RFID 技術及無人機在超大型化工管道堆場中的應用

周 春 唐瑤林

中國化學工程第七建設有限公司 四川成都 610100

1 項目概述

尼日利亞丹格特煉油廠是世界最大的單體煉油項目，建成后將具備加工原油3000 萬t/ a 的能力。其管道鋪設量巨大，約1100km、500 萬inch·m，相當于10個45 萬t/ a 合成氨項目的管道量。

中國化學工程第七建設有限公司（以下簡稱七化建）作為施工總承包商，在丹格特煉油廠項目中的施工范圍包括以下四大裝置：原油蒸餾裝置（CDU）、催化裂化汽油脫硫裝置（RFCC）、加氫裂化裝置（MHC）、石腦油加氫處理裝置和鉑重整裝置（MS）。其中管道施工占總工程量的52%，約有500 萬inch·m。為此，建設了近10 萬m2的管道堆場，分割為52 個小區域供6 家承包商臨時堆放管段半成品，待現場具備安裝條件后，再轉運到現場進行安裝。

由于堆場面積大、材料堆放區域多，管道材質約20種，品種繁雜，即便預制管段全部按管線號做好標識且分裝置、分區域堆放，在尋找、轉運管段過程中仍然存在以下問題：

（1）尋找管段時無法精確定位，需要付出大量的人力、機具反復尋找；

（2）人工尋找時會出現遺漏管段，甚至管段找不到的情況；

（3）由于項目臨海，空氣濕度大、鹽分重，在管段的長時間堆放過程中，因自然環境具有腐蝕性，會出現鋼印銹蝕無法辨認的情況；

（4）在反復倒運管段的過程中，可能會出現管段無法追蹤的情況。

為了解決以上問題，七化建運用無線射頻識別（RFID）技術并借助無人機輔助對堆場進行了管理，取得了良好效果，并收獲了電子化管理超大型管道堆場的經驗。

丹格特煉油廠項目預制車間及堆場示意圖見圖1。

圖1 項目預制車間及堆場示意圖

2 RFID 系統的工作方法

RFID 是自動識別技術的一種，其通過無線射頻方式進行非接觸雙向數據通信，利用無線射頻方式對記錄媒體（電子標簽，Tag）進行讀寫，從而達到識別目標和數據交換的目的，被認為是21 世紀最具發展潛力的信息技術之一。作為條形碼的無線版本，RFID 技術具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標簽上數據可以加密、存儲數據容量更大、存儲信息更改自如等優點，其應用將給零售、物流等產業帶來革命性變化。目前RFID 應用已經滲透到了商業、工業、運輸業、物流管理、醫療保險、金融和教學等眾多領域。

2.1 RFID 系統的工作原理

一套完整的RFID 系統由讀寫器(Reader)、電子標簽(Tag)和數據管理系統三部分組成（圖2）。其工作原理是RFID 系統中的Reader 向Tag 發送無線射頻電波；Tag 接收Reader 發射的電波并將其轉化為工作電能，啟動Tag內芯片的電路工作，并將Tag 內存儲的信息數據發射出去；Reader接收Tag 發射的數據電波進行解碼、轉換并導入計算機軟件系統，從而完成整個RFID 的數據識別過程。對于本項目，RFID 系統通過以上過程可以追蹤到待找尋管段的精確位置。

圖2 RFID 系統組成

2.2 操作步驟

2.2.1 堆場區域的劃分以尼日利亞丹格特煉油項目A1 堆場為例，人為將堆場劃分為較小的10 個區域，并給每個區域編號（圖3）。最好按照Reader 和Tag 之間的感應距離經行劃分，保持在每個小區域中間移動最小的距離可以獲得所有的Tag 信息（該項目應用的設備的感應距離是7m）。將這些區域編號全部輸入電腦系統，進行儲存。再將區域信息從電腦通過藍牙發送至

圖3 A1 標段堆場劃分

Reader 掃描終端，掃描終端也將儲存這些區域信息。

2.2.2 Tag 的寫入

通過計算機系統和特定的感應設備，可寫入、清除、替換Tag 中的內容。將每個管段所對應的管段號寫入Tag 中，并打印出相應的管段號貼在Tag 上，便于肉眼識別（圖4）。

圖4 已寫入信息的Tag

2.2.3 Tag 的綁扎

將寫入管段信息的Tag 綁扎在對應的管段上。值得注意的是，綁扎材料應選用牢固可靠、耐磨、耐腐蝕材料，以免Tag 與管段分離。

2.2.4 位置信息的讀取和儲存

將綁扎好Tag 的管段轉運到相應的區域，堆放完畢后，用Reader 進行掃描。Reader 與Tag 之間是通過紅外線進行信息傳輸的，只需要站在區域中心將Reader 向四周各掃描一次即可，一次性便可以掃描儲存成百上千個管段信息。管段信息掃描完成后，選擇對應的區域編號進行儲存，再通過網絡或者藍牙發回電腦終端。轉運到其他堆場時，也可重復上述掃描過程，上傳到電腦端后，系統會記錄最新的管段位置信息；再結合GPS 技術，可在堆場地圖及施工現場地圖上具體顯示管段位置。

2.2.5 管段的尋找

找尋管段時，首先需要在系統中確認該管段所處的堆場區域，持Reader 到達所處的區域后，掃描該區域所有的管段Tag；在Reader 上找到所需管段后，Reader 將自動搜索該管段的位置，并可通過Reader上的方位和聲音提示找到該管段。

Reader 上將會顯示管段與Reader 的距離，也會發出“滴滴”的聲音，若距離越來越近，“滴滴”聲就會越急促，最終可通過距離和聲音提示找到所需管段（圖5）。

圖5 現場尋找管段

2.2.6 Tag 的回收再利用

在進行管段安裝前，將Tag 取下，用Reader 掃描儲存到“已安裝”，再上傳到系統中，也可以此來控制管段的安裝進度。取下的Tag 可寫入新的管段信息，再次利用。

3 無人機在RFID系統基礎上對管道堆場的輔助管理

對于占地近10 萬m2的管道堆場、管焊施工班組近1000 個的超大型煉油項目，班組在轉運預制管段時，會經常出現暫時不用的管段未放回原處的情況。對此，七化建借助無人機進行輔助管理。

不定時地使用無人機通過低空攝影對所要尋找的管道堆場進行航拍，利用無人機航拍得到的管道堆放圖，輔助預制管段的尋找工作。在尋找挪位未放回原處的管段之前，耗費10min 的時間對管道堆場進行航拍，其航拍圖部分如圖6 所示。

尋找未放回原位的管段之時，將管段堆場航拍圖打印出來，結合電子版的放大航拍圖，按圖索驥，對每一處散放管段進行放大查看，并在紙質航拍圖上做好標注；再根據標注圖紙，對堆場進行有的放矢的尋找；然后將找到的管段在堆場歸位，或轉運到施工現場使用的位置。

4 結語

RFID 系統的組成簡單，Tag 可以重復利用，經濟投入不高，并且操作簡單易行，易于掌握。將RFID 技術用于管道堆場，可減少用于尋找管段的人力，節約尋找時間，減少機具的投入，也大大減少了管段無法及時找到的概率，從而節約施工成本，促進施工進度。在RFID 技術越來越成熟，并且應用越來越廣泛的前提下，RFID 技術在工程技術領域將得到更加廣泛的應用。