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(yè)學(xué)院，山東 威海 264300；3.山東省船舶控制工程與智能系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，山東 威海 264300）

0 引言

根據(jù)《遠(yuǎn)洋漁船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則（2019）》的規(guī)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(biāo)志著長(zhǎng)期在我國(guó)漁船制冷系統(tǒng)占據(jù)統(tǒng)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(zhì)和自然工質(zhì)，作為自主設(shè)計(jì)第一艘南極磷蝦船選擇何種制冷劑顯得尤為重要[1]。通過(guò)分析規(guī)范對(duì)氨直接蒸發(fā)式法規(guī)的適應(yīng)性修改，發(fā)現(xiàn)法規(guī)已放開(kāi)氨制冷劑應(yīng)用限制，氨作為自然工質(zhì)的代表性制冷劑，具有環(huán)保性及優(yōu)異的制冷熱力性，亦滿足南極環(huán)境保護(hù)組織的相關(guān)規(guī)定，被本船采用。近幾年我國(guó)制冷行業(yè)新技術(shù)迅猛發(fā)展，在冷藏艙制冷型式上，通過(guò)低壓循環(huán)桶和氨泵的自動(dòng)控制，應(yīng)用液位傳感器、控制器等先進(jìn)技術(shù)控制電磁閥和AKV自控閥，滿足了冷藏室供液系統(tǒng)自動(dòng)控制的要求。冷藏室氨系統(tǒng)采用先進(jìn)的“直接蒸發(fā)風(fēng)冷系統(tǒng)”替代傳統(tǒng)的“直接蒸發(fā)管道系統(tǒng)”，降低氨制冷劑在冷藏艙的用量，從根本提高制冷系統(tǒng)安全系數(shù)[2]。

2 冷藏艙安全高效風(fēng)冷式技術(shù)應(yīng)用

南極磷蝦營(yíng)養(yǎng)成分非常豐富，體內(nèi)除去水分之外，幾乎全都是蛋白質(zhì)，而且是自然界中最優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)。南極磷蝦捕撈容易，然而制冷技術(shù)難度非常大，其蝦殼內(nèi)含有一種自解酶，磷蝦被捕撈上船以后，這種自解酶2個(gè)小時(shí)內(nèi)，會(huì)與蝦肉里面的蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，蝦肉會(huì)變質(zhì)，甲殼發(fā)黑。本船制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)要滿足2小時(shí)蝦盤中心溫度達(dá)到-7℃，4小時(shí)蝦盤中心溫度達(dá)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(shí)現(xiàn)-32℃要求[3]，為充分保證冷藏艙制冷負(fù)荷，本船采用最先進(jìn)氨泵強(qiáng)制供液的直接蒸發(fā)風(fēng)冷式技術(shù)。

2.1 制冷系統(tǒng)原理

制冷壓縮機(jī)低壓級(jí)通過(guò)低壓循環(huán)筒從冷藏室和平板冷凍機(jī)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(jī)器上的油分離器，由油分離器進(jìn)行制冷。夾帶在制冷劑氣體中的制冷機(jī)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(lái)自蓄能器的高壓制冷劑液體進(jìn)入壓縮機(jī)自身的過(guò)冷器，在那里被低溫制冷劑氣體冷卻，然后進(jìn)入低壓循環(huán)桶的蛇形盤管，在那里從低溫制冷劑中取出進(jìn)入壓力循環(huán)桶。來(lái)自機(jī)艙和板式冷凍機(jī)的低溫制冷劑氣體進(jìn)一步冷卻，成為過(guò)冷液體[5]。

來(lái)自低壓循環(huán)桶的制冷劑液體被氨泵強(qiáng)制供給到兩條路徑。第一條路線將過(guò)冷的氨液送到冷藏室內(nèi)的空氣冷卻器，通過(guò)風(fēng)機(jī)把冷氣通過(guò)風(fēng)道吹向冷藏艙貨物，實(shí)現(xiàn)不斷吸收漁獲物及外界滲入熱量，從而達(dá)到設(shè)定的溫度。第二種方式是送入平板冷凍機(jī)。同樣，氨泵強(qiáng)制供液后的制冷劑在平板冷凍機(jī)中吸收捕集器的熱量蒸發(fā)成低溫低壓氣體，捕集器放熱后凍結(jié)。來(lái)自冷藏室和平板冷凍機(jī)的制冷劑氣體進(jìn)入低壓循環(huán)桶，被壓縮機(jī)吸入端吸入，使循環(huán)不停止，達(dá)到制冷的目的。 制冷系統(tǒng)原理示意圖如圖1所示：

圖1 制冷系統(tǒng)原理示意圖

2.2 冷藏艙風(fēng)冷式技術(shù)應(yīng)用

氨有毒、易揮發(fā)，在一定條件下可能發(fā)生燃燒、爆炸，氨的安全問(wèn)題從其誕生開(kāi)始，在漁船制冷系統(tǒng)的應(yīng)用上一直備受爭(zhēng)議，氨的充注量與其危險(xiǎn)性是成正比的，在制冷系統(tǒng)中有效減少氨的充注量，能從根本上降低氨的危險(xiǎn)系數(shù)。近幾年我國(guó)制冷行業(yè)新技術(shù)迅猛發(fā)展，冷藏室采用先進(jìn)的“直接蒸發(fā)風(fēng)冷系統(tǒng)”替代傳統(tǒng)的“直接蒸發(fā)管道系統(tǒng)”。這樣可以避免在冷藏室內(nèi)安裝管道式蒸發(fā)器，同時(shí)又可以符合相關(guān)規(guī)范要求，是減少氨制冷劑充注量的最有效方法應(yīng)用技術(shù)。采用直接蒸發(fā)的風(fēng)冷式技術(shù)，其冷風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫對(duì)流制冷，具有制冷效率高，艙內(nèi)降溫速度快，溫、濕度分布均勻，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)融霜等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 直接蒸發(fā)風(fēng)冷式氨充注量

采用冷風(fēng)機(jī)，容積（m3）計(jì)算：

冷風(fēng)機(jī)Ⅰ式：0.27m3，共計(jì)2臺(tái)，

冷風(fēng)機(jī)Ⅱ式：0.19m3，共計(jì)4臺(tái)，

根據(jù)《冷庫(kù)制冷設(shè)計(jì)手冊(cè)》對(duì)制冷設(shè)備設(shè)計(jì)充氨量，采用“下進(jìn)上出冷風(fēng)機(jī)”充注量按照最大百分比70%計(jì)算，

冷風(fēng)機(jī)制冷劑充注容積（m3）：0.91m3，

T=-40°C時(shí)，氨密度0.68×103kg/m3，

經(jīng)計(jì)算得冷風(fēng)機(jī)內(nèi)氨制冷劑充注量（kg）：618.8kg。

2.4 直接蒸發(fā)排管式氨充注量

采用無(wú)縫鋼管，容積（m3）計(jì)算：

無(wú)縫鋼管型號(hào)φ38×3，約計(jì)1.6×104米，

根據(jù)《冷庫(kù)制冷設(shè)計(jì)手冊(cè)》對(duì)制冷設(shè)備設(shè)計(jì)充氨量，采用“下進(jìn)上出排管”充注量按照最大百分比60%計(jì)算，

無(wú)縫鋼管制冷劑充注容積（m3）：7.7m3，

T=-40°C時(shí)，氨密度0.68×103kg/m3，

經(jīng)計(jì)算得排管內(nèi)氨制冷劑充注量（kg）：5236kg。

根據(jù)上述相同冷藏艙艙容估算冷風(fēng)機(jī)式和排管式氨制冷劑充注量，采用直接蒸發(fā)風(fēng)冷式技術(shù)，可節(jié)省約4噸氨的充注量。

3 冷藏艙內(nèi)安全保障技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)本船氨制冷系統(tǒng)的安全、高效運(yùn)行，通過(guò)對(duì)制冷機(jī)室等氨設(shè)備處所安裝通風(fēng)系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)和氣體探測(cè)及警報(bào)系統(tǒng)等有針對(duì)性的安全保障設(shè)計(jì)，使得氨制冷系統(tǒng)在生產(chǎn)過(guò)程中能夠24小時(shí)處于受控狀態(tài)，降低或避免安全事故發(fā)生的可能性，最終實(shí)現(xiàn)氨制冷系統(tǒng)的安全運(yùn)行，圖2為冷藏艙泄漏報(bào)警示意圖。

圖2 冷藏艙泄漏報(bào)警示意圖

其中，

T1—R717探測(cè)器（0-1000ppm）

T2—R717探測(cè)器（0-100%LEL）

A—R717手動(dòng)泄漏報(bào)警發(fā)送器

B—R717聲光報(bào)警器

該系統(tǒng)按照CCS建造規(guī)范要求設(shè)計(jì)，對(duì)整條船的冷藏艙實(shí)現(xiàn)自動(dòng)兼手動(dòng)監(jiān)控3級(jí)報(bào)警。當(dāng)氨氣濃度超過(guò)25ppm時(shí)，開(kāi)啟一級(jí)報(bào)警系統(tǒng)；當(dāng)氨氣濃度超過(guò)300ppm時(shí)，觸發(fā)二級(jí)報(bào)警系統(tǒng)并自動(dòng)開(kāi)啟通風(fēng)系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)；當(dāng)氨氣濃度達(dá)到4.5%時(shí)，自動(dòng)切斷制冷機(jī)室內(nèi)的所有電氣設(shè)備，并開(kāi)啟三級(jí)報(bào)警系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要針對(duì)120m南極磷蝦拖網(wǎng)漁船的制冷劑選擇和冷藏艙采用直接蒸發(fā)風(fēng)冷式技術(shù)應(yīng)用等進(jìn)行詳細(xì)闡述，主要得到以下結(jié)論：①制冷劑經(jīng)歷了兩代發(fā)展后，受法規(guī)及南極極地環(huán)境等影響，通過(guò)對(duì)第三代和第四代制冷劑對(duì)比，介紹氨制冷劑優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而本船選擇氨環(huán)保型制冷劑；②進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)遠(yuǎn)洋漁船制冷技術(shù)快速發(fā)展，涌現(xiàn)一批技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定可靠的制冷裝備，較好滿足了漁船生產(chǎn)對(duì)制冷技術(shù)的需求，促進(jìn)了我國(guó)漁業(yè)快速的發(fā)展，冷藏艙氨系統(tǒng)采用先進(jìn)“直接蒸發(fā)的風(fēng)冷系統(tǒng)”取代傳統(tǒng)“直接蒸發(fā)的排管系統(tǒng)”，降低氨制冷劑在冷藏系統(tǒng)用量，從根本提高安全系數(shù)，在冷藏艙內(nèi)安裝泄漏報(bào)警系統(tǒng)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)24小時(shí)氨泄漏檢測(cè)，全方位保障安全生產(chǎn)；③本船冷藏艙直接蒸發(fā)風(fēng)冷式技術(shù)及安全保障系統(tǒng)均選用國(guó)產(chǎn)設(shè)備，對(duì)普及遠(yuǎn)洋漁船冷藏艙風(fēng)冷式技術(shù)，提升氨制冷高效、安全技術(shù)應(yīng)用，加快推進(jìn)南極規(guī)?；_(kāi)發(fā)具有重要意義。