防爆正压柜散热技术详解：原理、方法与关键考量

防爆正压柜是应用于易燃易爆危险区域（如石油、化工、制药等）的关键设备，其核心防爆原理在于 “正压保护” ：通过向柜内持续通入洁净的保护性气体（如空气或惰性气体），使柜内压力高于外部危险环境压力（通常≥50Pa），从而阻止外部爆炸性气体混合物进入柜内。

然而，柜内的电气元件（如PLC、变频器、驱动器等）工作时会产生大量热量。若热量无法及时散去，会导致：

1. 柜内温度过高，影响元器件寿命和可靠性。

2. 正压气体温度升高，降低冷却效率，甚至可能成为危险热源。

3. 温度波动导致压力不稳定，影响防爆安全性。

因此，有效的散热设计是防爆正压柜安全、稳定运行的重中之重。其散热方式需要在不破坏防爆完整性和正压系统的前提下进行。

一、 主要散热方式

防爆正压柜的散热主要分为两大类：无源散热和有源散热。

1. 无源散热（自然冷却）

原理：依赖柜体表面与周围空气的自然对流和热辐射散热，无需额外动力。

常见结构：

l 加大柜体表面积：采用翅片式柜体（增加散热鳍片），显著增大散热面积。

l 使用高热导材料：部分面板采用铝合金等导热良好的材料。

l 内部导热设计：将大功率发热元件安装在特制的导热板（如均温板）上，热量通过导热板传递至柜体外壁散发。

优点：结构简单、免维护、无运行成本、可靠性极高。

缺点：散热功率有限（通常在几百瓦以内），适用于发热量不大的情况。

应用场景：控制元器件较少、以继电器、仪表、小功率电源为主的系统。

2. 有源散热（强制冷却）

当柜内总功耗超过1kW甚至更高时，必须采用有源散热。

（1） 闭式循环风冷（最常用、最安全的方式）

原理：在柜体内部建立一个密闭的空气循环通道。通道内安装防爆空调或防爆热交换器。

防爆空调：通过制冷剂循环，将柜内热量“搬运”到柜外。制冷效率高，能将柜内温度降至环境温度以下。

防爆热交换器（空-空换热器）：内部有隔离的两个风道，柜内热空气和柜外冷空气在热交换芯体中通过金属隔板进行热量交换，但空气本身不混合。此方式完全保持气路的密封性，是正压柜最理想的散热选择之一。

优点：完全不破坏正压系统的气密性，防爆安全性最佳；能适应高温环境。

缺点：成本较高，尤其是防爆空调。

（2） 正压通风排气冷却

原理：利用正压系统本身的供气进行散热。分为两种模式：

补偿式（吹扫式）：持续向柜内通入大量洁净的冷却气体，同时通过设定的排气阀（通常带有阻火器）将热空气排出柜外。通过高流量的气体交换直接带走热量。

泄漏式：在保证最小换气流量和压力的前提下，允许部分气体从柜体缝隙自然泄漏，并持续补充新鲜冷空气。

优点：散热效率高，结构相对简单。

缺点：

对气源质量和流量要求高（需连续、洁净、干燥的压缩空气或氮气）。

运行成本高（消耗保护气体）。

在粉尘环境可能不适用（排气阀可能堵塞）。

需要精细的压力控制，确保排气时压力始终维持正压。

二、 散热系统设计的关键考量

1. 热负荷计算：精确计算柜内所有元件的总发热功率（功耗），这是选择散热方案的基础。

2. 环境温度：必须按现场最高环境温度作为设计工况，留有足够余量。

3. 气密性与完整性：任何散热装置（如换热器接口）与柜体的连接处必须保持防爆密封，防止漏气。

4. 压力监控与连锁：

正压柜必须配备压力监测装置。

在启动前，需先进行 “吹扫” ，用足够流量的保护气体置换柜内可能存在的爆炸性气体，达到安全水平后，电气电源才允许接通（吹扫-延时-供电连锁）。

运行中若压力低于安全值，应发出警报并自动切断电源。

5. 气源处理：对于使用压缩空气的正压通风系统，必须配备三联件（过滤器、减压阀、油水分离器），确保进气清洁、干燥、无油，且压力稳定。

6. 维护性：散热部件（如防爆空调的滤网、换热器的散热片）应便于清洁和维护，以保证长期散热效能。

结论：

防爆正压柜的散热是一个系统工程，必须在确保防爆安全的前提下追求散热效率。闭式循环风冷（防爆热交换器或防爆空调） 因其卓越的密封性和安全性，已成为现代高性能防爆正压柜的主流散热方案。设计选型时，务必根据实际的热负荷、环境条件、可用资源和安全规范进行综合评估。