RFID技术在危险化学品安全管理中的应用研究

于一帆

(中国石化青岛安全工程研究院，山东青岛 266104)

1 技术背景

射频识别(Radio Frequency Identification)技术，简称RFID技术，是一种利用射频通信实现对静止或移动物体的非接触式自动识别和信息交换的技术。由于其具有非接触性、数据量大、信息处理速度快、识别距离远、成本较低等优点，目前已在物流、零售、制造业、服装业和医疗等领域有了诸多应用。例如利用RFID标签采集从原材料采购、生产加工到仓储流通和最终销售的全过程数据，实现了药品的实时监控和溯源监管；再如UPS、DHL、Fedex等国际物流巨头都在积极试验RFID技术，以期将来能够在信息自动采集、货物追踪、仓储管理等过程中大规模应用。

目前，RFID技术在危险化学品(以下简称“危化品”)安全管理中已有相应的研究，但多为概念设计或小范围试点应用的阶段。我国是危化品生产使用大国，行业发展快速、体量大、环节多，产业结构复杂，区域分布不规则，监管难度较大。危化品在生产、销售、储存、运输、使用乃至废弃回收利用等全生命周期中都存在安全和环境风险，事故在各个环节均有发生，对危化品实行全链条、全周期的综合治理与协同监管已经是行业共识和必然趋势。RFID技术在全生命周期的数据采集和流通方面有着得天独厚的优势，例如在危化品钢(气)瓶的充装、配送和使用过程中，以往传统的管理方法通过人工肉眼识别和追溯，遇到瓶身锈蚀的钢印标识容易造成误判，通过条码管理则容易被复制、伪造或腐蚀、折损等，且需人员靠近，一次只能读取一条，其安全性、准确度和效率均较低，RFID技术的引入可以大大简化管理流程，减少人身靠近危化品的伤害，满足数据量不断增多和处理速度不断提高的需求。

2 危化品RFID技术研究进展和应用现状分析

2.1 危化品RFID技术研究进展

2.1.1 标签选型

RFID电子标签的的工作频率不仅决定着射频识别系统工作原理(电感耦合或电磁耦合)、识别距离，还决定着电子标签及读写器实现的难易程度和设备成本。因此，目前在危化品领域应用的电子标签选型主要是围绕工作频率的选择展开。结合危化品场景实际，超高频电子标签(UHF，850～910 MFz波段)作用范围广、传送数据速度快等特点使其成为应用的首选。然而，超高频的电波比较耗能，其穿透能力和绕射能力较弱是不可避免的缺陷，发送天线与接收天线之间基本不能有物体阻挡，因此在应用中阅读器的架设位置、角度、数量等都需要结合场景实际仔细考量。

2.1.2 标签封装

宋婧婧在危化品气瓶用RFID电子标签的封装材料的选择中，考虑到危化品气瓶在使用过程中可能遭受高温暴晒或严寒冰冻，在频繁往复流通经受振动和撞击，选用了具有较强的耐热、耐寒、耐摩擦、抗疲劳、硬度高等特点的热可塑性聚酯(PET)材料进行封装。将RFID标签固定在金属气瓶上时，由于金属环境对入射电磁波的削弱和反射，标签无力获得足够的能量激活芯片，性能会随之变差，因此要求封装后的标签能够避免金属环境的影响，宋婧婧、申秀兰使用不会对RFID磁场带来影响的PET塑料将标签垫高于金属表面，并设计实验测定了所用标签识读率能达到100%的最薄垫层厚度，以实现使标签具备抗金属干扰能力的目的。

2.1.3 标签固定

RFID标签的固定方式包括悬挂式、粘贴式、嵌入式等。通过实验研究发现，粘贴的RFID标签在多次撞击后存在脱落现象，当储存条件的温差造成瓶身上凝结水雾时，标签的胶体容易受到破坏，其牢固性更差，因此，宋婧婧在气瓶用电子标签方案中将标签用螺栓固定在气瓶把手的外侧，申秀兰用3M胶将RFID标签固定在不锈钢牌上，并将贴有电子标签的不锈钢牌用螺栓固定在瓶底，孙伟等采用V字型框架夹锁于罐口处的方式将标签安装在氰化钾储存圆罐上。

2.1.4 读写器

读写器是用于向电子标签中写入和读取信息的电子装置，通过射频的方式完成后台数据管理系统对电子标签数据的上传和下载的命令，即电子标签与数据管理系统之间通过读写器实现数据通信。RFID读写器根据使用方式，一般分为固定式和手持式(又称移动式)两种，手持式读写器小巧易用，续航能力强；固定式读写器坚固易拆接，适合有限空间和嵌入式安装，其天线可外置也可内置，与手持式相比，在读取距离、读取范围上有一定优势。读写器的类型可以根据使用需求灵活选择，例如，操作人员配备手持式RFID读写器能够在仓库范围内实现灵活的可移动式读取，而固定式RFID读写器多用在卡口管理(如进出仓库、高速路口)、库存盘点等过程中。

2.1.5 数据管理平台

数据管理平台是RFID标签数据的接受者、管理者和应用者，通过平台或系统的应用实现标签数据为业务服务，提高监管工作的效率和水平。数据管理平台主要围绕系统架构、系统功能模块、系统工作流程、数据库架构等方面进行设计。目前的研究中多采用C/S与B/S结构混合模式搭建系统框架，孙伟等为上海市某公司的氰化钾圆罐设计了剧毒品物流管理平台，涉及了剧毒危化品的生产、仓储、运输和回收等环节，利用RFID技术构成了剧毒品流通的闭环管理。汤晓冰在上液公司气瓶安全管理系统的设计中梳理了气瓶灌装、出入库、运输、销售流通和检测等核心环节，设计了RFID签发、RFID采集、数据交换和数据中心管理4个关键子系统。

2.1.6 应用场景

目前，RFID电子标签在危化品安全管理中多与无线传感网络(WSN)、GPS定位技术等结合使用，主要应用于危化品仓储物流管理、危化品运输车辆安全监管等方面。

在危化品仓储物流管理方面，通过将库内所有危化品贴上写入信息的RFID标签，实现危化品检验、入库、移库、盘点等各个环节数据的自动化采集，提升危化品流通和追溯管理的高效性、准确性。在危化品运输车辆安全监管方面，车辆实时位置、车内运载危化品的实时安全状态是危化品车辆运输安全监管的重点关注信息，利用RFID技术实现对车辆、所运输危化品的唯一标志，结合GPS技术、传感技术等获取对应车辆的位置、车内危化品的关键安全参数等，实现危化品车辆运输安全状态的感知和识别。RFID标签也可应用于车辆安防设备的核查中，将有源低功耗RFID标签贴附在危化品运输车上的火花熄灭器、防静电拖地带等安全防护设备设施上，通过周期性、广播式地向外主动发送各设备的特定ID信息来检验车辆携带的各安全防护设备是否齐全到位。此外，在收费站、重要桥梁、隧道、敏感地区、服务区等关键位置节点对车辆RFID标签信息进行连续收集，能够研究判断单个车辆、车流的行驶规律，对车辆在高速上可能发生的事故、违停、滞留、故障等进行监控和报警。

2.2 危化品RFID技术应用现状分析

我国最早将RFID技术大规模应用于危化品管理的是上海市“百万钢瓶”项目，危化品钢瓶作为单一的外包装形式，具备一定的统一性，其充装、检验、配送等过程具有流水线式的特点，相较于其余危化品包装形式，其流通的业务流程基本固定，全生命周期的复杂性较低，因此规模应用的先天条件较为成熟。在标准规范方面，上海市发布地方标准DB31/T 364—2006《危险化学品气瓶电子标识代码》，用于气瓶RFID标签标识代码的统一和规范。此后，2015年发布的电子行业标准SJ/T 11532.2—2015《危险化学品气瓶标识用电子标签通用技术要求》对危化品气瓶电子标识代码、应用技术规范和读写器特殊要求等进行了相关的规定。

除钢瓶外，目前RFID技术在危化品安全管理中的应用多处于试点探索阶段，鲜见大规模的成熟应用。例如，2018年上海在其化工园区内尝试应用电子标签技术，生产企业在产品外包装上粘贴带有二维码格式的安全标签，产品下线后即具备可追踪的唯一身份标识，对于槽车运输的，通过有源RFID标签和交通部门的电子运单、车辆号牌等信息关联绑定，探索实现危化品的全过程监管。标准规范方面，2020年发布的团体标准T/CIESC0005.1-2020《危险化学品安全信息标识通用技术要求》，对危化品安全信息标识代码、应用技术规范、专用读写设备等进行了规定。目前未见行业或行业及以上级别的危化品RFID技术相关标准规范发布实行。

将RFID技术应用于危险化学品的安全管理中，其本质是危化品全生命周期信息化管理的技术手段和管理方法的探索。结合危险化学品应用实际和行业特殊性进行分析，RFID技术在危化品安全管理中的应用仍需解决以下问题：

a) 危化品本身具有易燃、易爆、易中毒、易腐蚀等特点，恶劣的现场环境要求电子标签和读写器系统必须满足耐高温、抗化学腐蚀、防爆等特殊要求。

b) 危化品按照分类和危险特性的不同，以箱装、桶装、袋装、篓装、气瓶罐装、集装箱等多种不同的包装形态储存于库房或堆场中，运输方式有公路、铁路、航空、水路和管道等多种形式，承运工具更是有厢式货车、槽车、专用船舶等10余类。每种不同的仓储和运输方式所对应的标签固定方式、信息采集对象、业务流程等都有所不同，必须结合具体业务特点进行定制化、多样化的设计。

c) 我国危化品企业数量多、涉及行业范围广，截至2020年底，我国石油和化工规模以上企业近3万家，危化品生产企业1.4万余家、经营企业20万家(其中带储存经营企业1.51万家)，化工企业数量庞大。根据《涉及危险化学品安全风险的行业品种目录》(安委[2016]7号)，国民经济行业分类20个门类中有15个、95个大类中有68个都涉及危化品，分别占75%、70.8%。在如此大的体量和范围内进行推广应用，必须具备统一的电子标签编码体系和行业级的应用标准规范，以实现业内统一和数据互联互通。

3 结论与建议

RFID技术具有快速远距离扫描、可重复使用、安全可靠性高等特点，其优越的性能和特点将使其取代操作现场人工录入或二维码扫描录入等传统方式，或将成为危化品全生命周期流通安全管理的重要技术支持。结合目前国内危化品RFID技术的研究现状和应用现状进行分析，未来RFID电子标签在危险化学品行业大范围应用还需在以下方面加强研究和布局。

a) 根据危化品的仓储、物流形态等的不同，摸排和梳理危化品各类外包装和车载形式，统一各类别内的RFID标签封装、固定等方式的要求，设置分门别类的信息采集清单，并形成类别内统一的“生产→发货→运输→入库→储存→出库→运输→收货→使用→废弃”等环节的操作流程规定，保证管理流程的统一性和数据来源的规范性。

b) 加快危化品领域RFID技术应用的标准规范体系建设，对标签编码方式、标签打印和读写设备要求、标签信息数据接口等方面明确形成统一要求，以规范行业发展，保障信息安全，形成标准制定引领行业进步、技术创新和应用推动标准完善的良性循环。

c) 推动危化品行业工业互联网标识解析体系建设，加快二级节点、布网、云化、灾备等方面的研究和部署。标识解析体系为工业互联网提供身份标识和解析服务，给危化品赋予唯一的“身份证”，是利用RFID标签实现危化品全生命周期管理的前提和基础。

d) 建设和推广统一的危化品全生命周期监管平台，将利用RFID标签采集的相关业务数据全部上传至统一的监控管理平台，危化品生产、储存和使用企业可以共享业务数据，政府部门利用平台可以实现对危化品企业生产品种、数量、库存量、运输目的地、运输路线、运输状况等实时动态的掌握，并进行动态预警和综合分析等，提升危化品安全的精细化管理能力。