加工渔船制冷系统冷凝器液位控制故障研究

　　【摘 要】为提高速冻量，渔船将平板速冻系统改装上船。但新的问题是，在环境恶劣的条件下作业时，该系统会因船体横倾时冷凝器液位变动而无法正常工作、压缩机润滑油油温过高、排气压力过高而频繁停机。本文对渔船速冻系统存在的问题和安全隐患进行分析和研究。分析发现，导致一系列故障的直接原因是浮球阀无法保证冷凝器的正常液位。结合渔船的实际情况，作者提出几条排除故障的解决方案，逐条分析各方案的可行性和经济性。依据分析结果，对液位控制系统进行了简单改装，由压力继电器取代了浮球阀，成功实现对冷凝器液位的有效控制。经过 1年左右的运行实践，改装后的制冷系统不仅排除了液位控制的故障和隐患，还简化了对此系统的管理程序，而且每天的速冻量比原来增加约 3.5%.

　　

　　【关 键 词】加工渔船；平板速冻系统；冷凝器；液位自动控制

　　

　　由于平板速冻系统中的蒸发器直接与冷冻食品接触，具有冻结速度快[1]、效率高、耗电省、卫生条件好、空间范围小等优点，近多年来平板速冻系统在大型加工渔船上得到了普遍的使用（对于一些老式的渔船，正 如 文 献[2]所 述，其 速 冻 系 统 多 数 是 经 过 改 造 后 安 装 上 去的）。这样在冷冻渔获物的同时，还能较大限度地减少渔品的干耗，确保其新鲜度[3].为提高经济效益，几年前由船厂将平板速冻系统改装到拖网渔船上，预期日加工量120吨。渔船作业的海域北到白令海，南达智利外海及新西兰海域，船在此海域内作业时常常会遇到冰雪风浪天气。在这种作业环境下，改装上船的速冻系统常常因船舶左右侧倾而不能正常工作，还会出现滑油油温过高或排气压力过高而频繁停机等故障。

　　

　　本研究针对此系统中经常出现的问题及存在的潜在隐患[4],结 合 渔舶 的 实 际 工 作 环 境 提 出 并 分 析 解 决 方 案，排 除 故 障。

　　

　　1 平板速冻系统及其在渔船作业中存在的问题

　　

　　1.1渔船平板速冻系统简介

　　

　　在渔船上，除了主要用于冷藏加工速冻、冷藏和主要用于鱼粉储存 的 空 调 装 置 之 外，也 有 正 常 的 伙 食 冷 藏、生 活 用 空 调 冷 却 系 统。其 中，速 冻 系 统 是 由 液 泵 供 液[5]的 独 立 平 板 式、自 动 控 制 系统，该系统的示意图见图1,其主要组成设备有螺杆式制冷 压 缩 机、卧 式 壳管 式冷 凝 器（兼 作 贮 液 器，横向安装在该船上）、低压循环筒、离心式液泵、热力膨胀阀、蒸发器（独立平板式）。此系统与船舶伙食冷库及渔船典型制冷装置均有不同之处：由于使用了液压平板蒸发器及离心式液泵强制供液，即蒸发器的供液是靠液泵强 制 供 给 低 温 液体制冷剂，渔获物在2h内即可冷冻至-18℃；在压缩机前设置热力膨胀阀，将来自冷凝器的常温高压液体制冷剂节流降温降 压 后 供 入 压缩机的压 缩室，其温包放在压缩机的出口管路感受压缩机出口油气的温度。即用压缩机的排气温度控制冷却滑油的制冷剂量（热力膨胀阀的开度大小），从而既冷却了油气混合物又不影响压缩机的吸气。

　　

　　

　　

　　1.2平板速冻系统在渔船上运行时出现的问题

　　

　　自从将该系统装上船之后，一直就存在如下问题：在运行中，常常因风浪等原因致使船舶稍有横倾时系统就不能正常工作；或因润滑油油温过高或因排气压力过高而频繁出现自动保护性突然停机等故障。

　　

　　1.3渔船作业时平板速冻系统存在的潜在隐患

　　

　　上述速系统出现的问题不仅影响了船舶的正常加工生产，降低了生产效益，而且对设备的安全带来较大隐患，其主要危害大致有以下几点：由于频繁出现压缩机润滑油温度过高，会对油质及压缩机的冷却、润滑产生非常不利的影响，严重时还将导致机器的严重损坏；压缩机的排气压力频繁出现过高情况，会使压缩机的电机频繁超负荷运转，进而降低其使用寿命；突然停机事故频繁发生，对船舶电网造成频繁冲击。

　　

　　2 问题分析与解决

　　

　　2.1问题及隐患分析

　　

　　结合螺杆式制冷压缩机[6]制冷原理，通过对系统进行全面、细致的研究和分析发现，在船舶横向摆动较大时，冷凝器内的液位会发生较大变化。

　　

　　当冷凝器中制冷剂的液位过低时，会使滑油分离器中的滑油因缺少冷剂的冷却而导致滑油高温。这是因为：当船舶横倾向浮球阀一侧时，更多制冷剂被浮球阀控制的气动供液阀供到了低压循环和筒内，尤其是横向倾斜较大时，冷凝器内几乎全部液体都被供往低压循环筒，导致冷却油的供液管路缺液甚至无液可供，这种情况常常发生。这就要求该系统冷凝器内必须保持足够的液位，才可保证有足够的冷剂冷却滑油。

　　

　　当冷凝器中冷剂的液位过高时，导致了冷凝器的有效冷却面积不足而造成了压缩机的排气压力过高。这是因为：当船横倾向浮球阀的相对一侧时，更多的冷剂在浮球阀液位的控制作用下不能被供往低压循环筒。

　　

　　在此速冻系统中，冷凝器中制冷剂的液位是通过浮球阀间接控制的（见图1所示），由于该系统是用液泵供液（速冻制冷系统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阀控制在1/3（冷凝器高度）左右，若液位高于浮球阀控制的液位时，则会通过气动阀控制使多余的液态冷剂供至低压循环筒；当液位低于浮球阀控制的液位时，气动阀停止向低压循环筒供液。照此液位控制原理，由于图1中的卧式冷凝器是被横向安装于船上的，工作中只要系统无异常漏泄等原因，当船舶没有较大横倾时，浮球阀能够将其冷凝器的液位很好地控制在适当水平，冷凝器中的液态冷剂一般无须额外添加即可正常循环。但当船舶侧倾较大时就明显失去控制：当船舶向左侧倾时会使其实际液位偏低；船舶向右侧倾时则液位偏高，严重时则自动控制完全失灵。而船舶航行在风浪较大的复杂水域时，船体大幅频繁摇摆的侧倾工况是经常的事，且无法立即找正。

　　

　　综上所述，速冻系统出现以上问题的直接原因是由于冷凝器中液位无法正常控制而导致的。

　　

　　2.2解决方案

　　

　　与分析结合上述分析，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侧倾的影响。可考虑如下方案：

　　

　　方案一：把原来横向安装的冷凝器改为纵向安装。装船时冷凝器是朝左右舷方向安装的，因卧式冷凝器长径比较大，而船体的长宽比也较大，可以考虑纵向安装情况。

　　

　　方案二：把原来偏左侧安装的浮球阀改接到冷凝器的中部，且上、下接管纵向安装，即浮球阀的上腔用管子接到冷凝器的中部上腔，浮球阀的下腔用管子接到冷凝器的中部下腔。

　　

　　方案三：把原来的卧式冷凝器改为立式安装的冷凝器。

　　

　　方案四：在原来的冷凝器下方另外安装一适量容积的立式圆柱形贮液器，原浮球阀改接到该贮液器处以控制其液位。

　　

　　方案一操作起来工程量较大，而且当船舶纵倾较大时液位控制也会出现同样的问题，控制不够准确；方案二的工程量虽小，但当船舶侧倾较大时其液位控制未必能精确实现；方案三的工程量也较大；方案四工程量较大但它的控制结果会更好些，而且工作会更可靠。

　　

　　结合船上实际，经过进一步的分析发现：船上并没有合适的压力容器可以用来做贮液器，方案四需要等待厂修方可，这会影响船舶正常的生产。为此必须进一步分析冷凝器的液位控制原理以解决问题。

　　

　　根据制冷系统的日常管理和要求，从冷凝器冷却原理和具体使用情况分析，兼作贮液器的冷凝器其液位与冷凝压力有一定的关系：在其它条件不变的情况下，液位高（则有效的冷却面积小，冷却效果差）则冷凝压力高，液位低（有效的冷却面积增大，冷却效果好）则冷凝压力低。即冷凝压力的高低与冷凝器内液位的高低有同向变化的对应关系。如果能把冷凝压力控制在一定范围内，那么液位也就可以被控制在相应的范围内。为此可以考虑将此冷凝器液位的位置控制方式改为压力控制方式，设计方案五。

　　

　　方案五：

　　

　　图2所示，对于冷凝压力的高低，可以通过高低压力继电器去控制电磁阀开关来实现（在图1中，该电磁阀是在系统工作时它即得电开启的）。当冷凝压力达到上限时压力继电器控制接通电磁阀的电路，气动供液阀打开，开始向低压循环筒内供液，这样冷凝器的液位下降，压力降低；当压力降到下限时，压力继电器控制断开电磁阀的电路，气动供液阀关闭，停止向循环筒内供液，于是冷凝器的液位逐渐会上升，直到升至上限为止，如此反复循环，只要将压力继电器的幅差调至适当范围，就能把液位控制在所需要的范围之内。

　　

　　

　　参照文献[10],经过计算，在渔船上很容易找到符合要求的压力继电器。因此方案五就很容易实现：将原来用的浮球阀控制的模式改为用压力继电器控制的模式，而且工程量很小，只需要安装一个压力继电器，并拆除原来的浮球阀即可。当然，前提是外界冷却状况不变：在冷却器换热良好、冷却水量稳定时，就只需根据冷却海水温度的变化（随渔区、季节的变化而变化），适当调节压力继电器的设定值即可。本速冻系统通过上述改装之后，原来图1中只受压缩机控制的电磁阀，同时还要受到来自压力开关的联动控制（串联控制）。

　　

　　2.3改装后的速冻系统运行情况

　　

　　通过近1年的运行，经方案五改装后的压力继电器能够很好地控制冷凝器的液位，从而保证了速冻系统的正常工作：由于冷凝器的液位是受压力控制的，其控制结果不受船舶摆动状态的影响，不但日加工能力有了明显提高，一天可比原来多冻约3.5%的鱼货，而且也避免了频繁停机故障和相关危害的发生。

　　

　　3 结论

　　

　　通过日常的操作管理和对制冷系统的理论分析，结合船舶的实际工作情况，将平板速冻系统中冷凝器的液位控制由浮球阀控制（双位式）改成了由压力继电器控制（压力式）的液位控制系统，经过1年左右的运行实践证明：在船上用压力控制冷凝器液位比用位置控制其液位更加合理，改装后的冷凝器液位控制系统，运行时不再受船舶摆动状态的影响，并提高了它的加工能力，一天可比原来多冻约3.5%的鱼货；彻底解决了原来的设备安全隐患和故障，大大减轻了值班人员的管理负担；为船舶速冻系统的改造节省了昂贵的修理费用。

　　

　　【参考文献】

　　

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　　[2]朱 宝江，王 洪清，王 秀芳。拖网加工渔船制冷系统改装设计[C]//大 连国际海事技术交流会论文集（第一卷）。大连：国际船艇，2004:286-289.

　　[3]张洪杰，于刚，杨少玲，等。船上液氮速冻技术对金枪鱼保鲜质量的影响[J].广东农业科学，2014（04）；122-125,135.

　　[4]侍孝虎。制冷系统隐性故障分析[J].常州信息职业技术学院学报，2014（03）：43-45.

　　[5]徐 泽智，李宪光，李来好，等 .水产品平板速冻机供液方式的节能改进[J]. 制冷， 2008（01）：37-39

　　[6]陈 文卿，沈九兵，邢子文 .国内螺杆式制冷压缩机行业现状与发展趋势[J].制冷与空调，2012,12（2）：90-94.

　　[7]中国海事服务中心。船舶辅机[M].大连：大连海事大学出版社，2012:443-445.

　　[8]胡春娥，黎少楠。液泵供液式氨制冷系统的自动化改造[J].制 冷，2005,24（1）：61-65.

　　[9]柳建华。制冷空调装置安装操作与维修[M].北京：中国商业出版社，1997:5-7.

　　[10]候 佐岗，程有凯，李刚，等 .制冷装置的冷凝压力和蒸发压力的自动 调节与自动保护分析[J].大连大学学报，2006,27（2）：39-42.