摘要：电子标识系统作为对PE燃气管道定位的一种有效方式，目前已在国内外燃气行业得到广泛应用。通过与其它管道定位方式进行多方面的综合比较，全面分析了电子标识系统的技术经济性。从全生命周期角度考虑，电子标识系统具有使用寿命长、定位准确、可靠性高、维护保养便捷等诸多特点，技术成熟且具有一定的经济优势，于保障管道的安全运行具有显著作用，值得大力推广应用。
关键词：电子标识；PE管道；燃气；定位；经济性；安全性
1 前言
目前，城市燃气中压管网的管道大多采用金属(钢质)管材和塑料(聚乙烯，PE)管材，且近几年PE管材的使用比例有明显的增长趋势。这些燃气管道一般都埋设在地下1.0m左右的深度，有些地段，比如穿越工程的管道，埋深高达10m以上。管道通常由人工填土覆盖，填土上方是沥青路面、水泥路面或碎石路基等。
由于城市总是处于不断建设、发展与变化之中，因此，弄清楚埋设在地下的燃气管道的实际位置，实现对地下燃气管道准确的定位，并且对其进行科学的监管异常重要，这是确保燃气管网运营安全，提升城市现代化管理水平的必然要求。
2 PE管道定位中存在的问题
钢质燃气管，由于其良好的导电特性，与周围覆盖层存在明显的电性差异，且表现为二维线性特征，常规的探测方法就能较好的识别，因此，对钢质管道的定位相对来说不是太难，现有技术也比较成熟。但是，对于非金属材料的PE燃气管，其外壳表现出高阻性质，再加上管道周围一些干扰源的影响，探测这类高阻管，常规的方法则难以奏效。
尽管理论上讲，对PE管道的探测，可以利用探地雷达来实现。但无论是从经济方面，还是从其定位的准确性方面考虑，都尚存在一些不尽人意之处，以现有条件，还不能成为一种可以广泛使用的探测定位方式[1]。
3 常见的地下PE管道定位方式[2]
(1) 警示带
敷设在燃气管道的上方，距管顶不小于300mm。警示带上标有醒目的提示字样，具有抗击回填冲击、压迫及土壤中化学物质腐蚀的特性。
这种定位方式成本低廉，但只有在开挖之后才能够知道PE管道的大致走向，后期成本较高。
(2) 示踪线
通常选用BV2.5mm2聚乙烯绝缘无护套电缆电线作为示踪线，非开挖穿越地段有时采用BV2.5mm2双线或BV4.0mm2铜线。而且，地面上需安装信号加载点或检测桩。
示踪线埋设方便、价格便宜，但在实际探测时信号接入条件较为苛刻，探测仪必须与示踪线连接才可进行探测。此外，示踪线还较易受到外力伤害，出现断线或腐蚀断点等情况，可靠性极为有限。
(3) 金属示踪带
示踪线与警示带结合，即将金属导线包覆在警示带中，则构成金属示踪带，它能起到示踪线和示踪带的双重作用。
(4) 警示PE保护板
与警示带作用相似，警示PE保护板也是理地燃气管道的一种定位方式，可有效地起到警作用。其主要特点是：使用寿命长；抗冲击能力强，在应对第三方破坏方面有一定作用。
(5) 电子标识系统
电子标识系统在欧美发达国家已有40多年的使用历史，白上个世纪末以来，在我国燃气行业也开始逐步得到应用。它不仅可以指示出其埋设的位置，还可以将内部储存的信息，比如提示管道口径、埋设时间、三通弯头、阀门、周边建筑物情况等特征点的精确信息发送给电子探测仪，有效弥补其它示踪方式的不足。
此外，它还可以与全球卫星定位系统(GPS)结合，扩充其功能，导出PE管道的绝对坐标(经度、纬度、海拔高度)，变相对定位为绝对定位。
4 电子标识系统介绍
(1) 组成
电子标识系统由电子标识器和电子标识定位仪(探测仪)两部分组成，其中，电子标识器埋设在地下PE管道的顶部位置。
(2) 工作原理
电子标识系统实施对PE管道定位是基于射频原理工作的。工作原理如下图1所示。
电子探测仪以间断方式发送一定频率的信号，被埋设在管道上方的相同谐振频率的地下标识器吸收并存储信号能量，探测仪短时间发送信号后，停止发送并进入信号接收模式；而当探测仪停止发送信号，标识器将储存的能量释放并反射回探测仪；探测仪检测返回的信号强度来确定标识器所在的具体地点，信号最强处就是标识器的正上方，探测到标识器位置实际上就是掌握到了燃气管道的位置。
(3) 外观与谐振频率
城市燃气使用的电子标识系统外观颜色为黄色，谐振频率为83.0kHz。
外观颜色及专有固定频率遵循的是国际统一颜色编码标准。不同的行业诸如通信、电力、有线电视、供水、污水、石油天然气等，对应不同颜色、不同类型的电子标识器和探测仪，其谐振频率、探测深度各不相同。
(4) 电子标识器介绍
电子标识器是电子标识系统的核心组成部分。有球形电子标识器(M)、球型电子信息标识器(ID)、钉形标识器、全程(盾形)标识器等四种类型。其中，ID电子信息标识器可记录埋设管道的特性：管径、压力、埋深、事件点。
① 球形电子标识器
主要是由密封防水聚乙烯壳体及其内部的无线天线构成。本身是一个无源体，它只能够接收和反射专用探测仪的信号。
内部是一个特定低频的谐振电路，外壳防潮、防盐酸、防腐蚀、耐挤压，不受温度的影响。采用自对准水平设计，其内部的电磁感应线圈都可以漂浮在防冻液表面，确保最佳的接受效果和探测深度。无论何种敷设方式下，感应线圈总保持水平位置。球型标识器中的防冻液体使其能适用于低至40℃的极寒环境(电子标识器内含聚乙烯乙二醇和水的混合物)。
② 球型电子信息标识器
是在前者的基础上增加一片可存储设施相关信息的RFID芯片。这些ID标识器均用唯一的标识号码进行了预编程。这一号码还用一个可卸下的条形码标签附在标记器上，可将该标签撕去，贴设备图以供将来参考之用。ID标记器还能编程包含客户的细节信息，如设备数据，危险级别，应用类型，放置日期和其他重要详细资料。该信息由用户编写并锁定。
③ 钉形标识器
垂直安装方式。使用冲击钻在硬质路面上打一个垂直的孔洞，30～40cm深，将钉形电子标识器放入，然后填埋孔洞即可。它有助于用户标识那些采用非开挖技术安装及已存在的设施。
④ 全程(盾形)标识器
外形设计可以起到防止人工挖掘伤害的作用，同时起到警示的效果。由于其信号接收有方向性，因此要求水平埋设。为确保外力不使其倾斜，需在夯平的细土或沙土上安放全程标识器，再回填足够厚的细土后才能进行夯实。
⑤ 电子标识定位仪
习惯上我们称之为电子探测仪，它用于探测地下标识器的位置，作用半径为3m。当用其对地下电子标识器进行探测时，探测仪先向地下发出一定频率的电磁波信号，当靠近标识器时，电子标识器会反射定位仪发出的信号，从而被探测仪发现和接收，并通过声音和读数来告知操作者地下设施的全面信息。可准确探测出标识器的位置(即管线位置)，并具有金属管线探测仪的双重功能。
5 电子标识系统的应用
为了确保电子标识系统发挥作用，实现对PE管道的准确定位，对电子标识器的埋设，包括埋设方式、位置、数量、施工、验收等都是有一套严格规定，必须予以遵守。
(1) 电子标识系统的设计[3]
认真领会标准规范要求，仔细踏勘现场，以前瞻性、系统性眼光统筹考虑管网的发展情况，这是做好电子标识系统设计的基本要求。
(2) 电子标识器的设置与安装部位
一般情况下，以下部位需要设置电子识器。
① 所有地下燃气管道各类阀门、不可见井盖处；分支点、接头，如三通、异经接头等置；非人井内的转弯处的起始至终止位置；与它地下设施的交越处。
② 燃气管道横过道路、河流或其他公共设的两端，可以是燃气管道保护管的两端；非开技术敷设的地下管线的两端。
③ 燃气管道的深度变化幅度大于0.5m时埋设位置为最高和最低处。
④ 所有预埋预放的燃气管道端头；所有档图纸上标注的其他重要地下燃气设施点；其他为重要而需要标注的事件点。
⑤ 对于已建管道，在维修过的地下燃气管或接头处，必须在覆土前安装电子信息标识器记录维修信息；其它市政管线开挖工程，如遇气管线，也必须安装电子信息标识器。
用于标识燃气管道、供水管道、污水管道电缆的电子标识器各自的安装位置示意图如下图2所示。
(3) 电子标识器的安装
电子标识器应采用上置方式水平安装，单独或合并使用胶布、扎带稳固安装于弯管及管末端位置。但当现场情况不适合上置安装时，也可将电子标识器安装在燃气管道底部。安装工作完成后，务必将已安装的电子标识器位置记录在相应的管网图纸或系统中。
当管道敷设完成后，应使用电子探测器对已安装的电子标识器进行可探性测试，以确定埋于地下的电子标识器安装妥当，并应记录所有测结果。
(4) 施工要求
施工时应由具备电子标识器安装资格的员负责电子标识器的施工工作，并严格按照设文件进行施工。如出现下述情况：施工图有误管道定位点发生变化、需要增减标识器等，应时向设计单位提出变更设计要求，经设计单位意，并出具设计变更后方可继续施工。
电子标识器埋设前应严格按照施工要求将标识器下方的回填土夯实，以减小沉降量。
(5) 验收要求
电子标识器施工验收应作为整个工程验收的一部分被列入流程。建设单位应严格审查施工单位的电子标识器信息记录表，对没有该表或填写不全的工程，不能做竣工处理。验收人员验收时，应将定位仪探测的结果与电子标识器的施工图中的内容进行对比，保证电子标识器的位置与定位点水平方向误差不得超过要求。
(6) 运行管理
电子标识器交付运行管理后，应经常进行探测管理。由相关管理部门指定人员定期测试其运行状况，每年测试一次。
(7) 功能拓展
图3是电子标识器的功能拓展示意图，由GPS现场记录电子标识器的经度、纬度、海拔高度等信息，将数据上传到电子地图系统，由此记录标识器所在位置的绝对坐标[4]。
6 电子标识系统的经济性分析
(1) 购置与施工成本分析
电子标识器：按照“直线每隔100m放置一个电子标识器；弯道、岔路口及每个重要节点放置一个电子标识器”要求，1km管线需放置电子标识器15个左右。电子标识器平均单价约155.00元/个，则购置成本约2325元，折合2.33元/m。
示踪线：1km示踪线的购置与安装成本约为2000元，折合2.00元/m。
可见，两者初次购置与安装成本基本接近。
若考虑到“电子标识器50年使用寿命、而示踪线30年使用寿命”这一因素，则电子标识器的购置成本只有示踪线的70%左右。
(2) 使用功能及可靠性比较
电子标识器：可以准确定点定位，快速确定管道、弯头、三通、高低位、阀门、穿越地具体位置等，可靠性较高，使用寿命长，至少达到50年。且可以回收使用，当管线改道时，可以将电子标识器重新使用到新的管线位置。而带有芯片的球型电子信息标识器还可以准确导出地下管道的相关信息。
示踪线：定位操作复杂，准确度不高，受外力作用容易断裂断点、可靠性差，检测时耗费时间长。且使用寿命平均不到30年，也不能重复使用。
(3) 日常维护成本
电子标识器：不需要电源，基本上没有后期的维护工作。
示踪线：每隔500～800m要有引出桩；对地绝缘电阻需满足＞999MΩ要求。因此，需要一定的日常维护费用。
(4) 其它优势
与多条非燃气管线同沟铺设时，借助于电子标识器可分辨出其中的燃气管线；且探测范围广、抗噪声等干扰能力强。示踪线很难做到这点。
7 结语
电子标识系统作为一种高效可靠的地下燃气管道准确定位方式，相对于示踪线等传统的方法，从全生命周期角度考虑，具有性能优良、综合成本低、维护简便、使用寿命长、可靠性高等特点，技术成熟且具有一定的经济优势，对于保障管道的安全运行具有显著作用，值得大力推广应用。
参考文献：
[1] 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，2009，29(4)：B05-B07.
[2] 申张有，李雪.地下燃气管道查找定位方法[J].煤气与热力，2008，28(9)：B49-B51.
[3] 汪颖.浅谈电子标识系统在燃气管网上的设计[J].上海煤气，2009，02：23-25.
[4] 李文静.燃气管线电子标识及信息管理系统项目应用及管理的展望[J].上海煤气，2010，01：15-17.
(本文作者：罗东晓1，2 1.新奥能源控股有限公司 河北廊坊 065001；2.中山大学 广东广州 510275)
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