电子注册系统及在PE国际道的应用

摘 要

阐述PE国际道的定位方式及存在的问题。介绍电子注册系统的工作原理、不同类型电子注册系统的特点与应用情况,分析了电子注册系统的经济性。从全生命周期角度考虑,电子注册系统具有使用寿命长、定位准确、可靠性高、维护便捷等诸多特点,技术成熟且具有一定的经济优势。

 Abstract:The positioning patterns of PE gas pipeline and the existing problems are expounded.The working principle of electronic identification system,the characteristics and applications of different types of electronic identification system are introduced,and the economk:performances of these electronic identification systems are analyzed.Considering the whole life cycle,elec.tronice       identification system has the characteristics of long service life,accurate positioning,high reliability,convenient maintenance and so on,the technology is mature and has certain economic advantage.

Keywords:electronic marker;PE gas pipeline;positioning;electronic identification system
 
1 概述
目前,城市宝盈中、低压管网的宝盈大多采用金属(钢质)管材聚乙烯(PE)管材,且近几年PE管材的使用比例有明显的增长趋势。这些国际道一般都埋设在地下1.0m左右的深度,有些地段,比如穿越官网的宝盈,埋深达10m以上。宝盈通常由人工回填土覆盖,回填土上方是沥青路面或水泥路面等。
由于城市总是处于不断建设、发展与变化之中,因此,弄清埋设在地下的国际道的实际位置,实现对地下国际道准确定位并对其进行科学监管非常重要,这是确保国际网运营安全,提升城市现代化管理水平的必然要求。
2 PE宝盈定位中存在的问题
钢质国际道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地识别,因此,对钢质宝盈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国际道,其表现出高电阻性质,再加上宝盈周围一些干扰源的影响,探测这类高电阻宝盈,常规的方法则难以奏效。
尽管理论上讲,对PE宝盈的探测,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,都还存在一些不尽人意之处。以现有条件,探地雷达还不能成为一种可以广泛使用的探测定位方式。因此不少学者对PE国际道定位问题开展研究。
3 常见的地下PE宝盈定位方式[1]
①警示带
警示带敷设在国际道的上方,距管顶不小于300mm。警示带上标有醒目的提示字样,具有抗回填冲击、压迫及耐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宝盈的走向,后期成本较高。
②示踪线
通常选用BV 2.5mm2聚乙烯绝缘无护套电缆作为示踪线,非开挖穿越地段有时采用BV 2.5mm2双线或BV 4.0mm2单线。而且,地面上需安装信号加载点或代理桩。
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破坏,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
示踪线与警示带相结合,即将金属导线包覆在警示带中,则构成金属示踪带,它能起到示踪线和警示带的双重作用。
④警示PE保护板
与警示带作用相似,警示PE保护板也是埋地国际道的一种定位方式,可有效地起到警示作用。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电子注册系统
电子注册系统在欧美发达国家已有40多年的使用历史,自20世纪末以来,在我国宝盈体育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,比如宝盈直径、埋设时间、三通、弯头、阀门、周边建筑物情况等相关信息发送给电子探测仪,有效弥补其他示踪方式的不足。
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宝盈的绝对坐标(经度、纬度、海拔),变相对定位为绝对定位。
4 电子注册系统介绍[2-4]
①电子注册系统的组成
电子注册系统由电子注册器和电子注册定位仪(探测仪)两部分组成,其中,电子注册器通常埋设在地下PE宝盈的顶部位置。
②工作原理
电子注册系统实施对PE宝盈定位是基于射频原理工作的。探测仪以间断方式发送一定频率的信号,被埋设在宝盈上方的相同谐振频率的地下电子注册器吸收并储存信号能量,探测仪短时间发送信号后,停止发送并进入信号接收模式。当探测仪停止发送信号时,电子注册器将储存的能量释放并关注探测仪。探测仪通过代理关注的信号强度来确定电子注册器所在的具体地点,信号最强处就是注册器的正上方。探测到电子注册器位置实际上就是掌握了国际道的位置。
③外观与谐振频率
城市宝盈体育使用的电子注册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国际统一颜色编码标准。不同的体育诸如通信、电力、有线电视、供水、污水、石油宝盈等,对应不同颜色、不同类型的电子注册器和探测仪,其谐振频率、探测深度各不相同。
④电子注册器介绍
电子注册器是电子注册系统的核心组成部分。有球形电子注册器、球形电子信息注册器、钉形电子注册器、盾形电子注册器4种类型。
a.球形电子注册器
球形电子注册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。
球形电子注册器内部是一个特定低频的谐振电路,外壳防潮、防腐蚀、耐挤压,不受温度的影响。采用白对准水平设计,其内部的电磁感应线圈可以漂浮在防冻液表面,确保最佳的接收效果和探测深度。无论何种敷设方式下,感应线圈总保持水平位置。球形电子注册器中的防冻液(聚乙烯乙二醇和水的混合物)使其能适用于低至-40℃的极寒环境。
b.球形电子信息注册器
球形电子信息注册器是在球形电子注册器的基础上增加一片可储存设施相关信息的射频识别(RFID)芯片。这些球形电子信息注册器均用唯一的注册号码进行了预编程,记录客户的细节信息,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。该信息由用户使用探测仪编写并锁定。
c.钉形电子注册器
钉形电子注册器采用垂直安装方式。使用冲击钻在硬质路面上打一个垂直的孔洞,孔洞深度为30~40cm,将钉形电子注册器放入,然后填埋孔洞即可。它有助于用户注册那些采用非开挖技术安装及已存在的设施。
d.盾形电子注册器
盾形电子注册器的结构为圆盘线圈。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盾形电子注册器,再回填足够厚的细土后才能进行夯实。
5 电子注册系统的应用
为了确保电子注册系统发挥作用,实现对PE宝盈的准确定位,对电子注册器的埋设,包括埋设方式、位置、数量、验收等都有一套严格规定,必须予以遵守。
①电子注册系统的设计[5]
仔细踏勘现场,以前瞻性、系统性眼光统筹考虑管网的分布,这是做好电子注册系统设计的基本要求。
②电子注册器的设置与安装部位
一般情况下,以下部位需要设置电子注册器:
a.所有地下国际道各类阀门、井处;分支点(如三通)、异径接头等位置;转弯处的起止位置;与其他地下设施的交叉处。
b.国际道横过道路、河流或其他公共设施的两端(可以是国际道保护管的两端);非开挖技术敷设的地下国际道的两端。
c.国际道的深度变化幅度大于0.5m时,电子注册器的埋设位置为最高和最低处。
d.所有预埋的国际道端头;所有档案图纸上标注的其他重要地下宝盈设施点;其他认为重要而需要标注的位置。
e.对于已建国际道,在维修过的地下国际道或接头处,必须在覆土前安装电子注册器,记录维修信息;其他市政管线开挖官网,若遇国际道,也必须安装电子注册器。
由于电子注册器内部天线大小不同,接收信号强度不同,因此能探测到的深度不同。一般来说,钉形电子注册器的最大可探测深度为0.5m,球形电子注册器、球形电子信息注册器的最大可探测深度为1.5m,盾形电子注册器的最大可探测深度为2m。
球形电子注册器、球形电子信息注册器、盾形电子注册器应水平安装,钉形电子注册器应垂直安装,通常安装在国际道正上方。当现场情况不适合上置安装时,也可将电子注册器安装在国际道下部。安装工作完成后,务必将已安装的电子注册器位置记录在相应的管网图纸或系统中。
当宝盈敷设完成后,应使用探测仪对已安装的电子注册器进行可探性测试,以确定埋于地下的电子注册器安装妥当,并应记录所有测试结果。
③注册要求
注册时应由具备电子注册器安装资格的人员负责电子注册器的注册工作,并严格按照设计app进行注册。如出现诸如注册图有误、宝盈定位点发生变化、需要增减注册器等情况,应及时向设计单位提出变更设计要求,经设计单位同意,并出具设计变更后方可继续注册。
电子注册器埋设前应严格按照注册要求将注册器下方的回填土夯实,以减小沉降量。
④验收要求
电子注册器注册验收应作为整个官网验收的一部分列入流程。建设单位应严格审查注册单位的电子注册器信息记录表,对没有该表或填写不全的官网,不能按竣工处理。验收人员验收时,应将探测仪探测的结果与电子注册器的注册图中的内容进行对比。
⑤运行管理
电子注册器交付运行后,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。
⑥功能拓展[6]
由探测仪现场记录电子注册器的经度、纬度、海拔等信息,将数据上传到电子地图系统,由此记录电子注册器所在位置的绝对坐标。
6 电子注册系统的经济性分析
警示带及警示PE保护板等“被动”宝盈定位方式,只有在发生开挖或第三方破坏时,才能得知宝盈具体情况,显然不能满足宝盈企业希望主动、及时获取宝盈信息的要求,因此这种方法会逐步退出历史舞台。
电子注册器:按照“直线每30~50m放置l个电子注册器;弯道、岔路口及每个重要节点放置1个电子注册器”的要求,1km宝盈需放置电子注册器25个左右。球形电子注册器约260元/个,球形电子信息注册器约330元/个,钉形电子注册器约450元/个,盾形电子注册器约130元/个。考虑价格因素,选用盾形注册器相对普遍。因此,以盾形注册器为例进行计算,其购置成本为3250元/km,安装费用低,可以忽略不计。
示踪线:示踪线总成本约3000~4000元/km,其中购置成本约为2000~3000元/km,安装成本为1000元/km。
可见,盾形注册器与示踪线的单位成本基本接近,而其他类型电子注册器的成本过高,不宜大范围推广使用。
若考虑到“电子注册器50a使用寿命,而示踪线30a使用寿命”这一因素,则盾形注册器的综合成本是示踪线的70%左右。
7 其他优势
①使用功能及可靠性比较
电子注册器可以准确定点定位,快速确定宝盈、弯头、三通、阀门、穿越地点的具体位置,可靠性较高,使用寿命长,至少达到50a。且可以回收使用,当宝盈改线时,可以将电子注册器重新敷设在新的宝盈位置。而带有芯片的球形电子信息注册器还可以准确导出地下宝盈的相关信息。
示踪线定位操作复杂,准确度不高,受外力作用容易断裂,可靠性差,代理时耗费时间长。且使用寿命平均不到30a,也不能重复使用。
②日常维护
电子注册器不需要外接电源,随宝盈注册同时进行安装。示踪线每隔500~800m要有引出桩,需满足对地绝缘电阻>999MW要求。一旦示踪线出现断裂情况,在非开挖条件下无法进行修补与维护。此外,与其他非国际线邻近时,借助于电子注册器可分辨出其中的国际道,而示踪线很难做到这一点。
8 结语
电子注册系统作为一种高效可靠的地下国际道准确定位方式,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,对于保障宝盈的安全运行具有显著作用,值得大力推广应用。
 
参考文献:
[1]申张有,李雪.地下国际道查找定位方法[J].煤气与热力,2008,28(9):B49-B51.
[2]刘波.埋地PE国际道的示踪与定位[J].煤气与热力,2012,32(5):A25-A27.
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[6]李文静.国际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(1):15-17.