探析LED技術(shù)在石油鉆井照明中的應(yīng)用策略

周宇

（中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300450）

熒光燈以及金鹵燈等氣體放電光源比較適用于商業(yè)以及家居照明領(lǐng)域中，在這些領(lǐng)域中，這類氣體放電光源可以體現(xiàn)出難以比擬的優(yōu)越性。但是，應(yīng)用于石油鉆井現(xiàn)場照明中，所呈現(xiàn)出的弊端問題比較明顯，如耐低溫性能差、防爆能力不強(qiáng)等，很容易對石油鉆井生產(chǎn)現(xiàn)場構(gòu)成威脅。因此，行業(yè)內(nèi)部需要尋找一種新型光源，從發(fā)光原理以及燈具結(jié)構(gòu)上解決傳統(tǒng)氣體放電光源存在的弊端問題。結(jié)合當(dāng)前應(yīng)用實(shí)踐情況來看，LED照明燈具作為新一代光源形式的代表，與傳統(tǒng)氣體放電光源相較而言，在能耗以及功效方面優(yōu)勢特點(diǎn)明顯。最重要的是，從事與石油鉆井現(xiàn)場等領(lǐng)域工作的相關(guān)人員，通過借助LED照明燈具可有效增強(qiáng)現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境的舒適感以及照明質(zhì)量，并且可以有效克服傳統(tǒng)氣體放電光源存在的耐低溫性能差以及防爆能力不強(qiáng)等弊端問題，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

1 石油鉆井現(xiàn)場環(huán)境特點(diǎn)以及照明燈具應(yīng)用情況

1.1 石油鉆井現(xiàn)場環(huán)境特點(diǎn)分析

爆炸性、振動大、高危性以及環(huán)境條件惡劣均可以視為石油鉆井現(xiàn)場環(huán)境生產(chǎn)特點(diǎn)表現(xiàn)。以爆炸性環(huán)境特點(diǎn)為例，石油鉆井現(xiàn)場遇到明火或者電火花等點(diǎn)燃源時(shí)，很容易在短時(shí)間內(nèi)引發(fā)大面積燃燒甚至爆炸事故。為保障現(xiàn)場生產(chǎn)作業(yè)安全以及環(huán)境安全，現(xiàn)場所安裝以及照明燈具應(yīng)該具備安全防爆功能。與此同時(shí)，鉆井現(xiàn)場振動聲音相對較大，因此，所安裝的電氣設(shè)備必須具備良好的抗振動性能。除此之外，石油鉆井現(xiàn)場所具備的高危性以及連續(xù)作業(yè)特點(diǎn)，促使燈具必須具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，以減少后續(xù)維護(hù)成本。

1.2 石油鉆井現(xiàn)場照明燈具應(yīng)用情況

當(dāng)前絕大多數(shù)石油鉆井現(xiàn)場所使用的照明燈具為熒光燈或者金鹵燈。雖然從客觀角度上來講，氣體放電光源在我國各個(gè)照明領(lǐng)域中得到了良好推廣與應(yīng)用，且該燈具技術(shù)相對成熟、視覺舒適，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。但是，這類光源形式比較適用于室內(nèi)以及一般照明環(huán)境中，而用于石油鉆井現(xiàn)場照明中呈現(xiàn)出的弊端問題明顯。除了抗振動性能差外，防爆性能并不是很優(yōu)越。最主要的是，這類燈具設(shè)備在石油鉆井現(xiàn)場環(huán)境中所表現(xiàn)出的維修難度較高，尤其是位于井架等高危設(shè)備部位的燈具。除此之外，這類燈具環(huán)境適應(yīng)性比較差，在低溫環(huán)境中難以實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 石油鉆井照明現(xiàn)場對燈具的需求分析

2.1 技術(shù)性能需求

燈具技術(shù)性能指標(biāo)主要可以從顯色指數(shù)與眩光指數(shù)兩個(gè)方面進(jìn)行合理設(shè)定。一般來說，顯色指數(shù)越高則表明物體本體顏色可以更好地反映出來，且被照射物體在層次方面更加清晰可見。對于夜間作業(yè)而言，合適的顯色指數(shù)可幫助現(xiàn)場作業(yè)人員分辨現(xiàn)場環(huán)境情況，增強(qiáng)夜間生產(chǎn)作業(yè)的安全性。而對于眩光指數(shù)而言，舒適的照明環(huán)境通常需要將光源眩光保持在合理波動范圍內(nèi)，以確?，F(xiàn)場作業(yè)人員可在合適的環(huán)境中高質(zhì)量完成石油鉆井活動。

2.2 安全性能需求

石油鉆井生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境相對特殊，如果生產(chǎn)作業(yè)期間所涉及的流程內(nèi)容較多或者現(xiàn)場安全管理工作落實(shí)不到位，就很容易引發(fā)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)或者爆炸事故。因此，在燈具的選擇與應(yīng)用方面，作業(yè)人員更傾向于選擇具有防爆能力以及防護(hù)能力的照明燈具設(shè)備，以便可以在危險(xiǎn)環(huán)境中為作業(yè)人員提供良好的照明空間。

3 LED技術(shù)在石油鉆井照明中的應(yīng)用優(yōu)勢分析

3.1 安全防爆性能良好

利用直流低電壓不超過36V驅(qū)動的LED可憑借其光效高且發(fā)熱量少的優(yōu)勢，在石油鉆井環(huán)境中發(fā)揮良好的照明作用。與此同時(shí)，在安全電壓以及低溫條件下運(yùn)行，LED燈具可增強(qiáng)自身的防爆性能，并且可以從源頭上減少安全隱患問題出現(xiàn)，利于保障石油鉆井現(xiàn)場作業(yè)安全。最重要的是，LED燈具功率相對較小且輸入電流相對較低，在一定程度上可以緩解電纜過熱老化等不良問題，進(jìn)一步增強(qiáng)了供電線路的安全性與科學(xué)性。

3.2 抗振動性能優(yōu)良

LED屬于固態(tài)光源的表現(xiàn)形式，在抗振動以及耐沖擊性能方面表現(xiàn)良好。LED所具備的優(yōu)越性能是傳統(tǒng)氣體放電光源無法比擬的，甚至是任何一種傳統(tǒng)光源無法比擬的。結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)踐情況來看，應(yīng)用于石油鉆井照明現(xiàn)場的LED技術(shù)可有效規(guī)避玻璃燈管所引發(fā)的不耐振動以及其他隱患問題，最主要的是，還可以減少環(huán)境危害以及生產(chǎn)危害問題。

3.3 使用壽命較長

LED可直接將電能轉(zhuǎn)化為光能，在工作期間無任何機(jī)械性損傷。與傳統(tǒng)光源形式不同，LED光源有效使用壽命可高達(dá)5萬～10萬h，是目前使用壽命最長的電光源。不難看出，LED光源所具備的優(yōu)勢特點(diǎn)可有效降低燈具維修頻率，并對現(xiàn)場安全生產(chǎn)起到良好促進(jìn)作用。

3.4 環(huán)境適應(yīng)能力突出

LED技術(shù)在耐低溫性能方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)光源，其中，LED技術(shù)可經(jīng)過必要的處理在零下45℃及以下環(huán)境中正常工作，進(jìn)一步增強(qiáng)了LED技術(shù)的環(huán)境適應(yīng)能力。

3.5 節(jié)能效益良好

與傳統(tǒng)光源相比，LED技術(shù)在節(jié)能效果方面表現(xiàn)良好，如LED節(jié)能60%及以上。這對于井場照明工作而言，不僅可以節(jié)省燃油費(fèi)用，同時(shí)還可以體現(xiàn)出良好的節(jié)電效益。

4 LED技術(shù)在石油鉆井照明中的應(yīng)用策略分析

4.1 確定合適的LED光源參數(shù)

為確保LED照明燈具可以在石油鉆井現(xiàn)場中發(fā)揮良好的照明功效，工作人員必須對LED光源參數(shù)進(jìn)行合理確定。

首先，光效必須不小于100Lm/W；顯色指數(shù)必須不小于80；其次，相關(guān)色溫在低照度場地應(yīng)利用暖色表進(jìn)行對比分析，一般Tc＜3300K。中等照度應(yīng)利用中間色表進(jìn)行對比分析，3300K≤Tc≤5300K）。而高照度則利用冷色表進(jìn)行對比分析，T＞5300K）。除此之外，在溫暖氣候條件下可利用冷色表進(jìn)行對比分析，寒冷條件需要運(yùn)用暖色表進(jìn)行對比分析。而對于一般情況而言，則可利用中間色表進(jìn)行對比分析；最后光源壽命必須超過5萬h。

4.2 優(yōu)化電源等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)

電源可采用恒流式驅(qū)動方式，保障輸出電流穩(wěn)定精度。與此同時(shí)，用于防爆的電源，輸出電壓應(yīng)該不超過DC 36V。除此之外，功率因子應(yīng)該不小于90%。需要注意的是，電源內(nèi)部需要設(shè)置短路以及過壓保護(hù)。

4.3 合理選擇燈具材質(zhì)與結(jié)構(gòu)形式

關(guān)于燈具材質(zhì)與結(jié)構(gòu)形式的選擇，工作人員可優(yōu)先利用鋁金屬材料作為燈具殼體，以保障其具備良好的散熱結(jié)構(gòu)以及足夠的散熱面積。

4.4 明確防護(hù)防爆性能要求

為確保LED照明燈具防護(hù)防爆性能滿足石油鉆井照明設(shè)備需求，在LED照明燈具的選擇上應(yīng)該滿足下述防護(hù)防爆性能條件：

一是防腐性能戶內(nèi)型燈具應(yīng)不低于F1、戶外型燈具應(yīng)不低于WF1；二是具有防爆性能的LED燈具應(yīng)該符合行業(yè)規(guī)范要求，并通過國家權(quán)威機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)。

4.5 合理設(shè)定應(yīng)急裝置參數(shù)

應(yīng)急時(shí)間應(yīng)不少于60min；應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間應(yīng)不超過1s；電池充放電循環(huán)次數(shù)應(yīng)該超過500次。

4.6 注意事項(xiàng)

在使用LED防爆燈具時(shí)，從事石油鉆井照明管理的相關(guān)人員應(yīng)該優(yōu)先選擇國際知名品牌的LED燈具，保障燈具的質(zhì)量安全以及照明舒適性。除此之外，因LED屬于半導(dǎo)體元器件，芯片溫度在一定程度上會對其壽命產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。建議工作人員在應(yīng)用LED燈具時(shí)，應(yīng)該對其散熱性能進(jìn)行重點(diǎn)考慮。

5 結(jié)語

總而言之，LED燈具及其技術(shù)的推廣與應(yīng)用，無疑是為我國石油鉆井照明領(lǐng)域提供了良好保障。建議在未來的發(fā)展中，研究人員應(yīng)該加強(qiáng)對LED燈具及其技術(shù)前沿發(fā)展動態(tài)的研究分析，以便將其更好地應(yīng)用于石油鉆井以及其他同類型高危生產(chǎn)環(huán)境中。