探析LED技術在石油鉆井照明中的應用策略

周宇

（中海油田服務股份有限公司，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以及家居照明領域中，在這些領域中，這類氣體放電光源可以體現出難以比擬的優越性。但是，應用于石油鉆井現場照明中，所呈現出的弊端問題比較明顯，如耐低溫性能差、防爆能力不強等，很容易對石油鉆井生產現場構成威脅。因此，行業內部需要尋找一種新型光源，從發光原理以及燈具結構上解決傳統氣體放電光源存在的弊端問題。結合當前應用實踐情況來看，LED照明燈具作為新一代光源形式的代表，與傳統氣體放電光源相較而言，在能耗以及功效方面優勢特點明顯。最重要的是，從事與石油鉆井現場等領域工作的相關人員，通過借助LED照明燈具可有效增強現場生產環境的舒適感以及照明質量，并且可以有效克服傳統氣體放電光源存在的耐低溫性能差以及防爆能力不強等弊端問題，具有重要的應用價值。

1 石油鉆井現場環境特點以及照明燈具應用情況

1.1 石油鉆井現場環境特點分析

爆炸性、振動大、高危性以及環境條件惡劣均可以視為石油鉆井現場環境生產特點表現。以爆炸性環境特點為例，石油鉆井現場遇到明火或者電火花等點燃源時，很容易在短時間內引發大面積燃燒甚至爆炸事故。為保障現場生產作業安全以及環境安全，現場所安裝以及照明燈具應該具備安全防爆功能。與此同時，鉆井現場振動聲音相對較大，因此，所安裝的電氣設備必須具備良好的抗振動性能。除此之外，石油鉆井現場所具備的高危性以及連續作業特點，促使燈具必須具有良好的環境適應性，以減少后續維護成本。

1.2 石油鉆井現場照明燈具應用情況

當前絕大多數石油鉆井現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照明領域中得到了良好推廣與應用，且該燈具技術相對成熟、視覺舒適，具有較強的應用價值。但是，這類光源形式比較適用于室內以及一般照明環境中，而用于石油鉆井現場照明中呈現出的弊端問題明顯。除了抗振動性能差外，防爆性能并不是很優越。最主要的是，這類燈具設備在石油鉆井現場環境中所表現出的維修難度較高，尤其是位于井架等高危設備部位的燈具。除此之外，這類燈具環境適應性比較差，在低溫環境中難以實現正常運轉。

2 石油鉆井照明現場對燈具的需求分析

2.1 技術性能需求

燈具技術性能指標主要可以從顯色指數與眩光指數兩個方面進行合理設定。一般來說，顯色指數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。對于夜間作業而言，合適的顯色指數可幫助現場作業人員分辨現場環境情況，增強夜間生產作業的安全性。而對于眩光指數而言，舒適的照明環境通常需要將光源眩光保持在合理波動范圍內，以確保現場作業人員可在合適的環境中高質量完成石油鉆井活動。

2.2 安全性能需求

石油鉆井生產現場環境相對特殊，如果生產作業期間所涉及的流程內容較多或者現場安全管理工作落實不到位，就很容易引發火災風險或者爆炸事故。因此，在燈具的選擇與應用方面，作業人員更傾向于選擇具有防爆能力以及防護能力的照明燈具設備，以便可以在危險環境中為作業人員提供良好的照明空間。

3 LED技術在石油鉆井照明中的應用優勢分析

3.1 安全防爆性能良好

利用直流低電壓不超過36V驅動的LED可憑借其光效高且發熱量少的優勢，在石油鉆井環境中發揮良好的照明作用。與此同時，在安全電壓以及低溫條件下運行，LED燈具可增強自身的防爆性能，并且可以從源頭上減少安全隱患問題出現，利于保障石油鉆井現場作業安全。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，進一步增強了供電線路的安全性與科學性。

3.2 抗振動性能優良

LED屬于固態光源的表現形式，在抗振動以及耐沖擊性能方面表現良好。LED所具備的優越性能是傳統氣體放電光源無法比擬的，甚至是任何一種傳統光源無法比擬的。結合現場應用實踐情況來看，應用于石油鉆井照明現場的LED技術可有效規避玻璃燈管所引發的不耐振動以及其他隱患問題，最主要的是，還可以減少環境危害以及生產危害問題。

3.3 使用壽命較長

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

3.4 環境適應能力突出

LED技術在耐低溫性能方面明顯優于傳統光源，其中，LED技術可經過必要的處理在零下45℃及以下環境中正常工作，進一步增強了LED技術的環境適應能力。

3.5 節能效益良好

與傳統光源相比，LED技術在節能效果方面表現良好，如LED節能60%及以上。這對于井場照明工作而言，不僅可以節省燃油費用，同時還可以體現出良好的節電效益。

4 LED技術在石油鉆井照明中的應用策略分析

4.1 確定合適的LED光源參數

為確保LED照明燈具可以在石油鉆井現場中發揮良好的照明功效，工作人員必須對LED光源參數進行合理確定。

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

4.2 優化電源等關鍵結構

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

4.3 合理選擇燈具材質與結構形式

關于燈具材質與結構形式的選擇，工作人員可優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構以及足夠的散熱面積。

4.4 明確防護防爆性能要求

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

一是防腐性能戶內型燈具應不低于F1、戶外型燈具應不低于WF1；二是具有防爆性能的LED燈具應該符合行業規范要求，并通過國家權威機構檢驗。

4.5 合理設定應急裝置參數

應急時間應不少于60min；應急響應時間應不超過1s；電池充放電循環次數應該超過500次。

4.6 注意事項

在使用LED防爆燈具時，從事石油鉆井照明管理的相關人員應該優先選擇國際知名品牌的LED燈具，保障燈具的質量安全以及照明舒適性。除此之外，因LED屬于半導體元器件，芯片溫度在一定程度上會對其壽命產生至關重要的影響。建議工作人員在應用LED燈具時，應該對其散熱性能進行重點考慮。

5 結語

總而言之，LED燈具及其技術的推廣與應用，無疑是為我國石油鉆井照明領域提供了良好保障。建議在未來的發展中，研究人員應該加強對LED燈具及其技術前沿發展動態的研究分析，以便將其更好地應用于石油鉆井以及其他同類型高危生產環境中。