桁拖渔船船载超低温冷冻系统改装

崔雪亮，王贵彪，郑斌，张小军，韩悦，万会发，许丹

(1.浙江省海洋水产研究所，浙江 舟山 316021；2.浙江海洋大学，浙江 舟山 316021)

为保障我国近海渔业资源的可持续发展，各级主管部门出台了一系列相关措施，在宏观角度对我国渔业经济区捕捞产能和产量进行了科学调控，海洋捕捞产量从2011年1 579.95万t减少到2015年的1 314.8万t，保持着稳中略降的态势。随着近海渔业资源的衰竭，渔船作业周期的变长，制冷要求增高，而传统的冰鲜、冷海水保鲜和冷藏保鲜方式的保鲜期一般不超过2周，其中冰鲜与冷海水保鲜方式的保鲜期仅约1周左右，较短的储藏期仅适用于国内渔船短周期作业，难以满足现有需求。尽管船载超低温保鲜技术已经在远洋渔船上得到广泛的应用。而国内关于渔船制冷技术的研究报道较少，有研究根据桁杆拖网渔船冷藏鱼舱的实际布置和装载情况，对比研究蒸发盘管总长不变的情况下分别布置在鱼舱顶部、侧壁以及顶部与侧壁3 种方式下的制冷效果。由于超低温技术在国内渔船的适用性以及渔民观念和捕鱼方式等问题，使得超低温制冷技术在近海渔船上并没有得到推广。为解决超低温制冷系统在船型上的适用性以及温度对渔货品质变化等问题，考虑对某近海桁拖渔船的制冷系统进行改装和设计优化，分析实船作业状态下渔货品质在传统制冷系统和超低温制冷系统下的变化。

1 系统改装思路

1.1 目标船基本资料

目标船为钢质、单甲板、单底、单桨、单舵、艉机型、横骨架结构、电焊焊接式机动桁拖渔船，主要技术参数见表1。

表1 船型主要技术参数

1.2 目标船改动项

根据使用需求，对该船进行冷藏功能改装升级，见图1～3。

图1 冻结间改装前后对比

图2 冷藏间改装前后对比

图3 机舱制冷机改装前后对比

改动如下。

1)将#30～#40原鱼舱改为冷藏鱼舱，净容量67.50 m。

2)将#47～#57原鱼舱改为冷藏鱼舱，净容量65.40 m。

3)将#40～#47原鱼舱改为左舷冷藏鱼舱，净容量14.73 m，右舷冻结间，净容量14.73 m。

4)机舱内增加4台制冷机及超低温制冷系统1套。

1.3 船体

改动后空船重量重心，见表2。

从表2可见，试验船改装后重心及空船重量与原空船状态比较，稳性能满足《规则》对近海航区桁拖渔船的要求，船舶航行安全平稳。

表2 空船重量重心参数

1.4 轮机

1)冷藏鱼舱及冻结间传入热量(渗透热)为

=··△

(1)

式中：为传热系数，kJ/m·h·℃；为传热面积，m；△为传热温差，℃。

各数据取值见表3。

表3 冷藏鱼舱及冻结间传入热量参数

2)冻结货物热为

(2)

式中:为两冻结间的装鱼量，取一次冻鱼量为=500 kg；为鱼体初温时的热焓，设进冻初温28 ℃，=364.01 kJ/kg；为鱼体冻结终温时的热焓，当终温为-45 ℃，=0；为冻结时间，每12 h一冻，一日两冻,=12 h。计得

=3 625 kcal/h=15 174.25 kJ/h。

1.5 冻结间

冻结间风机热量为

(3)

式中：为风机轴功率，实选0.37 kW风机2台，每台轴功率分别为0.26 kW；为电机效率，=0.85。

计算分析出、、后，由=115计算冷冻压缩机制冷量，1=++计算全船最大热负荷(冻结间供冷工况)。由此确定本船制冷系统采用双级压缩式制冷，制冷机型号为BRC10Z4-48.5E(3台)和BFC16DS6-31.8E(1台)；冷藏鱼舱制冷工质为R404A，冻结间制冷工质为R507A；用自动膨胀阀节流直接蒸发方式制冷，手动膨胀阀节流直接蒸发作为备用。冷藏鱼舱采用成品厚度大于12 cm库板搭建而成。#1#3冷藏鱼舱的设计温度为-18 ℃左右，#2冷藏鱼舱的设计温度为-28℃左右，3舱可冷藏鱼货50 t左右。冻结库采用成品厚度大于15 cm库板搭建而成，设计温度为-45 ℃左右，每次冻结鱼货物1.0 t左右，1日2冻，冻结间日冻结能力为2.0 t。该设计完全满足现有渔船的生产加工和储藏量。未采用传统的R22作为冷媒介质，而是使用最新的R404A和R507A作为冷媒介质，是更加具有环保节能性。

1.6 电气设计

共设2台40 kW发电机作为船舶主电源，供应全船用电，一台主机驱动，一台辅机驱动，保证全船电网连续性。其中主机轴带发电机可独立供应一整套制冷设备和通风系统供电，与主配电板通过转换开关分开使用，充分利用主机轴带发电机，可以更有效节约燃油成本。系统具有完善的保护措施，制冷机设有报警与停机保护装置。在冷藏鱼舱中，设压力式温度计以遥测舱温，还设有人员被关封报警呼叫按钮，保证制冷过程中工作人员的安全。

2 超低温冷冻渔船成效

2.1 制冷效果对比

针对于桁杆拖虾作业渔船，通过安装超低温制冷设备后，其有效保温温度在-18 ℃、-25 ℃和-45 ℃。其中-25 ℃和-45 ℃比以前渔船制冷冷藏最低温度-18 ℃还要低得多，其食品储藏周期由原来的最长2周提高到了1个月以上，完全适应现在15～45 d/航次的作业周期。

2.2 渔获品质对比

在经历30 d超低温冷冻海捕虾贮藏期试验，分别进行了传统的0 ℃冰鲜冷藏和课题最新的-25 ℃深冻贮藏、-45 ℃超低温贮藏，实验结果见图4。

图4 不同温度下海捕虾品质对比分析

随着时间的延长，在0 ℃贮藏期间，海捕虾的值显著上升，15 d时超过40%，达到不新鲜的状态。而在-25和-45 ℃贮藏期间，值变化趋势较稳定；不同贮藏温度下-值均呈现上升的趋势。在0 ℃贮藏条件下，海捕虾在第15 d时达到不能食用的判定终点。-25、-45 ℃这2个温度下海捕虾的-值上升平缓，贮藏过程中均未达到标准所规定的上限；pH值随着贮藏时间的延长不断增大。-25、-45 ℃温度下海捕虾的pH值变化幅度较0 ℃的小，且温度越低，pH值变化速度越小；TBA值均呈现上升趋势，0 ℃时的值增加量显著高于-25 ℃和-45 ℃。

2.3 经济效益对比

对试验船浙普渔68138船跟踪调查，其超低温海捕虾优质优价，能够实现反季节、禁渔期销售，能从技术层面解决冷冻虾类焦亚硫酸钠残留问题，品质和口感极佳。超低温冷冻海捕虾采购价相比较船载深冻海捕虾高约36%，比普通冷冻海捕虾采购价高约73%，比冰鲜海捕虾采购价高约124%，市场售卖价也同步上升，比船载深冻海捕虾售卖价高约20%，比普通冷冻海捕虾售卖价高约67%，比冰鲜海捕虾售卖价高约100%，年增利润20万元以上，经济效益明显。

3 结论

1)实验证明超低温技术在桁拖渔船上的应用是可行的，比同类普通冷藏渔船其渔获品质更好，经济效益明显提高。

2)超低温冷冻装备改装费用大致在60万元左右，一次性投入较大。同时超低温冷冻技术需要：清洗→装盒→-45 ℃超低温速冻→包冰衣→-28 ℃低温冷藏这一套要求严格的操作技术步骤，然而传统渔船渔民对于制冷技术还很陌生，国内渔民的生产方式和储藏方法一时间难以规范；加之后期码头冷库和销售渠道的衔接也不到位，使得渔货的储藏品质后期受损，经济效益受到一定的影响，对超低温技术在国内渔船的应用和推广是不利的影响。

3)建议政府鼓励和补助，以降低渔民的前期的投入成本，让越来越多的桁拖渔船使用超低温冷冻技术，带动码头等后续产业链的配套发展。

4)东海虾类种类多，有捕捞价值的10余种经济虾。国内渔船作业方式甚多，有拖网、刺网、围网、张网等。每种作业捕捞的渔获种类、渔获储存方式和渔获本身品质均有差异，如何把制冷技术充分有效的运用在不同作业方式渔船上应是未来制冷研究的主要方向。