Судовые холодильные установки рыбопромыслового флота

Судовые холодильные установки представляют собой важные компоненты судовых систем, предназначенные для обеспечения правильного температурного режима в грузовых и хранилищных помещениях судна. Они играют ключевую роль в поддержании качества и безопасности перевозимых товаров, особенно в тех случаях, когда речь идет о пищевых продуктах, медикаментах или других грузах, требующих специфических условий хранения.

Судовые холодильные установки могут работать на различных принципах, включая компрессионные, абсорбционные или термоэлектрические системы. В зависимости от типа судна, его назначения и характеристик перевозимого груза, выбирается соответствующий тип установки. Помимо этого, современные судовые холодильные системы обычно оборудуются средствами мониторинга и управления, что позволяет эффективно контролировать и поддерживать заданные температурные режимы во время всего периода перевозки.

Назначение холода на рыбопромысловых судах и способы его получения

Консервирующее действие холода и способы его получения. Свежедобытая рыба или продукт – рыбное филе при обычной температуре окружающего воздуха (особенно в летнее время) под влиянием бактерий и плесени быстро начинает разлагаться. Это приводит не только к утрате вкусовых качеств, но и к появлению ядовитых веществ, делающих эти продукты непригодными для употребления.

Сохранение рыбопродуктов при длительной транспортировке может быть осуществлено путем их охлаждения или замораживания. При охлаждении рыбопродукт доводят лишь до такой температуры (обычно плюс 2÷5 °С), при которой образующийся в клетках лед не вызывает их разрушения и клеточный сок остается жидким. Замораживание является более надежным средством консервирования рыбопродуктов. Однако оно часто сопровождается нарушением целостности клеток тканей продуктов крупными кристаллами льда и вследствие этого – потерей вкусовых и питательных качеств. Поэтому в настоящее время пользуются преимущественно методом «быстрого» замораживания (с температурой минус 30 °С), при котором в клетках создаются мелкие кристаллы и питательная ценность продукта не утрачивается.

На промысловых судах применяют два способа охлаждения:

• естественный;
• и искусственный.

В основу естественного способа положен процесс передачи теплоты от тела, имеющего более высокую температуру, к телу, имеющему более низкую температуру. Практически этот способ осуществляется путем пересыпки свежей рыбы дробленым льдом. Таяние льда сопровождается поглощением теплоты от окружающей среды (рыбы). При этом способе минусовые температуры получить невозможно, так как лед тает при 0 °С.

Более низкую температуру охлаждения получают с помощью льдосолевых смесей. При образовании смеси льда и соли лед тает, и одновременно растворяется соль. Эти два процесса протекают с поглощением большого количества теплоты и при низкой температуре. Например, если создать смесь из одной трети соли и двух третей льда (по весу) и этой смесью пересыпать рыбу, то температура таяния смеси может опуститься до минус 20 °С.

Существенный недостаток ледяного и льдосолевого способов охлаждения состоит в том, что невозможно поддержать устойчивую температуру и постоянную влажность охлажденной рыбы по мере таяния льда. Вместе с тем это является необходимым условием сохранения качества рыбопродукта.

Охлаждение рыбы с помощью льда используют только на мелких судах (малых траулерах, сейнерах), ведущих промысел вблизи берегов. На современных средних и больших траулерах, производственных и транспортных рефрижераторах применяют искусственное охлаждение, осуществляемое с помощью холодильных машин. Все холодильные машины основаны на принципе интенсивного поглощения теплоты при испарении жидкого хладагента.

Назначение и классификация холодильных установок. На рефрижераторных судах рыбной промышленности России холодильные установки выполняют следующие функции:

• замораживание рыбопродуктов;
• охлаждение добытой рыбы;
• охлаждение трюмов при транспортировке соленой и мороженой рыбопродукции;
• охлаждение провизионных камер;
• кондиционирование воздуха в жилых и служебных помещениях.

Современные холодильные установки по принципу действия подразделяются на три основные группы:

• компрессионные;
• абсорбционные;
• и пароэжекторные.

Абсорбционные и пароэжекторные установки вследствие неэкономичности и недостаточно низких конечных температур охлаждения не получили распространения на рыбопромысловых судах.

Принцип действия компрессионной холодильной установки. На рыбопромысловых рефрижераторных судах применяют преимущественно компрессионные холодильные установки. Они работают с постоянным количеством рабочего вещества (хладагента), способного испаряться при низких температурах.

Схема компрессионной холодильной установки показана на рис. 1, а.

Установка состоит из компрессора 5, конденсатора 4, испарителя 1 и терморегулирующего вентиля (ТРВ) 3. Компрессор 5 всасывает пары хладагента из испарителя 1 и сжимает их. При сжатии пары хладагента перегреваются и через нагнетательный клапан компрессора поступают в конденсатор 4. В конденсаторе перегретый пар охлаждается прокачиваемой забортной водой, конденсируется и в жидком состоянии поступает к терморегулирующему (или дроссельному) вентилю 3. Так как сечение ТРВ меньше, чем сечение трубопровода, то там происходит процесс дросселирования, и давление хладагента за вентилем уменьшается до давления в испарителе 1. В испарителе происходит интенсивное кипение. Поскольку процесс испарения всегда сопровождается поглощением теплоты, то пары хладагента отбирают теплоту от рыбы 2, находящейся в камере, охлаждая ее. Сами же пары нагреваются и отсасываются в компрессор. Затем процесс повторяется.

Таким образом, Рефрижерация, кондиционирование воздуха и вентиляцияхолодильная установка является как бы насосом, который «забирает» теплоту от рыбы и через конденсатор «отдает» ее забортной воде. На этот процесс «перекачки теплоты» затрачивается энергия электродвигателя, который приводит в движение компрессор.

На рис. 1, б в диаграмме Т-S изображен цикл компрессионной холодильной установки. В этом цикле линия 1-2 изображает процесс адиабатного сжатия паров хладагента в компрессоре, линия 2-3 (изотерма) – процесс отвода теплоты и конденсации паров в конденсаторе, линия 3-4 – дросселирование в ТРВ, линия 4-1 (изотерма) – испарение хладагента в испарителе.

• кипеть при низких температурах, а конденсироваться при положительных температурах;
• быть нейтральными к металлам и безвредными для обслуживающего персонала;
• не образовывать в смеси с воздухом взрывоопасных смесей;
• иметь низкую стоимость.

Отыскать хладагент, который удовлетворял бы всем этим требованиям, пока не удалось. Наиболее полно отвечают основным требованиям аммиак NH₃ и фреоны Ф-12, Ф-22, которые и получили наибольшее применение на рефрижераторных судах промыслового флота.

Схемы холодильных установок

Холодом условно называют теплоту, отнимаемую от охлаждаемого продукта. В зависимости от того, каким образом происходит охлаждение рыбопродукции в трюме, различают компрессионные холодильные установки с непосредственным, рассольным и воздушным охлаждением, а также системы смешанного охлаждения, представляющие собой сочетание воздушной системы с одной из первых двух.

Холодильная установка с непосредственным охлаждением обеспечивает отбор теплоты от рыбопродукта непосредственно циркулирующим хладагентом (см. рис. 1). В этой системе испаритель выполнен в виде охлаждающих батарей, которые установлены в рефрижераторных камерах.

Холодильная установка с рассольным охлаждением осуществляет перенос холода от холодильной машины к охлаждаемому помещению с помощью хладоносителя – рассола. Рассол представляет собой водный раствор поваренной соли NaCl или хлористого кальция CaCl₂. Характерной особенностью рассола является низкая температура замерзания (раствор CaCl₂ замерзает при минус 55 °С, NaCl – при минус 21 °С).

Схема холодильной установки с рассольным охлаждением показана на рис. 2.

Компрессор 1, приводимый в действие электродвигателем 2, всасывает пары хладагента из испарителя 5 и подает их в конденсатор 3. Из конденсатора жидкий хладагент через регулирующий вентиль 4 поступает в змеевики испарителя. В межтрубном пространстве испарителя циркулирует рассол. Хладагент, испаряясь, охлаждает рассол и в парообразном состоянии вновь засасывается компрессором, а охлажденный до рабочей температуры (минус 25-30 °С) рассол циркуляционным рассольным насосом 6 прогоняется через батареи 7, расположенные в охлаждаемом трюме 8. Проходя батареи, рассол отнимает теплоту от рыбопродукта и возвращается в испаритель для повторного охлаждения.

Для увеличения поверхности теплоотдачи змеевики батарей выполняют ребристыми.

Холодильная установка с воздушным охлаждением использует в качестве хладоносителя воздух. Так же как у ранее рассмотренных установок, путь хладагента (рис. 3) лежит через компрессор 1, конденсатор 2, ТРВ 3.

Роль испарителя в этом случае выполняет теплообменный аппарат 4, называемый воздухоохладителем. Циркуляция охлажденного воздуха по каналам 6 и через отверстия в ложном потолке 7 охлаждаемого трюма 8 осуществляется при помощи вентилятора 5.

Сравнение систем охлаждения позволяет выявить достоинства и недостатки каждой из них.

К достоинствам системы непосредственного испарения следует отнести:

• отсутствие промежуточного хладоносителя и связанных с ним испарителя, рассольного насоса и других элементов;
• возможность работы при более низких температурах кипения, что сокращает габарит и массу компрессоров.

Недостатки системы:

• опасность порчи продуктов в случае утечки хладагента из батарей непосредственного охлаждения;
• а также прекращение охлаждающего действия батарей сразу после остановки холодильной установки.

Достоинством системы рассольного охлаждения является возможность поддержания постоянной температуры в холодильных помещениях в перерывах между циклами работы машины с помощью холода, аккумулированного в рассоле вследствие его большой теплоемкости.

К недостаткам системы рассольного охлаждения следует отнести ее большую массу и габарит, а также коррозионное действие рассола на трубопроводы, что уменьшает срок службы установки.

Общий недостаток систем непосредственного и рассольного охлаждения – образование инея («снеговой шубы») на охлаждающих поверхностях змеевиков батарей вследствие выпадения влаги из охлажденного воздуха трюма, а также отсутствие возможности регулировать относительную влажность воздуха.

Наиболее приемлемой системой охлаждения следует признать рассольно-воздушную. При этом основной охлаждающей системой является рассольная, а воздушная система обеспечивает вентиляцию помещения и осушение воздуха.

Пароэжекторная холодильная установка в отличие от рассмотренных ранее не имеет компрессора, не содержит ядовитых и пахучих веществ и применяется для кондиционирования воздуха. Рабочим телом (хладагентом) в такой установке служит вода.

Схема пароэжекторной холодильной установки приведена на рис. 4.

Свежий пар из парового котла 1 поступает в сопло 2 парового эжектора 4. Скорость струи пара, выходящего из сопла, велика. Поэтому по законам истечения в камере смешения 3 создается разрежение, и пары хладагента (воды) отсасываются из змеевика испарителя 6. Другими словами, происходит явление, аналогичное всасывающему ходу компрессора в ранее рассмотренных установках. В камере 3 холодные пары воды из испарителя смешиваются с рабочим паром, выходящим из сопла. Смесь в результате соприкосновения с холодными трубками конденсатора 5, по которым прокачивается забортная вода, конденсируется и через регулирующий вентиль 7 поступает в испаритель. Часть воды, равная количеству рабочего пара, питательным насосом 8 возвращается в паровой котел.

Читайте также: Кондиционирование воздуха и холодильные системы на буксирных судах

Испарение воды в условиях вакуума в змеевике испарителя обеспечивает температуру окружающего воздуха примерно минус 15 °С. Такие холодильные установки недостаточно экономичны и поэтому для охлаждения рефрижераторных трюмов не применяются.

Принцип действия абсорбционной холодильной установки основан на свойстве воды интенсивно поглощать (абсорбировать) аммиак и на быстром выделении аммиака из раствора при нагревании.

Аммиачная абсорбционная холодильная установка не имеет компрессора, но для ее работы необходим источник теплоты.

Принципиальная схема абсорбционной холодильной установки приведена на рис. 5.

Установка состоит из генератора 1, конденсатора 3, ТРВ 4, испарителя 5, абсорбера (поглотителя) 8 и насоса 9. Через змеевик 2 генератора непрерывно пропускается греющий пар. В результате раствор аммиака в воде (нашатырный спирт), находящийся в генераторе, нагревается, и из него выделяются пары аммиака и пары воды. Пары поднимаются в верхнюю часть генератора, называемую ректификатором. К ректификатору подводится также насосом 9 концентрированный охлажденный раствор аммиака в воде, который, падая через решетки, распыливается и охлаждает движущиеся ему навстречу пары. Так как пары воды имеют более высокую температуру, чем пары аммиака (температура кипения воды выше), то в ректификаторе пары воды конденсируются. Таким образом происходит ректификация (обезвоживание) паров аммиака. Пары чистого аммиака направляются в конденсатор 3, где под действием циркулирующей забортной воды охлаждаются и выходят из конденсатора в виде жидкости. Далее аммиак проходит через ТРВ 4 в испаритель 5, где испаряется и отбирает теплоту у циркулирующего рассола, охлаждая его. Из испарителя парообразный аммиак поступает в абсорбер 8, где поглощается находящимся там слабо концентрированным водоаммиачным раствором. Ввиду того что при поглощении аммиака выделяется значительное количество теплоты, абсорбер 8 имеет змеевик, который прокачивается охлаждающей водой.

Концентрация раствора, содержащегося в генераторе, постоянно снижается, поэтому его перепускают через дроссельный клапан 2 в абсорбер, а более концентрированный водоаммиачный раствор, полученный в абсорбере, насосом 9 перекачивают через ректификатор в испаритель. Холодный рассол из испарителя 5 рассольным насосом 6 нагнетается в батареи охлаждающего помещения 7, а теплый рассол возвращается в испаритель для нового охлаждения.

К бесспорным преимуществам абсорбционной холодильной установки следует отнести почти полное отсутствие движущихся деталей и возможность использования энергии отработавшего пара и отходящих газов двигателей. Недостаток этих холодильных установок – низкая экономичность.

Льдогенераторы. Для получения искусственного водного льда на некоторых промысловых судах устанавливают льдогенераторы. Принципиальная схема наиболее распространенного льдогенератора показана на рис. 6.

Ремонт холодильного и технологического оборудования суднаЛьдогенератор состоит из барабана 3, установленного на двух опорах 1, и ванны 2, заполненной водой. Через внутреннюю полость барабана прокачивается холодный рассол. Уровень воды в ванне обеспечивает погружение барабана в воду на одну треть. При медленном вращении барабана (через редуктор от электродвигателя) на его поверхности будет образовываться слой льда, который скалывается скребком 4 и в виде чешуек 5 поступает на лоток 6.

Техника безопасности при эксплуатации холодильных установок. Согласно Правилам техники безопасности на судах флота рыбной промышленности России к эксплуатации холодильники установок предъявляют следующие требования:

• холодильные машины должны быть размещены в отдельном помещении, изолированном от холодильных камер;
• каждый работающий в одну смену в помещении аммиачной установки должен иметь специальный фильтрующий противогаз и два газонепроницаемых костюма, а в помещении фреоновой установки – шланговый или изолирующий противогаз, который следует проверять через каждые шесть месяцев;
• перед входом в помещение холодильной установки необходимо проверить, нет ли в ней скопления вредных газов;
• перед вскрытием или разборкой отдельных частей холодильной установки, работающей на аммиаке, предварительно произвести отсасывание газов хладагента с помощью компрессора (остаток аммиака отводится через спускной вентиль в ведро с водой);
• при внутреннем осмотре и ремонте машин и аппаратов разрешается пользоваться переносным освещением взрывобезопасного исполнения напряжением не более 12 В;
• при прорыве паров хладагента и заполнении ими машинного отделения личный состав, работающий в МО, должен немедленно надеть противогазы, включить искусственную вентиляцию, остановить компрессоры, перекрыть клапаны в системе хладагента, выяснить причину прорыва и принять меры для его ликвидации;
• аммиачная установка должна быть оборудована аварийным трубопроводом для выпуска хладагента в воду ниже ватерлинии.

Автор статьи

Виктор Свиридов

Судовой механик

Список литературы

1. Абдульманов X. А. Холодильная техника на судах рыбной промышленности. М., «Пищевая промышленность», 1970.
2. Акимов П. П. Силовые установки морских судов. М., «Транспорт», 1965.
3. Алексеев Г. Д., Карпович В. А. Энергетические установки промысловых судов. Л., «Судостроение», 1972.
4. Аристов Ю. К. Судовые вспомогательные механизмы. М., «Речной транспорт», 1959.
5. Богомольный А. Е. Судовые вспомогательные и рыбопромысловые механизмы. Л., «Судостроение», 1971.
6. Грузберг Я. Ю. Судовые паровые котлы. Л., «Судостроение», 1964,
7. Караев А. А. Энергетика судов будущего. Л., «Судостроение», 1967.
8. Карамушко Ф. Д. и др. Судовые вспомогательные механизмы и системы. М., «Транспорт», 1968.
9. Колесников О. Г. Судовые вспомогательные и холодильные установки. М., «Транспорт», 1967.
10. Конфедератов И. Я. Основы энергетики. М., «Просвещение», 1967.
11. Коршунов Л. П. Силовые установки рыбопромысловых судов. М., «Пищевая промышленность», 1967.
12. Кузовлев В. А. Техническая термодинамика. М., «Транспорт», 1964.
13. Петренко Л. Д. и др. Судовые энергетические установки, вспомогательные и рыбопромысловые механизмы. Л., «Судостроение», 1971.
14. Соловьев Е. М. Пособие мотористу рыбопромыслового судна. М., «Пищевая промышленность», 1966.
15. Соловьев Е. М. Пособие мотористу крупнотоннажного судна рыбопромыслового флота. М., «Пищевая промышленность», 1971.
16. Туркин А. А. Вспомогательные механизмы и технологические холодильные установки промысловых судов. Л., «Судостроение», 1966.