，，

(1.威海職業(yè)學(xué)院 交通工程系，山東 威海 264200；2，威海中復(fù)西港船艇有限公司，山東 威海 264200)

36.6 m FRP延繩釣金槍魚漁船超低溫冷凍系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張峰1，秦穎2，

(1.威海職業(yè)學(xué)院 交通工程系，山東 威海 264200；2，威海中復(fù)西港船艇有限公司，山東 威海 264200)

考慮到金槍魚的捕撈主要在太平洋、大西洋、印度洋等遠(yuǎn)洋區(qū)域，屬于遠(yuǎn)洋捕撈，必須采用超低溫冷凍系統(tǒng)保存金槍魚，為使金槍魚在-60 ℃環(huán)境下能夠保鮮長達(dá)2～3年的時(shí)間，對(duì)在建36.6 m OCEAN3冷凍系統(tǒng)進(jìn)行分析，為滿足保鮮及相關(guān)技術(shù)要求，設(shè)計(jì)超低溫冷凍系統(tǒng)。

超低溫；延繩釣；金槍魚

全球范圍內(nèi)，金槍魚的捕撈主要使用延繩釣和圍網(wǎng)2種方式。金槍魚捕撈后的保存方式各有不同，但是采用超低溫延繩釣方式進(jìn)行捕撈和保存被認(rèn)為擁有最高市場價(jià)值。超低溫方法保存是指把金槍魚保存在約-55～-60 ℃冷凍室內(nèi)。在此冷凍環(huán)境下，金槍魚能夠保鮮長達(dá)2—3年的時(shí)間，具有較高的市場價(jià)值[1]。

36.6 m玻璃鋼金槍魚延繩釣漁船適用于南北緯15°～25°的溫帶水域從事金槍魚延繩釣捕撈作業(yè)。該船為艉機(jī)型，采用單軸單槳推進(jìn)，主機(jī)選用洋馬6EY17W型837 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。設(shè)計(jì)吃水2.38 m，定員22人，續(xù)航力2 000 n mile，自持力為30天。該船設(shè)有11個(gè)冷凍魚艙，艙溫為-60 ℃, 魚艙容量共118 t，2個(gè)艏冷藏艙，艙溫為-30 ℃，2個(gè)餌料艙，溫度為-18 ℃，餌料艙容量共13 t，1個(gè)伙食庫，溫度為0 ℃, 速凍間2個(gè)，艙溫-60 ℃，1個(gè)晾魚間，溫度-35 ℃。制冷系統(tǒng)布置在船舶輔機(jī)艙內(nèi)，具體的冷凍艙室分布見圖1[2-3]。

圖1 36.6 m延繩釣金槍漁船冷凍艙室分布示意

1 冷凍系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

該船超低溫冷凍系統(tǒng)按照無限航區(qū)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，假設(shè)艙外空氣溫度35 ℃，相對(duì)濕度60%，海水溫度32 ℃，機(jī)艙溫度50 ℃，相關(guān)計(jì)算參數(shù)見表1。

制冷系統(tǒng)采用6臺(tái)比澤爾S6F-30.2Y活塞機(jī)，每2臺(tái)1組共3組。以R404A為制冷劑，采用熱力膨脹閥直接蒸發(fā)循環(huán)方式。比澤爾制冷壓縮機(jī)設(shè)有手動(dòng)能量調(diào)節(jié)裝置，可實(shí)現(xiàn)無負(fù)荷啟動(dòng)，壓縮機(jī)停機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，所有電磁閥應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，本系統(tǒng)能自動(dòng)回油，故不設(shè)集油器，油分器內(nèi)的油可手動(dòng)操作回到制冷壓縮機(jī)的曲軸箱內(nèi)。

表1 36.6 m金槍漁船冷凍系統(tǒng)計(jì)算數(shù)據(jù)

在船舶機(jī)艙內(nèi)為此冷凍系統(tǒng)設(shè)有2臺(tái)專門的冷凍系統(tǒng)冷卻泵(1用1備)，以供冷凝器和壓縮機(jī)冷卻使用。

另外，從系統(tǒng)的安全運(yùn)行角度考慮，必須設(shè)有必要的保護(hù)裝置，如壓縮機(jī)高壓保護(hù)，潤滑保護(hù)等，在制冷機(jī)艙內(nèi)設(shè)有報(bào)警裝置，汽液熱交換分離器設(shè)液位指示裝置，可供觀察液面；高壓貯液器、冷凝器及熱交換器共裝安全閥3只，冷凝水泵與制冷壓縮機(jī)實(shí)行連鎖控制，冷凝艙的溫度可通過壓力式指示溫度計(jì)一次直接讀出。

冷凍系統(tǒng)工作原理如下：制冷壓縮機(jī)的低壓缸吸入由蒸發(fā)器來的低溫、低壓氟利昂氣體，完成第一次壓縮后，氟利昂氣體經(jīng)過氣體冷卻器(簡稱中冷器)冷卻、中間溫度可由熱力膨脹閥調(diào)節(jié)控制，中壓制冷劑氣體再由高壓缸吸入，進(jìn)行第二次壓縮，后高壓級(jí)排出的高壓高溫制冷劑氣體經(jīng)高壓級(jí)油分離器進(jìn)行油分離，分離后的高溫高壓氟氣體被排到冷凝器，經(jīng)海水冷卻之后，冷凝成液體，流入高壓貯液器內(nèi)，由高壓貯液器出來的氟液經(jīng)干燥過濾器被輸送到熱交換汽液分離器，經(jīng)一次降溫獲得過冷能量，從熱交換器出來的過冷氟液分3部分進(jìn)入系統(tǒng)。其中，大部分進(jìn)入速凍間、低溫冷藏艙(冷凍魚艙)使用，氟液在蒸發(fā)器(盤管)中吸收相應(yīng)艙室內(nèi)部熱量，氟液蒸發(fā)成氣體或汽液2相流體，降低冷凍魚艙溫度；同時(shí)，經(jīng)回氣總管去熱交換氣液分離器進(jìn)行氣液分離，分離后的氣體吸收氟液的熱量，從而使液體氣化與分離后氟氣被壓縮機(jī)低壓缸吸入。如此重復(fù)，R404A又重新參加循環(huán)，不斷獲得制冷能力。冷凍系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理見圖2。

圖2 36.6 m金槍漁船冷凍系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖

2 冷凍系統(tǒng)測試

冷凍測試之前，將相關(guān)區(qū)域(魚艙、速凍間、涼魚間等)清掃干凈，并核對(duì)各艙室溫度計(jì)。

2.1 氣密試驗(yàn)

在冷凍系統(tǒng)管路連接完成之后，采用氮?dú)饣驂嚎s空氣作為試驗(yàn)介質(zhì)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行密性試驗(yàn)。同時(shí)，本系統(tǒng)的高壓試驗(yàn)壓力為2.1 MPa,低壓試驗(yàn)壓力要求為1.6 MPa。本設(shè)計(jì)采用壓縮空氣作為試驗(yàn)介質(zhì)，并要求保持試驗(yàn)壓力時(shí)間為24 h，前6 h允許系統(tǒng)壓力有所變化，但后18 h系統(tǒng)壓力應(yīng)保持穩(wěn)定。

2.2 真空試驗(yàn)

氣密試驗(yàn)結(jié)束之后，應(yīng)將整個(gè)系統(tǒng)的壓力抽至0.96×105Pa真空度以上，并予以保持，使系統(tǒng)內(nèi)的水分充分蒸發(fā)，以抽除系統(tǒng)內(nèi)的水分。

將空壓機(jī)吸排氣閥關(guān)閉后，將整個(gè)系統(tǒng)壓力抽至0.96×105Pa以上真空度，檢查系統(tǒng)氣密性，并保持8 h，之后打開壓縮機(jī)吸排閥，系統(tǒng)真空度應(yīng)保持在0.8×105Pa以上。

2.3 低溫測試

2.3.1 低溫測試程序

冷凍系統(tǒng)充入制冷劑之后，關(guān)閉各艙口蓋，開始進(jìn)行低溫測試試驗(yàn)，試驗(yàn)程序及順序如下。

1)先開啟1號(hào)壓縮機(jī)，將艏部2個(gè)生活冷藏室、艉部2個(gè)餌料間、廚房1個(gè)蔬菜間及晾魚間，拉到相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度，并保持。

2)再開啟2號(hào)及3號(hào)壓縮機(jī)，將2個(gè)速凍間降溫到預(yù)定溫度，并保持。

3)最后開啟4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)壓縮機(jī)，將11個(gè)魚艙降溫預(yù)定溫度，并保持。

4)將所有艙室降溫預(yù)定溫度并保持。

低溫測試試驗(yàn)從一開始就要做好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄工作，要求每隔1 h進(jìn)行一次試驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄，見表2。

2.3.2 回溫測試

魚艙達(dá)到設(shè)計(jì)溫度之后，保持一定時(shí)間，穩(wěn)定后即可進(jìn)行艙溫回溫試驗(yàn)。停止系統(tǒng)壓縮機(jī)運(yùn)行，使艙溫保持密閉狀態(tài)，并1 h進(jìn)行一次艙溫回升的記錄。

表2 36.6 m金槍漁船冷凍系統(tǒng)低溫測試順序記錄表

經(jīng)測試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全滿足相關(guān)技術(shù)要求，并經(jīng)船東、船檢檢驗(yàn)合格，滿足遠(yuǎn)洋金槍魚捕撈作業(yè)要求。

3 冷凍系統(tǒng)操作注意事項(xiàng)

1)禁止將液態(tài)制冷劑或氣液2相體封閉在一段無安全閥制冷系統(tǒng)中，比如，2個(gè)截止閥之間的一段管道或容器中，以防止溫度上升，制冷劑液體汽化壓力超過系統(tǒng)所能承受的壓力而引起液爆事故。

2)儲(chǔ)液器制冷劑最大充注量為容積的80%，嚴(yán)禁充滿，安全閥及防震圈等安全附件必須齊全，以免發(fā)生危險(xiǎn)。充注前要檢查核對(duì)編號(hào)，確認(rèn)鋼瓶標(biāo)識(shí)與要充注的制冷劑相同，防止混入不同的制冷劑。若含氟的制冷劑泄漏嚴(yán)重時(shí)應(yīng)嚴(yán)禁明火，注意通風(fēng)。

3)輪機(jī)操作人員需定期檢查制冷系統(tǒng)閥門管件有無變形、松動(dòng)、銹蝕、泄露等情況發(fā)生，一旦發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理。

4)安裝于各制冷輔助設(shè)備的安全閥的出口應(yīng)匯集到一起后接至機(jī)艙外通風(fēng)安全的地方，并定期檢查總出口有無堵塞。安全閥起跳一次后，應(yīng)重新校準(zhǔn)起跳壓力值。

5)壓縮機(jī)停機(jī)后控制柜應(yīng)保持通電，以保證壓縮機(jī)油分器電加熱正常工作。壓縮機(jī)油溫過低、或溶入了大量的制冷劑時(shí)會(huì)發(fā)生油大量起泡沫，使軸承油膜形成不穩(wěn)定時(shí)會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生振動(dòng)，破壞螺桿機(jī)轉(zhuǎn)子密封及冷卻導(dǎo)致轉(zhuǎn)子咬死，損壞機(jī)組。

4 結(jié)論

近年來，世界金槍漁船發(fā)展迅速，延繩釣捕撈作業(yè)也在不斷繼續(xù)發(fā)展，36.6 m延繩釣金槍漁船超低溫系統(tǒng)的實(shí)船設(shè)計(jì)滿足船東、船檢要求，是我國金槍漁船超低溫技術(shù)的成功實(shí)踐。

經(jīng)實(shí)船測試表明，正常情況下，本船超低溫冷凍系統(tǒng)所有冷凍艙均達(dá)到相關(guān)溫度要求需要48 h，因此，在實(shí)際捕撈生產(chǎn)過程中，即船舶在離港前就要進(jìn)行降溫操作，到達(dá)捕魚場后，部分冷凍艙存在空魚現(xiàn)象，消耗能量，浪費(fèi)資源，有待進(jìn)一步改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

[1] 宗君華.36 m玻璃鋼金槍魚延繩釣漁船型線及推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海),2012.

[2] 孫文志，張維英，于欣，等.遠(yuǎn)洋金槍魚延繩釣漁船總布置探討法[J].船海工程，2008(1):23-25.

[3] 孫文志，盧振義，張維英，等.遠(yuǎn)洋金槍魚圍網(wǎng)漁船總布置特征[J].船舶工程，2011，33(1)：5-8.

Design of the Super Frozen System 36.6 m FRP Tuna Long-line Fishing Boat

ZHANGFeng1,QINYing2

(1.Weihai Vocational College, Weihai Shandong 264200, China;2.Werihai Zhongfu Xigang Boat and Yacht Company, Weihai Shandong 264200, China)

The tuna’s fishing is main focus in the Pacific, the Atlantic and the Indian ocean, which is belong to ocean fishing. For the modern ocean fishing, using super frozen method to store tuna is very popular and the tuna can keep fresh for 2～3 years under -60 ℃ condition. According to the analysis of refrigeration system on OCEAN-3, a super frozen system was designed for the modern ocean fishing boat which can satisfy the requirements of retain freshness and corresponding technologies.

super frozen; long-liner; tuna

U664.5

A

1671-7953(2017)06-0090-04

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.06.020

2016-11-24

2016-12-15

張峰(1985—)，男，碩士，講師

研究方向：船舶動(dòng)力裝置