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压缩空气缓冲罐容积的确定

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1  压缩空气罐的应用

压缩空气罐主要用来降低空气系统的压力波动,保证系统平稳、连续供气;同时,也可以分离压缩空气中的水分。

设置在空压机出口的缓冲罐[1],可以有效降低空压机出口的压力脉动和分离水分,设置在真空泵入口的真空缓冲罐,其作用是分离气体中的水分及稳定系统压力,均可参见有关专业文献。

本文主要对在用气点设置的压缩空气缓冲罐的容积计算做初步说明。

2  压缩空气罐的计算

2.1  计算原理

缓冲罐向用点供气,缓冲罐内空气减少,压力降低,状态发生改变。对于一般常温、低压的压空系统,其状态的变化可以用理想气体状态方程来进行描述。

pV = nRT =(m/M)RT          (公式5-1)

其中——

p: 气体压力,1 atm = 101.3 kPa =10.33 mH2O = 760 mmHg

(表压=绝对压力–大气压;真空度=大气压–绝对压力)

                R:  气体常数 3.14  

 T:  气体温度,K

               M:  气体的摩尔质量,kg/kmol

                V: 压缩空气罐体积, m3

则可知,在温度不变的情况下,压力的改变Δp和气体摩尔数的改变Δn成正比:Δp/Δn=RT/V。

则可知,在温度T和压力P不变的情况下,供气速率Q(m3/min)、供气时间Δ t(min)和摩尔数的改变Δn 成正比为:Δt/Δn=RT/PQ。

从而,进一步可得:Δt=VΔp/QP。

通过上述三个关系式,v8040威尼斯人com便可以分别对压缩空气罐的容积、供气时间和压降进行计算分析。

2.2  计算举例

储存5Bar(表压)的压缩空气罐,经调压至3Bar(表压)后向气包供气。气包采用2.5寸淹没式脉冲阀,喷吹压力3Bar(表压),喷吹时间0.15秒,喷吹间隔10s计,则每阀次喷吹耗量约为350NL/次[2];每个气包耗气量约为2.1Nm3/min。通常以缓冲罐同时供应两个气包的耗气量计,则供气速率为Q=4.2 Nm3/min,折合5Bar(表压)气体为0.7m3/min。

考虑罐内30%的气压波动,和1.2min的供气时间(20%余量),则,根据上述公式可得,压缩空气罐的体积V为:

V=1.2minx6Barx0.7m3/min/(6Barx30%)=1.2x0.7x30%=2.8立方[3]

因此,该种情况下的应用,可考虑设置3立方的及以上的压缩空气储罐。

2.3  压缩空气管道

通常情况下,压缩空气管道内流速以10~15m/s进行管路设计。

在上述应用下,选择10m/s气速条件,经计算:对于上述一个气包(表压3Bar)的进气管路,管内径宜选择为>33mm的无缝钢管;供应两个气包的总管,则内径选择宜>66mm;对于缓冲罐的进气总管(表压5Bar),则内径应大于>38mm即可。

考虑到管道压损,可相应调高缓冲罐的供气压力以弥补管路压损,从而更好地匹配管径、供气压力和气速。

3  缓冲罐的气液分离计算

如上文所述,空气缓冲罐除了稳定系统压力外,还兼有气液分离的作用。其基本原理是液滴在空气中的沉降速度大于空气的上升速度。

液滴的沉降速度可通过液滴沉降运动的雷诺准数进行计算[4],对于压缩空气缓冲罐,其雷诺准数Rep一般在500~2x105之间,可考虑如下简化公式计算液滴的极限沉降速度:

    (公式5-2)                      

其中——

uf: 液滴的极限沉降速度,m/s

  dp:  液滴直径,m  

ρ1:  液滴密度,kg/m3

ρ2:  气体密度,kg/m3

  g:  重力加速度,m/s2 

对于5Bar的压缩空气罐内3~5um的液滴,其极限沉降速度约为0.13m/s。去气液分离器的操作气速ug=0.5~0.8uf,以0.06m/s计,对于上述0.7m3/min的5Bar压缩空气进气速率,则该3立方的压缩空气罐直径不应小于500mm。

上述计算,用于在选定压缩空气容积后校核设备高径比参考使用。

 

[1] 对于往复式压缩机,出口缓冲罐的容积一般取空压机每分钟流量(Nm3/min)的10%左右。对于离心式或螺杆式离心机,由于其排气口气压比较稳定,缓冲罐的尺寸和容积应按照分离冷凝水的要求确定。

[2] 参见好科科技相关文献说明。

[3] 简易算法为每次喷吹的标升数量除以允许的波动值,再乘以阀门数量和1.2余量,即 350NL/30%x2x1.2=2800L

[4] 《化工原理》  化学工业出版社 1985  陈敏恒


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