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摘 要： 正压型防爆电气控制柜是由保持外壳内部气体的压力高于其外部大气压力，阻止外部爆炸性气体进入外壳内的原理来达到防爆要求的控制柜。本文就正压型防爆电气控制柜设计做了简单的分析与探究，以期有效提升设计水平。
关键词： 正压型防爆电气控制柜；设计要点；原理
一、正压型防爆电气控制柜结构及原理
正压型防爆电气控制柜主体由正压电气柜、正压气路系统、隔爆型电气箱等几部分组成。正压电气柜外壳是由冷轧钢板经折边、拼焊而成的气密外壳。由于它能保持内部保护气体的压力高于周围爆炸性气体环境的压力，从而能有效的阻止外部的爆炸性气体混合物进入外壳内部。
正压气路系统布置在正压电气柜的下方。它可使现场的压缩空气或其它不燃性气体经过减压变成纯净的微压气体进入正压电气柜内，经过三十分钟吹扫，清除掉柜内爆炸性气体，并继续保持正压，使正压电气柜内部成为安全场所。隔爆型电气箱负责给正压电气柜输送电源。当正压电气柜经过三十分钟吹扫，且柜体内压力大于50Pa时，向正压电气柜供电。隔爆型电气箱外壁布置着若干个电缆引入装置；分别和电源电缆、输出电缆、和防爆主令控制器用电缆连接。
在电气柜的侧面设置有若干个螺纹接头通孔，它们分别是：压缩空气或其它不燃性气体入口、正压腔气体出口。在电气柜隔板上设置有若干个螺纹接头通孔，它们分别是：电源电缆入口 、输出电缆出口、备用电缆出口。这些螺纹接头是供用户在现场实施电缆钢管布线和气源管道施工时使用。
二、正压型控制柜的设计要点
与老标准相比，新标准将正压型细分为px、py和pz三种型式，对于不同的型式分别有不同的要求。强调了换气流量监测和换气时间监测。正压柜的设计分为气路和电气控制两部分的设计：
1、气路部分的设计？
气路的设计既要保证快速换气又要保证正常运行时维持在合理的正压值。快速换气阶段能保证最低的换气流量和科学合理的换气时间，在正常运行时，保证有一个较小的流量来维持正压，当外壳内压力因故障突然急剧升高时要快速排气，保持外壳内的压力在安全范围，保护外壳不被破坏。以前大多数厂家的正压控制柜没有设计换气旁路，仅通过压力调节阀和针形阀调节流量，由于壳体内外压差很小，通过排气口的流量不会很大，导致换气时间过长，缩短了控制柜的工作时间，过长的换气时间也让现场的操作人员很难接受。正常运行时流量又过大，浪费大量的压缩空气。
气路的调试：先进行运行状态流量的调节，关閉防爆电磁阀1和2，调节压力调节阀和针形阀，将正压外壳内压力调整到100～150 Pa。调整时注意让压力调节阀的压差尽量小一些，节流主要靠针形阀完成，保证通过压力调节阀的流量远大于最小换气流量。接着调节换气流量：打开防爆电磁阀1和2，缓慢打开旁路的球阀，将壳体内压力调整到稳定在400 Pa左右。该位置即为换气流量值。
气路流量的计算：最低换气流量和时间可以依据5倍正压外壳容积换气量确定。最低换气流量按排气流量来考核。下面对流量做一粗略验算：我们将换气时间设定为10 min，现场操作人员是可以接受的。壳体容积按1600 mm×800 mm×600 mm计算，容积已经比较大了，5倍容积为3840 L，按4000 L计算，理论换气流量q0=4000L/10 min=400 L/min。换气时的压力按400 Pa计算。气路为DN15镀锌管或不锈钢管，排气孔用DN25镀锌管或不锈钢管，流通截面积S0=（πd2）/4=（3.14×252）/4=490 mm2，取流通截面积系数为0.6，有效截面积S=0.6？S0=490×0.6=294 mm2，温度为25℃，则自由状态流量如下：
qz=234SΔP×P1×273T1（1）=234×294×400×10-6×0.1×273273+25=416 L/min
式中：
qz-自由（标准）状态流量，L/min
S-有效截面积，mm2
p1-正压外壳内绝对压力，MPa
Δp-压差（MPa），Δp=p1-p0
T1-正压外壳内热力学温度，Kp0-标准大气压
qz=416 L/min>q0=400 L/min，实际流量大于理论换气流量，能够满足换气要求。正常运行状态下，取Δp=150 Pa，设排气孔直径d=4 mm，流通面积S=πd2/4=12.56 mm2，自由状态流量为：
qz=234SΔP×P1×273T1（2）=234×12.56×150×10-6×0.1×273273+25=11 L/min
则每小时流量为11×60=660 L，该流量能维持正常的正压，需要的气量很小，效率高、节能。
2、电气控制部分的设计
正压电气柜的控制要满足以下要求：
（1）须设置防止正压外壳内电气设备在完成换气前就通电的安全装置，即延时装置；
（2）低压断电：当正压外壳内的正压值低于50 Pa（对于pz型低于25 Pa）时断开前级电源开关；
（3）高压释放，卸压。也可带报警、显示。目前正压电气柜的控制大致有单片机控制、PLC控制和传统的继电控制。单片机控制灵活，扩展性好，成本最低；缺点是容易受现场电磁的干扰，可靠性不够高。PLC控制稳定可靠，抗干扰能力强，能满足恶劣工况的要求，但成本偏高。传统的继电保护控制简单，操作人员容易接受，售后服务难度小，但元件较多，故障点多。
还有完全靠气动元件来实现的，基本没有电气元件，这样防爆处理很简单，但是自动化程度低，显示不够方便，需要现场操作人员严格按照使用说明书的操作规程操作，安全装置不能互锁。随着操作人员安全意识的提高和操作的规范，这种控制会得到越来越多的应用，毕竟它的元件少，没有什么电路，可靠性高，安全性好，通过仔细的计算和设计，完全可以满足使用要求，节能环保，不会受现场工况的影响，是正压电气柜的一个发展方向。
三、结束语
综上所述，随着气动元件的发展和电气新产品的出现，正压电气柜的设计会朝着更加简单化、可靠性和安全性更高的方向发展，正压型防爆电气控制柜产品将会赢得更多用户的信赖。
参考文献
[1]刘静.移动控制电路设计[J]. 科技创新导报. 2014（31）.
[2]鲁善清.电气控制电路设计或安装应注意的几个问题[J]. 电世界. 2004（07）.
关键词： 正压型防爆电气控制柜；设计要点；原理
一、正压型防爆电气控制柜结构及原理
正压型防爆电气控制柜主体由正压电气柜、正压气路系统、隔爆型电气箱等几部分组成。正压电气柜外壳是由冷轧钢板经折边、拼焊而成的气密外壳。由于它能保持内部保护气体的压力高于周围爆炸性气体环境的压力，从而能有效的阻止外部的爆炸性气体混合物进入外壳内部。
正压气路系统布置在正压电气柜的下方。它可使现场的压缩空气或其它不燃性气体经过减压变成纯净的微压气体进入正压电气柜内，经过三十分钟吹扫，清除掉柜内爆炸性气体，并继续保持正压，使正压电气柜内部成为安全场所。隔爆型电气箱负责给正压电气柜输送电源。当正压电气柜经过三十分钟吹扫，且柜体内压力大于50Pa时，向正压电气柜供电。隔爆型电气箱外壁布置着若干个电缆引入装置；分别和电源电缆、输出电缆、和防爆主令控制器用电缆连接。
在电气柜的侧面设置有若干个螺纹接头通孔，它们分别是：压缩空气或其它不燃性气体入口、正压腔气体出口。在电气柜隔板上设置有若干个螺纹接头通孔，它们分别是：电源电缆入口 、输出电缆出口、备用电缆出口。这些螺纹接头是供用户在现场实施电缆钢管布线和气源管道施工时使用。
二、正压型控制柜的设计要点
与老标准相比，新标准将正压型细分为px、py和pz三种型式，对于不同的型式分别有不同的要求。强调了换气流量监测和换气时间监测。正压柜的设计分为气路和电气控制两部分的设计：
1、气路部分的设计？
气路的设计既要保证快速换气又要保证正常运行时维持在合理的正压值。快速换气阶段能保证最低的换气流量和科学合理的换气时间，在正常运行时，保证有一个较小的流量来维持正压，当外壳内压力因故障突然急剧升高时要快速排气，保持外壳内的压力在安全范围，保护外壳不被破坏。以前大多数厂家的正压控制柜没有设计换气旁路，仅通过压力调节阀和针形阀调节流量，由于壳体内外压差很小，通过排气口的流量不会很大，导致换气时间过长，缩短了控制柜的工作时间，过长的换气时间也让现场的操作人员很难接受。正常运行时流量又过大，浪费大量的压缩空气。
气路的调试：先进行运行状态流量的调节，关閉防爆电磁阀1和2，调节压力调节阀和针形阀，将正压外壳内压力调整到100～150 Pa。调整时注意让压力调节阀的压差尽量小一些，节流主要靠针形阀完成，保证通过压力调节阀的流量远大于最小换气流量。接着调节换气流量：打开防爆电磁阀1和2，缓慢打开旁路的球阀，将壳体内压力调整到稳定在400 Pa左右。该位置即为换气流量值。
气路流量的计算：最低换气流量和时间可以依据5倍正压外壳容积换气量确定。最低换气流量按排气流量来考核。下面对流量做一粗略验算：我们将换气时间设定为10 min，现场操作人员是可以接受的。壳体容积按1600 mm×800 mm×600 mm计算，容积已经比较大了，5倍容积为3840 L，按4000 L计算，理论换气流量q0=4000L/10 min=400 L/min。换气时的压力按400 Pa计算。气路为DN15镀锌管或不锈钢管，排气孔用DN25镀锌管或不锈钢管，流通截面积S0=（πd2）/4=（3.14×252）/4=490 mm2，取流通截面积系数为0.6，有效截面积S=0.6？S0=490×0.6=294 mm2，温度为25℃，则自由状态流量如下：
qz=234SΔP×P1×273T1（1）=234×294×400×10-6×0.1×273273+25=416 L/min
式中：
qz-自由（标准）状态流量，L/min
S-有效截面积，mm2
p1-正压外壳内绝对压力，MPa
Δp-压差（MPa），Δp=p1-p0
T1-正压外壳内热力学温度，Kp0-标准大气压
qz=416 L/min>q0=400 L/min，实际流量大于理论换气流量，能够满足换气要求。正常运行状态下，取Δp=150 Pa，设排气孔直径d=4 mm，流通面积S=πd2/4=12.56 mm2，自由状态流量为：
qz=234SΔP×P1×273T1（2）=234×12.56×150×10-6×0.1×273273+25=11 L/min
则每小时流量为11×60=660 L，该流量能维持正常的正压，需要的气量很小，效率高、节能。
2、电气控制部分的设计
正压电气柜的控制要满足以下要求：
（1）须设置防止正压外壳内电气设备在完成换气前就通电的安全装置，即延时装置；
（2）低压断电：当正压外壳内的正压值低于50 Pa（对于pz型低于25 Pa）时断开前级电源开关；
（3）高压释放，卸压。也可带报警、显示。目前正压电气柜的控制大致有单片机控制、PLC控制和传统的继电控制。单片机控制灵活，扩展性好，成本最低；缺点是容易受现场电磁的干扰，可靠性不够高。PLC控制稳定可靠，抗干扰能力强，能满足恶劣工况的要求，但成本偏高。传统的继电保护控制简单，操作人员容易接受，售后服务难度小，但元件较多，故障点多。
还有完全靠气动元件来实现的，基本没有电气元件，这样防爆处理很简单，但是自动化程度低，显示不够方便，需要现场操作人员严格按照使用说明书的操作规程操作，安全装置不能互锁。随着操作人员安全意识的提高和操作的规范，这种控制会得到越来越多的应用，毕竟它的元件少，没有什么电路，可靠性高，安全性好，通过仔细的计算和设计，完全可以满足使用要求，节能环保，不会受现场工况的影响，是正压电气柜的一个发展方向。
三、结束语
综上所述，随着气动元件的发展和电气新产品的出现，正压电气柜的设计会朝着更加简单化、可靠性和安全性更高的方向发展，正压型防爆电气控制柜产品将会赢得更多用户的信赖。
参考文献
[1]刘静.移动控制电路设计[J]. 科技创新导报. 2014（31）.
[2]鲁善清.电气控制电路设计或安装应注意的几个问题[J]. 电世界. 2004（07）.