1、工艺与设备 广东建材2005年第1O期 气压罐定压装置的应用 许政栋 (上海民航新时代机场设计研究院有限公司广州分公司) 摘 要：介绍了气压罐定压装置的工作原理，确定系统中的定压点。根据热力学原理推出罐体总容 积计算公式，并对该装置的选择提出了计算方法和步骤。 关键词：气压罐 定压点 水容量 调节水量 工作压力比 在开式系统中，不存在定压问题，而在闭式系统中， 必须保证系统无论是在运行状态还是在静止状态管道 及设备内充满水，因此，管道中任何一点的压力都应高 于大气压力，否则会倒吸入空气，这就带来了供热与空 调水系统的定压问题。 目前国内供热与空调的水系统为了解决定压问题， 大部分是设高位的水箱
2、。当设置开式膨胀水箱有困难 时，通常设置气压罐定压装置来容纳或补偿系统中水的 膨胀量。该装置由气压罐、补水泵、控制箱、底架、压力感 应装置、管道、电磁阀、电接点继电器等组合而成，主要 优点有：对水质的保证性较好；布置较为灵活，不受 位置高度的限制，通常可直接放在冷冻机房、热交换站 或水泵房内；不存在防冻问题；由于所有设备集中 管理及控制，维修使用较方便；能有效地消除大部分 水锤和管道噪声现象；系统运行安全可靠。 1气压罐定压 气压罐定压可分为氮气定压和空气定压。氮气定压 是在罐中充氮气，空气定压则是罐中充空气。采用空气 定压，为防止空气溶入水中腐蚀管道，常采用弹性密闭 材料(如橡胶等)把空气与
3、水隔开。 氮气定压消耗氮气，需要经常补气。为防止超压和 出现不正常水压，需在罐项设置安全阀和高低水位警报 见 图1。 图1气压罐定压装置补水系统示意图 1冷热源：2空调器：3循环泵；4补水泵；5补水箱；6软水设备：7气压罐： 8电接点压力表：9安全阀：10电磁阀：11补气罐：12减雎阀：13排气阀：14水位控制器 PlantScape系统的控制功能。 3应用情况 该系统从1999年安装调试后使用至今，运行稳定， 控制质量良好，提高了工厂效益。同改造前的PLC控制 系统比较，有以下优点： (1)用通用工业Pc取代专用工控机，解决了备件问 题。 (2)使用WlNNT操作系统，有很好的开放性，提供了
4、 与其他应用程序的接口。 (3)通讯网络高速、可靠且通用性强，便于和工厂管 理MIS系统及国际互联网接口。主干网采用Ethernet 以太网，便于日后维护以及网络扩展。 (4)报警管理系统完善。采用声音、画面报警，并有事 故报警记录存档，便于分析处理、故障定位。系统提供历 史数据记录，包括数据记录、报警记录、操作记录，具有 一102一 强大的数据分析能力。 (5)计算机控制生产是一种先进的控制方式，DCS的 开放性又为全厂的上位管理网提供了条件。集中操作分 散控制，控制精度高，可靠性好。强大的可组态功能，满 足各类工业复杂应用。 (6)便于维护。日常维护工作不多，很多故障可以做 预防措施以降到
5、最低。 经过实践检验，该系统较老系统在速度、界面、功能 等方面有很大的增强，故这次系统改造是成功的，证明 Honeywel l的PlantScape系统能很好地应用于水泥行 业的生产控制中。 【参考文献】 (1)张卫民现代水泥工业自动化控制要求和模式 (2)王益民我国建材工业自动化现状与发展 (3)张焱 SuperCemIO00DCS系统在水泥厂的应用dcs 维普资讯 http:/ 广东建材2005年第l0期 工艺与设备 和氮气定压相比，空气定压由于空气与水相隔开， 能做到一次充气长期使用，并省掉了补气罐、水位控制 器、排气电磁阀等补气和排气部件。 2定压装置的工作原理 当系统水温的变化引起水
6、的容积膨胀或者收缩时， 由气压罐自行予以吸入或吐出，使系统压力稳定在预先 设定的压力上下限之内。如果系统由于漏水或其他原因 引起压力下降至预设压力的下限时，由电接点继电器动 作启动稳压泵，使之向系统供水，直至压力达到预定的 的压力上限值时止。若系统压力超过设定的最高压力值 时，安全阀自行向软水箱或地沟泄水降压。如此反复，以 维持系统的压力平衡。通常取上下限之间波动范围为 5mH 0左右，不宜过小，否则触点开关动作过于频繁而易 于损坏。 3系统中定压点的确定 定压点是系统中最敏感的点，有着动一点而牵动全 局的“战略”位置。 所谓定压点就是在系统运行和停止时，该点的压力 始终保持不变。定压点压力的
7、高低要考虑两个因素，一 个是系统运行时任一点都不超压，二是系统停运时系统 不倒空。如果定压点的压力过高，那么系统中的每一点 的压力也就相应的高，如果超过了管道、阀门或设备的 承压能力，就要出事故。太低的话，一旦停泵(指循环 泵)，系统顶部就成了负压，系统就会倒空，下一次运行 时就要进行放气，不然就会出现气堵。 从动水压图(图2)可知，补水泵的接口点的压力 就相当于静压线的高度。如果补水泵定压的接口在循环 泵的入口，则运行时动水压曲线就位于静压线以上，这 就意味着系统每一点的压力都大于静压线的压力。反 之，补水泵定压的接口在循环泵的出口，则运行时动水 暑I 一 图2水压图 一最低动水压曲线 Hy
8、用户系统充水高度 最高动水压曲线 Hg气化压力值 jj最低的静水雎曲线 Hf富裕值 z 地势高差 压曲线就位于静压线以下，系统每一点的压力则都小于 静压线的压力。对于采暖、空调系统，为保证系统的每一 点都不超压、不产生汽化和倒空，通常把补水泵的补水 点设在循环水泵的入口。 4气体定压罐的选择计算 合理地设计气压 罐的容积是保证系统 ，一、 安全可靠运行的重要 高 环节。罐体的总容积 ； i 是由系统水的调节水 l j 量V ，罐内最小的气 一 氍水 。 体空间V 以及最低水 、。 ， 位所需要的最小水容 图3气压罐状态变化示意图 积V。组成的，见图3。 罐体内气体可看作理想气体，其压缩膨胀过程
9、可视 为闭口系统等温过程。根据热力学原理，罐内气体容积 及其相应压力关系应符合下式： PV=常数 (1) 式中V一罐内气体空间的容积，m。； P一相应该容积下的绝对压力，Pa。 在一个工作循环过程中，设P 为水泵启动压力(绝 对压力)，即最低运转压力，(V +V )为气室在P 时的体 积，V。为水室在P 时的体积；P 为水泵停泵时压力(绝 对压力)，即最高运转压力，V 为气室在P 时的体积， (V1+V。)为水室在P 时的体积，根据式(1)可写成： P1(V1+V2)=P2V2 (2) V2=V1(P2P11) (3) 罐体总容积Vz=V +V2+V3则 V2=VzV广V3 (4) 将式(3)
10、代入式(2)，并整理得 Vz=V3+V1(1一PlP2) (5) 令Q=P P 代入上式，得 Vz=V3+Vl(1一Q) (6) Q称为工作压力比，一般取Q为065085，当 P 允许时，尽可能取小值。 由上式可以看出，罐体总容积V 与最小水容积V。、 调节水量V 及工作压力比a有关，a值越小，则所需 的容积越小。 41系统水容量VC的确定 影响系统水容量的因素很多，这主要取决于系统形 103 维普资讯 http:/ 工艺与设备 广东建材2005年第10期 空调水系统的的单位水容量vc L z建筑面积 空调方式 全空气系统 水一空气系统 供冷时 040055 070130 卅哑时I热水锅炉 1
11、25200 120190 I热交换器 040055 070130 式、管道布置、管径大小等等。当一个工程完成之后，系 统水容量V 值原则上是可以计算出来的，但其工作量 实在太大，因而一般都采用估算的方法。系统水容量Vc 可按下表估算，室外管线较长时取较大值。 42调节水量v 的确定 调节水量V 应不小于3min补水泵流量，补水泵流 量应不小于系统水容量的45。 43最低水位时水容积v 的确定 最低水位时水容积V。主要是为了沉积泥渣、连接 管道及防止氮气进入管道系统而设置的。一般V 可按 下式求得： Va=(0卜03)(Vt+V2)m。 特别提出，空气定压虽采用弹性密封材料(如橡胶 等)相隔离，
12、空气不会进入管道，但考虑到调试的方便， 罐内应留有一定量的存水。 5气压罐工作压力值按以下方法确定(推 荐) (1)补水泵启动压力P ，大于系统最高点05mH 0： (2)补水泵停泵压力及电磁阀关闭压力： P2=(P1+10)Q一10； (3)水膨胀时电磁阀开启压力P。，一般取P。=P + (2-4)： (4)安全阀开启压力P ，一般取P =P： (卜2) 式中P1-P 的计算单位为m。 6工程实例 某航站楼(g-建)建筑面积F=18OOOm2，空调系统最 高点标高850m，冷冻站设在旧航站楼一端，地面标 高0OOm，冷冻水管走设备管沟穿过旧航站楼(供回 水总长度为360m)，管径DN300，
13、管沟内水管标高一18 m，冷源为螺杆式冷水机组。补水点设在循环水泵吸入口 处，定压装置与循环水泵位于同一安装高度，计算选择 气压罐定压装置。 (1)系统水容量： v，、=v F 式中V广单位水容量，Lm2建筑面积： 104 F一建筑面积。 由表1取v =050 Lmz建筑面积，故室内系统水 容量： V =05018000=9Om。 又因室外短线长度较长，其水容量不容忽视，则 Vc2(032) 314360=254m。 系统总水容量Vc=Vc1+VC2=90+254=344 m。 (2)补水泵的小时流量G 取系统总水容量的5，则 Gb=005344=172 m。h (3)罐体的调节水量V 按5m
14、in补水泵流量考虑 V1=517260=0143 m。 (4)罐内最小的气体空间 V2=0143(10751)=0429 Ill。 (5)最低水位所需要的最小水容积 V3=02(0143+0429)=0114 Ill。 (6)罐体总容积 VZ=0114+0143(卜075)=0686 m3 (7)补水泵启动压力P ，大于系统最高点o5m，则 P=85+1=95m (8)补水泵停泵压力及电磁阀关闭压力 P2=(95+10)o75一lO=16m (9)水膨胀时电磁阀开启工作压力Pa=16+4=20m (10)安全阀开启工作压力P =22+2=24m (1D补水泵扬程(一般比补水点高35mHO) H
15、b=95+4=95+4=1 35m 本工程选用定压装置气压罐容积800L，补水泵流 量2m。h(一用一备)，扬程14m。 7结束语 气压罐定压装置的选择在工程设计中至关重要，罐 体调节水量过小，补水泵启动频繁，故障率高；罐体选择 过大，则增加成本，也给安装带来困难。针对以上问题， 笔者认为，在设计中应根据建筑面积，高度等具体条件 合理地设置定压装置，以确保系统运行良好。 【参考文献】 (1)贺平孙刚供热工程中国建筑工业出版社，1993 (2)沈维道工程热力学高等教育出版社，2001 (3)方修睦赵加宁张德宇高层建筑供暖通风与空调设计黑龙 江科学技术出版社，2002 (4)刘梦真王宇清高层建筑采暖设计技术机械工业出版社， 2004 (5)张健郁勋建筑给水排水工程重庆大学出版社，2002 维普资讯 http:/
