LED光源在海洋平台的应用研究

柏继合 黄永豹 代学良

(海洋石油工程股份有限公司设计公司，天津 300451)

1 引言

目前海洋石油工程中照明灯具使用的光源为传统光源，主要为荧光灯、卤化物灯等，这些光源应用技术已经很成熟，但存在光效低不节能、寿命短、不环保、频闪和启动慢等缺点;光源的寿命短又直接导致其频繁更换和维护，给海上油气田操作运行带来较大工作量和安全风险，例如金属卤化物灯，一般安装在距平台甲板6米以上的位置，更换光源时工作人员需要高空作业，频繁更换光源会增加高空作业的机率，进而增加安全事故风险。

作为新光源的典型代表LED，在陆地被广泛应用于汽车照明 (车内、车外)，商用照明，LCD背光照明，道路照明，便携式电子设备，家居照明，信号灯照明，标识照明等。大功率LED照明灯具主要应用于城镇街道的路灯系统、隧道及地下停车场、交通工具的照明、大的公共场所的照明系统等［1］。目前LED照明灯具在海洋平台的应用很少。

2 LED灯具在海洋平台应用可行性研究

2.1 性能比较

海洋平台通常使用的灯具有荧光灯、高压钠灯、金属卤化物灯。LED灯与这些传统灯具性能比较见表1。

从表1可以看出灯具光源与传统光源相比，在光效、寿命、节能性、耐腐蚀、抗震、环保、启动时间、色温范围、显色性、安全性等方面有突出优势;在环境温度为－40～50℃时，LED灯具也能正常工作。正常工作时，灯具表面温度小于60℃，比传统灯具发热量小;灯具不含镇流器，体积小、重量轻;安装维修方便，灯具寿命长，维护工作量比传统灯具大大减少。LED灯具电磁兼容性 (EMC)好。LED灯具可根据不同场合需求，设计成多种功率 (常用200W以下)、安装方式和配光特性，高度范围为2m～25m，防腐等级W/WF1/WF2。100W以下灯具防护、防爆可做到IP66、ExdⅡC T6，100W～200W灯具防护、防爆可做到IP66、ExdⅡBT6。

表1 LED灯具与传统灯具性能比较Table 1 Performance comparison between LED lamps and traditional lamps

2.2 经济性比较

采用LED 灯具替换海洋平台传统灯具，除性能方面考虑外，还需要从工程经济角度来核算两者的投入、使用和维护成本。本文选取金县1-1 WHHB井口平台中层甲板，对比LED灯具和传统灯具两种灯具应用方案所产生的综合成本。该对比方案中需要考虑以下三个因素:

1)灯具维护费包括灯具部件更换费用，人工成本以及被更换灯具部件运输费用，运输费按照灯具部件价格10%考虑;

2)灯具照明时间按照每天12小时点亮计算，电费取0.8元/度;LED灯具寿命按5年计算，下列各表中维护费按5年总维护费均摊到各年;

3)在等效原则上，考虑到LED光线的方向性强，光线无反射损失，传统光源灯具光线四周发散，灯具需加反射罩，有效光照部分损失，同时镇流器也损失一部分电能，按表1所列光效利用率选择等同光通量灯具。

金县1-1 WHHB井口平台中层甲板布置灯具主要有传统荧光灯、防爆金卤灯和防爆高压钠灯，在满足原有灯具照明效果的基础上，用LED灯分别作如下替换方案:

1)用2×18W(光通量约4300lm)长条平台LED灯替换2×40W(光通量约4500lm)双管荧光灯

LED灯与传统荧光灯从灯具的采购成本、运行成本和维护成本三个方面产生的费用进行对比，比较结果见表2，可以看出，LED灯替换传统双管荧光灯，灯具采购成本中多支出了7.55万元，但年化总成本LED灯比传统双管荧光灯低3.615万元。 年化成本=电费+灯具维护费+总价/5

表2 LED灯替换传统荧光灯费用比较Table 2 Cost comparison between LED lamps and traditional lamps

2)用70W LED(光通量约8400lm)防爆泛光灯替换原有175W(光通量约13000lm)防爆金卤灯

LED灯与金卤灯从灯具的采购成本、运行成本和维护成本三个方面产生的费用进行对比，比较结果见表3，可以看出，LED灯替换传统金卤灯，灯具采购成本中多支出了4800元，但年化总成本LED灯比传统金卤灯低1.2832万余元。

表3 LED灯替换金卤灯费用比较Table 3 Cost comparison between LED lamps and metal halide lamps

3)用100W LED(光通量约12000lm)防爆泛光灯替换原有250W(光通量约23500lm)防爆高压钠灯

LED灯与高压钠灯从灯具的采购成本、运行成本和维护成本三个方面产生的费用进行对比，比较结果见表4，可以看出，LED灯替换传统高压钠灯，灯具采购成本中多支出了5000元，但年化总成本LED灯比高压钠灯低0.7772万余元。

综合表2、表3和表4，可以看出，表5给出应用LED灯与传统灯具各项费用综合对比，应用LED灯节电63.8%，总费用可以节省28.337万元。

通过以上计算统计结果比较可知，用LED灯具替换平台使用传统光源灯具，可节约电能，减少灯具维修更换费用，明显降低运行成本。

表4 LED灯替换高压钠灯费用比较Table 4 Cost comparison between LED lamps and high pressure sodium lamps

表5 总费用比较Table 5 Total cost comparison

3 LED灯具在海洋平台应用的选型及设计

LED新光源照明系统的设计必须遵照海上固定(移动)平台入级与建造规范中有关照明及信号的要求以及其它规范和标准的要求［2］。在满足规范和标准的条件下，还应考虑海上油田业主和操作者对照明灯具的选型和布置的差异化要求。

3.1 室外LED灯选型及设计

目前油田开发项目照明系统室外灯具主要有防爆双管荧光灯 (2×36W)，防爆金卤灯 (100W、175W、250W)，防爆泛 光 灯 (150W、250W、400W)和防爆投光灯 (400W)等，如表6所示。

以某LED照明设备厂家产品为例，按照等同照明效果的原则，如表7给出可以替代传统灯具的LED产品型号列表。

表6 室外传统灯具设计参数及安装型式列表Table 6 Parameters and installation type of outdoor traditional lamps

表7 LED照明设备生产厂家的主要防爆产品Table 7 Main explosion proof products of LED manufacturer

3.1.1 防爆荧光灯替代产品选型及设计

按照等同照明效果的原则，利用LDRG11代替传统的防爆荧光灯，LDRG11设计参数及安装型式见表8。

表8 LDRG11防爆LED灯设计参数及安装型式Table 8 Parameters and installation type of explosion proof LED lamps LDRG11

LDRG11防爆LED灯的适用范围:

(1)适用于爆炸性气体环境1区、2区;

(2)适用于IIA、IIB、IIC级爆炸性气体环境;

(3)适用于温度组别为T1～T6的环境;

(4)适合安装高度2.5～3.5米。

3.1.2 防爆高压钠灯替代产品选型及设计

传统高压钠灯的灯泡结构决定了灯具的光源利用率低，仅有40%左右，发光角度为360度;大部分必须通过反射器反射后才能照射到指定区域。LED光源利用率高，约为90%，LED发光角度同灯具的发光角度可保持一致，LED灯的光可以直接照射到指定区域。

利用表 7中 BTLC-50A、BTLC-84A和 BTLB-120A分别替换表6中150 W、250W和400W高压钠灯，BTLC-50A、BTLC-84A和BTLB-120A设计参数和安装型式如表9所示。

适用范围:

(1)适用于爆炸性气体环境1区、2区;

(2)适用于IIA、IIB、IIC级爆炸性气体环境;

(3)适用于温度组别为T1～T6的环境;

(4)适合安装高度5～9米。

表9 防爆LED灯设计参数及安装型式Table 9 Parameters and installation type of explosion proof LED lamps

3.1.3 防爆金属卤化物灯替代产品选型及设计

按照等同照明效果的原则，利用BTLC-40A、BTLC-60A和BTLC-84A分别替换表6中 100 W、175W和250W防爆金属卤化物灯，BTLC-40A、BTLC-60A和BTLC-84A设计参数和安装型式如表10所示。

表10 防爆LED灯设计参数及安装型式Table 10 Parameters and installation type of LED lamps

适用范围:

(1)适用于爆炸性气体环境1区、2区;

(2)适用于IIA、IIB、IIC级爆炸性气体环境;

(3)适用于温度组别为T1～T6的环境;

(4)适合安装高度4～9米。

3.2 室内LED灯选型及设计

3.2.1 荧光灯替代产品

目前海上油气田开发项目照明设计室内荧光灯光源功率主要为4×14W、2×36W两种。

LED荧光灯灯管与传统的荧光灯在外型尺寸口径上都一样，长度有 600mm、900mm、1200mm、1500mm四种，功率分别为9W、14W、18W、25W。9W的LED荧光灯亮度高于18W传统荧光灯，18W的LED荧光灯亮度高于36W传统荧光灯，并且LED荧光灯亮度显得更柔和更使人容易接受;LED荧光灯无需起辉器和镇流器，启动快，功率小，无频闪，不容易视觉疲劳，可以直接替换传统的荧光灯。

LED荧光灯灯管安装方法非常简单，安装时将原有的荧光灯取下换上LED灯管，将镇流器和起辉器一并去掉。

3.2.2 EXIT安全出口标志灯替代产品

图1给出LED安全出口标志灯外型图，采用高亮度LED光源，图案清晰明亮，发光均匀性强，耗电低，应急时间长，免维护。安装方式与传统安全出口标志灯一样。

图1 安全出口标志灯Fig.1 Exit sign lamp

4 LED灯应用案例

在能源日趋紧张的时代背景下，节约能源已成为共识，海上平台在设计中不断贯彻节约能源、合理高效利用能源的原则，LED灯具已在海洋平台陆续开始尝试使用，绥中36-1 2010年和2011年陆地终端及海上平台使用了LED灯200余件，辽东区及勃南区海上平台2011年使用LED灯200多件，在荔湾3-1气田浅水平台生活楼使用LED灯105盏，图2给出了荔湾3-1气田项目部分的生活楼LED灯具布置图。

具体LED灯参数为:

220V，50Hz，单相，3×10W，防护等级IP44，室内防水LED荧光灯，共计90盏;

图2 荔湾3-1 LED灯具布置图Fig.2 Lighting system layout for LW3-1 living quarter

220V，50Hz，单相，2×18W，防护等级IP56，防爆等级:ExedⅡBT4，LED室外防爆荧光灯，共计15盏;图3给出了LED灯在荔湾3-1气田浅水平台生活楼现场的实际效果图。

图3 室内LED灯照明效果图Fig.3 Externals picture of LED Lighting system indoor

5 结束语

本文从光效、寿命、节能性、耐腐蚀、抗震、环保、启动时间、色温范围、显色性、安全性等方面比较LED灯具和传统灯具，体现LED灯具所具备的突出优势，并从工程经济角度，就LED灯具替换传统灯具所形成的经济性进行分析，说明LED灯具替换平台使用传统光源灯具，能够节约电能，减少灯具维修更换费用，明显降低运行成本，随后介绍了LED灯具在海上平台照明系统中的应用选型及设计原则和实际应用案例。在能源日趋紧张的时代背景下，节约能源已成为共识，高效、节能的LED灯具必将越来越多的应用在海洋平台，以达到减低能源消耗，提高经济效益的目的。

［1］张东亮，章怡圣.浅谈白光LED在未来海洋平台照明中的应用.照明工程学报，2011，22(5):115－119.

［2］周守为.海洋石油工程设计指南［M］.北京:石油工业出版社印刷厂，2007.