LED技术在石油钻井照明中的应用探讨

2014-06-20戴海峰何小玉林雅玲

电气传动自动化 2014年1期

戴海峰，何小玉，林雅玲，崔凯

（1.中国石油集团渤海装备制造有限公司，河北沧州，061000；2.中国石油勘探开发研究院，北京100083；3.中国石油技术开发公司，北京100028）

1 前言

石油钻井现场属于特殊作业环境，与常规照明要求相比有明显的不同。例如，在配光均匀性、光源的显色指数及色温等方面，要求不很严格；然而，在照明灯具的品质、抗振动性、恶劣环境的耐受性及防爆安全性等方面，有其特殊的要求。目前，石油钻井现场的照明，主要使用荧光灯、金卤灯等气体放电光源。这类光源作为商业、家居照明使用时，有着难以比拟的优越性。然而，这类光源用在石油钻井现场时，其弊端显而易见，如抗振动性差，耐低温性能差等。因此，有必要寻找一种新型光源，从发光原理和灯具结构上解决这些问题。LED技术是一种固体光源，用它研制生产的防爆灯具，与传统的相比，在结构、电气、配光及防爆等方面，有着本质的不同。本文就LED防爆灯在石油钻井现场这类特殊作业环境中的应用要求进行探讨，以期在照明灯具选型中提供一定的参考。

2 现场环境特点和照明现状

石油钻井现场的照明环境有其特殊性，主要有以下4点。

（1）爆炸性。遇明火、电火花、高温等点燃源，可能引起燃烧甚至爆炸。为保障安全，所安装使用的电器（包括照明灯具）应是安全防爆的。

（2）振动大。在钻井中，特别是搬迁时，设备振动大。因此，所安装使用的电器设备应具有良好的抗振动性能。

（3）高危、连续作业、更换维护困难。因此照明灯具应寿命长、维护少。

（4）气候条件恶劣，因此灯具应具有较高的环境适应性。

目前井场照明的灯具大多为荧光灯或金卤灯。这类灯具技术成熟，视觉舒适，普遍应用于室内及一般照明，用于井场环境时其弊端显而易见。一是抗振动性差，易损坏。井场设备振动性强，特别是在搬迁过程中振动较大，由玻璃制成的灯管往往损坏殆尽，需要大批量更新更换，形成大量人力物力损耗，汞蒸气和碎玻璃还给环境造成危害；二是故障多，且维修困难，特别是井架等高危设备部位，一旦灯具损坏，无法及时维修，将严重影响夜间安全生产；三是安全系数低，尤其是金卤灯一类的气体放电灯，工作时灯具温度高，容易成为安全事故隐患；四是环境适应性差，在低温环境下时，往往无法正常工作。

3 LED技术及其照明的优势

3.1 LED光源

LED(Light Emitting Diode)即发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转换为光。

自1907年发现电致发光（LED）现象以来，已走过100多年的路程，20世纪90年代以来，LED技术不断取得突破，在显示、指示、中大尺寸背光源等领域的技术日趋成熟，应用领域不断扩展。在功能性照明领域，LED技术虽然处于起步阶段，但发展速度迅猛，目前光效在120Lm/W以上的白光LED已经批量生产。成为继白炽灯、荧光灯、高压金属气体放电灯之后出现的第四代电光源，被称作电光源的终极形式。如图1所示为LED发展史。

图1 LED发展历史

由发光原理所决定的LED，是迄今为止寿命最长、节能效益最高的电光源，不含有害物质、环保无污染、耐振动、抗冲击的优点也是其他传统光源所无法比拟的。如图2、3、4、5分别为白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯及LED示意图。各种光源的发光原理如表1所示，传统光源与LED的性能比较如表2所示。

图2 白炽灯

图3 荧光灯

图4 高强度气体放电灯

图5 LED

表1 各种电光源的发光原理

表2 LED与其他电光源的比较

3.2 LED照明

LED照明是继白炽灯、荧光灯之后照明光源的又一次革命，被各国公认为最有发展前景的高效照明产业。目前，作为新一代光源技术，LED正在被人们广泛认知认同，越来越多的LED照明产品出现在道路、广场、车站、码头以及城市景观等场所，在一些对节能和寿命要求高，维修不便的不间断照明场所，如隧道、地下停车场等，LED优势明显，效益显著。