桁拖漁船船載超低溫冷凍系統(tǒng)改裝

崔雪亮，王貴彪，鄭斌，張小軍，韓悅，萬(wàn)會(huì)發(fā)，許丹

(1.浙江省海洋水產(chǎn)研究所，浙江 舟山 316021；2.浙江海洋大學(xué)，浙江 舟山 316021)

為保障我國(guó)近海漁業(yè)資源的可持續(xù)發(fā)展，各級(jí)主管部門出臺(tái)了一系列相關(guān)措施，在宏觀角度對(duì)我國(guó)漁業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)捕撈產(chǎn)能和產(chǎn)量進(jìn)行了科學(xué)調(diào)控，海洋捕撈產(chǎn)量從2011年1 579.95萬(wàn)t減少到2015年的1 314.8萬(wàn)t，保持著穩(wěn)中略降的態(tài)勢(shì)。隨著近海漁業(yè)資源的衰竭，漁船作業(yè)周期的變長(zhǎng)，制冷要求增高，而傳統(tǒng)的冰鮮、冷海水保鮮和冷藏保鮮方式的保鮮期一般不超過(guò)2周，其中冰鮮與冷海水保鮮方式的保鮮期僅約1周左右，較短的儲(chǔ)藏期僅適用于國(guó)內(nèi)漁船短周期作業(yè)，難以滿足現(xiàn)有需求。盡管船載超低溫保鮮技術(shù)已經(jīng)在遠(yuǎn)洋漁船上得到廣泛的應(yīng)用。而國(guó)內(nèi)關(guān)于漁船制冷技術(shù)的研究報(bào)道較少，有研究根據(jù)桁桿拖網(wǎng)漁船冷藏魚(yú)艙的實(shí)際布置和裝載情況，對(duì)比研究蒸發(fā)盤管總長(zhǎng)不變的情況下分別布置在魚(yú)艙頂部、側(cè)壁以及頂部與側(cè)壁3 種方式下的制冷效果。由于超低溫技術(shù)在國(guó)內(nèi)漁船的適用性以及漁民觀念和捕魚(yú)方式等問(wèn)題，使得超低溫制冷技術(shù)在近海漁船上并沒(méi)有得到推廣。為解決超低溫制冷系統(tǒng)在船型上的適用性以及溫度對(duì)漁貨品質(zhì)變化等問(wèn)題，考慮對(duì)某近海桁拖漁船的制冷系統(tǒng)進(jìn)行改裝和設(shè)計(jì)優(yōu)化，分析實(shí)船作業(yè)狀態(tài)下漁貨品質(zhì)在傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)和超低溫制冷系統(tǒng)下的變化。

1 系統(tǒng)改裝思路

1.1 目標(biāo)船基本資料

目標(biāo)船為鋼質(zhì)、單甲板、單底、單槳、單舵、艉機(jī)型、橫骨架結(jié)構(gòu)、電焊焊接式機(jī)動(dòng)桁拖漁船，主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 船型主要技術(shù)參數(shù)

1.2 目標(biāo)船改動(dòng)項(xiàng)

根據(jù)使用需求，對(duì)該船進(jìn)行冷藏功能改裝升級(jí)，見(jiàn)圖1～3。

圖1 凍結(jié)間改裝前后對(duì)比

圖2 冷藏間改裝前后對(duì)比

圖3 機(jī)艙制冷機(jī)改裝前后對(duì)比

改動(dòng)如下。

1)將#30～#40原魚(yú)艙改為冷藏魚(yú)艙，凈容量67.50 m。

2)將#47～#57原魚(yú)艙改為冷藏魚(yú)艙，凈容量65.40 m。

3)將#40～#47原魚(yú)艙改為左舷冷藏魚(yú)艙，凈容量14.73 m，右舷凍結(jié)間，凈容量14.73 m。

4)機(jī)艙內(nèi)增加4臺(tái)制冷機(jī)及超低溫制冷系統(tǒng)1套。

1.3 船體

改動(dòng)后空船重量重心，見(jiàn)表2。

從表2可見(jiàn)，試驗(yàn)船改裝后重心及空船重量與原空船狀態(tài)比較，穩(wěn)性能滿足《規(guī)則》對(duì)近海航區(qū)桁拖漁船的要求，船舶航行安全平穩(wěn)。

表2 空船重量重心參數(shù)

1.4 輪機(jī)

1)冷藏魚(yú)艙及凍結(jié)間傳入熱量(滲透熱)為

=··△

(1)

式中：為傳熱系數(shù)，kJ/m·h·℃；為傳熱面積，m；△為傳熱溫差，℃。

各數(shù)據(jù)取值見(jiàn)表3。

表3 冷藏魚(yú)艙及凍結(jié)間傳入熱量參數(shù)

2)凍結(jié)貨物熱為

(2)

式中:為兩凍結(jié)間的裝魚(yú)量，取一次凍魚(yú)量為=500 kg；為魚(yú)體初溫時(shí)的熱焓，設(shè)進(jìn)凍初溫28 ℃，=364.01 kJ/kg；為魚(yú)體凍結(jié)終溫時(shí)的熱焓，當(dāng)終溫為-45 ℃，=0；為凍結(jié)時(shí)間，每12 h一凍，一日兩凍,=12 h。計(jì)得

=3 625 kcal/h=15 174.25 kJ/h。

1.5 凍結(jié)間

凍結(jié)間風(fēng)機(jī)熱量為

(3)

式中：為風(fēng)機(jī)軸功率，實(shí)選0.37 kW風(fēng)機(jī)2臺(tái)，每臺(tái)軸功率分別為0.26 kW；為電機(jī)效率，=0.85。

計(jì)算分析出、、后，由=115計(jì)算冷凍壓縮機(jī)制冷量，1=++計(jì)算全船最大熱負(fù)荷(凍結(jié)間供冷工況)。由此確定本船制冷系統(tǒng)采用雙級(jí)壓縮式制冷，制冷機(jī)型號(hào)為BRC10Z4-48.5E(3臺(tái))和BFC16DS6-31.8E(1臺(tái))；冷藏魚(yú)艙制冷工質(zhì)為R404A，凍結(jié)間制冷工質(zhì)為R507A；用自動(dòng)膨脹閥節(jié)流直接蒸發(fā)方式制冷，手動(dòng)膨脹閥節(jié)流直接蒸發(fā)作為備用。冷藏魚(yú)艙采用成品厚度大于12 cm庫(kù)板搭建而成。#1#3冷藏魚(yú)艙的設(shè)計(jì)溫度為-18 ℃左右，#2冷藏魚(yú)艙的設(shè)計(jì)溫度為-28℃左右，3艙可冷藏魚(yú)貨50 t左右。凍結(jié)庫(kù)采用成品厚度大于15 cm庫(kù)板搭建而成，設(shè)計(jì)溫度為-45 ℃左右，每次凍結(jié)魚(yú)貨物1.0 t左右，1日2凍，凍結(jié)間日凍結(jié)能力為2.0 t。該設(shè)計(jì)完全滿足現(xiàn)有漁船的生產(chǎn)加工和儲(chǔ)藏量。未采用傳統(tǒng)的R22作為冷媒介質(zhì)，而是使用最新的R404A和R507A作為冷媒介質(zhì)，是更加具有環(huán)保節(jié)能性。

1.6 電氣設(shè)計(jì)

共設(shè)2臺(tái)40 kW發(fā)電機(jī)作為船舶主電源，供應(yīng)全船用電，一臺(tái)主機(jī)驅(qū)動(dòng)，一臺(tái)輔機(jī)驅(qū)動(dòng)，保證全船電網(wǎng)連續(xù)性。其中主機(jī)軸帶發(fā)電機(jī)可獨(dú)立供應(yīng)一整套制冷設(shè)備和通風(fēng)系統(tǒng)供電，與主配電板通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)分開(kāi)使用，充分利用主機(jī)軸帶發(fā)電機(jī)，可以更有效節(jié)約燃油成本。系統(tǒng)具有完善的保護(hù)措施，制冷機(jī)設(shè)有報(bào)警與停機(jī)保護(hù)裝置。在冷藏魚(yú)艙中，設(shè)壓力式溫度計(jì)以遙測(cè)艙溫，還設(shè)有人員被關(guān)封報(bào)警呼叫按鈕，保證制冷過(guò)程中工作人員的安全。

2 超低溫冷凍漁船成效

2.1 制冷效果對(duì)比

針對(duì)于桁桿拖蝦作業(yè)漁船，通過(guò)安裝超低溫制冷設(shè)備后，其有效保溫溫度在-18 ℃、-25 ℃和-45 ℃。其中-25 ℃和-45 ℃比以前漁船制冷冷藏最低溫度-18 ℃還要低得多，其食品儲(chǔ)藏周期由原來(lái)的最長(zhǎng)2周提高到了1個(gè)月以上，完全適應(yīng)現(xiàn)在15～45 d/航次的作業(yè)周期。

2.2 漁獲品質(zhì)對(duì)比

在經(jīng)歷30 d超低溫冷凍海捕蝦貯藏期試驗(yàn)，分別進(jìn)行了傳統(tǒng)的0 ℃冰鮮冷藏和課題最新的-25 ℃深凍貯藏、-45 ℃超低溫貯藏，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 不同溫度下海捕蝦品質(zhì)對(duì)比分析

隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，在0 ℃貯藏期間，海捕蝦的值顯著上升，15 d時(shí)超過(guò)40%，達(dá)到不新鮮的狀態(tài)。而在-25和-45 ℃貯藏期間，值變化趨勢(shì)較穩(wěn)定；不同貯藏溫度下-值均呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。在0 ℃貯藏條件下，海捕蝦在第15 d時(shí)達(dá)到不能食用的判定終點(diǎn)。-25、-45 ℃這2個(gè)溫度下海捕蝦的-值上升平緩，貯藏過(guò)程中均未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的上限；pH值隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)不斷增大。-25、-45 ℃溫度下海捕蝦的pH值變化幅度較0 ℃的小，且溫度越低，pH值變化速度越小；TBA值均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，0 ℃時(shí)的值增加量顯著高于-25 ℃和-45 ℃。

2.3 經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

對(duì)試驗(yàn)船浙普漁68138船跟蹤調(diào)查，其超低溫海捕蝦優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)，能夠?qū)崿F(xiàn)反季節(jié)、禁漁期銷售，能從技術(shù)層面解決冷凍蝦類焦亞硫酸鈉殘留問(wèn)題，品質(zhì)和口感極佳。超低溫冷凍海捕蝦采購(gòu)價(jià)相比較船載深凍海捕蝦高約36%，比普通冷凍海捕蝦采購(gòu)價(jià)高約73%，比冰鮮海捕蝦采購(gòu)價(jià)高約124%，市場(chǎng)售賣價(jià)也同步上升，比船載深凍海捕蝦售賣價(jià)高約20%，比普通冷凍海捕蝦售賣價(jià)高約67%，比冰鮮海捕蝦售賣價(jià)高約100%，年增利潤(rùn)20萬(wàn)元以上，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

3 結(jié)論

1)實(shí)驗(yàn)證明超低溫技術(shù)在桁拖漁船上的應(yīng)用是可行的，比同類普通冷藏漁船其漁獲品質(zhì)更好，經(jīng)濟(jì)效益明顯提高。

2)超低溫冷凍裝備改裝費(fèi)用大致在60萬(wàn)元左右，一次性投入較大。同時(shí)超低溫冷凍技術(shù)需要：清洗→裝盒→-45 ℃超低溫速凍→包冰衣→-28 ℃低溫冷藏這一套要求嚴(yán)格的操作技術(shù)步驟，然而傳統(tǒng)漁船漁民對(duì)于制冷技術(shù)還很陌生，國(guó)內(nèi)漁民的生產(chǎn)方式和儲(chǔ)藏方法一時(shí)間難以規(guī)范；加之后期碼頭冷庫(kù)和銷售渠道的銜接也不到位，使得漁貨的儲(chǔ)藏品質(zhì)后期受損，經(jīng)濟(jì)效益受到一定的影響，對(duì)超低溫技術(shù)在國(guó)內(nèi)漁船的應(yīng)用和推廣是不利的影響。

3)建議政府鼓勵(lì)和補(bǔ)助，以降低漁民的前期的投入成本，讓越來(lái)越多的桁拖漁船使用超低溫冷凍技術(shù)，帶動(dòng)碼頭等后續(xù)產(chǎn)業(yè)鏈的配套發(fā)展。

4)東海蝦類種類多，有捕撈價(jià)值的10余種經(jīng)濟(jì)蝦。國(guó)內(nèi)漁船作業(yè)方式甚多，有拖網(wǎng)、刺網(wǎng)、圍網(wǎng)、張網(wǎng)等。每種作業(yè)捕撈的漁獲種類、漁獲儲(chǔ)存方式和漁獲本身品質(zhì)均有差異，如何把制冷技術(shù)充分有效的運(yùn)用在不同作業(yè)方式漁船上應(yīng)是未來(lái)制冷研究的主要方向。