桁拖漁船船載超低溫冷凍系統改裝

崔雪亮，王貴彪，鄭斌，張小軍，韓悅，萬會發，許丹

(1.浙江省海洋水產研究所，浙江 舟山 316021；2.浙江海洋大學，浙江 舟山 316021)

為保障我國近海漁業資源的可持續發展，各級主管部門出臺了一系列相關措施，在宏觀角度對我國漁業經濟區捕撈產能和產量進行了科學調控，海洋捕撈產量從2011年1 579.95萬t減少到2015年的1 314.8萬t，保持著穩中略降的態勢。隨著近海漁業資源的衰竭，漁船作業周期的變長，制冷要求增高，而傳統的冰鮮、冷海水保鮮和冷藏保鮮方式的保鮮期一般不超過2周，其中冰鮮與冷海水保鮮方式的保鮮期僅約1周左右，較短的儲藏期僅適用于國內漁船短周期作業，難以滿足現有需求。盡管船載超低溫保鮮技術已經在遠洋漁船上得到廣泛的應用。而國內關于漁船制冷技術的研究報道較少，有研究根據桁桿拖網漁船冷藏魚艙的實際布置和裝載情況，對比研究蒸發盤管總長不變的情況下分別布置在魚艙頂部、側壁以及頂部與側壁3 種方式下的制冷效果。由于超低溫技術在國內漁船的適用性以及漁民觀念和捕魚方式等問題，使得超低溫制冷技術在近海漁船上并沒有得到推廣。為解決超低溫制冷系統在船型上的適用性以及溫度對漁貨品質變化等問題，考慮對某近海桁拖漁船的制冷系統進行改裝和設計優化，分析實船作業狀態下漁貨品質在傳統制冷系統和超低溫制冷系統下的變化。

1 系統改裝思路

1.1 目標船基本資料

目標船為鋼質、單甲板、單底、單槳、單舵、艉機型、橫骨架結構、電焊焊接式機動桁拖漁船，主要技術參數見表1。

表1 船型主要技術參數

1.2 目標船改動項

根據使用需求，對該船進行冷藏功能改裝升級，見圖1～3。

圖1 凍結間改裝前后對比

圖2 冷藏間改裝前后對比

圖3 機艙制冷機改裝前后對比

改動如下。

1)將#30～#40原魚艙改為冷藏魚艙，凈容量67.50 m。

2)將#47～#57原魚艙改為冷藏魚艙，凈容量65.40 m。

3)將#40～#47原魚艙改為左舷冷藏魚艙，凈容量14.73 m，右舷凍結間，凈容量14.73 m。

4)機艙內增加4臺制冷機及超低溫制冷系統1套。

1.3 船體

改動后空船重量重心，見表2。

從表2可見，試驗船改裝后重心及空船重量與原空船狀態比較，穩性能滿足《規則》對近海航區桁拖漁船的要求，船舶航行安全平穩。

表2 空船重量重心參數

1.4 輪機

1)冷藏魚艙及凍結間傳入熱量(滲透熱)為

=··△

(1)

式中：為傳熱系數，kJ/m·h·℃；為傳熱面積，m；△為傳熱溫差，℃。

各數據取值見表3。

表3 冷藏魚艙及凍結間傳入熱量參數

2)凍結貨物熱為

(2)

式中:為兩凍結間的裝魚量，取一次凍魚量為=500 kg；為魚體初溫時的熱焓，設進凍初溫28 ℃，=364.01 kJ/kg；為魚體凍結終溫時的熱焓，當終溫為-45 ℃，=0；為凍結時間，每12 h一凍，一日兩凍,=12 h。計得

=3 625 kcal/h=15 174.25 kJ/h。

1.5 凍結間

凍結間風機熱量為

(3)

式中：為風機軸功率，實選0.37 kW風機2臺，每臺軸功率分別為0.26 kW；為電機效率，=0.85。

計算分析出、、后，由=115計算冷凍壓縮機制冷量，1=++計算全船最大熱負荷(凍結間供冷工況)。由此確定本船制冷系統采用雙級壓縮式制冷，制冷機型號為BRC10Z4-48.5E(3臺)和BFC16DS6-31.8E(1臺)；冷藏魚艙制冷工質為R404A，凍結間制冷工質為R507A；用自動膨脹閥節流直接蒸發方式制冷，手動膨脹閥節流直接蒸發作為備用。冷藏魚艙采用成品厚度大于12 cm庫板搭建而成。#1#3冷藏魚艙的設計溫度為-18 ℃左右，#2冷藏魚艙的設計溫度為-28℃左右，3艙可冷藏魚貨50 t左右。凍結庫采用成品厚度大于15 cm庫板搭建而成，設計溫度為-45 ℃左右，每次凍結魚貨物1.0 t左右，1日2凍，凍結間日凍結能力為2.0 t。該設計完全滿足現有漁船的生產加工和儲藏量。未采用傳統的R22作為冷媒介質，而是使用最新的R404A和R507A作為冷媒介質，是更加具有環保節能性。

1.6 電氣設計

共設2臺40 kW發電機作為船舶主電源，供應全船用電，一臺主機驅動，一臺輔機驅動，保證全船電網連續性。其中主機軸帶發電機可獨立供應一整套制冷設備和通風系統供電，與主配電板通過轉換開關分開使用，充分利用主機軸帶發電機，可以更有效節約燃油成本。系統具有完善的保護措施，制冷機設有報警與停機保護裝置。在冷藏魚艙中，設壓力式溫度計以遙測艙溫，還設有人員被關封報警呼叫按鈕，保證制冷過程中工作人員的安全。

2 超低溫冷凍漁船成效

2.1 制冷效果對比

針對于桁桿拖蝦作業漁船，通過安裝超低溫制冷設備后，其有效保溫溫度在-18 ℃、-25 ℃和-45 ℃。其中-25 ℃和-45 ℃比以前漁船制冷冷藏最低溫度-18 ℃還要低得多，其食品儲藏周期由原來的最長2周提高到了1個月以上，完全適應現在15～45 d/航次的作業周期。

2.2 漁獲品質對比

在經歷30 d超低溫冷凍海捕蝦貯藏期試驗，分別進行了傳統的0 ℃冰鮮冷藏和課題最新的-25 ℃深凍貯藏、-45 ℃超低溫貯藏，實驗結果見圖4。

圖4 不同溫度下海捕蝦品質對比分析

隨著時間的延長，在0 ℃貯藏期間，海捕蝦的值顯著上升，15 d時超過40%，達到不新鮮的狀態。而在-25和-45 ℃貯藏期間，值變化趨勢較穩定；不同貯藏溫度下-值均呈現上升的趨勢。在0 ℃貯藏條件下，海捕蝦在第15 d時達到不能食用的判定終點。-25、-45 ℃這2個溫度下海捕蝦的-值上升平緩，貯藏過程中均未達到標準所規定的上限；pH值隨著貯藏時間的延長不斷增大。-25、-45 ℃溫度下海捕蝦的pH值變化幅度較0 ℃的小，且溫度越低，pH值變化速度越小；TBA值均呈現上升趨勢，0 ℃時的值增加量顯著高于-25 ℃和-45 ℃。

2.3 經濟效益對比

對試驗船浙普漁68138船跟蹤調查，其超低溫海捕蝦優質優價，能夠實現反季節、禁漁期銷售，能從技術層面解決冷凍蝦類焦亞硫酸鈉殘留問題，品質和口感極佳。超低溫冷凍海捕蝦采購價相比較船載深凍海捕蝦高約36%，比普通冷凍海捕蝦采購價高約73%，比冰鮮海捕蝦采購價高約124%，市場售賣價也同步上升，比船載深凍海捕蝦售賣價高約20%，比普通冷凍海捕蝦售賣價高約67%，比冰鮮海捕蝦售賣價高約100%，年增利潤20萬元以上，經濟效益明顯。

3 結論

1)實驗證明超低溫技術在桁拖漁船上的應用是可行的，比同類普通冷藏漁船其漁獲品質更好，經濟效益明顯提高。

2)超低溫冷凍裝備改裝費用大致在60萬元左右，一次性投入較大。同時超低溫冷凍技術需要：清洗→裝盒→-45 ℃超低溫速凍→包冰衣→-28 ℃低溫冷藏這一套要求嚴格的操作技術步驟，然而傳統漁船漁民對于制冷技術還很陌生，國內漁民的生產方式和儲藏方法一時間難以規范；加之后期碼頭冷庫和銷售渠道的銜接也不到位，使得漁貨的儲藏品質后期受損，經濟效益受到一定的影響，對超低溫技術在國內漁船的應用和推廣是不利的影響。

3)建議政府鼓勵和補助，以降低漁民的前期的投入成本，讓越來越多的桁拖漁船使用超低溫冷凍技術，帶動碼頭等后續產業鏈的配套發展。

4)東海蝦類種類多，有捕撈價值的10余種經濟蝦。國內漁船作業方式甚多，有拖網、刺網、圍網、張網等。每種作業捕撈的漁獲種類、漁獲儲存方式和漁獲本身品質均有差異，如何把制冷技術充分有效的運用在不同作業方式漁船上應是未來制冷研究的主要方向。