冷藏船

1997年前幾個月的世界冷藏船市場又一次證明了這個市場的脆弱性和不可預測性,雖然每年的前幾月都是對保鮮冷藏船需求的最強階段,但是市場表現卻又令原先抱樂觀態度的人士感到沮喪,他們原以為1995～1996年度市場的復興還會持續下去, 而現實情況是今年的租金水平下降了7% ～10% ,在幾個月前,主要的冷藏船公司還預測市場將要上升5% ～10% 。不過儘管遇到了不利因素,預計在未來幾年中冷藏船市場仍將以每年2. 5% ～4% 的速度增長。仔細分析市場變化的原因,能夠發現有幾個因素的影響最大,特別是氣候因素好像是導致今年市場滑坡的關鍵。 比如南美洲西海岸的乾旱對智利和厄瓜多爾的影響造成了香蕉、葡萄和其他水果的減產; 北非埃及和摩洛哥及亞洲菲律賓的多雨又影響了馬鈴薯、柑橘和香蕉的產量;南非少有的低温也使得大量農作物減產,另外塞浦路斯的霜凍對其馬鈴薯的影響也很大。 上述惡劣氣候導致從南半球國家冷藏保鮮貨物的出口下降了約7% ,期租租金最高值僅達1. 3U SD /CU F T ,而1996年同期數據為1. 5 美元, 1995年為1. 35美元。

氣候也對進口國的需求產生影響, 1997年1月中國的寒冬和大雪使部分港口不得不關閉,致使約10艘裝載香蕉的冷藏船在港口延遲了三個星期。政治因素和經濟因素也是影響市場表現的重要量。許多歐共體國家的經濟不景氣,明顯抑制了其對冷藏保鮮品的需求,而德、意、法等國在建立歐洲統一貨幣體系方面的爭論,以及歐洲統一市場下各種深層次、結構上的矛盾也對近期市場的發展帶來很多不利的作用。俄國今年開始對於雞肉徵收45% 的附加關税,對於原先進口免税貨物的進口商而言無疑是重大打擊,因此他們聯合起來對該項政策進行抵制,包括拒絕卸貨,從1月中旬到3月上旬,這種鬥爭延續了近三個月,雖然最後不得不向政府低頭,但是各國在俄國口岸準備御貨的大量冷藏船及其它船隻則不得不在焦慮中等待。

對比冷藏船新造及拆解狀況,可以看出市場近期供求的趨勢:

上表反映了近幾年來新建冷藏船的情況,及1997年～ 1999年的預測值,值得注意的是在20世紀剩餘的幾年裏又將有64艘冷藏船要加入到服務的行列,共計2 900萬CU F T。不過船舶的拆解數量卻直線下降, 1996年後半年拆解船隻僅有11條共280萬CU F T , 1997年更不理想,全年預計拆解總量僅達到350萬CU F T ,這會直接導致世界船隊淨增加480萬CU F T,另外各類冷藏集裝箱的增加無疑會使冷藏船市場供大於求的狀況更加突出。 ^[1] 

利用低温運輸易腐貨物的船舶稱為冷藏船。它是遠洋漁業和運輸中保證易腐食品品質的必要設施, 由於其運輸批量大, 裝卸集裝箱化, 冷藏船運輸量在逐年增加。為了在運輸貯藏中能以消耗最小的能源來最大限度地保持食品原有的風味和質量, 冷藏船製冷系統的合理配置就顯得非常重要。本文從節能的角度出發, 從庫容與壓縮機的能量匹配、庫內蒸發裝置的佈置、 製冷劑的使用和冷庫圍護結構的設計和製冷設備的選擇等方面來進行研究探討, 提出對船舶製冷系統進行優化設計的方法, 供設計和使用者參考。

與陸上的固定冷凍冷藏庫相比, 船舶冷庫的製冷系統的運行參數要惡劣得多。船舶水上移動, 室外的參數在不斷地發生變化, 所以在以往的設計中為了保證易腐食品的高品質, 總是按行程中最惡劣的條件來選擇設計參數進行設計, 而船舶絕大部分時間均處於低於滿負荷一半以上的工況下運行, 結果形成了庫容與製冷壓縮機的能量不匹配, 從而使系統的能耗大大增加, 也使食品的運輸費用大大增加;其次, 由於冷藏船的冷藏庫受船體結構的限制, 庫內空間不會很大, 庫內蒸發器佈置對其容量會造成比較大的影響;再就是船體在不同的地區、不同的地段運行時, 要面臨不同的熱濕環境, 冷庫圍護結構要設計適當, 才能做到減少熱損失。因此, 為了提高船舶製冷裝置的經濟效益, 節約能源, 必須從以上幾個方面考慮對船舶製冷系統進行優化設計。要對製冷系統進行優化設計, 首先必須對系統相關參數的選擇、 製冷工質的選用和氣流組織及製冷流程的設計等每一個方面都加以考慮。

遠洋漁船在海上作業時為了使經濟價值較高的漁貨及時保鮮和進行速凍, 一般冷藏船分為高低不同的冷藏温度。冷藏船由於空間的限制一般採用多温單機系統, 並用蒸發壓力調節閥來保持高低温庫之間的平衡, 事實證明, 這種方法, 造成很大的火用損, 為保證速凍漁貨具有優秀的凍結質量,又要保證系統具有經濟的運行費用, 其所配製冷系統參數的選擇基本上與陸上製冷裝置所選參數的標準一致, 在進行優化設計時必須改善這種循環方式, 在設計中採用噴射器代替蒸發壓力調節閥。理論分析和實驗證明其系統的各性能得到了很大程度的改善, 系統的火用效率提高, 起到了節能的效果。當然, 在優化設計中還可以採取利用雙級壓縮製冷循環的中間冷卻器來作為高温部分的供冷環節的方法,這樣設計製冷系統還可以在速凍的初期利用高温庫的温段對貨品實行預冷, 將凍品冷卻到凍結點以上的温度後進入凍結低温庫, 可以達到降低傳熱温差而節能, 提高製冷效率的目的。製冷系統中採用R - 134a 作為循環工質,既能滿足環保的需要, 且製冷劑R - 134a的各項指標總體優於R -12,系統的供液方式還可以採用直接膨脹供液,並採用回熱循環來提高製冷量, 防止壓縮機液擊, 達到安全有效節能的目的。

在船舶製冷系統所配的壓縮機選擇中通常存在這樣的問題, 那就是壓縮機的容量遠遠大於庫容量, 造成大馬拉小車, 大量的能源浪費。所以在設計時能根據耗冷量來合理配置壓縮機就顯得非常重要。對已設計好的冷凍冷藏系統可用計算冷凍冷藏蒸發管組每小時可能傳遞的最大冷量的辦法來校核系統配置的合理性。

冷凍室蒸發器的結構設計

在漁業冷藏船上通常使用隧道式凍結裝置和其它如平板凍結裝置、 液體凍結裝置等。在船用製冷系統中為了節省空間並使蒸發器處於長期有效運行狀態, 在優化設計中應選用管架式鼓風凍結裝置, 這種裝置耗電量小, 乾耗小, 凍結温度均勻, 且所佔空間少, 初投資省。實踐證明, 與同樣容量的平板凍結裝置相比, 其運行費用相當, 但其初投資可以節省20%左右。陸上冷凍的實驗表明, 凍品的凍結質量好, 能耗小。氣流均勻, 冷量的利用率高但這種形式佔用空間較大,且要有一定的高度, 在小型船舶製冷冷凍庫中適用性不強。

船舶艙壁結構均為金屬材料, 而鋼材的導熱係數很大, 因此滲入熱量較嚴重, 必須敷設隔熱防潮層。單純地增加隔熱層的厚度會使船體空間減小,並不能達到隔熱的理想效果。良好的隔熱保温技術應在合適的隔熱材料和厚度的前提下注重保温材料的敷設工藝和進行技術經濟指標的分析。對於船舶製冷裝置應在不影響船體強度的情況下, 可將冷庫圍壁扶強材放在隔熱層外。實際證明在隔熱厚度相等的情況下可以減少冷損失。另外應儘量採用導熱係數小、 吸濕率小的隔熱材料來減小傳熱係數, 實際表明, 聚氨脂材料現場發泡在嚴格工序的前提下敷設可以達到較為理想的效果。敷設時應保證:發泡時氣泡細小、緊湊, 隔熱層厚度均勻, 外層油膜連續。其敷設工藝上應先設置一個板層, 板層厚度正好與隔熱厚度一致, 這樣做到隔熱均勻到位, 不留冷橋。在其它低温管道上也必須嚴格敷設保温材料。保證節流閥前不產生閃發性氣體, 以使供液量與系統的製冷量相匹配。

實際表明, 螺桿式壓縮機由於其具有製冷量大、運行可靠、壽命長、能進行無級能量調節, 對少量進液不敏感等特點, 特別適用於大型船舶上;而在小型船舶上可以採用變頻裝置的活塞式壓縮機。為了保證系統能在最有效的方式下運行, 冷凝器應採用卧式殼管式的結構, 且進水閥前要配置易拆卸的過濾器, 節流閥前裝液體過冷器, 系統迴路上裝回熱器。為了保證安全, 在壓縮機的回汽閥前還應裝有汽液分離器。配置完善的自動控制裝置, 即製冷系統還必須進行優化控制。作為製冷裝置各部分的温度控制是保證安全、 節能有效運行的有效手段, 所以應配置一個適應性和可靠性強的温度控制器。系統中可採用PIC I6C 76單片機設計的變頻節能模糊控制器, 控制器採用採集的蒸發温度、蒸發器出口温度、庫温等參數, 調節壓縮機的轉速, 使得製冷量與熱負荷相匹配。這樣配置的系統應能在設定參數下更有效的運行, 達到優化設計的目的。另外海水泵和冷庫風機也應採用變頻器進行變頻控制, 變頻器的使用不僅可以節能, 還能提高冷凍系統的冷凍質量, 降低電機的電流, 通過合理控制還可以起到過電流保護和壓差保護的作用。

無論是遠洋船舶還是近海船舶, 無論是大型船舶還是小型漁船, 為了完善冷藏鏈, 均需配有製冷系統, 來確保易腐食品能高品質到達消費者手上。而船運裝置由於其特殊的工作環境條件, 使得以往許多設計總在較高的安全係數下進行, 這樣船運具有較大的能耗。從長遠的利益來説, 應從安全和節能的角度來同時考慮船舶製冷系統的設計, 使得船舶製冷系統更加有效的運行。所以對船舶製冷系統的優化設計進行研究探討, 是船舶動力裝置設計中的一個重要環節。而優化製冷系統應從製冷流程的選擇、 製冷工質的選擇、 製冷機和設備的配置、 隔熱保温技術和控制技術等方面全方位加以考慮, 保證設計的最優化。再者由於船舶不斷變化的工作環, 使得其系統負荷的變動大, 變頻技術的使用能在系統中發揮最大的效用 ^[2]