欧阳科创编 2021.02.05
压空缓冲罐和真空缓冲罐
容积的确定
时间：2021.02.05 创作：欧阳科 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，其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分离压缩空气中的水。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
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钟流量（Nm/min）的10%左右，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，空气缓冲罐的作用主要是分离冷凝水，其尺寸及容积按照分离冷凝水的要求确定；而设置在用气点的空气缓冲罐，其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分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描述气体的体积、压力的变化。
缓冲罐向用户供气，缓冲罐内空气的质量减少、压力
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降低，此过程存在如下的微分方程式：
VdP=RTdn （1） 式中：
V：空气缓冲罐体积，m3；
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P：系统压力(绝压)，Pa； n：系统内空气的摩尔数； T：系统温度，K。
摩尔数的减少和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：
Vdpdτ=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行分析。
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，需要安全系统在一定时间内提供稳定的氮气，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，氮气球罐内的高压氮气经减压后，以稳定的压力和流量供给用气点，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/dτ) （4）
式中dn/dτ为储气罐排气的摩尔流量，单位mol/min，排气在恒压、恒流量的情况下，dn/dτ为一常数。若用户要
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求供气流量为S（Nm/min，标准状态下的流量），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=
VdpP0S （5）
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对式5积分，得
V（P1?P2）τ=P0S （6）
式中：
P0：标准大气压，101325Pa； P1：供气起始压力(绝压)，Pa； P2：供气终点压力(绝压)，Pa。 式6也可改写成
V=
P0P1?P2Sτ （7）
式中：
τ为缓冲罐供气时间，min； S为供气流量，Nm/min。
同时应该注意到，在推导过程中没有涉及气体的分子量，因此式7也适用于除空气之外的其他气体。
示例一：氮气球罐容积的确定
某石化企业出于安全的要求，设置氮气球罐作为事故氮气的储罐。氮气球罐的氮气压力为0.6MPa，事故状态下
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氮气减压至0.2MPa，流量8Nm/min，持续供气时间不小于2小时。问事故球罐的容积为多少？
解：
该工况为恒压、恒流量供气方式，据式7，
V=
P0P1?P23
101325（0.6?0.2）X106X8X（2X60）=243m3， Sτ=
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故事球罐的容积不小于243 m。
2.2 压空缓冲罐容积、排气时间与压力的变化关系
在下游用户用气量有波动的情况下，常设置压空缓冲罐以稳定压力。在该工况下，压空连续进入、排出缓冲罐。
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压空缓冲罐容积之欧阳科创编
