物联射频识别技术应用探索

摘 要：探索依据现有的物联网技术支持，找出科学、便捷、可靠的技术方法解决海洋工程中防爆电气设备信息管理缺失的问题。本文依据国家及国际相关标准，引入RFID信息管理技术，对海洋工程防爆电气设备管理进行分析。

关键词：海洋工程；腐蚀；射频识别；防爆电气设备

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

1 概述

多年以来，基于工作需要，参与相关海洋石油、天然气领域油气钻采平台设施防爆电气设备及燃气、毒气监测系统设备安全检查工作，总结发现一个普遍存在的困扰问题，即在相关几十个平台设施及FPSO/FSOU装置上，防爆危险区域内按生产工艺要求配置的防爆电气设备，都不同程度的存在防爆电气设备铭牌信息缺失问题，统计管理困难。对于一些“高龄”设施，问题尤其严重。主要表现为，设备防爆铭牌因为恶劣的海洋工作环境锈蚀腐烂、设备系统接线标识牌锈蚀腐烂。

另外，因为年代久远，人事更迭等原因，造成一些在关键生产作业区域服役的防爆电气设备难以得到可靠、有效的及时维护保养管理或更新，对应的配件难以订购。应该说这种客观的现状对于处在特殊工况环境中的石油化工行业来说，存在较大的综合安全生产事故隐患，任由这种状况持续发展下去，会否导致较为严重的后果，不言而喻。现在提出这个现象分析研究，并试图结合现有的射频识别电子技术，探索出有效的管控办法。

2 海洋腐蚀对于防爆电器设备信息铭牌可靠性能的危害

本文仅对涉及的防爆电气设备信息统计管理方法做出一些探索，其实对于海上设施配套的防爆电气设备本身结构及其他相关的基础钢结构组件本身也同样存在腐蚀程度的信息管理问题，这里暂不涉及。

我们知道，在海上设施上对应的“危险区域”装配具有“防爆”性能的相关电气设备，设备本身在设计制造之初，使用的材料具有应用在恶劣工作环境中安全防腐需求的考量，其对应的设备“防爆铭牌”及电气参数标识牌，虽然大多是不锈钢材质，但不锈钢并不能永葆不锈，有长期海上工作经验的业内人士都知道，初装的新设备，在海上存在了三、五年之后，大部分设备外表就已经“重度沧桑”，设备自带的各种信息标识铭牌纷纷被大自然摧残，字迹信息模糊不清，甚至脱落消失不见。给后续维护保养、检修检验工作带来很大的困扰，这是在整个海上油田区域（包括海外油气田）实际工作现场中反映出来的普遍问题。

究其原因，可以发现，这其实是一个“世界性”的长期困扰的难题——腐蚀。海油工程设施设备建造离不开各种金属材料，而由于海洋性环境湿度大、海洋表面大气含盐成分高，加之油气开采及生产加工过程中不可避免的综合性腐蚀类气液的不同程度的泄放，造成所有暴露在该环境下的“万物”不断地腐蚀损耗。

在海洋油气资源开发的长期岁月里，资源固然为人类生活提供了诸多的便利，但是灾难性的事故案例也很多，造成工程参与者及其家属惨痛的损失。如英国北海“亚历山大基定德”号钻井平台桩腿上的焊缝被腐蚀，载荷能力崩溃，平台倾倒，一百余人遇难。而在我国，几年前，山东青岛经济开发区排水暗渠发生爆炸，造成数十人死亡，事故发生的主要原因也是由于输油管道与排水暗渠交汇处管道腐蚀减薄、管道破裂、原油泄漏造成。因此，从安全防范的视角考量，必须加以高度关注。

3 解决方案构想

近年来，随着物联网技术的快速发展及在各个领域的广泛应用，为提升海洋特殊环境中的设备资产管理水平也提供了可能。采用RFID技术，实现非接触式信息自动识别，引入射频电子识别标签，只要能找到合适材料制作该类RFID标签，就可以可靠地实现信息采集数据化、网络化；重要的是，应用这类“电子标签”，其信息储存在器件内部，不会像目前使用的传统铭牌那样，信息“写”在表面，受到环境腐蚀后易缺易损。

根据调查了解，并与业内多个RFID产品生产厂家探讨，如果采用一种具有抗金属性能的无源RFID标签，外表施以特殊防护工艺，可以使其工作在海洋环境，内部储存信息寿命达到15—20年，甚至更长时间，而且，其存储信息可以实现数万次便捷重复读写更新。这样的信息存储管理时限，基本可以覆盖设备更新换代的周期，从而彻底解决设备信息缺损的困扰。

具体来说，一套完整的RFID系統，包括阅读器、射频标签（俗称电子标签或应答器）和对应的应用程序软件三个功能区块，阅读器发射一特定频率的无线电波能量给射频标签，用以驱动其功能电路将内部的数据送出，此时阅读器便依序接收解读数据，送给应用程序做相应的处理。

以RFID阅读器及射频标签之间的通讯及能量感应方式来分析，大致上可以分成感应偶合及后向散射偶合两种，一般低频的RFID大都采用第一种式，而较高频大多采用第二种方式。阅读器根据使用的结构和技术不同，可以是读或读/写装置，是RFID系统信息控制和处理中心。在海洋工程实际应用中，采用读/写双功能阅读器，可以满足工作期间设备维修更换时，信息更新的需要。

射频标签是RFID系统的信息载体，现有的射频标签多是由耦合原件（线圈、微带天线等）和微芯片组成无源单元。考虑到海油设施防爆区域的设备防爆性能要求，阅读器需制作成“防爆性能”设备；在满足信息采集可靠的前提下，电子标签应采用无源组件。

4 电子标签材料的选用

已经联合有关厂家，选取若干备选的封装材料（如陶瓷、防静电聚氨酯等），进行盐雾老化【GB/T10125；ISO9227】及抗冲击、跌落破损实验，检验其抗腐蚀、抗震、抗损性能，进一步准确观察其在海洋工作环境中对信息组件保护的有效性，结合信息存储的客观时限，估算电子标签的使用寿命。其中，在NSS条件下，所选用的材料老化试验时间380小时，无深度腐蚀现象发生，考虑海洋工作环境，加厚射频标签防护涂层或对其采取复合封装措施，可以预见，实现该类射频标签工作寿命15～20年的目标是有把握的。

5 实际应用展望

以一个中型ODP为例，经过统计，设施上装配有近一千台/件各类防爆电气设备，设备总价值以数千万元计。而RFID信息数据化管理系统整体投入资金有限。如果能引入上述的技术手段，实现良好可靠的设备信息管理，应该说对于整个海上设施安全生产意义重大。

参考文献：

[1]侯保荣，张盾，王鹏.海洋腐蚀防护的现状与未来[J].中国科学院院刊，2016，31（12）：1326-1331.

[2]曾一非.海洋工程环境[M].上海交通大学出版社，2007.

[3]张斌，张红雨.RFID技术的应用及发展[J].电子设计工程，2010.

作者简介：刘志坚（1966-），男，安徽宿州人，本科，工程师，研究方向：工业自动化、过程控制系统、海洋油气工程防爆电气设备。