120m南極磷蝦拖網漁船的冷藏艙風冷式技術應用

趙明浩，李蘭蘭

（1.黃海造船有限公司，山東 威海 264309；2.威海海洋職業學院，山東 威海 264300；3.山東省船舶控制工程與智能系統工程技術研究中心，山東 威海 264300）

0 引言

根據《遠洋漁船法定檢驗技術規則（2019）》的規定，在2020年1月1日或以后建造的漁船，禁止使用含氫化氯氟烴制冷裝置，標志著長期在我國漁船制冷系統占據統治地位的第二代最具代表性氟利昂制冷劑—R22被全面淘汰。目前，可用于替代R22的制冷劑可分為兩類：HFC類工質和自然工質，作為自主設計第一艘南極磷蝦船選擇何種制冷劑顯得尤為重要[1]。通過分析規范對氨直接蒸發式法規的適應性修改，發現法規已放開氨制冷劑應用限制，氨作為自然工質的代表性制冷劑，具有環保性及優異的制冷熱力性，亦滿足南極環境保護組織的相關規定，被本船采用。近幾年我國制冷行業新技術迅猛發展，在冷藏艙制冷型式上，通過低壓循環桶和氨泵的自動控制，應用液位傳感器、控制器等先進技術控制電磁閥和AKV自控閥，滿足了冷藏室供液系統自動控制的要求。冷藏室氨系統采用先進的“直接蒸發風冷系統”替代傳統的“直接蒸發管道系統”，降低氨制冷劑在冷藏艙的用量，從根本提高制冷系統安全系數[2]。

2 冷藏艙安全高效風冷式技術應用

南極磷蝦營養成分非常豐富，體內除去水分之外，幾乎全都是蛋白質，而且是自然界中最優質的蛋白質。南極磷蝦捕撈容易，然而制冷技術難度非常大，其蝦殼內含有一種自解酶，磷蝦被捕撈上船以后，這種自解酶2個小時內，會與蝦肉里面的蛋白質發生反應，蝦肉會變質，甲殼發黑。本船制冷系統設計要滿足2小時蝦盤中心溫度達到-7℃，4小時蝦盤中心溫度達到-25℃，不低于240噸/天的速凍要求，冷藏艙裝載量不低于3000噸，冷藏艙艙溫實現-32℃要求[3]，為充分保證冷藏艙制冷負荷，本船采用最先進氨泵強制供液的直接蒸發風冷式技術。

2.1 制冷系統原理

制冷壓縮機低壓級通過低壓循環筒從冷藏室和平板冷凍機吸入低溫低壓制冷劑氣體。壓縮后變成高溫高壓氣體，排入機器上的油分離器，由油分離器進行制冷。夾帶在制冷劑氣體中的制冷機油被分離，分離出的制冷劑氣體被排放到冷凝器中。高溫高壓的制冷劑氣體在冷凝器中被冷卻海水冷卻，冷凝成高壓常溫液體，排入高壓接收器[4]。來自蓄能器的高壓制冷劑液體進入壓縮機自身的過冷器，在那里被低溫制冷劑氣體冷卻，然后進入低壓循環桶的蛇形盤管，在那里從低溫制冷劑中取出進入壓力循環桶。來自機艙和板式冷凍機的低溫制冷劑氣體進一步冷卻，成為過冷液體[5]。

來自低壓循環桶的制冷劑液體被氨泵強制供給到兩條路徑。第一條路線將過冷的氨液送到冷藏室內的空氣冷卻器，通過風機把冷氣通過風道吹向冷藏艙貨物，實現不斷吸收漁獲物及外界滲入熱量，從而達到設定的溫度。第二種方式是送入平板冷凍機。同樣，氨泵強制供液后的制冷劑在平板冷凍機中吸收捕集器的熱量蒸發成低溫低壓氣體，捕集器放熱后凍結。來自冷藏室和平板冷凍機的制冷劑氣體進入低壓循環桶，被壓縮機吸入端吸入，使循環不停止，達到制冷的目的。 制冷系統原理示意圖如圖1所示：

圖1 制冷系統原理示意圖

2.2 冷藏艙風冷式技術應用

氨有毒、易揮發，在一定條件下可能發生燃燒、爆炸，氨的安全問題從其誕生開始，在漁船制冷系統的應用上一直備受爭議，氨的充注量與其危險性是成正比的，在制冷系統中有效減少氨的充注量，能從根本上降低氨的危險系數。近幾年我國制冷行業新技術迅猛發展，冷藏室采用先進的“直接蒸發風冷系統”替代傳統的“直接蒸發管道系統”。這樣可以避免在冷藏室內安裝管道式蒸發器，同時又可以符合相關規范要求，是減少氨制冷劑充注量的最有效方法應用技術。采用直接蒸發的風冷式技術，其冷風機強迫對流制冷，具有制冷效率高，艙內降溫速度快，溫、濕度分布均勻，易于實現自動融霜等優點。

2.3 直接蒸發風冷式氨充注量

采用冷風機，容積（m3）計算：

冷風機Ⅰ式：0.27m3，共計2臺，

冷風機Ⅱ式：0.19m3，共計4臺，

根據《冷庫制冷設計手冊》對制冷設備設計充氨量，采用“下進上出冷風機”充注量按照最大百分比70%計算，

冷風機制冷劑充注容積（m3）：0.91m3，

T=-40°C時，氨密度0.68×103kg/m3，

經計算得冷風機內氨制冷劑充注量（kg）：618.8kg。

2.4 直接蒸發排管式氨充注量

采用無縫鋼管，容積（m3）計算：

無縫鋼管型號φ38×3，約計1.6×104米，

根據《冷庫制冷設計手冊》對制冷設備設計充氨量，采用“下進上出排管”充注量按照最大百分比60%計算，

無縫鋼管制冷劑充注容積（m3）：7.7m3，

T=-40°C時，氨密度0.68×103kg/m3，

經計算得排管內氨制冷劑充注量（kg）：5236kg。

根據上述相同冷藏艙艙容估算冷風機式和排管式氨制冷劑充注量，采用直接蒸發風冷式技術，可節省約4噸氨的充注量。

3 冷藏艙內安全保障技術

為實現本船氨制冷系統的安全、高效運行，通過對制冷機室等氨設備處所安裝通風系統、噴淋系統和氣體探測及警報系統等有針對性的安全保障設計，使得氨制冷系統在生產過程中能夠24小時處于受控狀態，降低或避免安全事故發生的可能性，最終實現氨制冷系統的安全運行，圖2為冷藏艙泄漏報警示意圖。

圖2 冷藏艙泄漏報警示意圖

其中，

T1—R717探測器（0-1000ppm）

T2—R717探測器（0-100%LEL）

A—R717手動泄漏報警發送器

B—R717聲光報警器

該系統按照CCS建造規范要求設計，對整條船的冷藏艙實現自動兼手動監控3級報警。當氨氣濃度超過25ppm時，開啟一級報警系統；當氨氣濃度超過300ppm時，觸發二級報警系統并自動開啟通風系統、噴淋系統；當氨氣濃度達到4.5%時，自動切斷制冷機室內的所有電氣設備，并開啟三級報警系統。

4 結語

本文主要針對120m南極磷蝦拖網漁船的制冷劑選擇和冷藏艙采用直接蒸發風冷式技術應用等進行詳細闡述，主要得到以下結論：①制冷劑經歷了兩代發展后，受法規及南極極地環境等影響，通過對第三代和第四代制冷劑對比，介紹氨制冷劑優勢，進而本船選擇氨環保型制冷劑；②進入21世紀，我國遠洋漁船制冷技術快速發展，涌現一批技術先進、性能穩定可靠的制冷裝備，較好滿足了漁船生產對制冷技術的需求，促進了我國漁業快速的發展，冷藏艙氨系統采用先進“直接蒸發的風冷系統”取代傳統“直接蒸發的排管系統”，降低氨制冷劑在冷藏系統用量，從根本提高安全系數，在冷藏艙內安裝泄漏報警系統，進一步實現24小時氨泄漏檢測，全方位保障安全生產；③本船冷藏艙直接蒸發風冷式技術及安全保障系統均選用國產設備，對普及遠洋漁船冷藏艙風冷式技術，提升氨制冷高效、安全技術應用，加快推進南極規模化開發具有重要意義。