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，我们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%)=1.2×0.7×30%=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500~2×10⁵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——

u_f： 液滴的极限沉降速度，m/s

d_p：  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u_g=0.5~0.8u_f，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年  陈敏恒