加工漁船制冷系統(tǒng)冷凝器液位控制故障研究

王玲

【摘 要】為提高速凍量，漁船將平板速凍系統(tǒng)改裝上船。但新的問(wèn)題是，在環(huán)境惡劣的條件下作業(yè)時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)因船體橫傾時(shí)冷凝器液位變動(dòng)而無(wú)法正常工作、壓縮機(jī)潤(rùn)滑油油溫過(guò)高、排氣壓力過(guò)高而頻繁停機(jī)。本文對(duì)漁船速凍系統(tǒng)存在的問(wèn)題和安全隱患進(jìn)行分析和研究。分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致一系列故障的直接原因是浮球閥無(wú)法保證冷凝器的正常液位。結(jié)合漁船的實(shí)際情況，作者提出幾條排除故障的解決方案，逐條分析各方案的可行性和經(jīng)濟(jì)性。依據(jù)分析結(jié)果，對(duì)液位控制系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單改裝，由壓力繼電器取代了浮球閥，成功實(shí)現(xiàn)對(duì)冷凝器液位的有效控制。經(jīng)過(guò)1年左右的運(yùn)行實(shí)踐，改裝后的制冷系統(tǒng)不僅排除了液位控制的故障和隱患，還簡(jiǎn)化了對(duì)此系統(tǒng)的管理程序，而且每天的速凍量比原來(lái)增加約3.5%。

【關(guān)鍵詞】加工漁船；平板速凍系統(tǒng)；冷凝器；液位自動(dòng)控制

【Abstract】Plate quick-freezing system is installed on fishing boats in order to increase their refrigerating capacity.There would be some new troubles with the complicated，abominable working environments of drawlers，such as the refrigerating system is out of work because of the ship swaying， auto-stop troubles with over-heated oil temperature or high delivery pressure.After theoretical analysis found，the abnormal level auto-controlled by ball float valve was the direct reason.According to the drawlers condition，independent plate quick-freezing system and its common and potential safety problems are analyzed firstly，solutions was proposed and analyzed about the questions in turn.The questions are treated by a simple improvement on the system in question based on the best solution，and the level controller，ball float valve is changed by a pressure relay.Improved quick-freezing system overcomes potential problems，simplifies management，and the frozen goods per day increased to about 3.5% in one year.

【Key words】Drawlers；Plate Quick-Freezing System；Condenser；Liquid level Auto-Controlling

由于平板速凍系統(tǒng)中的蒸發(fā)器直接與冷凍食品接觸，具有凍結(jié)速度快[1]、效率高、耗電省、衛(wèi)生條件好、空間范圍小等優(yōu)點(diǎn)，近多年來(lái)平板速凍系統(tǒng)在大型加工漁船上得到了普遍的使用（對(duì)于一些老式的漁船，正如文獻(xiàn)[2]所述，其速凍系統(tǒng)多數(shù)是經(jīng)過(guò)改造后安裝上去的）。這樣在冷凍漁獲物的同時(shí)，還能較大限度地減少漁品的干耗，確保其新鮮度[3]。為提高經(jīng)濟(jì)效益，幾年前由船廠將平板速凍系統(tǒng)改裝到拖網(wǎng)漁船上，預(yù)期日加工量120噸。漁船作業(yè)的海域北到白令海，南達(dá)智利外海及新西蘭海域，船在此海域內(nèi)作業(yè)時(shí)常常會(huì)遇到冰雪風(fēng)浪天氣。在這種作業(yè)環(huán)境下，改裝上船的速凍系統(tǒng)常常因船舶左右側(cè)傾而不能正常工作，還會(huì)出現(xiàn)滑油油溫過(guò)高或排氣壓力過(guò)高而頻繁停機(jī)等故障。

本研究針對(duì)此系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題及存在的潛在隱患[4]，結(jié)合漁舶的實(shí)際工作環(huán)境提出并分析解決方案，排除故障。

1 平板速凍系統(tǒng)及其在漁船作業(yè)中存在的問(wèn)題

1.1 漁船平板速凍系統(tǒng)簡(jiǎn)介

在漁船上，除了主要用于冷藏加工速凍、冷藏和主要用于魚粉儲(chǔ)存的空調(diào)裝置之外，也有正常的伙食冷藏、生活用空調(diào)冷卻系統(tǒng)。其中，速凍系統(tǒng)是由液泵供液[5]的獨(dú)立平板式、自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的示意圖見圖1，其主要組成設(shè)備有螺桿式制冷壓縮機(jī)、臥式殼管式冷凝器（兼作貯液器，橫向安裝在該船上）、低壓循環(huán)筒、離心式液泵、熱力膨脹閥、蒸發(fā)器（獨(dú)立平板式）。此系統(tǒng)與船舶伙食冷庫(kù)及漁船典型制冷裝置均有不同之處：由于使用了液壓平板蒸發(fā)器及離心式液泵強(qiáng)制供液，即蒸發(fā)器的供液是靠液泵強(qiáng)制供給低溫液體制冷劑，漁獲物在2h內(nèi)即可冷凍至-18℃；在壓縮機(jī)前設(shè)置熱力膨脹閥，將來(lái)自冷凝器的常溫高壓液體制冷劑節(jié)流降溫降壓后供入壓縮機(jī)的壓縮室，其溫包放在壓縮機(jī)的出口管路感受壓縮機(jī)出口油氣的溫度。即用壓縮機(jī)的排氣溫度控制冷卻滑油的制冷劑量（熱力膨脹閥的開度大?。?，從而既冷卻了油氣混合物又不影響壓縮機(jī)的吸氣。

1.2 平板速凍系統(tǒng)在漁船上運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題

自從將該系統(tǒng)裝上船之后，一直就存在如下問(wèn)題：在運(yùn)行中，常常因風(fēng)浪等原因致使船舶稍有橫傾時(shí)系統(tǒng)就不能正常工作；或因潤(rùn)滑油油溫過(guò)高或因排氣壓力過(guò)高而頻繁出現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)性突然停機(jī)等故障。

1.3 漁船作業(yè)時(shí)平板速凍系統(tǒng)存在的潛在隱患

上述速系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題不僅影響了船舶的正常加工生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)效益，而且對(duì)設(shè)備的安全帶來(lái)較大隱患，其主要危害大致有以下幾點(diǎn)：由于頻繁出現(xiàn)壓縮機(jī)潤(rùn)滑油溫度過(guò)高，會(huì)對(duì)油質(zhì)及壓縮機(jī)的冷卻、潤(rùn)滑產(chǎn)生非常不利的影響，嚴(yán)重時(shí)還將導(dǎo)致機(jī)器的嚴(yán)重?fù)p壞；壓縮機(jī)的排氣壓力頻繁出現(xiàn)過(guò)高情況，會(huì)使壓縮機(jī)的電機(jī)頻繁超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而降低其使用壽命；突然停機(jī)事故頻繁發(fā)生，對(duì)船舶電網(wǎng)造成頻繁沖擊。

2 問(wèn)題分析與解決

2.1 問(wèn)題及隱患分析

結(jié)合螺桿式制冷壓縮機(jī)[6]制冷原理，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面、細(xì)致的研究和分析發(fā)現(xiàn)，在船舶橫向擺動(dòng)較大時(shí)，冷凝器內(nèi)的液位會(huì)發(fā)生較大變化。

當(dāng)冷凝器中制冷劑的液位過(guò)低時(shí)，會(huì)使滑油分離器中的滑油因缺少冷劑的冷卻而導(dǎo)致滑油高溫。這是因?yàn)椋寒?dāng)船舶橫傾向浮球閥一側(cè)時(shí)，更多制冷劑被浮球閥控制的氣動(dòng)供液閥供到了低壓循環(huán)和筒內(nèi)，尤其是橫向傾斜較大時(shí)，冷凝器內(nèi)幾乎全部液體都被供往低壓循環(huán)筒，導(dǎo)致冷卻油的供液管路缺液甚至無(wú)液可供，這種情況常常發(fā)生。這就要求該系統(tǒng)冷凝器內(nèi)必須保持足夠的液位，才可保證有足夠的冷劑冷卻滑油。

當(dāng)冷凝器中冷劑的液位過(guò)高時(shí)，導(dǎo)致了冷凝器的有效冷卻面積不足而造成了壓縮機(jī)的排氣壓力過(guò)高。這是因?yàn)椋寒?dāng)船橫傾向浮球閥的相對(duì)一側(cè)時(shí)，更多的冷劑在浮球閥液位的控制作用下不能被供往低壓循環(huán)筒。

在此速凍系統(tǒng)中，冷凝器中制冷劑的液位是通過(guò)浮球閥間接控制的（見圖1所示），由于該系統(tǒng)是用液泵供液（速凍制冷系統(tǒng)一般都采用液泵供液[8-9]方式），工作中冷凝器的液位靠浮球閥控制在1/3（冷凝器高度）左右，若液位高于浮球閥控制的液位時(shí)，則會(huì)通過(guò)氣動(dòng)閥控制使多余的液態(tài)冷劑供至低壓循環(huán)筒；當(dāng)液位低于浮球閥控制的液位時(shí)，氣動(dòng)閥停止向低壓循環(huán)筒供液。照此液位控制原理，由于圖1中的臥式冷凝器是被橫向安裝于船上的，工作中只要系統(tǒng)無(wú)異常漏泄等原因，當(dāng)船舶沒有較大橫傾時(shí)，浮球閥能夠?qū)⑵淅淠鞯囊何缓芎玫乜刂圃谶m當(dāng)水平，冷凝器中的液態(tài)冷劑一般無(wú)須額外添加即可正常循環(huán)。但當(dāng)船舶側(cè)傾較大時(shí)就明顯失去控制：當(dāng)船舶向左側(cè)傾時(shí)會(huì)使其實(shí)際液位偏低；船舶向右側(cè)傾時(shí)則液位偏高，嚴(yán)重時(shí)則自動(dòng)控制完全失靈。而船舶航行在風(fēng)浪較大的復(fù)雜水域時(shí)，船體大幅頻繁搖擺的側(cè)傾工況是經(jīng)常的事，且無(wú)法立即找正。

綜上所述，速凍系統(tǒng)出現(xiàn)以上問(wèn)題的直接原因是由于冷凝器中液位無(wú)法正?？刂贫鴮?dǎo)致的。

2.2 解決方案與分析

結(jié)合上述分析，需要采取合理措施使冷凝器液位控制方式不受或少受船舶側(cè)傾的影響。可考慮如下方案：

方案一：把原來(lái)橫向安裝的冷凝器改為縱向安裝。裝船時(shí)冷凝器是朝左右舷方向安裝的，因臥式冷凝器長(zhǎng)徑比較大，而船體的長(zhǎng)寬比也較大，可以考慮縱向安裝情況。

方案二：把原來(lái)偏左側(cè)安裝的浮球閥改接到冷凝器的中部，且上、下接管縱向安裝，即浮球閥的上腔用管子接到冷凝器的中部上腔，浮球閥的下腔用管子接到冷凝器的中部下腔。

方案三：把原來(lái)的臥式冷凝器改為立式安裝的冷凝器。

方案四：在原來(lái)的冷凝器下方另外安裝一適量容積的立式圓柱形貯液器，原浮球閥改接到該貯液器處以控制其液位。

方案一操作起來(lái)工程量較大，而且當(dāng)船舶縱傾較大時(shí)液位控制也會(huì)出現(xiàn)同樣的問(wèn)題，控制不夠準(zhǔn)確；方案二的工程量雖小，但當(dāng)船舶側(cè)傾較大時(shí)其液位控制未必能精確實(shí)現(xiàn)；方案三的工程量也較大；方案四工程量較大但它的控制結(jié)果會(huì)更好些，而且工作會(huì)更可靠。

結(jié)合船上實(shí)際，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的分析發(fā)現(xiàn)：船上并沒有合適的壓力容器可以用來(lái)做貯液器，方案四需要等待廠修方可，這會(huì)影響船舶正常的生產(chǎn)。為此必須進(jìn)一步分析冷凝器的液位控制原理以解決問(wèn)題。

根據(jù)制冷系統(tǒng)的日常管理和要求，從冷凝器冷卻原理和具體使用情況分析，兼作貯液器的冷凝器其液位與冷凝壓力有一定的關(guān)系：在其它條件不變的情況下，液位高（則有效的冷卻面積小，冷卻效果差）則冷凝壓力高，液位低（有效的冷卻面積增大，冷卻效果好）則冷凝壓力低。即冷凝壓力的高低與冷凝器內(nèi)液位的高低有同向變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如果能把冷凝壓力控制在一定范圍內(nèi)，那么液位也就可以被控制在相應(yīng)的范圍內(nèi)。為此可以考慮將此冷凝器液位的位置控制方式改為壓力控制方式，設(shè)計(jì)方案五。

方案五：圖2所示，對(duì)于冷凝壓力的高低，可以通過(guò)高低壓力繼電器去控制電磁閥開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)（在圖1中，該電磁閥是在系統(tǒng)工作時(shí)它即得電開啟的）。當(dāng)冷凝壓力達(dá)到上限時(shí)壓力繼電器控制接通電磁閥的電路，氣動(dòng)供液閥打開，開始向低壓循環(huán)筒內(nèi)供液，這樣冷凝器的液位下降，壓力降低；當(dāng)壓力降到下限時(shí)，壓力繼電器控制斷開電磁閥的電路，氣動(dòng)供液閥關(guān)閉，停止向循環(huán)筒內(nèi)供液，于是冷凝器的液位逐漸會(huì)上升，直到升至上限為止，如此反復(fù)循環(huán)，只要將壓力繼電器的幅差調(diào)至適當(dāng)范圍，就能把液位控制在所需要的范圍之內(nèi)。

參照文獻(xiàn)[10]，經(jīng)過(guò)計(jì)算，在漁船上很容易找到符合要求的壓力繼電器。因此方案五就很容易實(shí)現(xiàn)：將原來(lái)用的浮球閥控制的模式改為用壓力繼電器控制的模式，而且工程量很小，只需要安裝一個(gè)壓力繼電器，并拆除原來(lái)的浮球閥即可。當(dāng)然，前提是外界冷卻狀況不變：在冷卻器換熱良好、冷卻水量穩(wěn)定時(shí)，就只需根據(jù)冷卻海水溫度的變化（隨漁區(qū)、季節(jié)的變化而變化），適當(dāng)調(diào)節(jié)壓力繼電器的設(shè)定值即可。本速凍系統(tǒng)通過(guò)上述改裝之后，原來(lái)圖1中只受壓縮機(jī)控制的電磁閥，同時(shí)還要受到來(lái)自壓力開關(guān)的聯(lián)動(dòng)控制（串聯(lián)控制）。

2.3 改裝后的速凍系統(tǒng)運(yùn)行情況

通過(guò)近1年的運(yùn)行，經(jīng)方案五改裝后的壓力繼電器能夠很好地控制冷凝器的液位，從而保證了速凍系統(tǒng)的正常工作：由于冷凝器的液位是受壓力控制的，其控制結(jié)果不受船舶擺動(dòng)狀態(tài)的影響，不但日加工能力有了明顯提高，一天可比原來(lái)多凍約3.5%的魚貨，而且也避免了頻繁停機(jī)故障和相關(guān)危害的發(fā)生。

3 結(jié)論

通過(guò)日常的操作管理和對(duì)制冷系統(tǒng)的理論分析，結(jié)合船舶的實(shí)際工作情況，將平板速凍系統(tǒng)中冷凝器的液位控制由浮球閥控制（雙位式）改成了由壓力繼電器控制（壓力式）的液位控制系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)1年左右的運(yùn)行實(shí)踐證明： 在船上用壓力控制冷凝器液位比用位置控制其液位更加合理，改裝后的冷凝器液位控制系統(tǒng)，運(yùn)行時(shí)不再受船舶擺動(dòng)狀態(tài)的影響，并提高了它的加工能力，一天可比原來(lái)多凍約3.5%的魚貨；徹底解決了原來(lái)的設(shè)備安全隱患和故障，大大減輕了值班人員的管理負(fù)擔(dān)；為船舶速凍系統(tǒng)的改造節(jié)省了昂貴的修理費(fèi)用。

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[責(zé)任編輯：湯靜]