压空缓冲罐和真空缓冲罐容积的确定.docx

压空缓冲罐和真空缓冲罐容积确实定王绍宇（中核第四研究设计工程，050021） 【摘要】本文介绍了制药行业压空缓冲罐和真空缓冲罐容积的计算公式，并结合实例对储气罐、稳压罐的容积计算方法、组合方式进展了讨论，同时对缓冲罐的气液别离效果及设备直径确实定 给出了计算方法关键词】压空缓冲罐、真空缓冲罐、气液别离压空缓冲罐和真空缓冲罐在化工、医药和机械加工等行业广泛使用，具作用是降低空气系 统的压力波动，保证系统平稳、连续供气压空缓冲罐一般设置在空压机出口和用气点，设置 在空压机出口的缓冲罐主要是为了降低空压机出口压力的脉动及别离压缩空气中的水对于往复式压缩机，空压机出口空气缓冲罐的容积一般取空压机每分钟流量〔Nm3/min〕的10%左右[1],而对于离心式或螺杆式离心机，由于其排气口气压比拟稳定，空气缓冲罐的作用主要是 别离冷凝水，其尺寸及容积按照别离冷凝水的要求确定；而设置在用气点的空气缓冲罐，具作用是调节用气负荷，降低不同用气点由于用气量变化而引起的系统压力波动，保证生产装置的正常运行；真空缓冲罐的作用是别离气体中的水分及稳定系统压力，一般设置在真空泵入口本文根据压空缓冲罐和真空缓冲罐的功能及使用要求，通过分析计算，给出确定压空缓冲 罐和真空缓冲罐容积的计算方法。

1 .气体缓冲罐的计算模型对于常温、低压的压空系统，可以用理想气体状态方程PV=nRT的述气体的体积、压力的变化缓冲罐向用户供气，缓冲罐空气的质量减少、压力降低，此过程存在如下的微分方程式[2]:VdP=RTdn〔1〕式中：V:空气缓冲罐体积，m3;P:系统压力（绝压），Pa；n：系统空气的摩尔数；T:系统温度，Ko摩尔数的减少和抽气速度之间存在如下微分方程式：PQck =RTdn〔2〕Q：抽气速率，m3/min ；r :抽气时间，min将式2带入式1,得：d r =Vdp/QP〔3〕根据上述的式1、2和3,分别对压空缓冲罐和真空缓冲罐的容积及供气时间进展分析2压空缓冲罐容积、排气时间与压力的变化关系2.1储气罐容积、排气时间与压力的变化关系氮气球罐是储气罐供气的典型案例石油化工企业在发生火灾危险时，需要平安系统在一 定时间提供稳定的氮气，用来灭火或控制火灾的蔓延，因此需设置氮气球罐以储存一定压力和 一定量的氮气，在发生火灾时，氮气球罐的高压氮气经减压后， 以稳定的压力和流量供应用气 点，在此过程中，球罐压力逐渐降低下面分析储气罐的容积和排气时间与压力的变化关系由式2可得到：PQ=RT（dn/dt）〔4〕式中dn/d r为储气罐排气的摩尔流量，单位 mol/min ,排气在恒压、包流量的情况下， dn/d r为一常数。

假设用户要求供气流量为 S〔Nm3/min,标准状态下的流量〕,P0为标准大 气压，101325Pa,那么不难求出dn/d p =P0S/RT带入式4,得PQ=P0S带入式3,d r =Vdp/SR〔5〕对式5积分，得对式5积分p得Po=标推大气压，101325Pa；Pp供气起始压刀（绝压），Pas供气终点压力（绝压卜Pao式6也可改写成V= ' ST⑴式中；?为缓冲罐供气时间,TtllTl；S为供气沛量，Nm3/min &同时应该注意到，在推导过程中没有卷及气体的分子童，因比式7也适用于除空气之外 的其他气俅示例一：氮气制罐容积的低定其石化企业出于安全的要求，设置氮气球耀作力事故氮气的橘耀口氮气球耀的氮气压力 为A6M?a：事故状态下氮气减压至CLZMPa,流置持续供气时间不小于2小时. 问事故库耀的容积为多少？解।该工况为恒压、恒流量供气方式，据式工P1013253V= St=再 X8X(2X60)=243m r尸I —A(0,6-02) 》】0故事孩罐的容和不小于243 nl3 g2.2压空缓冲耀容积.排气时间与压力的变化关系在下游用户用气量有被动的情沈下，常设直压空缓冲罐以稳定压力,在该工况F,压空 我缘选入' 排出缓冲耀.医1为压缩空气的供气谛程；一 111rl~；:^ n.ji TI '-.1_J.P1 r J77] -ITi J]l J—<1]_\I*肛I「「E图1压缩空气供气磕程空气经压缩机刘压后,进入干峰及净化系统除油、除水，再经主压站交气缓冲疏和压 后・输送到用户空气短:巾理！为各用气点供气*对于连续生产装置，各用气点的用气量不随时间改变，式中流量Q1等于流量Q2,用 户空，装冲耀的压力也为定值，不随时间变化.因此甘于用气点连续稳定用气的生产装置， 如发酵车间，用户空气装冲罐可以不设，在空压站新选用的是在复式空压机，冷了降低空压 机出口压力的胁动.在空压机出口设置空压葩空气缓触雄，客独一船取空压机每分钟疣星 (NnZmm)的10"左右.如果选用的是照杆式或离心式空压机.空压机出口气压稳定，空压站空气缝神耀也叮不设.丸翱气点用气量发生变化，比如排气流量Q2比进气琉量Q1增大^Q,比时压空缓 神耀的的压力Pt逐渐下降.当压力皴动不大时.该过程等效于储气罐供气工况，供气流量 为 R 可以用式7计算覆冲罐的容积•式了中供气时间为从覆冲罐压力降低开始，到空压 机自动调节并加大供气流量，援神城压力开始升高的这段时间，主干排气量妁增大，缓洞罐压力开始降■乱传递到空压机出口处的压力检测仪表，对 于恒压控制的空压机〔常用的控制方式L自动调芋空压机进气口阀门，增大供气量.由于 空气为可（£缩气体，到达用户缓冲耀有一定的延迟，延迟时间为「此刻用尸覆神建的压力 降到最低值，随后开始逐步升高.延迟时瓦I除了和自动执行机构的响应及动作时间有关外， 还和自空1£机到压空缓冲璀的雪线距离有关”空压机的排气到达用户缓冲理是一个变压力、 变流量的动态过程，本文近似按照管长除以空气流速，求得压缩空气达到糠定供气时的延退 时间,下面以实例说明作为储气罐和稳压罐使用时，压空^冲罐容积的计算，示例二।作为程压耀使用时压空缓冲耀容积的礁定某工度多个设雷使用压缩空气，干均压缩空气的流量为lONiulmhi,压力为OJMPa, 在操作过程中后的用气才为旧歇月气,导致用气量般动.要求潴动幅逆小于MO%.供气压 力要求不小于。

5MP3,同时空压机到压空覆二巾罐的供气管线总长为600m,问需设置多大 容积的压空箧冲耀能满足生产要求.流量波动为3M，相当丁进入镀神疆的空q深量上缓冲罐排出的流量少（憎加时H茸 方法相同）3Nm3,min,等效于压空储耀以3 Nn?,mi□的流量供气.臼于三力波动不大，近 似按照恒压恒流量考虑.利用式7计算压宜缓冲灌容职，空压机恒压控制响应延迟时间取Imim,压漏空气的流速取ICh内，疣量延迟时间为600:lOYOs-lmin,故等效于式7中压力降低到彼动压力忙供气时间为2miiu又 S=AQ=1DXD 七号 Nn? min,技嘱式7,心1013254V=§ k & X3K2二生04nl3,片一弓（0.7-0.5）为胪故设置3ml的压空S8神罐能满足生产要求.3直空缓冲理容融、排气时间与压力的变化美系真空黑冲罐随春气体被真空泵逐海抽出，压力逐渐降低，过程中排工的流量保持不变，摩尔流量逐潮减少图2为2BE1 33■［型水环直空泵的性能曲线，由图可已看出，从 Q03，QIMP；i的苑用内，随着真空泵吸气压力的降低，吸气量为mOOOtiAh保持不变.图二2BE1 305-1型水开真空泵性能由线在本工况下，抽气流量Q为室量.由式m耙分得抽气时间计算X，r= — ln—（S）Q Pi或『二8⑼龈Pi式中」pi；缓冲耀起始压力（绝压），.Pd缓冲耀终点压力｛纯压卜Pa.式8用于计算对真空缓冲建推气，比刀由P1 一降到P2时所需的随间口图3为真三系筑*吊鼻图3直空系统流程对图3迸行分析,图中容积为VnL Vti2, Vim的真空干燥机处于工作状态，压力为外(绝压),真空缓冲推容积为V,接入容积为V］的真空干燥机，系统压力上升为巴，设 nV产£ Vui.根据气体状态方程前士巧伊＞%1=注/丁(10)N。

匕=喈丁(11)巧伊行修+巧・m1情业t7(12)将上式整理得；匕又△P二产 物P"仃(13)PVp _ p或打夕点六匕4)式中」打：标—大气压，18303;用系统内空气的摩尔数“式14用于计算当直空系抗接入容积为V上的设备时压力的波动侑*式14用于计算满足 被动要求时真空缓汨耀的容积.上述公式在推导过程中假定■&设■&的温度相同.做了简化处理，向刖应漏是气体压留在 133〜101329范围的真空系统，时小于133H的高真空管路।二述公式不⑥用下面以实例期明作为萄压使用的直空缓冲耀容枳、压力披动及恢复时间的确定.布列三i虻图3所示，4台lm3的直至二燥机有3台处干工作状态，工作压力为O.OLMPa,真空 缓冲蕤容粗细，真空干燥机装料系数为*}%.接入第4台干燥机后，问压力波动为多少？ 若萼求系统压力不超过0.015MP1,向真空缓冲耀的容积为名少镣满足萼求？另若直空泵的 油气速率为130m1艇4台干燥机的泄露量与真空泵的抽气量相比可以忽咯，试估算压 力从535MR1恢复到tXOlXLPa所需的时间？痛根据式3 V产及米(1-0.4) =LSm\V：=lx(1-0.4) M).6mL0.61.8AP-(20I325 15000.X— -(15000-10000)X — 14265Pc^O 0143MTa^卷人第4台真空干燥机后..王力升高了 0014mM内，波动幅度较大J根据式14,101325 15000V+ Vri=。

15000-10000XUff_]73m3.V=17 3-LB=15.5m＜需配置15一5m」的真空会冲罐，讦以看出若满足压力彼动较小的要 求，靖二巾的体和较大“根据式8, V-173-0.6F19m%17 90 0「=I'，加竺上="knin,需经过2Jmk 4能恢复到之前的工作压力, 180/600.01由本例可以看出।对于真空度要求稳定性较高的场合，最好不要采用多台设备并联的操 作方式.对于一台设备配一台真空泵的工况，主要根据气液分离效果及达到工作真空度所需的时 间确定直至缓冲耀的容积，4装神璀的气液分离计算在制药行业，空气缓冲峰，除了稳定系统压力外还兼有气液分离的作用，分离掉气相中的液滴以保护真空泵或卜源的用气役备.根据筱清在空与中的沉降运动雷诺准数可以计算液滴的沉降速度风式中修为张滴5降的雷诺在数，无单位以为被分离的滴滴最小宣役.单位m；u为沉降逋度,单位W副p为漫诵密度，单位地,m\|1为气体粘度,PlSo当艮制数值介于50抽取15区间时,液滴的极限沉降速度可用下式计胃也Ut-174(15)Pe式中“大液滴的极限沉降这度.加飞；g为重力加速度.mk；也和他分别为液滴和气■体的密度，单位1cgm1"工程上一般要求气灌分高镭分高的瀛箱尺寸为微米级，雨水和空气系统而言，％数值 介于5(1卜为］炉之间,时于压空或真空缓油罐.可用式15计算强滴的楣限沉降速度.而在 于内部增加丝网的气液分离器，分离效果明显增强，对于分离人5um的液滴，其极限沉降 速度用下式计算也(16)3 - Q 洱一%二-1 Hg选取气液分离器的操作气速/时，P 由此可以计苜气液分离器的直卷t(17)Rq * 式中； D为气液分高器直径，单位mI Q为气体旅速，单位Ms； %为操作”速，单位。