在石油化工工程建设或检修期间受限空间作业内照明一直困扰着作业人员工作效益。受限空间内使用的照明安全要求高, 必须防爆并且电压要安全。然而在空间较大的反应器、塔及罐容器内由于使用安全电压白炽灯光照度达不到, 导致整个受限空间内作业效率低下, 并且人员工作危险性也急剧增加。LED (Light Emitting Diode) 作为第四代新光源, 属于固态冷光源, 具有电光转换效率高、发热量小、工作电压属安全低电压、安全可靠性强、使用寿命长、节能、环保无污染、耐振动、抗冲击等优良特性。相信在石油化工受限空间作业中使用LED防爆灯将会是一个必然趋势。
1 之前受限空间作业中常用照明存在的不足
长久以来, 在石油化工工程建设及检修中, 由于所处作业环境危险性较大, 一般环境中作业都存在有毒有害或者存在易燃易爆物质, 并且受限空间内光线差, 甚至无光线, 内部环境复杂, 内部构造及其不规整, 凹陷凸起地方较多, 坑洞较多, 使进入的作业人员在作业期间各种操作及行动不方便。所以受限空间内安全充足的照明是保证作业人员安全的一个基本保障条件。
石油化工装置中大型设备内件安装、清理、检修均涉及到多道工序, 作业时间长, 精度及清洁度要求较高, 在之前的作业期间经常采用的是安全电压的防爆白炽灯作为照明, 但其光照度太低, 作业环境光线不足, 导致人员工作效率低下, 工期延长, 人员处于危险环境中时间增长, 导致风险增加。光线不足更影响作业人员行动及工作心情, 进一步增加了作业风险。由于光照度不足, 有些时候作业期间为了补充照明, 不断的加设照明灯泡导致受限空间内电线增加, 也进一步增加了风险。并且白炽灯发热量较大, 在存在易燃易爆物质的场所内也进一步增加了风险。受限空间作业程序虽然已经很完善, 但是改善照明是保证人员在受限空间内安全作业的首要之事。
2 LED灯的光效优势
白炽灯其光效为10流明/瓦左右, 大部分的耗电变成热量损耗。对白光LED目前白光LED的光效已达120流明/瓦, 而且其光的单色性好、光谱窄, 无需过滤可直接发出有色可见光。
现以80万吨/年乙烯裂解装置区内丙烯塔为例计算其达到理论所需平均照度时需使用多少灯具, 其塔体内部直径达5.6M, 在安装塔内件时, 一层塔盘大概需要2000余套螺丝, 最小螺丝为M10。作业环境视为机械加工粗加工的作业条件下照度:200lx。根据照明灯一般悬挂高度为3米, 空间利用系数 (CU) 在0.6-0.75之间, 维护系数K取0.7, 白炽灯光通量为12lm, 单颗LED光通量为100lm。平均照度 (Eav) =单个灯具光通量Φ×灯具数量 (N) ×空间利用系数 (CU) ×维护系数 (K) ÷作业面积
需要白炽灯大概837W, 需要34个3W的LED贴片, 然而34个LED白灯贴片只需要组装成一盏LED灯就能达到理论需求光照度。100W的防爆白炽灯需要安装9盏, 一盏防爆白炽灯外景尺寸大概是Φ150*260, 然而一盏LED贴片组装灯外径尺寸200*150*210 (mm) 。白炽灯9盏需要9根单独电缆进行供电, 产生了9个接头, 增加了风险, LED灯只需一盏即可。
3 LED防爆灯防爆性能
LED防爆灯的基本原理同其他防爆灯相同, 其原理根据欧洲标准EN13463-1:2002《爆炸性环境用非电气设备第1部分:基本方法与要求》的防爆概念和防火类型, 隔爆型是采取措施允许内部爆炸并阻止火焰传爆的一种防爆型式, 是最常用的一种防爆类型。而且, 许多增安型防爆灯具部件, 如驱动电源、灯座、联锁开关等, 也是采用隔爆型结构。具有隔爆外壳的电气设备称为隔爆型电气设备。如果爆炸性气体混合物进入隔爆外壳并被点燃, 隔爆外壳能承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力, 并阻止内部的爆炸向外壳周围爆炸性混合物传播。这是一种间隙防爆原理, 即利用金属间隙能阻止爆炸火焰的传播和冷却爆炸产物的温度, 达到火焰熄灭和降温, 抑制爆炸的扩展的原理设计的一种构造。
除此之外, LED防爆灯所需要的驱动电源输出的是直流低电压, 一般根本产生不了电火花。LED灯的发光原理是直接把电能转换成光能的过程, 这种发光不存在像白炽灯那样先将电能转换成热能, 继而使物体温度升高而发光的现象。白炽灯96%的电能都发热发掉的, 白炽灯发出的光中有大量红外线, 70-80%的电能是以热辐射 (红外线) 的形式散出去的, 有5-10%是以热传导方式传递到灯泡外壳上的, 所以灯芯温度高达2500度, 而外表温度高达200余度。LED灯发出的光极少含有红外线, 所以没有热辐射, 芯片温度最高200余度, 而外表温度基本感触不到。在100w白炽灯20CM处, 你能感觉很明显的热感, 而LED灯可以拿手触摸, 你几乎感觉不到热量。从而也被称为“固态冷光源”, 不会引爆可燃气体, 所以LED是本安型的防爆灯。隔爆型加本安型, LED防爆灯比其他防爆灯更安全。
4 LED防爆灯安全电压电流优势
安全电压为36V以下, 电击对人体的危害程度, 主要取决于通过人体电流的大小和通电时间长短。电流强度越大, 致命危险越大;持续时间越长, 死亡的可能性越大。能引起人感觉到的最小电流值称为感知电流, 交流为1m A, 直流为5m A;人触电后能自己摆脱的最大电流称为摆脱电流, 所以通过人身的安全直流电流规定在50m A以下, 通过人身的交流安全电流规定在10m A以下。LED灯驱动电源为直流电, 一般在6-36V。防爆白炽灯一般使用交流安全电压。交流10m A和直流50m A电流就对人体有危险, 按人体电阻1200欧姆计算, 则安全电压为交流12V直流60V。所以在同等电压或者同等电流情况下, LED灯更为安全可靠。并且直流低电压基本不产生电火花, 而交流电就比较容易产生电火花, 所以使用LED灯更为安全可靠。
5 LED防爆灯节能环保优势
LED灯制作的光源不存在诸如水银、铅等对环境有污染的物质, 并无频闪和紫外线辐射, 无眩光, 对人健康无伤害, LED为固体发光体、无灯丝、无玻璃泡、、耐冲击不易破碎, 外壳采用优质铝材, 耐磨防腐, 所有废弃物可回收利用, 回收方便, 无任何其他污染物产生。
白炽灯使用寿命大概在1000小时左右, 然而LED灯使用寿命在100000小时。在此再以乙烯装置丙烯塔内件安装为例, 如果一伙人仅一个作业面总安装工期大约为300天, 总工时大概为2700小时, 使用白炽灯需要27盏, 而LED灯只需一盏即可。并且白炽灯在使用一段时间后, 很容易灯丝烧断, 光衰减, 因为每次的启动是冷态启动, 瞬间电流是工作电流的10-20倍, 所以灯丝容易烧断, 而LED灯每次启动属于恒流输入, 可以高频次的操作, 所以LED灯不存在多次开关对其使用寿命的影响。
以前面算的需要达到相同的照度200lx的情况下白炽灯需要837W, LED灯只需要100W, 达到同样照度的情况下, 白炽灯一个小时需要0.84度电, 而LED灯只需0.1度电。
6 结语
国家规定2012年10月1日起白炽灯大于100W禁止国内销售, 2014年10月1日起大于60W禁止国内销售, 2016年10月1日起大于15W的禁止国内销售。所以随着国家政策的推进, 白炽灯必然被淘汰。使用LED防爆灯光效高、发热量小、工作电压属安全低电压、安全可靠性强、使用寿命长、节能、环保无污染、耐振动、抗冲击等优良特性。相信在石油化工受限空间作业中使用LED防爆灯将会是一个必然趋势。
摘要：本文通过对LED防爆灯具的特性的分析, 结合石油化工受限空间作业时照明实际情况, 将受限空间作业现用照明灯具与LED防爆灯照明进行了比较, 说明LED防爆灯在石油化工受限空间作业应用中的优越性及必然性。
关键词：LED防爆灯,光效,安全,环保
参考文献
[1] [国家标准]建筑照明设计标准GB 50034-2004.