港口高杆灯照明技术及应用

摘要: 本文论述了港口照明的安全性、港口照明设计和施工必须考虑的一些问题, 并对升降式高杆灯的基本结构及技术要求、照度计算与测量等照明技术及应用作了探讨。

关键词: 高杆灯; 照度; 应用

1 港口照明

港口照明是港口安全生产必要条件, 是保证港口夜间生产和船舶、车辆和人员通行安全的重要措施。港口照明主要包括港区道路照明、堆场照明、码头前沿照明和建筑物内部照明。堆场照明和码头前沿照明目前以高杆灯照明为主, 其中更多的是采用升降式高杆灯。

高杆照明是指一组灯具安装在高度 20m 以上的灯杆上进行大面积照明的一种照明方式。20 世纪 80 年代以前, 大部分采用铁塔式照明, 在锥形或直立式铁塔上面安装较大功率光源的灯具。铁塔用角钢或无缝钢管建造, 一般铁塔并不太高, 当维修或更换光源时需要维修人员爬梯到塔顶。目前高杆灯照明已在全国港口中得到普遍的使用。高杆灯灯盘可以设计成多种样式, 如链轮型、裙型、框架型、飞碟型、牵牛花型等等, 各种不同的灯盘造型增加了高杆灯的美观景象, 同时也增强港口和堆场的景观效果。

        早期建造的固定式高杆灯, 灯盘固定于灯杆顶部, 维修工作需搭建钢架或利用升降式高架车。为了解决固定式高杆灯的维修问题, 我国第一基升降式高杆灯于 80 年代后期研制成功, 填补了我国在这一领域的空白, 也为日后升降式高杆灯在我国的发展奠定了基础。

目前在国外有开发倾倒式高杆灯, 以便在大风或维修时可将高杆灯翻转倾倒) 。港口照明所需的高杆灯高度一般都在 30m～40m。近年来由于港口生产和安全的需要,监控和通讯设备得到广泛应用, 不少港口将广播、监控和无线通讯装置安装于高杆照明的设施上, 充分利用了高杆灯设施, 也为高杆的应用提出了新的课题。目前这项技术已在青岛港前湾 20 万吨矿石码头、黄骅港一期和二期工程、营口港物流堆场和集装箱堆场等得到应用, 效果良好。

2 港口高杆照明设计和施工时应考虑的问题

1) 设计应本着安全可靠、技术先进、经济合理、节省能源、方便使用和维修便利的原则。

2) 根据堆场使用要求, 合理地选择照明的布置方式。在集装箱码头的堆场一般选用全方位的照明方式; 而在散货码头, 则有的选用单面照的方式, 即将高杆灯放在堆场的两侧; 每基单面照高杆灯的功率一般在 12KW- 15KW。单面照升降式高杆灯在我国最早应用于机场的停机坪照明。

港口矿石和煤炭堆场可以采用双面照明方式。例如黄骅港二期工程中采用了 5 基 40m升降式双面照明的高杆灯, 每基灯总功率 30KW, 照明效果良好。在营口港矿石码头堆场, 原设计为 21 基 40m单面照升降式高杆灯。改进的设计采用 7 基 35m单面照升降式高杆 灯 ( 每 基 高 杆 灯 总 功 率 15KW) 和 7 基 双 面 照 升 降 式 高 杆 灯 ( 每 基 高 杆 灯 总 功 率30KW) , 因此节约投资 200 万元。在岚山港矿石码头堆场的照明设计中, 采用 14 基 30m双面照升降式高杆灯, 每基灯总功率 24KW, 代替了 28 基单面照高杆灯照明, 得到事半功倍的效果。

3) 高杆照明的照射距离主要应通过照度计算来确定。随着货种的不同而有较大的区别, 但从实际经验, 一般为高杆灯高度的 4—6 倍左右。在保证照明功能的前提下, 布置应尽量作到与环境协调, 应防眩光和尽量减少阴影和照射死角。

4) 根据堆场的货种和有关规定 ( 如交通部 JT2012- 88 港口装卸区域照明照度及其测量方法) 或其他有关照度的推荐值, 确定所需的照度, 计算光源数量和功率。从有关规范或标准分析, 货种的危险程度越高, 要求的照度就越高。

5) 根据港口的地理位置的自然条件、灯盘和灯具的重量, 设计灯杆的强度和刚度以及地基基础, 应特别注意设计的最大风速。目前对沿海港口要求设计最大风速为 55m/s, 在长江沿岸港口则一般采用 38m/s。实际应用中, 还应参照港口所在地的气象部门的历史资料中 50 年一遇的最大风速来确定。

6) 根据港口生产和安全需要, 可考虑在高杆灯灯杆上安装监控和通讯装置, 以保证港口设施的更充分利用和节省投资 。

7) 要科学选用光源和灯具。高压钠灯具有高效、节能、寿命长、经济耐用的特点,通常在港口照明中被采用。目前我国的高压钠灯产品质量已达到国际水准。我国生产的各种泛光灯具种类繁多, 选择好的泛光灯具可带来较高的光效。在灯具的选择上, 除要考虑灯具的光强度分布、灯具效率和光束效率外, 还要考虑灯具的防尘、防水、抗振、机械强度、耐腐蚀、散热等性能。一般要求灯具的防护等级为IP55 以上, 灯具的反射器应由抛光纯铝或不锈钢板制成, 应有调整方位角和俯仰角的装置。我国目前有的灯具的发光效率可以达到国际品牌的水准, 且经济实用, 比某些国际品牌灯具有更好的性价比。

8) 安全和节能

高杆照明装置应有良好的防雷功能和功率补偿, 应从安全、合理、经济和节能等方面合理选择照度, 以及采用效率高 ( 光效率大于 55%) 的灯具、镇流器并设置电容补偿器。

可以采用自动控制技术, 如采用时控技术与人工控制相结合的控制方案, 对同一高杆灯的光源采用分组控制方式, 以便在堆场有作业时提供必要的最大照明, 在无作业时提供必要的安全照明。石油码头、粮食码头和化工码头照明设备必须是防爆型的产品, 例如采用防爆型电控箱、防爆型灯具、阻燃电缆等, 在设备检修时更要有一套完整可靠的安全措施。

3 升降式高杆灯基本结构及要求

3.1 堆场高杆照明设计和施工可采用和参考的标准和规范

JT2012- 88 堆场装卸区域照明照度及其测量方法

JT/T194- 95 堆场装卸区域升降式高杆灯照明设置规范

JT/T312- 1996 升降式高杆照明装置技术条件

CJJ45- 91 城市道路照明设计规范

GB7002- 86 投光灯照明灯具光学测试

GB7000- 86 灯具通用安全要求与试验

GB7001- 85 灯具外壳防护等级分类

GB 50259- 96 电气装置安装工程施工及验收规范

GB 50285- 96 电气装置安装工程电气照明装置施工及验收规范

GBJ 135- 90 钢耸结构设计规范

GBJ 17- 88 钢结构设计规范

GB/T 13912- 1992 金属覆盖层、钢制品热镀层技术要求

3.2 升降式高杆灯的基本结构

升降式高杆灯是由灯杆、灯盘 ( 灯架) 、照明灯具、升降机构、电气控制装置等部分组成。灯杆采用分段结构, 用钢板卷制焊接而成, 为方便运输, 每段长约为 10m, 在现场插接或者焊接而成, 目前趋向是多边形插接灯杆。灯杆顶部装有避雷针和防雨帽, 防雨帽下装有滑轮组, 分别用于缠绕钢丝绳和电缆。灯盘用于安装灯具。照明灯具是由壳体、反光器、灯座、钢化玻璃等组成, 灯具对高杆照明的效果有直接影响。

升降机构是由电动机、安全联轴器及卷扬机等组成, 电动机及卷扬机之间由安全联轴器连接, 当负载增大时或到达顶部限位时, 安全联轴器自动打滑以确保安全。卷扬机一般采用自锁性能好的蜗轮蜗杆传动形式。有的卷扬机并装有棘轮, 防止灯盘下降时溜车。目前成型的卷扬机多采用单涡轮、单蜗杆、单卷筒“一变三绳”, 即一根主钢丝绳带三根副钢丝绳的机构。应采用镀锌钢丝绳, 安全系数应不低于 8。为了保证灯盘升降的安全, 升降机构应可远控, 保证人员离灯杆 5m 以外能进行升降操作。电气控制装置包括照明电源开关、时控开关及各种插座。

3.3 防腐处理

应对高杆灯进行认真的钢材防腐处理。目前常用的处理方法有油漆、喷塑、热浸锌和热喷铝等。除要保证防腐处理质量外, 还应注意及时修补安装施工过程中破损的表面,( 如电焊引起的表面损坏) 。

3.4 高杆灯的使用和检修规定

为了保证安全使用, 必须有一套完整的高杆灯使用制度和维修规程。要注意灯盘升降时, 特别是大风条件下的操作规定。供应商应在设备安装完毕交验时, 向用户说明安全使用规定。

4 照度的计算和测量

照度是照明的基本参数, 单位为 lx, 基本符号为 E。

E = 1 d2 或 E = F S

式中: E: 计算照度 (lx) ;

S: 被照面积 ( m2) ;

F: 被照面上落入的总光通 (lm);

I: 光源在某点方向上的光强 (cd);

d: 光源至被照点的距离 (m)。

照度可以根据使用的场合参照有关标准或规范来确定。堆场货种不同、灯光照射的地

点不同、所要求的照度就可能不一样。根据有关标准, 集装箱堆场上的平均水平照度为

20 lx, 件杂货堆场上的平均水平照度 15 lx, 散货码头堆场上的平均水平照度只有 5 lx。

照度的计算是选用灯具和光源的基本依据。目前可以利用灯具和光源的供应商所提供

的照度计算值和照度曲线图来确定照度。计算的目的是要确定所需的光源、灯具数量和功

率数。在高杆灯安装完成后应进行实地测量, 以核对计算点蹦照度值能否满足设计要求。

1) 用流明法确定平均照度:

在实际测量照度时, 应在没有其它光源影响和光源处于稳定状态的情况下进行。对于图1 照度计算示意图

高压钠灯应在电源开启后 30 分钟进行。一般测量和计算的参数为:平均照度: 某场所照度平均值, 分为水平平均照度和垂直平均照度。最低照度: 某场所任意一点的照度值, 其它各点的照度值均高于此值。照度均匀度: 最低照度值与平均照度值之比。测量方法可以参照《港口装卸区域照明照度及其测量方法》(JT2012- 88) 的相关要求和方法进行。

5 高杆照明的地基基础设计和施工

高杆照的基础由土建部门设计, 但高柑灯的供应商应向土建设计部门提供准确的数据, 这些数据主要有照明灯杆的最大弯矩 ( 一船应按设计最大风速时所发生的弯矩) , 整体重量、地脚螺栓的布置和尺寸。基础设计还应注意当地的地质和地震情况。1996 年某

港曾因台风袭击, 部分高杆灯被刮倒, 原因是基础的设计存在缺陷。因此, 基础设计和施工必须严格按相关的标准和规范来进行。