物聯射頻識別技術應用探索

摘 要：探索依據現有的物聯網技術支持，找出科學、便捷、可靠的技術方法解決海洋工程中防爆電氣設備信息管理缺失的問題。本文依據國家及國際相關標準，引入RFID信息管理技術，對海洋工程防爆電氣設備管理進行分析。

關鍵詞：海洋工程；腐蝕；射頻識別；防爆電氣設備

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

1 概述

多年以來，基于工作需要，參與相關海洋石油、天然氣領域油氣鉆采平臺設施防爆電氣設備及燃氣、毒氣監測系統設備安全檢查工作，總結發現一個普遍存在的困擾問題，即在相關幾十個平臺設施及FPSO/FSOU裝置上，防爆危險區域內按生產工藝要求配置的防爆電氣設備，都不同程度的存在防爆電氣設備銘牌信息缺失問題，統計管理困難。對于一些“高齡”設施，問題尤其嚴重。主要表現為，設備防爆銘牌因為惡劣的海洋工作環境銹蝕腐爛、設備系統接線標識牌銹蝕腐爛。

另外，因為年代久遠，人事更迭等原因，造成一些在關鍵生產作業區域服役的防爆電氣設備難以得到可靠、有效的及時維護保養管理或更新，對應的配件難以訂購。應該說這種客觀的現狀對于處在特殊工況環境中的石油化工行業來說，存在較大的綜合安全生產事故隱患，任由這種狀況持續發展下去，會否導致較為嚴重的后果，不言而喻。現在提出這個現象分析研究，并試圖結合現有的射頻識別電子技術，探索出有效的管控辦法。

2 海洋腐蝕對于防爆電器設備信息銘牌可靠性能的危害

本文僅對涉及的防爆電氣設備信息統計管理方法做出一些探索，其實對于海上設施配套的防爆電氣設備本身結構及其他相關的基礎鋼結構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，在海上設施上對應的“危險區域”裝配具有“防爆”性能的相關電氣設備，設備本身在設計制造之初，使用的材料具有應用在惡劣工作環境中安全防腐需求的考量，其對應的設備“防爆銘牌”及電氣參數標識牌，雖然大多是不銹鋼材質，但不銹鋼并不能永葆不銹，有長期海上工作經驗的業內人士都知道，初裝的新設備，在海上存在了三、五年之后，大部分設備外表就已經“重度滄桑”，設備自帶的各種信息標識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。給后續維護保養、檢修檢驗工作帶來很大的困擾，這是在整個海上油田區域（包括海外油氣田）實際工作現場中反映出來的普遍問題。

究其原因，可以發現，這其實是一個“世界性”的長期困擾的難題——腐蝕。海油工程設施設備建造離不開各種金屬材料，而由于海洋性環境濕度大、海洋表面大氣含鹽成分高，加之油氣開采及生產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境下的“萬物”不斷地腐蝕損耗。

在海洋油氣資源開發的長期歲月里，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”號鉆井平臺樁腿上的焊縫被腐蝕，載荷能力崩潰，平臺傾倒，一百余人遇難。而在我國，幾年前，山東青島經濟開發區排水暗渠發生爆炸，造成數十人死亡，事故發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，必須加以高度關注。

3 解決方案構想

近年來，隨著物聯網技術的快速發展及在各個領域的廣泛應用，為提升海洋特殊環境中的設備資產管理水平也提供了可能。采用RFID技術，實現非接觸式信息自動識別，引入射頻電子識別標簽，只要能找到合適材料制作該類RFID標簽，就可以可靠地實現信息采集數據化、網絡化；重要的是，應用這類“電子標簽”，其信息儲存在器件內部，不會像目前使用的傳統銘牌那樣，信息“寫”在表面，受到環境腐蝕后易缺易損。

根據調查了解，并與業內多個RFID產品生產廠家探討，如果采用一種具有抗金屬性能的無源RFID標簽，外表施以特殊防護工藝，可以使其工作在海洋環境，內部儲存信息壽命達到15—20年，甚至更長時間，而且，其存儲信息可以實現數萬次便捷重復讀寫更新。這樣的信息存儲管理時限，基本可以覆蓋設備更新換代的周期，從而徹底解決設備信息缺損的困擾。

具體來說，一套完整的RFID系統，包括閱讀器、射頻標簽（俗稱電子標簽或應答器）和對應的應用程序軟件三個功能區塊，閱讀器發射一特定頻率的無線電波能量給射頻標簽，用以驅動其功能電路將內部的數據送出，此時閱讀器便依序接收解讀數據，送給應用程序做相應的處理。

以RFID閱讀器及射頻標簽之間的通訊及能量感應方式來分析，大致上可以分成感應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。閱讀器根據使用的結構和技術不同，可以是讀或讀/寫裝置，是RFID系統信息控制和處理中心。在海洋工程實際應用中，采用讀/寫雙功能閱讀器，可以滿足工作期間設備維修更換時，信息更新的需要。

射頻標簽是RFID系統的信息載體，現有的射頻標簽多是由耦合原件（線圈、微帶天線等）和微芯片組成無源單元。考慮到海油設施防爆區域的設備防爆性能要求，閱讀器需制作成“防爆性能”設備；在滿足信息采集可靠的前提下，電子標簽應采用無源組件。

4 電子標簽材料的選用

已經聯合有關廠家，選取若干備選的封裝材料（如陶瓷、防靜電聚氨酯等），進行鹽霧老化【GB/T10125；ISO9227】及抗沖擊、跌落破損實驗，檢驗其抗腐蝕、抗震、抗損性能，進一步準確觀察其在海洋工作環境中對信息組件保護的有效性，結合信息存儲的客觀時限，估算電子標簽的使用壽命。其中，在NSS條件下，所選用的材料老化試驗時間380小時，無深度腐蝕現象發生，考慮海洋工作環境，加厚射頻標簽防護涂層或對其采取復合封裝措施，可以預見，實現該類射頻標簽工作壽命15～20年的目標是有把握的。

5 實際應用展望

以一個中型ODP為例，經過統計，設施上裝配有近一千臺/件各類防爆電氣設備，設備總價值以數千萬元計。而RFID信息數據化管理系統整體投入資金有限。如果能引入上述的技術手段，實現良好可靠的設備信息管理，應該說對于整個海上設施安全生產意義重大。

參考文獻：

[1]侯保榮，張盾，王鵬.海洋腐蝕防護的現狀與未來[J].中國科學院院刊，2016，31（12）：1326-1331.

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[3]張斌，張紅雨.RFID技術的應用及發展[J].電子設計工程，2010.

作者簡介：劉志堅（1966-），男，安徽宿州人，本科，工程師，研究方向：工業自動化、過程控制系統、海洋油氣工程防爆電氣設備。