RFID 技术及无人机在超大型化工管道堆场中的应用

周 春 唐瑶林

中国化学工程第七建设有限公司 四川成都 610100

1 项目概述

尼日利亚丹格特炼油厂是世界最大的单体炼油项目，建成后将具备加工原油3000 万t/ a 的能力。其管道铺设量巨大，约1100km、500 万inch·m，相当于10个45 万t/ a 合成氨项目的管道量。

中国化学工程第七建设有限公司（以下简称七化建）作为施工总承包商，在丹格特炼油厂项目中的施工范围包括以下四大装置：原油蒸馏装置（CDU）、催化裂化汽油脱硫装置（RFCC）、加氢裂化装置（MHC）、石脑油加氢处理装置和铂重整装置（MS）。其中管道施工占总工程量的52%，约有500 万inch·m。为此，建设了近10 万m2的管道堆场，分割为52 个小区域供6 家承包商临时堆放管段半成品，待现场具备安装条件后，再转运到现场进行安装。

由于堆场面积大、材料堆放区域多，管道材质约20种，品种繁杂，即便预制管段全部按管线号做好标识且分装置、分区域堆放，在寻找、转运管段过程中仍然存在以下问题：

（1）寻找管段时无法精确定位，需要付出大量的人力、机具反复寻找；

（2）人工寻找时会出现遗漏管段，甚至管段找不到的情况；

（3）由于项目临海，空气湿度大、盐分重，在管段的长时间堆放过程中，因自然环境具有腐蚀性，会出现钢印锈蚀无法辨认的情况；

（4）在反复倒运管段的过程中，可能会出现管段无法追踪的情况。

为了解决以上问题，七化建运用无线射频识别（RFID）技术并借助无人机辅助对堆场进行了管理，取得了良好效果，并收获了电子化管理超大型管道堆场的经验。

丹格特炼油厂项目预制车间及堆场示意图见图1。

图1 项目预制车间及堆场示意图

2 RFID 系统的工作方法

RFID 是自动识别技术的一种，其通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体（电子标签，Tag）进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的，被认为是21 世纪最具发展潜力的信息技术之一。作为条形码的无线版本，RFID 技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点，其应用将给零售、物流等产业带来革命性变化。目前RFID 应用已经渗透到了商业、工业、运输业、物流管理、医疗保险、金融和教学等众多领域。

2.1 RFID 系统的工作原理

一套完整的RFID 系统由读写器(Reader)、电子标签(Tag)和数据管理系统三部分组成（图2）。其工作原理是RFID 系统中的Reader 向Tag 发送无线射频电波；Tag 接收Reader 发射的电波并将其转化为工作电能，启动Tag内芯片的电路工作，并将Tag 内存储的信息数据发射出去；Reader接收Tag 发射的数据电波进行解码、转换并导入计算机软件系统，从而完成整个RFID 的数据识别过程。对于本项目，RFID 系统通过以上过程可以追踪到待找寻管段的精确位置。

图2 RFID 系统组成

2.2 操作步骤

2.2.1 堆场区域的划分以尼日利亚丹格特炼油项目A1 堆场为例，人为将堆场划分为较小的10 个区域，并给每个区域编号（图3）。最好按照Reader 和Tag 之间的感应距离经行划分，保持在每个小区域中间移动最小的距离可以获得所有的Tag 信息（该项目应用的设备的感应距离是7m）。将这些区域编号全部输入电脑系统，进行储存。再将区域信息从电脑通过蓝牙发送至

图3 A1 标段堆场划分

Reader 扫描终端，扫描终端也将储存这些区域信息。

2.2.2 Tag 的写入

通过计算机系统和特定的感应设备，可写入、清除、替换Tag 中的内容。将每个管段所对应的管段号写入Tag 中，并打印出相应的管段号贴在Tag 上，便于肉眼识别（图4）。

图4 已写入信息的Tag

2.2.3 Tag 的绑扎

将写入管段信息的Tag 绑扎在对应的管段上。值得注意的是，绑扎材料应选用牢固可靠、耐磨、耐腐蚀材料，以免Tag 与管段分离。

2.2.4 位置信息的读取和储存

将绑扎好Tag 的管段转运到相应的区域，堆放完毕后，用Reader 进行扫描。Reader 与Tag 之间是通过红外线进行信息传输的，只需要站在区域中心将Reader 向四周各扫描一次即可，一次性便可以扫描储存成百上千个管段信息。管段信息扫描完成后，选择对应的区域编号进行储存，再通过网络或者蓝牙发回电脑终端。转运到其他堆场时，也可重复上述扫描过程，上传到电脑端后，系统会记录最新的管段位置信息；再结合GPS 技术，可在堆场地图及施工现场地图上具体显示管段位置。

2.2.5 管段的寻找

找寻管段时，首先需要在系统中确认该管段所处的堆场区域，持Reader 到达所处的区域后，扫描该区域所有的管段Tag；在Reader 上找到所需管段后，Reader 将自动搜索该管段的位置，并可通过Reader上的方位和声音提示找到该管段。

Reader 上将会显示管段与Reader 的距离，也会发出“滴滴”的声音，若距离越来越近，“滴滴”声就会越急促，最终可通过距离和声音提示找到所需管段（图5）。

图5 现场寻找管段

2.2.6 Tag 的回收再利用

在进行管段安装前，将Tag 取下，用Reader 扫描储存到“已安装”，再上传到系统中，也可以此来控制管段的安装进度。取下的Tag 可写入新的管段信息，再次利用。

3 无人机在RFID系统基础上对管道堆场的辅助管理

对于占地近10 万m2的管道堆场、管焊施工班组近1000 个的超大型炼油项目，班组在转运预制管段时，会经常出现暂时不用的管段未放回原处的情况。对此，七化建借助无人机进行辅助管理。

不定时地使用无人机通过低空摄影对所要寻找的管道堆场进行航拍，利用无人机航拍得到的管道堆放图，辅助预制管段的寻找工作。在寻找挪位未放回原处的管段之前，耗费10min 的时间对管道堆场进行航拍，其航拍图部分如图6 所示。

寻找未放回原位的管段之时，将管段堆场航拍图打印出来，结合电子版的放大航拍图，按图索骥，对每一处散放管段进行放大查看，并在纸质航拍图上做好标注；再根据标注图纸，对堆场进行有的放矢的寻找；然后将找到的管段在堆场归位，或转运到施工现场使用的位置。

4 结语

RFID 系统的组成简单，Tag 可以重复利用，经济投入不高，并且操作简单易行，易于掌握。将RFID 技术用于管道堆场，可减少用于寻找管段的人力，节约寻找时间，减少机具的投入，也大大减少了管段无法及时找到的概率，从而节约施工成本，促进施工进度。在RFID 技术越来越成熟，并且应用越来越广泛的前提下，RFID 技术在工程技术领域将得到更加广泛的应用。