船舶食品冷藏库的改造设计

◎ 关建宾 肇庆海事局



船舶食品冷藏库的改造设计

◎ 关建宾 肇庆海事局

本文首先介绍了广东某船舶公司6万吨货轮食品冷藏库的概况以及相关技术参数，由于原制冷系统的部分设备老化，管路较为复杂，而且使用的是R12制冷剂，世界各个航区的环境保护对船舶冷库运行的要求提高，不能符合环保和节能的要求。本文根据冷库的技术参数和使用要求进行各库热负荷的计算，对冷库冷却设备负荷和机械负荷进行计算，并从经济性和所选设备的合理性进行分析，得出合理化的结论。

冷库 制冷 R134a 压缩机 热力融霜

1.原食品冷藏库的内部布置及设计

该船食品冷藏库共有三个库，分别是肉库、鱼库、蔬菜库，经实际测量，该船舶冷库各库容积如下：肉库19.67m3；鱼库16.76m3；蔬菜库29.52m3；在肉库和鱼库中装有冷风机，蔬菜库中采用盘管式蒸发器。经查该船建造完工图纸资料，查到了隔热材料的有关数据，该冷库设置一冷藏缓冲间，用于减少船用冷库门开启的耗冷量。

2.计算伙食冷库的制冷量

2.1制冷剂的选用

由于原制冷系统的部分设备老化，管路较为复杂，而且使用的是R12制冷剂，由于世界各个航区的环境保护对船舶冷库运行的要求提高，不能符合环保和节能的要求，本设计系统改用R134a制冷剂，R134a不但具有无毒、无臭、不燃烧、与空气混合不爆炸等优点，其传热性能优于R12，R134a蒸发和冷凝传热系数比Rl2高出25％以上，在换热器表面积不变的条件下，可减少传热温差，减低传热损失，达到节能环保的目的。

2.2库内外温度的确定

室外计算温度取32℃，相对湿度取80％；室内温度选取：肉库间为-19℃，鱼库为-19℃，蔬菜库为+4℃，相对湿度为90％。

2.3库房热负荷的计算

冷库热负荷Q由四部分组成，它们分别是：由于库房内外温差（包括太阳辐射热引起的过余温差）通过围壁的渗入热量，简称渗入热Q1；食品在冷加工过程中放出的热量，简称食品热Q2；由于通风换气，外界新鲜空气进入库内而带进的热量，简称换气热Q3；由于冷库内工作人员操作、各种发热设备工作时产生的热量以及库门开启带进的热量，简称操作热Q4。根据相关公式计算得到各库的制冷量如表3-1所示。

2.4机械负荷的确定

确定机械负荷的目的就是选择所需要的制冷压缩机组的型号及台数，冷间的机械负荷可不考虑各负荷折减系数，冷损耗补偿系数R可取1.07，制冷系统所需配置的制冷量Q0为13.8kW。

3.制冷压缩机及其他设备的选择

表3　-1 各库制冷量

3.1制冷压缩机组的选择

制冷压缩冷凝机组是由一台或几台制冷压缩机、冷凝器、贮液器（需要时）以及附件等组成的组合体，用于压缩及液化制冷剂。

由上面的计算参数可知，该轮船的冷库属于低温工况的冷库，此冷库的机械负荷为13.8kW，查开利公司的压缩机技术参数表可知，选用上海库宝制冷设备有限公司生产的开利品牌的06ER475型压缩机组。

3.2热力膨胀阀的选择

根据设计工况的蒸发温度、冷凝器最低使用冷凝温度，按管路条件计算出膨胀阀压差，再根据阀的容量表求得其容量，使之适当大于蒸发器设计制冷量即可。一般来说，膨胀阀容量比蒸发器制冷量大20％～30％较为适宜。但有的蒸发器工作中传热温差变化范围大，制冷量变化也就大（例如空调装置蒸发器和单机多库伙食冰机的低温库蒸发器），膨胀阀容量就要适当选大些。有的制冷量变化大的蒸发器并联装有2个各带供液电磁阀的膨胀阀，视情况切换使用。

3.3自动热力融霜

本系统采用自动热力融霜，自动热力融霜是利用制冷机本身所产生的高温过热蒸气，直接排至低压设备——蒸发器排管内，由于过热蒸汽温度高，进入挂霜的蒸发器排管后，霜受管内温升而溶化，达到除霜的目的。自动热力融霜的第二作用可以帮助蒸发器排管的放油工作。自动热力融霜代替人工扫霜，大大减轻了劳动强度，而且时间快、效率高。

4.探讨方案的可行性

4.1从设备选择上分析

（1）在本系统中，选择二台同样的压缩机，一台工作，一台备用，共有三个冷库，各库之间采用并联方式，系统在正常工作的情况下，从压缩机出来的高温高压的过热蒸汽，通过冷凝器的冷凝成为过冷液体，通过热力膨胀阀控制进入蒸发器的制冷剂的流量，从而保证库温，所以使用一台压缩机工作是可行的。

（2）冷凝器选用的是水冷卧式壳管式冷凝器，选用卧式的原因是其结构紧凑，空间高度低，有利于机组化，冷却水可以循环使用，耗水量少，操作方便，运行可靠，根据冷库机房的特点，选用卧式的合适，选用水冷的原因是空气的放热系数远小于水，所以水冷式冷凝器的换热效果要比空冷式好的多，所以本系统选用水冷卧式壳管式冷凝器是可行的。

（3）系统中装有回气器，作用是使从三个蒸发器中出来的蒸气混合，由于各库的库温不同，出蒸发器的蒸气的压力就不同，使它们混合以后平衡其中的压力，如果不设回气器会使压缩机吸入的压力不稳定。

4.2从经济性上分析

（1）各库装有温度继电器通过感受库内温度来控制膨胀阀前电磁阀的通断，当库温达到下限时，电磁阀关闭，停止对冷库供冷剂，当库温达到上限值时，电磁阀导通。通过这种方式进行控制，可以保持库温在设定的范围内，同时可以节约压缩机的能量，提高了经济性。

（2）由于R134a与矿物油不相容，应采用脂类油POE或聚二醇类油PAG，这两种油价格都比较高，由于这两种油吸水性能较强，且易与水反应生成酸，腐蚀制冷机管路及压缩机，使用时应特别注意防潮，酯类油刺激眼和皮肤，在操作时应避免接触，并保证工作环境通风良好。造价会高一些。

（3）制冷剂充注量应比原来R12系统时少10％左右。经科研机构的试验表明，压缩机在使用R134a与R12时的压缩容积效率与绝热效率并无多大变化。仅是在采用原冷凝器的情况下，用R134a替代R12后，压缩机排气压力提高10％，压缩机输入功率约增加9％，从而影响蒸发器的换热量，使制冷系统的冷量下降10％左右，冷库耗电量也要相应增加。

5.结语

根据上面对系统中设备选择的可行性和经济性的分析以及系统的运转流程的分析，本系统的设计是合理的，各种设备都是根据冷库的制冷量选择出来的，尤其是压缩机、膨胀阀的选择与制冷量和制冷剂的种类紧密相关。经过现场安装调试及试验，系统各项参数优于原系统，改进后的制冷系统能够满足船舶预期需求，同时也满足了环保的要求。

［1］史琳，朱明善等.制冷空调新技术进展［M］.上海：上海交通大学出版社，2003.18～25.

［2］潘宗翌.制冷技术［M］.北京：机械工业出版社，1997.238～241.

［3］费千.船舶辅机［M］.大连：大连海事大学出版社，2005.238～243.