渔业运输船制冷系统设计研究
作者：admin 来源：未知 日期：2021-01-08 09:03人气：
摘要：近年来，随着我国远洋渔业规模不断扩大，捕捞船只迅猛增长，远洋渔业产量持续增加，但与之配套的大型远洋渔业运输船却少之又少，而国内进口的老旧渔业运输船已面临报废年限问题，租赁国外的渔业运输船存在着运费高、租赁难、周期长等问题，极大地制约了我国远洋渔业的发展，设计大型远洋渔业运输船成为大势所趋。本文详细介绍85.99m渔业运输船制冷系统设计，从主要技术参数、制冷系统原理、系统负荷计算、设备选型等方面考虑，满足CCS规范要求，具有投资少，系统操作简单，电力功率消耗最少，舱容利用率高等优点，该型运输船的设计对推动我国远洋渔业运输发展具有重要意义。
关键词：85.99m渔业运输船；制冷系统设计；电力功率消耗最少；舱容利用率高
1引言
上世纪80年代，我国第一支远洋船队从马尾港开赴西非海域开展捕鱼作业，实现我国远洋渔业“零”的突破，拉开了我国远洋渔业发展的大幕[1]。经过30多年的发展，我国已拥有专业大型远洋鱿鱼钓船、金枪鱼延绳钓渔船、南极磷虾专业捕捞船、大型拖网加工船等远洋专业捕捞船。据资料统计，全球金枪鱼年捕获量约700万吨，南极海域里的南极磷虾年产量约62万吨，还有西南大西洋、东南太平洋的鱿鱼及其它鱼种，采用过去的捕捞、速冻、冷藏、运输集于一体的单船作业方式，无论从品质还是产量，都远远不能满足现代渔业高效、快速、大吨位发展的需要。近年来，大型远洋渔业运输船配合捕捞船作业，兼作补给船的优势凸显，为大型远洋渔业运输船的发展提供了广阔的空间。
2主要技术参数
本船为无限航区作业，主要用于保鲜作业，无冷冻能力，根据表1主要技术参数所示，设计制冷系统、配置设备型号等。
3制冷系统原理
本船的制冷系统设计目标是经济性好、实用性强、舱容利用率高、系统节能、操作简单等，根据其设计思想采用R404A直接蒸发排管制冷系统，满足CCS规范[2]要求。R404A制冷剂是国内外渔船制冷系统中普遍采用的传统成熟型制冷剂，直接蒸发排管制冷方式具有投资额最小、电力功率消耗最少、舱容利用率最高、制冷系统操作简单等优点，其制冷系统原理如下：船用螺杆式压缩机的低压吸入蒸发器(冷藏舱盘管)来的低温低压的氟气体经阴阳转子的压缩成高压高温气体，从高压出口排出的高压高温制冷剂气体经过机组自带高效油分离器进行油气分离,分离后的高温高压氟气体被排到船用冷凝器，海水将高温高压气体通过壳管式冷凝器冷凝成高压液体流入船用贮液器。由贮液器出来的氟液经过干燥过滤器，被输送到螺杆机组经济器内过冷再输送至热交换器的冷却盘管内再次过冷，从热交换器出来的过冷氟液给冷藏舱直接膨胀为低压液体使用，氟液在蒸发盘管中吸收维护结构的热量，蒸发成气体或气液两相流体，经过回气总管进入热交换器与来自冷却盘管内的中温高压液体进行热交换，分离液滴形成过热气体进入压缩机吸气端。如此循环，蒸发器不断吸收外界渗入热量，从而逐步达到设定的温度。制冷系统原理示意图，如图1所示。
4制冷系统设计
4.1系统负荷计算
本船用于保鲜作业，无冷冻能力，无货物热，制冷压缩机负荷主要包括渗入热、人工散热、开舱渗入热、照明热等。系统总负荷：Q总=1.1(Q1+Q2+Q3+Q4+Q(人工散热)+Q（照明热）+Q（开舱渗入热）)（1）式（1）符号含义：Q总—系统总负荷，kw；Q1—NO.1冷藏舱渗入热，kw；Q2—NO.2冷藏舱渗入热，kw；Q3—NO.3冷藏舱渗入热，kw；Q4—NO.4冷藏舱渗入热，kw。其中：Q(人工散热)=Q·T（2）Q（照明热）=P·N·T（3）Q（开舱渗入热）=N·Q·T（4）式（2）符号含义：Q—人体散热量（-35°C），kw；T—所有人工作时间的和，s。式（3）符号含义：P—照明功率，kw；N—灯数量；T—照明时间，s。式（4）符号含义：N—条件系数；Q—查表每小时耗冷量，kw；T—开启时间，s。经过计算，本船的总负荷为87kw。
4.2船用螺杆式压缩机选型
选用2台国产船用螺杆式压缩机组ZCLG16MZJM，单台在-45°C/+35°C工况下压缩机制冷量98kw，充分满足需求，根据CCS规范要求，增加1台备用机，即1用1备。
4.3冷凝器的冷凝面积计算及选型
冷凝器的选型与冷凝面积有关，冷凝面积计算公式为：F=ΦQc/KΔt（5）式（5）中符号含义：F—冷凝面积，m2；Φ—热负荷系数；Qc—冷凝器最大热负荷，kw；K—冷凝器的传热系数；Δt—冷凝器的对数传热温差。经过计算，冷凝面积F=74m2，选用单台换热面积50m2，共计2台，满足要求。
4.4冷藏舱蒸发盘管计算
冷藏舱一的盘管长度L1（四个冷藏舱公式相同）：L1=F1/f（6）式（6）符号含义：F1—冷藏舱一所需蒸发面积，m2；f—单位长度面积，m2/m；K—蒸发盘管的传热系数；Δt—平均传热温差。其中，冷藏舱一与冷藏舱二公式相同，冷藏舱三与冷藏舱四公式相同：F1=1.1·（Q1+Q1（人工散热）+Q1（照明热））/K·Δt（7）F3=1.1·（Q3+Q3（人工散热）+Q3（照明热）+Q3（开舱渗入热））/K·Δt（8）经过计算，冷藏舱一盘管长度约2100m，冷藏舱二盘管长度约2300m，冷藏舱三盘管长度约2600m，冷藏舱四盘管长度约2600m。4.5贮液器容积计算及选型贮液器用来贮存由冷凝器来的高压制冷剂液体，容积计算如下：V=V蒸发盘管+V最低存液量（9）式（9）符号含义：V—贮液器的容积，m3；V蒸发盘管—蒸发盘管的充注量，m3；V最低存液量—贮液器的最低存液量不少于容积的20%，m3。按照贮液器80%最高液位，20%最低液位，冷藏舱中蒸发盘管总长度9600m，采用φ38x3.5无缝钢管计算，总容积为7.24m3，按充注量的25%计算[3]，则氟利昂充注量1.8m3。经过计算，贮液器容积V=3m3，共计1台，满足工作要求。
4.6系统的自动控制和安全保护措施
系统设有“自动”和“手动”两种控制方式，系统运行时一般采用自动控制，当发生故障或需要手动操作时才使用手动控制，为保障系统高效、安全运行，主要设备均设置了必要的保护装置。（1）冷藏舱内的每路蒸发盘管由对应的热力膨胀阀自动调节，冷藏舱内温度由温度控制器通过电磁阀控制。当舱内温度达到设定温度下限-36ºC时，温度控制器切断电磁阀电源，停止供液；当舱内温度回升至设计舱温上限-34ºC时，温度控制器接通电磁阀电源，恢复供液；（2）压缩机与冷凝水泵及各电磁阀联锁控制，即冷凝水泵启动升压后压缩机方能启动，当压缩机运转正常后，系统电磁阀才能供电工作；（3）从制冷系统安全运行考虑，冷凝器、贮液器等压力容器均设置安全阀，以实现高压保护。每台压缩机上都装有高压、低压和油压压差继电器，当制冷系统或机器发生故障，在排气压力过高，吸气压力过低或油压不足的情况下，压缩机均会停止运行；（4）整个制冷系统设有各种符合CCS规范的指示灯及报警装置，并设有各种船用压力表、和温度计以备操作人员巡视。
5结论
本文详细阐述85.99m渔业运输船制冷系统设计，从经济性、实用性、舱容利用率、系统节能、操作简单等方面考虑，主要有以下结论：（1）本船选用R404A制冷剂，采用直接蒸发排管制冷方式，该制冷系统具有投资额最小，电力功率消耗最少，舱容利用率最高，制冷系统操作简单等优点；（2）冷藏舱的温度采用电子式自动控制，可根据设定的温度，实现自动控制舱温，对能量实行自动调节，以减少冷藏舱内温度波动的幅度，具有节能，提高渔货物品质等优点；（3）上述制冷系统设备均选用国产设备，符合CCS规范要求，对我国大型远洋渔业运输船制冷系统设备的应用，保障远洋渔获质量，提升相关产业的发展都将起到积极地推动作用。
参考文献：
[1]远洋渔业三十年大事记(上)(1985—2015)[J].中国水产,2015(03):18-22.
[2]《钢质远洋渔船建造规范(2018)》[S].船舶标准化工程师,2018.
[3]徐世琼.新编制冷技术问答[M].中国农业出版社,1999.
作者：赵明浩 单位：黄海造船有限公司
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