罗永欣 周 响 姚春荣 赵 凯 王学生

（1.南通中集罐式储运设备制造有限公司 2.华东理工大学化工机械研究所）

0 前言

移动容器广泛应用于运输化工物料、化工中间体、农药、饮料食品和酒类等液态物品[1]。移动容器中的物料不仅在运输过程中需要保温，而且在运达目的地后，很多情况下还需要经过加热才能进行卸料。也有的食品或生物制品不能超温，在运输过程中需要不断地冷却。因此，对移动容器加热或冷却过程的研究具有重要的意义[2]。

由于移动容器结构和工况条件的复杂性，加热保温热力计算大都采用手工计算。传统的人工计算需要先对加热器壁及罐壁的表面温度进行假设，然后利用公式对一系列的参数进行工艺计算，再用热平衡关系验算。若验算不符合要求，需重新假设然后再进行计算，直至符合为止。因为计算时需要引用许多参数，反复校算，这样不但过程繁琐、花费时间多，还容易出错，而且计算一次只适用于某一种情况，如果其中某一原始参数变化就要重新计算。为了提高加热计算的工作效率，现将这些重复性强、繁琐且枯燥的公式计算交给计算机来完成，对移动容器加热保温热力计算进行电算化编程研究，开发出移动容器加热保温热力计算软件。该软件可使计算更加简化，缩短计算时间，提高计算质量。

本文利用计算机Visual Basic(即VB)语言将加热计算的步骤编写成程序，并将需要引用的各种参数建立成数据库，计算时只需将物料的名称、容器容量及储存地点等宏观数据输入，计算机便从数据库中调出有关资料进行演算。该加热保温计算软件包含独立的数据库，采用科学的物性参数处理方法，并且支持数据库的添加更改。本文使用编写的加热计算软件，对一容积为25 m3的标准Collar式罐箱 （保温75岩棉+25PU）进行了加热计算，计算结果与人工计算吻合较好，验证了加热计算软件的可靠性。

1 移动容器加热保温热力计算软件及其特点

罐箱加热计算程序框图如图1所示。

移动容器加热保温热力计算软件所用编程语言为Visual Basic 6.0。该编程语言具有较好的可视化功能和较强的交互性设计能力，可以通过反复修改输入的介质种类、容器结构尺寸等参数，实现移动容器加热面积的计算。软件提供数据输入模块、计算结果的输出等。利用Visual Basic语言进行编程，主要是总结出计算思路和把程序划分成不同类型的模块，也就是把移动容器的各种计算按要求变成子程序、函数、过程等，以便在使用时用主程序按适当的顺序调用它们来求解。

在编制程序过程中，结合容器加热保温的特点，分别考虑移动容器有保温层和无保温层的两种情况，以及一般不计算罐顶、罐底传热系数 （采用经验数据）的通用算法和计算罐顶、罐底传热系数的详细算法，以增强程序的适应性。程序设计包括下述内容：

（1）移动容器进料后，让物料温度保持不变（维温加热方式），计算这时需要补充的热量及加热面积；

（2）计算移动容器中的物料在一定的时间内从某一温度升到另一温度所需热量及加热面积；

（3）移动容器进料后，计算一定时间后它的推定温度，或者是降温到某一较低的温度时所花费的时间，并计算出这段时间内移动容器的散热系数[2-5]。

图1 罐箱加热计算程序框图

如前所述，移动容器中的物料加热计算涉及的资料较多，计算时需要反复查找资料，既费时又易出错。因此，我们在编制程序时把移动容器加热保温常用的一些资料系列化，编成数据库，使用时通过数据库的名称便可获得所需的数据。如给出移动容器的容积便可获得该容器的直径、罐壁厚度、罐体长度等数据；给出物料介质的名称便可获得介质在任一温度下的物性等。整个程序共编制了下述6个数据库：标准移动容器尺寸；30余种物料介质的主要物性；常用保温材料有关参数；移动容器常用涂料的黑度；移动容器所需材料的参数；各种类型封头的尺寸。

对需要在计算中处理的数据，也编制了处理子程序。运算时根据给定的定性温度，通过子程序调用，计算机便会给出该温度下物料介质的密度、热膨胀系数、比热容等数据进行传热计算。给定空气温度后，计算机便会给出空气黏度及导热系数等有关数据。

经过上述处理并利用数据库，整个运算只需输入计算上需工程人员决定的独立变量 （移动容器容积、运输的物料介质、地区设置等），不需再对由此涉及到的因变量 （移动容器尺寸、介质物性、保温层材料等）进行计算。

2 计算实例

本文以某罐箱储运公司一容积为25 m3的标准Collar式罐箱 （保温75岩棉+25PU）加热计算作为实例，来验证软件计算的可靠性。

该罐箱工艺结构参数如表1所示，保温层厚度参数如表2所示。

工况参数有下述几项：物料初始温度20℃，加热终了温度80℃，装载量为容积的97%，预计加热时间16.4 h，采用155℃的蒸汽加热。

表1 罐箱的结构参数 （单位：mm）

表2 罐箱的保温层厚度参数 （单位：mm）

初始条件确定后，就可以将其输入软件进行计算。主要输入界面有两个：结构参数和工况参数。

（1）结构参数界面。该界面用于输入各种工艺结构参数。主要参数有物料名称、结构尺寸、保温层材料以及其他的特殊结构等。本例是标准Collar式罐箱，其结构参数的输入如图2所示。

图2 结构参数的输入

（2）工况参数界面。先按自然状态下降温输入工况参数，14天后降到什么温度就可由软件计算出来，如图3所示。可以输出结果到Excel表格（包含一些基本的结构参数和一些中间计算参数）打印出来。也可以作升温计算，将温度升到80℃，计算出所需要的换热面积，如图4所示。

图3 自然状态下降温

图4 升温计算

将以上计算出的结果与传统的手工计算结果一起整理在表3中。由表3的对比可见，软件计算结果与手工计算结果基本吻合，证明该加热保温热力计算软件是准确可靠的。

表3 两种计算结果对比

3 结论

本文编制的移动容器加热保温热力计算软件，用于移动容器的设计和改造中可以大大地减轻工作量。在加热试算过程中，改变其中某一参数，可立刻得出计算结果，且软件界面友好、易用。该软件经与手工计算比较，验证了其具有较高的可信度。该软件还可以对数据库进行管理，可随时添加新的物料参数进入系统。随着数据的不断积累，数据库不断地完善，该软件将通用性更强，适用面更广。

[1] 王清华.罐式集装箱在我国化工物流领域的应用 [J].集装箱化，2010 (11)：27-29.

[2] 郭光臣.油库设计 [M].北京：石油工业出版社，1980.

[3] 吴明，孟庆海.金属油罐罐壁传热系数的数值解法 [J].油气储运，2000，19(10)：18-21.

[4] GB 151—1999.管壳式换热器 [S].北京：中国标准出版社，1999.

[5] 陈敏恒，潘鹤林，齐鸣斋.化工原理[M].上海：华东理工大学出版社，2008.