滿足DNV入級的磷蝦船冷藏貨艙熱平衡試驗

摘" " 要：本文通過我司建造的某磷蝦船冷藏貨艙熱平衡試驗的過程，介紹漁船入級DNV船級社時，熱平衡試驗需要準備的試驗工具以及試驗周期。根據試驗計算結果，對冷藏貨艙保溫層傳熱系數的要求提出建議。通過總結試驗經驗，強調設計、施工過程中需要注意的事項。

關鍵詞：磷蝦船；冷藏貨艙；DNV規范；熱平衡試驗

中圖分類號：U661.78 " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A

Heat Balance Test of Refrigerated Cargo Hold for Krill Fishing Trawler in Compliance with DNV Rules

LI Xiaoxiang，" PENG Jianzhong，" GAO Xiang，" ZHANG Jiwei

（ CSSC Huangpu Wenchong Shipyard Co.， Ltd.，" Guangzhou 510725 ）

Abstract： This paper is based on the heat balance test of refrigerated cargo hold for krill fishing trawler built by our company， and introduces the test tools prepared for the heat balance test and test period when a fishing vessel is classified into DNV. Suggestion for heat transfer coefficient requirement of refrigerated cargo hold heat insulation is proposed on the basis of the test calculation results. According to the summary of the test experience， it is emphasized that the matters need to be attended during design and installation.

Key words： krill fishing trawler;" refrigerated cargo hold;" DNV rules;" heat balance test

1" " 前言

冷藏貨艙作為漁船最重要的艙室之一，其保溫性能對漁獲物的儲存、保鮮起著至關重要的作用。本次進行熱平衡試驗的某磷蝦船冷藏貨艙，具有艙容大、溫度低、試驗要求高等特點，其三個冷藏貨艙的總艙容共計約4 900 m3。艙容越大，表面積越大，與外界接觸面積越多，更易受到外界因素干擾；常規漁船，冷藏貨艙溫度最低約至-25 ℃[1]，而本船三個冷藏貨艙的設計溫度均達到-35 ℃，艙內外溫差更大，熱傳遞更多，對制冷機組制冷能力及保溫工程的要求更高。

本船需同時滿足CCS和DNV雙船級社入級要求，雖然漁檢規范和兩船級社規范中，均有要求對冷藏貨艙進行熱平衡試驗，但達到熱平衡狀態的評判標準卻大有不同。CCS規范，對于熱平衡試驗需要達到的狀態與漁檢規范相同，即冷藏貨艙內前后8小時溫差小于1 ℃；但DNV規范中，要求同一貨艙前后兩小時平均溫差小于0.05 ℃，且需持續4小時[2]。本著就高原則，本船冷藏貨艙的熱平衡試驗需滿足DNV入級要求，難度遠高于常規漁船。

2" " 貨艙熱平衡試驗

根據規范要求及與各方溝通后，確定了本船的熱平衡試驗步驟為：測量電氣設備熱功率→達到設計溫度→紅外熱成像拍攝→達到熱平衡狀態→得出結論。由于是首次進行如此嚴格要求的試驗，在試驗過程中遇到了一些問題，通過對這些問題的分析和解決，加深了對DNV規范要求的熱平衡試驗的理解。

2.1" "測量熱功率

根據規范要求，使用功率儀測出貨艙內風機馬達、燈、泄放管電伴熱、艙門伴熱等的總功率，以便計算所有冷藏貨艙總的傳熱系數。規范中明確要求必須使用功率儀，而不能使用萬用表，分別測出電壓與電流，再計算總功率。

2.2" "紅外熱成像

在各冷藏貨艙達到設計溫度后，使用紅外熱成像儀對貨艙內各處進行拍照，檢查貨艙內絕熱完整性。由于沒有提前策劃熱成像儀的拍照點，貨艙內的溫度又不適宜人員長時間作業，本船僅對貨艙門、四面墻壁、天花、冷風機進出口等處進行了拍照，若發現絕熱層薄弱處，應在拍攝后停機并采取適當措施補強。

2.3" "熱平衡狀態達成

按DNV規范要求，達成熱平衡狀態，需要各冷藏貨艙前后兩小時內平均溫差值小于0.05 ℃；在達成平衡狀態的同時，所有貨艙制冷壓縮機組中，應只有一臺處于開啟狀態，并處于手動模式。在試驗的前三天，我們得到的溫度數據始終無法達到規范要求范圍且差距巨大，于是我們對前三天的數據展開了分析，發現第2天夜間19點、第3天凌晨2點時所有傳感器的前后溫差均發生了較大的變化，通過查詢壓縮機組狀態數據，發現在以上時間區間內，壓縮機運行模式由手動調為了自動，系統根據實際艙內溫度進行了自動調整，即調節模式變化造成了試驗條件的破壞，故決定刪除第2天19點以后的所有數據點，僅對之前的測量數據進行分析；排除無效數據后，發現白晝溫差對艙內的平均溫度影響不大，但不同溫度傳感器的數值前后差距較大。通過對各傳感器前后數據點對比發現，靠近貨艙冷源-冷風機處的傳感器降溫速率較大，而靠近貨艙艙門、艙蓋的傳感器溫升速率略大，前者符合正常規律，說明貨艙冷風機制冷正常，而后者則說明前三天貨艙無法達成平衡狀態的主要原因應是艙門、艙蓋等處密封效果不好。遂對各冷藏貨艙的艙門、艙蓋的密封和保溫進行補強；補強后重新進行試驗，但仍無法完全達成。經業界人士建議，可以考慮增加艙內介質的熱慣性來降低艙室溫度的變化幅度，比如在各貨艙內放入一定量的水或其他大比熱容介質，在同等吸熱量的情況下貨艙內的溫度波動會小于僅存在空氣時的工況。經過計算，每個貨艙需放入4～12 t水，才能將原有溫度波動降低至規范要求以內，但這不是最優方案；我們在再次停機對貨艙進行檢查發現，雖然前期對貨艙內地漏、污水井等進行了封堵，但位于貨艙艙壁頂部的CO2滅火噴口和新風系統進出口并未進行封堵，以至這些開口外部的管路仍會與其他非制冷區域連接；在完成所有的封堵后，各貨艙測量數據終于同時達到了規范要求的熱平衡狀態。

2.4" "試驗周期

在解決以上問題后，最終完成了本次滿足DNV入級的熱平衡試驗。通過統計本次試驗過程的周期（見表1）可以看出，我們在等待測量設備、補全隔熱、達到熱平衡狀態的過程中耗費了大量時間，如再有此類要求試驗，需提前做好策劃與準備，推薦提前進行路演，以縮短試驗周期及減少物資消耗。

3" " 傳熱系數計算

試驗結束后，需對本船冷藏貨艙的傳熱系數進行計算并提交船級社。

總傳熱系數的計算公式如下：

Q = k x A x △T" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（1）

即 k = Q / （A x △T）" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " （2）

式中：Q —貨艙各表面熱傳遞功率，W；

k —總傳熱系數，W/（m2 ·K）；

A—艙壁的面積，㎡；

△T —艙內外的溫差，K。

貨艙各艙壁及甲板傳遞的熱量，可以通過壓縮機組輸出功率減去測量出的熱功率算出：

Q熱傳遞 = Q壓縮機輸出 – Q測量熱量" " " " " " " " " " " " " " " " （3）

式中：Q壓縮機輸出—壓縮機輸出功率，W；

Q測量熱量 —測量出的熱功率，W；

Q熱傳遞—傳熱功率， W。

由于本試驗得出的傳熱系數k值為所有貨艙的總傳熱系數，所以在k值計算時，可以先計算出不同傳熱表面的面積A與溫差△T的乘積，將所有貨艙各傳熱表面的乘積值求和，再被總的熱傳遞功率除，即為總傳熱系數。

4" " 總結

在本次某磷蝦船冷藏貨艙的熱平衡試驗完成后，通過對遇到的各種問題的總結，我們認為以下幾點需要予以重視：

4.1" "工具準備

為完成熱平衡試驗，能夠連續記錄貨艙內溫度的溫度計（或溫度傳感器）、功率儀、紅外熱成像儀等工具，需要提前準備。

4.2" "溫度傳感器布置

溫度傳感器在系統中的序號以及實際位置，對發現和解決問題起著至關重要的作用。在成本可控的情況下，應盡可能多的布置傳感器，增加溫度場的感知能力及判斷能力。

4.3" "熱成像拍攝策劃

熱成像拍攝的位置需提前策劃，重點關注如結構加強梁、直接焊接在艙壁上的鐵舾件等易形成熱橋的地方，還有通道門、艙口蓋、吊口蓋、升降機馬達穿艙件等處，以及通風開口、CO2釋放口、地漏口等延伸至外界的開口等；此外，由于熱成像報告需要一定時間，建議將拍攝時機提前至溫升試驗前，可以縮短等待周期，盡快安排絕熱補強工作。

4.4" "貨艙內開口的密封

由于達到熱平衡狀態需要的條件較為苛刻，貨艙中的任何跑冷、熱傳導都會產生影響。在試驗開始前，就應將貨艙內各開口封閉并做好保溫措施；同時，利用紅外熱成像報告結果，對個別區域的絕熱、密封及時做出調整。

4.5" "結構扶強材的絕熱厚度

通常認為，結構扶強材因為已經在壁板經過了一段距離，絕熱厚度可以略小于壁板上絕熱的厚度。但在紅外熱成像報告中可以看出（如圖1），絕熱厚度較小的結構扶強材清晰可見，明顯溫度高于周圍面板。因此，在空間足夠的情況下，結構扶強材上的絕熱厚度需與壁板上的絕熱厚度保持一致。

4.6" 各貨艙設計溫差的保持

DNV規范中提到，如果各貨艙的設計溫度值不同，則熱平衡試驗過程中需保持各艙之間的溫差；如各貨艙的設計溫度值相同，則各貨艙在試驗期間的溫差最好不超過1.5 ℃。

本船各貨艙設計溫度值相同，但由于貨艙之間溫差不超過1.5 ℃的要求并非強制性，且想要達到較為困難，故本船各貨艙最終平衡狀態時的最大溫差超過了1.5 ℃。

4.7" "傳熱系數

本船最終計算結果，貨艙傳熱系數為0.52 W/（㎡·℃），保溫性能良好。但該結果僅滿足本船規格書要求，后續建造漁船在定立傳熱系數要求時，建議設定值應取正常區間的中間值，避免不達標情況發生。

5" " 展望

通過本次某磷蝦船入級DNV的熱平衡試驗，我們掌握了DNV規范中對冷藏貨艙熱平衡試驗的步驟及要求，并實踐得出本試驗各步驟所需周期；總結熱平衡試驗的經驗，對我司后續其他新技術、新規范的應用起到借鑒作用，也為其他漁船設計、建造單位入級DNV船級社、縮短試驗周期提供了經驗。

參考文獻

[1] 李蘭蘭，趙明浩，王亞寧 . 120 m 南極磷蝦拖網漁船制冷系統設計 [J].低溫與超導 ，" 2020 （12）.

[2] 董良雄，徐宏勛，江 波 . 5 600 m3 超低溫冷藏運輸船冷藏系統傳熱計算分析 [J]. 船海工程 ，" 2015（02）.