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压空缓冲罐和真空缓冲罐容积的确定

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压空缓冲罐与真空缓冲罐容积得确定

王绍宇

(中核第四研究设计工程有限公司,河北石家庄0500２1)

【摘要】

本文介绍了制药行业压空缓冲罐与真空缓冲罐容积得计算公式,并结合实例对储气罐、稳压罐得容积计算方法、组合方式进行了讨论,同时对缓冲罐得气液分离效果及设备直径得确定给出了计算方法。

【关键词】压空缓冲罐、真空缓冲罐、气液分离。

压空缓冲罐与真空缓冲罐在化工、医药与机械加工等行业广泛使用,其作用就是降低空气系统得压力波动,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与用气点,设置在空压机出口得缓冲罐主要就是为了降低空压机出口压力得脉动及分离压缩空气中得水。对于往复式压缩机,空压机出口空气缓冲罐得容积一般取空压机每分钟流量(Nm３/min)得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较稳定,空气缓冲罐得作用主要就是分离冷凝水,其尺寸及容积按照分离冷凝水得要求确定;而设置在用气点得空气缓冲罐,其作用就是调节用气负荷,降低不同用气点由于用气量变化而引起得系统压力波动,保证生产装置得正常运行;真空缓冲罐得作用就是分离气体中得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与真空缓冲罐得功能及使用要求,通过分析计算,给出确定压空缓冲罐与真空缓冲罐容积得计算方法。

１、气体缓冲罐得计算模型

对于常温、低压得压空系统,可以用理想气体状态方程PV=nRT描述气体得体积、压力得变化。

缓冲罐向用户供气,缓冲罐内空气得质量减少、压力降低,此过程存在如下得微分方程式[2］:

VdP=RTdｎ (1)

式中:

Ｖ:空气缓冲罐体积,m3;

P:系统压力(绝压),Ｐa;

ｎ:系统内空气得摩尔数;

Ｔ:系统温度,K、

摩尔数得减少与抽气速度之间存在如下微分方程式:

PQdτ=RＴdn (2)

式中:

Q:抽气速率,ｍ3/min;

τ:抽气时间,mｉn。

将式2带入式1,得:

ｄτ=Vｄp/QP (3)

根据上述得式1、２与３,分别对压空缓冲罐与真空缓冲罐得容积及供气时间进行分析。

２压空缓冲罐容积、排气时间与压力得变化关系

2。1储气罐容积、排气时间与压力得变化关系

氮气球罐就是储气罐供气得典型案例。石油化工企业在发生火灾危险时,需要安全系统在一定时间内提供稳定得氮气,用来灭火或控制火灾得蔓延,因此需设置氮气球罐以储存一定压力与一定量得氮气,在发生火灾时,氮气球罐内得高压氮气经减压后,以稳定得压力与流量供给用气点,在此过程中,球罐压力逐渐降低、下面分析储气罐得容积与排气时间与压力得变化关系、

由式2可得到:

ＰQ=RT(ｄｎ/ｄτ) (4)

式中dn/ｄτ为储气罐排气得摩尔流量,单位mｏl/mｉｎ,排气在恒压、恒流量得情况下,dn/ｄτ为一常数。若用户要求供气流量为S(Nm3/mｉn,标准状态下得流量),P0为标准大气压,101３25Pa,则不难求出dｎ/dτ=P0Ｓ/RT,带入式4,得PQ=P0S,带入式3,

dτ=Vｄp/SＰ0 (5)

对式5积分,得

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压力容器设计参数的确定

压力容器设计参数的确定

压力容器设计参数的确定

1）设计压力

容器设计时，必须考虑在工作情况下可能达到的工作压力和对

应的工作温度两者组合中的各种工况，并以最苛刻工况下的工

作压力来确定设计压力。

表 设计压力选取

设计压力

无安全泄放装置 1.0 ~1.10 倍工作压力；

装有安全阀 不低于 ( 等于或稍大于 ) 安全阀开启压力

内 ( 安全阀开启压力取 1.05 1.10 倍工作压

~

压 力) ；

容 装有爆破片 取爆破片设计爆破压力加制造范围上限；

器

容器位于泵进口侧，且无 取无安全泄放装置时的设计压力 , 且以

安全泄放装置时 0.1Mpa外压进行校核；

无 夹 套

有安全泄放装置 设计外压力取 1.25 倍最大内外压力差或

0.1MPa两者中的小值；

真真空容

空 器 无安全泄放装置 设计外压力取 0.1Mpa；

容 容器(真空) 设计外压力按无夹套真空容器规定选取 1

夹 套 内

夹套(内压)

器 设计内压力按内压容器规定选取；

为内压

外 压 容 器 设计外压力取不小于在正常工作情况下可能产生

的最大内外压力差

注：1. 容器的计算外压力应为设计外压力加上夹套内的设计内压力 , 且必须校核在 夹套试验压力 . 外压下的稳定性。

盛装液化石油气或混合液化石油气的容器

介质 50℃饱和蒸汽压力低

于异丁烷 50℃的饱和蒸汽

0.79MPa

压力时 ( 如丁烷、丁烯、丁

二烯 )

介质 50℃饱和蒸汽压力高

于异丁烷 50℃的饱和蒸汽 1.77Mpa

压力时 ( 如液态丙烷 )

介质 50℃饱和蒸汽压力高

于丙烷 50℃的饱和蒸汽压 2.1MPa

力时 ( 如液态丙烯 )

对装有安全阀的压力容器，容器的设计压力、工作压力、试验压力与安全阀的排放压力、开启压力之间的关系示意如下：

压力容器 安全阀

空气储罐容积的计算方法

空气储罐容积的计算方法

问：公司新增9台排气量27.1m3/min的空压机，需要配置储气罐，不知要选用多大容量的储气罐为好？

答1：这个问题要根据实际情况来确定:

1.当空压机或外部管网突然停止供气时,气动设备需要工作一定时间的话,则气罐容积的计算公式为:

V≥PaQmaxT/60(P1-P2) (L)

2.若空压机的吸入流量是按气动系统的平均耗气量选定的,当气动系统在最大耗气量下工作时,则

气罐容积的计算公式为:

V≥(Qmax-Qsa) Pa /P*T’/60 (L)

其中: P1:停止供气时的压力, MPa

P2:气动系统允许的最低工作压力,MPa

Pa:大气压力,Pa=0.1MPa

Qmax:气动系统的最大耗气量,L/min(标准状态)

T:停止供气后应维持气动系统正常工作的时间,s

Qsa:气动系统的平均耗气量,L/min(标准状态)

P:气动系统的使用压力,MPa(绝对压力),Pa=0.1MPa

T’:气动系统在最大耗气量下的工作时间,s

对于第二点另有意见，如下：

这个问题要根据实际情况来确定:

1.当空压机或外部管网突然停止供气时,气动设备需要工作一定时间的话,则气罐容积的计算公式

为:

V≥PaQmaxT/（60(P1-P2)） (L)

2.若空压机的吸入流量是按气动系统的平均耗气量选定的,当气动系统在最大耗气量下工作时,则

气罐容积的计算公式为:

V1=(Qmax-Qsa) Pa /P*(T'/60) (L) （1）

V=P*V1 /(P1-P2) （2）

由（1）、（2）得：

V=(Qmax-Qsa)Pa*T/（60(P3-P2)）

其中: P1:停止供气时的压力, MPa

P2:气动系统允许的最低工作压力,MPa

P3:储气罐最高工作压力，MPa

Pa:大气压力,Pa=0.1MPa

Qmax:气动系统的最大耗气量,L/min(标准状态)

T:停止供气后应维持气动系统正常工作的时间,s

Qsa:气动系统的平均耗气量,L/min(标准状态)

《经验总结》储气罐的正确选型

《经验总结》储气罐的正确选型

储气罐的正确选型方法

公式换算

1兆帕(MPa)=145磅/英寸2(psi)=10.2千克/厘米2(kg/cm2)=10巴(bar)=9.8大气压(at m) 1磅/英寸2(psi)=0.006895兆帕(MPa)=0.0703千克/厘米2(kg/cm2)=0.0689巴(bar)=0.068大气压(at m)

1巴(bar)=0.1兆帕(MPa)=14.503磅/英寸2(psi)=1.0197千克/厘米2(kg/cm2)=0.987大气压(at m)

1大气压(at m)=0.101325兆帕(MPa)=14.696磅/英寸2(psi)=1.0333千克/厘米2(kg/cm2)=1.0133巴(bar)

一般配储气罐根据你空压机的大小来配，一般用户都是按照这样的方式来计算所配储气罐的大小的：空压机流量/6，你现在是1m³/min，那按照这个公式计算储气罐的大小是0.2m³不到，但市面上最小的规格是0.3m³，所以你配0.3m³的足够使用，空压机停机了也应该能确保保持半小时的用气量。

另外所配储气罐的工作压力要和空压机的工作压力一致，即所配的储气罐的规格型号是0.3m³/1mp.

总排气量X经验值，经验值最低取0.2，一般取0.3，

比如5立方的排量最小可配1立方的储气罐，一般配1.5立方

压力也要匹配，10公斤压力的空压机，要配10公斤的储气罐，或者大于10公斤比如12公斤压力。

储气罐是工业常用的一种净化和压缩空气的工业设备，也是国家严格监管的特种安全设备之一，同时还会直接影响空压机的卸负载，所以对储气罐的正确选择有着至关重要的作用：

首先应选择严格执行GB150-98《钢制压力容器》标准的企业生产的产品。

其次，很多时候客户由于用气量的波动会选择变频空压机，其实很大一部分完全可以直接通过选用比较大的储气罐来减少空压机的卸载时间，从而节约大量能源。

储气罐可以根据以下公式选用：

生活给水定压罐容积的计算方法

生活给水定压罐容积的计算方法

生活给水定压罐容积的计算方法

一、确定气压给水设备最低、最高工作压力 备 注

水池最低水位至建筑最高点的垂直差 m h1= 18 输入

管网沿程阻力 m h2= 4 输入

管网局部阻力 m h3= 3 输入

最不利用水点的流出水头 m h4= 2 输入 查设计手册

消防需加水头 m h5= 0 输入 如需要消防功能时加消防水头

最低工作压力 Mpa p1= 0.26 p1=（h1+h2+h3+h4+h5)/102 (其中102mh2o≈1MPa)

最低 工作压力与最高工作压力之比 α= 0.8 输入 一般采用0.65～0.85,选择时宜取中间值

最高工作压力 Mpa p2= 0.36 p2=(p1+0.098)/α－0.098

二、选择配套水泵

建筑住宅户数 m= 160 输入

平均每户人数 m1= 4 输入

每人日用水量定量定额 L/人·d qd= 150 输入 查设计手册

时小时变化系数 Kh= 2.4 输入 查设计手册

建筑用水时间 h h= 24 输入 建筑用水时间为24小时、工业企业为每班用水时间

住宅最高日最大时用水量 m3/h Q= 9.60 Q=m×m1×qd×Kh/(24×1000)

配套水泵的扬程 m H= 31.62 H=(p1+p2)/2/108

配套水泵的流量 m3/h qb= 11.52 当H=(p1+p2)/2/108, qb≥1.2Q

三、确定气压罐调节水容积

安全系数 C= 1.5 输入 C一般取1.2～1.5,宜用大者

水泵一小时内启动的次数 n= 6 输入 宜取6～8次

给水系统所需要的气罐调节容积m3 Vs= 0.72 Vs=C×qb/n/4 四、确定气压罐总容积