船舶食品冷藏庫的改造設計

◎ 關建賓 肇慶海事局

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船舶食品冷藏庫的改造設計

◎ 關建賓 肇慶海事局

本文首先介紹了廣東某船舶公司6萬噸貨輪食品冷藏庫的概況以及相關技術參數，由于原制冷系統的部分設備老化，管路較為復雜，而且使用的是R12制冷劑，世界各個航區的環境保護對船舶冷庫運行的要求提高，不能符合環保和節能的要求。本文根據冷庫的技術參數和使用要求進行各庫熱負荷的計算，對冷庫冷卻設備負荷和機械負荷進行計算，并從經濟性和所選設備的合理性進行分析，得出合理化的結論。

冷庫 制冷 R134a 壓縮機 熱力融霜

1.原食品冷藏庫的內部布置及設計

該船食品冷藏庫共有三個庫，分別是肉庫、魚庫、蔬菜庫，經實際測量，該船舶冷庫各庫容積如下：肉庫19.67m3；魚庫16.76m3；蔬菜庫29.52m3；在肉庫和魚庫中裝有冷風機，蔬菜庫中采用盤管式蒸發器。經查該船建造完工圖紙資料，查到了隔熱材料的有關數據，該冷庫設置一冷藏緩沖間，用于減少船用冷庫門開啟的耗冷量。

2.計算伙食冷庫的制冷量

2.1制冷劑的選用

由于原制冷系統的部分設備老化，管路較為復雜，而且使用的是R12制冷劑，由于世界各個航區的環境保護對船舶冷庫運行的要求提高，不能符合環保和節能的要求，本設計系統改用R134a制冷劑，R134a不但具有無毒、無臭、不燃燒、與空氣混合不爆炸等優點，其傳熱性能優于R12，R134a蒸發和冷凝傳熱系數比Rl2高出25％以上，在換熱器表面積不變的條件下，可減少傳熱溫差，減低傳熱損失，達到節能環保的目的。

2.2庫內外溫度的確定

室外計算溫度取32℃，相對濕度取80％；室內溫度選取：肉庫間為-19℃，魚庫為-19℃，蔬菜庫為+4℃，相對濕度為90％。

2.3庫房熱負荷的計算

冷庫熱負荷Q由四部分組成，它們分別是：由于庫房內外溫差（包括太陽輻射熱引起的過余溫差）通過圍壁的滲入熱量，簡稱滲入熱Q1；食品在冷加工過程中放出的熱量，簡稱食品熱Q2；由于通風換氣，外界新鮮空氣進入庫內而帶進的熱量，簡稱換氣熱Q3；由于冷庫內工作人員操作、各種發熱設備工作時產生的熱量以及庫門開啟帶進的熱量，簡稱操作熱Q4。根據相關公式計算得到各庫的制冷量如表3-1所示。

2.4機械負荷的確定

確定機械負荷的目的就是選擇所需要的制冷壓縮機組的型號及臺數，冷間的機械負荷可不考慮各負荷折減系數，冷損耗補償系數R可取1.07，制冷系統所需配置的制冷量Q0為13.8kW。

3.制冷壓縮機及其他設備的選擇

表3　-1 各庫制冷量

3.1制冷壓縮機組的選擇

制冷壓縮冷凝機組是由一臺或幾臺制冷壓縮機、冷凝器、貯液器（需要時）以及附件等組成的組合體，用于壓縮及液化制冷劑。

由上面的計算參數可知，該輪船的冷庫屬于低溫工況的冷庫，此冷庫的機械負荷為13.8kW，查開利公司的壓縮機技術參數表可知，選用上海庫寶制冷設備有限公司生產的開利品牌的06ER475型壓縮機組。

3.2熱力膨脹閥的選擇

根據設計工況的蒸發溫度、冷凝器最低使用冷凝溫度，按管路條件計算出膨脹閥壓差，再根據閥的容量表求得其容量，使之適當大于蒸發器設計制冷量即可。一般來說，膨脹閥容量比蒸發器制冷量大20％～30％較為適宜。但有的蒸發器工作中傳熱溫差變化范圍大，制冷量變化也就大（例如空調裝置蒸發器和單機多庫伙食冰機的低溫庫蒸發器），膨脹閥容量就要適當選大些。有的制冷量變化大的蒸發器并聯裝有2個各帶供液電磁閥的膨脹閥，視情況切換使用。

3.3自動熱力融霜

本系統采用自動熱力融霜，自動熱力融霜是利用制冷機本身所產生的高溫過熱蒸氣，直接排至低壓設備——蒸發器排管內，由于過熱蒸汽溫度高，進入掛霜的蒸發器排管后，霜受管內溫升而溶化，達到除霜的目的。自動熱力融霜的第二作用可以幫助蒸發器排管的放油工作。自動熱力融霜代替人工掃霜，大大減輕了勞動強度，而且時間快、效率高。

4.探討方案的可行性

4.1從設備選擇上分析

（1）在本系統中，選擇二臺同樣的壓縮機，一臺工作，一臺備用，共有三個冷庫，各庫之間采用并聯方式，系統在正常工作的情況下，從壓縮機出來的高溫高壓的過熱蒸汽，通過冷凝器的冷凝成為過冷液體，通過熱力膨脹閥控制進入蒸發器的制冷劑的流量，從而保證庫溫，所以使用一臺壓縮機工作是可行的。

（2）冷凝器選用的是水冷臥式殼管式冷凝器，選用臥式的原因是其結構緊湊，空間高度低，有利于機組化，冷卻水可以循環使用，耗水量少，操作方便，運行可靠，根據冷庫機房的特點，選用臥式的合適，選用水冷的原因是空氣的放熱系數遠小于水，所以水冷式冷凝器的換熱效果要比空冷式好的多，所以本系統選用水冷臥式殼管式冷凝器是可行的。

（3）系統中裝有回氣器，作用是使從三個蒸發器中出來的蒸氣混合，由于各庫的庫溫不同，出蒸發器的蒸氣的壓力就不同，使它們混合以后平衡其中的壓力，如果不設回氣器會使壓縮機吸入的壓力不穩定。

4.2從經濟性上分析

（1）各庫裝有溫度繼電器通過感受庫內溫度來控制膨脹閥前電磁閥的通斷，當庫溫達到下限時，電磁閥關閉，停止對冷庫供冷劑，當庫溫達到上限值時，電磁閥導通。通過這種方式進行控制，可以保持庫溫在設定的范圍內，同時可以節約壓縮機的能量，提高了經濟性。

（2）由于R134a與礦物油不相容，應采用脂類油POE或聚二醇類油PAG，這兩種油價格都比較高，由于這兩種油吸水性能較強，且易與水反應生成酸，腐蝕制冷機管路及壓縮機，使用時應特別注意防潮，酯類油刺激眼和皮膚，在操作時應避免接觸，并保證工作環境通風良好。造價會高一些。

（3）制冷劑充注量應比原來R12系統時少10％左右。經科研機構的試驗表明，壓縮機在使用R134a與R12時的壓縮容積效率與絕熱效率并無多大變化。僅是在采用原冷凝器的情況下，用R134a替代R12后，壓縮機排氣壓力提高10％，壓縮機輸入功率約增加9％，從而影響蒸發器的換熱量，使制冷系統的冷量下降10％左右，冷庫耗電量也要相應增加。

5.結語

根據上面對系統中設備選擇的可行性和經濟性的分析以及系統的運轉流程的分析，本系統的設計是合理的，各種設備都是根據冷庫的制冷量選擇出來的，尤其是壓縮機、膨脹閥的選擇與制冷量和制冷劑的種類緊密相關。經過現場安裝調試及試驗，系統各項參數優于原系統，改進后的制冷系統能夠滿足船舶預期需求，同時也滿足了環保的要求。

［1］史琳，朱明善等.制冷空調新技術進展［M］.上海：上海交通大學出版社，2003.18～25.

［2］潘宗翌.制冷技術［M］.北京：機械工業出版社，1997.238～241.

［3］費千.船舶輔機［M］.大連：大連海事大學出版社，2005.238～243.