120m南极磷虾拖网渔船的冷藏舱风冷式技术应用

赵明浩，李兰兰

（1.黄海造船有限公司，山东 威海 264309；2.威海海洋职业学院，山东 威海 264300；3.山东省船舶控制工程与智能系统工程技术研究中心，山东 威海 264300）

0 引言

根据《远洋渔船法定检验技术规则（2019）》的规定，在2020年1月1日或以后建造的渔船，禁止使用含氢化氯氟烃制冷装置，标志着长期在我国渔船制冷系统占据统治地位的第二代最具代表性氟利昂制冷剂—R22被全面淘汰。目前，可用于替代R22的制冷剂可分为两类：HFC类工质和自然工质，作为自主设计第一艘南极磷虾船选择何种制冷剂显得尤为重要[1]。通过分析规范对氨直接蒸发式法规的适应性修改，发现法规已放开氨制冷剂应用限制，氨作为自然工质的代表性制冷剂，具有环保性及优异的制冷热力性，亦满足南极环境保护组织的相关规定，被本船采用。近几年我国制冷行业新技术迅猛发展，在冷藏舱制冷型式上，通过低压循环桶和氨泵的自动控制，应用液位传感器、控制器等先进技术控制电磁阀和AKV自控阀，满足了冷藏室供液系统自动控制的要求。冷藏室氨系统采用先进的“直接蒸发风冷系统”替代传统的“直接蒸发管道系统”，降低氨制冷剂在冷藏舱的用量，从根本提高制冷系统安全系数[2]。

2 冷藏舱安全高效风冷式技术应用

南极磷虾营养成分非常丰富，体内除去水分之外，几乎全都是蛋白质，而且是自然界中最优质的蛋白质。南极磷虾捕捞容易，然而制冷技术难度非常大，其虾壳内含有一种自解酶，磷虾被捕捞上船以后，这种自解酶2个小时内，会与虾肉里面的蛋白质发生反应，虾肉会变质，甲壳发黑。本船制冷系统设计要满足2小时虾盘中心温度达到-7℃，4小时虾盘中心温度达到-25℃，不低于240吨/天的速冻要求，冷藏舱装载量不低于3000吨，冷藏舱舱温实现-32℃要求[3]，为充分保证冷藏舱制冷负荷，本船采用最先进氨泵强制供液的直接蒸发风冷式技术。

2.1 制冷系统原理

制冷压缩机低压级通过低压循环筒从冷藏室和平板冷冻机吸入低温低压制冷剂气体。压缩后变成高温高压气体，排入机器上的油分离器，由油分离器进行制冷。夹带在制冷剂气体中的制冷机油被分离，分离出的制冷剂气体被排放到冷凝器中。高温高压的制冷剂气体在冷凝器中被冷却海水冷却，冷凝成高压常温液体，排入高压接收器[4]。来自蓄能器的高压制冷剂液体进入压缩机自身的过冷器，在那里被低温制冷剂气体冷却，然后进入低压循环桶的蛇形盘管，在那里从低温制冷剂中取出进入压力循环桶。来自机舱和板式冷冻机的低温制冷剂气体进一步冷却，成为过冷液体[5]。

来自低压循环桶的制冷剂液体被氨泵强制供给到两条路径。第一条路线将过冷的氨液送到冷藏室内的空气冷却器，通过风机把冷气通过风道吹向冷藏舱货物，实现不断吸收渔获物及外界渗入热量，从而达到设定的温度。第二种方式是送入平板冷冻机。同样，氨泵强制供液后的制冷剂在平板冷冻机中吸收捕集器的热量蒸发成低温低压气体，捕集器放热后冻结。来自冷藏室和平板冷冻机的制冷剂气体进入低压循环桶，被压缩机吸入端吸入，使循环不停止，达到制冷的目的。 制冷系统原理示意图如图1所示：

图1 制冷系统原理示意图

2.2 冷藏舱风冷式技术应用

氨有毒、易挥发，在一定条件下可能发生燃烧、爆炸，氨的安全问题从其诞生开始，在渔船制冷系统的应用上一直备受争议，氨的充注量与其危险性是成正比的，在制冷系统中有效减少氨的充注量，能从根本上降低氨的危险系数。近几年我国制冷行业新技术迅猛发展，冷藏室采用先进的“直接蒸发风冷系统”替代传统的“直接蒸发管道系统”。这样可以避免在冷藏室内安装管道式蒸发器，同时又可以符合相关规范要求，是减少氨制冷剂充注量的最有效方法应用技术。采用直接蒸发的风冷式技术，其冷风机强迫对流制冷，具有制冷效率高，舱内降温速度快，温、湿度分布均匀，易于实现自动融霜等优点。

2.3 直接蒸发风冷式氨充注量

采用冷风机，容积（m3）计算：

冷风机Ⅰ式：0.27m3，共计2台，

冷风机Ⅱ式：0.19m3，共计4台，

根据《冷库制冷设计手册》对制冷设备设计充氨量，采用“下进上出冷风机”充注量按照最大百分比70%计算，

冷风机制冷剂充注容积（m3）：0.91m3，

T=-40°C时，氨密度0.68×103kg/m3，

经计算得冷风机内氨制冷剂充注量（kg）：618.8kg。

2.4 直接蒸发排管式氨充注量

采用无缝钢管，容积（m3）计算：

无缝钢管型号φ38×3，约计1.6×104米，

根据《冷库制冷设计手册》对制冷设备设计充氨量，采用“下进上出排管”充注量按照最大百分比60%计算，

无缝钢管制冷剂充注容积（m3）：7.7m3，

T=-40°C时，氨密度0.68×103kg/m3，

经计算得排管内氨制冷剂充注量（kg）：5236kg。

根据上述相同冷藏舱舱容估算冷风机式和排管式氨制冷剂充注量，采用直接蒸发风冷式技术，可节省约4吨氨的充注量。

3 冷藏舱内安全保障技术

为实现本船氨制冷系统的安全、高效运行，通过对制冷机室等氨设备处所安装通风系统、喷淋系统和气体探测及警报系统等有针对性的安全保障设计，使得氨制冷系统在生产过程中能够24小时处于受控状态，降低或避免安全事故发生的可能性，最终实现氨制冷系统的安全运行，图2为冷藏舱泄漏报警示意图。

图2 冷藏舱泄漏报警示意图

其中，

T1—R717探测器（0-1000ppm）

T2—R717探测器（0-100%LEL）

A—R717手动泄漏报警发送器

B—R717声光报警器

该系统按照CCS建造规范要求设计，对整条船的冷藏舱实现自动兼手动监控3级报警。当氨气浓度超过25ppm时，开启一级报警系统；当氨气浓度超过300ppm时，触发二级报警系统并自动开启通风系统、喷淋系统；当氨气浓度达到4.5%时，自动切断制冷机室内的所有电气设备，并开启三级报警系统。

4 结语

本文主要针对120m南极磷虾拖网渔船的制冷剂选择和冷藏舱采用直接蒸发风冷式技术应用等进行详细阐述，主要得到以下结论：①制冷剂经历了两代发展后，受法规及南极极地环境等影响，通过对第三代和第四代制冷剂对比，介绍氨制冷剂优势，进而本船选择氨环保型制冷剂；②进入21世纪，我国远洋渔船制冷技术快速发展，涌现一批技术先进、性能稳定可靠的制冷装备，较好满足了渔船生产对制冷技术的需求，促进了我国渔业快速的发展，冷藏舱氨系统采用先进“直接蒸发的风冷系统”取代传统“直接蒸发的排管系统”，降低氨制冷剂在冷藏系统用量，从根本提高安全系数，在冷藏舱内安装泄漏报警系统，进一步实现24小时氨泄漏检测，全方位保障安全生产；③本船冷藏舱直接蒸发风冷式技术及安全保障系统均选用国产设备，对普及远洋渔船冷藏舱风冷式技术，提升氨制冷高效、安全技术应用，加快推进南极规模化开发具有重要意义。