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浅谈修井机照明灯具的选配

1邢付顺　2李立嵩
(1.中成装备制造公司钻修井装备研究所　300280；2.渤海钻探国际工程公司　300457)

[摘　要]石油修井机是油田井下作业的主要设备，修井机夜间作业必须有良好的照明才能保证作业安全。针对现阶段修井机照明灯具配备不规范的问题，本文根据修井机的结构特点给出修井机照明灯具的选配方法，经实践检验，完全满足了修井机夜间作业的要求。

[关键词]修井机　光通量　照度　LED灯具

石油修井机是一种油田重要作业装备，其安全生产一直受到油田生产单位的重视。修井机夜间安全照明是保证修井机夜间作业安全的必备条件。修井机的工作环境及作业特点决定了其照明设备符合修井机恶劣的作业环境，具有防爆、抗震、耐潮湿、耐盐碱腐蚀的特点，可以在雨雪、低温天气下正常工作，灯光亮度高、对操作者无炫光、场地照明无死角、便于设备安装、检修等特点。本文详细介绍了修井机照明设备的选型方法、供电方式和安装位置。

一、照明设备的选择：

1.1　相关概念：

光通量：光源在单位时间内向周围空间辐射并引起视觉的能量。用φ表示，单位为流明（Lm）。光通量与光源的辐射强度和波长有关，人眼对波长555纳米的黄、绿光最敏感。照度：单位面积上接受的光通量称为照度，用E表示，单位（Lux）。E=φ/S

1.2　光源的特点

凡可以将其他形式的能量转换成光能，从而提供光通量的设备、器具统称为光源；而其中可以将电能转换为光能，从而提供光通量的设备、器具则称为电光源。常用的电光源有：①热致发光电光源（如白炽灯、卤钨灯等）；②气体放电发光电光源（如荧光灯、汞灯、钠灯、金属卤化物灯等）；③固体发光电光源（如LED和场致发光器件等）。

二、根据修井机的配置特点选择供电方式

石油修井机是一种油田重要作业装备，GB/T23505-2009中将石油修井机分为XJ350、XJ600、XJ700、XJ900、XJ1100等9个级别，不同级别的修井机的井架可分为18m、21m、29m、31m、33m、35m、36m、38m等8个高度等级。

修井机根据施工特点可分为大修作业和小修作业，通常大修作业多使用高度为29m及以上井架、配套设备多、作业周期长，车载式修井机配套如盘式刹车、泥浆泵等均为电机带动，修井队配套专业电工。小修作业所使用的修井机多为车载式修井机配套18m、21m高度的井架，小修作业具有配套设备少、作业周期短、作业频繁的特点，作业修井机需要频繁搬家，修井队配套人员较少，无专业电工。在此条件下修井机配套照明电源多采用24V直流电源，无需专业电工即可操作。24V直流电源照明电源大致为蓄电池和开关电源两类。直流24V作为照明电源不能在大修作业机上进行推广，为多套照明灯具提供电源的主要原因为导线存在的电压降，以及上述两种24V直流电源的供电方式都存在功率限制。U降=IR进行计算，其中I=P总/U额，P总为该导线所带负载的总功率；U额为用电器的额定电压；R为导线电阻。井场常用导线为YCW重型橡套软电缆，内部导体为铜芯；由于井架空间限制，井架上的护线管多为G3/4”镀锌管，导线的外径受限，灯具的电源线的截面积最大为2×4mm2。铜的电阻率为0.0175Ωmm2/ m，按导线长度50米、截面积4 mm2，所带灯具总功率700W、额定电压DC24V计算，则导线“吃掉”的电压为：

则要保证接入75米2×4mm2导线后的DC24V灯具可被点亮，则需要电源侧电压最少为24+9.3=33.3V，而柴油机所配套发电机输出电压最高为28V左右，无法满足过多灯具同时使用。大功率柴油机配套发电机多为28V、70A左右，在满足柴油机本身使用的同时需为蓄电池充电，如配套照明灯具过多则影响柴油机正常工作，而大功率开关电源多为风冷，如封装于防爆箱内则影响其散热，导致照明电源故障频发。

3 根据修井机作业特点确定安装位置。

修井机作业环境为野外恶劣环境，同时要求配套设备便于运移、搬迁，所以夜间照明所采用的方式多为局部照明，根据小修作业的特点，可确定小修作业的主要作业面为：修井机绞车滚筒、游车大钩、井口、管桥座、操作台、井场安全通道。考虑现场实际工况，经类比确定小修作业主要照明区域所需照度为：绞车滚筒所需照度值100Lux，游车大钩100Lux，井口350Lux，管桥座50Lux，井口操作台500Lux，安全通道50Lux。

由于修井井场工况复杂，无相应公式对各区域照度值进行计算，现给出一套计算方法，作为参考：照度计算的基本规定：

圆形发光体的直径小于其至受照面距离1/5或线性发光体的长度小于照射距离（斜距）的1/4时，可视为点光源。当发光体的宽度小于计算高度的1/4，长度大于计算高度的1/2，发光体间隔较小（发光体间隔＜h＜4cosθ）且等距的成行排列时，可视为连续线光源。h—灯具在计算点上垂直高度；cosθ—受照面法线与入射光线夹角的余弦。面光源是指发光体的形状和尺寸在照明场所中占有很大比例，并且已超出点、线光源所具有的形状概念。

点光源点照度计算采用平方反比法，线光源点照度计算采用方位系数法，面光源点照度计算采用形状因数法（或称立体角投影率法）。进行室外照度计算时，计入30%的大气吸收系数。

根据修井机现场实际情况，其配置的照明灯具均可视为点光源，可采用平方反比法进行计算。现以24米井架小修作业车载修井机常用灯具布局为例对井口照度值和绞车滚筒照度值进行计算：井口布置LED泛光灯2盏，安装于后支架，距井口约3.5米；井架起升缸梁布置LED泛光灯2盏，距井口约5米；井架中部布置LED泛光灯1盏，距井口约12米。30W低压LED灯具的光通量为2700Lm。照度损失统一按30%计算。

则井口单位面积照度计算如下：

E=φ/S×（1-30%），S—光源照射面积

E=E1+E2+E3+E4+E5　　其中：E——井口处单位面积照度

各灯具对井口处单位面积照度分别为E1、E2、E3、E4、E5

各灯具光通量分别为φ1、φ2、φ3　、φ4、φ5

各灯具在距井口立体角上的面积分别为S1、S2、S3、S4、S5

S=2πR？（1-cosα）　现统一取α=30°

则：井口处照度值为：

E=(φ1/S1+φ2/S2+φ3/S3+φ4/S42+φ5/S5）×（1-30%）=562Lux

完全达到井口作业面对照度的要求。

结束语：

目前，全国各行各业均推广HSE的工作环境，油田野外作业场所具有好的照明条件是顺利能够完成施工作业的基础，好的照明可以改善职工工作环境，可以预防危险的发生，创造安全的生产条件，提高生产效率。随着科技的发展，照明灯具及配置将不断进步，为各行各业的工作提供更好的工作环境。

参考文献

[1]API RP 500B《石油设施电力装置场所分类推荐作法》

[2]GB3836.1-2010《爆炸性气体环境用电器设备》第一部分；通用要求

[3]GB3836.2-2010《爆炸性气体环境用电器设备》第二部分；隔爆型“d”

[4]GB3836.2-2010《爆炸性气体环境用电器设备》第三部分；增安型“e”

[5]GB3836.2-2003《爆炸性气体环境用电器设备》无火花型电器设备“n”

[6]GB50058-2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》

[7]中华人民共和国《爆炸和火灾电力装置设计规范》

中图分类号：U264

文献标识码：A

文章编号：1009-914X(2016)02-0367-01