子標識器交付運行管理后，應(yīng)經(jīng)常進行探測管理。由相關(guān)管理部門指定人員定期測試其運行狀況，每年測試一次。
(7) 功能拓展
圖3是電子標識器的功能拓展示意圖，由GPS現(xiàn)場記錄電子標識器的經(jīng)度、緯度、海拔高度等信息，將數(shù)據(jù)上傳到電子地圖系統(tǒng)，由此記錄標識器所在位置的絕對坐標[4]。
6 電子標識系統(tǒng)的經(jīng)濟性分析
(1) 購置與施工成本分析
電子標識器：按照“直線每隔100m放置一個電子標識器；彎道、岔路口及每個重要節(jié)點放置一個電子標識器”要求，1km管線需放置電子標識器15個左右。電子標識器平均單價約155.00元/個，則購置成本約2325元，折合2.33元/m。
示蹤線：1km示蹤線的購置與安裝成本約為2000元，折合2.00元/m。
可見，兩者初次購置與安裝成本基本接近。
若考慮到“電子標識器50年使用壽命、而示蹤線30年使用壽命”這一因素，則電子標識器的購置成本只有示蹤線的70%左右。
(2) 使用功能及可靠性比較
電子標識器：可以準確定點定位，快速確定管道、彎頭、三通、高低位、閥門、穿越地具體位置等，可靠性較高，使用壽命長，至少達到50年。且可以回收使用，當管線改道時，可以將電子標識器重新使用到新的管線位置。而帶有芯片的球型電子信息標識器還可以準確導(dǎo)出地下管道的相關(guān)信息。
示蹤線：定位操作復(fù)雜，準確度不高，受外力作用容易斷裂斷點、可靠性差，檢測時耗費時間長。且使用壽命平均不到30年，也不能重復(fù)使用。
(3) 日常維護成本
電子標識器：不需要電源，基本上沒有后期的維護工作。
示蹤線：每隔500～800m要有引出樁；對地絕緣電阻需滿足＞999MΩ要求。因此，需要一定的日常維護費用。
(4) 其它優(yōu)勢
與多條非燃氣管線同溝鋪設(shè)時，借助于電子標識器可分辨出其中的燃氣管線；且探測范圍廣、抗噪聲等干擾能力強。示蹤線很難做到這點。
7 結(jié)語
電子標識系統(tǒng)作為一種高效可靠的地下燃氣管道準確定位方式，相對于示蹤線等傳統(tǒng)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、維護簡便、使用壽命長、可靠性高等特點，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作用，值得大力推廣應(yīng)用。
參考文獻：
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[3] 汪穎.淺談電子標識系統(tǒng)在燃氣管網(wǎng)上的設(shè)計[J].上海煤氣，2009，02：23-25.
[4] 李文靜.燃氣管線電子標識及信息管理系統(tǒng)項目應(yīng)用及管理的展望[J].上海煤氣，2010，01：15-17.
(本文作者：羅東曉1，2 1.新奧能源控股有限公司 河北廊坊 065001；2.中山大學(xué) 廣東廣州 510275)
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